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Im Rahmen des Ringversuchs Nachhallzeit wurde geprüft, wie gut die Normenvorgabe der ISO 3382 bekannt sind und wie konsequent sie befolgt wurden. Es ist naheligend, dass unterschiedliche Umsetzungen die Teilnehmer-Ergebnisse (Teil 1 des Berichts) mitbeeinflusst haben und die Differenzen teilweise erklären.
Der Bericht ist in vier Teile gegliedert:
Eine sachgerechte Messung der Nachhallzeit hat grundsätzlich nach den Vorgaben der dreiteiligen Normenreihe ISO 3382 "Messung von Parametern der Raumakustik" zu erfolgen [1] [2] (der dritte Teil behandelt die Akustik von Grossraumbüros und ist deshalb hier nicht weiter relevant). Dies soll sicherstellen, dass verschiedene Akustiker nach einem einheitlichen, standardisierten Verfahren vorgehen und somit Resultate entstehen, die reproduzierbar und untereinander vergleichbar sind.
Im Vorfeld des Ringversuchs wurde diese Norm den Teilnehmern gegenüber ganz bewusst mit keinem Wort erwähnt. Denn die Aufgabenstellung lautete lediglich "Bestimmen Sie sachgerecht die Nachhallzeit des Saals und erstellen sie einen Messbericht". Man kann davon ausgehen, dass der beauftragende Kunde dem Akustiker auch nicht sagt, wie dieser seine Arbeit zu erledigen und welche Vorschriften er anzuwenden hat, entsprechend wurde dies auch hier nicht getan.
Wenige Teilnehmer hielten sich sehr präzise an die Norm, während andere diese allem Anschein nach gar nicht kannten. Die Mehrheit wusste offensichtlich von der Norm, verletzte aber dennoch verschiedene Vorgaben, teilweise auch, weil sie den falschen Teil der Reihe anwandten (richtig: ISO 3382-1).
Manchmal gibt es gute Gründe, von einzelnen Bestimmungen abzuweichen. In diesem Falle sollten sie aber in einem professionellen Kontext unbedingt deklariert und begründet werden.
Andererseits macht es einem die Norm auch nicht immer sonderlich einfach: Wie folgend noch gezeigt wird, sind verschiedene Bestimmungen der ISO 3382 recht vage oder missverständlich abgefasst und es finden sich auch Bezugsfehler, die dem Anschein nach dadurch entstanden sind, dass ganze Absätze aus alten Versionen der Norm oder aus anderen Teilen der Reihe kopiert wurden: Beispielsweise tauchen in Teil 1 Abs 5.1 und 5.2. 1:1-Kopien aus Teil 2 und die damit verbundenen "Standard- und Präzisionsmessungen" auf. Diese Begriffe oder die Verfahren sind jedoch weder definiert, noch existiert ein normativer Verweis auf Teil 2. Damit wird implizieret, man könne in Aufführungsräumen nach Standard- oder Präzisionsverfahren messen, was aber unzulässig ist: Für die raumakustische Beurteilung eines Aufführungsraums (und damit auch diesen Ringversuch) ist ausschliesslich der in sich geschlossene Text aus Teil 1 massgebend, dessen Auslegung in einzelnen Punkten erheblich strenger abgefasst ist.
Einige Teilnehmer des Ringversuchs zogen für die Messung der Nachhallzeit offensichtlich ISO 3382-2 bei. Dies wird unter anderem üblicherweise bei bauakustischen Messungen so gemacht, um die Schalldämmwerte mit einer Diffusfeld-Korrektur zu versehen. Im Zusammenhang mit dem Ringversuch ist die Sache aber klar: Die Aufgabe forderte die Bestimmung der Nachhallzeit des Raums und nicht die Bestimmung der Schalldämmung (bei der auch noch die Nachhallzeit zu messen ist). Aus diesem Grunde ist im vorliegenden Fall für eine normgerechte Messung zwingend Teil 1 der ISO 3382 anzuwenden.
Abb. 2-1: Messung mit einem Mikrofon-Array
Die folgenden Abschnitte geben eine Zusammenfassung der Beobachtungen während den Messungen wieder und setzten diese in Relation zur ISO 3382-1 [1]. Bedeutsame Abweichungen zu Teil 2 [2] sind der Vollständigkeit halber gegebenenfalls vermerkt. Zwecks Bezugnahme sind bei den Zitaten jeweils die Abschnittsnummern in der Norm angegeben.
4.2.1: "Die Schallquelle muss so ungerichtet wie möglich sein [...]" [in einer Tabelle sind die einzuhaltenden Werte bezüglich Richtcharakteristik aufgeführt]
(In ISO 3382-2 ist eine ungerichtete Quelle nur für Präzisionsmessungen zwingend vorgeschrieben, ansonsten nur empfohlen)
Bei den elektroakustischen Schallquellen erfüllten drei dieses Kriterium nicht: Zweimal wurde ein konventioneller 2-Wege-Lautsprecher eingesetzt, in einem dritten Fall kam ein quaderförmiger Eigenbau-Lautsprecher mit vier Breitband-Chassis zur Anwendung, von dem aufgrund der Abmessungen angenommen werden kann, dass er ab dem mittleren Frequenzbereich an aufwärts nicht mehr omnidirektional abstrahlt. In zwei dieser Fälle (Teilnehmer 333 und 352) führte dies zu einem erheblichen Messfehler: Die beiden Ergebnisse weichen mit Abstand am stärksten vom Median ab (s. Bericht Teil 1 Abb. 1-15, Link in neuem Fenster). Einem dritten Teilnehmer (171) war die Einschränkung offenbar bewusst und er konnte das Ergebnis durch eine indirekte Abstrahlung über die Begrenzungsflächen des Raums erheblich verbessern. Näher dargelegt wird dieser Sachverhalt noch in Teil 3 des Berichts.
Die in Abschnitt 4.3 enthaltene Tabelle in der Norm bezieht sich grundsätzlich nur auf die Richtwirkung der Lautsprecher. Zu Impulsquellen steht hingegen gar nichts bezüglich den Anforderung, ausser dass sie "so ungerichtet wie möglich" sein soll. Pistolen werden aber in anderen Abschnitten mehrfach ausdrücklich erwähnt. Keine Erwähnung finden hingegen Ballone, was aber nicht heisst, dass diese ausgeschlossen sind.
<ip-pii>: "Das Messgerät [Mikrofone und Filter] muss den in IEC 61672-1 [3] an ein Schallpegelmessgerät vom Typ 1 gestellten Anforderungen genügen."
Bei drei verwendeten Mikrofonen liess sich die Genauigkeitsklasse nicht eruieren bzw. musste davon ausgegangen werden, dass es sich um nicht-klassierte Typen oder um Klasse 2 Empfänger handelte. (ISO 3382-2 fordert keine klassierten Mikrofone).
<ip-pii>/2 "Zur Ermittlung des Schalldrucks sind ungerichtete Mikrofone einzusetzen." "Das Mikrofon sollte so klein wie möglich sein und vorzugsweise einen Membrandurchmesser von höchstens 13 mm aufweisen" (ISO 3382-2: 14 mm).
Grundsätzlich von allen Teilnehmern eingehalten aber...
Nicht zu vergessen ist, dass bei Handgeräten auch das Messgerät selbst das Schallfeld beeinflusst und das Mikrofon deshalb besser mittels Kabel abgesetzt auf einem Stativ verwendet werden sollte. Andernfalls werden die IEC 61672-1-Anforderungen an die Richtcharakteristik eines Klasse-1-Mikrofons nicht eingehalten.
10 Teilnehmer nahmen die Messungen mit einem Handgerät vor, von denen 6 ein abgesetztes Mikrofon verwendeten. Im vorliegenden Fall ist jedoch nicht davon auszugehen, dass dies die Ergebnisse massgeblich beeinflusst hat und sich Differenzen in den Resultaten damit begründen liessen. Mindestens liess sich dies anhand einer Datenanalyse nicht belegen, sicher auch weil andere Einflussfaktoren (verwendete Gerätschaften und Methoden) einen grösseren Einfluss hatten.
4.3: "Es müssen mindestens zwei Senderpositionen genutzt werden"
Von einem Teilnehmer nicht eingehalten (nur eine Position).
4.3: "Die Höhe des akustischen Zentrums der Schallquelle sollte 1,5 m über dem Boden liegen."
Mindestens 5 Teilnehmer verletzten diese Vorgabe deutlich. In einem Fall war die Quelle immer auf dem Boden platziert, in einem anderen nur ca. 50 cm erhöht. In drei weiteren Fällen befand sich das akustische Zentrum der Schallquelle mehrheitlich auf über 2 Meter Höhe.
Abb. 2-2: Messung mit Dodekaeder und Handgerät
4.3 "Die Senderpositionen sollten an den entsprechend der Nutzung des Raumes üblichen Positionen angeordnet werden."
Die Formulierung ist womöglich etwas ungenau und missverständlich. Nach Meinung der Versuchsleiter sollte für eine Beurteilung der Raumakustik idealerweise drei Mess-Serien vorgenommen werden (vor allem dann, wenn Bühne und Publikumsbereiche ein stark abweichendes akustisches Verhalten aufweisen, was in der Praxis regelmässig vorkommt):
3 Teilnehmer stellten die Quelle ausschliesslich auf die Bühne, 6 ausschliesslich in den Saal, 8 sowohl auf die Bühne, als auch in den Saal.
Abb. 2-3: Akustikmessung
4.3. "Die Mikrofonpositionen sollten sich an Stellen befinden, die für die bei Nutzung des Raumes vorgesehenen Zuhörerpositionen repräsentativ sind. [...] Es muss eine Verteilung der Mikrofonpositionen gewählt werden, die die Haupteinflüsse vorwegnimmt, die wahrscheinlich über den gesamten Raum auftretende Unterschiede in den Nachhallzeiten verursachen."
Der erste Satz impliziert, dass es nur auf die Akustik im Saal ankommt und die Situation auf der Bühne irrelevant ist. Ob Musiker und Sprecher dies auch so sehen, ist zu bezweifeln. Der zweite Satz wiederum ist sehr vage. Im Grunde genommen wäre es - raumakustische Bedingungen vorausgesetzt - nach diesem auch zulässig nur eine einzige Messposition zu wählen - empfehlenswert ist dies sicherlich nicht und es wäre auch eine entsprechende Messunsicherheit zu erwarten. Korrekterweise wurde dies auch von niemandem so interpretiert.
Die Anzahl der Empfängerpositionen für jeden Versuchsteilnehmer kann der Abbildung 2-4 entnommen werden (orange Balken), angegeben sind auch die Anzahl der verwendeten Quellenpositionen (blau) und die wichtige Gesamtzahl unabhängiger Messungen (grau). Es sind deutliche Unterschiede zwischen den Kandidaten erkennbar. So schwankte die Zahl der Senderpositionen zwischen 1 und 18, die der Empfängerpositionen zwischen 3 und 18, die Anzahl unabhängiger Messungen zwischen 4 und 18.
Abb. 2-4: Anzahl Quellen, und Empfänger-Positionen und Anzahl unabhängiger Messungen pro Teilnehmer
Teilweise korreliert die Anzahl unabhängiger Messungen sehr deutlich mit der Streuung der 17 Teilnehmer-Resultate, wie dies auch die Theorie über die Messunsicherheit erwarten lässt. Eine Kausalität ist naheliegend aber letztlich schwierig zu beweisen, weil es viele weitere Einflussfaktoren gibt, welche die Differenzen begünstigten und diese teils deutlich grössere Einflüsse hatten, als die Menge der Quellen-/Empfänger-Positionen.
4.3 "Bei Messungen der Nachhallzeit ist es wichtig, dass die Messpositionen den gesamten Raum erfassen."
Nicht alle Akustiker hielten sich an diese Vorgabe. So gab es einen Teilnehmer, der ausschliesslich und ein zweiter der mehrheitlich auf der Mittelachse des Raums massen. Ein weiterer verwendete als Empfänger- und Quellenpositionen auffällige Extrempositionen in den Randbereichen/Ecken und begründete dies damit, er hätte im Internet gelesen, dass dies das richtige Vorgehen sei.
4.3 "Es darf sich keine Mikrofonposition zu nah an einer Senderposition befinden[...]"
Ein Teilnehmer verletzte dieses (vage) Kriterium mindestens bei einzelnen Messungen. In einem weiteren Fall (231) wurden gar alle 18 Messungen im unmittelbaren Nahbereich (ca. 1 Meter) der Quelle vorgenommen. Wie die eingereichten Ergebnisse zeigten, wichen diese stark vom Median ab (s. Bericht Teil 1 Abb. 1-15, Link in neuem Fenster).
4.3: "In Räumen für Sprach- und Musikdarbietungen sollte die Höhe der Mikrofone
über dem Boden entsprechend der Ohrhöhe des durchschnittlichen Zuhörers in üblichen Sitzen 1,2 m betragen."
Die Formulierung ist recht missverständlich und wurde auch nicht von allen Versuchsteilnehmern gleichermassen interpretiert. Man könnte auf die - eigentlich sehr naheliegende - Idee kommen, dass auf Ohrhöhe zu messen ist, und dass die 1,2 m als konkretes Beispiel einer bestimmten Situation aufgeführt sind. Tatsächlich ist aber IMMER auf einer Höhe von 1,2 Metern zu messen, WEIL dies der durchschnittlichen Ohrhöhe bei sitzendem Publikum entspricht.
Einige Teilnehmer hielten genau (bis hin zu sehr exakt) an die 1,2 Meter ein, andere massen auf deutlich grösserer Höhe (manchmal bis 2,5 m), mehrere variierten die Höhen auf mindestens zwei Stufen.
4.3 "Der Abstand jeder Mikrofonposition zur nächstgelegenen reflektierenden Oberfläche, einschliesslich des Bodens, muss mindestens ein Viertel der Wellenlänge betragen"
Bei der unteren Grenzfrequenz der 63-Hz-Oktave wären dies rund 1,9 Meter, was in offensichtlichem Widerspruch zur vorgenannten Mikrofonhöhe steht, zumal noch explizit "einschliesslich Boden" da steht. Mindestens sollte man das Kriterium dann wohl für die übrigen Grenzflächen einhalten. Dies war einerseits beim bereits oben erwähnten Kandidaten mit den Extrempositionen nicht der Fall. Ein weiterer Teilnehmer, machte mindestens eine der Messungen bewusst direkt in einer Raumecke. Andere kamen den 1,9 Metern teilweise mindestens bei einzelnen Messungen "gefährlich" nahe.
Abb. 2-5: Es wird gleich laut: Ein guter Gehörschutz ist ein nicht unwesentlicher Bestandteil einer Mess-Ausrüstung
5.2.2: "Mit Blick auf den Zufallscharakter des Sendersignals ist es [...] erforderlich, an jeder Position
einen Mittelwert aus einer Reihe von Messwerten zu bilden, um eine vertretbare Messunsicherheit zu erreichen [...]"
Was unter "einer Reihe" zu verstehen ist, wird (im Gegensatz zu Teil 2) nicht näher definiert, so dass für den Moment nur mit Sicherheit gesagt werden kann: mindestens zwei. Allerdings wird auf eine Formel (Abs 7.1.) verwiesen, mit der sich die Messunsicherheit in Abhängigkeit von der Anzahl der Messpositionen und der Anzahl der Abschaltzyklen an jeder Position bestimmen lässt (diese Thematik wird in Teil 3 des Berichts noch detailliert erläutert). Es liegt also somit in der Wahl und Verantwortung des Akustikers, wie hoch die angestrebte Messgenauigkeit ausfallen soll.
Mit Ausnahme eines Teilnehmers verwendeten alle Probanden mindestens zwei Abschalt-Zyklen, die meisten drei, einige auch mehr.
Gelegentlich mussten Messungen wiederholt werden, weil die Geräte in einzelnen Bändern einen Fehler produzierten, meistens bedingt durch einen zu niedrigen Signal-Rausch-Abstand, welcher eine prinzipielle Schwäche des Verfahrens darstellt. Interessant war in diesem Zusammenhang die Apparatur eines Teilnehmers. Dieser konnte den Verstärker vom Mess-System aus fernsteuern und das Signal mittels Equalizer anpassen. An jeder Messposition wurde der Stimulus nun versiert und in Sekundenschnelle so geformt, dass er in jedem Band einen genügend grossen Abstand zu den Grundgeräuschen erreichte.
5.2.1: "[...] muss die Anregungsdauer des Raumes so lang sein, dass das Schallfeld den stationären Zustand erreicht, bevor der Sender abgeschaltet wird. Dementsprechend ist es wesentlich, das Geräusch mindestens einige Sekunden und nicht weniger als die halbe Nachhallzeit lang abzustrahlen"
Von allen Teilnehmern erfüllt.
Die Teilnehmer waren angehalten, einen Messbericht einzureichen. Dieser Aufforderung kamen 14 von 17 Teilnehmern nach. Die Berichte wurden dahingehen überprüft, ob alle gemäss ISO 3382-1 geforderten Angaben enthalten sind. Abbildung 2-6 zeigt das vorgegebene Kriterium in Kurzform und die Anzahl Teilnehmer, welche dieses erfüllten/nicht erfüllten. Generell kann man sagen, dass hier noch etwas Luft nach oben besteht. Kein Akustiker erfüllte alle Punkte.
Abb. 2-6: Auswertung Messberichte ISO 3382-1
Insgesamt war es doch etwas überraschend, wie oft die ISO 3382-1 verletzt wurde. Es ist offensichtlich, dass selbst äusserst erfahrene Akustiker die Vorgaben teils sehr unterschiedlich interpretieren, auslegen und umsetzen.
Die korrekte Durchführung von Nachhallzeit-Messungen ist anspruchsvoll und es sind viele Punkte (von denen oben nur ein Teil präsentiert wurde) zu beachten. Im Hinblick auf die Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der Resultate, ist neben dem nötigen Fachwissen auch ein gewissenhaftes Vorgehen erforderlich. Von der Norm abweichendes Vorgehen sollte in einem Messbericht dokumentiert und auch begründet werden (wurde von keinem Teilnehmer gemacht). Andernfalls sind die Ergebnisse womöglich nur schwer nachvollziehbar. Ebenso macht man sich als Akustiker enorm angreifbar, wenn man eine "normgerechte Messung" verkauft und sich dann nicht an die Bestimmungen hält.
Deutliche Kritik muss aber auch an der Norm selbst geübt werden. Wie oben teilweise dargelegt, gibt es eine Reihe von vagen, missverständlichen, widersprüchlichen und auch fehlerhaften Angaben. Irritierend sind auch die Inkonsistenzen zwischen den Teilen 1 und 2, die nicht in jedem Fall mit den unterschiedlichen Geltungsbereichen erklärbar sind. Eine gründliche Überarbeitung der ISO 3382-1 und -2 scheint somit nötig und dringend angezeigt. Mängel an der Norm sind andererseits kein Grund diese gänzlich zu negieren.
Abb. 2-7: Messung mit Mikrofon-Array
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