Die App für Schall und nicht Rauch

  • 09. October 2015

Mit der App Spectrum View Plus kann man die spektrale Zusammensetzung von Schall untersuchen

Der Mensch ist ständig Geräuschen und Klängen ausgesetzt. Die subjektiv verschiedenen Schallereignisse unterscheiden sich objektiv insbesondere in deren Frequenzzusammensetzung und der Dynamik der einzelnen Frequenzbestandteile.

Spectrum View Plus bietet eine Vielzahl von Einstellungsmöglichkeiten, Schall dahingehend zu analysieren. Zunächst legt die Einstellung der Audio Sample Rate (Abtastrate) fest, wie oft das zunächst analoge Spannungssignal pro Sekunde digital abgetastet wird. Die Abtastrate bestimmt damit auch die eindeutig erfassbare, maximale Schallfrequenz.

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Abb. Im Menü finden sich Einstellungsoptionen, die in der kostenfreien Demoversion nicht verfügbar sind.

Die Option FFT-Order legt fest, wie viele Samples zu einem einzelnen Analysefenster für die Fourier-Analyse zusammengefast werden. Einer FFT-Order von N = 12 entspricht ein Analysepaket von 212 = 4096 Samples. Die eingestellte FFT-Order bestimmt zusammen mit der gewählten Abtastrate die Frequenzauflösung. Bei einer Abtastrate von 8 kHz beträgt die zeitliche Länge eines Analysepakets von 4096 Samples genau 512 ms (4096/8000 = 0,512). Zwei Frequenzen des Eingangssignals können in diesem Fall nur dann aufgelöst werden, wenn deren Abstand größer als 1/512 ms ≈ 2 Hz ist.

Die Einstellungsoption Spec. Analyser-FFT frames averaged beeinflusst die Trägheit der Messung in der klassischen Darstellung. Hier wird angegeben, über wie viele Analysefenster das dargestellte Spektrum gemittelt ist. Nach den Einstellungen in der Abbildung wird das Spektrum über 15 Analysefenster gemittelt, was einer Mittelungszeit von 7,68 s entspricht.

Die Kombination aus Abtastrate (Messbereich), FFT- Order (Auflösung) und Mittelungszeit bietet die Möglichkeit, das Messtool auf die Bedürfnisse der Messung auszurichten. Das ist ein Unterschied zu vielen anderen Spektrum-Apps.

Im Menüpunkt Recording kann Schall in wav-files aufgenommen werden. Diese lassen sich via iTunes exportieren, umgekehrt können andere wav-files in die App auch importiert werden. Die aufgenommenen oder importierten Soundfiles sind aus einer Historie (Menü Playback) jederzeit abrufbar. Beim Abspielen der Tonspuren springt der Bildschirm auf eines der beiden Menüs Spectrogram oder Spec. Analyser.

Der Schallpegel wird wie in der digitalen Audiotechnik üblicherweise in dBFS (Dezibel Full Scale) angegeben. Hierbei liegt der maximale Schallpegel bei 0 dBFS. Alle kleineren Schallpegelwerte sind negativ, und – wie in der dB-Skala – sinkt bei Halbierung der Schalldruckamplitude der Schallpegel jeweils um 6 dBFS.

Vergleichsmessungen wiesen für die App sehr geringe Messfehler von 0,05 % auf, allerdings muss man auf einen systematischen Messfehler achten. Das angezeigte Spektrum ist stets um den Wert der Frequenzauflösung zu kleineren Frequenzen hin verschoben. Das liegt daran, dass der tiefsten gemessenen Frequenz intern stets 0 Hz zugeordnet wird. Ein Stimmgabelton der Frequenz 440 Hz wird zum Beispiel bei einer Abtastrate von 48 kHz und einer FFT-Order von 13 um circa 6 Hz zu niedrig angezeigt (48 kHz/213 ≈ 6 Hz).

Neben der hier vorgestellten, kostenpflichtigen Vollversion bieten die Hersteller auch die kostenfreie Demoversion Spectrum View an. Weitere Informationen und Hinweise zu Einstellungsoptionen finden sich in einem App-Tutorial bei Youtube.

Michael Hirth, Jochen Kuhn, TU Kaiserslautern; Thomas Wilhelm, Uni Frankfurt

Mehr über die Handhabung der App sowie ein interessantes Messbeispiel finden Sie in der jüngsten Ausgabe von Physik in unserer Zeit, wo der Originalbeitrag erschienen ist (Download nur mit Online-Abo).

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