Parameter Messverfahren Konzepte

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1 Parameter Messverfahren Konzepte Prof. Dr. Stefan Weinzierl Fachgebiet Audiokommunikation TU Berlin Gefell-Workshop 2012 Greiz,

2 1. Raumakustik und Klangeigenschaften 2. Messtechnische Parameter nach ISO Zielwerte nach DIN Messverfahren: Quellen, Empfänger, Signale 5. Elektroakustische Konzepte für Konzertsäle

3 1. Raumakustik und Klangeigenschaften 2. Messtechnische Parameter nach ISO Zielwerte nach DIN Messverfahren 5. Elektroakustische Konzepte für Konzertsäle

4 Raumakustik und Klangeigenschaften Die Raumakustik wirkt durch Verstärkung Einhüllung Nachhall klangfarbliche Akzentuierung

5 Schallquelle Raumakusti k Kunstkopf Aufnahmegerät Hörer mit Kopfhörern Frühe Versuche zur Beschreibung der Raumakustik Kürer R, Plenge G, Wilkens H (1969): Correct spatial Sound Perception rendered by a Special 2-Channel Recording Method, 37 th AES Convention, Preprint 666

6 Lehmann P, Wilkens H (1980): Zusammenhang subjektiver Beurteilungen von Konzertsälen mit raumakustischen Kriterien. Acustica 45:

7 Lehmann P, Wilkens H (1980): Zusammenhang subjektiver Beurteilungen von Konzertsälen mit raumakustischen Kriterien. Acustica 45:

8 Head and Torso Simulatoren der TU Berlin

9 Realer Raum Raumgeometrie Schallfeld- Modellierung Raumimpulsantwort Binaurale Simulation Linkes Ohr Messung Binaurale Impulsantwort Rechtes Ohr Faltung Kopf-Position (head tracking) Nachhallfreie Quellensignale Binauraltechnik

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11 1. Raumakustik und Klangeigenschaften 2. Messtechnische Parameter nach ISO Zielwerte nach DIN Messverfahren: Quellen, Empfänger, Signale 5. Elektroakustische Konzepte für Konzertsäle

12 Raumakustische Eigenschaften und Parameter nach DIN EN ISO

13 Impulsantwort und Übertragungsfunktion einer Schallübertragung im Raum

14 Energiebereich 0-10 db EDT db T db T db T30 Messwerte nach DIN EN ISO 3382 Bestimmung der Nachhallzeit T durch "Rückwärtsintegration" der quadrierten Impulsantwort (Schroeder-Integration) Schroeder MR (1965) New method of measuring reverberation time, J. Acoust. Soc. Am. 37,

15 G 10log 0 0 p p ( t) dt db ( t) dt p(t): Gemessener Schalldruck p 10 (t): Schalldruck im Freifeld in 10 m Entfernung Stärkemaß G (Strength)

16 C 80 10log p(t): Gemessener Schalldruck 2 p ( t) dt db 2 p ( t) dt Klarheitsmaß C 80 (Clarity)

17 D p(t): Gemessener Schalldruck 0 2 p ( t) dt 2 p ( t) dt Deutlichkeit D 50

18 T BR T 125Hz 500Hz T T 250Hz 1000Hz Bassverhältnis BR (Bass Ratio)

19 J LF p 2 L ( t)dt 2 p ( t)dt p L (t): Mit einem Gradientenmikrofon gemessener Schalldruck Früher Seitenschallgrad (Early lateral energy fraction, J LF )

20 L J p p 2 L 2 10 ( t)dt ( t)dt p L (t): Mit einem Gradientenmikrofon gemessener Schalldruck p 10 (t): Mit einem Druckempfänger gemessener Schalldruck im Freifeld in 10 m Entfernung Später Seitenschallgrad (Late lateral energy, L J )

21 Impulsantwort, Systemidentifikation, Simulation

22 1. Raumakustik und Klangeigenschaften 2. Messtechnische Parameter nach ISO Zielwerte nach DIN Messverfahren: Quellen, Empfänger, Signale 5. Elektroakustische Konzepte für Konzertsäle

23 Sollwert der Nachhallzeit für unterschiedliche Nutzungsarten Empfehlung zur Hörsamkeit in kleinen bis mittelgroßen Räumen (DIN 18041:2004)

24 Empfehlung zur Hörsamkeit in kleinen bis mittelgroßen Räumen (DIN 18041:2004)

25 Messwerte in prominenten Konzertsälen Beranek L (1996) How they sound. Concert and Opera Halls

26 Raumakustische Planung Konzert- und Aufnahmeräume Raumnutzung und Volumenkennzahl k

27 Musikvereinssaal, Wien (V = m 3, T = 2.0 s, N = 1.680, V/N = 8.9)

28 Concertgebouw, Amsterdam (V = m 3, T = 2.0 s, N = 2.037, V/N = 9.2)

29 Philharmonie, Berlin (V = m 3, T = 1.9 s, N = 2.335, V/N = 9)

30 1. Raumakustik und Klangeigenschaften 2. Messtechnische Parameter nach ISO Zielwerte nach DIN Messverfahren: Quellen, Empfänger, Signale 5. Elektroakustische Konzepte für Konzertsäle

31 Schallquelle für raumakustische Messungen Möglichst ungerichtet Höchstzulässige Abweichung der Richtcharakteristik von kugelförmiger Abstrahlung, gemittelt über 30 -Segmente

32 Schallquelle für raumakustische Messungen Möglichst ungerichtet Frequenzbereich: Hz (Kurzverfahren), Hz (Präzisionsverfahren)

33 Schallquelle für raumakustische Messungen (Dodekaeder)

34 Schallquelle für raumakustische Messungen: 3-Wege-Dodekaeder mit variabler Richtcharakteristik

35 Messaufbau zur Erzeugung von Raumimpulsantworten durch einen Messlautsprecher mit variabler Richtcharakteristik

36 Mikrofone für raumakustische Messungen Druckempfänger mit Membrandurchmesser 13 mm Linearer Frequenzgang (±3 db) über den erfassten Frequenzbereich

37 Signale und Messverfahren Verschiedene Anregungssignale mit identischem, weißen Betragsspektrum: Impuls, Pseudo-Rauschen und linearer Sweep

38 Maximalfolgen (MLS)-Messtechnik: Messung der Impulsantwort h (t) durch Faltung mit dem zeitinvertierten Anregungssignal

39 Signale und Messverfahren Systemidentifikation mit Raumübertragungsfunktion (RÜF) und Raumimpulsantwort (RIA) durch deterministische Sweeps

40 excitation x(t) magnitude spectrum X(f) group delay τ g (f) system response y(t) inverse excitation x -1 (t) inverse group delay τ g (X -1 (f)) deconvolved impulse response h(t)

41 Vor- und Nachteile verschiedener Messverfahren zur Bestimmung von Impulsantworten in der Raumakustik und der Elektroakustik

42 1. Raumakustik und Klangeigenschaften 2. Messtechnische Parameter nach ISO Zielwerte nach DIN Messverfahren: Quellen, Empfänger, Signale 5. Elektroakustische Konzepte für Konzertsäle

43 Elektroakustische Konzepte für Konzertsäle 1. Klassische Beschallungstechnik 2. Elektroakustische Musik 3. Nachhallzeit-Verlängerung 4. Virtuelle Raumakustik

44 Klassische Beschallungstechnik Waldbühne Berlin mit Beschallungsanlage für ein klassisches Konzert. Hauptlautsprecher (Line Arrays) links und rechts neben der Bühne und Stützlautsprecher für die oberen Reihen.

45 Anforderungsprofile für Beschallungsanlagen

46 Richtcharakteristik (Balloon-Darstellung, links) eines Lautsprechers bei 1 khz für Schallfeldsimulationen und Messaufbau (rechts)

47 Simulierte Direktschallverteilung auf den Raumbegrenzungsflächen einer Veranstaltungshalle, berechnet für die Oktavbänder bei 250 Hz (a), 1 khz (b) und 4 khz (c)

48 Elektroakustische Musik Quadrophoner Lautsprecher-Array

49 Institut für Elektronische Musik und Akustik Graz, Aufführungsraum

50 System zur Nachhall-Verlängerung: LARES (links), CARMEN (rechts)

51 WellenFeld H104 der TU Berlin

52 Early reflections Sound source Parametrisch aufbereitete Schallszene (Wellenfeldsynthese, WFS)

53 Xwonder / TU Berlin, Graphische Benutzeroberfläche

54 Bregenz Open Acoustics

55 Konzertsaal mit virtueller Raumakustik (Zukunftsmusik)

56 W. Ahnert / H.-P. Tennhardt, Raumakustik (Kap. 5) A. Goertz, Lautsprecher (Kap. 8) W. Ahnert / A. Goertz, Beschallungstechnik (Kap. 9) S. Müller, Messtechnik (Kap. 21) Zum Nachschlagen