Lautsprecher messen und Messdaten erklärt

Das klingt zwar wenig spektakulär, ist aber für einen Lautsprecher bereits außerordentlich gut, wie sich auch im Vergleich zu dem Modell mit der blauen Kurve ersehen lässt. Die zweite Messreihe zum Thema Verzerrung arbeitet mit einem Multi-Sinussignal, das einem realen Musiksignal sehr ähnlich ist und eine komplette Erfassung aller harmonischen und Intermodulationsverzerrungen möglich macht. Das Messsignal setzt sich aus 60 einzelnen Sinussignalen zusammen, die in ihrer spektralen Verteilung vergleichbar einem mittleren Musiksignal gewichtet sind.

Die Phasenlage der 60 Sinussignale wird ähnlich wie bei einem Rauschen nach einem Zufallsprinzip zueinander verwürfelt, sodass eine Art Rauschen mit einem Crestfaktor von ca. 12 dB entsteht, was ebenfalls einem natürlichen Musiksignal recht nahe kommt − der Crestfaktor beschreibt das Verhältnis vom Spitzenwert in einem Signal zum Effektivwert; für ein reines Sinussignal sind das 3 dB. Das Multisinus-Testsignal betreibt den Lautsprecher unter sehr realistischen Bedingungen. Für die Messung wird mit diesem Signal ein typischer Abhörpegel von 85 dBA in einer üblichen Abhörentfernung − für Nahfeldmonitore sind das 2 m und für größere Midfield-Systeme 4 m − eingestellt. Der Pegel wird als A-bewerteter äquivalenter Dauerschallpegel LAeq gemessen. Der Spitzenwert Lpk liegt entsprechend ca. 15 dB höher. Auch die Auswertung dieser Messung gestaltet sich angenehm einfach. Die 60 Anregungsfrequenzen des Messsignals sind bekannt, sodass man zur Auswertung die zusätzlich in Form von Verzerrungen hinzugekommenen spektralen Anteile analysiert.

Der große Vorteil dieses Messverfahrens ist neben der realistischen Belastungssituation des Lautsprechers die Erfassung aller Verzerrungskomponenten. Im Gegensatz zur klassischen Messung der harmonischen Verzerrungen mit einzelnen Sinussignalen, werden hier auch die wichtigen Intermodulationsverzerrungen (IMD) erfasst. Intermodulationsverzerrungen entstehen z. B. dann, wenn tiefe Frequenzen eine große Membranauslenkung bewirken und dadurch gleichzeitig abgestrahlte höherfrequente Anteile ebenfalls verzerrt werden, weil der Lautsprecher dadurch schon in seinen nicht-linearen Arbeitsbereich kommt.

Umgekehrt können hochfrequente Signalanteile eine Membran zu Partialschwingungen anregen, die sich dann in tieferen Frequenzbereichen als Verzerrungen bemerkbar machen. Die dadurch entstehenden Intermodulationsverzerrungen wurden bislang bei Lautsprechermessungen weitgehend vernachlässigt und finden sich nur in den wenigsten Datenblättern. SOUND & RECORDING wendet dieses Messverfahren seit ca. 1,5 Jahren für alle Monitortests an. Details zu diesem Thema findest du auch in einem Beitrag zur 27. Tonmeistertagung 2012 in Köln unter dem Titel „Maximalpegel- und Verzerrungsmessungen bei Lautsprechern“

Wiederum zwei Beispiele für diese Art Verzerrungsmessungen finden sich in Abbildung 5. Die Grafiken zeigen zum einen das Spektrum des Anregungssignals (türkise obere Kurve) und das Spektrum des vom Lautsprecher wiedergegeben Signals in Rot. Die blaue Kurve stellt die Verzerrungskomponenten dar, die nicht im ursprünglichen Signal enthalten waren. Die Summe aller Verzerrungsanteile kann anhand dieser beiden Kurven in Relation zum Gesamtsignal als Verzerrungswert in dB oder Prozent berechnet werden. Für die beiden Musterlautsprecher liegen die Werte bei −24,9 dB (= 5,7%) bzw. −41,9 dB (= 0,8%). Die Prozentangaben stellen den Unterschied recht deutlich dar. Für die Berechnung der Verzerrungswerte wurde der Gesamtpegel linear bewertet in Relation zu den A-bew. Verzerrungskomponenten gesetzt. Letzteres macht insofern Sinn, als dass sich die Verzerrungsanteile in einem absoluten Pegelbereich befinden, wo die A-Bewertung am besten der tatsächlichen Wahrnehmung entspricht.

Finde in unserem Studiomonitor-Special findest du die Testbericht von über 80 Studiomonitoren. 

Filter

Komplexere Monitor-Controller bieten Funktionen, die über die reine Lautstärkeeinstellung hinausgehen, wie Bassmanagement für Subwoofer oder Filterfunktionen zur Ortsanpassung. Letzteres findet sich auch schon in vielen Monitoren, wo über Schalter oder Trimm-Potis Filter zur Bassabsenkung oder Hochtonanpassung eingestellt werden können. Steht ein Monitor nahe einer Grenzfläche an einer Wand oder sogar in einer Ecke, dann kommt es zu einer Verstärkung der Basswiedergabe, die über die Filter kompensiert werden kann. Hier wären Low-Shelf Filter ideal, die Absenkungen in 3 dB Stufen bis −12 dB zulassen.

Manche Hersteller verwenden auch Bell-Filter mit einer tiefen Mittenfrequenz von 40−50 Hz und einer geringen Güte. Filter zur Anhebung oder Absenkung des Hochtonbereiches sind eher als Geschmackskorrekturen zu sehen und bieten daher auch eher einen kleinen Einstellbereich von ±2 dB in feineren Schritten. Abbildung 2 rechts zeigt dazu einige Bespiele (rote und hellblaue Kurven). Zusätzlich findet sich hier auch noch ein sogenanntes „Meter Bridge Filter“, mit dem sich die typische Überhöhung durch die Reflexionen an der Arbeitsfläche oder Pultoberfläche kompensieren lassen, wenn der Monitor auf der Meter Bridge steht.

Wie solche Filter am besten einzustellen sind, lässt sich am besten mit einem PC-Messsystem (siehe IK Multimedias ARC 2 auf Seite 99) oder mit einem gut ausgestatteten Pegelmesser mit Terzbandanalyse prüfen. Auch muss man ein Rosa Rauschen als Messsignal verwenden, mit dem sich dann ein weitgehend konstanter Pegel am Hörplatz für alle Terzbänder von 50 Hz bis 10 kHz ergeben sollte. Detailliertere Eingriffe lassen Monitor Controller oder Monitore mit digitalen Filterbänken zu.

Auch dazu zeigt Abbildung 2 rechts eine Beispielkurve in Dunkelblau. Schmalbandige Sperrfilter lassen sich auch zur Korrektur von Pegelspitzen durch Raummoden einsetzen. Die zugehörigen Messmöglichkeiten sind bei einigen Monitoren und Controllern auch schon als automatisierte Abläufe integriert. Wie schon zu Beginn gesagt, gilt aber hier immer, dass man mit elektrischen Filtern nur Symptome korrigiert. Richtiger, aber leider nicht immer möglich, wäre es, an der Raumakustik als Basis für eine gute Abhörmöglichkeit zu arbeiten.

Wir testen in SOUND & RECORDING regelmäßig Monitorboxen und können feststellen, dass es in unserem Labor, in dem schon über hundert Studiomonitore und insgesamt tausende Lautsprecher gemessen wurden, noch nie einen Lautsprecher gab, der umfassend gute Messwerte lieferte, aber klanglich enttäuschte oder umgekehrt.

Mess-Anordnung in reflexionsfreier Umgebung. Der Klasse-1-Messraum erlaubt Mess-Entfernung bis zu 8 m und bietet Freifeldbedingungen ab 100 Hz aufwärts. Alle Messungen erfolgen mit einem B&K 1/4″-4939-Messmikrofon bei 96 kHz Abtastrate und 24 Bit Auflösung mit dem Monkey-Forest-Audio-Messsystem. Messungen unterhalb von 100 Hz erfolgen als kombinierte Nahfeld-Fernfeldmessungen.

Neben den Messungen gehört natürlich auch ein ausführlicher Hörvergleich zum Test, wobei stets auf die typische Anwendung Wert gelegt wird, die dem Einsatz der Monitore im Studio gerecht wird. Hier der Testaufbau zum Vergleich von Auratones und den Behritones von Behringer.