Lautsprecher-Frequenzgang mit dem Smartphone messen

Neuer Lautsprecher, kurz mit dem Smartphone gemessen, und bei 100 Hz steht ein Berg von +9 dB. Im Datenblatt: ±3 dB. Ist der Lautsprecher defekt oder lügt das Datenblatt? Weder noch. Gemessen wurde etwas anderes.

Kurz gesagt

Ein einziger Sweep vom Smartphone liefert den Frequenzgang eines Lautsprechers. Nur ist die Kurve, die dabei herauskommt, nicht der Lautsprecher allein, sondern Lautsprecher plus Raum plus Mikrofon. Sie wird nie zum Datenblatt passen, und das ist kein Messfehler. Wer das akzeptiert, hat an der Smartphone-Messung wirklich etwas. Was trägt, sind Differenzen, keine Absolutwerte: vorher gegen nachher, links gegen rechts, Gerät A gegen Gerät B. Dazu die Gewichtung im Kopf behalten: je tiefer, desto mehr Raum, je höher, desto mehr Lautsprecher.

Was messbar ist und was nicht

Zuerst die Grenze.

Die erste Zeile rechts ist praktisch dieser ganze Artikel. Die Herstellerkurve stammt aus dem reflexionsarmen Raum oder etwas Vergleichbarem. Ihr Raum hat Boden, Wände und Decke, und was den Lautsprecher verlässt, wird davon reflektiert, bevor es am Mikrofon ankommt. Derselbe Lautsprecher misst sich in einem anderen Raum anders. Das ist kein Mangel der Messung, sondern genau das, was Sie tatsächlich hören.

Warum die Kurve immer Lautsprecher plus Raum ist

Was am Mikrofon ankommt, zerfällt in drei Teile: den Direktschall, der geradewegs vom Chassis kommt, die frühen Reflexionen, die ein- bis zweimal an einer Fläche abprallen und wenige Millisekunden später eintreffen, und den Nachhall, der im Raum weiterläuft und dabei abklingt. Der Frequenzgang ist die Summe aus allen dreien.

Direktschall, frühe Reflexionen, Nachhall. Ein kürzeres Fenster hält mehr Raum draußen, hebt aber die tiefste noch messbare Frequenz an

Ließe sich der Direktschall isolieren, käme etwas heraus, das dem Lautsprecher nahekommt. Und bis zu einem gewissen Grad geht das: Schneidet man in der Zeit nur den Kopf der Impulsantwort heraus, fallen die Reflexionen mit weg. Dieser klassische Quasi-Freifeld-Trick steckt auch in Sonir. Die Imaging-Analyse fenstert auf 2 ms vor und 6 ms nach dem Direktschall, bevor sie links und rechts vergleicht; die Gruppenlaufzeit-Analyse auf 2 ms vor und 16 ms nach, damit die Kammfilterung des Nachhalls die Phase nicht zerlegt.

Der Haken: im Bass funktioniert der Trick nicht. Bei einem Fenster von 6 ms fällt die Frequenzauflösung auf etwa 1 ÷ 0,006 s = 167 Hz. Darunter passt nicht einmal eine volle Periode ins Fenster, es ist also nichts zu messen. Tieffrequente Reflexionen loszuwerden verlangt ein langes Fenster, und ein langes Fenster lässt die Reflexionen wieder herein. Dieser Widerspruch ist physikalisch und keine Frage der Implementierung. Auch das REW auf dem Desktop läuft gegen genau diese Wand, sofern kein reflexionsarmer Raum vorhanden ist.

Deshalb fenstert Sonir den angezeigten Frequenzgang nicht. Fenstern würde den Bass löschen. Zu sehen ist die Kurve aus der vollen Impulsantwort (voreingestellt etwa 0,6 Sekunden Ausschwingen), Raum inklusive. “Raum inklusive” offen dazuzusagen erscheint ehrlicher, als eine halb gefensterte Kurve als Lautsprecherfrequenzgang auszugeben.

Als grobe Grenze dient die Schroeder-Frequenz, ab der ein Raum aufhört, eine Sammlung einzelner Moden zu sein, und sich diffus verhält. In einem normalen Hörraum liegt sie bei etwa 250 bis 300 Hz. Als Faustregel: darunter lesen Sie den Raum, darüber den Lautsprecher. Bei einem gewaltigen Berg oder Loch im Bass gehört der Verdacht zuerst dem Raum.

Drei Wege, die Messung zum Gerät hin zu gewichten

Der Raum lässt sich nicht löschen, sein Anteil aber senken. Drei Dinge wirken wirklich.

Näher rangehen. Der Direktschall fällt mit dem Quadrat der Entfernung, während das Diffusfeld im Raum überall ungefähr gleich stark ist. Je näher, desto höher also der Direktschallanteil. Bei 30 bis 50 cm sehen Mitten und Höhen dem Gerät schon recht ähnlich. Zu nah wirkt allerdings der Abstand zwischen Tieftöner und Hochtöner, und um die Übergangsfrequenz entstehen Welligkeiten, die es am Hörplatz nie gibt. Lautet die Frage “wie klingt das in meinem Raum”, wird am Hörplatz gemessen, lautet sie “was macht dieses Exemplar”, aus der Nähe.

Mehrere Positionen messen. Aus einem einzigen Punkt heraus liest man ein tiefes Loch als Fehler des Lautsprechers, obwohl 10 cm Kopfbewegung es verschwinden lassen. Drei Messungen im Abstand einiger Dezimeter genügen. Was in allen dreien gleich aussieht, gehört dem Lautsprecher, was wandert, dem Raum.

Unter gleichen Bedingungen vergleichen. Gerät A und Gerät B von derselben Stelle, mit demselben Abstand und demselben Wiedergabepegel messen und die Differenz bilden. Der Raum steckt in beiden Kurven und hebt sich weitgehend auf. Genau deshalb verdient eine Differenzkurve mehr Vertrauen als jede einzelne absolute Kurve. Der Vergleichsmodus in Sonir legt zwei Messungen übereinander und stellt die Differenz A−B in den Vordergrund, und er warnt, wenn Kalibrierzustand oder Bedingungen nicht zusammenpassen. Er warnt, statt zu blockieren, denn manchmal weiß man genau, was man tut.

Der Messablauf

Konkret:

1. Abstand festlegen. Auf der Frontachse, 30 bis 50 cm oder Hörplatz. Notieren, welcher davon
2. Pegel einstellen. Die Wiedergabe so weit aufdrehen, dass der Spitzenwert zwischen -6 und -12 dBFS landet. Clipping plattet Überhöhungen und verlängert das Ausschwingen. Es ist die häufigste Art, eine Messung zu ruinieren
3. Sweep abspielen. Aufsteigend von 20 Hz bis 20 kHz, gleichzeitig aufnehmen. Zur Wahl stehen 5, 10 und 20 Sekunden. Bei hörbarer Klimaanlage oder Straße die längere Variante: der Störabstand kommt aus der Zeit, nicht aus der Lautstärke
4. Kurve lesen. Relativ, 300 Hz bis 3 kHz auf 0 dB normiert, 1/6 Oktave geglättet. Interessant sind Lage und Ausmaß der Welligkeiten
5. Eine Sache ändern und wiederholen. Abstand oder Mikrofonposition, nicht beides. Übereinandergelegt gilt: was sich bewegt hat, ist der Raum, was stehen blieb, der Lautsprecher

Sweep-Messung mit RT60, Wasserfall und Frequenzgang ist kostenlos. Die bandweise Auswertung in Oktav- und Terzbändern sowie das Übereinanderlegen von Messungen sind ebenfalls kostenlos.

Links und rechts getrennt messen

Wer in Stereo hört, weiß mit einer Seite nur die Hälfte. Weichen die beiden voneinander ab, zieht die Abbildung zur Seite und alles verwischt.

Die Imaging-Messung in Sonir treibt die beiden Lautsprecher mit demselben aufsteigenden Sweep an, zeitlich getrennt statt gleichzeitig. Ein Entwurf mit gleichzeitigem Auf- und Abwärts-Sweep wurde verworfen: unterschiedliche inverse Filter für links und rechts machen die Verarbeitung asymmetrisch, und diese Asymmetrie landet in den Formen. Nacheinander angetrieben durchlaufen beide Seiten identische Verarbeitung, und Übersprechen ist konstruktionsbedingt null.

Heraus kommen die Laufzeitdifferenz in Mikrosekunden, die Kreuzkorrelation der linken und rechten Impulsantwort (0 bis 1, näher an 1 heißt ähnlicheres Verhalten beider Seiten) und die Differenz pro Band. Zeigt sich hier etwas, liegt es meist an der Aufstellung und nicht an Serienstreuung: eine Seite näher an der Wand, ein Regal vor einem Lautsprecher, verrutschte Anwinkelung. Eine Links-rechts-Messung ist eher eine Prüfung Ihrer Raumaufteilung als Ihrer Lautsprecher.

Häufige Fehler

Ungefähr nach Häufigkeit.

Den Datenblattwert erwarten. Kommt nicht. Hier steht ein reflexionsarmer Raum gegen ein Wohnzimmer. Vergleichen Sie stattdessen Ihre eigenen Messungen untereinander.

Ein Bassloch dem Lautsprecher anlasten. Ein Loch von -15 dB bei 80 Hz ist fast immer eine Auslöschung durch eine stehende Welle. Mikrofon verschieben: wandert das Loch mit, war es der Raum.

Clipping übersehen. Schlägt die Aufnahme an, plattet der Hochton und die Kurve sieht verdächtig glatt aus. “Flacher als erwartet” bei anschlagender Aufnahme ist die unangenehmste Variante davon.

Absolutwerten ohne Kalibrierung glauben. Das eingebaute Mikrofon hat seine eigene Handschrift, besonders oben und ganz unten herum. Im relativen Vergleich liegt diese Handschrift auf beiden Kurven und hebt sich auf. Wer eine einzelne Kurve für bare Münze nehmen will, braucht eine Kalibrierdatei.

Übrigens: schwanken die Werte von Durchgang zu Durchgang, zuerst die Wiedergabeseite prüfen. Ich habe damit einmal einen halben Tag verloren, bis klar war, dass die Lautheitsnormalisierung einer Streaming-App meinem Mess-Sweep titelweise eine eigene Verstärkung mitgab.

Zusammenfassung

• Das Smartphone misst Lautsprecher plus Raum plus Mikrofon, nie den Lautsprecher allein
• Zeitfensterung liefert Quasi-Freifeld, doch ein 6-ms-Fenster setzt die Untergrenze auf etwa 167 Hz und versagt damit im Bass
• Unterhalb von etwa 250 bis 300 Hz (Schroeder-Frequenz) den Raum lesen, oberhalb den Lautsprecher
• Zum Gerät hin gewichten: näher rangehen, mehrere Positionen messen, Differenzen unter gleichen Bedingungen bilden
• Links und rechts lassen sich getrennt messen. Bei Unterschieden zuerst die asymmetrische Aufstellung verdächtigen, nicht die Serienstreuung

Häufige Fragen

Lässt sich der Lautsprecher-Frequenzgang mit dem Smartphone genau messen?

Die Form der Kurve ja, aber diese Form ist nicht der Lautsprecher allein, sondern Lautsprecher plus Raum plus Mikrofon. Für relative Fragen reicht das völlig: vorher gegen nachher, links gegen rechts, Gerät A gegen Gerät B. Eine Datenblattkurve aus dem reflexionsarmen Raum bekommt im Wohnzimmer keine App hin, weder auf dem Smartphone noch sonst wo.

Ist das Messergebnis der Lautsprecher oder der Raum?

Je tiefer, desto mehr Raum. Die grobe Grenze ist die Schroeder-Frequenz, in einem normalen Raum etwa 250 bis 300 Hz. Darunter dominieren stehende Wellen. Zum Trennen näher am Lautsprecher messen und diese Kurve gegen die aus größerer Entfernung halten.

Bekomme ich den reinen Lautsprecher, wenn ich ganz nah messe?

Näher bedeutet mehr Direktschallanteil, die Kurve rückt also zum Gerät hin, wird aber nie der Lautsprecher allein. Zu nah wirkt der Abstand zwischen den Chassis, und es entstehen Welligkeiten um die Übergangsfrequenz, die am Hörplatz nie auftreten. Bei 30 bis 50 cm anfangen und zusammen mit einer Messung am Hörplatz lesen.

Kann ich linken und rechten Lautsprecher getrennt messen?

Ja. Die Imaging-Messung in Sonir treibt links und rechts nacheinander mit demselben aufsteigenden Sweep an und liefert die Laufzeitdifferenz in Mikrosekunden, die Kreuzkorrelation der beiden Impulsantworten und die Links-rechts-Differenz pro Band. Asymmetrische Aufstellung, etwa eine Seite näher an der Wand, zeigt sich genau hier.

Lässt sich der absolute Schalldruck (dB SPL) messen?

Mit dem eingebauten Mikrofon eines Smartphones nicht. Der Frequenzgang ist eine relative Kurve mit 300 Hz bis 3 kHz auf 0 dB. Wer Absolutwerte braucht, nutzt ein Kalibriermikrofon und lädt dessen Kalibrierdatei (.txt). Für den relativen Vergleich ist die Kalibrierung optional.

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Mit Sonir messen

Sonir erledigt akustische Messung und Vergleich vollständig auf dem Smartphone. Die Lautsprechermessung läuft genau wie beschrieben: Sweep abspielen, aufnehmen, und aus der Impulsantwort kommt der Frequenzgang, bis hin zum Unterschied zwischen linkem und rechtem Kanal. Alles ist kostenlos, auch die bandweise Auswertung und das Übereinanderlegen von Messungen.

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