Wie man ein High-End-Audiosystem objektiv testet (Teil 1)

Wenn man über High-End-Audiosysteme spricht, denkt man an unglaubliche Klangwiedergabe und Zuverlässigkeit; ein ultimatives Klangerlebnis. Was würden wir als selbstverständlich voraussetzen? Dass die besten Materialien verwendet werden. Wie wir den Klang empfinden, den wir hören, ist Geschmackssache – ein subjektives Urteil. Andererseits ist es notwendig, objektive Tests zu erstellen, die zuverlässige, vergleichbare und nachvollziehbare Ergebnisse liefern. So machen wir das.

In diesem ersten von zwei Teilen werden wir die Möglichkeiten der Qualitätskontrolle (QC) in verschiedenen Prozessen innerhalb einer Lautsprecherfertigungsumgebung behandeln:

Art Dèco Lautsprecher

Im zweiten Teil werden wir uns die Installations- und Reparatur- & Serviceprozesse genauer ansehen:

Die F&E-Phase bildet das Fundament eines qualitativ hochwertigen Produkts. Jegliche Mängel, die in dieser frühen Phase der Produktentwicklung nicht behoben oder bewältigt werden, können uns zu einem späteren Zeitpunkt einholen.

Wir untersuchen die komplette Signalkette. Jeglicher unerwünschter Lärm vor oder innerhalb des Verstärkers wird über die Lautsprecher hörbar sein. Daher ist es unerlässlich, das Signal von Anfang an sauber zu halten.

a) Klirrfaktor

Sofern Sie kein Heavy-Rock-Gitarrist sind, ist Klirrfaktor wahrscheinlich ein unerwünschter Effekt, der vermieden wird, da er die Wahrnehmung der Klangqualität beeinträchtigt. Klirrfaktor ist hauptsächlich das Ergebnis einer Komponente an irgendeinem Punkt in der Signalkette, die eine obere Betriebsgrenze erreicht. Daher sollten Tests in der Nähe dieser Grenzen durchgeführt werden. Der Klirrfaktor kann als THD (Total Harmonic Distortion) oder als individuelle harmonische Klirrfaktorwerte quantifiziert werden.

Einige Röhrenverstärker erzeugen eine beträchtliche Menge an geradzahligen harmonischen Komponenten (k2, k4, k6). Befürworter argumentieren, dass dies einen volleren, angenehmeren Klang erzeugt.

Lesen Sie mehr über Klirrfaktor hier.

b) Brummen & Lärm

Das Vorhandensein von Lärm oder Brummen kann Nuancen im wiedergegebenen Klang verdecken. Daher ist die Bereitstellung einer rauscharme Schaltungsdesign eine der wichtigsten Aufgaben in der F&E-Phase. Lärm kann mit oder ohne Vorhandensein eines Testsignals gemessen werden. In jedem Fall ist es wichtig zu erkennen, dass Verstärkerstufen sowohl das Signal als auch den Lärm verstärken. Das Signal muss deutlich signifikanter sein als der Lärm. Das heißt, ein hohes SNR (Signal-Rausch-Verhältnis) ist erwünscht.

Bei Verwendung von symmetrischen analogen Audiokanälen ist es wichtig, das CMRR (Common Mode Rejection Ratio) zu messen, da dies die Fähigkeit definiert, kabelinduzierten Lärm oder Brummen auszublenden. Lärm, und insbesondere Brummen, kann auch von der Systemstromversorgung eingebracht werden. Daher wird empfohlen, Tests mit unterschiedlichen Netzstrombedingungen und -einstellungen durchzuführen.

Lesen Sie mehr über symmetrische Leitungen hier.

c) Bandbreite

Die Bandbreite wird mit einer Frequenzgangmessung gemessen. Der gemessene Pegel muss innerhalb der erwarteten Grenzen über die gesamte angegebene Frequenzbandbreite liegen. Moderne Soundsysteme decken Bandbreiten bis zu ultra-sonischen Frequenzen ab.

d) Linearität

Alle oben genannten Messungen können durch die Amplitude des Eingangssignals sowie die Leistung des Ausgangssignals beeinflusst werden. Eine geeignete Möglichkeit, dieses Systemverhalten zu überprüfen, ist die Durchführung eines Amplitudensweep-Signals am Systemeingang. Die Amplitude soll von Null bis zum maximal zulässigen Eingangssignal reichen. Das Ausgangssignal wird mit Pegel und Klirrfaktor gemessen und soll innerhalb der erwarteten Grenzen über den Eingangssignalbereich liegen.

e) Kanalbalance und -trennung

Die räumliche Wahrnehmung des Zuhörers basiert auf mehr als einer Schallquelle, z. B. Stereo. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass sich alle Kanäle so gleichmäßig wie möglich verhalten. Alle zuvor genannten Messergebnisse sind für alle Kanäle des Systems zu vergleichen.

Darüber hinaus muss der Einfluss eines Kanals auf andere Kanäle, z. B. verursacht durch unerwünschte elektromagnetische Induktion oder kapazitive Kopplung, überprüft werden. Dies geschieht mit einer Crosstalk-Messung.

f) Akustischer Signalweg

In der F&E-Phase muss sich der Entwickler sowohl mit Lautsprechertreibern als auch mit Lautsprechersystemen auseinandersetzen. Neben den akustischen Parametern sind auch die elektrischen Parameter von Interesse. Bevor jedoch Messergebnisse als zuverlässig angesehen werden können, müssen neue Bass- und Mitteltöner für eine bestimmte Zeit betrieben werden, damit das Aufhängungsmaterial seine endgültigen Eigenschaften erreicht.

g) Woofer- und Mitteltöner-Konditionierung

Es sind mehrere Einbrennverfahren für Lautsprechertreiber bekannt. Die vorgeschlagenen Testsignale reichen von Lärm bis Musik. Die praktische Erfahrung bei ART DÉCO ACOUSTICS hat gezeigt, dass ein niederfrequentes Sinuswellensignal ausgezeichnete Ergebnisse lieferte. Die Lautsprecheraufhängung wird auf sehr kontrollierte und vorhersehbare Weise verschoben, ohne störenden lauten Lärm zu erzeugen.

h) Einbrenn-Signalfrequenz

Das Signal soll eine niedrige Frequenz haben, so dass die Treiberaufhängung richtig verschoben wird. Außerdem soll die Frequenz ausreichend Abstand von der Freiluftresonanzfrequenz haben, so dass der Generator den Treiber richtig steuern kann.

i) Einbrenn-Signalleistung

Die erforderliche Leistung zum Anregen des Lautsprechers auf den gewünschten xmax-Wert auf kontrollierte Weise kann mit dieser Formel berechnet werden

wo:

j) Einbrenn-Dauer

Das Ziel des Einbrennprozesses ist es, stabile und stabile mechanische Bedingungen zu erreichen. Die erforderliche Zeitdauer, um diese Bedingungen zu erreichen, ist für jedes Lautsprechermodell unterschiedlich und muss daher individuell bewertet werden. Eine praktische Vorgehensweise ist die Anwendung des Einbrennsignals und die Messung der f_0- (Freiluftresonanzfrequenz) und R_0- (Freiluftresonanzimpedanz) Werte zunächst und dann alle zwei Stunden, bis sie sich stabilisiert haben. Um Interferenzen mit dem thermischen Verhalten der Lautsprecher zu vermeiden, wird empfohlen, den Lautsprecher vor der Durchführung von f_0- und R_0-Messungen abkühlen zu lassen.

Abbildung 2. f_0 vs. Zeit

Abbildung 3. R_0 vs. Zeit

Abhängig vom individuellen Lautsprechermodell betragen die typischen Einbrennzeiten 6 bis 36 Stunden für Basslautsprecher und 6 bis 24 Stunden für Mitteltöner.

k) Lautsprechermessungen

Die F&E-Phase erfordert alle klassischen Lautsprechermessungen. Die Bass-, Mittel- und Hochfrequenztreiber werden einzeln elektrisch und akustisch bewertet. Die Thiele/Small-Parameter der Treiber werden verwendet, um die Gehäuseabmessungen der Lautsprecher zu bestimmen und zu optimieren. Die akustische Leistung des Systems zeigt die Interaktion aller einzelnen Komponenten. Sie wird durch Messung des Frequenzgangs, des Klirrfaktorgangs und der Empfindlichkeit charakterisiert. Auch die Richtcharakteristik des kompletten Systems kann in der F&E-Phase gemessen und optimiert werden.

Alle akustischen Messungen müssen in einer definierten und reproduzierbaren akustischen Umgebung durchgeführt werden. Die Verwendung eines kalibrierten Messmikrofons wird empfohlen. Der Mikrofonabstand und die Position relativ zum Lautsprecher müssen konstant gehalten werden. Im Falle von Frequenzgangwelligkeiten, die durch Unvollkommenheiten der Testumgebung verursacht werden, kann ein Glättungsfilter (z. B. 1/3 Oktavbandbreite) angewendet werden.

a) Elektrische Komponenten

Die IQC-Prüfung von elektrischen Komponenten ist erforderlich, wenn die Komponente eine kritische Rolle im Signalweg spielt und der Headroom der spezifizierten vs. geforderten Genauigkeit gering ist. Sehr oft sind dies Teile, die in der Lautsprecher-Frequenzweiche verwendet werden, wie z. B.:

Induktivität > Induktivitätswert, Klirrfaktor vs. Strom, Klirrfaktor vs. Frequenz

Kapazität > Kondensatorwert

Abhängig von der langfristigen Erfahrung und Bedeutung können diese Tests entweder als Stichprobentests (einige Komponenten aus einer gelieferten Charge) oder als 100% Eingangstest durchgeführt werden.

b) Akustische Komponenten

Während in weniger sensiblen Märkten ein Lautsprechersystem seine endgültigen Eigenschaften schließlich während seiner normalen Verwendung erreicht, ist dies für High-End-Audiohersteller keine Option. Daher ist ein entscheidendes anfängliches Verfahren für alle neuen eingehenden Bass- und Mitteltöner die Durchführung des zuvor beschriebenen Einbrennverfahrens.

c) Lautsprecherpaarung

Die stabilisierten Ergebnisse des Einbrenntests können verwendet werden, um Lautsprecher in Gruppen mit ähnlichem Verhalten zu platzieren. Dies ist wichtig für die Verwendung von mehr als einem Treiber des gleichen Typs in einem Lautsprecher sowie für den Bau von linken und rechten Lautsprecherpaaren, die ein identisches Verhalten zeigen. Die akzeptierte Abweichung von f_0 und R_0 innerhalb derselben Gruppe hängt von dem Gehäuse ab, in dem der Lautsprecher verwendet wird:

a) Gerätetests

In dieser Phase werden die einzelnen Geräte des High-End-Audiosystems auf ihre Spezifikationen getestet.

b) Endgültiger Verstärkertest

Die fertigen Verstärkergeräte durchlaufen einen gründlichen Satz von Tests, wie z. B. Frequenzgang, Ausgangsleistung, Klirrfaktorgang, Brumm- und Lärmunterdrückungsverhältnis, Kanaltrennungsverhältnis, spektrale Lärmanalyse, Kanalbalance, Interkanalphase, Anstiegsgeschwindigkeit und CMRR (Common Mode Rejection Ratio). Dieser Satz von Tests wird bei verschiedenen Verstärkungseinstellungen durchgeführt. Gegebenenfalls werden Bedienelemente wie LEDs, Schalter oder Drehregler auf mechanische und funktionale Leistung getestet.

Endmontage des Lautsprechers durch den Hersteller

c) Endgültiger Lautsprechertest

Die endmontierten Lautsprecher werden elektrisch auf ihren Impedanzgang getestet. Besonderes Augenmerk wird auf die Geräte-Resonanzfrequenzen und Resonanzimpedanzen gelegt. Der akustische Test für endmontierte Lautsprecher umfasst Frequenzgang, Klirrfaktorgang, Diversität, Empfindlichkeit und Rub & Buzz. Letzteres ist besonders wichtig, da selbst die geringsten beanstandbaren hörbaren Effekte vom Kunden nicht akzeptiert würden. Obwohl jeder einzelne Lautsprechertreiber bereits auf Rub & Buzz getestet wurde, deckt diese Testphase jeglichen Lärm auf, der von Problemen bei der mechanischen Montage des Lautsprechers herrührt, wie z. B. vibrierende Teile oder Luftlecks in abgedichteten Hohlräumen. Wie in allen vorherigen akustischen Testphasen ist es von entscheidender Bedeutung, eine Testvorrichtung zu haben, die reproduzierbare Ergebnisse mit minimalem Einfluss von Außenlärm ermöglicht.

d) Ermittlung der Akzeptanzgrenze

Die angewendeten Grenzwerte für das Bestehen oder Nichtbestehen einer Messung müssen für jede einzelne Messfunktion berechnet werden. Wann immer möglich, werden absolute Grenzwerte bevorzugt, die aus dem Datenblatt einer Komponente entnommen werden. Einige Messfunktionen sind jedoch nicht für absolute Grenzwerte geeignet. Dies ist oft der Fall bei akustischen Messungen wie Rub & Buzz, wenn entweder keine Spezifikation verfügbar ist oder die akustischen Bedingungen während des Tests anders sind als die für die Spezifikation verwendeten.
Für solche Messfunktionen werden eine oder mehrere Referenzmessungen durchgeführt und mit einem Headroom überlagert. Die Höhe des Headrooms hängt von der Anzahl der aufgenommenen Referenzen und der zulässigen mittleren Variation ab.abrA

e) Systemtest

Schließlich werden die einzelnen Geräte zur endgültigen Systemkonfiguration zusammengefügt. In dieser Endphase kann die Testtiefe reduziert werden, da die einzelnen Systemgeräte bereits gründlich getestet wurden. Die Interaktion zwischen Verstärker, linkem und rechtem Lautsprecher wird mit einigen einfachen akustischen Empfindlichkeits- und Frequenzgangmessungen getestet. An diesem Punkt ist es auch angebracht, einen subjektiven Hörtest an einer definierten Hörerposition durchzuführen und Material zu hören, das dem Hörer vertraut ist (ein Lieblingslied).

Lesen Sie weiter mit Teil II.