Tontechnisches Praktikum

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1 Ein Pegel L beschreibt ein logarithmisches Verhältnis zweier Größen -> relative Beschreibung Relative Größe: ein Wert ist bezogen auf einen Weiteren. Vorteile: Das Rechnen mit Pegeln ist verhältnismäßig einfach (Addition, wo lineare Größen dividiert oder multipliziert werden müssen, z.b. bei Verstärkung und Dämpfung von Signalen im Mischpult). Ein großer Bereich von Zahlenwerten wird meistens überschaubarer. Das logarithmische Maß ist eine Annäherung an die Lautstärkewahrnehmung unseres Gehörs (vgl. Fechner sches Gesetz 1860) (Pseudo-) Einheit: Dezibel (db)

2 Definition: Das Dezibel ist definiert als der 20fache dekadische Logarithmus eines Verhältnisses linearer Größen (z.b. Schalldruck, Spannung). oder als der 10fache dekadische Logarithmus eines Verhältnisses quadratischer Größen (z.b. Schalleistung).

3 Faktor Pegeländerung ca. in db / lineare Größen Pegeländerung ca. in db / quadratische Größen 1/ ½ (Verdopplung) Pegelwerte für verschiedene Größenverhältnisse Diagramm für Schalldruck:

4 Obwohl der Pegel immer laut Definition eine relative Angabe darstellt, unterscheidet man sog. absolute und relative Pegel. Relative Pegel: keine Rückschlüsse auf die einzelnen Zahlenwerte. Absolute Pegel: haben immer einen festen Bezugswert. * Diesem Bezugswert ist stets der Pegelwert 0 db zugeordnet. * Zur Kennzeichnung absoluter Pegel erhält das Einheitszeichen db ein zusätzliches Anhängsel.

5 / absolute Pegel Einheitszeichen Bezeichnung Bezugswert Bemerkung db SPL Schalldruckpegel 2? 10-5 Pa Bezugswert entspricht dem Schalldruck (Effektivwert), bei dem ein 1kHz Sinuston in etwa gerade eben noch hörbar ist dbq Schalleistungspegel 1 pw = W quadratische Größen db(a), db(b), db(c) bewerteter Schalldruckpegel 2? 10-5 Pa bewertet mit Filterkurven A, B oder C (angenäherte inverse Verläufe der Kurven gleicher Lautstärke, s.u.) dbu Spannungspegel 0,775 V entstand historisch aus der Telefontechnik: 1 mw an 600? ergibt? 0,775 V Achtung: früher auch mit dbm bezeichnet dbv Spannungspegel 1 V Gebrauch teilweise in der amerikanischen und britischen Studiotechnik dbm Leistungspegel 1 mw aus der Nachrichtentechnik, quadratische Größen

6 Rechenbeispiel 1: Berechnung des Schalldruckpegels Schalldruckveränderung durch Sprechstimme in 1m Entfernung: ca 0,1 Pa > ca. 74 db SPL Fortissimo-Klang eines Sinfonieorchesters beim Dirigenten: 1-2 Pa > ca. 94 db SPL db SPL Rechenbeispiel 2: Berechnung des Schalleistungspegels Stimme max: 0,002 W > ca. 93 db q Orchester: 70 W > ca. 138 db q

7 Rechenbeispiel 3: relative und absolute Pegel 1 ein Mischpultsignal vom Mikrophonverstärker hat den Pegel von +6dBu. Wird nun der Fader des dazugehörigen Mischpultkanals auf -10dB eingestellt, das Signal also gedämpft, liegen wieviel dbu am entsprechenden Ausgang (sofern keine weitere Dämpfung bzw. Verstärkung beispielsweise durch den Summenfader vorgenommen wurde) des Mischpultes an? > -4 dbu Rechenbeispiel 4: relative und absolute Pegel 2 Ein Mikrophon erzeugt an seinem Ausgang einen Spannungspegel von -31 dbu bei einem an der Mikrophonmembran anliegenden Schalldruckpegel von 94 db SPL. Wie hoch ist die Verstärkung einzustellen, wenn man die Referenz von hier +4dBu erreichen möchte? > 35 db Wie sieht es aus, wenn an der Mikrophonmembran 100 db SPL anliegt?

8 Aussteuerungsmesser als optische Hilfe bei Einstellungen relative Anzeige analog Analoge Aussteurungsmesser haben definierte Einund Ausschwingzeiten (Rücklaufzeiten)! 0 db Anzeige entspricht xy dbu absolut digital

9 Aussteuerungsmesser als optische Hilfe bei Einstellungen relative Anzeige analog Für TST (u.a.) interessant: (echter) Spitzenwert (peak) mit Übersterungsanzeige (over). Schnelle Hochlaufzeit, langsame Rücklaufzeit. RMS (root mean square)-wert: Effektivwert eines Signals, der über einen bestimmten Zeitabschnitt ermittelt wird. 0 db Anzeige entspricht xy dbu absolut je höher der RMS-Wert eines Signals ist, desto kleiner ist auch seine Dynamik.

10 Systemdynamik Der Headroom geht idealerweise gegen 0 db (z.b. CD: 0 db, Rundfunk: -10 db)

11 Systemdynamik Mikrophon: Grenzschalldruckpegel L Grenz (Schalldruckpegel bei dessen Überschreiten die Verzerrungen des Mikrophones einen bestimmten Wert (meist Klirrfaktor von 0,5%) überschreitet. Ersatzgeräuschpegel L Ersatz (meist A-Bewertet). Jedes Mikrofon gibt auch bei fehlender Schalleinwirkung eine Spannung ab (fiktive Schallquelle). Bsp: L grenz = 122 db L Ersatz = 18 db (A) Dynamikumfang? S/N Mikrophon = L Grenz - L Ersatz => S/N Mikrophon = 104 db

12 Systemdynamik Weiter: Übertragungsfaktor = -31 dbu (bei einem an der Mikrophonmembran anliegenden Schalldruckpegel von 94 db SPL. ) Referenzpegel Mischpult: +6 dbu Verstärkung des Mikrophonverstärkers (bei diesem Schalldruck am Mikrophon)? => +37 db Dynamikumfang der Kombination Mikrophon/ Vorverstärker? 104 db - 37 db = 67 db Verhältnisse Mikrophon bei max. 100dB SPL?

13 Addition linearer Größen und dazugehörige Pegel Bei der Addition oder Subtraktion von linearen Größen (z.b. elektrische Spannungen, Schalldruck) muß die Kohärenz der Signale, d.h. ihre Ähnlichkeit und ihr Phasenbezug berücksichtigt werden. Grundsätzlich gilt hier das Prinzip der vektoriellen Addition bzw. Subtraktion: Bei der Addition inkohärenter Signale wie z.b. Rauschen kann man vereinfacht von einer statistischen Phasenverteilung? = 90 ausgehen. Dann gilt für den Spezialfall der Addition inkohärenter Signale: -> 3dB Zuwachs pro Verdopplung der Anzahl von Signalen gleicher Amplitude (Faustregel für das Arbeiten am Mischpult)

14 Addition linearer Größen und dazugehörige Pegel seltener Sonderfall: Addition von identischen Signalen gleichen Pegels (z.b. Sinustöne gleicher Spannung und Phasenlage) -> 6dB Zuwachs pro Verdopplung der Anzahl von Signalen gleicher Amplitude Frequenzgruppenbreite (nur auditive Wahrnehmung, Lautheit s.u.): Wenn man von zwei Tönen gleicher Frequenz (z.b Hz) den einen immer weiter vom anderen verschiebt, so wird ab einer bestimmten Grenze (ca Hz) der Gesamtklang aufeinmal doppelt so laut. Die Breite, in der die Lautheit unverändert bleibt, nennt man Frequenzgruppenbreite unter 500 Hz: konstante Breite von 100 Hz über 500 Hz: Breite ist ca. 20% der anliegenden Mittenfrequenz messtechnisch: s.o.

15 Addition linearer Größen und dazugehörige Pegel Zusammenfassung für Tonstudiotechnik Zusammenschaltung verschiedener Signale gleichen Pegels (z.b. durch ein Mischpult): pro Verdopplung 3dB Zunahme des Gesamtpegels. Merke: unterscheiden sich zwei Signale um mehr als 10dB, so ist ihr Summenpegel unbedeutend höher als der höchste Pegel allein (wer s nicht glaubt, darf nachrechnen).

16 Lautstärke und Lautheit (in TST weniger bedeutend) Schmerzgrenze Hörvermögen: Kurven gleicher Lautstärke von Robinson / Dadson Hörfläche Hörschwelle Zeigt, welche Sinustöne (Einschränkung!!!) bei unterschiedlichen Frequenzen und unterschiedlichen Pegelstufen als gleichlaut wahrgenommen werden.

17 Lautstärke und Lautheit (in TST weniger bedeutend) Beispiele Bewertungsfilter (sengpielaudio.com)

18 Lautstärke und Lautheit (in TST weniger bedeutend) Die Lautstärke L N beschreibt den Zusammenhang zwischen meßbarem Schalldruckpegel eines Sinustones beliebiger Frequenz und seiner Amplitudenwahrnehmung. Der frequenzabh. Verlauf entspricht den Kurven gleicher Lautstärke. Als Bezug dient ein gleichlaut wahrgenommener Sinuston mit der Frequenz 1 khz. [L N ] = phon Bezug

19 Lautstärke und Lautheit (in TST weniger bedeutend) Für Sinustöne von 1 khz gilt: x db SPL = x phon Lautheit N: beschreibt einen linearen Zusammenhang zwischen Wahrnehmung und einem dazugehörigen Zahlenwert. (Kommt dem Hören näher als die Lautstärke in phon) L N - 40? ld N [N] = sone Faustregel: L > 40 db SPL Verdopplung der Lautstärke pro 10 phon L < 40 db SPL Verdopplung der Lautstärke um je 8 phon Merke: Lautheitsverdichtung meint in der TST meist Verringerung der Dynamik!

20 Literatur Veit, I.: Technische Akustik, 4.Auflage, Kamprath-Reihe Vogel Buchverlag Würzburg 1988 (Standort Bibliothek: AK 527) DIN 1318, 5493, und 45631, Beuth-Vertrieb GmbH, Berlin und Köln (Bibliothek: AK 126) und ISO / R 226, CCIR 46; ITU- R489-4 Zwicker, E., Feldkeller, R.: Das Ohr als Nachrichtenempfänger, Hirzel Verlag Stuttgart 1967 (Standort Bibliothek: AK 295)

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