Audio-Testsignale zur Optimierung der Musikwiedergabeanlage

Musik ist ein Urbedürfnis des Menschen und trägt wesentlich zur psychischen Gesundheit bei - schon in seiner einfachsten Form: Dem Gesang. Dazu muss man nicht einmal selbst singen oder ein Instrument spielen. Es genügt bereits die Darbietung von Gesang und Musik, selbst wenn sie von der "Konserve" kommt. Dabei sollte sie dann aber möglichst originalgetreu wiedergegeben werden. Für den perfekten Musikgenuss über die heimische Musikanlage, ist es deshalb wichtig, dass sie optimal auf- und eingestellt ist. Gern bieten wir Ihnen diese Referenz Audiotesttöne. Mit diesen Signalen arbeiten wir in unserem NF Labor, um professionell die verschiedenen Audiokomponenten zu analysieren.

Dabei sollen die folgenden Testsignale behilflich sein. Im ersten Teil sind solche zu finden, die bereits mit Hilfe der eigenen Ohren mögliche Mängel hörbar machen. Gut geeignet ist dazu so genanntes "Rosa Rauschen", das einem Musiksignal ähnlicher ist, als es reine Sinustöne sind. Klang entsteht erst, wenn zu Sinustönen harmonische Obertöne hinzukommen. Rosa Rauschen enthält das ganze Spektrum aller hörbarer Frequenzkomponenten auf einmal. Der Begriff "Rosa" ist der Optik entlehnt, weil diese Art Rauschen gegenüber dem physikalischem weißen (Widerstands-) Rauschen weniger hell, sondern etwas dunkler, gefärbt klingt.

Der große Vorteil von Rosa Rauschen ist seine Energieverteilung über den Audio-Frequenzbereich, denn es besitzt den gleichen Pegel in (logarithmisch) gleich breiten Bereichen. So hat zum Beispiel der Frequenzbereich von 100 Hertz bis 200 Hertz den gleichen Energiegehalt, wie der von 1000 Hertz bis 2000 Hertz obwohl dort 10-mal so viele Schwingungen pro Sekunde in Hertz (Hz) enthalten sind. Ein linear arbeitender Pegelmesser zeigt aber den gleichen Schalldruck an, wo hingegen die mit konstanter Frequenzbreite messenden Spektrum-Analysatoren einen um 3 Dezibel pro Dekade fallenden Verlauf anzeigen. Für eine lineare Frequenzgangdarstellung benötigen sie ungefärbtes weißes Rauschen - oder müssen in jedem Teilband entsprechend umrechnen. Um sich akustischen Problemen zu nähern, stehen hier Testsignalarten mit unterschiedlichen Bandbreiten und Frequenzbereichen zur Verfügung.

104 Testsignale: Für jede Aufgabenstellung das richtige Testsignal!

Wir haben diese Dokumentation in verschiedene Bereiche geteilt - entsprechend der Aufgabenstellung:

  1. Schall und Raum
  2. Hören und Messen
  3. Lautsprecher und Raum
  4. Raum und Nachhall
  5. Messen und Berechnen
  6. Beschreibung der Testsignale im Einzelnen
  1. Schall und Raum

Werden Sinustöne über ein Stereo-Lautsprecherpaar wiedergegeben, ergeben sich an den unterschiedlichsten Plätzen oder Messpunkten im Hörraum Überlagerungs-Probleme aufgrund unterschiedlich langer Wege von den Lautsprechern, was besonders bei mittleren und höheren Frequenzen auffällt. Hinzu kommen Einflüsse des Raumes durch die unvermeidlichen und mehrfachen Reflexionen im Raum – besonders bei tiefen Frequenzen. Das alles führt zu Überlagerungen von Schallwellen, die an einem Ort zu starken Überhöhungen führen und andernorts sich auch gegenseitig auslöschen können. Schon Ortsänderungen um wenige Zentimeter verursacht bei reinen Sinustönen starken Pegelschwankungen. Die Frequenzgangmessung am Hörplatz mit einem gleitendenden Sinustonsignal hat deshalb einen sehr stark schwankenden Verlauf zur Folge mit zweifelhafter Aussagekraft. Selbst am optimalen Hörplatz, auch „Sweet Spot“ genannt mit gleichweit entfernten Lautsprechern im gleichschenkligen Dreieck, ist dieser Effekt schon bei geringen Kopfbewegungen allein schon wegen den unterschiedlichen Laufzeiten zum linken und rechten Ohr deutlich wahrnehmbar.

Zur Beurteilung, ob die HiFi-Anlage eine ausgewogene Musikwiedergabe ermöglicht - also keinen Frequenzbereich betont oder vernachlässigt - sind Sinussignale also kaum geeignet. Wenn Sinustöne aber moduliert (gewobbelt) werden, indem sie in einem engeren Frequenzbereich sich in der Tonhöhe schnell ändern, kann man zu aussagekräftigen Ergebnissen kommen. Dieser Trick wird in Track 55 (Wobbelfrequenzgang) und auch bei den terzbandbegrenzten rauschähnlichen Signalen (Track 21 bis 51) angewendet.

Mit Rauschsignalen ist dieser Effekt weniger auffällig, weil sich dann je nach Bandbreite des Signals die Laufzeiteffekte verwischen, beziehungsweise ausmitteln. Das Problem ist damit aber nicht aus der Welt. Denn strahlen linker und rechter Lautsprecher exakt das gleiche Signal ab, - dann handelt es sich um ein sogenanntes korreliertes Signal - ändert sich bei Ortsänderung immer noch die Klangfarbe des Rauschens. Um auch dieses Problem zu umgehen, wird hier unkorreliertes Rosa Rauschen verwendet. Hierbei strahlen beide Stereoboxen zwar im Grunde das gleiche Signal ab, aber ohne jede Phasenbeziehung zueinander. Für Frequenzgangmessung im Hörraum mittels Echtzeit-Terzanalysatoren ist dieses das Signal also gut geeignet. Rauschen ist allerdings ein unstetes Signal, weshalb man für aussagekräftige Ergebnisse über eine mehr oder weniger lange Zeit mitteln muss. Natürlich kann auch jeder Lautsprecher einzeln gemessen werden, womit die Überlagerungseffekte zwischen linkem und rechtem Lautsprecher entfallen. Dabei sollte man aber auf die Höhe der Hör- beziehungsweise Messposition achten. Denn auch zwischen den einzelnen Lautsprecher-Chassis von Mehrwegeboxen kann es in den Übernahmebereichen zwischen Tieftöner, Mitteltöner und Hochtöner Überlagerungs-Artefakte geben.

 

  1. Hören und Messen

Um sich mit Hilfe der Testsignale dem Ziel einer ausgewogenen Wiedergabe zu nähern, sind hier zahlreiche Rauschsignale mit unterschiedlichen Bandbreiten vorhanden, die auch ohne technische Hilfsmittel Probleme erkennen lassen und helfen können, die Wiedergabeanlage zu optimieren. Einfache Pegelmesser oder entsprechende Apps von Smartphones können dabei zusätzlich gute Dienste leisten. Man sollte allerdings beachten, dass deren Genauigkeit bei sehr hohen (oberhalb von 7 Kilohertz) und sehr tiefen Frequenzen (unter 50 Hertz) zu wünschen übriglässt und dort zu geringe Werte vorgaukelt. Bei Smartphone-Apps ist zu beachten, dass sie aufgrund der digitalen Verarbeitung oberhalb der halben Samplingrate (ihrer eigenen Arbeitsfrequenz) abrupt kein Ergebnis liefern können - zum Beispiel oberhalb von 8 Kilohertz wie beim iPhone 8. Für die Sprachsignalverarbeitung reicht sie dagegen völlig aus. 

Anlagenoptimierung mit Hilfe von Messmitteln erfordern im Grunde linear arbeitende - und meist teure - Messgeräte, die im ganzen Audio-Bereich von 20 Hertz bis 20 kHz korrekte Schallpegel anzeigen. Aber auch das in einfachen Pegelmessgeräten wählbare C-Filter ist gegenüber dem A-Filter in den tonal wichtigen Hörbereichen schon einigermaßen linear und eignet sich deshalb auch schon zur Anlagenoptimierung, wenn man die Frequenzbereiche unterhalb von 50 Hertz und oberhalb von 7 Kilohertz nicht überbewertet.

Die so genannte A-Filterkurve ist der Empfindsamkeit des Gehörsinns angepasst mit Betonung auf den Frequenzbereich zwischen 2 und 4 Kilohertz, wo es besonders empfindlich ist. Es findet deshalb hauptsächlich für Störgeräuschs-Messungen Verwendung, gestattet aber auch die empfundene Lautstärke unterschiedlicher Schalle miteinander zu vergleichen - zum Beispiel bei einem Vergleichstest von Lautsprecher, die dazu auf möglichst gleiche Lautstärke eingestellt sein sollten. Speziell für diesen Lautstärkeabgleich befindet sich hier ein Testsignal mit einem nichtkorreliertem "Gelb-Grünem" Rauschen, das mit definiert abgesenkten Bässen und Höhen einem durchschnittlichen Musikspektrum noch ähnlicher ist als Rosa Rauschen.

 

  1. Lautsprecher und Raum

Das wichtigste bei der Optimierung der HiFi-Anlage ist, die Lautsprecher richtig zu platzieren. Hiervon ist in hohem Maße abhängig, wie ausgewogen die Basswiedergabe ist - bildet sie doch das Fundament einer guten Musikwiedergabe. Die stets unvermeidlichen, von den Dimensionen des Wiedergaberaumes abhängigen Raummoden, lassen sich durch geschickte Aufstellung der Lautsprecher im Zaum halten. Sie entstehen durch mehrfache Reflexionen an den Raum-Begrenzungsflächen. Dabei überlagern sich die Schallwellen und bilden Druckschwankungen in Form von Bergen und Tälern aus. Den richtigen Platz für die Lautsprecher zu finden ist also nicht so einfach.

Es gibt allerdings einige Grundregeln: Lautsprecher lieben es, frei zu stehen. Am besten in einigem Abstand zur Rückwand und den Seitenwänden und in einem ungeradzahliges Verhältnis zu Raumbreite – so vermeidet man, dass der Raum bei bestimmten Frequenzen besonders stark angeregt werden. Diese akustischen Überlagerungen der mehrfachen Reflexionen bezeichnet man auch als Raummoden. Ungünstig wäre zum Beispiel die Boxen auf einem Viertel der Raumbreite zu stellen. Nur wenn die Box etwas wenig Bass liefert, darf sie auch näher zur Rückwand stehen. Dabei gilt: Nähert man sich mit dem Lautsprecher einer Begrenzungsfläche, erhöht das den Basspegel bis maximal 3 Dezibel. Das kann einem Subwoofer, der auf dem Boden in einer Raumecke gestellt wird, von Vorteil sein. Er liefert dann bis zu 9 Dezibel mehr Schalldruck. Bei welcher Frequenz die meist starken Grund-Raummoden liegen, lässt sich für einen rechteckigen Raum leicht errechnen: 343 m/s (Schallgeschwindigkeit) dividiert durch die doppelte Raumlänge, Raumbreite und Höhe in Meter. Bei einem 6 x 4 Meter großem Raum mit einer Deckenhöhe von 2,6 Metern zum Beispiel sind das rund 28, 43 und 61 Hertz.

Aber das ist längst nicht alles: Bei ganzzahligen Vielfachen dieser Frequenzen ergeben sich ebenfalls Raummoden, wenn auch mit zu höheren Frequenzen hin abnehmender Amplitude. Es bildet sich also ein ganzes Bündel von Einzelresonanzen aus, wovon jede einzelne mehr oder weniger lange nachklingt - das haben Resonanzen so an sich. Wie stark oder lange hängt nicht nur von der Form des Raumes und seinen Dimensionen ab, sondern im hohen Maße auch von der Beschaffenheit und Möblierung des Raumes. Ob schallharte Wände, glatte Decken, dicke Teppiche, Fensterflächen mit oder ohne Gardienen, große Polstergarnituren oder Bücherregale: Alles hat auf den Klangcharakter des Raumes seinen ganz spezifischen Einfluss - mal werden die Resonanzen verstärkt, mal bedämpft. Insgesamt dominieren aber die Resonanzen, was zu tieferen Frequenzen hin stets einen steigenden Schalldruckverlauf zur Folge hat.

 

  1. Raum und Nachhall

Um die unzähligen Einflüsse in den Griff zu kriegen, wäre es am besten die Nachhallzeit in Abhängigkeit von der Frequenz zu bestimmen. Das ist aufwändig und lohnt nur, um Aufnahmestudios mit Hilfe von Absorbern und Diffusoren akustisch zu optimieren. Dazu ist es nötig mit vielen Einzelfrequenzen im ganzen Frequenzbereich nach dem Verfahren RT 60 (Recovery Time) die Zeit gemessen, bis nach Abschalten des Testsignals der Pegel um 60 Dezibel abgesunken ist - dargestellt in einem Diagramm. Dazu ist allerding Fachwissen und teures Equipment nötig. Bei gleichmäßig niedriger verlaufender und zum Bassbereich hin nicht zu stark steigender Nachhallzeit sind die Klangeigenschaften eines Raumes besonders günstig.

Klanglich nachteilige, besonders stark hervortretende Raumresonanzen, lassen sich aber auch ohne aufwändige Nachhallzeitmessungen schon mit den frequenzengen Terzband-Testsignalen (Track 21 bis 51) herausfinden. Danach gilt es, durch eine andere Platzierung der Lautsprecher Betonungen aber auch benachteiligte Frequenzbereiche zu vermeiden. Was für die Platzierung der Lautsprecher gilt, gilt auch für ist die Wahl eines geeigneten Hörplatzes. Er sollte optimalerweise zum linken und rechten Lautsprecher ein gleichschenkliges Dreieck bilden. In der Praxis sind der Lautsprecheraufstellung leider allzu oft Grenzen gesetzt. Es kommt also darauf an, unter gegebenen Umständen den besten Kompromiss zu finden, zum Beispiel indem man einen Lautsprecher, welcher der seitlichen Wand oder sogar der Raumecke etwas zu nahekommt und dadurch bestimmte Raummoden verstärkt anregt, etwas beiseite rückt. Das kann schon viel helfen.

Asymmetrien bei der Lautsprecher-Aufstellung im Raum tangieren zudem die räumliche Staffelung der Wiedergabe. Vor allem die ersten Reflexionen über die Seitenwände durch die dann entstehenden Laufzeitunterschiede können die Ortungsschärfe negativ beeinflussen. Optimal aufgestellt sollte sich bei einem Mono-Signal – wie zum Beispiel die Ansage „In Phase“ von Track 2 - eine markante Mittenortung einstellen, so, als stünde dort ein (Center-) Lautsprecher. Das wird dann auch als Phantomschallquelle bezeichnet. Apropos Räumlichkeit: Dass sich auch mit nur zwei Lautsprechern eine Quasi Surround Wiedergabe erzielen lässt, belegt eindrucksvoll der Track 9 mit dem zirkulierendem Rauschen - am besten zu hören im Sweet Spot.

 

  1. Messen und Berechnen

Neben einfachen Schalldruck-Pegelmessgeräten sind inzwischen auch bezahlbare PC-Programme erhältlich, die mittels PC-eigener Soundkarte gute Dienste leisten können. Dazu benötigt man allerdings noch ein gutes Messmikrofon. Als Testsignal steht hier ein digitales MLS-Rauschen zur Verfügung. MLS steht für Maximum Length Sequence. Mit diesem Signal können diese PC-Lautsprecher-Messprogramme eine Impulsantwort erstellen und daraus den Frequenzgang errechnen - und auch noch einiges mehr.

Für eine Vielzahl von Messungen einzelner Komponenten der HiFi-Anlage sind die nachfolgenden sinusförmige Testsignale geeignet.  Am besten ist es, diese Testsignale auf eine CD zu brennen, denn sie sind schon im CD-Format (44,1 kHz, 16 Bit) produziert. Dann sind die Audio-Eigenschaften aller CD- oder DVD- oder Blu-ray-Player mit diesen hochwertigen, meist digital erstellten Testtönen direkt messbar und können - wenn es sich um hochwertige Player handelt - gleichzeitig als Signalgenerator für eine Vielzahl von Messungen an Verstärkern dienen - hochwertiges Mess-Equipment und KnowHow im Audiobereich vorausgesetzt. Mit solchen Testsignalen arbeiten auch wir ständig im Labor. Dazu mehr bei der Beschreibung der einzelnen Testsignale.

Bevor es los geht mit Optimierung der HiFi-Anlage noch ein sehr wichtiger Hinweis: Viele Testsignale weisen maximal hohe Pegel auf bei teilweise unhörbar tiefen oder hohen Frequenzen, die bei zu hoch eingestellter Lautstärke vor allem die Hochtöner der Lautsprecher und auch das Gehör gefährden können.

 

  1. Beschreibung der Testsignale im Einzelnen 

Track 1: Sprecher „Channel Check, Left Channel... Right Channel…“

Diese Ansage dient der korrekten Zuordnung der Stereo-Kanäle und damit des akustischen Geschehens – besonders wichtig für den Ton zum Movie. Aber auch bei der Musikwiedergabe, zum Beispiel bei einer Orchester-Darbietung, ist sie bedeutsam für die korrekte räumliche Zuordnung der Instrumentengruppen. Das gilt auch für die Wiedergabe über Kopfhörer.

 

Track 2: Sprecher: „Balance Test… Phase Check: in Phase…, out of Phase…“

Der Phasencheck deckt eventuell falsch gepolte Lautsprecheranschlüsse auf. Bei korrekter Polung erscheint die Ansage „In Phase“ genau zwischen den beiden Stereo-Lautsprechern, aber nur dann, wenn man sich in der Mitte zwischen den gleichweit entfernten Boxen befindet. Bei der Ansage „Out of Phase“ sollte sie dagegen irgendwo im Raum schwirren. Sollte es umgekehrt wahrzunehmen sein, sind an einer der beiden Boxen die beiden Kabelenden gegeneinander zu vertauschen. Normalerweise wird die markierte Ader des Lautsprecherkabels (Pluspol) mit der meist roten Klemme des Lautsprechers verbunden. Die zweite schwarz oder nicht markiert Ader dann entsprechend mit der „Minus-Klemme“ des Lautsprechers. Eine Vertauschung kann auch an den Lautsprecher-Ausgängen des Verstärkers erfolgen.

 

Track 3: Burn-In Testsignal

Bevor eine Anlage ihr ganzes Potential ausschöpfen kann, muss sie „eingespielt“ sein. Gemeint ist damit, dass sich Bauelemente – besonders Elektrolyt-Kondensatoren bei Verstärkern, aber auch Membransicken bei Lautsprechern – formiert werden müssen. Dazu dient das Impulsförmige mit unkorreliertem Rauschen unterlegte Signal, dass auch bei (analoger) Dolby-Surround-Wiedergabe jeden Kanal anspricht. Bei neuen Geräten oder nach längerer Zeit der Nichtbenutzung der Anlage, sollte man dieses Signal bei relativ hoher, aber nicht übertriebener Lautstärke abspielen lassen.

Die in dem Signal enthaltenen 2-Hertz-Sägezahn-Impulse mit positiver Flanke erlauben zudem die Bestimmung der absoluten Phase. Gemeint ist damit, ob bei einer Aufnahme mit plötzlichem Druckanstieg – zum Beispiel einem Kanonenschlag - auch die Lautsprecher-Membranen im ersten Moment nach vorne schnellen, um so auch im Wiedergaberaum einen Druckanstieg zu bewirken. Das ist aber - wenn überhaupt - nur wahrnehmbar bei sehr tieffrequenten Schallereignissen wie eben Kanonenschläge, Explosionen oder Blitze und auch nur dann, wenn die Wiedergabeanlage in der Lage ist, diese tiefen Frequenzen wiederzugeben – zum Beispiel mittels Subwoofer. Bei korrekter Absolut-Phase sollten die Tieftonmembranen also im ersten Moment nach vorne schnellen. Das Impulssignal hat dazu die Form eines Sägezahns mit schnell ansteigender Flanke im Rhythmus von zwei (!) Hertz. Die visuelle Beobachtung, ob die Tieftonmembran wirklich im ersten Moment nach vorne springt, ist allerdings nicht einfach und hängt davon ab, wie tiefreichend die Wiedergabe des Lautsprechers ist. Am leichtesten geht es durch sachtes Berühren der Membran am Sickenrand des Tieftöners.

Interessant bei diesem Testsignal ist auch der Vergleich zwischen Lautsprecher- und Kopfhörerwiedergabe. Hier wird deutlich, wie stark der Raum auf die Wiedergabe einwirkt – besonders bei tiefen Frequenzen, wo die Raummoden vorherrschen und dadurch den Bassbereich verstärken.

 

Track 4: Rosa Rauschen, nur Links

Das breitbandige Rosa Rauschen dient nicht nur der korrekten Kanalzuordnung, sondern auch der Klangbalance über den ganzen Audio-Frequenzbereich. Vor allem sollte im direkten Vergleich zum nächsten Track (Rechter Kanal) die Klangunterschiede möglichst gering sein und auch der Lautstärkeeindruck gleich sein. Bei Lautstärkeunterschieden den Balance-Regler zu benutzen, ist nur die zweitbeste Lösung. Besser ist es den Grund dafür zu beseitigen, der zum Beispiel in einer starken, frühen Reflexion von der Seitenwand herrühren könnte. Änderung des Lautsprecher-Standortes, gegebenenfalls auch Diffusoren oder Absorber können hier Abhilfe schaffen.

 

Track 5: Rosa Rauschen, nur Rechts

Wie in Track 5 dient das breitbandige Rosa Rauschen nicht nur der korrekten Kanalzuordnung, sondern auch der Klangbalance über den ganzen Audio-Frequenzbereich. Im direkten Vergleich mit dem vorherigen und nachfolgenden Track sollten die Klangunterschiede möglichst gering sein. Auch der Lautstärkeeindruck sollte gleichbleiben.

 

Track 6: Rosa Rauschen Links und Rechts gleichphasig (korreliert, L=R)

Das korrelierte Rauschen beider Kanäle sollte im "Sweet Spot" eine stabile Mittenabbildung erzeugen, so, als stünde dort ein Lautsprecher (Phantomschallquelle). Räumliche Asymmetrien können diesen Eindruck verwischen. Da der Pegel digital um 3 Dezibel gegenüber Track 4 und 5 reduziert wurde, sollte auch der Lautstärkeeindruck im Vergleich zu den vorherigen Tracks gleichbleiben, denn die abgestrahlte Energie ist die Gleiche. In Dolby-Surround-Betrieb ertönt jetzt nur die Center-Box.

 

Track 7: Rosa Rauschen, gegenphasig (korreliert L = -R)

Das gegenphasig Rosa Rauschen dient auch der Kontrolle der korrekten Phase. Gegenüber Track 6 darf das Rauschen jetzt nicht zwischen den Stereo-Boxen ortbar sein, sondern nur diffus im Raum. In Dolby-Surround-Anlagen ertönen jetzt nur die hinteren Surround-Boxen.

 

Track 8: Rosa Rauschen, unkorreliert, Links und Rechts unabhängig voneinander

Dieses unkorrelierte Rosa Rauschen mit voneinander unabhängigen Signalen Links und Rechts ist bestens geeignet, um mittels Echtzeit-Oktav oder -Terzanalysatoren den Frequenzgang im Raum zu bestimmen. Das Signal ist dabei nicht zwischen den Boxen ortbar, sondern "schwebt" im Raum. Noch stärker ist dieser Eindruck im (analogen) Dolby-Surround-Modus, der mit diesem Signal gleichzeitig alle Lautsprecher anspricht.

 

Track 9: Rosa Rauschen rotierend im Uhrzeigersinn, links beginnend

Durch kontinuierliche Pegel- und Phasenveränderung zwischen den beiden Stereo-Kanälen wird hier ein sich sehr gleichförmig drehendes Surround-Signal erzeugt. Da gewinnt die für Stereo auch verwendetet Bezeichnung "Raumtonverfahren" eine akustisch eindrucksvolle Bestätigung. Beim analogen Dolby-Pro-Logic Modus kann beobachtet werden, wie die "Logic" arbeitet und das akustische Geschehen den einzelnen Kanälen zuzuordnen versucht. Dadurch entsteht eher der Eindruck, als würde das Signal von Lautsprecher zu Lautsprecher springen. Die Pegel der Center-Box und der Rear Lautsprecher lassen sich hier gut mit den Hauptkanälen vergleichen und diesen anpassen.

 

Track 10: Mitten-/Brillianz betonendes unkorreliertes "Gelb-Grünes" Rauschen

Dieses nichtkorrelierte Rauschen dient vornehmlich zur Pegelangleichung bei Lautsprecher-Vergleichstests. Damit es bei bassstarken oder höhenbetonenden Boxen nicht zu Ungleichheiten kommt, sind Frequenzkomponenten unter 250 Hertz und oberhalb 5 Kilohertz sukzessive abgemildert. Ein A-Filter ist für diesen Zweck weniger geeignet.

 

Track 11 bis 20: Oktavbandbegrenztes Rauschen in 10 Bändern von 16 Hertz bis 16 Kilohertz

Mit diesen, auf Oktavbreite begrenzten unkorrelierten Rosa-Rausch-Signalen, kann schon schnell eine Aussage getroffen werden, in welchen Frequenzbereichen es mit der Ausgewogenheit hapert. Diese Tracks dienen aber auch dazu, den einzelnen Frequenzbereichen Namen zu geben. Wer weiß schon, in welcher Tonlage zum Beispiel der Brillianzbereich klingt, oder was man unter Tiefbass versteht.

 

Track 11: Oktavbandbegrenztes Rauschen, unkorreliert, 16Hz - 32Hz (Supertiefbass)

Man sollte sich nicht wundern, wenn von diesem, musikalisch auch Subkontra-Oktave genannten Bereich wenig bis nichts zu hören ist, denn die meisten Lautsprecher sind gar nicht im Stande, diese sehr tiefen Frequenzen wiederzugeben. Das ist aber nicht weiter schlimm, denn die allermeisten Musikaufnahmen – von Ausnahmen abgesehen - enthalten keine Frequenzkomponenten in diesem Bereich. Hinzu kommt, dass unser Gehör für diese Tonlage ziemlich unempfindlich ist. Beim Ton zum Bild sieht die Sache allerdings anders aus: Filmeffekte sind oft auf diese Tonlagen angewiesen. In der Praxis können hier nur aktiv entzerrte Boxenboliden mitspielen. Und auch nur die wenigsten Subwoofer bedienen den Frequenzbereich unter 30 Hertz, die sich mit diesem Signal dann recht einfach im Pegel und der Phasenlage anpassen lassen.

Anders sieht die Sache bei Car-HiFi-Anlagen aus: Die kleine Fahrzeugkabine verhält sich im Supertiefbass wie eine Druckkammer. Das gilt für Frequenzen, deren halbe Wellenlänge nicht mehr ins Fahrzeug passt, also unterhalb der tiefsten Raummode. Sie errechnet sich so: 343 m/s (Schallgeschwindigkeit) dividiert durch die doppelte Innenraumlänge. Bei 2 Metern also unterhalb von 85 Hz. Dieser Effekt setzt zu tieferen Frequenzen hin aber nur langsam ein und wird in der Praxis noch von anderen Dingen beeinflusst (zum Beispiel Dichtigkeit der Kabine). Immerhin erleichtert es den Tieftönern die Arbeit, weil ihre Membranhübe unterhalb dieser Frequenz nicht mehr überproportional steigen müssen.

 

Track 12: Oktavbandbegrenztes Rauschen, unkorreliert, 32Hz - 63Hz (Tiefbass)

Nur in größeren Räumen wirken sich in diesem Bereich - auch Kontra-Oktave genannt, weil der Kontrabass hier seinen tiefsten Ton hat - die Raummoden schon stark aus, was den Tiefbasspegel ansteigen lässt - was durchaus erwünscht sein kann. Mit ihren Pegel- und Phasenstellern sind Subwoofer mit diesem Signal gut anpassbar. Der Phasensteller ist dabei auf maximalen Pegel zu justieren, der Pegelregler dann dem übrigen Bassbereich anzupassen.

 

Track 13: Oktavbandbegrenztes Rauschen, unkorreliert, 63Hz - 125Hz (Bass)

Das ist der Bereich - auch große Oktave genannte - wo sich bei Musik - von Ausnahmen wie synthetischer Musik abgesehen - hauptsächlich der Bass abspielt. In mittelgroßen Räumen treten hier die Raummoden am deutlichsten hervor.

 

Track 14: Oktavbandbegrenztes Rauschen, unkorreliert, 125Hz - 250Hz (Grundton)

In dieser Bereich - auch kleine Oktave genannt - konzentrieren sich die Raummoden kleinerer Räume. Das ist besonders nachteilig, weil darunter die Tonalität des Musikgeschehens leidet. Hier beginnt auch die Grundtonlage der männlichen Sprache. Die weibliche Stimmlage lag in früheren Jahren noch eine Oktave höher, inzwischen beginnt sie nur noch eine halbe Oktave höher.

 

Track 15: Oktavbandbegrenztes Rauschen, unkorreliert, 250Hz - 500Hz (oberer Grundton)

Musikalisch ist das die eingestrichene Oktave. Sie beginnt mit c1, dem Schlüssel-c (261,5Hz). Ab diesem Bereich sollte der Schallpegel zu höheren Tonlagen hin möglichst konstant bleiben.

 

Track 16: Oktavbandbegrenztes Rauschen, unkorreliert, 500Hz - 1000Hz (Mitten)

Musikalisch wird sie als zweigestrichene Oktave bezeichnet. Der bei Messungen gern benutzte Bezugston von 1 Kilohertz liegt genau zwischen diesem und dem nächsten Band.

 

Track 17:  Oktavbandbegrenztes Rauschen, unkorreliert, 1000Hz - 2000Hz (Oberer Mitten)

Musikalisch wird sie als dreigestrichene Oktave bezeichnet.

 

Track 18: Oktavbandbegrenztes Rauschen, unkorreliert, 2000Hz - 4000Hz (Präsenz)

Musikalisch wird sie als viergestrichene Oktave bezeichnet. Dieser Bereich ist für die Verständlichkeit von Sprache sehr wichtig.

 

Track 19: Oktavbandbegrenztes Rauschen, unkorreliert, 4000Hz - 8000Hz (Brillanz)

Musikalisch wird sie als fünfgestrichene Oktave bezeichnet.

 

Track 20: Oktavbandbegrenztes Rauschen, unkorreliert, 8000Hz - 16000Hz (Hochton)

Musikalisch wird sie als sechsgestrichene Oktave bezeichnet. Hier ist Vorsicht geboten, weil das Gehör diesen Bereich schon weniger laut wahrnimmt. Eine zu hoch eingestellte Lautstärke kann dann die Hochtöner der Boxen gefährden. Zu beachten ist auch, dass einfache Pegelmesser oft einen zu geringen Pegel anzeigen.

 

Track 21 bis 51: Terzbandbegrenztes Rauschen, 20 Hertz bis 20 Kilohertz

Diese schmalbandigen rauschähnlichen Testsignale in Terzschritten erlauben nun eine genaue Analyse der Pegelverhältnisse. Einzelne dominante Raumresonanzen sind damit gut erkennbar. Weil sie aus gewobbelten Sinustönen erstellt wurden, sind sie im Vergleich mit Terz-gefiltertem, stochastischen Rauschen recht amplitudenstabil, was die Anzeige weniger schwanken lässt.

 

Track 52: MLS Sequence, 0dBFS

Viel hochwertige PC-gestützte Lautsprecher-Messprogramme verwenden dieses technische Rauschen. Sie vergleichen das vom Mikrofon empfangenen mit einem bekannten, internen Signal und ermitteln daraus durch Kreuzkorrelation eine Impulsantwort. Mittels FFT (Fast Furier Transformation) kann daraus dann der Frequenzgang errechnet werden. Auch das Abklingverhalten und die Gruppenlaufzeit ist daraus ermittelbar. Für die Messung von Lautsprechern ist es zudem sehr vorteilhaft, weil durch zeitliche "Fensterung" Raumeffekte ausblenden werden können. Das Resultat zeigt dann, was der Lautsprecher kann - hochwertige Mikrofon vorausgesetzt. FS = Full Scale

 

Track 53: Weißes Rauschen

Den Frequenzgang von Lautsprechern im Raum lässt sich auch mittels Spektrum-Analyzer ermitteln. Dabei ist deren Arbeitsweise zu beachten. Üblicherweise verwenden sie ein sehr schmales, über den gewünschten Bereich durchlaufendes Filter mit konstanter Frequenzbreite (zum Beispiel konstant 10 Hertz). Das hat zur Folge, dass der Energiegehalt bei hohen Frequenzen geringer ist als bei tiefen. Um den gewünschten ebenen Frequenzverlauf zu erhalten, benötigen sie weißes Rauschen als Testsignal, wie das hier in Track 53. Doch Vorsicht: Es enthält viel Hochtonenergie, was die Hochtöner gefährden kann.

 

Track 54: Langsamer Sweep, 400 - 20Hz und zurück mit Marker bei 200, 100, 50 und 20 Hertz

Mit diesem Test kann festgestellt werden, ob irgendetwas im Raum oder am Lautsprecher zum Mitschwingen, Vibrieren oder Rappeln neigt. Das können Gläser, Schrankelemente, eine wackelig stehende Box oder sonstiges sein. Dieses langsame durchlaufende Sinussignal gibt solchen Störern genügend Zeit, um in Resonanz zu geraten und auf sich aufmerksam zu machen. Die Lautstärke sollte dabei erhöht sein.

 

Track 55: Wobbelfrequenzgang, 20Hz bis 20000Hz, -20dB

Für Frequenzgangmessungen von Lautsprechern im Hörraum sind Sinustöne, wie in der Einleitung erwähnt, nicht gut geeignet, weil durch Überlagerungseffekte der sich im Raum ausbreitenden und mehrfach reflektierten Schallwellen sich ein sehr unsteter, zappeliger Verlauf ergibt. Um zu aussagefähigen Ergebnissen zu kommen, kann man - wie hier geschehen - den steigenden Sinuston in seiner Frequenz zusätzlich modulieren und erreicht damit eine gute Mittelung ohne scharfe Einbrüche oder Überhöhungen im Verlauf.

 

Track 56: Sinus-Gleittonfrequenzgang, links, 20Hz - 20kHz, -20dB, mit 1kHz Startton, -15dB

Der von 20 Hertz gleitend bis 20 Kilohertz ansteigende Sinuston ist für Frequenzgangmessungen von Playern und Verstärkern geeignet und erlaubt zudem, das Übersprechverhalten auf den stummen rechten Kanal oder einen anderen Eingang des Verstärkers über den ganzen Frequenzbereich zu beurteilen.

 

Track 57: Sinus-Gleittonfrequenzgang, rechts, 20Hz - 20kHz, -20dB, mit 1kHz Startton, -15dB

Wie bei Track 56 ist der von 20 Hertz gleitend bis 20 Kilohertz ansteigende Sinuston ist für Frequenzgangmessungen von Playern und Verstärkern geeignet und erlaubt zudem, das Übersprechverhalten auf den stummen linken Kanal oder einen anderen Eingang des Verstärkers über den ganzen Frequenzbereich zu beurteilen.

 

Track 58 bis 71: Sinussignale von 10 Hertz bis 20 Kilohertz, 0dB

Achtung: Maximalpegel! Sie dienen hauptsächlich zur Messung des Verzerrungsverhalten (Klirrfaktoren) von Playern und Verstärkern, aber auch zur Frequenzgangmessung.

 

Track 72: Gestufter Sweep, 31 Töne je 3 Sekunden, 16Hz bis 16kHz (ISO: third octave spacing)

Achtung: Maximalpegel! Der gestufte Sweep, in nach ISO genormten Drittel-Oktav-Schritten, erlaubt mit der Dauer von 3 Sekunden je Ton eine gute Beobachtung der Pegel am Messinstrument. Hier die nacheinander folgenden Frequenzen: 16Hz, 20Hz, 25Hz, 31.5Hz, 40Hz, 50Hz, 63Hz, 80Hz, 100Hz, 125Hz, 160Hz, 200Hz, 250Hz, 315Hz, 400Hz, 500Hz, 630Hz, 800Hz, 1000Hz, 1250Hz, 1600Hz, 2000Hz, 2500Hz, 3150Hz, 4000Hz, 5000Hz, 6300Hz, 8000Hz, 10000Hz, 12500Hz und 16000Hz.

 

Track 73: Rechtecksignal 100 Hertz, -10dB

Mit dem sich wie ein Brummen anhörenden Rechtecksignal lässt sich mittels Oszillographen gut beobachten, wie sich der Player (oder DA-Wandler) sich am unteren Ende der Frequenzskala verhält. Man spricht hier von der Dachschräge: Je schräger der im Grunde waagerechte Verlauf ist, desto höher liegt die untere Frequenzgrenze des Players. Nur gleichspannungs- (DC-) gekoppelte Geräte können die Urform des Rechtecksignals richtig darstellen. Neben der Grundwelle von 100 Hertz enthält dieses Signal ungeradzahlige Oberwellen (k3, k5, k7 usw.), die mit der Ordnungszahl in ihrer Amplitude abfallen. In den Lücken dazwischen sollten möglichst keine weiteren Komponenten (zum Beispiel die geradzahligen Verzerrungskomponenten k2, k4 usw.) auftauchen, was sich allerdings nur mit hochwertigen Spektrum-Analysatoren feststellen lässt.

 

Track 74: Rechtecksignal 1000 Hertz, -10dB

Rechtecksignale von 1 Kilohertz sollten auf dem Oszilloskop immer als solche zu erkennen sein. Am Beginn und Ende der Flanke lässt sich das Impulsverhalten der digital zu analog Wandler in Playern oder DA-Wandlern beobachten und zeigt sich durch mehr oder weniger starke Überschwinger. Verantwortlich dafür sind die zumeist eigebauten Anti-Aliasing-Filter, deren Aufgabe es ist, so genannte Spiegelfrequenzen der Wandlung (oberhalb des Audio-Bandes) zu unterdrücken. Interessant sind hier auch die Obertonamplituden. Der Fourier-Reihe entsprechend, sollten sie exakt mit der Ordnungszahl in ihrer Amplitude abfallen. Die dritte Oberwelle bei 3 Kilohertz (k3) also auf ein-drittel, die Fünfte auf ein-fünftel und so weiter. Es hat sich gezeigt, dass bei den Playern, die oberhalb von 10 Kilohertz eine völlig flachen Frequenzverlauf aufweisen, die Oberwellen des Rechtecks eher zu hohe Amplituden aufweisen. Möglicherweise ein Beleg für den von Analog-Fans beanstandeten harten Digitalklang.

 

Track 75: Tonburstsignal 400Hz, 25ms on 0dB, 475ms off

Achtung: Kurzzeitige Maximalpegel! Mit diesem Testsignal lassen sich Aussteuerungsanzeigen prüfen. Gute Spitzenwertanzeigen sollten höchstens 1 Dezibel weniger anzeigen als ein Dauerton gleicher Frequenz und Amplitude.

 

Track 76: Tonburstsignal 1000Hz, 20ms 0dB - 480ms -20dB (nach EIA/IHF-Norm)

Achtung: Kurzzeitige Maximalpegel! Für die Messung der Verstärker-Spitzenleistung ist dieses Signal vorgesehen. Verstärker mit nichtstabilisierten Netzteilen, können in den leiseren Abschnitten des Testsignals wieder ihre Elektrolyt-Kondensatoren nachladen und kommen dann auf eine etwas höhere Impulsleistung - bei der Impulsartigkeit von Musik ein Vorteil.

 

Track 77: IM-Testsignal, 250Hz + 8000Hz (Pegel 4:1), -10dB

Neben der "normalen" Klirrfaktor-Messung ist auch von Interesse, wie sauber ein Verstärker hohe Töne verarbeitet, wenn gleichzeitig ein vier Mal lauterer tiefer Ton vorhanden ist. Die Intermodulationsmessung (IM) erfordert allerdings spezielles Messequipment oder die Hilfe eines Spektrumanalysators. Sie erfassen dann die durch Nichtlinearitäten entstandenen Verzerrungskomponenten um den hohen Ton herum und setzen deren Amplitudensumme ins Verhältnis zur Amplitude des hohen Tons. IM = Intermodulation

 

Track 78: SMPTE-IM-Testsignal, 63Hz + 7000Hz (Pegel 4:1), 0dB

Das SMPTE-Verfahren zur Intermodulationsmessung ist gegenüber der DIN-Methode etwas einfacher zu realisieren. Es geht davon aus, dass der hohe Ton verzerrungsbedingt durch den sehr tiefen, vier Mal lauten Ton in dessen Amplitude moduliert wird. Die Stärke der Modulation wird ins Verhältnis gesetzt zur Amplitude des hohen Tons. Erforderlich ist hierzu allerdings spezielles Mess-Equipment, wie es in unserem Labor eingesetzt wird.

 

Track 79: Differenzton IM Testsignal 19kHz + 20kHz, 0dB

Achtung: Maximalpegel bei unhörbar hohen Frequenzen! Bei diesem speziellen Testsignal zeigt sich, ob Verstärker auch am oberen Ende des Audiobandes noch verzerrungsfrei arbeiten. Andernfalls erscheint ein Verzerrungsprodukt im gut hörbaren Bereich bei 1 Kilohertz (Differenz der beiden Töne). Weil Musik sich aus vielen Einzelfrequenzen zusammensetzt, würden Verstärker, die in dieser Disziplin schwächeln, im hörbaren Bereich weniger klar und sauber klingen.

 

Track 80: Multitonsignal, 11 Töne im Oktavabstand

Das ist der Härtetest für jeden Verstärker: Gleichzeitig 11 Töne sauber zu reproduzieren. Das ist dann der Fall, wenn in den Lücken zwischen den Einzeltönen bis auf den Rauschgrund geschaut werden kann - ohne Sumpf aus störende Mischprodukten. Auch für die dazu erforderlichen Spektrum-Analysatoren eine erhebliche Herausforderung.

 

Track 81 bis 94: Amplituden-Stufen, 400Hz, 0dB bis -110dB

Hauptsächlich sind diese Testtöne dazu gedacht, die Linearität der Wandler in Playern zu testen. Sie sollen auch Lautstärke-Eindrücke verdeutlichen. Von Track 81 = Vollpegel ausgehend ist der nächste Track (82) um -3dB leiser. Das entspricht einer Halbierung der Leistung. Track 83 ist um 6 Dezibel abgesenkt und entspricht der halben Spannung. Erst der nächste um 10 Dezibel reduzierte Track (84) entspricht der halben Lautstärke. Jeder weitere Track ist dann nur noch halb so laut und reduziert die Amplitude um weiter 10 Dezibel und geht bis zu unglaublich leisen -110 Dezibel. Solch niedrige Pegel sind eigentlich in einem 16-Bit-Format gar nicht darstellbar. Durch ein spezielles Dithering - einem rauschähnlichen Signal am LSB (Least Significant Bit) - wird dies möglich.

 

Track 95: Digital Null (Triangular-Dithering)

Dieser Track ist für die Messung des Signal-Rauschabstandes vorgesehen. Durch ein "Triangular Dithering" sind die DA-Wandler auch ohne jedes Nutzsignal (Absolute Stille) weiter in Betrieb, so dass der Rauschabstand vom Wandler an über und die komplette Analogsektion der Player gemessen werden kann. Einige Player erkennen trotzdem, dass kein Nutzsignal vorliegt und schalten die Ausgänge einfach stumm, was dann einen besseren Rauschabstand vortäuscht. Den Signal-Rauschabstand als Wert erhält man, indem der Pegel des Referenztons von Track 64 (1000Hz, 0dB) gemessen und ins Verhältnis gesetzt wird zu den übrigbleibenden Störkomponenten beim Abspielen dieses Tracks. Üblicherweise wird das Störsignal noch einer gehörrichtigen Bewertung unterzogen, zum Beispiel mittels A-Filter. 

 

Track 96: Leises Sinussignal, 19kHz, -60dB

Ob Wandler gute Rauschabstände nur vortäuschen, indem sie bei Digital-Null-Signalen (Stille) einfach die Ausgänge stummschalten, lässt sich mit diesem sehr leisen und sehr hohen Testton prüfen, weil hier die Ausgänge freigeschaltet sein müssen. Ein Vergleich mit dem vorherigen Track kann den Trick entlarven - wenn der Rauschgrund hier ansteigt, wird bei Track 95 gemutet.

 

Track 97: Tonleiter-Frequenzgang von Dis7 bis E2 (19912Hz bis 20,6Hz)

Frequenzgang einmal anders: Er setzt sich aus Einzeltönen der natürlichen Tonleiter zusammen, beginnend von Dis der siebengestrichenen Oktave herunter bis zu E1 der Subkontra-Oktave im 1-Sekunden Rhythmus. Wer will, kann damit auch testen, welche Tonhöhe er oder sie noch hören kann: Einfach die Sekunden zählen, bis man zum ersten Mal – am besten über einen guten Kopfhörer - einen Ton hört. Hier die Tonhöhen der ersten 12 Sekunden: Starttonhöhe in der 1. Sekunde: 19912Hz, in weiteren Sekunden: 18795Hz, 17740Hz, 16744Hz, 15804Hz, 14917Hz, 14080Hz, 13290Hz, 12544Hz, 11840Hz, 11175Hz, 10548Hz.

 

Track 98: Kammerton "a" 440 Hertz

Das ist der offiziellen Tonhöhe des Kammertons "a" der eingestrichenen Oktave als reinen Sinuston.

 

Track 99: Stimmgabel, 443 Hertz

Manche Dirigenten bevorzugen Aufnahmen mit einer geringfügig höheren "Stimmung" was die Aufführung etwas "frischer" erscheinen lässt. Der Unterschied ist allerdings kaum wahrnehmbar.

 

Die folgenden 3 Tracks verdeutlichen das Klangpotential von Konzertflügeln.

Track 100: Note "a" in allen Tonlagen eines Konzertflügels

Track 101: Steinway Konzertflügel von 1901 "Donner und Blitz"

Track 102: Steinway Konzertflügel von 1997 "Donner und Blitz"

Track 103: Einstimmen des Orchesters

Wer öfter Klassikkonzerte besucht kann gut einschätzen, ob dieses Einstimmungs-Klanggewirr auf der eigenen Anlage nun richtig gut klingt.

 

Wir wünschen Ihnen viel Erfolg mit diesen Referenz Audiotestsignalen und dadurch mehr Klanggenuss mit Ihrer Stereoanlage!

 

Dokumentation und Testsignale: Dipl.-Ing. Peter Schüller und Klaus Burosch, www.nflabor.de

Copyright 2021: Brieden Verlag, www.brieden.de

Diese Referenz Testsignale werden im Labor bei jedem Vergleichstest von Audiokomponenten eingesetzt und sind exklusiv über den Webshop des Brieden Verlages im Download erhältlich ww.brieden.de/shop

 

Empfehlenswerte Testzeitschriften für Audio und Video:

LP

Klang + Ton

HiFi TV Test

Car + HiFi

Heimkino

 

Weiterführende Literatur:

Johannes Webers: Tonstudiotechnik

Zwicker, Feldkeller: Das Ohr als Nachrichtenempfänger

Jens Blauert: Räumliches hören

Deutsches High Fidelity Institut: Diverse High Fidelity Jahrbücher

Peter Zastrow: Phonotechnik

Michael Dickreiter: Handbuch der Tonstudiotechnik

Paul Skritek: Handbuch der Audio-Schaltungstechnik

Stefan Weinzierl: Handbuch der Audiotechnik

Berndt Stark: Lautsprecher Handbuch