10. März 2021

Die Latenz(zeit) eines Audiosystems bezeichnet die Zeitdifferenz von dem Moment, in dem ein Signal in das System eingespeist wird, bis zum Zeitpunkt, an dem es am Ausgang erscheint. Je nach Anwendung kann solch eine Verzögerung verschiedene Auswirkungen haben. In der Regel wird eine möglichst geringe Latenz angestrebt – es gibt aber auch Anwendungen, bei denen die Latenz gezielt genutzt wird. Dieser Artikel gewährt einen Überblick auf die Thematik und beschreibt Methoden zur Latenz-Messung in Audiosystemen.

Latenz während Videokonferenzen

Spätestens seitdem Online Konferenzen zum Alltag in der Arbeitswelt zählen, hat jeder schon einmal Situationen wie diese erlebt: Die Audio-Kommunikation ist stark verzögert, weshalb sich die Teilnehmer gegenseitig ins Wort fallen. Ein effektives Arbeiten ist nur schwer möglich, Frustration macht sich breit.

Ursache und Wirkung von Latenz in Audio Systemen

Es gibt es drei massgebliche Ursachen, wie Latenz entsteht.

Beim genannten Beispiel „Online Konferenz“ entstehen Verzögerungen z.B. durch die Zwischenspeicherung (Pufferung) der übertragenen Daten. Auch Fehlerkorrektur-Algorithmen tragen dazu bei. Damit können im Extremfall Latenzzeiten von mehreren Sekunden entstehen.

Eine weitere Ursache sind die physikalischen Laufzeiten von Übertragungsstrecken. Bei grossen Veranstaltungen beträgt z.B. die Distanz zwischen Lautsprechern und Publikum einige 10 m bis wenige 100 m. Um die damit verbundene Reduktion des Schallpegels zu kompensieren, werden sogenannte Stützlautsprecher installiert. Würde man nun das Musiksignal gleichzeitig in die Lautsprecher neben der Bühne und die Stützlautsprecher einspeisen, dann würde das Publikum im hinteren Teil des Raumes den Schall der Hauptlautsprecher verzögert wahrnehmen. Damit würden die Zuhörer aber die Stützlautsprecher als Schallquelle wahrnehmen, und nicht wie gewünscht die Bühne. (siehe Der Haas Effekt) Auch wären die Hauptlautsprecher als störendes 'Echo' der Stützlautsprecher zu hören. Aus diesem Grund erhalten die Stützlautsprecher ein verzögertes Signal. Diese Verzögerung entspricht vereinfacht gesagt in etwa der Zeit, die der Schall vom Hauptlautsprecher bis zum Standort der Stützlautsprecher benötigt. Das sind in der Regel einige 10 ms bis wenige 100 ms.

Bei einer digitalen Signalverarbeitung tritt Latenz bei der A/D und D/A Wandlung, sowie in diversen Algorithmen (Audioeffekte, Fehlerkorrektur etc.) auf. Je nach Anwendung gilt es, eine maximale Latenz nicht zu überschreiten. Wird zum Beispiel ein Spielfilm mit einem drahtlosen Kopfhörer angeschaut, so wirkt je nach persönlichem Empfinden bereits eine Latenz von 150 ms bis 200 ms als störend. Bei Dialogen stimmt dann die Lippenbewegung merkbar nicht mit dem Gehörten überein.

Bei digitalen InEar-Monitor (IEM) Systemen sind die Anforderungen deutlich strikter. Der Künstler nimmt seinen Gesang indirekt über den Körperschall des Schädelknochens war. Zusätzlich hört er seine Stimme durch das IEM System. Hier sind nur wenige Millisekunden Latenz akzeptabel.

Messung von Latenz

Zur Bestimmung von akustischen Laufzeiten bzw. der Distanz zu einem Lautsprecher eignet sich der XL2 Audio- und Akustik Analysator im Zusammenspiel mit dem MR-PRO Audio-Signalgenerator. Damit lassen sich Verzögerungszeiten für Stützlautsprecher schnell und präzise messen.

Die Latenz von elektrischen und akustischen Systemen, die Auswirkung von Algorithmen auf die Latenz, sowie die Laufzeit von Audio Übertragungskanälen kann mit dem FX100 Audio Analysator bestimmt werden. Das benötigte Testsignal stammt vom eingebauten Generator.

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