1    Raumakustische und Bauakustische Messungen mit Chirp-Signalen

Traditionell wird die Nachhallzeit mit abgeschaltetem Rauschen bestimmt. Der Raum wird mit einem breitbandigen Rauschsignal über Lautsprecher angeregt und das Signal abrupt abgeschaltet. Aus der Abklingkurve des Schallpegels wird die Nachhallzeit bestimmt. Bei dieser Messung muss das anregende Signal deutlich über dem Grundschallpegel liegen. Die notwendige Differenz sollte mindestens 35dB-50dB betragen. In lauteren Umgebungen, Räumen mit stark absorbierenden Wänden sowie allgemein bei tieferen Frequenzen stellt dies hohe Anforderungen an Lautsprecher und Verstärker. Diese müssen entsprechend dimensioniert werden und werden gerade bei tieferen Frequenzen sehr schwer und daher unhandlich für mobile Messungen. Weiterhin sind Messungen mit hohen Schallpegeln problematisch, da diese zu starken Belästigungen der Nachbarn führen können.

Durch Verwendung von modernen Verfahren mit logarithmischen Chirp-Signalen, können zuverlässige Messungen auch bei weit geringeren Schallpegeln gemessen werden.

•    Die Lautsprecher und Verstärker können kleiner und leichter dimensioniert werden.
•    Geringere Belästigung durch niedrigere Schallpegel
•    Geringere Anforderungen an den Gehörschutz des Meßpersonals

In der Praxis bedeutet dies, dass selbst mit kleinen Lautsprechern große Räume vermessen werden können. Ein anderer Aspekt ist, dass mit geringen Pegeln auch Messungen während der Arbeitszeit der Mitarbeiter in einem Büro durchgeführt werden können. Bereits 5dB über dem Grundpegel reichen für eine Messung aus. Dies wäre mit der klassischen Messtechnik undenkbar.

Reicht für die Chirp-Messung ein kleiner Verstärker mit 10W, so benötigt man bei dem klassischen Meßverfahren mit abgeschaltetem Rauschen mindestens 1600W! für die gleiche Messgenauigkeit. Dies gilt für relativ geringe Messzeiten von knapp 30s. Bei 3min Messzeit kommt man mit 0.3W aus. Dies entspricht einem Köpfhörerverstärker gegenüber einer Hochleistungsendstufe. 

1.1    Anwendungen der Chirp Messung

•    Messung der Nachhallzeit in  besetzten Büroräumen während der Arbeitszeit
•    Messung von großen Räumen, Hallen etc.
•    Messung mit starkem Hintergrundlärm (Verkehr)
•    Messung bei denen Sie Ruhe/ Lärm Vorschriften einhalten müssen
•    Sie nicht mehr schwere Lautsprecher und Verstärker "schleppen" möchten


2    Chirp Signale

Ein Chirp-Signal ist mit einer Sirene vergleichbar, deren Drehzahl erhöht wird. Das Signal beginnt mit einer bestimmten Frequenz, die logarithmisch erhöht wird. Wenn die obere Grenzfrequenz erreicht wird, wiederholt sich das Signal periodisch. Chirp-Sequenzen haben immer eine Länge, die als Potenz von 2 dargestellt werden kann. Also 2 4 8 16 32 64 256 1024 2048 4096 8192 16384 32768 65536 (64K) 131072 (128K) 262144 (256K) 512K 1024K usw.
Für die Raumakustik sind lange Sequenzen ab 64K aufwärts sinnvoll. Die kurzen Sequenzen unterhalb einer halben Sekunde klingen ähnlich wie Vogelgezwitscher und haben dem Messverfahren den Namen gegeben. Bei den langsamen Sequenzen kann man die Tonerhöhung deutlich hören.
Chirp Signal fallen mit 3dB pro Oktave im Spektralbereich ab. Diese Leistungsverteilung entspricht eher Rosa-Rauschen, obwohl beide Signale völlig unterschiedlich klingen. Der Großteil der Signalenergie liegt daher im tieffrequenten Bereich und passt daher ideal zu der typischen Belastbarkeit der Lautsprecher.
Weiterhin kann bei Chirp-Messungen eine obere und unter Grenzfrequenz definiert werden, die gesamte Signalenergie wird daher in diesem Frequenzbereich gebündelt. Daher wird ein Anregungssignal von vorn herein nur in dem Frequenzbereich erzeugt, wo es auch benötigt wird und muß nicht erst aufwendig gefiltert werden.

 

3    Messverfahren mit Chirps

Die Messung der Raumakustik mit Chirp-Signalen gehört zu der Klasse der Korrelationsverfahren. 
Bei den beiden älteren Verfahren (Impuls und Rauschen) kann der Störabstand nur durch höhere Sendepegel verbessert werden. Ein höherer Sendepegel bedeutet insbesondere bei der Rauschmessung entsprechend dimensionierte und schwere Lautsprecher.
Der Trick bei der Korrelationsmessung besteht darin, nicht den Pegel zu erhöhen sondern die “Sendedauer” des Lautsprechers. Durch mathematische Verfahren kann diese längere Messdauer in einen höheren Pegel umgerechnet werden. Eine lange Messdauer stellt für Lautsprecher kein Problem dar. Kurze und hohe Pegel können jedoch nur mit einem hohen technischen Aufwand erreicht werden.

Man kann sich das Verfahren mit einer Analogie aus der Fotographie anschaulich erklären. Bei geringem Lichteinfall zeigt sich Rauschen im Bild. Dies kann verringert werden indem die Belichtungszeit erhöht wird.  Auf diese Weise können Sie selbst bei nahezu völliger Dunkelheit taghelle Bilder erzielen. Hier gilt natürlich die Einschränkung, das dies nur bei unbewegten Motiven funktioniert. Aber genau dies ist in der Raunmakustik/Bauakustik gegeben


Beim Rauschverfahren können Sie das Ergebnis durch eine lange Messdauer nicht verbessern. Der Raum wird durch den Lautsprecher angeregt und danach abgeschaltet. Für die Messung selbst ist nur der Abschaltvorgang von Bedeutung.
Bei der Rauschmessung wirken sich akustische Störungen direkt aus und verfälschen die Messung. Entsprechendes gilt für die direkte Impulsmessung. Hier hilft eine längere Messdauer nicht.
Bei beiden Verfahren kann das Ergebnis durch Mittelung von Einzelmessungen verbessert werden. Aber dies nicht sonderlich effektiv.

Bei diesen Verfahren haben wir also keine Möglichkeit die „Belichtungszeit“ zu erhöhen. Erst bei den Korrelationsverfahren (MLS und Chirp) ist dies möglich.

 


Korrelationsverfahren können Störungen unterdrücken. So ist es mit Rauschverfahren kaum möglich einen Raum an einer vielbefahrenen Strasse mit offenem Fenster zu vermessen. An dieser Stelle können die Korrelationsverfahren Ihre volle Stärke ausspielen. 

In unserer Messsoftware Akulap sind diese Verfahren integriert