In der technischen Akustik spielen weißes und rosa Rauschen eine sehr wichtige Rolle. Sie dienen bei Prüfungen als kontrollierte Anregungssignale. Entscheidend ist ihr Frequenzspektrum – es gewährleistet eine gleichmäßige Energieverteilung in einem bestimmten Frequenzband.
Rauschen ist bei Messungen an Räumen, Lautsprechern und Trennbauteilen hilfreich, insbesondere dann, wenn der aufgezeichnete Schall aus der Wechselwirkung einer Schallquelle mit dem untersuchten System entsteht. Kennt man die Eigenschaften der Quelle, lässt sich genau bestimmen, wie das untersuchte System die Verteilung der Schallenergie verändert.
Ist bei akustischen Untersuchungen das Testsignal bekannt, lässt sich beurteilen, in welchem Maß ein Raum bestimmte Frequenzen dämpft oder verstärkt. Da das Rauschen den gesamten Frequenzbereich abdeckt, lassen sich zudem alle Frequenzen mit einer einzigen Wiedergabe des Testsignals untersuchen.
Zu den gebräuchlichsten Testsignalen gehören weißes Rauschen, rosa Rauschen, Sinussignale, Sweeps und MLS. In der technischen Akustik werden je nach Messziel unterschiedliche Testsignale eingesetzt. Die Wahl der Anregung hängt davon ab, ob man den Frequenzgang, die Impulsantwort, die Schalldämmung oder weitere Parameter untersucht.
Ein Sinussignal ist ein Signal mit einer einzigen Frequenz. Es eignet sich gut, um harmonische Verzerrungen und Phasenverschiebungen zwischen zwei Systemen zu bestimmen.
Ein Sweep ist ein Sinussignal mit veränderlicher Frequenz, das bei Messungen der Impulsantwort von Räumen sowie des Übertragungsverhaltens von Lautsprechern und Audio-Signalketten eingesetzt wird.
MLS (engl. maximum length sequence) ist eine Pseudozufallsfolge, die weißem Rauschen ähnelt. Im Unterschied zu weißem Rauschen wiederholt sich MLS exakt. Das ist ein großer Vorteil, wenn es auf Synchronisation und eine einfache Mittelung der Ergebnisse ankommt.
Weißes Rauschen ist eine besondere Art von Signal, bei der jedes Frequenzintervall gleicher Breite dieselbe Signalleistung hat. Es ist ein Zufallsrauschen mit konstanter spektraler Leistungsdichte.
Ideales weißes Rauschen hat im Bereich von 100 bis 200 Hz dieselbe mittlere Leistung wie zum Beispiel im Bereich von 1000 bis 1100 Hz. Jedes dieser Intervalle ist 100 Hz breit, daher ist auch die mittlere Leistung identisch. Der Zeitverlauf des weißen Rauschens selbst ist unregelmäßig, seine Erwartungswerte sind jedoch genau festgelegt.
Rosa Rauschen ist ein Zufallssignal, dessen spektrale Leistungsdichte umgekehrt proportional zur Frequenz abnimmt. Mit steigender Frequenz entfällt auf jedes Intervall konstanter Breite eine immer geringere Leistung.
Der wichtigste Aspekt dieses Rauschens ist, dass jedes Oktavband dieselbe Leistung enthält. Die Oktaven 125–250 Hz und 1000–2000 Hz haben also dieselbe mittlere Leistung.
Rosa Rauschen eignet sich sehr gut für die Oktav- und Terzanalyse, weil sein Spektrum in diesen Bändern flach ist. Bei gleich breiten Frequenzintervallen entfällt bei rosa Rauschen auf tiefe Frequenzen ein größerer Anteil als auf hohe, während er bei weißem Rauschen gleich ist.
Rosa Rauschen ist besonders nützlich bei akustischen Messungen, die auf der Analyse von Oktav- und Terzbändern beruhen. Erzeugt die Schallquelle rosa Rauschen und hat das untersuchte System einen linearen Frequenzgang, sollten sich am Ausgang in den aufeinanderfolgenden Oktavbändern ähnliche Pegel ergeben.
Ist der Verlauf am Ausgang nicht flach, zeigt sich darin der Frequenzgang des untersuchten Systems (nach Berücksichtigung des Frequenzgangs der Quelle und der Messkette). Kennt man das Eingangssignal und misst das Ausgangssignal, lässt sich der Frequenzgang des Systems bestimmen.
Dabei ist zu beachten, dass die Bandpegel nur bei linearer Frequenzbewertung gleich sind. Bei der üblicherweise verwendeten A-Bewertung sind die Bandpegel nicht gleich. Außerdem ist das erzeugte Rauschen nicht ideal: Der Lautsprecher und andere Komponenten der Signalkette beeinflussen das Signal.
Im Unterschied zu rosa Rauschen zeigt weißes Rauschen bei Messungen mit jeder weiteren Oktave steigende Pegel, weil die Bandbreite zunimmt.
Rauschen ist eine naheliegende Wahl für Messungen der Nachhallzeit in der Raumakustik. Bei der Messung der Nachhallzeit mit dem Verfahren des abgeschalteten Rauschens wird der Raum mit ausreichender Schallenergie angeregt, und nach dem Abschalten der Quelle wird der zeitliche Abfall des Schalldruckpegels aufgezeichnet. Aus der Abklingrate ergibt sich die Nachhallzeit in den einzelnen Frequenzbändern.
Rosa Rauschen ist hier nützlich, weil seine Energie gleichmäßig auf die aufeinanderfolgenden Oktaven verteilt ist, wodurch sich für viele Bänder gleichzeitig geeignete Pegel erreichen lassen. Wegen der Zufälligkeit der Anregung wird das Verfahren mehrfach wiederholt und die Ergebnisse werden statistisch ausgewertet.
Das Verfahren des abgeschalteten Rauschens ist eines der beiden in ISO 3382-2 festgelegten Verfahren, „Akustik – Messung von Parametern der Raumakustik – Teil 2: Nachhallzeit in gewöhnlichen Räumen“.
Rauschen wird auch bei Messungen der Schalldämmung eingesetzt. Die Schalldämmung von Trennbauteilen hängt stark von der Frequenz ab. Eine Wand oder eine Tür kann Schall in einem Frequenzband wirksamer dämmen und in einem anderen weniger wirksam.
Um die Wirksamkeit im gesamten Frequenzbereich zu beurteilen, wird der Senderaum mit einem geeigneten Rauschsignal angeregt, anschließend misst man in beiden Räumen die Schalldruckpegel. Man verwendet weißes oder rosa Rauschen; ist der Fremdgeräuschabstand im Empfangsraum bei hohen Frequenzen zu gering, kann das Spektrum des Signals entsprechend geformt werden. Die Pegeldifferenz zwischen dem Signal im Senderaum und dem Signal im Empfangsraum kennzeichnet, wie wirksam das Trennbauteil zwischen den Räumen den Schall dämmt.
Ausführlich beschrieben ist die Methodik in der Normenreihe ISO 16283 „Akustik – Messung der Schalldämmung in Gebäuden und von Bauteilen am Bau“ für Messungen am Bau und in der Normenreihe ISO 10140 „Akustik – Messung der Schalldämmung von Bauteilen im Prüfstand“ für Labormessungen. Für Labormessungen empfiehlt Teil 5 der Normenreihe ISO 10140 (ISO 10140-5) die Verwendung von weißem Rauschen. Die Einzahlangaben der Schalldämmung werden in verschiedenen Normen nach unterschiedlichen Verfahren gebildet. ISO 717-1 liefert Rw (Labor) sowie R’w oder DnT,w (am Bau), ASTM E413 in den USA dagegen STC (Labor) sowie NIC oder ASTC (am Bau); jedes Ergebnis wird in der Einzahlangabe der Norm angegeben, nach der geprüft wurde, und nicht umgerechnet.
Rauschsignale werden auch bei der Prüfung von Lautsprechern und elektroakustischen Systemen eingesetzt. Rauschen ist ein wirksames Mittel zur Messung des Frequenzgangs. Um den Frequenzgang des Lautsprechers selbst richtig zu interpretieren, müssen andere Einflüsse auf das Messergebnis begrenzt oder berücksichtigt werden. Rauschen wird auch bei Dauerbelastbarkeitsprüfungen von Lautsprechern verwendet.
Weißes Rauschen wird außerdem als kontrolliertes Hintergrundgeräusch eingesetzt. Mit dem in das System eingebrachten Rauschen lässt sich beurteilen, wie ein Gerät oder ein Algorithmus auf eine akustische Störung reagiert. Das ist eine der Methoden zur Prüfung von Spracherkennungssystemen, Systemen zur Geräuschunterdrückung und Kommunikationssystemen.
Bei Untersuchungen der Sprachverständlichkeit verwendet man ein spezielles Signal auf Basis von Rauschanteilen. Unmoduliertes Rauschen reicht für diese Untersuchungen nicht aus, weil natürliche Sprache zeitliche Amplitudenmodulationen enthält.
Zur Bestimmung des STI (Sprachübertragungsindex, engl. Speech Transmission Index) verwendet man rauschbasierte Trägersignale mit entsprechend geformtem Spektrum und bekannten Amplitudenmodulationen. Das Basissignal kann aus rosa Rauschen erzeugt werden, das anschließend in Oktavbänder aufgeteilt und so geformt wird, dass es dem Sprachspektrum entspricht. In diese Bänder werden Amplitudenmodulationen eingebracht, und das Messgerät analysiert, inwieweit diese Modulationen nach dem Durchlaufen des untersuchten Sprachübertragungskanals erhalten bleiben.
Dank des geformten Spektrums und der Modulationen bildet das Testsignal sowohl das Spektrum als auch die Hüllkurvenschwankungen natürlicher Sprache nach. Dadurch eignet es sich sehr gut für Messungen der Sprachverständlichkeit. Sprachalarmanlagen und Notfall-Kommunikationssysteme sind ein typisches Anwendungsgebiet der STI-Messung nach IEC 60268-16.
Akustische Prüfnormen für Messungen mit Rauschsignalen tragen internationale, europäische und nationale Bezeichnungen. ISO und IEC veröffentlichen die internationalen Verfahren, und die Europäischen Normen (EN ISO, EN IEC) übernehmen sie identisch. BSI und DIN veröffentlichen diese Europäischen Normen im Vereinigten Königreich und in Deutschland mit den Präfixen BS EN und DIN EN. Die USA verwenden für die Schalldämmung eigene ASTM-Verfahren und übernehmen die IEC-Spezifikationen für Schallpegelmesser und Filter als ANSI/ASA-Normen. Die Tabelle nennt für jede Messung die internationale Norm und ihre nationale Ausgabe oder ihr Gegenstück in jeder Region.
| Messung | International und Europa | USA | Vereinigtes Königreich | Deutschland |
|---|---|---|---|---|
| Nachhallzeit in gewöhnlichen Räumen | ISO 3382-2 (Verfahren des abgeschalteten Rauschens oder Verfahren der integrierten Impulsantwort) | Keine US-Entsprechung; ANSI/ASA S12.60 (Schulen) verweist zur Orientierung bei Kontrollmessungen vor Ort auf ISO 3382-2 | BS EN ISO 3382-2 | DIN EN ISO 3382-2 |
| Luftschalldämmung am Bau | ISO 16283-1 (weißes oder rosa Rauschen empfohlen); Einzahlangabe: ISO 717-1 (R’w, DnT,w) | ASTM E336 (Messverfahren am Bau); Einzahlangabe: ASTM E413 (NIC, ASTC) | BS EN ISO 16283-1; Einzahlangabe: BS EN ISO 717-1 | DIN EN ISO 16283-1; Einzahlangabe: DIN EN ISO 717-1 |
| Luftschalldämmung im Labor | ISO 10140-2 (Verfahren) und ISO 10140-5 (Prüfeinrichtungen und Prüfsignal; weißes Rauschen empfohlen); Einzahlangabe: ISO 717-1 (Rw) | ASTM E90 (Labormessverfahren); Einzahlangabe: ASTM E413 (STC) | BS EN ISO 10140-2 und BS EN ISO 10140-5; Einzahlangabe: BS EN ISO 717-1 | DIN EN ISO 10140-2 und DIN EN ISO 10140-5; Einzahlangabe: DIN EN ISO 717-1 |
| Sprachverständlichkeit (STI, STIPA) | IEC 60268-16 | IEC 60268-16 | BS EN IEC 60268-16 | DIN EN IEC 60268-16 |
| Schallpegelmesser der Klasse 1 und Oktavfilter | IEC 61672-1 und IEC 61260-1 | ANSI/ASA S1.4/Part 1 und ANSI/ASA S1.11/Part 1 (identische Übernahmen von IEC 61672-1 und IEC 61260-1) | BS EN 61672-1 und BS EN 61260-1 | DIN EN 61672-1 und DIN EN 61260-1 |
Abkürzungen: Rw – bewertetes Schalldämm-Maß; R’w – bewertetes Bau-Schalldämm-Maß; DnT,w – bewertete Standard-Schallpegeldifferenz; STC – Sound Transmission Class; NIC – Noise Isolation Class; ASTC – Apparent Sound Transmission Class.
SVAN 979 ist ein Schallpegelmesser der Klasse 1 und Schwingungsanalysator mit integriertem Signalgenerator. Der Generator erzeugt rosa Rauschen, weißes Rauschen und ein Sinussignal.
Der Generator arbeitet mit der Funktion zur Messung der Nachhallzeit RT60 zusammen: Beim Verfahren des abgeschalteten Rauschens gibt das Messgerät rosa Rauschen zur Ansteuerung der Schallquelle aus und zeichnet nach dem Abschalten des Signals das Abklingen des Pegels in Terzbändern auf. Die Nachhallzeit misst SVAN 979 auch mit der Impulsmethode. Die App BA Assistant führt Schritt für Schritt durch die Messung der Schalldämmung.
Ihr SVANTEK-Vertriebspartner hilft Ihnen bei der Auswahl von Messgerät, Schallquelle und App für Messungen der Nachhallzeit und der Schalldämmung.
