Übertragungsfunktion — Betrag, Phase, Kohärenz und Laufzeitsuche

Übertragung vergleicht zwei Signale: eine Referenz (was ins System hineingeht) und das Messmikrofon (was am Hörplatz herauskommt). Der Unterschied ist die Übertragungsfunktion des Systems — Lautsprecher, Controller und Raum —, dargestellt als Betrag, Phase und Kohärenz. Dafür braucht es einen Tablet- oder Computer-Bildschirm (ab 768 px) und am besten ein Audio-Interface; auf dem Telefon erklärt der Tab nur das.

Die Referenz

• Zweiter Eingangskanal (am besten): den Ausgang von Pult oder Controller, der das System speist, auf einen zweiten Eingang des Interfaces legen. Die Kurve zeigt dann nur System und Raum, und jedes Programm taugt — rosa Rauschen, aber auch die Musik der Band während der Show.
• Testsignal (wie gesendet): für nur einen Eingang. Das Testsignal, so wie es SpectraSense verlässt, ist die Referenz — mit ▶ Rosa Rauschen abspielen starten. Die Kurve enthält dann auch den Ausgang des Rechners und das Interface.

Den Kanal des Messmikrofons wählen und, bei einem Eingang als Referenz, den Referenzkanal. Der Messkanal ist derselbe wie in Einrichten, Einpfeifen und Pegel; die Mikrofon-Kalibrierdatei (Einrichten) wird auf ihn angewendet.

Messen

1. ▶ Messen tippen. Ist der Eingang noch nicht offen, öffnet das ihn.
2. Laufzeit finden tippen. SpectraSense nimmt beide Signale etwa drei Sekunden lang auf und findet, wie viel später das Mikrofon die Referenz hört (bis 1 s; bis 0,1 s auch umgekehrt). Die Laufzeit wird dann kompensiert: Die Phase erscheint so, als kämen beide gleichzeitig an.
3. Die Kurve lesen. Nach dem Umstellen des Mikrofons oder einer EQ-Änderung Mittelung neu starten.

Laufzeitanzeige: die gefundene Laufzeit in ms und die Strecke, die Schall in dieser Zeit zurücklegt, bei 343 m/s (Luft bei 20 °C) — pro Grad wärmer ist Schall etwa 0,6 m/s schneller. Mit dem Testsignal als Referenz enthält die Laufzeit auch die Aus- und Eingangslatenz des Rechners; diese Strecke ist also nicht der Abstand zum Mikrofon. − und + verschieben die Kompensation um 0,01 ms (die Pfeiltasten im Feld ebenso; Umschalt + Pfeil = 1 ms), oder einen Wert eintippen.

Ist die Korrelationsspitze schwach, zeigt SpectraSense die beste Schätzung, übernimmt sie aber nicht — eine falsche Laufzeit verbiegt die ganze Phasenkurve. Pegel anheben, prüfen, ob die Referenz wirklich das Signal ist, das das System speist, oder das Mikrofon näher stellen. Eine negative Spitze bedeutet: Die Polarität scheint vertauscht.

Die drei Felder

• Betrag (dB): wie viel lauter oder leiser jede Frequenz herauskommt, als sie hineinging. Normieren legt den mittleren Pegel (100 Hz – 10 kHz, wo die Kohärenz gut ist) auf 0 dB.
• Phase (−180° … +180°, nach der Laufzeitkompensation): eine flache Linie um 0° heißt, die Frequenzen kommen gemeinsam an. Eine gleichmäßige Neigung heißt, die Laufzeit stimmt nicht ganz — nachstellen.
• Kohärenz (0 … 1): wie viel von dem, was das Mikrofon hört, die Referenz ist. Nahe 1 = der Kurve trauen. Niedrig = Rauschen, Reflexionen, die für das Fenster zu spät kommen, eine falsche Laufzeit oder zwei auseinanderlaufende Taktgeber. Wo die Kohärenz unter der eingestellten Schwelle liegt, werden Betrag und Phase blass gezeichnet (0 = aus).

Auf die Grafik zeigen (oder tippen) für den genauen Wert: Frequenz, dB, Grad und Kohärenz. Hat die Grafik den Fokus, verschieben die Pfeiltasten die Anzeige.

Analyse-Einstellungen

• FFT-Größe 8k – 64k: längere Fenster lösen tiefe Frequenzen besser auf (64k bei 48 kHz: 0,73 Hz pro Bin, 1,4 s), reagieren aber langsamer. Standard ist 32k.
• Mittelungen und Mittelung: exponentiell hält einen gleitenden Mittelwert über etwa die letzten N Blöcke (neue zählen mehr); linear ist der einfache Mittelwert der letzten N Blöcke. Die Blöcke überlappen zur Hälfte.
• Glättung 1/3 – 1/24 Oktave: Der Betrag wird über das Band leistungsgemittelt, die Phase komplex gemittelt, die Kohärenz gemittelt.

So wird gerechnet: Beide Signale werden in Hann-gefensterte Blöcke geteilt; die Übertragungsfunktion ist der H1-Schätzer (Kreuzspektrum ÷ Autospektrum der Referenz, komplex gemittelt — Rauschen am Mikrofon mittelt sich heraus); die Kohärenz ist |Kreuzspektrum|² ÷ (beide Autospektren). Die Laufzeitsuche ist eine phasengewichtete Kreuzkorrelation (GCC-PHAT), verfeinert auf Bruchteile eines Samples.

Gespeicherte Kurven

Kurve speichern behält die Kurve so, wie sie gezeichnet ist, mit Namen — bis zu acht. Jede lässt sich ein- und ausblenden, umbenennen, löschen, oder Angezeigte Kurven mitteln (zwei oder mehr: Betrag leistungsgemittelt, Phase als gewichtetes komplexes Mittel — nützlich für mehrere Mikrofonpositionen). Exportieren speichert sie als Datei, Importieren fügt Kurven aus einer solchen Datei hinzu. Kurven bleiben nur auf diesem Gerät und werden nie mit dem Konto synchronisiert.

Grenzen — vor dem Vertrauen in eine Kurve lesen

• Getrennte Taktgeber laufen auseinander. Ein USB-Mikrofon plus separater Ausgang oder zwei Interfaces laufen jeweils mit eigenem Takt: Die Laufzeit wandert, die Kohärenz fällt mit der Zeit. Ein Interface für Mikrofon und Referenz (und den Ausgang) verwenden.
• Bluetooth ist hier unbrauchbar: lange, wechselnde Verzögerung und eigene Bearbeitung.
• Der Browser rechnet womöglich um — Ein- oder Ausgang auf seine eigene Abtastrate; das kostet etwas Laufzeit und kann die oberste Oktave abschwächen.
• Wie viele Eingangskanäle ankommen, entscheidet der Browser: Chrome und Edge liefern alle Eingänge eines Interfaces, Safari und Firefox oft nur einen oder zwei (siehe Messung einrichten).