WinAudioMLS

Professionelle Audio Meßtechnik

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Vorwort

Parallel mit der ersten Entwicklung von Geräten der Audiotechnik entstand der Bedarf an geeigneter Meßtechnik. Den Anfang bildeten Pegelmesser und Oszilloskope. Mit analogen Filtern war es dann möglich auch die Oberwellen durch Verzerrungen zu messen. Mechanische Plotter ermöglichten den Ausdruck von Frequenzgängen

Durch den Einsatz von Mikroprozessoren konnten auch komplexere Messungen durchgeführt werden. Die Meßkette war aber noch stets analog.

Analog-Digital Wandler und leistungsfähige Prozessoren waren die Schlüsselkomponente für neue Meßverfahren. Dies waren digitale Filter, FFT, MLS etc. Es war jetzt sogar möglich die gesamte Impulsantwort eines Raumes zu messen und speichern. Diese Techniken wurden zunächst in eigenständige Meßsysteme integriert. Aufgrund des hohen technischen Aufwandes waren und sind solche Systeme teuer.

Heutzutage mit leistungsfähigen PCs und hochauflösenden A/D-Wandlern ist es möglich rein Software basierte Systeme wie WinAudioMLS anzubieten. Dabei entsteht nicht eine Imitation der althergebrachten Techniken. Vielmehr kann die Leistung und Flexibilität der PCs ausgenutzt werden. So können die Meßergebnisse leicht in die vorhandenen Dokumentationsprozesse integriert werden.

Da die Analyseverfahren und Algorithmen völlig unabhängig von den Wandlern sind kann die analoge Qualität durch Austausch der standardisierten Hardware der technischen Entwicklung auf ökonomische Weise folgen. Mit modernen Soundkarten mit 192kHz und 24-Bit können auch High-End Messungen durchgeführt werden.

Die analoge Meßtechnik wird jedoch nachwievor in Spezialfällen benötigt, wie zum Beispiel der Analyse von sehr geringen Verzerrungen außerhalb der Dynamik von A/D-Wandlern.

Mit dem PC-basierten Meßsystem WinAudioMLS ist es möglich, hochentwickelte Meßtechnik auch in preissensitiven Bereichen einzusetzen.

WinAudioMLS verwandelt einen PC mit Soundkarte in einen professionellen Audio-Analysator. Durch konsequente Ausnutzung der PC-Umgebung, ist WinAudioMLS nicht nur eine kosteneffiziente Methode um klassische Labormeßgeräte zu ersetzen, sondern bietet einen größeren Funktionsumfang kombiniert mit einer komfortableren Bedienung.

Anwendungsgebiete sind z.B. Messungen an Lautsprechersystemen, Reparatur und Neuentwicklung von Geräten der Audiotechnik. WinAudioMLS eignet sich auch zum Einmessen von PA-Systemen, Beurteilung der Raumakustik bzw. Schallschutzmaßnahmen, Lärmmessung oder Stimmen von Musikinstrumenten. Weiterhin ergeben sich viele Anwendungen im Bereich der industriellen Meßtechnik. In Verbindung mit einem Notebook erhält man auf einfache Weise ein mobiles Meßsystem.

Obwohl WinAudioMLS Schwerpunkte im Audiobereich legt, liegen viele Anwendungen auch im Bereich Infra- und Ultraschall sowie Schwingungsanalyse.

WinAudioMLS eignet sich auch hervorragend zum Einsatz bei Ausbildungen und Schulungen.

Eigenschaften

PRO Version

• FFT basierter Spektrumanalysator

• Messung der Übertragungsfunktion mit "Maximum Length Sequences" (MLS)

• Messung der Phasenganges und der Impulsantwort

• Frequenz- und Klirranalysator

• Oszilloskop zur Beobachtung des Signals im Zeitbereich

• Sehr hohe Auflösung der FFT (bis zu 1Million Abtastwerte )

• Bewertungsfunktionen mit DIN 'A'+ 'C'

• Fensterfunktionen

• Kann kalibriert werden um z.B. SPL zu messen

• Abtastratenumsetzung um eine Frequenzverschiebung zu kompensieren

• Lauffähig mit jeder 16-Bit Windows Soundkarte.

• Liniendiagramm oder Balkendarstellung mit Spitzenwertspeicher

• Lineare oder logarithmische Darstellung

• Gleichzeitige Darstellung der Referenzmessung, Minimum, Maximum und Mittelwert

• Einfach zu benutzende Zoomfunktion

• Meßcursor und Echtzeitdarstellung von verschiedenen Meßwerten

• Messungen können exportiert werden

• Abtastraten bis 96kHz werden unterstützt

• Mehrere gleichzeitig installierte Soundkarten in einem PC werden unterstützt

• Der Signalgenerator ist unabhängig und kann auch auf einem anderen PC gestartet werden

• Meßkurven können in die Zwischenablage kopiert werden

• Ausdruck der Meßergebnisse

PRO EX Version

• Zweikanal FFT+ MLS Analysator

• Zeit-Frequenzanalyse durch ein Spektrogramm

• Messung der Kreuzkorrelation z.B. bei Stereosignalen

• Messung von Impedanzen

• Intermodulationsmessung (IMD)

• THD -Messung mit automatischer Erkennung der Harmonischen und Kennzeichnung durch Marker

• Messung des Frequenzgangs mit realem Musikprogramm anstelle von synthetischen Testsignalen

• Vielfältige Signalverarbeitungsoptionen sowohl im Zeit als auch im Frequenzbereich.

Optional 192kHz/24bit ASIO Unterstützung mit bis zu 64 Kanälen

Systemanforderungen

• Win95/98/ME NT40/NT2000/XP/Vista

• Pentium 300 mit 128MB Speicher (Win9x benötigt 600MHz)

• Windows kompatible 16/24-Bit Soundkarte

• Bildschirmauflösung 800x600 mit mehr als 256 Farben

1Installation

Sofern Sie das Programm auf CD erhalten haben starten Sie einfach setup.exe und folgen den Anweisungen. Falls sie das Programm per eMail erhalten haben, entpacken Sie bitte die .zip Datei, kopieren Sie das Programm auf Ihre Festplatte und erstellen Sie ggf. eine Verknüpfung auf dem Desktop.

1.1Überprüfung der Installation

Starten Sie zunächst den Signalgenerator und stellen sie eine Frequenz von z.B. 1kHz ein. Stellen Sie sicher, daß Sie auch den Startknopf in der Werkzeugleiste gedrückt haben. Verbinden Sie ein Lautsprecher oder ein Kopfhörer mit dem Ausgang der Soundkarte. Sie sollten einen sinusförmigen Ton hören. Starten Sie WinAudioMLS und verbinden Sie den Ein- und Ausgang der Soundkarte mit einem geeigneten Kabel. Überprüfen Sie die Einstellungen des Windows Mixer. Es sollte ein Spektrum angezeigt werden ähnlich wie das folgende Beispiel.

2Deinstallation

Bei der CD Version ist ein Deinstallationsprogramm vorhanden. Ansonsten können Sie einfach das Verzeichnis löschen, in das Sie WinAudioMLS installiert haben. WinAudioMLS verändert keinerlei Einstellungen an Ihrem System.

3Konzept

WinAudioMLS besteht aus zwei Modulen: Einem Signalgenerator, der verschiedene Testsignale erzeugt. Diese Signale bilden den Eingang für das Meßobjekt (Device Under Test DUT). Am Ausgang des Meßobjekts werden die Signale mit WinAudioMLS analysiert.

Dabei können unter anderem die folgenden Messungen durchgeführt werden:

• Spektrum

• Frequenzgang

• Klirrfaktor

• Rauschanalyse

• Intermodulation

• Frequenz

• Phasengang

• Impulsantwort

• Raumakustische Analysen

• Impedanz

• Oszilloskop

Der Signalgenerator ist vollständig unabhängig von dem Analysator. Bei bestimmten Messungen wie z.B. Tracking Messungen wird der Generator jedoch vollautomatisch gesteuert. Zur Signalerzeugung kann auch ein beliebiges anderes Gerät wie z.B. ein CD-Spieler eingesetzt werden. Sofern die Soundkarte duplexfähig ist, kann Sie gleichzeitig mit WinAudioMLS gestartet werden. Dies trifft für die meisten modernen Soundkarten zu. Sind in einem Rechner mehrere Soundkarten installiert, so können die beiden Programme auf die unterschiedlichen Geräte zugreifen.

3.1Die Oberfläche von WinAudioMLS

Das folgende Bild zeigt die typische Oberfläche von WinAudioMLS. Die verschiedenen Bedienelemente sind mit Großbuchstaben gekennzeichnet.

A Meßbereich

Er enthält eine oder mehrere Kurven oder Overlays. WinAudioMLS kann mehrere Meßfenster verwalten.

B Y-Achse

Enthält den y-Maßstab und die Einheit

C X-Achse

Enthält den x-Maßstab und die Einheit

D Meßdaten

Enthält die wichtigsten Meßdaten und Cursorfunktionen. Die Darstellung wird er jeweiligen Betriebsart angepasst.

E Legende

Die Legende hilft bei der Verwaltung mehrer Kurven. Die Namen können frei angepaßt werden.

F Parameter viewer

Mit diesem Werkzeug können Sie einzelne Messwerte übersichtlich beobachten. Die Größe kann für eine bessere Lesbarkeit frei angepasst werden. WinAudioMLS kann mehrere solcher Fenster verwalten.

G Statuszeile

Sie enthält wichtige Einstellungen wie Abtastrate, FFT-Größe, Fensterfunktion, Gewichtungsfunktionen.

H Werkzeugleiste

Mit dieser Werkzeugleiste können Sie WinAudioMLS schnell konfigurieren.

I Pegelmonitor

Diese Balkenanzeige liefert den aktuellen Effektivwert (RMS) des Eingangs. Zusätzlich wird der Spitzenwert angezeigt.

J Marker

Mit Hilfe der Marker können Sie das Signal an frei definierbaren Positionen auslesen.

K Cursor

An der Mauspostion wird der akuelle Meßwert numerisch angezeigt. Mit Hilfe der Legende können sie zwischen mehreren aktiven Kurven wählen.

L Zielkreuz (Crosshair)

Diese Hilfslinien vereinfachen das Auslesen der Kurve.

M Meßrechteck

Mit diesem grafischen Werkzeug können Sie rechteckige Bereich leicht auslesen. Die Beschriftung des Rechteckes erfolgt stets in physikalischen Größen z.B. Frequenz oder dB.

4Erste Schritte mit WinAudioMLS

In dieser kurzen Einleitung demonstrieren wir die wichtigsten Grundfunktionen und Einstellungen. Wir empfehlen, das Sie diese Schritte anhand eigener Messungen nachvollziehen. Dadurch verkürzen Sie die Einarbeitungszeit erheblich.

In diesem ersten Tutorial legen wir den Schwerpunkt auf:

• Messung der Impulsantwort und des Frequenzganges

• Zoom dialogbasiert und mit der Maus

• Abspeichern der Meßdaten

• Vergleich von mehreren Messungen durch Overlays

Führen Sie bitte zunächst die folgenden Schritte aus.

1. Verbinden Sie den Eingang und Ausgang der Soundkarte mit einem geeigneten Kabel.

2. Starten Sie den Analyzer (WinAudioMLS und den Signalgenerator)

3. Starten Sie die Ausgabe bzw. Analyse mit der „Play“ Funktion.

Wenn die Einstellungen korrekt sind, erhalten Sie ein ähnliches Bild, das deutlich die Signalkomponente bei 1kHz zeigt.

Wenn der Pegel zu groß ist kommt es zu Übersteuerungen, die harmonische Signalanteile verursachen.

Bei Übersteuerungen erhalten Sie das folgende typische Bild. Bitte beachten Sie, daß der THD+N Wert hier auch erheblich niedriger ist.

Bei sinnvoller Aussteuerung sollte der THD+N, je nach Soundkarte, zwischen 65dB und 95dB liegen

Sofern der Eingangspegel zu hoch ist überprüfen Sie bitte die Mixereinstellungen der Soundkarte.

In der Systemsteuerung können Sie- je nach Soundkarte- den Eingangspegel bzw. Ausgangspegel anpassen. Die individuellen Einstellungen hängen von der Soundkarte ab. In diesem Fall finden Sie weitere Details in der Anleitung des Herstellers. Viele (semi)-professionelle Soundkarten haben aber keine solchen Pegelregler. Hier verwenden Sie bitte ggf. die Potentiometer an der Karte oder verwenden ein Mischpult zur Pegelanpassung.

Den Ausgabepegel können Sie mit dem Regler „Wave“ verändern.

4.1Impulsantwort

Im nächsten Schritt messen Sie die Impulsantwort. Wählen Sie hierfür den „Wizard“ Room impulse aus der Menuleiste. Dieser Wizard konfiguriert den Analyzer und Generator vollautomatisch.

Je nach Eingangspegel erhalten Sie das folgende Bild:

Der Impuls im vorderen Bereich ist bereits erkennbar. Durch Anpassung der Anzeige möchten wir diesen Impuls näher betrachten.

Klicken Sie mit der linken Maustaste auf die Achse z.B. neben die Beschriftung „amplitude“

Eine Dialogbox öffnet sich und wir beschränken die Anzeige zunächst auf 0 bis 50ms. Alle anderen Einstellungen bleiben unverändert.

Der Impuls ist jetzt bei 5ms erkennbar. Klicken Sie jetzt auf „y-axis-autoscale“ in der Werkzeugleiste. Diese Funktion zoomt die y-Achse automatisch.

Im nächsten Schritt möchten weiter zoomen, diesmal aber direkt mit der Maus. Klicken Sie mit der linken Maustaste (einfach nicht doppelt) die linkere obere Ecke eines Rechtecks. Halten Sie die Maustaste gedrückt und ziehen Sie ein Rechteck auf.

Lassen Sie die linke Maustaste los.

Der Zoombereich wird angepasst. Sie können einen Zoomschritt rückgängig machen mit dem Kontextmenu der rechten Maustaste.

Sie haben gesehen, wie man den Darstellungsbereich mit der Dialogbox und mit der Maus anpasst. Sie können aber auch mit den Cursortasten den Bereich verschieben bzw. vergrößern und verkleinern.

4.2Frequenzgang

Wählen Sie „Freq. response with MLS“ vom Wizard Menu.

Sofern alles korrekt eingestellt ist, erhalten Sie ein flachen Frequenzgang, der natürlich je nach Qualität der Soundkarte bei den Höhen abfallen kann.

Typischerweise wird ein Frequenzgang bei 1kHz auf 0dB normiert. Gehen Sie daher mit der Maus zu der Frequenz 1kHz und drücken Sie die rechte Maustaste. Wählen Sie „set to 0dB“

Die interne Skalierung wird dann automatisch angepasst und die Kurve verschiebt sich zu 0dB.

4.3Abspeichern von Meßdaten

Sie können Messdaten auf vielfältige Weise speichern

1. Als Bild mittels Screenshot (Die Bilder in dieser Dokumentation sind so entstanden)

2. Als Bild über die Zwischenablage (Copy aus dem Edit Menu)

3. Reine Meßdaten als Text

4. Speichern in ein Overlay zum Vergleich mit anderen Kurven.

1) Screenshot

Durch ALT-DRUCK auf der Tastatur wird der Programminhalt in die Zwischenablage kopiert. Dabei werden die ganzen Menuleisten etc. mitkopiert. Diese Funktion gehört zum Standardumfang unter Windows und funktioniert so mit allen Programmen.

2) Zwischenablage

Hier wird nur die Grafik abgespeichert.

3) Numerische Daten

Mit View->show results können Sie die Meßergebnisse direkt auslesen und in die Zwischenablage kopieren.

0.000000 -35.420284

43.066406 -36.965042

86.132813 -45.737709

129.199219 -51.565979

172.265625 -52.174908

215.332031 -49.034374

etc.

Sie können auch die Meßdaten mit File->export in eine Textdatei abspeichern

In diesem Beispiel wurden die Daten in die Datei data.txt geschrieben, die Sie mit Notepad etc. anzeigen können.

4) Overlays

Durch Overlays können Sie mehrere Kurven (auch abgespeicherte überlagern)

Wählen Sie „set current curve as Overlay“ aus dem Menü Overlays

Wir haben hier das Meßfenster verschoben damit die Legende sichtbar ist. Das Overlay wird schon angezeigt, da die Messung aber gestoppt wurde werden beide Kurven übereinander gezeichnet.

Wenn die Messung wieder gestartet wird erscheinen jetzt beide Kurven

Wenn Sie in der Legende auf die Kurve klicken, können Sie Namen vergeben und die Linienart etc. verstellen.

5Vordefinierte Meßverfahren (Easy measurements)

Moderne Meßsysteme, wie WinAudioMLS bieten hier eine Vielzahl von hochentwickelten Meßverfahren an. Diese Verfahren sind zum Teil sehr komplex und erfordern ein entsprechendes Wissen, wie sie nur eine langjährige Ausbildung vermitteln kann.

Daher verfügt WinAudioMLS über weitestehend automatische Meßverfahren, mit der die Nachhallzeit auch von Nicht-Spezialisten zuverlässig durchgeführt werden kann. Die langjährige Erfahrung unserer Entwickler und Akustiker wurde in diesem automatischen System zusammengefasst. Das Ziel ist es dabei so wenig wie möglich Einstellungen zu benötigen und gleichzeitig so viele Fehlbedienungen wie möglich zu erfassen und zu verhindern. Für erfahrene Benutzer steht weiterhin eine Vielzahl von Optimierungen zur Verfügung, die auch in Spezialfällen sinnvolle Meßergebnisse liefern.

Die Meßergebnisse werden in einem übersichtlichen (HTML) Bericht geschrieben. Sie können diesen Bericht daher auf einfache Weise ausdrucken archivieren oder per eMail verschicken.

Folgende automatisierte Messverfahren sind enthalten

• Standard Audio Parameter

• Nachhallzeit

• Sone/Lautheit

5.1· Standard Audio Parameter

Dieser Test eignet sich für alle Geräte, die direkt zwischen Ein- und Ausgang einer Soundkarte gelegt werden können. Dies sind z.B. Verstärker, Filter , Übertrager etc.

Indem Ein- und Ausgang einer Soundkarte direkt verbunden wird, kann eine Soundkarte auch selbst vermessen werden.

WinAudioMLS mißt dabei typische Parameter wie

• Frequenzgang

• THD+N über der Frequenz und Pegel

• THD über der Frequenz und Pegel

• Verteilung der Harmonischen

5.2Nachhallzeit

Die Nachhallzeit ist der wichtigste raumakustische Parameter und wird für viele Beurteilungen benötigt. Die Nachhallzeit -meist RT60- gibt an, wann der Schallpegel im Raum nach einer Anregung um 60dB abgesunken ist. Die Anregung erfolgt durch einen Lautsprecher. Der Schall wird mit einem Meßmikrofon aufgezeichnet und analysiert.

5.3Sone/Lautheit

Für viele Geräte (Beamer/Laptops/Lüfter etc.) ist das Betriebsgeräusch ein entscheidendes Kaufkriterium. Der Schallpegel in dB(A) bildet die empfundene Lautstärke nur unzureichend ab. Daher hat sich ein aufwendigeres psycho-akustisches Verfahren durchgesetzt, das die Lautheit in Sone mißt.

5.4Vordefinierte Konfigurationen (Wizards)

WinAudioMLS bietet eine Fülle von Funktionen und Parametern. Daher enthält WinAudioMLS für typische Meßaufgaben vordefinierte Einstellungen. Diese Wizards ermöglichen es, mit nur einem Mausklick Messungen durchzuführen. Für Einsteiger wird dadurch die Einarbeitungszeit deutlich reduziert. Aber auch erfahrene Benutzer profitieren von den Wizards, da die Konfigurationen schnell eingestellt werden können. Alle Parameter, die durch die Wizards gewählt werden, können manuell angepaßt werden. Dadurch eignen sich die Wizards als Grundeinstellung für typische Meßaufgaben. Nur in Spezialfällen und mit der notwendigen Kenntnis sind manuelle Anpassungen notwendig.

Die Wizards konfigurieren nicht nur den Analyzer sondern auch den Signalgenerator vollautomatisch.

Folgende Wizards sind zur Zeit verfügbar:

• Distortion: Klirrfaktor (THD/THD+N) bei einem Sinus mit 1kHz.

• Raumimpulsantwort: Messung erfolgt mit MLS der Länge 65535

• Nachhallzeit: Messung der Raumimpulsantwort via MLS und daraus Berechnung der Nachhallzeit

• Frequenzgang mit MLS

6Meßkonzepte

6.1Spektralanalyse (FFT Analyse)

Die Anzeige des Leistungsdichtespektrums ist sicher die am häufigsten verwendete Funktion. In dieser Grafik wird die spektrale Leistungsdichte über der Frequenz aufgetragen. Die Schätzung des Spektrums basiert auf der schnellen Fouriertransformation (FFT).

Das Leistungsdichtespektrum ist ein sehr vielseitiges Werkzeug. Anwendungen sind Klirranalyse, Frequenzmessung, Rauschanalyse oder die Messung des Frequenzganges.

Weißes Rauschen besitzt ein Spektrum das konstant über der Frequenz ist. Eine weit verbreitete Methode den Frequenzgang eines Systems zu bestimmen, besteht daher darin das Meßobjekt mit weißem Rauschen anzuregen. Das Leistungsdichtespektrum am Ausgang ist direkt proportional zum gesuchten Frequenzgang.

Das Leistungsdichtespektrum kann entweder in einem Liniendiagramm oder als Balkendiagramm dargestellt werden. Die Anzeige verfügt über einen Spitzenwertspeicher. Die Anzeigegeschwindigkeit bzw. das dynamische Ansprechverhalten kann den persönlichen Bedürfnissen angepaßt werden. Mit einem Spektrogramm kann das zeitliche Verhalten des Spektrums dargestellt werden. Mehrere Messungen können gemittelt werden, um den Einfluß von Störgrößen zu verringern und so im allgemeinen einen glatteren Kurvenverlauf zu erhalten. WinAudioMLS kann auch das Minimum, Maximum oder einen Gesamtmittelwert darstellen. WinAudioMLS verfügt über sogenannte Fensterfunktionen, die unerwünschte Nebenmaxima unterdrücken. Bewertungsfunktionen dämpfen die hohen und niedrigen Frequenzen, um die physiologischen Eigenschaften des menschlichen Ohres zu berücksichtigen. Mit Hilfe des Meßcursors können die Meßwerte aus Kurven präzise abgelesen werden.

6.1.1Abtastrate und Blockgröße

Die Frequenzauflösung ergibt sich aus der Division der Abtastrate durch die Blockgröße. Beispielsweise erreicht man bei einer typischen Abtastrate von 44.1kHz und einer Blockgröße von 1024 Abtastwerten eine Auflösung von 43.06Hz. Die Auflösung kann verbessert werden, indem ein größerer Block verwendet wird. Gleichzeitig verlängert sich dadurch allerdings die Meßzeit. Es ist unmöglich gleichzeitig mit einer hohen Frequenzauflösung und einer hohen zeitlichen Auflösung zu messen. Dies ist eines der grundlegenden Theoreme der modernen Signaltheorie. Dies Verhalten kann mit Hilfe eines analogen Filters veranschaulicht werden. Ein schmalbandiges Filter mit einer hohen Frequenzauflösung hat gleichzeitig eine lange Einschwingdauer und damit eine geringe zeitliche Auflösung. Umgekehrt hat ein Filter mit einer geringen Einschwingdauer eine geringe Flankensteilheit.

6.2Pegelmessungen

Der einfachste Fall für eine Pegelmessung ist ein konstantes Signal. Die Amplitude ist über einen beliebigen Zeitraum konstant. Für eine solche Gleichspannung sind der Spitzenwert und der Effektivwert (RMS) identisch. Daher beträgt der Crest-Faktor genau 1.0.

6.2.1Sinusförmige Signale

Bei einem sinusförmigen Signal ist der Spitzenwert um den Faktor 1.41 größer als der Effektivwert. Ein digitaler Sinus mit Vollaussteuerung hat einen Wertebereich von –1.0 bis +1.0 und ein Effektivwert von 0.7. Dies entspricht –3dB. Sie können den Pegel entweder im Zeit-oder Frequenzbereich bestimmen.

6.2.1.1Zeitbereich

WinAudioMLS mißt ständig den Effektivwert des Eingangssignals und zeigt diesem im Pegelmesser an der linken Seite an. Sie können auch den „ParamViewer“ verwenden um den Effektivwert und Spitzenwert aus dem Zeitbereich darzustellen.

Jeder Gleichanteil hat hierbei einen erheblichen Einfluß auf den Effektivwert. Viele Soundkarten haben einen geringen DC-Offset. Wir empfehlen daher, diesen Anteil mit dem integrierten DC-Filter zu entfernen.

6.2.1.2Frequenzbereich

Sie können den Pegel auch aus der Spektraldarstellung ermitteln. WinAudioMLS zeigt den spitzenwert direkt an. Aufgrund bestimmter Eigenschaften der FFT, variiert der Spitzenwert jedoch im allgemeinen in Abhängigkeit der Frequenz. WinAudioMLS verwendet zwei Techniken, um diesen Effekt zu kompensieren. Zum einen können Sie die Flat-Top Fensterfunktion verwenden, die genau für diesen Zweck entworfen wurde. Die Flat-Top Fensterfunktion zeigt eine sehr geringe Abhängigkeit von der Eingangsfrequenz.

Zum anderen können Sie eine spezielle Interpolationstechnik verwenden (peak interpolation), die die Frequenzabhängigkeit kompensiert.

Sie können den Effektivwert auch aus der Integration über den Frequenzbereich bestimmen. Dies erfolgt durch den Wert „inband-level“. Wenn Sie den gesamten Frequenzbereich verwenden und eine Rechteck-Fensterfunktion, erhalten Sie den gleichen Effektivwert wie im Zeitbereich. Bitte beachten Sie, dass die FFT-Darstellung so skaliert wurde, das ein Sinus mit Vollaussteuerung ein „inband-level“ von 0dB hat. Damit ergibt sich ein Offset von genau 3dB gegenüber der Berechnung aus dem Zeitbereich.

6.2.2Breitbandige Signale

Für breitbandige Signale können Sie den Pegel in ähnlicher Weise messen.

6.2.2.1Zeitbereich

Der Effektivwert beinhaltet alle Anteile im gesamten Frequenzbereich. Sie können eine Vielzahl von Filtern verwenden um selektiv in bestimmten Bändern zu messen.

Im folgenden Beispiel wird ein weißes Rauschen verwendet, daß eine konstante spektrale Leistungsdichte hat. Es hat ein Effektivwert von 0.1 bzw. –20dB.

Wenn wir ein Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von 11kHz verwenden, halbiert sich der Effektivwert (-3dB).

6.2.2.2Frequenzbereich

Sie können den Effektivwert auch aus dem Spektrum bestimmen. Der „inband-level“ wird integriert über dem sichtbaren Frequenzbereich. Daher können Sie bestimmte Frequenzbereiche einfach mit der Maus auswählen. WinAudioMLS berücksichtigt hierbei Bewertungsfilter, Kalibrierungskurven oder Referenzdaten.

In diesem Beispiel haben wir Frequenzen bis 11kHz ausgewählt, der „inband-level“ reduziert sich daher um 3dB.

6.3Pegel Monitor (LEQ)

WinAudioMLS kann den Pegel (LEQ) über der Zeit darstellen. Diese Funktion eignet sich insbesondere für Langzeitmessungen bei Konzerten oder Lärmüberwachung an Straßen oder Maschinen. Durch die gestiegenen Anforderungen bei Büro-Arbeitsplätzen (DIN18041) gewinnen solche Messungen zunehmend an Bedeutung.

Mit der Mehrkanalfunktionalität können Sie bis zu 64 Kanäle gleichzeitig darstellen.

Weiterhin können verschiedene statistische Parameter (Langzeitmittel , Kurzzeitmittel, min, max) angezeigt werden.

Die folgende Messung zeigt den Langzeitpegel zusammen mit einer Kurzzeitspektralanalyse.

Die Pegelmessung erfolgt im Frequenzbereich. Sie können die Mittelungszeit, die Anzahl an Meßwerten sowie eine obere und untere Frequenz einstellen. Eine A/C-Bewertung kann unabhängig von den anderen Analysefenstern eingestellt werden.

Das folgende Beispiel zeigt eine Messung mit 8 Kanälen an einer M-Audio M1814 Soundkarte. Sie können die Kanäle auch in getrennten Fenstern darstellen.

6.3.1Signalstatistik

WinAudioMLS kann den Pegel über einen längeren Zeitraum mitteln (integrieren), um den Dauerpegel Leq zu bestimmen. Weiterhin können verschieden weitere statistische Parameter berechnet werden. Dies sind:

• Langzeitmittelwert Leq

• Kurzzeitmittelwert der letzten 30s

• Minimaler Pegel

• Maximaler Pegel

• Gemessene Zeit

• Einstellbare Warnung bei Überschreiten von Pegeln

Am einfachsten erreichen Sie diese Funktionen über Plug-ins->LEQ.

Sofern der Pegelmesser nicht aktiv war, wird er automatisch eingeschaltet. In den meisten Fällen sollten Sie eine A-Bewertung verwenden.

Die Messwerte sind nicht kalibriert. Daher müssen Sie zunächst eine Kalibrierung durchführen, um absolute Schallpegel zu messen. In diesem Fall sollte der Kalibrator auf 94dB gestellt werden, Sie können jedoch auch mit anderen Pegeln arbeiten.

Mit angelegtem Kalibrator sollte sich ein Dauerpegel von 94dB ergeben.

Den Schallpegelkalibrator können Sie jetzt abnehmen und das Messmikrofon an seine endgültige Position stellen.

Mit „Soundriver Reset“ in der Menüleiste, wie in dem Bild oben können Sie die Messung zurücksetzen und eine neue Messung starten.

6.3.1.1 Manuelle Einstellung

In diesem Abschnitt erläutern wir, wie Sie manuell die verschiedenen Meßfenster darstellen und einstellen können. Mit der zuvor beschriebenen Automatik, können Sie jedoch die wichtigsten Meßwerte schneller darstellen.

Starten Sie die Pegelmessung (Plug-ins->Level monitor)

Führen Sie eine Kalibrierung durch.

Mit angelegtem Kalibrator sollte sich ein Dauerpegel von 94dB ergeben.

Stellen Sie ggf. noch eine A-Bewertung ein

Plug-ins->Level Monitor

Bei einer Referenzfrequenz von 1kHz sollte der Pegel immer noch bei 94dB liegen.

Den Schallpegelkalibrator können Sie jetzt abnehmen und das Messmikrofon an seine endgültige Position stellen.

Wählen Sie jetzt View->Add Paramview

Klicken Sie doppelt auf das neue Messfenster. Ein Konfigurationsdialog öffnet sich.

Wählen Sie als Parameter LEQ

Wählen Sie jetzt erneut View->Add Paramview

Konfigurieren Sie dieses Messfenster mit „LEQ time“, um die abgelaufene Messzeit anzuzeigen

Sie können die Messfenster frei verschieben.

Durch „R“ (sound driver reset) starten Sie eine neue Messung.

Alle Mittelwerte wurden zurückgesetzt.

Weiterhin kann WinAudioMLS auch den minimalen und maximalen Wert anzeigen.

Sie können auch Schwellwerte definieren, um ein Überschreiten bestimmter Werte deutlich zu markieren.

Sie können diese Konfiguration auch als Preset speichern.

6.4Klirranalyse

Legt man an ein lineares System ein sinusförmiges Signal, so ändert sich lediglich die Amplitude und Phase. Ein nichtlineares System hingegen generiert Signalanteile meist bei Vielfachen der Eingangsfrequenz.

Zur Messung dieser Signalanteile (Oberwellen) wird im allgemeinen ein sinusförmiges Signal verwendet. In einer Spektralanalyse sind die Oberwellen direkt zu erkennen. Es sollten Fensterfunktionen (typischerweise Blackman) verwendet werden. Bei einem idealen linearen System sollte nur eine Spektrallinie bei der Eingangsfrequenz angezeigt werden. Typischerweise treten harmonische Anteile auf. Diese werden im englischen mit Total Harmonic Distortion (THD) bezeichnet. Alle anderen Störanteile (nicht harmonische und Rauschen) werden bei der THD+N Messung (Total Harmonic Distortion+Noise) berücksichtigt.

WinAudioMLS berechnet zum einen den Signal zu Rauschabstand (THD+N) zum anderen kann WinAudioMLS die Leistung der Harmonischen (THD) selbständig erfassen.

6.5Oberwellenanalyse

Der Klirrfaktor (THD) ist definiert als der Quotient des Effektivwertes aller Oberwellen geteilt durch den Effektivwert des Gesamtsignals. WinAudioMLS erkennt die Grundfrequenz und bestimmt die Leistung der Oberwellen. Die Oberwellen werden durch ein weißes Rechteck markiert. Auf diese Weise können sehr leicht nicht harmonische Signalanteile, für die das menschliche Ohr besonders empfindlich ist, erkannt werden. Der Klirrfaktor wird im Meßfenster in dB oder % angezeigt. Für eine aussagekräftige Messung sollte die Auflösung im Frequenzbereich ausreichend hoch gewählt werden. Durch Mittelwertbildung können störende Rauschanteile unterdrückt werden.

In der Standardeinstellung wird der absolute Pegel der Harmonischen in dB dargestellt.

Hinweis: Die Oberwellenanalyse ist nur in der PRO EX Version verfügbar.

Um eine relative Anzeige zu erhalten, verschieben Sie den Spitzenwert nach 0dB. Verwenden Sie hierfür das Kontextmenu der rechten Maustaste.

Der Spitzenwert liegt jetzt bei 0dB. Die Pegel aller Harmonischen zeigen jetzt den relativen Pegel an.

Sie können die Pegel auch in % mit Bezug auf die Hauptschwingung anzeigen lassen.

Für diese Darstellung brauchen Sie die Spitzenwert nicht zu verschieben, da diese Anzeige grundsätzlich relativ erfolgt.

Sie können die Anzahl der Harmonischen begrenzen oder nur die geraden bzw. ungeraden anzeigen

Wenn Sie mehrere Kurven verwenden, werden die THD Marker stets für die aktive Kurve dargestellt. Mit Hilfe der Legende können Sie einfach zwischen mehreren Kurven umschalten. Falls Sie beide Kurven gleichzeitig benötigen, so verwenden Sie mehrere Fenster. Im folgenden Bild wird Kanal 2 ausgewählt.

Das folgende Bild zeigt beide Kanäle gleichzeitig.

6.5.1Messung sehr geringer Verzerrungen

Die besten verfügbaren Soundkarten erlauben Verzerrungen bis etwa –115dB zu messen. Mit externen analogen Filtern und bei festen Frequenzen können Sie weitaus geringere Verzerrungen messen. Zunächst müssen Sie durch einen schmalbandigen Bandpass Rauschen und Verzerrungsprodukte aus dem Anregungssignal entfernen. Ein zweites Filter, eine Bandsperre, am Eingang der Soundkarte dämpft die Grundschwingung. Die Mittenfrequenzen beider Filter müssen der Frequenz des Anregungssignal entsprechen. Die Bandsperre verändert natürlich den Frequenzgang des Analysators. Diese kann aber digital durch eine Kalibrierung kompensiert werden. Die hier vorgestellte Technik entspricht der klassischen Methode zur Messung von Verzerrungen. Aufgrund des hohen Aufwandes durch die analogen Filter und die Beschränkung auf Festfrequenzen, wird diese Technik nur in Spezialfällen verwendet.

6.6Rauschanalyse

Mit dem gleichen Meßaufbau wie beider Oberwellenanalyse können auch die Rauschanteile bestimmt werden. Mit Hilfe der Zoom Funktion können bestimmte Frequenzbereiche gezielt untersucht werden. Im Meßfenster wird die Leistung im ausgewählten Frequenzbereich angezeigt. Das menschliche Ohr ist für niedrige und hohe Frequenzen nicht so empfindlich. Dies sollte durch eine Bewertung mit den eingebauten DIN A oder C Kurven berücksichtigt werden.

6.6.1Typischer Fehler bei der Rauschmessung

Viele ermitteln aus dem weiter unten folgenden Spektrum ein SNR von etwa 90dB. Dabei wird nur der Rauschteppich bei 90 dB berücksichtigt. WinAudioMLS ermittelt hingegen den korrekten Wert von 60dB. Der Grund für diese Abweichung liegt darin, daß die Meßkurve eine spektrale Leistungsdichte enthält (Leistung pro Frequenz). Diese Dichte muß über die Frequenz integriert werden, um die Leistung zu ermitteln. Dieser Effekt kann leicht überprüft werden, indem die FFT Länge verändert wird. Die zweite Messung verwendet eine FFT mit 65536 Punkten. Aufgrund der höheren Frequenzauflösung liegt der Rauschteppich niedriger.

Das Eingangssignal für beide Messungen ist ein Sinus mit einem SNR von exakt 60dB. Sie finden diese Beispieldatei auch auf unserer Produkt CD.

6.7Intermodulation

Zweitonmessungen sind eine weit verbreitete Methode um nicht-lineare Systeme zu analysieren. Ein nicht-lineares System erzeugt Mischprodukte bei der Summe und der Differenz der beiden Eingangsfrequenzen.

WinAudioMLS erkennt die beiden Frequenzen des Zweitonsignals und erfaßt die Mischprodukte automatisch. Diese können durch Marker gekennzeichnet werden. Es ist nicht notwendig die beiden Frequenzen des Zweitonsignals einzugeben. Der Intermodulationsfaktor (IMD) wird im Meßfenster in dB und % angezeigt.

Mit dem "Sweep Plug-in" können Sie den IMD über der Frequenz oder dem Eingangspegel messen. 

Hinweis: Die Intermodulationsmessung ist nur in der PRO EX Version verfügbar.

6.8Frequenzmessung

Die Frequenz eines Signals kann direkt mit Hilfe der Spektralanalyse erfolgen. Der Signalanteil mit der größten Energie ist im Allgemeinen die Grundfrequenz. Dieser Wert wird ständig im Meßfenster angezeigt. Die Genauigkeit wird durch die Auflösung im Frequenzbereich bestimmt. Diese wird durch die Abtastrate und Blocklänge der FFT bestimmt. Bei einer Abtastrate von 44.1kHz und einer Länge von 1024 ist die Genauigkeit auf 44100/102443Hz beschränkt. Der große Vorteil dieses Verfahrens ist das es auch für stark gestörte Signale funktioniert. Es ist keinesfalls auf sinusförmige Eingangssignale beschränkt.

Für sinusförmige Eingangssignale verfügt WinAudioMLS über eine weitere Meßmethode, die meist eine höhere Genauigkeit erreicht. Bei einer Blockgröße von 16384 Abtastwerten und einer Eingangsfrequenz von 1kHz liegt die Frequenzabweichung unterhalb von 0.03Hz. Die FFT basierte Methode erreicht hier nur eine Genauigkeit von 2.7Hz.

Anwendungen sind z.B. Justagearbeiten an Bandmaschinen oder das Stimmen von Musikinstrumenten.

6.9Frequenzgang

Im Laufe der Zeit wurden eine Vielzahl von Techniken und Methoden entwickelt, die den Frequenzgang eines Systems bestimmen. Die älteste und sicher auch die einfachste Methode ist die Messung mit sinusförmigen Signalen. Es wird die Ausgangsleistung des Systems über der Frequenz aufgetragen. Diese Methode ist langsam, da das System zunächst einschwingen muß. Der große Vorteil liegt jedoch darin, daß dieses Verfahren nicht anfällig ist gegenüber additiven Störungen oder geringen Frequenzverschiebungen.

Diese Art der Messung kann mit WinAudioMLS wie folgt durchgeführt werden:

• Verbinden Sie einen Signalgenerator mit einer Gleitsinusoption. Die PRO Version unseres Signalgenerators verfügt über eine solche Funktion

• Stellen Sie die Start- und Stopfrequenz sowie die Zeit eines Durchlaufs geeignet ein.

• Verwenden Sie WinAudioMLS als Spektralanalysator.

• Aktivieren Sie die Anzeige des Maximalwerts an (Taste MAX in der Werkzeugleiste).

  Wir bieten auch ein Plug-In für WinAudioMLS an, bei der ein solcher Durchlauf automatisch mit einzelnen Frequenzen und nicht als Gleitsinus durchgeführt wird. Bei dieser Messung wird nicht nur der Pegel bei einzelnen Frequenzen erfaßt sondern auch der Klirrfaktor. Diese Option wird später in dieser Dokumentation ausführlich erläutert.

Um einen schnellen Eindruck des Übertragungsverhaltens eines Systems zu gewinnen, werden häufig auch Mehrton-Signale verwendet. Auf Anfrage stellen wir solche Signale kostenfrei als .wav Datei zur Verfügung.

Eine weitere Klasse von Verfahren verwendet Rauschsignale zur Bestimmung des Frequenzganges. Weißes Rauschen hat einen konstanten Verlauf im Frequenzbereich. Daher ist das Spektrum am Ausgang des Meßobjekts direkt proportional zum gesuchten Frequenzgang.

6.10Maximum Length Sequenzes (MLS)

Mißt man den Frequenzgang eines Systems direkt mit Sinussignalen, so ist es nicht möglich den vollständigen Frequenzgang mit einer kurzen Meßzeit (<100ms) zu erfassen. Die Messung mit Rauschsignalen kommt diesem schon näher. Allerdings müssen im allgemeinen viele Messungen gemittelt werden um einen ausreichend glatten Kurvenverlauf zu erhalten.

WinAudioMLS kann Frequenzgänge anstelle mit weißem Rauschen mit speziellen Signalen erfassen. Bei der Messung mit weißem Rauschen ist das Eingangssignal zufällig. Es werden nur bestimmte statistische Annahmen getroffen. ML-Sequenzen haben jedoch spezielle Eigenschaften, die im Analysator ausgenutzt werden. Das Spektrum von ML-Sequenzen ist flach. Die speziellen Eigenschaften ermöglichen jedoch Messungen mit weniger Mittelungen durchzuführen. Auf diese Weise kann die Meßzeit verringert werden. Es reichen bereits kurze Blocklängen aus, um den Frequenzgang zuverlässig zu bestimmen.

Hinweis: Achten sie bei der Messung darauf, daß sowohl der Generator als auch der Analysator die gleiche Abtastrate verwenden. Sind der Generator und der Analysator unterschiedliche Geräte, so ergeben sich auch bei gleich eingestellter Abtastrate geringe Abweichungen. Diese Abweichungen von wenigen Hertz sind kaum hörbar, sie beeinträchtigen jedoch die MLS-Messung bei hohen Frequenzen. WinAudioMLS hat eine Abtastratenumsetzung mit der die Abtastrate beliebig genau eingestellt werden kann. Es ist somit möglich mit 44.098,34Hz abzutasten. Zwar gibt es weltweit mittlerweile einige Meßsysteme, die auf MLS basieren. Alle erfordern jedoch, daß der Generator und der Analysator vollständig synchron sind. Diese Voraussetzung muß bei WinAudioMLS nicht erfüllt sein. Es ist somit möglich einen CD-Spieler als Generator zu verwenden. Die Analyse kann auf einem beliebigen PC stattfinden.

6.10.1MLS Beispiel Messung

An einem Beispiel werden die enormen Vorteile einer MLS Messung demonstriert. Als Meßobjekt dient hier ein analoges Filter zur Anhebung der Mittenfrequenzen (3.3kHz) wie es in typischen Mischpulten häufig vorkommt. Dieses Filter wird zum einen mit weißem Rauschen (FFT Länge 1024 und 16-fach gemittelt) zum anderen mit einer MLS Messung der Länge 16384 und einer Auflösung von 1024 Werten. Damit verwenden beide Meßmethoden die gleich Anzahl von Eingangsdaten (372 ms).

Es ist deutlich zu erkennen, das die MLS Methode das Rauschen erheblich effizienter unterdrückt als eine einfache Mittelung.

Rauschmessung

MLS Messung

6.10.2Phasengang

Basierend auf einer MLS-Messung kann auch der Phasengang angezeigt werden. Die Phase wird in Grad angegeben. Bei einer Phasenmessung ist es wichtig, daß Generator und Analysator synchron betrieben werden. Hierfür kann die bereits erwähnte Abtastratenumsetzung verwendet werden. Zunächst sollten die Frequenzen synchronisiert werden. Wird eine Soundkarte im Duplexbetrieb für die Ein- und Ausgabe verwendet so ist dies nicht erforderlich. Mit der Abtastratenumsetzung kann das Signal auch zeitlich verschoben werden und zwar nicht nur um ganze Abtastperioden sondern auch beliebige Bruchteile davon.

6.10.3Impulsantwort

Bei einer MLS-Messung kann auch die Impulsantwort bestimmt werden. Bei einem idealen System erhält man einen schmalen Impuls (Dirac). Die Impulsantwort kann ähnlich wie beim Phasengang zeitlich verschoben werden.

Ist die Option ’auto scan’ aktiv, so synchronisiert sich WinAudioMLS selbständig, so daß das Maximum der Impulsantwort stets in der Mitte ist. Die Länge der Impulsantwort wird durch die Blockgröße der FFT definiert.

Impulsantwort des analogen 3.3kHz Mittenfilters

6.10.4Typische Fehler bei einer MLS Messung

Im folgenden werden kurz die wichtigsten Fehlerquellen bei einer MLS Messung zusammengefaßt. Das Meßobjekt ist wieder das 3.3kHz analoge Mittenfilter.

• Generator und Analysator verwenden nicht die gleiche MLS Länge.

Generator 8191 Analysator 16383

• Eingangssignal übersteuert.

6.10.5Unterdrückung von Reflexionen

Messungen mit MLS ermöglichen es, in gewissen Grenzen störende Reflexionen von Wänden bei der Berechnung des Frequenz-oder Phasengangs auszublenden. WinAudioMLS kann hierfür Impulsantworten von Echtzeitmessungen oder bereits abgespeicherte Messungen verwenden. In den folgenden Beispielen werden die Funktionen demonstriert.

Grundlage bildet eine Impulsantwort, die bereits abgespeichert wurde. Sie können diese mit plug-ins->impulse response->load laden. Diese Impulsantwort können Sie mit plug-ins->impulse response->plot anzeigen. Hierbei stehen eine Darstellung im Zeitbereich sowie der Frequenz und Phasengang zur Verfügung. Das folgende Bild zeigt zunächst die Impulsantwort selber.

Mit Windows->new können Sie ein neues Meßfenster öffnen. Laden Sie die gleiche Impulsantwort und stellen Sie diese dar.

Klicken Sie mit der linken Maustaste in dem oberen Meßfenster, um ein Meßrechteck zu erhalten. Das zweite Meßfenster zeigt unmittelbar den gewählten Bereich an. Diese Funktion kann auch sehr gut als reine Ausschnittsvergrößerung verwendet werden. Sie können das Meßrechteck mit der Maus vergrößern und verschieben.

Wählen Sie jetzt für das zweite Meßfenster eine Frequenzdarstellung. Der Frequenzgang wird nur von dem im oberen Meßfenster festgelegten Bereich berechnet. Die Frequenzdarstellung wird automatisch aktualisiert, wenn Sie das Meßfenster verändern. Auch die Größe der FFT wird automatisch eingestellt.

Wenn Sie das Meßrechteck entfernen, so wird der Frequenz oder Phasengang von der gesamten Impulsantwort berechnet.

Sie können Fensterfunktionen verwenden, um die Kanten der Impulsantwort zu glätten. In diesem Modus wird die Fensterfunktion nur für die rechte Hälfte der Impulsantwort verwendet.

Sie können weitere Meßfenster hinzufügen, um zum Beispiel den Phasengang gleichzeitig darzustellen. Durch unterschiedliche Farben können Sie die verschiedenen Darstellungen leichter identifizieren.

6.11Bewertung

Die Empfindlichkeit des menschlichen Ohres variiert stark im Frequenzbereich von 20Hz bis 20kHz. Ein Ton bei 2kHz erscheint erheblich lauter als 15kHz. Dieser Effekt sollte bei der Beurteilung von Geräten der Audiotechnik berücksichtigt werden, indem die niedrigen und hohen Frequenzen gedämpft werden. Am weitesten verbreitet ist die DIN „A“-Kurve. Messungen, die auf einer solchen Bewertung basieren, werden mit dB(A) bezeichnet. WinAudioMLS unterstützt die „A“ - und „C“-Kurve. Die Bewertungsfilter sind so normiert, daß die Dämpfung bei 1kHz exakt 0dB beträgt.

Die beiden Bilder zeigen die Übertragungsfunktion von solchen Bewertungsfiltern. Die gewählte Bewertungsfunktion wird im Statusbereich angezeigt.

WinAudioMLS unterstützt die folgenden Bewertungen:

• DIN A

• DIN C

• CCIR/ITU-R 468

• CCIR/ITU-R ARM

6.11.1CCIR/ITU-R 468

Die A-Kurve wird sehr häufig verwendet. Selbst einfache Handschallpegelmesser verfügen über diese Bewertung. Sie basiert auf den Arbeiten von Fletcher–Munson und entspricht dem typischen Hörvermögen bei 40phon. Allerdings bildet diese Kurve das Hörvermögen bei Rauschen nur unzureichend wieder. Die nach A gemessenen Rauschabstände spiegeln nicht ausreichend den subjektiven Höreindruck wieder. Gerade bei Verfahren zur Rauschunterdrückung wie Pre-Emphase oder die bekannten Dolby Verfahren ist die A-Kurve ungeeignet.

Daher haben sich mittlerweile andere Berwertungskennlinien durchgesetzt. Von besonderer Bedeutung ist die CCIR/ITU-R 468 Kurve. Sie fällt bei hohen Frequenzen stark ab und betont den Bereich um 5kHz. In diesem Frequenzbereich ist das menschliche Ohr sehr empfindlich gegenüber Rauschen.

Nimmt man an, dass die Rauschquelle weiß ist, so liegen die A-Werte ca 10dB unterhalb den CCIR/ITU-R 468 Werten bei einer Bandbreite von 20-20kHz.

Dies mag aus Marketingsicht ein Grund sein eher A-Filter zu verwenden, da die Werte im allgemeinen „besser“ sind. Dieses Beispiel zeigt aber auch, daß bei seriösen und belastbaren Messungen immer die Bewertungsfilter mit angegeben werden müssen, da die Ergebnisse sonst nicht vergleichbar sind.

Diese Bewertungskennlinie eignet sich insbesondere für Messungen an Mikrofonen und bei Klirranalysen.

Die CCIR/ITU-R 468 Kurve hat ihr Maximum bei ca. 6.3kHz mit 12.2dB. Bei 1kHz liegt sie bei 0dB.

6.12Frequenzauflösung und FFT-Größe

Die Frequenzauflösung ergibt sich aus der Größe der FFT und der Abtastrate. Diese drei Größen sind durch eine einfache Gleichung miteinander verknüpft.

Frequenzauflösung= Abtastrate / FFT-Größe

Sie können also die Frequenzauflösung einfach erhöhen, indem Sie die eine längere FFT verwenden. WinAudioMLS unterstützt bis zu 16 Millionen Punkten. Gleichzeitig verringert sich aber auch die zeitliche Auflösung. Dies ist kein Begrenzung von WinAudioMLS sondern basiert auf signaltheoretischen Grundlagen.

Am einfachsten läßt sich dies an einem Beispiel veranschaulichen. In der Grundeinstellung verwendet WinAudioMLS eine Abtastrate von 44100Hz und eine FFT-Größe von 1024 Punkten. Die Frequenzauflösung beträgt 43Hz und die Dauer eines Blockes ist 20ms. Die Auflösung von 43Hz reicht nicht für Messungen im Bereich 20-200Hz. Am effektivsten wäre es, die Abtastrate zu verringern, aber viele Soundkarten sind auf 32kHz begrenzt. Deshalb ist es notwendig die FFT-Größe auf z.B. 16384 anzupassen. Die Frequenzauflösung ist jetzt 2,7Hz. Gleichzeitig erhöht sich aber die Meßdauer auf 372ms. Durch Mittelung von mehreren Blöcken zur Unterdrückung von Rauschen, kann die Meßdauer leicht auf mehrere Sekunden ansteigen.

Messungen bei tiefen Frequenzen sind langsam

Die folgende Tabelle faßt FFT-Größe, Frequenzauflösung und Zeitauflösung für typische Abtastraten zusammen.

Frequenzauflösung in Hz

Zeitauflösung in Sekunden

6.13Fensterfunktionen

Legt man eine einen FFT-basierten Spektralanalysator ein idealen Sinus mit z.B. 1kHz, so erwartet man zunächst nur eine Linie bei 1kHz

Die Transformation vom Zeitbereich in den Frequenzbereich erfolgt durch die schnelle Fouriertransformation (FFT). In diesem Abschnitt sollen nur einige Aspekte kurz angesprochen werden. Eine ausführliche Diskussion dieser komplexen Materie würde den Umfang dieser Bedienungsanleitung erheblich sprengen. Wir verweisen auf die umfangreiche Literatur zur Signaltheorie.

Durch Verwendung der FFT wird indirekt angenommen, daß das Eingangssignal periodisch ist bezüglich der Länge der FFT. Verwendet man z.B. 1024 Abtastwerte, so müßten jeweils 1024 Werte des Eingangssignals mit den nächsten 1024 Werten identisch sein. Es ist offensichtlich, daß dies für reale Signale im allgemeinen nicht erfüllt ist. Ein Signal, bei dem dies erfüllt ist, ist ein Sinus mit einer Frequenz von 1378,125 Hz bei einer Abtastrate von 44,1kHz.

Diese speziellen Frequenzen können einfach berechnet werden.

F ist die Abtastrate z.B. 44100

N ist die Blocklänge z.B. 1024

n ist ein beliebiger ganzzahliger Faktor

f ist die gesuchte Frequenz

f=n*F/N n=1;2;3;4 ...

Verwendet man in diesem Fall eine FFT, so erhält man genau eine Spektrallinie bei 1378,125 Hz. Dieses Ergebnis entspricht auch genau dem was man erwarten würde, da ein Sinus nur Energie bei einer einzigen Frequenz enthält. Variiert man die Eingangsfrequenz, so erscheinen im Spektrum Signalanteile, die im Eingangssignal nicht vorhanden sind. Dieser Sachverhalt wird als Leckeffekt bezeichnet und führt zu vielen Mißverständnissen. Ein Sinus der Frequenz 1kHz ist nicht mehr periodisch bezüglich der Blocklänge. Die FFT berechnet aber das Spektrum eines Signals bei dem sich der Block periodisch wiederholt. Bei einer Frequenz von z.B. 1kHz passen solche Blöcke nicht mehr nahtlos aneinander. Diese Sprungstellen äußern sich durch die Signalanteile außerhalb der Grundfrequenz. Der Effekt kann verringert werden, indem das Eingangssignal am Anfang und Ende des Blocks abgeschwächt wird. Diese Abschwächung erfolgt durch die sogenannten Fensterfunktionen. Gebräuchlich sind das Rechteck-Fenster, das gar keine Dämpfung hat, das Hamming-Fenster und das Blackman-Fenster. Im gleichen Maße wie die Seitenbänder (engl. side lobe) unterdrückt werden, sinkt die Frequenzauflösung. Die eigentlich unendlich schmale Linie im Frequenzbereich weitet sich auf.

Bei Messungen des Klirrfaktors ist dies im allgemeinen unkritisch. Man erreicht jedoch genauere Ergebnisse, wenn bei der Messung Frequenzen verwendet werden, die keinen Leckeffekt verursachen. Können diese Frequenzen nicht verwendet werden, so empfehlen wir das Blackman-Fenster, das eine sehr starke Unterdrückung der Seitenbänder hat.

WinAudioMLS unterstützt die folgenden Fensterfunktionen:

• Rectangle

• Hamming

• Hanning

• Blackman

• Blackman-Harris

• Gauss

• Flat-Top

• Kaiser-Bessel

• Bartlett

• Rife-Vincent 3-11

Der hier beschriebene Effekt kann leicht demonstriert werden. Stellen Sie beim Signalgenerator ein Sinus der Frequenz 1kHz ein. Der Analysator sollte eine FFT der Länge 1024 haben. Die Abtastrate sollte bei beiden Programmen bei 44.1kHz liegen. Wenn keine Fensterfunktionen aktiviert sind (Rechteckfenster engl. rectangular), so sind die Seitenbänder leicht zu beobachten. Verändert man die Eingangsfrequenz, so werden Sie feststellen, daß die Seitenbänder sich verändern bis sie z.B. bei 1378,125 Hz vollständig verschwinden. Das erfolgt jedoch nur, wenn der Generator und Analysator synchron sind. Verwendet man jedoch Fensterfunktionen, so wird die Spektrallinie aufgeweitet, die Seitenbänder werden gedämpft und die Abhängigkeit von der Eingangsfrequenz ist stark verringert.

6.13.1Empfehlungen zur Fensterung

Die korrekte und sinnvolle Verwendung der Fensterfunktionen erfordert ein eingehendes Verständnis der dahinterliegenden Theorie. Durch Verwendung eines ungeeigneten Fensters kann das Meßergebnis erheblich verfälscht werden. Für typische Meßaufgaben empfehlen wir die folgenden Fenster:

• Allgemeine Verwendung: Blackman-Fenster

• Maximale Frequenzauflösung: Rechteck-Fenster

• Pegelmessungen: Flat-top-Fenster

• Hohe Unterdrückung der Seitenbänder: Rife-Vincent-5

6.14Impedanz Messung

Mit WinAudioMLS PRO EX können Impedanzen gemessen werden. Diese Messungen erfordern den folgenden Aufbau.

Verbinden Sie TP1 mit Kanal 1 und TP2 mit Kanal 2 der Soundkarte. Der Strom wird über den Meßwiderstand R gemessen. WinAudioMLS mißt die Spannung an TP2 und teilt sie im Frequenzbereich durch den Strom. Für Impedanzmessungen werden daher die Fähigkeit der PRO EX Version benötigt zwei Kanäle gleichzeitig zu verarbeiten. Die folgenden Schritte sind notwendig um eine zuverlässige Impedanzmessung durchzuführen.

• Stellen Sie am Generator weißes Rauschen ein. Die Messung ist keinesfalls auf Rauschsignale beschränkt. Wir empfehlen die speziellen „Chirp“-Signale der LAB Version.

• Beide Kanäle der Soundkarte sollten die gleiche Verstärkung aufweisen. Dies kann leicht überprüft werden, indem an beide Kanäle das gleiche Signal gespeist wird. Bildet man jetzt die Differenz der beiden Kanäle so sollte diese Null sein. Mit den Einstellungen des Windows Mixer kann dies ggf. korrigiert werden.

• Geben sie den Wert des Meßwiderstandes ein.

• Verwenden Sie anstelle des Meßobjekts zunächst ein bekannten rein ohmschen Widerstand. Der Wert sollte in der Größenordnung des Meßobjekts liegen. Stellen Sie alle Pegel so ein, daß keine Übersteuerungen auftreten.

• Aktivieren Sie die Differenzbildung im Zeitbereich (time domain processing = R-L) und die Division im Frequenzbereich (frequency domain processing = R/L)

• Starten Sie die Impedanzmessung. Die Anzeige sollte mit dem Referenzwiderstand übereinstimmen und über die Frequenzen konstant sein.

• Ersetzen Sie den Referenzwiderstand durch das Meßobjekt.

Sofern Sie differentielle Eingänge verwenden, empfehlen wir den folgenden Aufbau.

• Verbinden TP1 and TP2 mit dem differentiellen Eingang von Kanal 1.

• Verbinden Sie TP2 und Masse (GND) mit dem differentiellen Eingang von Kanal 2.

• Im Zeitbereich ist jetzt keine Differenzbildung für die Strommessung mehr erforderlich.

Typischerweise haben die ’line’ Ausgänge von Soundkarten eine relativ hohe Impedanz. Damit sollten dann keine niederohmigen Lautsprecher gemessen werden. Nehmen Sie statt dessen einen Ausgang für Kopfhörer oder Lautsprecher. Ggf. sollten Sie einen externen Leistungsverstärker mit definiertem Verhalten verwenden.

Warnung: Leistungsendstufen können hohe Spannungen erzeugen, die unter Umständen die Eingänge Ihrer Soundkarte zerstören.

Hinweis für Lautsprecher: Wir empfehlen Messungen bei kleinen Pegeln mit geringer Membranbewegung. Ein Lautsprecher wirkt auch immer wie ein Mikrofon. Umgebungsgeräusche verfälschen daher die Messung.

6.15 Oszilloskop

WinAudioMLS verfügt über ein Oszilloskop mit dem Signale im Zeitbereich analysiert werden können.

Die wichtigsten Eigenschaften sind.

• Einstellbare Speichertiefe

• Einstellbarer Trigger

• Triggerung kann auf der positiven oder negativen Flanke erfolgen

• Verzögerte Triggerung

• Einzelmessung oder fortlaufende Messung.

Die Speichertiefe wird über die Länge der FFT festgelegt.

6.16 Trigger

WinAudioMLS verfügt über einen Trigger, bei dem die Messung erst gestartet wird, wenn die Triggerbedingung erfüllt ist. Ist diese erfüllt, so erfolgt eine Messung über eine einstellbare Zeit. Danach wird die Messung gestoppt. Je nach Einstellung wird dann sofort wieder nach der Triggerbedingung gesucht oder das System stoppt bei dieser Messung.

Der Trigger kann in allen Betriebsarten verwendet werden. In den Standardeinstellungen ist er jedoch nur im Oszilloskopbetrieb aktiv.

6.16.1Einzelmessung

Der Trigger wird aktiviert und WinAudioMLS analysiert das Eingangssignal. Wird der Trigger ausgelöst so erfolgt eine Messung. Das Ergebnis wird dargestellt solange bis der Trigger manuell wieder zurückgesetzt wird. Der Trigger wird zurückgesetzt, indem die Soundkarte neu initialisiert wird (Taste „R“ in der Werkzeugleiste) oder alle Puffer zurückgesetzt werden (Taste „0“ in der Werkzeugleiste).

6.16.2Fortlaufende Messung

In diesem Mode wird das Meßergebnis dann angezeigt, wenn die Triggerbedingung erfüllt ist. Jede alte Messung wird dadurch überschrieben.

6.16.3Trigger

WinAudioMLS verfügt über die folgenden Triggermöglichkeiten:

• Pegel

• Flanke

• RMS

Sie können den Trigger sowohl für die das Oszilloskop als auch für die normale Spektralanalyse verwenden.

6.16.3.1Pegel

Der Trigger wird ausgelöst, wenn der Eingangspegel einen Schwellwert über- oder unterschreitet.

6.16.3.2Flanke

Das Eingangssignal muß zum einen den Schwellwert überschreiten, zum anderen muß es ich um eine steigende oder fallende Flanke handeln

6.16.3.3RMS

Der Effektivwert des Eingangssignals muß den Schwellwert über- oder unterschreiten. Im Gegensatz zum Pegeltrigger lösen einzelne Abtastwerte diesen Trigger nicht aus.

6.16.4Verzögerung

In vielen Fällen ist der Signalverlauf vor oder hinter dem Triggerzeitpunkt von Interesse. Sie können daher den dargestellten Bereich sowohl in positive als auch in negative Zeitrichtung verschieben. Die Zeitangabe erfolgt in ms. Die maximale Verzögerung liegt bei etwa 1s.

6.16.5Einstellung des Triggerpegels mit der Maus

Wenn der Trigger aktiv ist, erscheint am linken Rand ein Triggermarker. Er zeigt direkt den eingestellten Pegel ein. Durch Verschieben mit der Maus (linke Taste gedrückt halten) können Sie den Pegel direkt einstellen.

Bei diesem Beispiel liegt der Triggerpegel bei 0.015

Hier liegt der Triggerpegel bei 0.1.

Mit einem Doppelklick öffnen Sie den Konfigurationsdialog.

Der jeweilige Zustand des Triggers wird durch die Farbe gekennzeichnet.

Grün: Der Trigger ist aktiv und sucht nach der Triggerbedingung

Blau: Der Trigger wurde ausgelöst und das Signal wird verarbeitet.

Braun: Der Trigger wurde ausgelöst und die Messung wurde gestoppt

Rot: Der Mauszeiger ist über dem Symbol und der Triggermarker kann verschoben werden.

Wenn Sie mit der Maus über dem Triggersymbol sind, erscheint die aktuelle Konfiguration.

6.17 Meßfenster

Das Meßfenster zeigt die folgenden Werte an:

• Cursor: Die aktuellen Meßwerte an der Mausposition

• Peak: Die aktuellen Meßwerte beim Maximalwert

• In band level: Der Pegel des Signals integriert im ausgewählten Frequenzbereich

• THD+N: Die Leistung aller Signalanteile, die nicht zur Grundfrequenz gehören

• THD: Klirrfaktor (nur PRO EX)

• IMD: Intermodulation (nur PRO EX)

• FFT progress: Bei sehr langen FFT Blöcken ist hier ersichtlich wieviel der Gesamtdaten schon verarbeitet wurden.

6.18Pegelmessungen

WinAudioMLS hat verschiedene Anzeigen zur Pegelmessung.

• Balkenanzeige im linken Teil. Der Pegel wird hier im Zeitbereich bestimmt. Die Normierung erfolgt so, daß ein Sinussignal mit Vollausteuerung exakt 0dB ergibt. Vollausteuerung bedeutet, daß der Spitzenwert des Sinussignal genau dem maximalen Aussteuerungsbereich entspricht. Es wird hierbei ein Spitzenwert von 0dB und ein Effektivwert von –3dB angezeigt.

• Peak level: Dieser Wert zeigt das Maximum des Spektrums an. Liegt ein Sinussignal an, dessen Frequenz in einem bestimmten Verhältnis zur FFT Länge und Abtastrate steht und verwendet man ein Rechteckfenster, dann ist der Wert mit der Leistung im Zeitbereich identisch. Für andere Frequenzen gibt es Abweichungen, die jedoch kleiner sind als 3dB.

• Inband level: Dieser Wert ist die Leistung des Signals, summiert im Frequenzbereich über den jeweils angezeigten Bereich. Entspricht der Frequenzbereich der gesamten Bandbreite bei Verwendung eines Rechteckfensters, so ist der angezeigte Wert mit der Balkenanzeige identisch.

Alle Pegelberechnungen, die auf Spitzenwerten des Spektrums beruhen, sind in gewissem Umfang frequenzabhängig. Dieser Umstand sollte bei Vergleichsmessungen berücksichtigt werden. Dieser Effekt wird anhand der folgenden Simulation gezeigt. Das Eingangssignal ist ein Sinussignal, dessen Frequenz im Bereich von 100 bis 1000 Hz schrittweise erhöht wird. Es wird für jede Frequenz eine Spektralanalyse durchgeführt. Die FFT Größe ist 4096 Punkte. Es wird zunächst ein Rechteckfenster verwendet. In dem Bild wird der jeweilige Maximalwert des Spektrums über der Frequenz aufgetragen. Es ist deutlich die Pegelabhängigkeit zu erkennen. Man sieht auch die speziellen Frequenzen, bei denen jeweils ein Maximum auftritt. Diese Frequenzen sind äquidistant. Die Pegelabhängigkeit beim Rechteckfenster beträgt ca. 3dB, hingegen sind es beim Blackmanfenster nur etwa 1dB.

Pegelabhängigkeit beim Rechteckfenster.

Pegelabhängigkeit beim Blackmanfenster.

WinAudioMLS verwendet eine spezielle Spitzenwertberechnung, die eine Genauigkeit von besser als 0.01 dB für das Blackmanfenster und 0.1dB für das Rechteckfenster. Die übliche Berechnung hingegen, die in Konkurrenzprodukten verwendet wird, liefert einen Fehler von 3.5dB. Bitte beachten Sie bei den folgenden Bildern, die unterschiedliche y-Achsen Skalierung.

Spitzenwert gegenüber Eingangsfrequenz für Rechteckfenster mit optimierter Berechnung.

Spitzenwert gegenüber Eingangsfrequenz für Blackmanfenster mit optimierter Berechnung.

Spitzenwert gegenüber Eingangsfrequenz für Hammingfenster mit optimierter Berechnung.

Spitzenwert gegenüber Eingangsfrequenz für Hanningfenster mit optimierter Berechnung.

6.19 ParamViewer (Meßfenster)

Der ParamViewer zeigt die verschiedenen Meßwerte ein getrennten Fenstern übersichtlich an. Dadurch eignet sich diese Funktion speziell im Labor oder in der Fertigung, wo Meßwerte schnell erkannt werden müssen. Für jeden Parameter können zusätzlich Schwellwerte festgelegt werden, so daß die Einhaltung von Grenzwerten leicht überprüft werden kann.

Die Meßfenster zeigen den Wert alphanumerisch und in einem Balkendiagramm ein. Es stehen vielfältige Konfigurationsmöglichkeiten zur Verfügung, so daß die Darstellung den eigenen Wünschen angepaßt werden kann. Die Meßfenster sind frei verschiebbar und sind auch in der Größe anpaßbar.

Folgende Parameter können angezeigt werden:

• THD

• THD+N

• Inband Level: Pegel im anzeigten Frequenzbereich

• Level: Pegel breitbandig

• Peak Level: Spitzenwert

• Peak Position

• Channel Seperation: Pegelunterschied zwischen beiden Kanälen

Die Meßfenster aktivieren Sie mit View->add Paramview. Durch Doppelklicken auf das Meßfenster öffnet sich das Konfigurationsfenster.

Die Größe des Textes wird automatisch mit dem Meßfenster angepaßt. Sie können jedoch auch eine bestimmte Größe vorgeben. Alle Eigenschaften der Meßfenster sowie Größe und Position werden in der Konfiguration mit gespeichert.

6.20Spektrogramm

Das Spektrogramm ist ein leistungsfähiges Werkzeug um Signale kombiniert im Zeit- und Frequenzbereich zu analysieren. Es erlaubt die spektrale Darstellung eines Signals über einen Zeitbereich in einer Grafik. Jede Linie in dem Spektrogramm entspricht einem Spektrum zu einem Zeitpunkt. Der Pegel wird durch Farben gekennzeichnet. An der linken und rechten Seite der Grafik befindet sich ein Farbbalken mit dem die Farben leichter zugeordnet werden können. Der genaue Pegel kann mit dem Meßcursor ausgelesen werden.

Zu einer einstellbaren Zeit wird die Anzeige aktualisiert. Alle vorhandenen Linien werden nach oben geschoben und eine neue Linie wird unten gezeichnet.

Für den Ausdruck auf einem Schwarzweißdrucker oder einem Graustufenmonitor kann auch eine Graustufenfarbtabelle eingestellt werden.

Im Meßfenster werden die aktuellen Werte an der Mausposition ausgelesen, so daß das Spektrogramm präzise vermessen werden kann. Mit Hilfe der Zoomfunktionen können Sie einen bestimmten Pegel/Frequenzbereich genauer analysieren. Wenn Sie die linke Maustaste gedrückt halten, so können Sie ein Rechteck aufziehen. Die Breite des Rechtecks gibt den Frequenzbereich an. Die Höhe des Rechtecks definiert den Pegelbereich.

Hinweis: Das Spektrogramm ist nur in der PRO EX Version verfügbar.

6.21Messung des Frequenzgangs mit Musiksignalen

Normalerweise werden spezielle Signale verwendet, wie Sinus, Rauschen, MLS etc., um den Frequenzgang eines Systems zu ermitteln. In bestimmten Situationen ist dies jedoch nicht möglich. Als Beispiel seien Live Konzerte genannt. Mit einem Zweikanal FFT Analysator ist es möglich, mit Hilfe des Musiksignals selbst den Frequenzgang zu messen. Der eine Kanal des Analysators mißt das Signal beispielsweise am Vorverstärker, der andere Kanal mißt über ein Mikrofon den abgestrahlten Schall. Beide Signale werden im Frequenzbereich dividiert und ergeben den gesuchten Frequenzgang. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß die statistischen Eigenschaften von Musiksignalen der Messung Grenzen setzten. Enthält das Signal in einem bestimmten Bereich gar keine Energie, so kann hier auch kein Frequenzgang sinnvoll berechnet werden. Durch Mittelung über einen längeren Zeitraum können verwendbare Resultate erzielt werden.

Hinweis: Diese Funktion ist nur in der PRO EX Version verfügbar.

6.22Messung von Verzögerungen (Delay)

Mit WinAudioMLS können Sie auf einfache Weise Verzögerungszeiten messen. Anwendungen finden sich in den Bereichen:

• Einstellung von PA Systemen

• Telefonsysteme

• Messungen an Filtern

• Optimierung von Mehrwegelautsprechersystemen

• Entfernungsmessung bzw. Raumoptimierung

Bei typischen PA Anwendungen erreichen Sie mit einem einfachen Aufbau eine Genauigkeit besser als 1cm.

Die Messungen der Zeiten basiert im wesentlichen auf einer Messung der Impulsantwort. Durch die Messung mit der leistungsfähigen MLS-Methode ist die Messung unempfindlich gegenüber Rauschstörungen. Die MLS Methode ist erheblich überlegen gegenüber anderen Techniken. Dadurch kann bei geringeren Pegeln noch sinnvoll gemessen werden. Auf PA Anwendungen bezogen bedeutet dies, das man zum einen die nutzbare Entfernung vergrößern kann oder bei gleicher Entfernung mit geringerem Sendepegel auskommt. Mit der optionalen 1/3 Oktave Filterbank, können Sie auch gezielt in einzelnen Frequenzbereichen messen.

Mit WinAudioMLS können Sie die Messung entweder nur mit einem Kanal oder mit zwei Kanälen durchführen. Die Zweikanalvariante zeigt die zu messende Verzögerung direkt an und ist sowohl einfacher einzustellen als auch ablesbar. Wir empfehlen daher die PRO EX Version, die 2 Kanäle unterstützt.

Die Länge der ML-Sequenz muß größer als die zu erwartende Verzögerung sein. Bei einem typischen Wert von 65535, beträgt der nutzbare Bereich mehr als eine Sekunde.

WinAudioMLS kann sehr lange ML-Sequenzen verwenden. Bei 1 Million Abtastwerten und einer Abtastrate von 44.1kHz entspricht dies 23s.

Wir empfehlen zunächst mit einer größeren Länge zu beginnen, um dann die Größe auf das notwendige Maß zu verringern. Damit beschleunigen sich die Meßdurchläufe. Auf der anderen Seite verbessert sich die Rauschunterdrückung mit längeren ML-Sequenzen durch den Korrelationsgewinn.

WinAudioMLS enthält einen Wizard für Zweikanal-Messungen. Alle notwendigen Einstellungen werden automatisch konfiguriert, so dass die Verzögerung mit einem Knopfdruck ermittelt werden kann.

6.22.1Zweikanalmessung

Durch einen zweiten Kanal wird die Messung der Verzögerung erheblich vereinfacht. WinAudioMLS kann die Verzögerung zwischen beiden Kanälen messen und direkt anzeigen. Hierbei wird die Impulsantwort für beide Kanäle gleichzeitig gemessen. Dadurch wird die interne Verzögerung automatisch kalibriert. Sowohl der Generator als auch der Analysator werden automatisch konfiguriert.

Es werden sowohl die Verzögerungszeit als auch die Entfernung in Meter angezeigt. Hierbei wird eine Schallgeschwindigkeit von 333m/s verwendet.

Aufbau:

Bei einem Kanal verbinden Sie Ein- und Ausgang der Soundkarte über einen Kanal. Dies ist der Referenzkanal, der die internen Verzögerungen mißt.

Der zweite Kanal wird an das Testobjekt angeschlossen. Starten Sie dann den Wizard „Delay“ aus der Menuleiste. Die Zeitdifferenz wird dann direkt angezeigt.

Das Testsignal ist wieder das MLS-Signal, das an beiden Ausgängen anliegt.

6.22.2Einkanalmessung

Zunächst müssen Sie eine Kalibrierung durchführen um eine Verzögerung 0 zu definieren. Hierfür wird das Testobjekt überbrückt oder Ein- und Ausgang der Soundkarte verbunden. Alle folgenden Messungen zeigen dann die Zeitdifferenz zu dieser Messung.

Aufbau:

Aktivieren Sie die MLS Messung mit Impulsantwort und stellen Sie den Signalgenerator geeignet ein. Die FFT und MLS Größe sollten passend gewählt werden. Zur Vereinfachung können Sie einfach den Wizard für Raumimpulsantwort verwenden der die Einstellungen automatisch vornimmt. Diese Einstellungen sind für typische Anwendungen ausreichend, so daß Anpassungen nur in Spezialfällen notwendig sind.

Das Meßfenster sollte die Impulsantwort mit deutlich erkennbarer Spitze zeigen. Dieser Spitzenwert wird im Meßfenster angezeigt.

Bei der folgenden Beispielmessung beträgt der Abstand zwischen Mikrofon und Lautsprecher ca. 2cm.

Im nächsten Schritt muß die Autosynchronisierung abgeschaltet werden, da WinAudioMLS sonst den Spitzenwert der Impulsantwort immer an die gleiche Position legt. Insofern würde sich immer das gleiche Zeitverhalten ergeben. Diese Option ist unter options->synchronization.

Im letzten Schritt schließen Sie das Testobjekt an. Von dem angezeigten Wert müssen Sie den zuvor angezeigten Wert der Referenzmessung abziehen. Diese Referenzmessung fasst alle internen Verzögerungen zusammen.

Die folgende Messung zeigt die Impulsantwort eines Lautsprechers bei einem Messabstand von ca. 170cm.

Die Zeitdifferenz beträgt 500ms-495ms=5ms. Bei einer Schallgeschwindigkeit von 333m/s entspricht dies 166,5cm und korreliert damit gut mit der tatsächlichen Entfernung.

Bitte beachten Sie, daß die Referenzmessung ungültig wird, sobald Sie Parameter am Analyzer oder Generator verändern. Auch wenn Sie die Soundkarte initialisieren (reset) kann sich das Zeitverhalten ändern.

Leider ist es mit Soundkarten nicht möglich absolute Verzögerungen direkt zu messen. Dafür wäre eine genaue Kenntnis der internen Verzögerungen der gesamten Meßkette notwendig. Diese Werte sind entweder nicht bekannt und ändern sich.

7Tutorial zur Messung von Betrag und Phase

In diesem Tutorial zeigen wir verschiedene Meßverfahren zur Analyse eines Systems. Wir legen dabei den Fokus auf die Messung des Betrags- und Phasengangs mit folgenden Verfahren:

• FFT-Analyzer

• MLS-Analyzer

• Einzeltöne

7.1Setup

• WinAudioMLS PRO EX

• Signalgenerator PRO

• Sweep/tracking plug-in

Für Phasenmessungen werden zwingend die 2-Kanal Unterstützung der PRO-EX Version benötigt.

Das Test-System ist ein Butterwoth-Tiefpaß 2. Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 2kHz.

Hinweis:

Wir verwenden das free-filter Plug-in im Signalgenerator, um ein solches Filter zu erzeugen. Weiterhin verwenden wir unseren virtuellen ASIO Loopback Treiber, der den Signalgenerator und Analyzer direkt verbindet. Dieser Aufbau ist vergleichbar mit eienm analogen filter zwischen Ein- und Ausgang der Soundkarte. Die rein digitale Lösung hingegen ist besser reproduzierbar und frei von Störungen aller Art.

7.2FFT Analyzer

In der ersten Messung verwenden wir weisses Rauschen im Signalgenerator und messen den Pegel mit dem Analyzer. Wir benötigen eine relativ lange Mittelungszeit von etwa 10s um einen glatten Kurvenverlauf zu bekommen.

Betragsfrequenzgang ohne Mittelung

Betragsfrequenzgang mit Mittelung

Bei der Grenzfrequenz von 2kHz fällt der Pegel erwartungsgemäß auf –3dB.

7.2.1Phasengang

Für die Messung des Phasenganges müssen wir die Phase sowohl am Eingang als auch am Ausgang des Filters messen und die Differnz bilden. Dies erfolgt mit den DSP Einstellungen.

Bei der Grenzfrequenz ist die Phasenverschiebung etwa 90 Grad.

7.3Maximum Length Sequences (MLS)

Das MLS-Verfahren ist deutlich weiterentwickelt und hat viele Vorteile gegenüber dem FFT-Aanlyzer. Bei einer Messunge mit MLS verwenden wir statt Rauschen eine spezielels Signal mit bekannten statistischen Eigenschaften. Das folgende Bild zeigt ein Oszilloskop des Signals.

Eine ML-Sequenz wechselt scheinbar zufällig zwischen –1 und 1.

Wenn wir auf dieses ideale Signal unser Testfilter anwenden ergibt sich das folgende Bild.

Mit Hilfe des MLS-Verfahrens können Sie sehr einfach den Betragsgang, Phasengang und die Impulsantwort bestimmen.

Wir verwenden im folgenden diese Einstellungen.

Betragsfrequenzgang mit MLS

Bitte beachten Sie, daß die komplette Meßzeit hier bei etwa 100ms liegt. Damit erhalten Sie eine Messung des Frequenzgangs nahezu in Echtzeit. Dies ist sehr hilfreich bei der Optimierung von Geräten.

7.3.1Impulsantwort

Das folgende Bild zeigt die Impulsantwort des Testfilters. Impulsantworten spielen eine besondere Rolle bei der Messung von Räumen.

7.3.2Phasengang

Für Phasenmessungen benötigen wir den 2, Kanal um die Referenzphase zu bestimmen. Der Aufbau entspricht dabei dem FFT-Analyzer. Der Ausgang des Filters liegt an Kanal 1. Der Referenzkanal liegt an Kanal 2. Das folgende Bild zeigt zunächst den Frequenzgang. Der Referenzkanal (rot) ist hier flach, da wir hier ideal messen.

Betragsfrequenzgang beider Kanäle

Jetzt aktivieren wir die Phasenmessung und berechnen die Phasendifferenz ähnlich wie beim FFT-Analyzer.

Phasengang mit MLS

7.4Messung mit Einzeltönen

Eines der ältesten Verfahren zur Messung allgemeiner Systeme, ist die Messung mit Einzeltönen. Obwohl dieses Verfahren relativ langsam ist, gibt es viele Vorteile, die diese Technik zu einem unverzichtbaren Werkzeug machen.

Zur Demonstration messen wir zunächst bei einer einzelnen Frequenz. Der Signalgenerator wird auf Sinus und auf die Grenzfrequenz des Testfilters von 2kHz eingestellt.

Mit dem 2-Kanal Spektrum Analyzer messen wir sowohl den Betrag als auch die Phase. Der 2. Kanal dient wieder als Referenzkanal.

Betrag

Der Pegelverlust bei 2kHz beträgt 3dB.

Phase

Alle Phaseninformation außerhalb von 2kHz ist nicht auswertbar, da hier auch kein Signal anliegt. Die Phasenverschiebung bei 2kHz beträgt 90 Grad. Wir können das mit dem Oszilloskop überprüfen.

7.4.1Automatische Messung

Es währe sehr zeitaufwändig diese Messung von Hand für viele Frequenzen durchzuführen. Die Frequenz müsste eingestellt werden und Betrag und Phase notiert werden.

Diese Schritte kann WinAudioMLS vollautomatisch durchführen. In einem Durchlauf wird hier Pegel, Phase, THD und THD+N bestimmt.

Für den Frequenzbereich von 50 bis 15kHz verwenden wir 40 Schritte. Ein solcher Durchlauf dauert etwas 28s. (Durch spezielle Optimierungen kann der Zeitaufwand auf unter 10s reduziert werden.)

Frequenzgang

Phasengang

7.5Zusammenfassung

Alle drei Verfahren haben sehr unterschiedliche Eigenschaften und eignen sich für spezielle Anwendungen. In der folgenden Tabelle fassen wir die wichtigsten Eigenschaften zusammen.

8WinAudioMLS LAB Edition

Obwohl Messungen mit MLS eine deutlich Verbesserung gegenüber einfachen FFT-Analysatoren darstellt, gibt es genug Raum für Weiterentwicklungen.

ML-Sequenzen haben eine gleichmäßige Verteilung der Leistung im Frequenzbereich. Es gibt Anwendungen, wo Messungen nur in einem bestimmten Frequenzbereich durchgeführt werden sollen. Ein Beispiel sind Messungen an Mitteltonlautsprechern. Die notwendige Bandbegrenzung kann durch analoge Filter erreicht werden. Verzichtet man auf solche Filter kann es zu Verzerrungen oder gar Beschädigungen kommen. Diese Lösung mit analogen Filtern ist aber recht unflexibel. Deutlich effizienter ist es, wenn das Sendesignal von vornherein nur in dem gewünschten Frequenzbereich Anteile enthält.

WinAudioMLS LAB verwendet spezielle und optimierte Sendesignale, deren Frequenzverteilung einstellbar ist.

Die beiden Bilder zeigen solche “Chirp”-Signale sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich.

Chirp Signal im Zeitbereich

Chirp Signal im Frequenzbereich

8.1Vorteile der Chirp-Messung gegenüber mit Messungen mit MLS

Die Messungen mit ML-Sequenzen hat mittlerweile eine große Verbreitung gefunden, da mit dieser Messungen schnell und effizient durchgeführt werden kann. Allerdings hat dieses Verfahren auch einige Nachteile, die verbesserte Verfahren erforderlich machten. Die wichtigsten Nachteile sind:

• Hohe Empfindlichkeit gegenüber Verzerrungen

• Hohe Empfindlichkeit gegenüber Frequenzverschiebungen

• Gleichmäßige Energiedichte im Frequenzbereich.

• Verzerrungen sind nicht sofort hörbar

Bei Messungen im Bereich der Raumakustik ist es wichtig einen ausreichenden Signalpegel über dem Grundrauschen zu erzielen. Daher werden Lautsprecher an Ihrer Leistungsgrenze betrieben, wo bereits deutliche Verzerrungen auftreten. Diese Verzerrungen treten bei MLS-Messungen in Form von Rauschen auf und verringern die nutzbare Dynamik. Daher werden große und leistungsfähige und damit leider auch unhandliche Lautsprecher benötigt.

Chirp Messungen sind wesentlich unempfindlicher gegenüber Verzerrungen. Die Lautsprecher können deshalb entsprechend kleiner ausgelegt werden, was insbesondere für mobile Messungen sehr nützlich ist.

Frequenzverschiebungen treten bei vielen Messungen auf. Dies sind zum Beispiel

• Messungen an CD Spielern, da die Taktraten von CD-Spieler und Soundkarte nicht synchron sind

• Messungen an Bandmaschinen, Kassettenrekordern

• Im Bereich der Raumakustik bei großen Räumen und Luftbewegung bzw. Temperaturschwankungen.

• Dies betrifft damit insbesondere Messungen an „Nur-Wiedergabegeräten“. Die Problem tritt aber auch auf wenn bei einer Soundkarte Ein- und Ausgang nicht synchron sind oder unterschiedliche Karten für Aufnahme und Wiedergabe verwendet wird.

Die Frequenzverschiebung macht sich bei MLS durch einen Höhenabfall bemerkbar. In der Regel wird daher eine Referenzmessung gemacht, die dies kompensiert. WinAudioMLS kann durch die eingebaute Abtastratenumsetzung auch beliebige Taktabweichungen korrigieren.

Bei Chirp Messungen ist dies nicht notwendig, da das Messverfahren selbst erheblich unempfindlicher ist.

MLS Signale haben aufgrund ihres Entwurfs eine konstante spektrale Leistungsdichte („weiß“). Dies ist für Messungen mit Lautsprechern eher ungünstig, da der überwiegende Signalanteil sich im Hochtonbereich befindet. Beträgt die Ausgangsleistung 100W im Bereich von 20Hz bis 20kHz, so liegen 50W im Bereich zwischen 10kHz und 20kHz, 47W im Bereich zwischen 500Hz und 10kHz und lediglich 3W im Tiefton Bereich zwischen 20Hz und 500Hz. Diese Aufteilung ist daher für typische Lautsprecher ungeeignet, da die höchste Belastbarkeit eher im Tiefton-Bereich liegt. Diese konstante Verteilung führt auch schnell zu Überlastungen der Hochtöner. Man kann zwar durch Filter das spektrale Verhalten bei MLS anpassen, allerdings ist diese Technik recht aufwendig.

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.

Aufgrund des rauschartigen Charakters werden bei MLS, Verzerrungen nur schwer gehört. Dieses Warnsignal, dass ein Lautsprecher an seiner Leistungsgrenze betrieben wird, fällt daher unter Umständen zu spät auf. Solche Verzerrungen fallen bei Chirp Signalen wesentlich stärker auf. Es ist allerdings auch mit Chirp Signalen problemlos möglich die Lautsprecher zu überlasten. Bei MLS tritt dies eher durch thermische Überbelastung im Hochtonbereich auf. Bei Chirp-Messungen durch mechanische Überbelastung bei tiefen Frequenzen. Daher ist grundsätzlich der Pegel vorsichtig anzupassen.

Chirp Sequenzen „klingen“ leider bei hohen Pegeln recht unangenehm und fallen deutlich stärker auf als das monotone Rauschen bei MLS.

Chirp Messungen eignen sich insbesondere im Bereich

• Raum und Baukaustik

• Einmessen von PA-Anlagen

• Messungen an CD-Spielern etc.

Beispiel eines Chirp-Signals im Zeitbereich

Chirp-Signal im Frequenzbereich 200Hz-20kHz

Es ist deutlich der lineare Abfall mit 3dB/Oktave zu erkennen.

9Einstellungen

In dieser Dialogbox können Sie die wichtigsten Einstellungen definieren. WinAudioMLS verwendet zwei Hauptbetriebsarten:

1. Reiner Signal-Analysator

2. System-Analysator mit Pseudo-Noise Sequenzen (MLS oder Chirp)

In beiden Betriebsarten können Sie das Signal im Frequenzbereich (Betrag oder Phase) oder im Zeitbereich betrachten.

9.1.1.1Signal-Analysator

Die Hauptbetriebsart dient zum Betrachten beliebiger Signale. In dieser Betriebsart wird kein spezielles Anregungssignal vom Signalgenerator verwendet. Der Pseudo-Noise Modus muß hierbei auf ‚off’ stehen. Sie können zwischen Leistungsdichtespektrum (Magnitude), Phase oder einer Oszilloskop-Darstellung wählen.

9.1.1.2System-Analysator

In dieser Betriebsart werden spezielle Anregungssignale vom Signalgenerator verwenden. Dies sind zum einen MLS-Signale bzw. Chirp-Signale. Sie können zwischen einer Darstellung des Frequenzganges, Phasenganges oder der Impulsantwort wählen. In diesem Modus werden die notwendigen Einstellungen an den Signalgenerator übertragen.

FFT Länge (FFT size)

Die Länge der FFT kann in Zweierpotenzen von 128 bis 16 Millionen ausgewählt werden. Bei einer Oszilloskopmessung gibt dieser Wert auch die Speichergröße an.

Mittelwert (average)

WinAudioMLS kann eine beliebige Anzahl von Blöcken zunächst verarbeiten und Mitteln bevor die Grafik angezeigt wird.

Abtastrate (sample rate)

Hier geben Sie die Abtastrate der Soundkarte vor. Sie können jeden ganzzahligen Wert eingeben um so auch offiziell nicht unterstützte Raten der Soundkarte verwenden zu können. Bitte beachten Sie das die maximale Abtastrate je nach Version von WinAudioMLS begrenzt ist.

MLS Messung

Bei einer MLS Messung können Sie die Sequenzlänge sowie die Art der Auswertung (Frequenzgang, Phasengang und Impulsantwort) definieren. Die MLS Messung muß aber zunächst aktiviert werden. Durch die FFT Länge wird ein Ausschnitt der MLS-Messung definiert. Der Signalgenerator übernimmt automatisch die Einstellungen zur MLS-Länge. Dadurch werden Fehlmessungen vermieden.

Zeitliches Fenster

Durch die Einstellungen des Zeitfensters („Time Window“ können Sie einen Bereich aus der Impulsantwort wählen. Durch „Delay“ legen Sie die Position des Hauptspitze der Impulsantwort fest. Bei einer Eingabe von –5ms wird das Signal um 5ms verzögert. Die Spitze erscheint daher bei 5ms. Um diese Impulsspitze können Sie ein zeitliches Fenster definieren. Die Länge geben Sie bitte bei „Length“ ein. Alle Messwerte außerhalb dieses zeitlichen Fensters werden zu Null gesetzt. Eine Länge von 0 schaltet die Fensterung aus. Sie können eine zeitliche Fensterung auch sehr elegant mit der Maus beim „Impulse viewer“ durchführen.

Kalibrierung

Sie können für die y-Achse einen Korrekturfaktor in dB angeben. Durch die Box ’enable cal.’ kann diese Funktion an oder ausgeschaltet werden.

Fensterfunktion (window type)

Hier wählen Sie die Fensterfunktionen aus. Standardgemäß wird das Blackman-Fenster verwendet.

Bewertung (weighting)

Bei einer Darstellung im Frequenzbereich kann eine Bewertung mit den DIN A oder C Kurven durchgeführt werden. In der Voreinstellung ist diese Funktion nicht aktiv (’none’)

10Anzeige Optionen

WinAudioMLS besitzt viele Möglichkeiten um die Anzeige Ihren Anforderungen anzupassen. Beide Achsen der Grafiken können entweder linear oder logarithmisch dargestellt werden. Der Bereich kann zum einen manuell vorgegeben werden zum anderen in der Grafik direkt mit der Maus ausgewählt werden.

Sie erreichen den Dialog zur Achseneinstellung über das Menu (Options->Display properties) der indem Sie in dem Achsenbereich mit der Maus doppelt klicken.

10.1 Verschieben und Zoom

Klicken Sie mit der linken Maustaste in der Grafik. Dieser Punkt definiert die obere linke Ecke eines Rechtecks. Halten sie die Maustaste gedrückt. Durch Bewegen mit der Maus können sie ein Rechteck aufziehen. Dieses Rechteck, das durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet wird, definiert den Bereich den Sie vergrößern möchten. Sobald sie die linke Maustaste loslassen, wird der gewünschte Bereich dargestellt.

Wenn Sie die rechte Maustaste drücken, so wird die Grafik wieder mit den Standardwerten dargestellt.

Sie können jedoch auch einen bestimmten Bereich von Hand direkt vorgeben. Tragen Sie die gewünschten Werte bei den Optionen für die Anzeige ein.

10.1.1Beispiel für das Zoomen mit der Maus

In diesem Beispiel zeigen wir, wie Sie mit der Maus den Bereich -10dB bis -90dB und 100Hz bis 3000Hz auswählen können.

Schritt 1

Klicken Sie bei -10dB und 100Hz mit der linken Maustaste und halten Sie die Taste gedrückt.

Schritt 2

Ziehen Sie zu -90dB und 3000Hz und halten Sie dabei die Maustaste gedrückt. Ein dünnes Rechteck erscheint.

Schritt 3

Lassen Sie die Maustaste los. WinAudioMLS verwendet sofort den neuen Bereich.

Sie können auch mit der Maus die x oder y-Achse individuell zoomen. Ziehen Sie das Rechteck einfach außerhalb des Meßfensters auf. Im folgenden Beispiel wird ein Bereich von -20dB bis -90dB für die y-Achse gewählt. Die x-Achse bleibt unverändert. Das Zoomen der Frequenzachse erfolgt analog hierzu.

10.1.2Wahl des Ausschnitts mit der Tastatur.

Mit der Tastatur können Sie auf einfache Weise den aktiven Ausschnitt des Meßfensters anpassen.

Verschieben

Verwenden Sie die Pfeiltasten (Cursor) um das Meßfenster zu verschieben

Zoom

Halten Sie die Umschalttaste (Shift) gedrückt, während Sie mit den Pfeiltasten den Maßstab sowohl für die x-Achse als auch die y-Achse verändern können.

10.1.3Auto-Skalierung

Mit dieser Funktion können Sie die y-Achse automatisch so skalieren, das die Kurve optimal in den Darstellungsbereich passt. Verwenden Sie hierfür den “Auto-Scale” Knopf in der Werkzeugleiste.

10.1.4Rücksetzten und Rücknahme

Mit dem Kontextmenu der rechten Maus können Sie den zuletzt gewählten Darstellungsbereich aufrufen (undo zoom) oder die gesamte Vergrößerung zurücksetzten (resize axis)

10.2Mauszeiger

WinAudioMLS kann die aktuelle Position des Mauszeigers hervorheben. Hierbei stehen eine alphanumerische Anzeige und ein Zielkreuz zur Verfügung.

Die alphanumerische Anzeige zeigt direkt den Meßwert der Kurve an.

Das Zielkreuz verwendet zwei dünne Linien, die eine Ablesung der aktuellen Position vereinfachen. Zusätzlich können diese Linien als Lineal verwendet werden.

Beide Anzeigen können mit options->preferences abgeschaltet werden..

10.3Legende

Sobald mehrere Kurven in einem Fenster gezeichnet werden, wird die Darstellung schnell unübersichtlich. Mit Hilfe der einblendbaren Legende sehen Sie stets auf einen Blick welche Kurven aktiv sind. In der Legende wird die Linienart (Farbe, Dicke etc.) und eine Bezeichnung angezeigt. Diese Bezeichnung wird zunächst automatisch erzeugt. Sie kann aber nach Belieben verändert werden.

Das Bild zeigt zwei Meßkurven, den Maximalwert von Kanal 1 und zwei Overlays, die mit Namen versehen wurden.

Die Legende kann mit der Maus beliebig verschoben werden (anklicken und ziehen)

Sie können für mehrere Fenster unabhängige Legenden anzeigen.

Sie können mit der Maus die aktive Kurve in der Legende auswählen und damit die Cursorfunktionen und Marker für diese Kurve verwenden. In diesem Beispiel ist die Kurve “my Overlay” ausgewählt. Führen Sie die Maus über die betreffende Kurve in der Legende. Die aktive Kurve wird dadurch ausgewählt und in der Legende hervorgehoben.

Klicken Sie mit der linken Maustaste auf die Legende und Sie können die Darstellung der entsprechenden Kurve anpassen. Sie können so die Beschriftung oder Kurvendarstellung (Farbe, Dicke, gestrichelt etc…) gemäß Ihren Wünschen verändern. Sie können auch einzelne Kurven ausblenden.

Wenn Sie innerhalb der Legende die rechte Maustaste drücken, öffnet sich ein Menü mit dem Sie die Legende ausblenden können (Hide) oder die Beschriftung zurücksetzen können (Reset). Die Beschriftung der Overlays bleibt dabei unverändert. Wenn Sie die Legende ausgeblendet haben, können Sie diese über das Menü (View->Legend) wieder einschalten.

10.4Meß-Rechteck

Dieses Werkzeug ist ideal um exakte Werte beider Achsen einfach auszulesen. Klicken Sie einfach mit der linken Maustaste doppelt auf eine beliebige Position im Meßbereich. Ein Rechteck erscheint zunächst in seiner Standardgröße. Die Größe des Rechtecks in physikalischen Größen wird alphanumerisch angezeigt. Sie können die Größe und Position auf einfache Weise verändern. Ziehen (halten Sie die linke Maustaste gedrückt während Sie die Maus bewegen) Sie mit den kleinen Rechtecken das Meß-Rechteck auf die gewünschte Größe. Wenn Sie auf das Rechteck (‘x’) klicken wird das Meß-Rechteck wieder entfernt. Wenn Sie beim ziehen die Umschalt (Shift)-Taste gedrückt halten, verschieben Sie das Meß-Rechteck.

Dieses Rechteck wird auch verwendet, um den aktiven Teil einer Impulsantwort zur weiteren Analyse auszuwählen

10.5 Einfügen von Beschriftungen in die Diagramme

In vielen Fällen ist sinnvoll eigene Kommentare und Linien in ein Diagramm einzufügen. Sie können mit WinAudioMLS beliebig viele Textelemente oder

Linien einfügen. Diese Elemente können völlig frei positioniert werden.

An der gewünschten Position öffnen Sie mit der rechten Maustaste das Kontextmenu. Mit 'add label' fügen Sie Text ein und mit 'add line' können Sie eine Linie einfügen.

Alle Objekte lassen sich mit der Maus frei positionieren, indem Sie beim Bewegen die linke Maustaste gedrückt halten.

Die Objekte können in den Presets abgespeichert werden.

10.5.1Text

Durch Doppelklicken können Sie den Text ändern sowie die Größe anpassen. Mit 'delete' wird das Objekt gelöscht. Sie können jedoch auch die „Entf“/„DEL“ Taste auf der Tastatur verwenden.

Sie können den Text mit der Maus frei verschieben.

10.5.2Linie

Sie können den Anfangs- und Endpunkt der Linie völlig unabhängig verschieben. Sie können auch die gesamte Linie verschieben.

Durch ein Doppelklick löschen Sie die Kurve.

Diese Line behält Ihre Bildschirmposition unabhängig vom eingestellen Maßstab. Wenn sie z.B. eine Linie bei -3dB benötigen, so können Sie dies mit dieser Funktion erreichen. Ändern Sie jedoch den Maßstab durch die Zoomfunktionen, so bleibt die Linie stets an der gleichen Bildposition, aber diese ist dann unter Umständen nicht mehr bei -3dB.

In solchen Fällen ist es sinnvoller ein Overlay bei -3dB zu definieren.

Diese Linie bleibt stets an dem gleichen Wert und verschiebt sich automatisch in der Grafik.

Unter ‚Overlays->set current curve as Overlay’

Diese Linie bleibt stets bei dem gewünschten Wert.

10.6Balkenanzeige

Das Spektrum kann auch in einem Balkendiagramm dargestellt werden. Die Anzahl der Balken pro Oktave kann eingestellt werden. Das obige Bild verwendet 8 Balken pro Oktave. Im gesamten Audiobereich ergeben sich daher 36 Balken. Das menschliche Auge kann zu schnellen Bewegungen der Anzeige nicht folgen. Kurze schnelle Spitzen könnten so übersehen werden. Daher verfügt die Balkenanzeige über einstellbare dynamische Eigenschaften, die auch sehr kurze Spitzen sichtbar machen. Für jeden Balken kann der Spitzenwert (’peak hold’) angezeigt werden. Zusätzlich hat jeder Balken eine kurze Anstiegszeit und eine einstellbare -meist langsamere- Abstiegszeit. Diese Zeit wird in dB pro Sekunde eingeben. Je höher dieser Wert ist, desto schneller ist die Anzeige. Viele Anwender bevorzugen eine Anzeige, die einem analogen Gerät ähnlich ist. Der Standartwert liegt daher bei 30dB/s. Für jeden Balken wird der Momentanwert mit zwei internen Speichern verglichen. Ist der Momentanwert größer als der Spitzenwert, so wird dieser aktualisiert. Ist der Momentanwert größer als der aktuelle Anzeigwert, so wird der neue Wert übernommen. Die Anzeige folgt damit dem Eingangssignal mit einer kurzen Anstiegszeit. Ist der Eingangswert geringer, so fällt die Anzeige mit der eingestellten Abstiegsrate.

Der Spitzenwert kann mit dem Knopf 0 in der Werkzeugleiste zurückgesetzt werden.

10.7Spitzenwertanzeige (Maximum)

Wenn Sie den MAX Knopf in der Werkzeugleiste drücken, so wird der Spitzenwert gleichzeitig mit der aktuellen Messung angezeigt. Wenn Sie diesen Knopf ein zweites Mal drücken, so wird nur der Spitzenwert angezeigt. Drücken Sie die Taste erneut, so wird wieder nur die normale Messung angezeigt.

Der Spitzenwert kann mit dem Knopf 0 in der Werkzeugleiste zurückgesetzt werden.

10.8Mittelwert

WinAudioMLS kann zwei Arten von Mittelwerten berechnen und anzeigen. Zum einen verarbeitet WinAudioMLS eine einstellbare Anzahl von Blöcken und mittelt diese. Zum anderen kann ein Gesamtmittelwert berechnet werden, der manuell zurückgesetzt wird.

Wenn Sie den AVG Knopf (’average’) in der Werkzeugleiste drücken, so wird der Gesamtmittelwert gleichzeitig mit der aktuellen Messung angezeigt. Wenn Sie diesen Knopf ein zweites Mal drücken, so wird nur der Gesamtmittelwert angezeigt. Drücken Sie die Taste erneut, so wird wieder nur die normale Messung angezeigt.

Der Gesamtmittelwert kann mit dem Knopf 0 in der Werkzeugleiste zurückgesetzt werden.

10.9Anzeige von zwei Meßkurven

WinAudioMLS kann eine zweite Messung gleichzeitig mit der aktuellen Messung anzeigen. Die zweite Meßkurve kann eine der folgenden Typen sein:

• Spitzenwert (maximum)

• Minimum

• Gesamtmittelwert (’average’)

• Den zweiten Kanal bei einer Stereoaufnahme.

Der Spitzenwert und der Gesamtmittelwert kann direkt über die Werkzeugleiste aktiviert werden.

Um den zweiten Kanal bei einer Stereomessung anzuzeigen, muß zunächst die Stereomessung aktiviert werden. Dies erfolgt unter ’advanced settings’. Bitte beachten Sie, daß Zweikanalmessungen nur mit der PRO EX Version durchgeführt werden können.

Spitzenwerte, Minima etc. können mit dem Knopf 0 in der Werkzeugleiste zurückgesetzt werden.

Die verschiedenen Meßkurven können durch unterschiedliche Farben gekennzeichnet werden. Bei der Ausgabe auf schwarzweißen Geräten (Drucker) ist es im allgemeinen schwierig die verschiedenen Kurven zu unterscheiden. Daher können die Kurven mit Symbolen gekennzeichnet werden.

10.10Nachleucht-Effekt

In vielen Fällen ist es sinnvoll die Meßergebnisse über einen längeren Zeitraum zu visualisieren. In den Anfängen der Meßtechnik konnte man dies durch speziellen nachleuchtenden Phosphor erreichen. Damit können Schwankungen des Signal leicht erfaßt werden. WinAudioMLS kann das Nachleuchten eines klassischen Röhrengerätes simulieren. Dabei ist diese moderne Form wesentlich flexibler. Die Nachleuchtdauer ist frei einstellbar und ermöglicht so Beobachtungszeiträume von Sekunden oder Minuten. Zudem können durch spezielle Farbgebungen das Verhalten des Signals besser dargestellt werden.

In diesem Beispiel werden die letzten 30 Kurven gleichzeitig angezeigt. Bei einer Dauer von 100ms pro Kurve beträgt die Nachleuchtdauer 3s.

Im Modus „Jet“ sind die jüngsten Meßgerbnisse rot und verfärben sich über Orange in Blau, bis Sie schließlich schwarz sind. Die älteren Kurven werden zudem im Hintergrund dargestellt. Die aktuelle Kurve wird stets im Vordergrund in der normalen Farbe angezeigt.

Der Farbmodus “Jet” kann abgeschaltet werden, so daß die Kurve lediglich verblaßt.

10.11 Overlays

Zum Vergleich von Meßwerten ist sehr nützlich, mehrere Kurven in einer Anzeige gleichzeitig darzustellen. Hierfür können Sie einfach die aktuelle Kurve abspeichern und einem Overlay zuordnen. Wählen Sie unter ‘Overlays->Set current curve as Overlay’.

Sie können für jede Kurve einen Namen vergeben und den Linienstil Ihren Wünschen anpassen.

Jede Kurve kann einzeln aktiviert werden, dies können Sie zum einen über den Menueintrag einstellen oder über obige Dialogbox.

Die Kurven werden beim Speichern mit gesichert, so daß diese beim Laden der Konfiguration wieder zur Verfügung steht. Sie können die Overlays auch in Textdateien im- oder exportieren.

10.12 Import von Textdateien

WinAudioMLS kann Textdateien einlesen und den Inhalt direkt als Overlay darstellen. Diese Funktion eignet sich insbesondere, um Grenzwerte oder Referenzdaten darzustellen.

Die Textdateien enthalten Paare aus der Frequenz und dem wert der y-Achse. Dieser Wert kann als Dezibel, Prozent oder linear geladen werden.

Eine Beispieldatei enthält die folgenden Daten:

20 6.3

112 6.3

114 2

500 2

12500 2

12500.01 100

20000 100

Die Daten sind durch Leerzeichen getrennt und enthalten ein Paar pro Zeile. Die Daten werden gemäß der folgenden Dialogbox importiert. Die Daten können dabei einem der 10 Overlays zugewiesen werden.

Mit diesen Daten erhalten Sie das folgende Bild.

In einem anderen Beispiel werden die Daten als Dezibel importiert.

31.5 -65.2

90 -40.1

100 -30.1

112 -12

125 -5.1

10000 -5.0

12500 -20

14000 -40

16000 -43

18000 -48

20000 -50.2

Sie können auch mehrere Overlays in einem Diagramm darstellen.

10.12.1Mathematische Operationen

Sie können eine Overlay aus zwei Kurven oder einer Kurve und einer Konstanten berechnen. Diese Funktion ist sehr nützlich um z.B. die Differenz zweier Messungen anzuzeigen oder eine Kurve um 12dB zu verschieben

WinAudioMLS unterstützt die folgenden Operationen

Beispiel:

Mit dieser Einstellung werden alle Meßwerte unterhalb von –100dB auf –100dB gesetzt.

10.13 Hilfslinien

Für viele Messungen ist es sinnvoll, Hilfslinien darzustellen. Häufig werden z.B. Linien bei –3dB verwendet. Mit Hilfe der Overlays können Sie solche Linien einfach zeichnen.

Verwenden Sie den Dialog “Set current curve as Overlay” und definieren Sie eine Konstante von –3dB

Es ist wichtig, daß mathematische Operationen deaktiviert sind (NONE) und “Use a constant” ausgewählt ist. Die Quellkurve spielt keine Rolle.

Für komplexere Kurven können sie Overlays auch aus einer Textdatei laden. Diese Datei enthält Paare von Frequenzen und Pegel.

Erstellen Sie einfach eine Textdatei mit folgendem Inhalt.

1 -3.0

100000 -3.0

Speichern Sie diese in eine Datei z.B. als minus3dB.txt und laden Sie diese als Overlay

10.13.1Dynamische Overlays

WinAudioMLS kann die Overlays in Abhängigkeit vom Eingangssignal verschieben. Diese Funktion wird „dynamisches Overlay“ genannt, und erlaubt es relative Kurven in Abhängigkeit vom Eingangsspegel zu zeichnen.

Im folgenden Beispiel nimmt WinAudioMLS den Pegel von Kanal 1 bei 1000Hz als Bezugspunkt. Sie können auch einen Offset hinzufügen. Steigt der Eingangspegel um z.B. 3.2dB, so verschieben sich die Overlays um den gleichen Betrag.

Im folgenden Beispiel verschiebt sich die –3dB Hilfslinie automatisch.

10.14 Marker

WinAudioMLS verfügt über Marker, mit denen auf einfache Weise die Meßergebnisse aus den Kurven abgelesen werden können. Typischerweise geben Sie eine Liste von Frequenzen ein. An diesen Stellen werden die Meßwerte in der Kurve direkt eingeblendet. Marker können nicht nur bei Spektren verwendet werden. Vielmehr können Sie bei allen Darstellungen außer dem Balkendiagramm verwendet werden. In der Dialogbox „display settings->marker” können Sie die Werte eingeben. Jede Zeile enthält einen Wert der x-Achse. Hier können Sie die Marker auch de- oder aktivieren.

Sie können die Marker auch direkt mit der Maus setzen oder löschen. Verwenden Sie hierfür das Kontext-Menu der rechten Maustaste.

In vielen Fällen ist es notwendig die Werte von mehreren Markern in einer Tabelle auszulesen. Diese Funktion eignet sich insbesondere für Dokumentationszwecke. Wählen sie hier einfach View->Show Marker

Mit “copy to clipboard” können Sie diese Werte numerisch in die Zwischenablage kopieren

1000.000000 -84.273102

2000.000000 -84.658798

3000.000000 -96.580025

10000.000000 -109.550201

10.15Anzeige von musikalischen Notenwerten

WinAudioMLS kann an der Mausposition den dazugehörigen Notenwert einblenden. Diese Funktion erleichtert das Stimmen von Instrumenten und ist vor allem für Instrumentenbauer interessant, da so die einzelnen Noten wesentlich leichter abgelesen werden können. Die Anzeige enthält den "C C # D D# E F F# G G# A A# B C", die ideale Frequenz und die relative Abweichung in %. 100% entspricht dabei einem Viertelton Abstand. Die Anzeige entspricht der gleichmäßig temperierten Stimmung (chromatische Tonleiter):

10.16 Erweiterte Anzeige-Einstellungen

10.16.1Spitzenwert-Interpolation (Peak interpolation)

Diese Funktion enthält eine spezielle Berechnung, die den Spitzenwert bei sinusförmigen Eingangssignalen genauer ermittelt. Durch die Fensterfunktionen hängt der Spitzenwert im Messfenster von der Frequenz ab. Diese Abweichung kann je nach Fensterfunktion bis zu 3dB betragen. Diese Abweichung wird korrigiert indem Sie die Spitzenwert-Interpolation einschalten. Sie finden eine ausführliche Diskussion dieser Funktion im Kapitel über Fensterfunktionen.

10.16.2Glättung (Smoothing)

Durch Glättung können sie Schwankungen aus den Messungen entfernen. Die Mittelungs länge geben Sie in Bruchteilen einer Oktave an. Üblich sind 1/3-1/12-Okatave. Bitte benutzen Sie die Funktion mit Vorsicht, da Sie die Messergebnisse erheblich verändern können.

In dem folgenden Bild sehen Sie den ungeglätteten Frequenzgang und verschiedene Stufen von 1/1-1/12-Oktave.

10.16.3THD Einstellungen

Bei Messungen des Klirrfaktors (THD) können Sie die Anzahl der Harmonischen begrenzen. Sie können auch nur gerade oder ungerade Harmonische auswählen. Bei Messungen von THD und THD+N über der Frequenz bzw. Pegel können Sie die Werte alternativ in % und nicht in dB anzeigen lassen.

11Spezielle Funktionen

11.1Automatische Skalierung

WinAudioMLS unterstützt mehrere Funktionen um das Eingangssignal optimal darzustellen und den sichtbaren Bereich anzupassen.

• Auto scale: Mit dieser Funktion aus der Werkzeugleiste stellen Sie den Bereich der y-Achse automatisch so ein, daß alle sichtbaren Kurven optimal dargestellt werden. Die Kalibrierung wird dadurch nicht verändert.

• Set mouse to 0dB: Mit dieser Funktion stellen Sie die Kalibrierung so ein, daß bei der Mausposition 0dB erreicht wird.

• Set peak to 0dB: WinAudioMLS stellt die Kalibrierung so ein, daß beim Spitzenwert 0dB angezeigt wird.

11.1.1Mausposition zu 0dB

11.1.2Spitzenwert zu 0dB

11.2Speicherung der Konfiguration

WinAudioMLS verfügt über eine Vielzahl von Einstellungen, um das Meßsystem Ihren Anforderungen anzupassen. Alle Einstellungen können abgespeichert werden und bei Bedarf wieder geladen werden. Verwenden Sie die ‘save’-Funktion und alle Einstellungen werden in eine Datei geschrieben. Den Namen können sie frei wählen. Als Dateiendung verwendet WinAudioMLS .wst.

Wird WinAudioMLS gestartet, so wird automatisch die letzte gespeicherte Konfiguration geladen. Im ‘file’-Menü befindet sich eine Liste der zuletzt gespeicherten Konfigurationen, die einfach mit der Maus ausgewählt werden können. Sie können jedoch auch direkt eine Konfiguration mit ‘load’ laden.

Sie können das Startverhalten auch frei konfigurieren. Unter Options->preferences erscheint folgende Dialogbox.

Folgende Optionen stehen zur Verfügung:

1. Default settings: Beim Start werden stets die Standardeinstellungen geladen.

2. Last state: WinAudioMLS speichert beim Beenden den letzten Zustand. Dieser kann beim Starten automatisch geladen werden.

3. Last saved: Hier wird der Zustand geladen, der als letztes gespeichert wurde.

4. File: WinAudioMLS lädt beim Start eine benutzerdefinierte Datei.

Unter dem ‘file’ Menu Eintrag, zeigt WinAudioMLS eine Liste der zuletzt gespeicherten Dateien.

11.3Voreinstellungen (Presets)

Um einfacher auf Ihre gespeicherten Einstellungen zugreifen zu können, speichert WinAudioMLS bis zu 10 Presets. Speichern Sie zunächst Ihre Einstellungen in einer .wst Datei ab. Diese Datei können Sie einem Eintrag in der Presets Liste zuordnen. Sie können zusätzlich einen Namen definieren, der die Einträge leicht lesbar macht.

Die Liste der Presets verwalten Sie mit dem ‘Setup presets’ Eintrag.

11.4 Konfigurations-Dateien (.ini Dateien)

Das Hauptdateiformat von WinAudioMLS sind die binären *.wst Dateien, welche alle Konfigurationen und Kurven enthält. Zusätzlich kann WinAudioMLS Konfigurationen in Form von Textdateien lesen und schreiben.

• Von Hand lesbar und anpassbar

• Hilfreich bei Support-Anfragen

• Wird von unterschiedlichen Versionen von WinAudioMLS unterstützt

Während des Starts lädt WinAudioMLS die Datei ‘default.ini’.

Bitte beachten Sie, dass in .ini-Dateien nur ein Teil der Konfigurationen gespeichert wird. Fensterpositionen etc. werden nicht gespeichert.

Sie können .ini-Dateien mit load/save config aus dem ‚File’-Menu erreichen.

Das folgende Beispiel zeigt eine solche typische Datei.

[Settings]

FFT size=4096

Channel mode=1

Sample rate=44100

Average=2

Smoothing=1

Smoothing Octaves=3

Peak interpolate=1

Window type=2

Weight type=0

Calibration=0

Calibration offset=0.000000

FFT submode=0

[MLS Settings]

MLS mode=1

MLS size=4095

MLS pregap=0

MLS length=0

MLS submode=0

[Trigger Settings]

Level=0

Slope=1

Below=0

Mode=1

RMS weight=0

Channel=0

Scope only=1

[Sweep Settings]

Steps=1

Start frequency=1000.000000

Stop frequency=1000.000000

Time per step=700.000000

Log step=1

Start level=-90.000000

Stop level=0.000000

Frequency=1000.000000

[Filter Settings]

DC block=0

1kHz=0

RIAA=0

RIAA invert=0

[Display Settings]

Refresh rate=100

[Generator Settings]

Mode=0

Frequency=1000.000000

MLS length=1023

Volume=1.000000

Balance=0.000000

Mute=1

Invert Phase=0

Attenuator 3dB=1

Attenuator 5dB=0

Attenuator 10dB=0

Attenuator 20dB=0

Attenuator 50dB=0

[THD Settings]

Even harmonics=1

Odd harmonics=0

Number of harmonics=20

Plot percent=0

11.5 Kalibrierung

Viele Messungen erfordern eine Kalibrierung. Damit können Sie dann z.B. absolute Schallpegel messen. Das Eingangssignal kann mit einem beliebigen Faktor multipliziert werden. In einem logarithmischen Maßstab entspricht dies einer Addition also einer Verschiebung.

Um eine Kalibrierung durchzuführen benötigen Sie entweder ein Referenzsignal (z.B. Schallpegelkalibrator) oder ein Effektivwert-Meßgerät.

Für Schallapplikationen haben wir einen Schnellkalibrierungsmodus integriert, der mit einem Schallkalibrator sehr schnell durchgeführt werden kann.

Den Kalibrierungsoffset finden Sie unter file->settings->y-calibration.

11.5.1Elektrische Kalibrierung

Typischerweise wird 0dB definiert als eine Leistung von 1mW an einem Lastwiderstand von 600 Dies entspricht einem Effektivwert von 0.775V oder 1.096V Spitze-Spitze bei einem sinusförmigen Signal. Der 0dB Referenzpegel kann bei WinAudioMLS beliebig gewählt werden.

11.5.2Akustische Kalibrierung

Bei akustischen Messungen entspricht 0dB der Hörschwelle des Menschen. Dieser Bezugspegel ist international genormt und beträgt 2x10^-5Pa.

Anwendungen sind z.B. Lärmmessungen, Empfindlichkeitsmessungen oder Ermittlung des maximalen Schalldrucks bei Lautsprechern.

11.5.2.1Schallpegelkalibrator

Ein Schallpegelkalibrator erzeugt ein Schallpegel mit genau definiertem Pegel. Stark vereinfacht kann man sich ein solches Gerät als Lautsprecher mit angeschlossener Druckkammer verstehen. Um den Pegel auch unter unterschiedlichen Umweltbedingungen konstant zu halten, verfügen solche Geräte vielfach über ein eingebautes Messmikrofon oder Sensoren für Luftdruck und Temperatur.

Weiterhin werden auch Pistofone verwendet. Hier bewegt ein Kolben ein definiertes Luftvolumen und erzeugt damit einen definierten Schallpegel.

Typischweise wird ein Schallpegel von 94dB verwendet. Die Referenzfrequenz liegt bei 1000Hz, bei Pistofonen niedriger (250Hz).

Die Messmikrofone werden in die Kalibratoren eingesteckt. Dafür haben die Kalibratoren Öffnungen von meist 1 Zoll. Mit Adaptern können auch ½-Zoll oder ¼-Zoll angesteckt werden.

Nach DIN/IEC 60942 sind Schallpegelkalibratoren in verschiedene Genauigkeitsklassen eingeteilt:

11.5.2.2Schnellkalibrierung mit einem Schallkalibrator

Verbinden Sie den Schallkalibrator mit dem Mikrofon. Üblicherweise wird ein Pegel von 94dB verwendet.

Der Schallkalibrator erzeugt einen Referenzton mit typischerweise 94dB bei 1kHz. In der obigen Messung haben wir eine Pegelreserve von weniger als 10dB. Daher sind bei dieser Einstellung nur Messungen bis 114dB möglich. Sofern Sie höhere Pegel messen möchten, müssen Sie die analoge Verstärkung reduzieren. Zusätzlich stellen viele Kalibratoren auch einen Referenzpegel bei 114dB zur Verfügung.

Zur Kalibrierung verwenden Sie Wizards->Quick calibration aus dem Menu. Geben Sie den Referenzpegel ein.

WinAudioMLS skaliert das Eingangssignal so, daß der Effektivwert (RMS) dem Referenzpegel entspricht. Der Bereich der y-Achse wird automatisch angepasst.

Vergleichende Kalibrierung mit einem Schallpegelmesser

Wenn Sie einen Schallkalibrator besitzen, sollten Sie unbedingt die oben beschriebene Schnellkalibrierung verwenden. Sie können alternativ auch ein Schallpegelmesser verwenden, aber die Kalibrierung ist aufwendiger und nicht so genau.

• Plazieren Sie ein Schallpegelmeßgerät möglichst nahe an das Meßmikrofon mit dem WinAudioMLS mißt. Als Beispiel nehmen wir an das Schallpegelmeßgerät zeigt 95dB an.

• Messen Sie den Pegel mit WinAudioMLS in dB. Wir nehmen an, Sie messen -22dB.

• Geben Sie 95dB-(-22dB)=117dB als Kalibrierungsoffset ein. WinAudioMLS zeigt den Pegel jetzt als 95dB an.

Kalibrierung mit 0dB Signal

• Verbinden Sie das Signal mit dem Referenzsignal das einen Pegel von 0dB hat. Üblicherweise wird hierfür ein Sinus der Frequenz 1kHz verwendet.

• Messen Sie den Pegel mit WinAudioMLS in dB

• Verwenden Sie diesen Meßwert als Kalibrierungsoffset. Zeigt die -34dB, so geben sie 34dB als Offset ein. WinAudioMLS zeigt den Pegel jetzt als 0dB an.

Kalibrierung mit Meßgerät (RMS-Voltmeter)

• Messen Sie den Effektivwert des Signals mit einem Voltmeter oder Oszilloskop. Als Beispiel nehmen wir an das Signal habe einen Effektivwert von 1.2V RMS. Verbinden Sie das Signal mit dem WinAudioMLS.

• Messen Sie den Pegel mit WinAudioMLS in dB. Wir nehmen an, Sie messen -3.2dB.

• Das Eingangssignal hat einen Pegel von 20xlog10(1.2/0.775)=3.7dB. Die Differenz zur Anzeige beträgt 3.7dB-(-3.2dB)=6.9dB. Diesen Wert geben Sie als Kalibrierungsoffset ein. WinAudioMLS zeigt den Pegel jetzt als 3.7dB an.

Hinweis: Die Kalibrierung ist nur solange gültig, bis die Mixer-Einstellungen der Soundkarte nicht verändert wurden.

11.6Referenzmessungen

Im allgemeinen ist das verwendete Meßsystem nicht ideal. Beispielsweise haben viele preiswerte Soundkarten oder Mikrofone keinen geraden Frequenzgang. WinAudioMLS kann diese Unzulänglichkeiten teilweise ausgleichen. In einem ersten Schritt muß das Meßsystem selbst vermessen werden. Dieses Ergebnis wird als Referenzmessung gespeichert. Diese Datei ist eine reine Textdatei. Sofern Sie Kalibrierungsdaten für Ihr Mikrofon haben, so können Sie das hier auch von Hand eintragen.

Die Referenzmessung wird aktiviert indem Sie eine abspeicherte Referenzmessung laden und ‘Display Measurement - Reference (Compensation)’ auswählen. Bitte beachten Sie, daß diesem Verfahren Grenzen gesetzt sind. Der Meßfehler (Rauschen) nimmt zu. Dies kann an einem einfachen Beispiel erläutert werden. Nehmen wir an Sie verwenden ein Mikrofon, das oberhalb von 10kHz eine starke Dämpfung aufweist z.B. 20dB. Durch die Kompensation hebt WinAudioMLS den Pegel bei dieser Frequenz um 20dB an und erre5cht zwar so einen flachen Frequenzgang. Gleichzeitig nimmt aber durch die Anhebung das Rauschen in diesem Frequenzbereich zu.

Sie können auch die Referenzmessung gleichzeitig anzeigen, um die Abweichung der aktuellen Messung zur gespeicherten Messung leicht zu erkennen.

11.7Vergleich mit der Referenzmessung

Sie können auch die Referenzmessung gleichzeitig anzeigen lassen, um die Abweichung der aktuellen Messung zur gespeicherten Messung leicht zu erkennen. Im ‘Reference Measurement’ Dialog laden Sie zunächst eine Messung und aktivieren Sie ‘Display Reference’.

11.8Mikrofonkalibrierung

Der Frequenzgang von WinAudioMLS kann kalibriert werden. Damit kann insbesondere der meist nicht ideale Verlauf von Mikrofonen ausgeglichen werden. Sofern der Frequenzgang bekannt ist, können diese in eine Datei eingetragen werden. Solche Frequenzgänge stammen z.B. vom Hersteller des Mikrofons oder durch eine Vergleichsmessung mit einem Referenzmikrofon.

Eine Kalibrationsdatei ist eine einfache Textdatei, die mit jedem Editor erstellt werden kann. WinAudioMLS unterstützt zwei Dateiformate. Das erste Format enthält jeweils Paare mit der Frequenz und dem dazugehörigen Pegel. Die Frequenzen müssen aufsteigend eingegeben werden. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß sie den gleichen Abstand haben. Die Referenzmessung kann an beliebigen Frequenzen erfolgen. WinAudioMLS interpoliert die restlichen Frequenzen automatisch. Die Pegelwerte können entweder linear oder logarithmisch (dB) eingegeben werden. Das zweite Format ist eher mit den Ausgangswerten einer FFT verwandt. Alle Frequenzen sind äquidistant und die Pegel sind linear.

WinAudioMLS kann den Inhalt einer Kalibrationsdatei auch anzeigen. Hierfür müssen beide Optionen in der Dialogbox ausgewählt werden.

Erstes Format

Zeile 1: Identifikation '1457934344'

Zeile 2: entweder 'lin' oder 'log'

ab Zeile 3: Frequenz ein Leerzeichen Pegel

Beispiel:

1457934344

log

40 10

100 0.3

200 0.2

4000 -20

20000 0.3

Zweites Format

Der Frequenzbereich von 0 bis zur halben Abtastrate ist gleichmäßig auf die Anzahl der Werte verteilt. Typische Werte sind 44100 für die Abtastrate und 512 Werte. Der erste Wert ist bei 0Hz. Der zweite Wert bei 43,066Hz und so weiter. Die Pegel selbst sind linear und nicht in dB.

Zeile 1: Identifikation '1457934343'

Zeile 2: Anzahl der Werte

Zeile 3: Abtastrate

Ab Zeile 4: Pegel

Beispiel:

1457934343

4

44100

7.298648e-005

3.894381e-005

2.070305e-005

1.819713e-005

11.9Frequenzverschiebung (Pitch)

Bei bestimmten Messungen ist es wichtig, daß der Signalgenerator und Analysator die gleiche Abtastrate verwenden. Selbst wenn sie beide Geräte auf 44,1kHz einstellen, so ergeben sich aufgrund von Quarzungenauigkeit Abweichungen. Im allgemeinen sind diese Abweichungen gering (z.B. 10Hz) und damit kaum wahrnehmbar. Bei Messungen mit MLS kann diese geringe Abweichung die Messung im oberen Frequenzbereich deutlich verfälschen. Bei typischen Soundkarten oder auch CD-Spielern beginnt die Verfälschung bei 10kHz und erreicht 5dB bei 20kHz.

WinAudioMLS hat eine Abtastratenumsetzung, die eine Abtastung auch mit „krummen“ Werten ermöglicht. Nehmen wir an aufgrund von Fertigungstoleranzen arbeitet ein CD-Spieler mit 44057,435Hz anstelle von 44100Hz. Mit WinAudioMLS können sie mit genau dieser Frequenz abtasten und sind damit synchron. Kein anderes auf dem Weltmarkt verfügbare Programm verfügt über eine solche Funktion.

Idealerweise sollte natürlich die Frequenzabweichung vorher exakt vermessen werden. Da WinAudioMLS als Echtzeitsystem ausgelegt wurde, können Sie die Abtastrate aber auch mit einem Schieberegler ändern und die Auswirkungen sofort beobachten. Verändern Sie die Abtastrate einfach so, daß der Frequenzgang sein Maximum erreicht. Auf diese Weise können Sie auch leicht, die echte Abtastrate ermitteln.

Frequenzgang mit abweichender Abtastrate (10Hz)

Korrektur dieser Abweichung durch die Abtastratenumsetzung

Hinweis: Wenn Sie das Signal mit der gleichen Soundkarte erzeugen, mit der sie auch aufnehmen (Duplexbetrieb), so sind beide Signale meist synchron. In diesem Fall ist eine Abtastratenumsetzung nicht erforderlich.

11.10 Gleichspannungsfehler

Manche Soundkarten erzeugen ein Gleichspannungsfehler (’DC offset’). Auch wenn die analogen Eingänge mit Masse kurzgeschlossen sind, sind die Daten die WinAudioMLS von der Soundkarte ausliest nicht Null. Eine solche Gleichspannung ist nicht hörbar, aber Sie verfälscht einige Messungen. WinAudioMLS verfügt daher über ein zuschaltbaren Hochpaß (Butterworth Filter mit einer Grenzfrequenz von 10Hz). Bitte beachten Sie, daß dieses Filter eine Einschwingzeit von etwa 700ms hat. Das Filter ist standartgemäß nicht aktiv. Sie können es unter ‘advance settings’ einschalten.

11.11Kreuzkorrelation

Die Kreuzkorrelation ist als mathematische Operation zwischen zwei Signalen definiert.

Stark vereinfacht beschreibt sie die Ähnlichkeit zwischen zwei Signalen. In der Audio-Meßtechnik wird eine Korrelation häufig verwendet um Stereosignale zu erkennen und zu beurteilen. WinAudioMLS zeigt den Betrag der Kreuzkorrelation über der Frequenz dar. Bei einem Mono-Signal sind der linke und rechte Kanal identisch. In diesem Fall entspricht die Anzeige dem quadrierten Betragsfrequenzgang des Eingangssignals. Bei zwei unabhängigen Kanälen ist die Kreuzkorrelation gering. Man spricht daher auch von unkorrelierten Signalen. Bei einem realen Stereo-Signal zeigen sich je nach Abmischung mehr oder weniger stark ausgeprägte Korrelationen. Typischerweise ist die Sprache mittig abgemischt, so daß sich meist in diesem Frequenzbereich eine deutlich sichtbare Korrelation ergibt.

Für die Anzeige der Kreuzkorrelation benötigen Sie die PRO EX Version, die zwei Kanäle gleichzeitig verarbeiten kann.

Aktivieren Sie die Zweikanal-Messung unter 'advanced settings' mit der Einstellung 'dual'.

Zusätzlich müssen Sie eine Multiplikation im Frequenzbereich auswählen (R*L unter 'frequency domain').

Parallel zu der Kreuzkorrelation können Sie auch einen der beiden Kanäle anzeigen lassen.

Hier müssen Sie bei den Anzeigeoptionen ('display options') die Zweikanal-Anzeige auswählen und als zweite Kurve den zweiten Kanal einstellen. Mit der Option 'exchange R L' können Sie den anderen Kanal betrachten.

SQRT Korrelation

Die SQRT Korrelation ist nahezu identisch zu der normalen Kreuzkorrelation. Der Unterschied besteht darin, daß bevor die Ergebnisse dargestellt werden, die Wurzel gezogen wird (SQRT =Square Root = Quadratwurzel). Auf diese Weise erhält man bei einem mono Signal das Spektrum des Signals selbst und nicht das Quadrat davon wie bei der normalen Kreuzkorrelation.

Korrelometer

Das Korrelometer normiert das Ergebnis der Kreuzkorrelation so, daß bei einem identischen Signal 0dB angezeigt wird. Mit dieser Darstellung können besonders leicht Unterschiede in zwei Signalen identifiziert werden. Pegelunterschiede werden automatisch herausgerechnet, so daß eine Veränderung der Balance die Anzeige des Korrelometer nicht verändert.

Hinweis: Sie können alle Korrelationsergebnisse auf einfache Weise über einen längeren Zeitraum analysieren, indem Sie die Spektrogramm-Darstellung wählen.

11.12Audio Gerätesteuerung

In der Werkzeugleiste befinden sich drei Knöpfe mit denen sie Audio-Signalverarbeitung steuern können.

• Start

• Stop

• Reset initialisisiert die Soundkarte

11.13Auswahl der Soundkarte

WinAudioMLS unterstützt mehrere Soundkarten, die in einen Rechner gleichzeitig eingebaut sind. Sie können in einer Dialogbox die aktive Karte auswählen. (file->advanced settings)

11.14Auswahl des Kanals

WinAudioMLS PRO verarbeitet nur einen Kanal. Sie können zwischen mono, links oder rechts auswählen. Die PRO EX Version kann auch beide Kanäle gleichzeitig verarbeiten.

11.15Speicherverwaltung

WinAudioMLS liest die Daten von der Soundkarte in Blöcken. Je größer diese Blöcke sind, desto geringer ist der Verwaltungsaufwand und damit die Prozessorbelastung. Allerdings steigt mit zunehmender Blockgröße die Verzögerung zwischen dem Signaleingang und der Anzeige. Win9x hat eingeschränkte Fähigkeiten zum Multitasking im Vergleich zu Windows2000 oder XP.

Die Standart Blockgröße ist 8192 Abtastwerte. Daraus gibt sich eine Verzögerung von 185ms bei 44100Hz. Bei schnellen Systemen kann eine kleinere Blockgrosse gewählt werden. Auf einem 800MHz Rechner können problemlos nur 256 Abtastwerte verwendet werden. Experimentieren Sie mit diesen Werten. Sollten Sie eine zu geringe Blockgröße einstellen, so kann das System unter Umständen instabil werden.

11.16 Aktualisierungsrate

Die Anzeige wird in einstellbaren Zeitintervallen aktualisiert. Die Vorgabe liegt bei 100ms. Sie können den Wert vergrößern um auf sehr langsamen Rechner eine Messung zu erreichen. Auf schnellen Systemen kann der Wert verkleinert werden, um eine geringere Verzögerung zu erreichen.

11.16.1Einstellungen für eine schnelle Anzeige mit geringer Verzögerung

Dies sind die empfohlenen Einstellungen für eine Verzögerung, die kleiner als 20ms ist.

• Aktualisierungsrate: 20ms

• FFT Länge: <1024 Abtastwerte

• Eingangspuffer: gleich der FFT Länge

Hinweis: Diese Einstellungen ermöglichen eine Echtzeitdarstellung auf schnellen Rechnern. Wir empfehlen dringend Windows 2000 oder XP. Bitte beachten Sie, daß manche Soundkarten insbesondere USB eine festgelegte Puffergröße verwendet, so das eine kleinere Puffergröße die Verzögerung nicht mehr verringert.

11.17Analyse von Audiodateien (.wav)

WinAudioMLS kann auch zur Analyse von Audiodateien eingesetzt werden. Unter

“plug-ins->analyze .wav file” geben Sie die .wav Datei an. WinAudioMLS unterstützt Microsoft .wav Dateien mit den folgenden Eigenschaften.

• PCM Format

• Telefonformate A-law und µ-law

• 8,16,24 oder 32 Bits Auflösung

• Unterstützung für IEEE 32 Bits Fließkommaformat

• mono oder stereo bzw. bis zu 64 Kanäle

• Es werden alle Abtastraten unterstützt.

WinAudioMLS beginnt mit der Analyse am Anfang der Datei und stoppt am Ende. Mit dem Audio Reset Knopf in der Werkzeugleiste können Sie wieder am Anfang der Datei starten.

Nach dem Öffnen der Datei erscheint ein Status-Fenster, das die wichtigsten Informationen zu der Datei anzeigt.

Bitte beachten Sie, daß Sie zur Analyse von 24-bit .wav Dateien die 24-bit Version von WinAudioMLS benötigen. Diese Version bieten wir als Option für alle Grundversionen an.

Das folgende Bild zeigt das Spektrum eines 1kHz Sinussignals mit einem Pegel von -100dB bezogen auf Vollausteuerung.

11.18 Exportieren von Grafiken

Alle Grafiken von WinAudioMLS können über die Zwischenablage in andere Windows Anwendungen kopiert werden. Auf diese Weise können die Messungen mit einer Textverarbeitung dokumentiert werden. WinAudioMLS unterstützt dabei zwei Formate. Zum einen können die Grafiken in einem Vektorformat zum anderen in einem Bitmap Format gespeichert werden. In einem Vektorformat werden Linien durch einen Start und Endpunkt definiert. Dieses Format kann ohne Qualitätsverlust vergrößert oder verkleinert werden. Manche Windowsprogramme verarbeiten dieses Format jedoch nicht korrekt. In solche Fällen wir das Bitmap-Format in dem eine Grafik aus einzelnen Punkten definiert wird. Dieses Format verbraucht mehr Speicher und kann kaum skaliert werden. Es entspricht aber exakt dem, was Sie bei WinAudioMLS messen.

Alternativ können Sie auch ein „Screenshot“ machen. Damit kopieren Sie das gesamte Fenster mit allen Status- und Meßinformationen in die Zwischenablage. Drücken Sie einfach Alt+Druck auf Ihrer Tastatur. Sie können das Bild dann z.B. in Word oder ein Grafikprogramm aus der Zwischenablage einfügen. Die meisten Bilder in dieser Dokumentation sind auf diese Weise entstanden. Diese Funktion ist Teil des Betriebssystems und funktioniert bei allen Programmen die unter Windows laufen. Sie können diese Funktion auch nutzen, um Bilder der 3D Darstellung zu speichern.

Screenshots eignen sich auch sehr gut zur Dokumentation, wenn sie mit unserem Support in Verbindung treten.

11.19 Impulse-Viewer

WinAudioMLS enthält ein Werkzeug zur direkten Analyse von Impulsantworten. Jedes lineare System kann durch seine Impulsantwort charakterisiert werden. Alle relevanten Systemparameter können aus ihr abgeleitet werden. Daher ist die Impulsantwort der Schlüssel für die meisten Systemanalysen. Mit dem Impulse-Viewer können Sie auch die Impulsantwort in mehreren Fenstern mit unterschiedlichen Darstellungen betrachten. Dies beinhaltet:

• Frequenzgang

• Phasengang

• Gruppenlaufzeit

• Sprungantwort

• Energie über der Zeit

• Wasserfall-Darstellung

• Energiezerfallskurve (Schröder-Plot)

• Nachhallzeit

• STI/RASTI Analysen

Mit der Werkzeugleiste können Sie sehr einfach zwischen den verschiedenen Darstellungen wählen.

Die einzelnen Symbole haben dabei folgende Bedeutung:

• IR Impulsantwort

• STP Sprungantwort

• FR Frequenzgang

• GD Gruppenlaufzeit

• PR Phasengang

• ETC Signalenergie über der Zeit

• RT Nachhallzeit über der frequenz in 1/3 Oktavbändern

• EDC Energiezerfallskurve (Schröder-Plot)

Sie können auch nur Teilbereiche der Impulsantwort untersuchen. Mit dieser Funktion können Sie z.B. den Frequenzgang nur von ausgewählten Teilen der Impulsantwort berechnen. Sobald Sie das Auswahlfenster verschieben, wird der Frequenzgang automatisch aktualisiert.

Sie können Impulsantworten mit MLS bzw. Chirp Techniken oder direkt mit dem Oszilloskop messen. Es ist auch möglich, eine Impulsantwort auch aus .wav Dateien zu laden. Impulsantworten können auf einfache Weise zwischen mehreren Fenstern kopiert werden. Sie können dies auch in .wav Dateien speichern oder nach Excel etc. kopieren.

Der Impuls-Viewer arbeitet völlig unabhängig von dem Echtzeitmodul. Bevor Sie die verschiedenen Analysefunktionen nutzen können, müssen Sie eine Impulsantwort in den internen Speicher laden. Eine solche Impulsantwort kann aus einer laufenden Messung oder aus einer Datei stammen.

Um eine laufende Messung zu übernehmen, wählen Sie plugins->impulse->use current measurement. Diese Funktion können Sie nur dann verwenden, wenn Sie in einer Meßart Impulsantwort (MLS oder Chirp) sind oder das Oszillozkop benutzen. Sie können auch den internen Speicher automatisch aus der laufenden Messung aktualisieren.

11.19.1Tutorial

In diesem kurzen Beispiel zeigen wir Ihnen, wie Sie den Frequenzgang eines definierten Bereiches der Impulsantwort darstellen. Allgemeine Hinweise zur Messungen einer Impulsantwort finden Sie auch in dem Kapitel „erste Schritte mit WinAudioMLS“.

Messung einer Impulsantwort z.B. mit wizard->room impulse with MLS

Mit plugins->impulse->use current measurement Übernahme der gemessenen Impulsantwort in den internen Speicher. Mit IR aus der Werkzeugleiste wird diw Impulsantwort dargestellt. Sie könnten jetzt auch die verschiedenen anderen Darstellungen auswählen.

Öffnen eines neuen Fensters mit Windows->new window

I

m nächsten Schritt wird die gespeicherte Impulsantwort in das neue Fenster kopiert. Hierfür Fenster 1 aktivieren Sie und wählen plugins->impulse->copy

Hier kann das Zielfenster angegeben werden.

Im zweiten Fenster kann jetzt die Impulsantwort dargestellt werden (IR aus der Werkzeugleiste)

Beide Fensterinhalte sind identisch.

Das zweite Fenster kann aber auch den Frequenzgang etc. darstellen (hier FR aus der Werkzeugleiste)

Die beiden Fenster können unabhängig gezoomt werden.

Aktiviert man in Fenster 1 ein Meßrechteck durch Doppelklick, so wird der Frequenzgang nur in dieser Auswahl berechnet. Beim Verschieben oder Vergrößern wir der Frequenzgang stets neu berechnet. Auf diese Weise können sehr komfortabel bestimmte Bereich der Impulsantwort untersucht werden.

Impulsantworten können aus den internen Speicher auch in eine Datei geschrieben werden.

Mit Plugins->impulse->save können die Daten in eine text oder .wav Datei geschrieben werden. Da .wav Dateien einen Wertebereich von –1.0 bis +1.0 haben, wird die Impulsantwort vor dem dem Abspeichern normiert.

11.20 Anwendung von WinAudioMLS in der Bauakustik

Die Messung von Schall in Gebäuden gewinnt zunehmend an Bedeutung. Mit WinAudioMLS Können die folgenden Messungen durchgeführt werden.

• Pegelbestimmung in Oktav oder Terzbändern

• Dämpfungsmessung von z.B. Wänden 

• Langzeitmessung mit Protokollierung von z.B. Verkehrslärm

• Messung der Nachhallzeit

• Messung der Raumimpulsantwort

• Energie-Zerfallskurve

Dabei zeichnet sich WinAudioMLS durch die folgenden Funktionen aus

• Anzeige aller Meßwerte in Echtzeit 

• Gewichtung von 2 Mikrofonen 

• Kalibrierbar 

• Bewertung mit "A" oder "C" Kurve 

• Mittelung über Bruchteile von Sekunden bis Stunden 

• Spitzenwertspeicher

• Meßergebnisse können leicht in Dokumentationen eingebunden werden.

11.20.1Maximum-Length-Sequenzen (MLS) in der Bauakustik

Traditionell wird in der Bauakustik rosa Rauschen als Sendesignal verwendet. Bei der Messung von Wänden mit hoher Dämpfung ergeben sich viele Probleme, da hier besonders hohe Sendeenergien verwendet werden müssen oder extrem lange Mittelungszeiten, um ein ausreichendes Störsignal-Nutzverhältnis zu erreichen.

Durch den Einsatz der MLS-Technik mit moderner Signalverarbeitung können bei weit geringeren Pegeln aussagefähige Messungen gemacht werden. Der Gewinn liegt typischerweise bei 20-30dB. 

• höheres Signal zu Störverhältnis (präzisere Messung)

• geringere Signalpegel notwendig

• geringere Mittelungszeiten erforderlich (schneller)

• Verstärker und Lautsprecher können kleiner dimensioniert werden (tragbarer)

12Signalgenerator

12.1 Allgemeines

In dem Meßsystem sind zwei Varianten des Signalgenerators integriert. Das eine Programm ist komplett eigenständig, kann aber von WinAudioMLS automatisiert gesteuert werden.

Für Messungen mit ASIO sind 10 unabhängige Generatoren direkt in WinAudioMLS integriert. In diesem Fall können Sie den externen Generator nicht verwenden, da bei ASIO nur ein Programm auf die Soundkarte zugreifen kann.

12.2Eigenschaften

Dieser Signalgenerator ist ein leistungsfähiges 32-Bit Windows Programm, das vielfältige Testsignale erzeugen kann. Die Hauptanwendungsgebiete liegen im Audiobereich. Der Signalgenerator findet jedoch auch vielfältige Anwendungen in angrenzenden Bereich wie z.B. der Regelungstechnik.

Die meisten Parameter des Signalgenerators können in Echtzeit verändert werden. Jede Bewegung mit der Maus an den Schiebereglern wirkt sich direkt auf das Ausgangssignal aus. Der Signalgenerator basiert auf der DirectX Programmierschnittstelle, die es erlaubt mehr als zwei Ausgangskanäle (Mehrkanalton) anzusprechen. Zusätzlich können die Signale von mehreren Signalgeneratoren gemischt werden, um nahezu beliebige Testsignale zu erzeugen.

• Wellenform: Sinus, Dreieck, Rechteck, Rauschen

• Maximum Length Sequenzen (MLS)

• Frequenz, Phase, MLS-Länge und Abtastrate einstellbar

• Lautstärke kann variabel oder in festen Schritten eingestellt werden

• Alle Parameter wirken sich sofort auf das Ausgangssignal aus. Wenn man z.B. am Frequenzregler dreht, verhält sich das Programm wie ein analoger Generator.

• DirectX basierend

• Unterstützt mehrere gleichzeitig eingebaute Soundkarten

• Generiert Mehrkanalsignale zum Test von Sourroundgeräten

• Erstellt Standard .wav Dateien

• Keine Installation erforderlich

PRO Version

• Gleitsinus: linear und logarithmisch

• Beim Rechtecksignal kann die Pulsbreite eingestellt werden

• Burstgenerator

• Rosa Rauschen

• Gaußförmiges Rauschen

• Kalibirierbar

• Das Programm kann mehrmals gestartet werden, um mehrere Generatoren zu mischen

• 24-Bit Unterstützung via directX oder ASIO (optional)

• bis zu 64 Kanäle via ASIO (optional)

• Digitale Filter (RIAA, A, C, parametrisch)

• Kommandozeileninterface für Skripte (optional)

12.3Auswahl der Wellenform

Der Signalgenerator unterstützt die folgenden Wellenformen

• Sine Sinus

• Triangle Dreieck

• Rectangle Rechteck

• White noise Weißes Rauschen

• Pink noise Rosa Rauschen

• Gaussian noise Gaussförmiges Rauschen

• Maximum Length Sequences (MLS)

• Sine sweep Gleitsinus

• Burstsignale

• Abspielen von .wav Dateien

Hinweis: Gleitsinus, Rosa Rauschen gaussförmiges Rauschen und werden nur in der PRO Version des Signalgenerators unterstützt.

12.4Frequenzeinstellung

Bei den Wellenformen Sinus, Dreieck und Rechteck können Sie eine Frequenz vorgeben. Diese können Sie zum einen direkt über die Tastatur eingeben, zum anderen können sie mit der Maus den Schieberegler verwenden. Jede Bewegung des Schiebereglers wirkt sich sofort auf das Ausgangssignal aus. Diese Eigenschaft unterscheidet unser Produkt von den meisten Mitbewerbern, bei denen erst nach einer deutlichen Verzögerung die Änderungen wirksam werden. Unser Programm ist eher mit einem Ihnen sicher vertrauten analogen Generator vergleichbar. Sie können für den Schieberegler einen groben (coarse) oder feinen (fine) Bereich auswählen. Wenn Sie 'fine' auswählen, so wird der Regler zentriert und überstreicht einen Bereich von -10% bis +10% der aktuellen Frequenz. Wenn Sie die Frequenz mit dem Schieberegler verändern, so wird die aktuelle Frequenz auch numerisch angezeigt. Damit können Sie immer den aktuellen Wert ablesen. Die untere und obere Grenzfrequenz des Schiebereglers können Sie auch direkt vorwählen.

Die PRO Version unterstützt weitere Werkzeuge:

• Anpaßbarer Frequenzschieberegler

• Konfigurierbare Festfrequenzen

12.4.1Anpaßbarer Frequenzschieberegler

Die PRO Version besitzt einen frei vergrößerbaren Frequenzschieberegler mit dem sie die Frequenz sehr präzise mit der Maus einstellen können. Dieses Werkzeug ist in der Größe und Position frei veränderbar. Es synchronisiert sich automatisch mit der Hauptdialogbox. Die obere und untere Grenzfrequenz wird von der Hauptdialogbox übernommen.

Sie öffnen dieses Werkzeug mit „view->frequency slider“ vom Menü.

Sie können die Frequenzachse sowohl linear als auch logarithmisch darstellen.

12.4.2Konfigurierbare Festfrequenzen (Presets)

Mit diesem Werkzeug können Sie schnell einzelne häufig wiederkehrende Frequenzen aufzurufen. Die Frequenzen sind einstellbar, indem Sie auf die einzelnen Knöpfe doppelt klicken.

12.5 Pegeleinstellung

Sie können den gewünschten Pegel auf verschiedene Weise einstellen.

12.5.1Direkte Eingabe

In dieser Dialogbox können Sie den gewünschten Pegel direkt eingeben. Zusätzlich können Sie einen Kalibrierungsoffset eingeben, der bei allen Pegelanzeigen verwendet wird.

12.5.2Vordefinierte Abschwächer

Der Signalgenerator enthält vordefinierte Abschwächer mit -3,-5,-10, -20 und -50dB. Diese können auch kombiniert werden. Wählen sie z.B. -10 and -20dB aus, so ist die gesamte Dämpfung 30dB.

12.5.3Lautstärkeregler

Der Lautstärkeregler steuert den Pegel für alle Kanäle. Der Regelbereich reicht von Null bis zur Vollaussteuerung.

12.5.4Balanceeinstellung

Mit dem Balanceregler stellen sie das Pegelverhältnis zwischen dem rechten und linken Kanal ein. Die Pegel aller anderen Kanäle im Mehrkanalmodus werden nicht verändert.

12.5.5Stummschaltung (Mute)

Durch die Stummschaltung werden alle Kanäle auf digital 0 gesetzt.

Sowohl der Schieberegler für den Pegel als auch für die Balance besitzt eine logarithmische Kennlinie. Dieses Verhalten entspricht eher dem Hörempfinden als eine lineare Einteilung. Alle Pegeländerungen werden im digitalen Signal durchgeführt, dadurch kommt es bei Pegelabsenkungen zu einem Dynamikverlust. Mit einer 24-Bit Soundkarte und der 24-Bit Version des Signalgenerators haben Sie deutlich vergrößerte Reserven.

Sie können den Pegel auch mit dem Windows Mixer verändern. Je nach Soundkarte und Treiber sind verschiedene Einstellungen möglich. Bitte beachten Sie, daß manche Soundkarten eigene Mixer-Programme verwenden.

12.6 Pulsbreite

Bei der PRO Version des Signalgenerators können Sie die Pulsbreite (pulse widths) zwischen Null und 100% einstellen.

12.7 Burstgenerator

Der Burstgenerator erlaubt es, verschiedene Burstsignale auf sehr flexible Art zu erzeugen. Im wesentlichen definieren Sie ein rechteckförmiges Signal. Dieses Signal kann direkt als Ausgangssignalverwendet werden oder die Amplitude des Generators in der Amplitude modulieren. Sie können den Pegel während der aktiven (on) oder nicht-aktiven (off) Phase frei wählen. Sie können auf diese Weise Signale (z.B. Sinus), der zwischen zwei Pegelstufen wechselt.

Sie können u.a. folgende Signale erzeugen

• Sinus-Burst

• Rausch-Burst

• Spezielle Rechecksignal für Jittermessungen.

Diese Signale werden häufig im Bereich der Lautsprecher Leistungsmessung sowie für Jittermessungen verwendet.

Die Länge jedes Interfalls können Sie sehr präzise im Bereich von einzelnen Abtastwerten bis zu Tagen einstellen. Die maximale Auflösung ist ein Abtastwert. Der Pegel wird linear eingestellt. Vollaussteuerung entspricht damit 1.0. Ausgeschaltet wird der Generator durch 0. Eine Absenkung um 20dB ist 0.1. Sie können auch negative Werte eingeben um das Vorzeichen zu wählen. Bitte beachten sie, daß der Gesamtpegel weiterhin durch die verschiedenen Bedienelemente zur Pegeleinstellung eingestellt wird. Wenn Sie einen Wert von 1.0 im Burstgenerator eingeben und alle Dämpfungselemente auf 0dB eingestellt sind, hat das Ausgangsssignal Vollaussteuerung.

Sie können bei jedem Burst ein Start mit Nullphase erzwingen.

Im folgenden finden sie verschiedene Beispiele, um die Signaltypen und die dazugehörigen Einstellungen zu veranschaulichen.

12.7.1Sinusburst mit 10ms bei Vollaussteuerung.

Diese Einstellunge erzeugen einen Sinus, der für 10ms an (Vollaussteuerung) und aus für weitere 10ms. Er beginnt mit Nullphase.

12.7.2Sinusburst mit 2 Pegelstufen

Hier wird ein Sinusburst erzeugt, der für 10ms einen Pegel von 1.0 und dann den Pegel auf 0.1 absenkt. Der Phasenverlauf ist kontinuierlich.

12.7.3Rauschburst mit 200ms

Durch diese Einstellungen erzeugen Sie ein Rauschburst mit 100ms/100ms Tastverhältnis. Der Generator muß auf die verschiedenen Rauschtypen(weiß, rosa, Gauß) eingestellt werden.

12.7.4Jitter Testsignale

Es gibt mittlerweile eine Vielzahl von verschiedenen Verfahren zur Messung von Jitter. Weitverbreitet ist der AES3 Standard. Dieses Signal besteht aus einem Rechtecksignal mit ¼ der Abtastrate und einem Pegel von 0.5. Die zweite Komponente ist eine Rechteck mit 192 Abtastwerten an bzw. aus. Der Pegel ist 1 LSB. Beide Signale werden addiert.

Mit unserem Signalgenerator können Sie solche Signale sehr flexibel erzeugen, da das Zeitverhalten in Abtastwerten und der Pegel direkt vorgegeben werden kann.

Im folgenden finden Sie ein Beispiel für ein solches Signal mit 4 Abtastwerten an bzw. aus.

Hinweis: Der Burstgenerator ist nicht in der Freeware Version enthalten.

12.8 Signalstatistik

Sie können eine Statistik über das eingestellte Signal in einem separaten Fenster verfolgen. Die Werte werden automatisch aktualisiert. Die Messungen beinhalten:

• Peak in % und dB Spitzenwert

• RMS in % und dB Effektivwert

• Crest Factor

Für den Spitzenwert und Effektivwert wird zusätzlich ein Meßbalken angezeigt, um die Werte schneller erfassen zu können.

12.8.1Abspielen von .wav Dateien

Sie können anstelle des internen Generators auch .wav Dateien abspielen. Am Ende Datei beginnt der Generator wieder am Anfang. Mit der einstellbaren Fade.In und Fade-Out Zeit erreichen Sie weiche Übergänge. Dieser Effekt wird in Echtzeit erzeugt und verändert die Datei nicht.

12.9 Phaseneinstellung

Sie können zwischen dem linken und rechten Kanal eine Verschiebung einstellen. Diese Verschiebung ist stets ein Vielfaches der Abtastperiode. Die Verschiebung wird in Abtastperioden und Grad angezeigt. Sie können die Verschiebung entweder direkt eingeben oder mit dem Schieberegler einstellen.

Bei einer Mehrkanalausgabe werden nur die beiden Frontkanäle verändert.

Zusätzlich können Sie eine Phasenverschiebung von 180 Grad (Vorzeichenumkehr) zwischen dem rechten und linken Kanal aktivieren.

12.10 Soundkarten Konfiguration

Der Signalgenerator unterstützt auch mehrere Soundkarten, die in Ihrem PC gleichzeitig installiert sind. Sie können die aktive Soundkarte aus einer Liste der erkannten Geräte auswählen.

Zusätzlich können Sie die Abtastrate einstellen. Wenn sie einen Wert einstellen, der von Ihrer Soundkarte nicht unterstützt wird, so bekommen Sie entweder eine Fehlermeldung, oder der Ausgang wird stummgeschaltet. Dieses Verhalten variiert mit dem Kartenhersteller. Sie haben aber so die Möglichkeit ggf. Raten einzustellen, die vom Hersteller gar nicht offiziell unterstützt werden.

Bei der 24-Bit Version des Signalgenerators können Sie einen 'high resolution' Modus aktivieren. Hier können Sie dann die gewünschte Auflösung in einem Bereich von 8 bis 24 Bit einstellen. Sie benötigen selbstverständlich eine Soundkarte, die auch die Auflösungen jenseits der 16-Bit unterstützt. Bitte beachten Sie, daß diese Auflösungen auch über die DirectX Treiber verfügbar sein müssen.

12.11 Mehrkanalunterstüzung

Der Signalgenerator unterstützt bis zu 5 Ausgangskanäle. In der oben abgebildeten Matrix können Sie die aktiven Ausgänge auswählen. Die Mehrkanalausgabe kann deaktiviert werden, um normale Stereo-Soundkarten zu unterstützen.

12.12 Steuerung der Soundkarte

Auf der Werkzeugleiste befinden sich zwei Knöpfe mit der die Soundkarte gesteuert wird.

• Start

• Stopp

12.13 Speichern in eine .wav Datei

Mit dem Signalgenerator können sie auf einfache Weise eine stereo .wav Datei der aktuellen Einstellung erzeugen. Sie können den Dateinamen und die Länge wählen. Bitte beachten Sie, daß unkomprimierte .wav Dateien je nach Abtastrate ca. 12MB pro Minute haben. Mit der 24-Bit Erweiterung können Sie auch hochauflösende .wav Dateien erzeugen.

12.14 Maximum Length Sequenzen (MLS)

Dieser Signalgenerator kann spezielle ML-Sequenzen erzeugen, die für eine Vielzahl von Messungen eingesetzt werden. Sie eignen sich insbesondere Messungen von Frequenzgängen.

Der einzige Parameter für die ML-Sequenzen ist die Länge der Sequenz selbst. Die Frequenzeinstellung hat keinen Einfluß. Wählen Sie die Länge in der Auswahlbox aus.

Hinweis: Bitte achten Sie darauf, daß im Signalgenerator und Analysator die gleiche Abtastfrequenz eingestellt ist. WinAudioMLS stellt diese Länge automatisch ein, sobald Sie den MLS-Modus einstellen.

12.15 Gleitsinus (sine sweeps)

Eine weit verbreitete Methode den Frequenzgang von z.B. Lautsprechern zu bestimmen, verwendet Gleitsinussignale. Sie geben hier eine Start- und Stoppfrequenz sowie die Zeit für einen Durchlauf vor. Innerhalb dieser Zeit startet der Signalgenerator mit einem Sinussignal bei der Startfrequenz. Die Frequenz wird kontinuierlich erhöht bis zum Ende des Zeitintervalls die Stoppfrequenz erreicht wird.

Die Frequenz kann entweder linear oder logarithmisch erhöht werden. Bei einem linearen Durchlauf wird die Frequenz stets um den gleichen Wert vergrößert. Bei einem logarithmischen Durchlauf hingegen nimmt der Zuwachs der Frequenz immer mehr zu. Auf einer logarithmischen Frequenzachse ist die Geschwindigkeit dann wieder konstant. D.h. für eine Oktave wird immer die gleiche Zeit benötigt. Mit dem Signalanalysator WinAudioMLS kann so auf einfache Weise der Frequenzgang bestimmt werden.

WinAudioMLS besitzt einen Tracking Meßmodus (stepped sine). Hierbei wird die Frequenz schrittweise erhöht. Die Steuerung des Generators durch WinAudioMLS erfolgt automatisch.

12.16 Filter

Die PRO version des Generators bietet verschiedene digitale Filter. Diese beeinhalten:

• RIAA und inverse RIAA für Messungen an Phonogeräten

• A und C Bewertungskurven

• Parametrisch (Hochpaß, Tiefpaß, Bandpaß und Bandsperre) mit Butterworth, Chebychev und Elliptic Characteristik.

Dialogbox für den parametrischen Filter.

12.17 DC Offset

Das Ausgangssignal kann durch einen DC Offset verschoben werden. Normalerweise sind die Ausgangssignale symmetrisch, d.h. ein Sinus bei Vollaussteuerung hat einen Wertebereich von -1.0 bis +1.0.Um ein Signal zu erzeugen, das einen Wertebereich von 0 bis 1.0 hat, müssen Sie zunächst den Pegel um 6dB absenken. Das Signal hat damit einen Wertebereich von -0.5 bis +0.5. Durch einen Offset von 0.5 wird das Signal wie gewünscht verschoben.

Im allgemeinen ist der Gleichspannungsanteil am analogen Ausgang einer Soundkarte nicht meßbar, da dieses kapazitiv (Hochpaß) ausgekoppelt wird. In Verbindung mit dem FM-Modulator wird der DC Offset wichtig, da durch diesen Wert in Verbindung mit dem Frequenzhub der Frequenzbereich festgelegt wird.

Bitte beachten Sie, daß Sie durch den DC Offset das Signal sehr leicht übersteuern können.

12.18 Frequenzmodulator

Der Signalgenerator enthält einen Frequenzmodulator, dessen Ausgangsfrequenz durch das Eingangssignal bestimmt wird. Diese Funktion bezeichnet man auch als VCO (Voltage Controlled Oscillator).

Der eingestellte Signaltyp (Sinus, Rechteck etc.) wird moduliert, bevor das Signal auf den Ausgang gegeben wird. Die Pegelregler verändern stets das modulierte Signal. Der Frequenzhub (frequency shift) ist einstellbar. Ist der Frequenzhub bei z.B. 1000Hz, so stellt sich bei Vollaussteuerung (1.0) eine Frequenz von 1000Hz ein.

Mit dem FM-Modulator lassen sich vielfältige Signale erzeugen. Ein einfaches Beispiel ist ein Signal, das alle Sekunde zwischen 500 und 1000Hz wechselt. Hierfür stellen Sie zunächst ein Rechtecksignal mit der Frequenz 0.5Hz ein. Durch einen DC Offset von 2.0 hat das Rechtecksignal einen Wertebereich von 1 bis 2. Im FM-Modus treten hier keine Übersteuerungen auf, da der Offset speziell berücksichtigt wird. Der Frequenzhub muß auf 500Hz eingestellt werden.

In der Freeware Version ist der Frequenzhub fest auf 1000Hz eingestellt.

12.19 Koppelung mehrerer Generatoren

Im ASIO Modul sind 10 unabhängige Generatoren enthalten. Sie können alle Generatoren an den ersten Generator koppeln. Wenn Sie dessen Frequenz ändern, folgen die anderen Generatoren.

Im ersten Schritt stellen Sie bei allen Generatoren die gewünschte Grundfrequenz ein. In einem Beispiel setzen wir den ersten Generator auf 1000Hz und den zweiten auf 2000Hz. Sie können die Generatoren auf zwei verschiedene Arten koppeln. Im einen Fall bleibt die Differenz der Frequenzen konstant im anderen Fall der Quotient. Wenn Sie die Frequenz von Generator #1 auf 1100Hz erhöhen, wird Generator #2 automatisch auf 2100Hz bzw. 2200Hz eingestellt. Sie können diesen Modus über das ASIO Generator Menu einstellen.

Diese Betriebsart ist nur beim internen Generator über ASIO verfügbar.

12.20 Zweitonmessung

Bei bestimmten Messungen werden Zweitonsignale benötigt. Als Beispiel sei hier die Messung von Intermodulationseffekten genannt. Mit der PRO Version der Signalgenerators können Sie solche Signale auf einfache Weise erzeugen. Starten Sie einfach den Signalgenerator zweimal. Stellen Sie bei dem einen Signalgenerator z.B. 1kHz und bei dem zweiten Signalgenerator 2kHz ein. Beide Signalgenerator müssen um jeweils 3dB abgeschwächt werden, um Übersteuerungen zu vermeiden.

12.21 Sinus mit Rauschen

Ähnlich wie bei der Zweitonmessung starten Sie hier eine beliebige Anzahl von Signalgeneratoren. Achten Sie darauf, daß es nicht zu Übersteuerungen kommt. Bei allen Signalgeneratoren sollte die gleiche Abtastrate eingestellt werden, da die Umrechnung unnötig CPU-Leistung benötigt.

Hinweis: Diese Funktion ist nur in der PRO Version verfügbar.

12.22 24-Bit Version

Mittlerweile gibt es viele Soundkarten auf dem Markt, die eine höhere Auflösung jenseits der CD-Qualität (44,1kHz 16-Bit) versprechen. Die Standart Version des Signalgenerators verwendet solche Soundkarten im 16-Bit Modus. Der höhere Dynamikbereich dieser Karten bleibt ungenutzt. Die 24-Bit Version des Signalgenerators kann die Soundkarten auch in diesen Modi adressieren. Es können alle Auflösungen zwischen 8 und 24-Bit eingestellt werden.

Auf unserer Webseite finden Sie eine spezielle Testversion, die die hochauflösenden Modi unterstützt. Mit dieser Version kann nur ein Sinus mit 777Hz ausgegeben werden. Sie können aber so sicherstellen, daß Ihr PC kompatibel zu dem 24-Bit Signalgenerator ist. Die Vollversion unterstützt selbstverständlich alle Signalformen und Frequenzen.

Hinweis: Der DirectX oder ASIO Treiber der Soundkarte muß diese hochauflösenden Modi unterstützen.

13 Zusatzfunktionen (Plug-ins)

WinAudioMLS bietet verschiedene Zusatzmodule für spezielle Anwendungen an. Diese Module sind nicht im normalen Lieferumfang enthalten, sondern können im Rahmen eines Upgrades erworben werden.

Zur Zeit sind folgende Module verfügbar:

• ASIO 192kHz 24bits Unterstützung

• Mehrkanalerweiterung bis 64 Kanäle

• Frequenz und Pegel Durchlauf

• Datalogger für Langzeitmessungen

• Nachhallzeit

• Oktav+1/3 Oktav Echtzeitanalysator

• 64-bit FFT

• 1/3 Oktav Filterbank

• RIAA Filter für Messungen an Phono-Geräten

• Benutzerdefiniertes Filter (Free Filter)

• Audiorekorder zur Aufnahme während der Messung

• Skriptprozessor zur Automatisierung von WinAudioMLS

• Sprachverständlichkeit (IEC60268-16 STI/RASTI)

• Psychoakustische Lautheit (Sone)

• 3D Visualisierung

• Vectorscope / Goniometer

• Speedalyzer zur Messung von Gleichlaufschwankungen (wow&flutter)

• Automatische Messung mit motorbetriebenem Drehteller von Outline

• Steinberg VST Host Schnittstelle, um Effekt-Plug-ins andere Anbieter zu laden

13.1ASIO 24 Bit Edition mit 192kHz/24 Bits

Wir bieten eine hochauflösende Version von WinAudioMLS an, die Abtastraten bis zu 1292kHz bei einer Auflösung von 24 Bits.

Microsoft integrierte zum ersten mal eine Audioschnittstelle in Windows 3.11. Dieses Multimedia-Interface (MME) unterstützt 2 Kanäle bei einer Auflösung von 16 Bits. Obwohl dieses Format CD-Qualität ermöglicht fehlen wichtige Funktionen. Das plattformunabhängige ASIO Interface von Steinberg hat sich weltweit durchgesetzt und zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus.

• Keine Begrenzung der Abtastrate. Zur Zeit liegt das Maximum bei 192kHz.

• Mehrkanal Ein- und Ausgabe

• Full duplex

• Ein-und Ausgang sind synchron.

• Hohe Auflösung bis zu 64 Bits pro Abtastwert

• Geringe Latenz

Diese Schnittstelle wird heute von vielen professionellen Audio Programmen wie Editoren, Synthesizern etc. verwendet.

Moderne qualitativ hochwertige Soundkarten besitzen Eigenschaften, die weit über das alte 16-bit Interface hinausgehen. Die hochauflösenden Modi sind meistens nur über ASIO verfügbar. Dementsprechend begrenzt eine Audioanalyse Software, die nur das 16-bit Interface unterstützt, die Möglichkeiten der Hardware.

WinAudioMLS bietet optional die ASIO 2.0 Schnittstelle mit bis zu 192kHz und 24 Bits. Zusätzlich sind im ASIO Modus Ein- und Ausgang synchron. WinAudioMLS kann mehrere gleichzeitig installierte ASIO Soundkarten verwenden.

Mit einer ADAT kompatiblen Soundkarte können Sie z.B. 8 Kanäle überwachen. Sie können die zwei Kanäle von WinAudioMLS beliebig den zur Verfügung stehenden Kanälen zuordnen.

Der Knopf ‘device control’ startet den ASIO-Kontrolldialog, der spezifisch für jede Soundkarte ist. Die 24 Bit Version von WinAudioMLS besitzt einen speziellen internen Signalgenerator, der synchron zum Eingangssignal ist

Bitte beachten Sie, daß Sie für Ihre Soundkarte einen speziellen ASIO Treiber benötigen. Dieser wird im allgemeinen kostenfrei vom Hersteller zur Verfügung gestellt.

Um bei 24 Bit Analysen eine optimale Genauigkeit zu erzielen, empfehlen wir die präzisere 64-Bit FFT.

Das folgende Beispiel zeigt eine 24 Bit Messung mit einer RME digi96/8 PAD PCI Soundkarte. Ein- und Ausgang sind digital verbunden. Das Eingangssignal ist ein Sinus bei 1kHz mit Vollaussteuerung. Hier wurde das 1kHz Sperrfilter eingesetzt, um die Grundschwingung zu entfernen. Das Bild zeigt das Spektrum des Restsignals, das für THD+N verwendet werden kann. Der Signalpegel liegt bei -144dB und entspricht damit genau der Dynamik eines 24 Bit Signals. Diese Messung zeigt deutlich den großen Dynamikumfang von WinAudioMLS.

13.1.1Signalgenerator

Bei ASIO kann nur ein Programm auf die Schnittstelle zugreifen. Daher beinhaltet das ASIO-Modul einen internen Signalgenerator. Der externe Generator kann im ASIO-Modus nicht gleichzeitig mit dem Analyzer verwendet werden.

Das ASIO-Modul enthält 10 unabhängige Generatoren, die zur Erzeugung von komplexen Signalformen verwendet werden können.

Das folgende Bild zeigt fünf aktive Generatoren. Nicht verwendete Generatoren können mit „mute“ einfach abgeschaltet werden.

Die Signale der Generatoren werden summiert. Daher ist es erforderlich das Sie die Pegel der einzelnen Generatoren absenken, da es sonst zu Übersteuerungen kommt. Das folgende Beispiel zeigt zwei Generatoren mit 440 und 1000Hz mit jeweils maximalem Pegel. Es kommt deutlich sichtbar zu Verzerrungen, so daß in diesem Fall die Grundschwingungen nicht erkennbar sind.

Senkt man beide Generatoren um mind. 6dB ab, so erhalten Sie das gewünschte Zweitonsignal.

Die ASIO Generatoren werden bei Sweep-Durchläufen (Frequenz und Pegel) automatisch gesteuert.

13.2Mehrkanalunterstützung

WinAudioMLS unterstützt bis zu 64 Kanäle über das ASIO Schnittstelle. Alternativ können auch Mehrkanal .wav Dateien analysiert werden.

Alle Kanäle werden gleichzeitig und in Echtzeit verarbeitet.

Typische Anwendungen liegen im Bereich:

• Mehrkanalanalyse für Aufnahmestudios

• Mehrkanalmonitor bei Live-Veranstaltungen

• Analyse von Surroundsystemen

• Mehrkanalauswertung von Schwingungs-/Beschleunigungssensoren

• Auto Audio Wettbewerbe (dB drag), um mehrere Teilnehmer gleichzeitig darzustellen

• Überwachungssysteme

Das folgende Bild zeigt eine Messung mit 16 aktiven Kanälen.

Wir bieten Pakete an mit

• 4 Kanälen

• 8 Kanälen

• 16 Kanälen

• 24 Kanälen

• 64 Kanälen

Für die Mehrkanalunterstützung wird eine Soundkarte mit ASIO benötigt.

Alle Eingangskanäle können den Anzeigekanälen frei zugewiesen werden. Für jeden Kanal kann ein individueller Verstärkungsfaktor definiert werden.

Für jeden Kanal können individuelle Farben, Marker etc. zugewiesen werden.

Die Mehrkanalanzeige kann auch mit der Oktave bzw. 1/3 Oktave Anzeige kombiniert werden. Das folgende Bild zeigt eine Messung mit dem Oktave RTA und 4 Eingangskanälen.

13.2.1Verwendung

Wählen Sie im ASIO Menü die geeignete Mehrkanal-Soundkarte. Damit alle verfügbaren Kanäle der Soundkarte verwendet werden, muß die Multichannel Option aktiviert werden.

13.3ASIO Loopback-Treiber

Wir bieten einen speziellen ASIO-Treiber an, der die Ausgangsdaten direkt wieder auf den Eingang gibt. Dieser Treiber ist ideal um die Kombination WinAudioMLS mit dem Signalgenerator unter idealen Bedingungen zu testen. Es handelt sich hierbei um eine virtuelle Verbindung zwischen Ein- und Ausgang, die völlig frei von Störungen ist.

Bei den ASIO Einstellungen muß lediglich der Treiber ausgewählt werden.

13.4Steinberg VST Interface

Die VST-Schnittstelle von Steinberg ist eine weit verbreitetes System, mit der modular Audioverarbeitungs-Plugins in andere Applikationen integriert werden können. Es gibt eine Große Zahl solcher Plug-ins, entweder kostenlos, als Shareware oder kommerziell. Die Schnittstelle ist gut dokumentiert und viele Bespielprogramme sind verfügbar.

Durch das VST Host Interface von WinAudioMLS können Sie die große Zahl von VST-Plugins in den Signalverabeitungspfad integrieren.

Diese Funktion ist aus mehreren Gründen sinnvoll:

Zum einen können Sie die Plugins in WinAudioMLS integrieren und damit die Fähigkeiten erweitern. Weiterhin können Sie auch Ihre eigenen Plugins entwerfen.

Bei der Entwicklung von Plugins für andere Anwendungen ist diese Funktion sehr hilfreich, da Sie mit Hilfe der leistungsfähigen Meßfunktionen von WinAudioMLS Ihre Plugins während der Entwicklung testen können.

Bitte beachten Sie, daß WinAudioMLS nur Effekt-VST Plugins unterstützt. Synthesizer Plug-ins werden nicht unterstützt.

Sie können mit WinAudioMLS bis zu 10 Plugins gleichzeitig laden. Zur Konfiguration der Plugins können Sie das mitgelieferte Tool des Plugins oder einen eingebauten textbasierten Editor verwenden. Dieser zeigt Ihnen auch viele weitere Informationen über die jeweiligen Parameter. Daher ist diese Funktion für Entwicklungszwecke hervorragend geeignet.

Die VST Plugins konfigurieren Sie über das Menu VST. Sie können VST-Plugins auswählen (‚Browse’), diese aktivieren oder den Editor aufrufen

Jedes Plugin unterstützt eine bestimmte Anzahl von Programmen (Presets) und Parametern (Dämpfung, Frequenz etc.). Das folgende Beispiel unterstützt 8 Programme und 10 Paramter. Jeder Paramter wird mit seinem Namen angezeigt. Sie können die Parameter direkt als Zahl eingeben oder über den Schieberegler.

Die meisten Plugins bieten einen grafischen Editor für die Parameter an. Sie können beide Techniken gleichzeitig verwenden. Das folgende Bildschirmfoto zeigt den internen Editor für das gleiche Plugin.

13.564 Bit FFT

Warum 64 Bits?

Die meisten Audioaufnahmen werden mit 16 Bits Auflösung gemacht. WinAudioMLS verwendet intern eine 32-Bit Fließkommadarstellung. Auf den ersten Blick sollte dieses Format ausreichend Dynamikreserven bieten. Immerhin haben 32-Bit Fließkommavariablen eine Dynamik von mehr als 200dB. Fließkommazahlen bestehen aus einer 24-Bit Mantisse und einem 8-Bit Exponenten. Bei jeder Operation (Addition, Multiplikation etc.)

verringert sich die Dynamik durch Rundungsfehler. Bei einer 4096 Punkte FFT sind 12 Additionsstufen hintereinandergeschaltet. Hier ist das Rundungsrauschen der FFT bereits höher als das Quantisierungsrauschen eines 16-Bit Signals.

Diesen Effekt kann man leicht überprüfen. Bei einer 1024 Punkte FFT und einem idealen Sinussignal mit 16 Bits können Sie THD+N von 97dB messen. Vergrößern Sie die FFT Länge, so nimmt die Frequenzauflösung zu, gleichzeitig steigt aber auch das Rundungsrauschen.

Bei einer 8192 Punkte FFT wird bei dem gleichen Eingangssignal ein THD+N von nur 90dB angezeigt. Dieser Wert ist aufgrund von Rundungsfehlern verfälscht. Sinnvoll kann man in dieser Einstellung nur bis etwa 85dB THD+N messen. Bei der 64-Bit FFT erreicht man auch hier 97dB.

Falls Sie sehr geringes Rauschen mit hoher Frequenzauflösung präzise bestimmen möchten, empfehlen wir Ihnen unsere 64-Bit FFT, die einen Dynamikgewinn von 144dB gegenüber der schnelleren 32-Bit FFT erreicht. Die 64-Bit FFT ist bei Bedarf einfach zu aktivieren bzw.

deaktivieren.

Im folgenden finden Sie einige Beispielmessungen, die den oben erwähnten Sachverhalt veranschaulichen. Das Eingangssignal ist ein idealer Sinus mit 1kHz, der mit 16-bit quantisiert wurde.

Es ist leicht zu erkennen, das bei der FFT mit der hohen Frequenzauflösung (8192 Punkte) das Meßergebnis durch das Rundungsrauschen der FFT verfälscht wird. Die Degradation liegt hier bei 6dB.

Der Meßfehler macht sich jedoch nur bei Signalen bemerkbar, die ein sehr geringes Rauschen haben. Bei Messungen bei dem der THD+N Wert eingangsseitig bei z.B. 75dB liegt, spielen die hier erwähnten Effekte keine Rolle.

FFT 1024 Punkte 32-bit THD+N 96dB

FFT 1024 Punkte 64-bit THD+N 96dB

FFT 8182 Punkte 32-bit THD+N 90dB

Hier ist das ist das Rundungsrauschen der FFT höher als das Quantisierungsrauschen.

FFT 8192 Punkte 64-bit THD+N 97dB

13.6Richtdiagramme mit automatischen Drehtellern

WinAudioMLS kann motorisch betriebene Drehteller automatisch steuern. Damit können Richtdiagramme von Lautsprechern, Mikrofonen oder Lärmquellen vermessen werden.

Sie können den Signalpegel in Abhängigkeit von der Frequenz über dem Drehwinkel anzeigen.

Zur Zeit unterstützen wir den weit verbreiteten Drehteller ET-2/ST-2 der Firma Outline. Dieser wird über den Parallelport mit dem PC verbunden. Der Drehteller hat eine Auflösung von 2.5° pro Schritt. Aufgrund seiner soliden Bauweise trägt er bis zu 100Kg.

Sie legen lediglich den Start/Stop-Winkel und die Schrittweite fest. Die Schrittweite muß ein Vielfaches von 2,5° betragen.

Die Drehrichtung kann durch Wahl des Start und Stopwinkels sowohl links als auch rechts herum festgelegt werden.

WinAudioMLS bewegt den Drehteller an die vorgesehene Position, führt die Messung durch, speichert die Ergebnisse und dreht den Teller zur nächsten Position.

Der Outline Drehteller mißt seine Position relativ. Der Bezugspunkt ist bei 0°. Dort befindet sich ein Schalter, der diese Position erkennt. Wenn das Gerät eingeschaltet wird, muß es zunächst auf 0° zurückgestellt werden. Daher empfehlen wir die Messung stets bei 0° zu beginnen. Die Anzeige können Sie durch einen Offset beliebig verschieben. Das bedeutet, daß Sie zum beispiel eine Messung physikalisch von 0° bis 90° durchführen. Die Anzeige wird aber in den Bereich -45° bis 45° verschoben.

Während einer Messung werden alle Kanäle (bis zu 64) gleichzeitig gemessen.

Die Meßergebnisse werden zunächst in eine Textdatei geschrieben. Am Ende der Messung wird das Richtdiagramm für 1000Hz angezeigt.

Das folgende Beispiel zeigt einen Dipolstrahler mit dem typischen Beugungsmuster.

Sie können die Frequenz frei wählen.

Mit Hilfe von Overlays können Sie mehrere Kurven z.B. in einem anderen Abstand oder anderer Frequenz gleichzeitig anzeigen lassen. Die Overlays sind in einem eigen Abschnitt beschrieben.

Sie können den Anzeigebereich frei auswählen. In diesem Fall wird der Ausschnitt von –90° to 90° angezeigt.

Für eine Messung mit dem Drehteller benötigen Sie folgende Komponenten:

• WinAudioMLS mind. PRO

• Directivity Plugin

• Drehteller Outline ET-2/ST-2

• Parallelport (USB Emulatoren werden nicht unterstützt)

• Windows 2000/XP/Vista mit Administrator Rechten

13.7Geräusch und Schwingungsanalyse

WinAudioMLS hat viele Anwendungen außerhalb der Audiotechnik. Die leistungsfähigen Meßfunktionen eignen sich insbesondere für Geräusch und Schwingungsanalyse im Frequenzbereich von DC bis 250kHz.

In diesen Anwendungsgebiet möchten wir folgende Plug-ins hervorheben:

• 1/3 Oktave Analyse und Filterbank

• Pegelmonitor

• Speedalyzer zur Überwachung von rotierenden Maschinen

• Treiber für die DS2200 und DS1M12 "Stingray" USB Meßkarten von www.usb-instruments.com

13.8Unterstützung von Industriemeßkarten

Viele Anwendungen insbesondere im Bereich der Geräusch und Schwingungsanalyse sind nicht für Messungen mit Soundkarten geeignet. Obwohl Soundkarten teilweise exzellente Wandler verwenden, gibt es folgende Gründe in diesem speziellen Bereich andere Meßsysteme zu verwenden:

• Untere Bandbegrenzung liegt bei etwa 10-20 Hz.

• Obere Bandbegrenzung liegt bei 100kHz.

• Kein definierter Verstärkungsfaktor

• Verhalten bei Gleichspannung (DC) ist undefiniert.

Frequenzgang einer typischen Soundkarte (Audigy 2NX)

Für Audioanwendungen ist dies ohne Bedeutung. Im Bereich der Schwingungsanalyse ist jedoch gerade der niederfrequente Bereich von besonderem Interesse

Aus diesen Gründen kann WinAudioMLS optional die DS2200 und DS1M12 "Stingray" USB Messkarten von www.usb-instruments.com verwenden.

Durch ihre geringe Größe eignet sich das System hervorragend für mobile Messungen mit einem Notebook. An diese Meßkarten können Sie verschiedenste Sensoren für Schall, Druck, Beschleunigung, Magnetfeld etc. anschließen.

Alle Analysefunktion von WinAudioMLS stehen dann auch in dem erweiterten Frequenzbereich zur Verfügung.

Die wichtigsten Eigenschaften des Gerätes sind:

• 2 analoge Eingänge

• analoge Bandbreite DC-250kHz

• Abtastrate 1Mhz

• interner Speicher 8192 Abtastwerte

• Einfacher Anschluss über USB ohne externe Stromversorgung

• 12 bit AD-Wandler

• BNC Anschlüsse

• Eingebauter Kalibrator

• AC/DC Kopplung

• Definierte Verstärkungsfaktoren. Dadurch können im Gegensatz zu Soundkarten auch absolute Pegel gemessen werden.

Beispiel einer Messung eines Sinus bei 10Hz. Die Frequenzauflösung beträgt hier 0.06Hz.

13.9Audio-Rekorder

WinAudioMLS kann während einer Messung die Eingangsdaten in einer normalen .wav Datei gleichzeitig abspeichern. Diese Funktion ist ideal zur Dokumentation oder für eine spätere Analyse.

Wählen Sie ‘Plug-ins->Audio recorder’. In diesem Dialogfeld können Sie die .wav Datei auswählen. WinAudioMLS speichert alle Eingangsdaten in dieser Datei. Wenn Sie die Soundkarte zurücksetzen startet WinAudioMLS wieder am Anfang der Datei. Wenn Sie ‘Plug-ins->Audio recorder’ erneut auswählen, stoppt WinAudioMLS die Aufnahme und schließt die Datei-

13.10Automatisierung von WinAudioMLS durch Skripte

WinAudioMLS enthält einen optionalen Skript-Interpreter, der es erlaubt die Funktionen von der Kommandozeile aus zu steuern. Diese Funktion ist ideal für automatisierte Systeme, wie sie z.B. bei Produktionstests eingesetzt werden. WinAudioMLS wird von dem Programm WAremote.exe kontrolliert. Diese Programm setzt die verschiedenen Meßmodi bzw. Optionen von WinAudioMLS, speichert Meßergebnisse etc.

Verwendung:

WinAudioMLS und der Signalgenerator müssen aktiv sein. Starten Sie WAremote.exe mit dem gewünschten Kommando um beide Programme zu steuern.

Die Syntax der kommandos entnehmen sie bitte der folgenden Tabelle.

WAremote Kommando pameter1 parameter2 parameter3 parameter4