Electroacústica

Elektroakustik

Um einen hochwertigen Klang zu erzielen, ist es wichtig, die im Rahmen der Forschung und Entwicklung erzeugten und erfassten Klänge zu analysieren. Eine authentische Klangwiedergabe hängt von einer Vielzahl kritischer Parameter ab.

Neue elektroakustische Geräte wie Mobiltelefone, Tablets und Lautsprecher treiben den Stand der Technik voran. Das neueste Smartphone muss mit immer mehr beeindruckenden Features ausgestattet werden, um in einem hart umkämpften Markt wettbewerbsfähig zu sein, und es muss internationale Telefonstandards für Spracherfassung und -wiedergabe erfüllen. Unabhängig davon, ob Kunden offene Kopfhörer oder Lautsprecher mit flachem Frequenzgang wünschen – Hersteller müssen die vom Käufer erwartete Klangqualität liefern, um das Markenversprechen zu erfüllen.

Hochwertige Klangwiedergabe

Um einen hochwertigen Klang zu erzielen, ist es wichtig, die im Rahmen der Forschung und Entwicklung erzeugten und erfassten Klänge zu analysieren. Eine authentische Klangwiedergabe hängt von einer Vielzahl kritischer Parameter ab. Dazu gehören Verzerrung, Frequenzgang und Richtcharakteristik. Da häufig viele Tests erforderlich sind, um die richtige Balance zu finden, werden elektroakustische Prüfungen durch Automatisierung, Datenkorrelation und hohen Bedienkomfort unterstützt.

Simulation von Telefonnutzung

Hinter den Kulissen eines einfachen Telefongesprächs sind zahlreiche Prozesse am Werk, um den Verlauf komfortabel zu gestalten. Um Hintergrundgeräusche zu eliminieren und gleichzeitig die Stimme des Anrufers zu isolieren – auch wenn das Telefon auf dem Tisch liegt – verwenden Smartphones mehrere Mikrofone und komplexe Algorithmen. Um solche Funktionen zu testen, werden hochpräzise Messsysteme benötigt. Die meisten Prüfparameter erfordern vielseitige Analysesysteme mit anspruchsvoller Datenverwaltung.

Prüfung nach Telefonstandards

Moderne Kommunikationsgeräte, Smartphones und Voice over Internet Protocol (VoIP) Terminals müssen zahlreiche nationale und internationale Bestimmungen erfüllen und darüber hinaus die Vorschriften von Netzwerkbetreibern. Nur so können Geräte effizient mit ähnlichen Geräten auf der ganzen Welt kommunizieren. Die Bestimmungen definieren Mindestqualitätsmerkmale, wie z.B. die Schnelligkeit der Umschaltung zwischen Sprechen und Empfang, sowie die Sprachverständlichkeit. Die Verfahren zur Prüfung dieser Parameter sind sehr detailliert in zahlreichen Standards festgelegt –unsere Software berücksichtigt dies mit einer Benutzerführung, die dafür sorgt, dass nichts übersehen wird. Zu den Standards gehören ITU-T, ETSI, 3GPP etc.

Die akustischen Leistungsmerkmale von Telefonen, ob mobile oder schnurgebundene Geräte, sind wichtig für die Akzeptanz der Endnutzer und die Einhaltung von internationalen und nationalen Normen. Da Nutzer eine hohe Sprachqualität in jeder Situation verlangen, ist die akustische Wahrnehmung eines Gerätes von großer Bedeutung. Besonders wichtig sind die akustischen Leistungsmerkmale für Mobiltelefone, da Gespräche praktisch überall stattfinden – von einem ruhigen Büro bis zu einer lauten Straße oder einem Callcenter.

Sowohl schnurgebundene als auch Mobiltelefone benötigen eine anspruchsvolle akustische und elektronische Signalverarbeitung, kombiniert mit hochwertigem Design und kompakter Größe. Die strengen Testanforderungen haben großen Einfluss auf den Entwicklungs- und Herstellungsprozess von Telefonen. Bei jeder Designänderung muss die F&E die Auswirkung auf die akustischen Leistungsmerkmale beurteilen. Fertige Designs müssen Sprachprüfungen unterzogen werden, um Qualität und Verständlichkeit zu gewährleisten, sowie nationale und internationale Normen zu erfüllen, darunter 3GPP TS.26.132, 3GPP2 C.S0056, YD/T 1538, CES-Q003-2, CMCC, ITU-T P.862 (PESQ) und ITU-T P.863 (POLQA). Wenn die Produktion läuft, werden laufend Qualitätskontrolle, Stichprobenprüfung und Validierung vorgenommen und alle Komponenten einer strengen Eingangskontrolle unterzogen.

Systemvorschlag

Telephone headset testing system overviewTelephone handset testing system overview 

Mit einem Kopf- und Rumpfsimulator (HATS) von Brüel & Kjær, dessen Ohr- und Mundsimulator mit unserer Telefonprüfsoftware verbunden sind, können akustische Leistungsparameter von Headsets und Hörern in situ bewertet werden. Zu den Parametern gehören Signalempfang und -übertragung, akustisches Mithören und Fremdgeräuschcharakteristik, die realistische Messungen der Telefonleistung ermöglichen. 

> Software für Telefontests - Typ 8770

> 4128D - Kopf- und Rumpfsimulator (HATS)

> Generator-Modul - LAN-XI Typ 3160

> Messverstärker - Typ 2735

> 4938-A-011 - ¼" Druck-Mikrofon mit Vorverstärler Typ 2670, 4 Hz bis 70 kHz, 200 V Polarisationsspannung

Wenn die akustischen Leistungsmerkmale von Freisprechgeräten wie Audio- und Kommunikationsanlagen in Fahrzeugen oder Laptop-VoIP-Technologien beurteilt werden sollen, ist es wichtig, die Umgebung sowie den akustischen Einfluss von Kopf und Rumpf zu berücksichtigen. Neben herkömmlichen Parametern zur Charakterisierung von Kommunikationsgeräten wie Frequenzgang, Loudness Rating und Richtcharakteristik müssen auch die Übertragungsqualität bei Hintergrundgeräuschen, Schalten und Echounterdrückung bestimmt werden, da diese in engem Zusammenhang mit der Audioleistung und der wahrgenommenen Wiedergabequalität der menschlichen Stimme bei Freisprechgeräten stehen.

Systemvorschlag

Testing of hands-free devices system overview

Für die Prüfung von Freisprechgeräten empfehlen wir ein System, das Kommunikationssituationen so wirklichkeitsnah wie möglich simuliert, ohne Beeinflussung der Messungen durch die physische Anwesenheit eines Menschen. Das System besteht aus einem HATS mit Ohr- und Mundsimulator, einem Frontend für die Messung und der PULSE-basierten Voice Testing Software for Hands-free-equipment Typ 7909-S1. Die Software ermöglicht Datenerfassung und Datenanalyse nach VDA-Standards (Verband der Automobilindustrie). Diese Konfiguration kann im Labor oder auch für die Prüfung der Audioleistung im Fahrzeug verwendet werden.

PULSE Elektroakustik Typ 7907-NS1

Electroacoustic test automation and data management

Typ 4128-C Kopf- und Rumpfsimulator (HATS)

Typ 3160 LAN-XI Generator-Modul

Typ 2735 Messverstärker

Seit Ende der 70er Jahre der Sony Walkman® auf den Markt kam, sind portable Audiogeräte mit Kopf- oder Ohrhörern aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Die Verbraucher stellen hohe Erwartungen an die akustische Leistung von Kopf- und Ohrhörern. Sie müssen eine hervorragende Audioqualität bieten und sollen gleichzeitig das Gehör des Zuhörers schützen. Bei der Entwicklung und Prüfung von Kopfhörern sollte der Einfluss der Pinna (das äußere Ohr) berücksichtigt und eine realistische akustische Last simuliert werden, um offene, geschlossene und Einsteck-Kopfhörer wirklichkeitsnah beurteilen zu können.

Systemvorschlag

Headphone testing system overview

Typ 4128-C ist ein Kopf- und Rumpfsimulator mit integrierten Ohrsimulatoren, der die akustischen Eigenschaften für einen durchschnittlichen menschlichen Kopf und Rumpf realistisch wiedergibt. Zusammen mit einem LAN-XI Eingangs/Ausgangs-Modul und unserer PULSE-basierten Electroacoustic Testing Software Typ 7079 können Sie zahlreiche Kopfhörercharakteristiken in situ bestimmen. Hierzu gehören:

  • Ausgangscharakteristik
  • Frequenzgang
  • Harmonische Verzerrung
  • Intermodulation
  • Akustische Last
  • Simulierte Insertion-Charakteristiken
  • Links/Rechts-Tracking
  • Insertion Loss für Hintergrundgeräusche

Das System kann gemäß EN 50332 konfiguriert werden, einer europäische Norm, die den maximal zulässigen Schalldruckpegel von portablen Audiowiedergabegeräten angibt.

> Typ 4128-C Kopf- und Rumpfsimulator (HATS) 

> PULSE Elektroakustik Prüfsoftware Typ 7797

Hörgeräteentwickler müssen eine lange Liste von Erwartungen und damit verbundene Herausforderungen berücksichtigen, darunter:

  • Bessere Sprachverständlichkeit bei Hintergrundlärm
  • Getreue Wiedergabe von Naturklängen
  • Leise Klänge hörbar machen
  • Dafür sorgen, dass lauter Schall nie unangenehm laut wird
  • Optimale Wiedergabe von Musik
  • Verbesserte Wahrnehmung der eigenen Stimme
  • Optimierung der Klangwiedergabe für Im-Ohr- und Hinter-dem-Ohr-Hörgeräte

Bei der Entwicklung von Hörgeräten werden Systeme benötigt, die die Prüfung, Benchmarking, Qualitätskontrolle und Untersuchung neuer Bauarten ermöglichen. Gleichzeitig müssen eine hochwertige Nachbildung des Hörvermögens und die problemfreie Kommunikation berücksichtigt werden. Die Systeme müssen standardisierte elektroakustische Messungen sowie offene und flexible Prozesse unterstützen, die bei der Entwicklung neuer Hörgerätetechnologien und -funktionen behilflich sind.

Systemvorschlag

Hearing aid testing system overview

Typische Messsysteme zur Prüfung von Hörgeräten verwenden einen Ohrsimulator (Kuppler) und eine reflexionsarme Prüfbox. Die Prüfbox bietet eine ausgezeichnete Abschirmung von externen Geräuschen, auch bei tiefen Frequenzen, und gut definierte, einheitliche Prüfbedingungen für die präzise und reprozierbare Messung wichtiger Parameter wie Eingangs-/Ausgangscharakteristik, Eigenrauschen und Erkennung akustischer Lecks. Der Kuppler ermöglicht die einfache Montage und genaue Messung an Hörgeräten vieler verschiedener Bauarten. Mit unserer PULSE Electroacoustic Testing Software Typ 7079 werden die Messungen verwaltet und die Daten analysiert.

> Reflexionsarme Prüfbox Typ 4232

PULSE Elektroakustik Prüfsoftware Typ 7907-NS1

> Typ 4946 2cc Click-On-Kuppler

Lautsprecher und Unterhaltungselektronik sind überall zu finden: Telefone, Autos, Fernsehgeräte, Kopfhörer, Computer, Spielzeug, Durchsageanlagen und Kinos – die Liste ist unendlich. Der Endnutzer hat eine genaue Vorstellung davon, welche Leistung er von einem Produkt erwartet. Deshalb ist es wichtig, diese Erwartungen in Produkte zu überführen, mit denen Kunden zufrieden sind. Messungen der Klangqualität helfen Kundenwünsche zu erfüllen und tragen zur Differenzierung des Produkts bei. Die Klangqualität ist jedoch nicht der einzige Parameter, der für einen Hersteller interessant ist oder beurteilt werden muss:

  • Zielsetzung – Liegen Frequenzgang, Verzerrung, Impedanz, Empfindlichkeit, Richtwirkung und andere Werte auf dem gewünschten Niveau?
  • Akustisches Material – Auf welche Weise lässt sich mit leichteren, haltbareren und kostengünstigeren Materialien der Klang beeinflussen?
  • Struktur – Wie können Änderung an Gehäuse oder Komponenten die Schwingungs- und akustischen Eigenschaften eines Lautsprechers beeinflussen?
  • Produktion – Kann ein Hersteller auf Gut/Schlecht-Ergebnisse vertrauen und hiermit ein Qualitätsprodukt erhalten?

Die Anzahl der zur Verifizierung von Leistungsspezifikationen und Anforderungen notwendigen Tests kann für einen F&E-Ingenieur, der außerdem Termine und ein Budget einhalten muss, überwältigend sein. Deshalb sind Standardisierung, Automatisierung, Datenkorrelation und Benutzerkomfort besonders aktuelle Themen bei F&E-Prüfungen in dieser Branche. Wenn dies ohne Kompromisse bei der Zuverlässigkeit und Präzision gelöst werden kann, können Ingenieure ihre Zielsetzungen schnell und effizient erfüllen.

Systemvorschlag

Für Lautsprecherprüfungen empfehlen wir die PULSE Loudspeaker Test Application BZ-5603. Diese Software unterstützt Messungen an Lautsprechern mit einem Drehtisch-System, das die Richtcharakteristik des Prüfobjekts automatisch aufzeichnen kann. Mit dieser Anwendung sind automatisierte Messungen von Frequenzgang, harmonischer Verzerrung, Richtcharakteristik sowie die Berechnung von Thiele-Small-Parametern mit Methoden wie einfacher Impedanz, zusätzlichem Volumen, zusätzlicher Masse oder Laser möglich.

Loudspeaker testing> LAN-XI Typ 3160 Generator-Modul

> Typ 4191 ½" Freifeld-Mikrofon, 3.15 Hz bis 40 kHz, 200V Polarisationsspannung

> Type 4930 Künstliches Mastoid

> Typ 2735 Messverstärker

Typ 9640 Drehtisch-System

> PULSE Loudspeaker Test Application BZ-5603

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