Lautsprecher-Präzision durch Einmessen

In diesem Beitrag geht es um das Thema, wie wir Lautsprecher (Satelliten und Subwoofer) möglichst präzise bezüglich der Distanz bzw. zeitlichen Verzögerung einmessen können. Wir gehen dabei von folgender Situation aus:

Angenommen, wir haben ein Heimkino-System oder ein HiFi-Stereo-System installiert und möchten eine möglichst hohe Präzision sowie ein möglichst perfektes Zusammenspiel der einzelnen Komponenten (Satelliten / Subwoofer / Receiver) erreichen, wie könnten wir dabei vorgehen?

Das Problem

Diese Frage hatte mich für viele Jahre beschäftigt und ich habe verschiedene Herangehensweisen ausprobiert. Lange hat mich dabei der Zustand gestört, dass einzelne Komponenten (insbesondere der Subwoofer) nicht perfekt mit den anderen Komponenten harmonisierten.

Beim Subwoofer macht sich diese Disharmonie insbesondere dadurch bemerkbar, dass der Kickbass „nicht passt“ – sprich er ist zu schnell oder zu langsam, aber er trifft nicht auf den Kick der Satelliten. Bei den Satelliten fällt auf, dass die Präzision insbesondere der hohen und knallenden Tönen nachlässt, wenn von zwei auf mehrere Lautsprecher hochgeschaltet wird.

Das Problem ist schlichtweg, dass bei einem Lautsprechersystem, das nicht eingemessen wurde, die Distanzen der einzelnen Lautsprecher nicht korrekt aufeinander abgestimmt sind. Diese kleinen Distanzunterschiede sorgen dann dafür, dass der Ton des einen Lautsprechers zu einem leicht anderen Zeitpunkt (früher oder später) als der Ton des anderen Lautsprechers auf das eigene Gehör trifft. Je mehr Lautsprecher, desto schwieriger ist es, dass beim Hörer alle Signale zur exakt gleichen Zeit ankommen. Das liegt einfach an der relativ langsamen Schallgeschwindigkeit von ca. 343 m/s in 20° Luft. Hier verursachen bereits Unterschiede von 30 cm hörbare Präzisionsverluste.

Das Setup

Ich habe alle Experimente und Tests auf folgendem Setup durchgeführt:

• Lautsprecher
  • Satelliten: 5x Nubert nuLine CS-72 (PDF Anleitung und technische Daten)
  • Subwoofer: 1x Nuber nuLine AW-1000 (PDF Anleitung und technische Daten)
• AV-Receiver: Onkyo TX-SR 876 (Webseite mit technischen Daten)
• Kabel: 4 mm² Kupferkabel + Bananenstecker auf beiden Seiten, Subwoofer per Subwoofer-Cinch-Kabel
• USB-Interface: Steinberg UR22 (Webseite mit technischen Daten)
• Messmikrofon: Superlux ECM999 (PDF Anleitung und technische Daten)
• Betriebssystem: Windows 7 x64

Ein Beispiel

Angenommen, beide Lautsprecher stehen jeweils 1,80 Meter vom eigenen Gehör entfernt. Wir spielen einen Impuls von beiden Lautsprechern ab. Sind im Receiver beide Lautsprecher auf eine Distanz von 1,80 Meter gestellt, sollte der Schall exakt zur gleichen Zeit aus beiden Lautsprechern ankommen.

Angenommen, einer der Lautsprecher ist jedoch auf 1,95 oder 2,15 Meter eingestellt (bei Onkyo-Receivern lassen sich die Distanzen in 15 cm Abschnitten einstellen) – was passiert nun mit dem Schall, wenn beide Lautsprecher aber doch in Wirklichkeit 1,80 Meter entfernt sind?

Das Experiment

Ich habe aus dem Beispiel, welches sich exakt auf mein Setup übertragen lässt, einige Tests extrahiert und diese durchgeführt. Meine beiden Front-Lautsprecher sind bei 1,80 Meter eingemessen. Sprich der linke und der rechte Lautsprecher sind beide vom Mikrofon 1,80 Meter entfernt als auch im Receiver auf 1,80 Meter eingestellt.

Um jetzt demonstrieren zu können, was passiert, wenn beide Lautsprecher die perfekte Distanz haben und was passiert, wenn einer der Lautsprecher 15 cm oder 30 cm „daneben“ liegt, habe ich ein paar Messungen durchgeführt.

Ich habe in Audacity 2.10 (Audacity Webseite) bei 192 kHz und 32-bit float eine Halb-Welle von 12 kHz (exakt 1/16 von 192 kHz) erzeugt. Diese sollte mein Impuls für den Test sein. Der Wert als Quotient sollte hoffentlich sauber zu rechnende, gerade Werte liefern.

Audacity ist eine kostenlose OpenSource Software und kann daher von jedermann frei verwendet werden. Aufgrund der OpenSource GPL Lizenz kann Audacity zunächst kein ASIO, sofern man es nicht selbst mit ASIO kompiliert. Denn ASIO ist ein von Steinberg lizenziertes, proprietäres Format, welches laut GPL Lizenz nicht in Binärform integriert werden darf. Mehr dazu im Audacity-Wiki.

Deshalb habe ich mit WASAPI gearbeitet, was für meine Zwecke glücklicherweise völlig ausgereicht hat. Wenn du deine Tests mit einem anderen Wave-Editor durchführen möchtest, der ASIO unterstützt, dann nimm am besten auch gleich ASIO. Mit WASAPI ist – genau wie mit ASIO – ebenfalls eine direkte Ansteuerung der Soundkarte und damit eine bitperfekte Ausgabe möglich.

Außerdem: Warum nicht einfach 48 kHz wie bei einem regulären Recording verwenden? Hier ein Vergleich des gleichen Impulses bei 192 kHz und bei 48 kHz:

Ich arbeite also mit 192 kHz, um die Messgenauigkeit möglichst weit zu erhöhen.

Den Impuls habe ich dann parallel an beide Front-Lautsprecher geschickt.

Dann habe ich acht Messungen mit den folgenden Unterschieden durchgeführt:

• Alle Messungen
  • Messung: Bei 192 kHz und 32 bit float
  • Mikrofon
    • Exakt 1,80 Meter von beiden Lautsprecher-Hochtönern entfernt.
    • Positionierung exakt auf Höhe der Hochtöner, um das Abstrahlverhalten der Lautsprecher möglichst wenig in das Testergebnis einfließen zu lassen.
    • Stativ mit festem Standfuß, damit sich das Mikrofon keinesfalls bewegt – kleinste Positions-Unterschiede würden die Messungen beeinträchtigen.
  • Linker Lautsprecher: Distanz-Einstellung im Receiver auf 1,80 Meter
• Messung 0 cm / 15 cm / 30 cm / 45 cm / 60 cm / 75 cm / 90 cm / 105 cm
  • Rechter Lautsprecher: Distanz-Einstellung im Receiver auf
  • 0 cm = 1,80 m
  • 15 cm = 1,95 m
  • 30 cm = 2,10 m
  • 45 cm = 2,25 m
  • 60 cm = 2,40 m
  • 75 cm = 2,55 m
  • 90 cm = 2,70 m
  • 105 cm = 2,85 m

Beim letzten Test waren die Lautsprecher also über einen Meter „fehl“ am Platz.

Das Ergebnis

Das Ergebnis der Messungen? (Bitte auf die Bilder klicken!)

Oben ist der Ausgangsimpuls, unten die Testläufe in der gleichen Reihenfolge wie beschrieben. Es lässt sich auch schön erkennen, dass bei 0 cm Unterschied die beiden Impulse addiert werden (zwei Lautsprecher = doppelte Leistung), während hingegen bei allen Unterschieden größer 0 cm die Impulse nicht addiert werden und die doppelte Leistung in zwei zeitlich versetzten Impulsen verpufft.

Wichtig anzumerken ist, dass der Receiver, wenn er nicht im Direct-Passthrough-Modus betrieben wird (was hier der Fall war), eine zusätzliche Verzögerung mit einbaut. Warum macht er das? Weil, wie man unschwer erkennen kann, der Receiver einen Vorlauf-Puffer braucht, um Lautsprecher, die „weiter weg“ stehen, früher als die anderen abspielen zu können. Das sieht man in der zweiten und dritten Messung. Der rechte Lautsprecher, der sich in der Realität ja weiterhin in 1,80 Meter Abstand befindet, steht virtuell jetzt auf 1,95 / 2,10 / usw. Meter Abstand. Das heißt, dass der Lautsprecher, wenn er tatsächlich 1,95 / 2,10 / usw. Meter in der Realität hätte, entsprechend früher das Signal abspielen müsste, da es ja zusätzlichen Weg gehen muss, bis es beim Hörer ankommt.

Außerdem steht das Mikrofon 1,80 Meter von den Lautsprechern entfernt – ob nun die Lautsprecher oder das Mikrofon nicht in der Lage sind, die Halbwelle ohne weiters Ausschwingen darzustellen bzw. zu erkennen, kann ich nicht näher herausfinden. Obwohl ich also nur eine Halbwelle sende (und sich die Halbwelle auch anders anhört als wenn ich eine ganze Welle senden würde), wird ein ganzer Wellendurchgang aufgenommen.

Die Raumresonanzen bzw. Schallreflexionen der Töne an den Wänden sieht man jeweils nach den Impulsen. Vor den Impulsen ist Stille und danach reflektiert es ordentlich. Deshalb sind hohe Frequenzen für die Distanz-Messungen notwendig, um die Impulse von den Resonanzen unterscheiden zu können, wie das hier wunderschön der Fall ist.

Wie bereits erwähnt, habe ich alle Tests nur mit den beiden Front-Lautsprechern durchgeführt. Was passiert aber, wenn ich alle fünf Satelliten (Front, Center und Surround) auf einmal im sog. „All Channel Stereo“ Modus abspiele?

Wie man anhand der zweiten Spur sehen kann, ist das Zusammenspiel aller fünf Satelliten präzisionstechnisch schlechter als das Zusammenspiel von nur zwei Satelliten. Meine Behauptung, dass mehr Lautsprecher auch zu geringerer Präzision führen, scheint also korrekt zu sein. Es lässt sich erkennen, dass aufgrund der kleinstmöglichen Einstellung von 15 cm Unterschied im Onkyo Receiver keine bessere Präzision erreicht werden kann. Alle fünf Lautsprecher spielen innerhalb eines 15 cm Fensters zusammen, aber kommen nicht auf den Punkt genau. Prinzipiell müsste ich die Lautsprecher also in der Realität um wenige Zentimeter verrücken, damit sie auf den Punkt perfekt zusammenkommen würden – faktisch ist dieser Schritt nun ein Optimierungsschritt, der selbst in meinen Augen zu viel des Guten wäre. Mehr geht hier einfach nicht.

Die Kontrolle

Wenn wir die gemessenen Werte einmal nachrechnen, stellen wir folgendes fest (wie immer auf das Bild klicken):

Die Distanz in der 15 cm Messung (zur Erinnerung: linker Lautsprecher auf 1,80 Meter eingestellt, rechter Lautsprecher auf 1,95 Meter eingestellt) beträgt exakt 96 Samples, wie in Audacity unten bei der „Länge“ abgelesen werden kann. Wir rechnen das jetzt in Meter um, zur Kontrolle.

Wir nehmen an, dass der Schall 343 m/s in 20° Luft schafft (Wikipedia – Schallgeschwindigkeit). Außerdem nehmen wir – wie bereits erwähnt – in 192 kHz auf.

Dann gilt folgende Formel: Abstand (m) = (Samples / Abtastrate (Hz)) * Schallgeschwindigkeit (m/s)

Samples / Abtastrate (Hz) (also durch die Samplingrate) gibt uns die Zeit in Sekunden (Hz = 1/s – Wikipedia – Hertz), da 1 / (1 / s) = s. Die Zeit mal die Schallgeschwindigkeit gibt uns also den Bruchteil in Metern, den der Schall zurückgelegt hat, da s * (m / s) = m.

Wir bekommen in unserem Fall also heraus: Abstand (m) = (96 / 192000 Hz) * 343 m/s = 0,1715 m = 17,15 cm.

Eigentlich ein etwas seltsamer Wert – wählen wir als Schallgeschwindigkeit statt 343 m/s einfach runde 300 m/s (was deutlich zu niedrig wäre), dann erhalten wir als Abstand: Abstand (m) = (96 / 192000 Hz) * 300 m/s = 0,15 m = 15 cm. Eventuell(!) rechnet der Onkyo TX-SR 876 Receiver nicht mit der korrekten Schallgeschwindigkeit sondern mit runden 300 m/s. Das könnte mit der Performance zu tun haben, würde allerdings bedeuten, dass ich bei meinem Onkyo Receiver mit 300 m/s rechnen muss, um korrekte Werte zu bekommen. Bei 300 m/s kommen vermutlich geradere Werte als bei 343 m/s heraus und da Gleitkomma-Rechnung in Prozessoren immer eine gewisse Ungenauigkeit per Design besitzt, ist die Nutzung von 300 m/s vermutlich dem Zweck dienlich, möglichst wenige Rundungsfehler zu machen. Bei 343 m/s wären wir nicht bei 96 Samples Unterschied herausgekommen, sondern (laut Windows Rechner) bei 83,9650145… Mit 300 m/s zu rechnen, scheint also durchaus praktikabel zu sein.

Probieren wir den größeren Abstand bei der 30 cm Messung noch aus, um noch einen Gegencheck zu haben:

Bei 192 Samples statt 96 Samples erhalten wir in unserer Rechnung exakt den doppelten Wert. Rechnen wir wieder mit 300 m/s, erhalten wir exakt: Abstand (m) = (192 / 192000 Hz) * 300 m/s = 0,30 m = 30 cm. Exakt der Distanz-Unterschied, den wir eingestellt hatten: 2,10 m – 1,80 m = 0,30 m. Offensichtlich rechnet der Onkyo also tatsächlich, wie vermutet, mit 300 m/s Schallgeschwindigkeit.

Die Bedeutung

Wir haben messtechnisch erkannt, dass falsch eingestellte Distanzen der Lautsprecher dazu führen, dass die Signale zeitlich versetzt beim Hörer ankommen. Besonders bei Werten ab einem halben Meter wird der Abstand der Signale enorm groß.

Besonders bei dem „All Channel Stereo“ Test, bei dem alle fünf Satelliten zusammengespielt haben, haben wir festgestellt, dass die Präzision immer schwerer abzustimmen wird, je mehr Lautsprecher zusammenspielen.

Viel interessanter ist nun die Frage: Hört man das? Ja und Nein. Es kommt zum Einen auf die Lautsprecher an, mit denen man abhört und zum Anderen darauf an, ob man in der Lage ist, den Unterschied herauszuhören. Zu meinem persönlichen Leid trifft bei mir beides zu, weshalb ich die fehlende Präzision gehört habe.

Seitdem ich Musik nur noch in Stereo höre und nur bei Surround-Material alle Lautsprecher einsetze, habe ich tatsächlich einen hörbaren Präzisionsgewinn bei der Musikwiedergabe erlangt. Zwei Lautsprecher lassen sich schlichtweg einfacher aufeinander abstimmen als fünf. Und bei zwei Lautsprechern ist die Präzision auf einer Senkrechten zum Abstand der Lautsprecher untereinander in Hörrichtung immer gleich, während hingegen bei fünf Lautsprechern nur ein einziger Punkt perfekt abgestimmt sein kann. Das bedeutet einfach, dass Stereo-Wiedergabe von der Sitzposition weniger abhängig ist, als Surround-Wiedergabe.

Hörtest

Aus dem Experiment konnte ich mehrere Audiospuren generieren, die aus Stille + dem aufgenommenen Impuls bestehen. Das sieht dann wie folgt aus:

Ich habe jede Spur etwa 25 Sekunden lang geloopt. Damit sollte es dir möglich sein, die verschiedenen Messungen zu hören. Die Stereo-Signale habe ich manuell aus den Mono-Signalen erstellt, indem ich die aufgenommenen Signale auf die ursprünglichen Kanäle wieder verteilt habe.

Achtung: Bitte die Lautsprecher zuerst leise drehen, bevor du startest:

(Original-Signal Mono)

(Original-Signal Stereo)

(Distanz-Unterschied 0 cm Mono)

(Distanz-Unterschied 0 cm Stereo)

(Distanz-Unterschied 15 cm Mono)

(Distanz-Unterschied 15 cm Stereo)

(Distanz-Unterschied 30 cm Mono)

(Distanz-Unterschied 30 cm Stereo)

(Distanz-Unterschied 45 cm Mono)

(Distanz-Unterschied 45 cm Stereo)

(Distanz-Unterschied 60 cm Mono)

(Distanz-Unterschied 60 cm Stereo)

(Distanz-Unterschied 75 cm Mono)

(Distanz-Unterschied 75 cm Stereo)

(Distanz-Unterschied 90 cm Mono)

(Distanz-Unterschied 90 cm Stereo)

(Distanz-Unterschied 105 cm Mono)

(Distanz-Unterschied 105 cm Stereo)

(All Channel Stereo – Distanz-Unterschiede zwischen 0 bis 15 cm Mono)

(All Channel Stereo – Distanz-Unterschiede zwischen 0 bis 15 cm Stereo)

Spätestens, wenn du die 0 cm mit der 105 cm Messung vergleichst, solltest du hören, wie unpräzise die 105 cm Version gegenüber der 0 cm Version klingt. Alles dazwischen sind Abstufungen. Ich höre bereits bei der 30 bis 45 cm Messung, dass zumindest „irgendetwas nicht 100%ig passt“. Bei der 105 cm Version ist für mich ganz klar, dass etwas nicht stimmt. Die All Channel Stereo Version im Vergleich zu der 0 cm Messung klingt auch minimal unpräziser – die 0 cm Fassung hat mehr „Kick“. Das Original-Signal und die 0 cm Messung liegen ziemlich nah beieinander, wie ich finde. Die Messungen scheinen also prinzipiell eine gute Qualität zu besitzen.

Interessant ist auch der Vergleich zwischen Mono- und Stereo-Wiedergabe. Die Mono-Wiedergabe eignet sich hervorragend dazu, den Präzisionsverlust wahrzunehmen, der bei größerer Distanz entsteht. Die Stereo-Wiedergabe ist die Art der Wiedergabe, die in der Realität ja tatsächlich stattfindet und deshalb sollte hier die eigentliche Distanz-Verschiebung zunehmend hörbar werden. Das macht sich insofern bemerkbar, als dass das Signal immer weiter nach rechts wandert, je größer der Distanz-Unterschied ist, da der rechte Kanal zuerst spielt und damit das Signal vom Gehirn rechts zuerst geortet wird – das linke Signal nimmt das Gehirn kaum noch wahr, da es in dem Moment auf das rechte Signal fokussiert ist. Ab 75 bis 105 cm wird dann das Gehirn langsam aber auch wieder auf das linke Signal als zweites Signal aufmerksam und der Präzisionsverlust wird auch im Stereo-Klangbild deutlich – abgesehen von dem zunehmenden Distanz-Unterschied.

In Stereo ist die Sache also prinzipiell ähnlich problematisch, da unpräzise abgespielte Signale nicht nur zu Präzisionsverlusten sondern auch noch zu Raumverfälschungen führen – beides ist allerdings auf eine mangelhafte Präzision zurückzuführen, wie wir in den Tests an Hand der Signale gesehen haben.

Das bedeutet insgesamt also, dass die fehlende Präzision, die ich die ganzen Jahre über gehört habe, tatsächlich keine Einbildung war, sondern der Grund dafür mangelhafte Einmessung gewesen sein muss.

Und der Subwoofer?

Beim Subwoofer lässt sich das Ganze leider nicht so schön visualisieren, da die Wellenlängen und die Nachhallzeit der Töne aus dem Subwoofer so groß sind, dass keine eindeutigen Aussagen bezüglich der Messwerte getroffen werden können – ich habe hier mit einem 60 Hz Impuls gearbeitet:

Wie man sieht, kommen nach der ersten Welle bereits die Raumresonanzen (Reflektionen des Schalls an den Wänden) mit in die Aufnahme hinein. Bei den anderen Aufnahmen gab es diese Reflexionen auch, das hatte ich dort beschrieben. Hier lassen sich aufgrund der großen Wellenlängen aber die Resonanzen von den eigentlichen Impulsen nicht mehr trennen.

Fakt ist allerdings, dass auch der Subwoofer durch die korrekte Einstellung der Entfernung deutlich an Performance zunimmt. Dieses Problem konnte ich selbst erst nach sieben Jahren lösen und es machte mich beinahe verrückt, dass der Subwoofer einfach nicht „gepasst“ hat.

Wie ich das nun gemacht habe, also wie ich den perfekten Distanz-Wert für meinen Subwoofer herausgefunden habe und wie ich meine Satelliten perfekt eingemessen habe – das wollen wir uns jetzt ansehen.

Die Lösung

Was können wir nun also tun, um eine optimale Präzision der Lautsprecher zu erreichen: Wie bereits erwähnt, müssen wir die Lautsprecher einmessen. Wir wollen also das oben aufgezeigte Problem lösen, dass die Lautsprecher nicht korrekt aufeinander abgestimmt sind.

Das ist prinzipiell gar nicht so kompliziert, denn wir haben bei unserem Experiment schon fast alle Grundlagen dafür erarbeitet – ich ergänze das aber noch zu folgender Liste:

Test-Setup

• Interface
  • Wir brauchen ein Stereo oder 2-Kanal Interface zur Messdurchführung. Am besten mit USB – je weniger analoge Strecken, desto weniger Störanfälligkeiten.
  • Der eine Kanal wird mit einem kurzen Kabel vom Ausgang direkt in den Eingang geloopt (z. B. linker Ausgang in linken Eingang). Dadurch stellen wir die Verzögerung der Soundkarte fest und haben unseren Vergleichswert beim Messen der Distanz.
  • Der andere Kanal wird mit dem Receiver verbunden. Aber Achtung: Wichtig ist, dass der Multichannel-Direct Eingang genommen wird, denn alle „normalen“ Eingänge schleifen das Signal nicht einfach durch sondern verarbeiten es zuerst. Der Multichannel-Direct Eingang schleift das Signal unverändert zu den Lautsprechern durch, und um die Verzögerung / Distanz messen zu können, darf keine zusätzliche Verzögerung durch Verarbeitung stattfinden. Wir wollen lediglich die Verzögerung messen, die der Schall in der Luft braucht – sonst keine.
  • Das Interface muss so eingestellt werden, dass das Signal, das über die Mikrofone aufgenommen wird, nicht an die Ausgänge abgegeben wird – also kein Monitoring-Modus. In meinem Fall beim Steinberg UR22 bedeutet das, dass der MIX Regler vollständig auf DAW (Digital Audio Workstation) stehen muss, damit eben nur die Signale der Digital Audio Workstation (also des PCs) über die Ausgänge abgegeben wird. Würde der Regler auf Input oder in der Mitte stehen, gäbe es eine Rückkopplung und die Lautsprecher geben Signale aus, die vom Mikrofon eingefangen wurden – und so weiter. Wir wollen aber nur unser Testsignal ausgeben und sonst nichts.
  • Die korrekten Pegel für Output und Input müssen durch ausprobieren herausgefunden werden. Ich würde den Output-Regler nur 1/2 bis 2/3 hochdrehen und den Input je nachdem 2/3 bis 5/6 – wichtig ist, dass Clipping (Wikipedia – Clipping) vermieden wird.
  • Ein Messmikrofon ist ein Kondensatormikrofon – das bedeutet, dass es eine Phantomspeisung benötigt, um zu funktionieren. Die interne Elektronik meines Messmikrofons benötigt 48 V Phantomspeisung. Das Steinberg UR22 Interface kann diese auf Knopfdruck zuschalten. Ohne Phantomspeisung gibt es auch kein Aufnahmesignal des Mikrofons. Also muss das Interface auch Phantomspeisung, die kompatibel mit dem Mikrofon ist, liefern können.
• Mikrofon
  • Wie bereits erwähnt, muss das Mikrofon auf einem Stativ befestigt sein, damit immer der gleiche Messpunkt bei den verschiedenen Messungen vorherrscht.
  • Das Mikrofon muss – ich wiederhole – per Phantomspeisung betrieben werden.
  • Das Mikrofon muss mit der Membran genau zur Decke zeigen – das steht normalerweise auch in den Anleitungen der jeweiligen Messmikrofone. Die Mikrofone haben ein nahezu 180° breites Rundaufnahmeverhalten (Kugelcharakteristik, siehe auch Wikipedia – Richtcharakteristik) – deswegen muss es zur Decke zeigen, um aus allen Richtungen gleichermaßen aufnehmen zu können.
  • Das Entscheidendste überhaupt: Das Mikrofon muss an der späteren Hörposition stehen. Es muss an genau dem Punkt stehen, an dem du später deinen Kopf hast. Sonst wäre die Einmessung ja unsinnig.
• Kabel
  • Die Kabel sollten zumindest stabil, ohne Wackelkontakte und möglichst abgeschirmt sein, um Aufnahmefehler so weit es geht zu reduzieren. Mikrofonkabel sind üblicherweise im XLR Typus, Lautsprecherkabel im Klinke Typus und in meinem Fall brauchte ich noch Klinke auf Cinch Adapter, um die Lautsprecherkabel, die aus den Ausgängen des USB Interface gekommen sind, am Multichannel Direct Input des Receivers anzuschließen.
• Receiver
  • Wichtig ist, dass der Multichannel Direct Input genommen wird. Alle anderen Eingänge verursachen Verzögerungen durch zusätzliche Verarbeitungsschritte wie Frequenztrennungen, eingestellte Distanzen und/oder Equalizer.
  • Da wir nur ein 2-Kanal Interface haben, müssen wir jeden Kanal nacheinander testen. Wir stecken das Kabel also nacheinander in den Left Front, Right Front, Center, Right Surround, Left Surround und Subwoofer Eingang rein, machen jeweils einen Testdurchlauf – wie, das erkläre ich noch – und stecken es weiter.
  • Beim Umstecken bitte IMMER den Receiver und/oder Subwoofer vorher ausschalten, da es sonst zu fiesen Brummgeräuschen beim Umstecken kommen kann. Das ist für das Gehör nicht gerade optimal und für die Geräte vermutlich auch nicht.
• Subwoofer
  • Den Subwoofer bitte leise einstellen, da über den Direct Channel Input ein relativ lautes Signal (bei meinem Onkyo zumindest +15 dB, sofern es nicht auf diesen Wert korrigiert wurde) durchkommt. Da wir keine Pegeleinstellung machen, sondern die Distanz messen, kann nach der Messung wieder der ursprüngliche Pegel eingestellt werden, falls das nötig ist. Wenn der Pegel zu hoch ist, clippt die Aufnahme und ist damit wertlos.
  • Beim Subwoofer zusätzliche Filter so einschalten, wie sie später auch benutzt werden. Wenn der Subwoofer mit Subsonic-Filter betrieben werden soll, bitte für die Messung aktivieren. Jeder Filter verursacht eine zusätzliche Verzögerung, die in diesem Fall aber mit gemessen werden muss, damit der Receiver das Signal entsprechend früher raussenden kann. Der Subwoofer wird dementsprechend nicht auf seine reale Distanz eingestellt, sondern auf die Distanz, die das Signal früher losgesendet werden muss, damit es am Ende beim Subwoofer zu dem Zeitpunkt herauskommt, zu dem es nach der zusätzlichen Verzögerung des Subwoofers herauskommen muss, um beim Hörer gleichzeitig mit den Satelliten anzukommen.
• Rechner
  • Zum Aufnehmen möglichst zusätzliche Software, die auf die Soundkarte zugreift, beenden, um Fehler zu vermeiden.
  • Am Besten per ASIO oder WASAPI aufnehmen. Keine Windows-Mapper, WDM oder DirectSound verwenden, da diese keinen direkten, bitperfekten Zugriff auf die Soundhardware zulassen und somit zusätzliche Verzögerungen und Signalumwandlungen passieren können.

Test-Vorbereitung

Für die eigentliche Messung verwende ich zwei Signale. Einmal 12.000 Hz für die Messung der Distanz der Satelliten und einmal 60 Hz für die Messung der Distanz des Subwoofers. Beide Signale sende ich nacheinander im Abstand einer Sekunde an jeweils alle Lautsprecher und messe dabei. So erhalte ich von jedem Lautsprecher die Reaktion auf beide Signale.

12.000 Hz nehme ich der Kontinuität wegen, wie ich sie oben verwendet hatte. Die Zahl ist ein guter Wert, da normalerweise jeder Mensch die Frequenz noch hören sollte, die Frequenz wunderbar auch in 48 kHz als Halbwelle gerade noch reinpasst und weil die Frequenz so hoch ist, dass man gute Impulsmessungen machen kann, ohne dass die Reflexionen bereits mit in das Signal eingehen, wie wir es bei den 60 Hz Signalen bei dem Subwoofer-Test weiter oben gesehen hatten.

Außerdem stelle ich mit einem Hochton-Signal sicher, dass der primäre und einzige Hochtöner für die Distanz-Messung verwendet wird und nicht die beiden Tieftöner zusammen, die jeweils unterschiedliche Abstände vom Hörplatz hätten, wie dies bei meinen Nubert nuLine CS-72 der Fall wäre, da diese liegend betrieben werden und der innere Tieftöner somit einen anderen Abstand als der äußere Tieftöner hat. Mit dem Hochton-Signal gehe ich also keine Kompromisse in der Entfernungsmessung ein und umgehe dieses Problem des liegenden Betriebes. Auch deshalb ist das 60 Hz Signal für die Satelliten uninteressant.

Leider gibt es da noch etwas zu beachten – abhängig von der Trennfrequenz des Subwoofers ist eine andere Distanz notwendig. Bei mir ist die Trennfrequenz des Subwoofers auf 60 Hz eingestellt, weshalb ich hier die Frequenz testen muss, die genau im Übergangspunkt zwischen Satelliten und Subwoofer liegt. Würde ich eine andere Frequenz wählen, bekäme ich eine andere Distanz.

Nähere Informationen dazu gibt es in diesem PDF bei Nubert: Signal-Verzögerung durch Subwoofer-Weichen

Zu beachten ist hier insbesondere das Bild in der Mitte, auf dem man unschwer erkennen kann, dass abhängig von der Frequenz, der Subwoofer eine andere Laufzeit / Distanz hat. Bei früheren Tests habe ich das auch bestätigen können. Als ich meinen Subwoofer testweise einmal mit 50 Hz Trennfrequenz betrieben hatte, fiel mir auf, dass er wieder nicht „passte“ – das lag an dem anderen Delay bei dieser Frequenz. Ich musste die Subwoofer-Distanz 105 cm reduzieren (im Receiver), damit er wieder passte.

Aus dem obersten Bild in dem PDF lässt sich erkennen, dass der Punkt, an dem Subwoofer und Satelliten die größte Addition besitzen, exakt die Frequenz ist, die als Übergang zwischen Subwoofer und Satelliten eingestellt ist – in meinem Fall also 60 Hz.

Wir wählen daher 60 Hz als Frequenz zum Testen aus, da dies der Punkt ist, an dem die Präzision (sprich das Zusammenspiel) von Subwoofer und Satelliten am wichtigsten ist, wenn 60 Hz als Übergangsfrequenz eingestellt sind. Hast du allerdings 80 Hz eingestellt, brauchst du ein 80 Hz Signal, dann würde das 60 Hz Signal – wie eben erklärt – falsche Distanzen liefern und der Subwoofer hört sich weiterhin „unpassend“ an.

Hören wir uns das Test-Signal einmal an, das wir nun an die Lautsprecher senden (Unbedingt vorher die Lautsprecher leise drehen!):

(Messung Original-Test-Signal)

Test-Durchführung

Wir senden das Test-Signal nun aus beiden Kanälen des Interfaces raus und nehmen es über beide Kanäle wieder auf. Dadurch, dass der eine Kanal (in meinem Fall der Linke) vom Ausgang direkt in den Eingang loopt, erhalte ich hier im Eingangssignal meinen „Nullpunkt“, von dem aus ich die Distanz zum anderen Kanal messen kann, der vom Interface zum Receiver dort in den Multichannel Direct Input läuft. Von dort wird das Signal ohne weiteres Processing direkt an den jeweils angeschlossenen Lautsprecher geschickt (also z. B. an den Left Front, wenn ich den zweiten Kanal des Interfaces am Left Front Eingang des Multichannel Direct Input angeschlossen habe) und das Messmikrofon nimmt dann das Signal des Lautsprechers auf und führt es in das Interface zurück.

Wir sollten also im zweiten Kanal genau die Verzögerung der Luftübertragung erhalten. Die Verzögerung des USB Interface und des PCs eliminieren wir, indem wir auf dem ersten Kanal den Loop haben. Wann das Signal also den PC verlässt und wie lange die Verarbeitung im Interface braucht, ist irrelevant, da beide Signale zeitgleich das Interface verlassen und das eine sofort wieder ankommt.

Sollte aus irgendeinem Grund der Receiver eine zusätzliche Verzögerung verursachen, was er normalerweise im Multichannel Direct Input nicht tun dürfte, so könnte der erste Kanal des Interfaces statt direkt zu loopen auch einfach über einen anderen Multichannel Direct Input Kanal des Receivers geroutet werden. Dann eliminieren wir auch noch zusätzliche Verzögerungen des Receivers oder könnten diese messen, wenn wir einen Kanal ohne Receiver und einen Kanal über den Receiver loopen. Wichtig ist dann, dass vom Multichannel Direct Input das Eingangssignal auch am Multichannel Direct Output wieder abgenommen wird. Beide Anschlüsse müsste ein Receiver haben, damit diese Verzögerungen eliminiert werden können.

Um nun nochmal zu betonen, dass der Multichannel Direct Input keine zusätzliche Verzögerung einbaut und dieser Umweg über den Receiver daher tatsächlich unnötig ist, eine Messung: Der linke Kanal wurde vom Interface direkt ins Interface geloopt und der rechte Kanal wurde über einen Multichannel Direct Input und den Multichannel Direct Output (auch Pre Out genannt) geloopt – die unterschiedlichen Amplituden sind irrelevant, da es uns um die Zeitmessung und nicht um die Lautstärkemessung geht – ich habe die Amplituden schlichtweg nicht normalisiert.

Wie wir sehen können, sehen wir keinerlei Unterschied in der Distanz. Das bedeutet, dass der linke und der rechte Kanal gleich schnell waren, obwohl der rechte den Umweg über den Receiver gemacht hat. Die Folge? Kein Delay vom Multichannel Input aus – wie versprochen.

Im Unterschied dazu ein normaler analoger Input, der durch das Processing des Receivers durchläuft (Distanz-Einstellungen der Lautsprecher, Trennfrequenzen, Equalizer, usw…):

Wir haben hier ein Delay von 10.912 Samples – das sind in unserem Fall also 10912 / 192000 Hz = 0,0568333… Sekunden – oder knapp 57 Millisekunden (das sind fast zwei Bilder Versatz in einem Videofilm, ausgehend von 30 fps und bis zu vier Bilder Versatz bei einem Videospiel ausgehend von 60 fps, nur zum Vergleich – oder 17,05 Meter – und da der Receiver maximal 9,00 Meter Distanz zulässt, hat er also genügend Puffer geschaffen, um jegliche Distanz-Einstellungen zeitlich umsetzen zu können). Auch scheint hier irgendeine Abschirmung nicht ganz zu greifen, da ein wenig Signal, wie man in der Auswahl erkennen kann, durchgekommen ist, obwohl noch nichts hätte durchkommen dürfen. Zum Glück sind das Messfehler, die wir in diesem Fall ignorieren können, da es uns wieder um die Zeitmessung geht.

Also: Nutzen wir den Multichannel Direct Input, haben wir keine zusätzliche Verzögerung und erhalten tatsächlich genau die Verzögerung, die der Schall in der Luft vom Austritt aus dem Lautsprecher bis zum Eintritt in das Messmikrofon benötigt. Und genau diese Verzögerung brauchen wir für die Distanz-Einstellung im Receiver.

Die Test-Ergebnisse

Folgende Ergebnisse habe ich nun bei meinen Tests erhalten, die ich wie oben beschrieben durchgeführt habe:

Der linke und der rechte Kanal. Sichtbar sind die 12.000 Hz und 60 Hz Frequenzen. Es lässt sich erkennen, dass das Original-Signal (was man oben noch erkennen kann) nicht identisch mit dem Signal übereinanderliegt, dass auf dem linken Kanal (das ist der obere von zweien) im Loop vom Interface-Ausgang zum -Eingang aufgenommen wurde. Würden wir also mit dem Original-Signal in der Tonspur darüber unsere Aufnahme aus dem rechten Kanal vom Messmikrofon gegenprüfen, erhielten wir völlig falsche Laufzeiten – und wie wenig Spielraum wir nur für Messfehler haben, sollte im Hörtest weiter oben deutlich geworden sein.

Deshalb ist ein 2-Kanal Interface bzw. Stereo-Interface absolut notwendig für das Einmessen. Nur so können wir den echten Unterschied ermitteln. Ich habe den Ausschnitt hier nochmal vergrößert. Ein 2-Kanal Interface ist also Pflicht:

Die 60 Hz Frequenzen sind für die Satelliten irrelevant, da erheblich ungenauer (auch wegen Reflexionen, die sich sichtbar summieren). Für die Satelliten ist das 12.000 Hz Signal perfekt zur Distanz-Bestimmung geeignet. Die 60 Hz sind nur im Subwoofer-Kanal interessant – aber um die Aufnahmen zu vereinfachen, habe ich einfach an alle Kanäle alles gesendet, statt weitere Unterscheidungen zu machen – auch wenn dies möglich wäre.

Der Center verhält sich analog zu den Left und Right Front Kanälen. Dass die aufgenommenen Signale des Messmikrofons offensichtlich nicht sehr linear in der Amplitude sind, soll uns nicht stören, denn wir benötigen die Amplitude – wie bereits öfters beschrieben – gar nicht, sondern nur die Laufzeitunterschiede. Ich vermute, dass durch Schallreflexionen an den Wänden in das Signal, das der Lautsprecher aussendet, gegenphasige, reflektierte Signale addiert werden, die von den Wänden kommen. Gegenphasige Signale löschen sich aus, weshalb der Pegel so sichtbar variiert. Es lässt sich auch erkennen, dass nach Ende des Signals der Pegel wieder steigt – weil eben eines der Signale (das vom Lautsprecher) nun beendet ist und die Schallreflexionen der Wände kein gegenphasiges Signal mehr zum Auslöschen empfangen – der Pegel steigt wieder, obwohl der Ton aus ist – solange bis der Schall ausgeklungen ist. Und weil die Signale von jedem Lautsprecher anders an den Wänden reflektieren, sehen die Amplituden auch jedes mal anders aus. Wir benötigen aber ja glücklicherweise nur die Distanz und nicht den Pegel.

Beim Subwoofer sehen wir, dass dieser die 12.000 Hz natürlich gar nicht ausgegeben hat – das ist aber nicht schlimm, denn das 60 Hz Signal ist umso kraftvoller durchgekommen. Sollte der Subwoofer hier clippen, dann liegt das daran, dass der Multichannel Direct Input meist 15 dB empfindlicher auf Subwoofer-Signale reagiert (hatte ich bereits erwähnt). Bei Onkyo lässt sich im Menü zumindest der Subwoofer in 5 dB Schritten bis 15 dB reduzieren, um diesem Problem entgegenzutreten und in der Bedienungsanleitung ist diese Besonderheit auch aufgeführt.

Die Left und Right Surround Kanäle bieten keinerlei Überraschungen und verhalten sich wie die Front-Kanäle. Sie weisen aber wieder ein anderes Reflexions-Verhalten auf. Da der Center-Speaker frontal gegenüber einer Wand steht, haben sich die Reflexionen in der Center-Messung so stark gegenphasig addiert und sich aufgehoben. Die Front- und Surround-Kanäle sind leicht gedreht und erhalten daher kein frontales Reflexions-Signal, weshalb die Amplituden hier höher sind als beim Center, der eben ein solch frontales Reflexions-Signal erhält. Faszinierend, aber nicht weiter von Belang für unsere Messungen.

Die Laufzeiten

Wenn wir nun die exakte Distanz eines der Lautsprecher herausfinden wollen, müssen wir lediglich den Unterschied zwischen gelooptem Signal und dem aufgenommenen Signal ausmessen und mit der bereits bekannten Formel in Meter umrechnen:

Am einfachsten tut man sich, wenn die Auswahl von den Kreuzungspunkten der Schwingung mit der Mittellinie aus gezogen werden. Das habe ich hier mit dem linken Kanal gemacht und wir erhalten unten in der Anzeige 1050 Samples. Sollte die Anzeige nicht auf Samples stehen, kann diese durch den kleinen Pfeil auf „samples“ umgeschaltet werden.

Es ist außerdem einfacher, nicht vom Beginn der ersten Welle aus anzufangen, da diese – wie sich erkennen lässt – noch nicht die volle Amplitude erreicht hat, sondern erst ab Beginn der zweiten (oder sogar dritten) Welle zu starten. Es sollte aber am Beginn der Signale gemessen werden (also in den ersten 2-3 Wellen), da die Präzision durch den Anfangsimpuls beeinflusst wird und nicht durch die Raumresonanzen, die am Ende des Signaltests noch mit im Signal schwimmen und gegenphasig aufgrund der Reflexion die Amplituden verdrehen.

Rechnen wir die 1050 ausgewählten Samples nun in Meter um, so erhalten wir den Abstand (Left in m) = (1050 / 192000 Hz) * 343 m/s = 1,88 m (gerundet). Das sind ein bisschen mehr als 1,80 Meter – das liegt daran, dass ich bei meinen früheren Tests versehentlich 330 m/s genommen hatte und bei 330 m/s kommen aus der Rechnung 1,80 m (gerundet) – exakt das, was ich eingestellt hatte.

Aber halt – da war doch was. Wir haben ja in diesem Artikel herausgefunden, dass der Receiver aber doch mit 300 m/s arbeitet. Da das für mich durchaus auch eine Überraschung war, die sich im Laufe des Schreibens dieses Artikels herausgestellt hat, rechnen wir nocheinmal mit 300 m/s – denn das ist die Distanz, mit welcher der Receiver tatsächlich arbeitet, wie wir gemessen haben.

Der endgültige (und für mich neu eingestellte) Abstand (Left in m) = (1050 / 192000 Hz) * 300 m/s = 1,64 m. Im Onkyo können 1,65 m eingestellt werden – und genau diesen Wert nehme ich für den linken Kanal.

Weiter geht es dann mit dem rechten Kanal:

Hier haben wir 1051 Samples – das sind also praktisch so viele Samples wie beim linken Kanal. Rechnen wir wieder die Distanz aus:

Abstand (Right in m) = (1051 / 192000 Hz) * 300 m/s = 1,64 m (gerundet). Also stellen wir auch für Rechts 1,65 m im Receiver als nähesten Wert ein. Perfekte Ausgangssituation also für die Stereo-Wiedergabe. Ob das nun wie vorher beides auf 1,80 m stand oder nun nach den neuen Ergebnissen mit der korrigierten Schallaufzeit des Receivers beides auf 1,65 m steht, sollte für die Präzision selbst keinen hörbaren Unterschied machen, denn in beiden Fällen kommt das Signal aus linkem und rechtem Lautsprecher exakt zum gleichen Zeitpunkt an meinem Hörplatz an.

Weiter geht es mit dem Center, der bei meinem Setup einen anderen Wert haben wird, da er über meinem Monitor befestigt ist und nicht auf Höhe der Frontlautsprecher steht:

Der Center ist bei mir 986 Samples entfernt. Geben wir den Wert wieder in unsere Formel ein, erhalten wir:

Abstand (Center in m) = (986 / 192000 Hz) * 300 m/s = 1,54 m (gerundet). Das bedeutet, dass ich den Center im Receiver auf 1,50 m stellen muss, da dies der nächste Wert ist. 1,65 m wäre zu viel. Und spätestens jetzt sollte klar sein, warum im „All Channel Stereo“ Modus im Bild weit weit oben die Präzision von fünf Satelliten im Vergleich zu zwei Satelliten sich nur innerhalb eines 15 cm Fensters bewegt hatte und nicht punktgenau war – ich hatte ja erklärt, dass ich die Satelliten in der Realität verrutschen müsste, nämlich hier den Center weiter nach vorne – was physikalisch hier leider nicht möglich ist – damit er wirklich auf 1,50 m stehen würde und nicht auf 1,54 m wie er es tut. Und den linken und rechten Satellit müsste ich jeweils 1 cm nach hinten schieben, was ebenfalls kaum möglich ist, da sie bereits mit dem Mindestabstand zur Wand stehen.

Also, es ist einfacher, mit weniger Lautsprechern Musik zu hören, wenn es einem auf die Präzision ankommt. Ich habe den Unterschied gemerkt, ihr in den Hörtests vielleicht auch. Die 0 cm Zweikanalwiedergabe war präziser als die 0 cm All Channel Stereo Wiedergabe. Das liegt genau hier an dieser Schwierigkeit, die man aber durchaus als „hier ist die Grenze“ betrachten darf.

Weiter geht es zunächst mit dem rechten Surround-Kanal – den Subwoofer machen wir zum Schluss:

Mein rechter Surround-Kanal steht etwas näher an meiner Hörposition, da mein Raum einfach da zu Ende ist und ich ihn nicht weiter weg stellen könnte. Nehmen wir die 545 Samples, erhalten wir wieder die korrekte Distanz vom Hörplatz:

Abstand (Surround Right in m) = (545 / 192000 Hz) * 300 m/s = 0,85 m (gerundet). Klingt auch physikalisch vernünftig! Meine Front-Reihe mit Center ist deutlich weiter von meinem Kopf entfernt als die Surround-Reihe. Im Receiver muss ich den Speaker damit auf 0,90 m stellen, da dies der nähste Wert ist.

Als vorletztes haben wir den linken Surround-Kanal und wir schließen damit den Kreis bei mir, da ich nur ein 5.1 System habe. Für Fans höherer Dimensionen, z. B. 7.1 oder 11.2 sind schlichtweg mehr Testdurchläufe nötig, aber das Prozedere ist gleich. Für Fans mit einer Stereo-Konstellation ist die Anzahl der Tests natürlich niedriger.

Aufgrund einer leichten Asymmetrie meiner Wohnung steht mein linker Surround Satellit leider etwas weiter vom Hörplatz weg als der rechte. Deshalb haben wir hier 631 Samples. Die korrekte Distanz sorgt aber dafür, dass dieser reale Abstands-Unterschied eben von der Distanz-Einstellung des Receivers kompensiert wird, indem das Signal eben – wie wir ja in dem Experiment festgestellt haben – früher losgesendet wird, damit es den zusätzlichen Luft-Weg so rechtzeitig durchquert, dass es mit dem Signal des rechten Surround Lautsprechers zeitgleich bei mir ankommt.

Der Abstand (Surround Left in m) = (631 / 192000 Hz) * 300 m/s = 0,99 m (gerundet). Im Receiver bedeutet das eine Einstellung von 1,05 m als nähsten Wert. Auch hier wird wieder klar, warum der Mehrkanalbetrieb präzisionstechnisch schlechter als der Stereo-Betrieb ist.

Zum Schluss haben wir aber noch den Subwoofer, der ja mit interner Subwoofer-Elektronik eingemessen wurde. Das Ergebnis müssen wir diesmal allerdings aus der 60 Hz Frequenz ablesen, da der Subwoofer leider keine 12.000 Hz wiedergeben kann.

Beim Subwoofer empfiehlt es sich aufgrund des etwas langsameren Einschwingverhaltens, erst bei der ersten, vollständigen Welle anzufangen auch auch noch ein, zwei weitere Wellen etwas weiter hinten zu prüfen, denn die Laufzeitunterschiede sind nicht exakt einheitlich. In meinem Beispiel:

Der Anfang der ersten vollständigen Welle ist die dritte Welle im Loop mit der dritten Welle durch das Messmikrofon – hier ist die Differenz der beiden Anfänge dieser dritten Welle bei 1909 Samples. Die erste Welle kann man schlecht erkennen, aber man sieht vor allem den Bogen nach unten und dann minimal den Bogen nach oben direkt vorher.

Hier teste ich ich die vierte Welle, die eine Distanz von 1873 Samples hat.

Und die fünfte Welle hat eine Distanz von 1846 Samples.

Die sechste Welle hat wieder eine Distanz von 1874 Samples – offenbar haben wir also mit der vierten und sechsten Welle recht ähnliche Werte und die dritte und fünfte Welle sind da leicht im Plus oder Minus drumherum.

Würden wir den Mittelwert dieser vier getesteten Wellendistanzen ermitteln, läge der bei 1875 Samples. Das passt gut zur vierten und sechsten Welle und damit sollten wir auch rechnen für die Distanz des Subwoofers. Sollte bei den geprüften Wellen ein Wert zu stark von den anderen Werten variieren, dann sollte dieser nicht weiter betrachtet und einfach ignoriert werden. Das passiert insbesondere, wenn man die erste oder zweite Welle misst – die sind erfahrungsgemäß untauglich für die Messung, da sie sich von den anderen Wellen zu stark unterscheiden und beim Hörer als Impuls auch nicht so stark wahrgenommen werden, wie die dritte Welle z. B. – denn die hat im Vergleich zur ersten und zweiten Welle erst eine vernünftige Amplitude, die man dann auch hört. Das kann bei deinem Subwoofer in deinem Raum mit deinem Setup aber auch etwas anders aussehen und nicht umsonst ist das Einmessen eines Subwoofers die schwerste Aufgabe.

Solange du aber die Übergangsfrequenz als Testsignal nimmst und am Filter-Setup des Subwoofers nach dem Messen nichts mehr veränderst, solltest du eigentlich mit dieser Methode einen perfekten Kickbass zu den Satelliten erhalten. Ich zumindest bin das erste mal seit sieben Jahren zufrieden mit der Präzision meines Subwoofers, vorher hatte ich das nie geschafft, erst mit dieser Methode hier konnte ich es wiederholbar, hörbar perfekt einstellen.

Der Abstand des Subwoofer ist also: Abstand (Subwoofer in m) = (1875 / 192000 Hz) * 300 m/s = 2,93 m (ungefähr) oder im Receiver dann 2,85 oder 3,00 m. Ich tendiere hier zu 3,00 m und nähere mich daher den 1909 Samples der dritten Welle, die ja als erste vollständige Welle die erste „Impulswelle“ quasi darstellt. Bei 1909 Samples hätten wir nach der Formel 2,98 m und wenn ich mal nicht an der eingemessenen Hörposition sondern näher an der Wand sitze, ist der Subwoofer auch etwas weiter entfernt, weshalb der höhere Wert in meinem Fall klüger ist.

Für dich heißt es: Ausprobieren. Hör dir Musik mit ordentlichem Kickbass an – Filme mit Explosionen sind zu lahm für solche Tests, da die tiefen Explosionen zu lange andauern. Eine schnelles Schlagzeug oder ein schneller Beat sind optimal. Probier verschiedene Musik aus, aber der Richtwert, mit dem du jetzt ausprobieren kannst, ist unglaublich nahe am Ideal. Für mich sind die 3,00 m perfekt. Vorher hatte ich einen etwas höheren Wert, das lag aber vor allem auch daran, dass ich mit 330 m/s gerechnet hatte und nicht mit 300 m/s und alle meine Lautsprecher etwas höhere Werte hatten.

Der Subwoofer steht in der Realität nur 2,0 Meter weit entfernt. Die zusätzlichen Filter, in meinem Fall Subsonic-Filter und zusätzlicher High-Pass-Filter bei 20 Hz sorgen für den weiteren Meter Verzögerung. Außerdem hat der Subwoofer bei 60 Hz ganz andere Entfernungswerte als bei z. B. 80 Hz – warum hatte ich bereits erklärt. Es ist tatsächlich wichtig und richtig, die gemessene Entfernung einzustellen, denn nur so kann das Signal vom Receiver so früh abgesendet werden, dass es mit der zusätzlichen Verzögerung der Elektronik und der Luft zur korrekten Zeit an der Hörposition ankommt.

Ende

Wir sind also am Ende angelangt. Meine Werte haben sich wie folgt herauskristallisiert:

• Linker Front-Lautsprecher: 1,65 m
• Rechter Front-Lautsprecher: 1,65 m
• Center-Lautsprecher: 1,50 m
• Rechter Surround-Lautsprecher: 0,90 m
• Linker Surround-Lautsprecher: 1,05 m
• Subwoofer: 3,00 m

Ich hoffe, dass du nun eine Vorstellung davon hast, wie du die Präzision deiner Lautsprecher mit bezahlbaren Mitteln perfektionieren kannst.

Für Kommentare, Kritik und Vorschläge bin ich natürlich jederzeit offen, denn wir alle wollen ja lernen und uns weiterentwickeln!

Ein paar Hinweise noch …

Warum habe ich nicht einfach das mitgelieferte Einmess-Mikrofon des Receivers von Audyssey verwendet?

Habe ich! Die Satelliten-Werte waren durchaus ordentlich eingemessen, aber nicht nachprüfbar. Bei wiederholtem Messen kamen aber jedes Mal leicht andere Werte heraus – damit kann ich aber nicht arbeiten, wenn sich die Boxen nicht bewegt haben. Und den Subwoofer konnte das Einmess-Mikrofon schlichtweg nicht korrekt einmessen – die Präzision des Subwoofers war nie gut.

Der Grund dafür ist relativ einfach: Die automatische Einmess-Mikrofonie versucht die Equalizer-Filter für jeden Lautsprecher möglichst weit zu fixieren, d. h. dass meine Satelliten mit einer unteren Grenzfrequenz von 30-40 Hz erkannt wurden, obwohl sie eigentlich eine untere Grenzfrequenz von 50 Hz haben und 60 Hz „vernünftig“ darüber liegen, bei dem die Lautsprecher noch nicht auf -3 dB abgesunken sind. Die Einmessmikrofonie kann so zwar die Equalizer für meinen Bedarf für den ganzen Bereich ab 30-40 Hz bereitstellen, der Subwoofer wird aber mit einer einzigen Entfernung eingestellt und wenn ich nicht bei 40 Hz trennen will sondern bei 60 Hz braucht der Subwoofer – wie bereits erklärt – eine völlig andere Entfernung. Die von der Einmess-Automatik gelieferten Entfernungswerte kann ich damit besonders beim Subwoofer völlig vergessen, da sie ja bei 30-40 Hz liegen – und in der Tat war ich nie zufrieden mit der Präzision, bis ich es nach der von mir beschriebenen Methode selbst gemessen und auf eine Übergangsfrequenz optimiert habe.

Was hätte ich gemacht, wenn ich Satelliten mit unterschiedlichen unteren Grenzfrequenzen gehabt hätte?

Dann hätte ich den Subwoofer auf die beiden Front-Lautsprecher optimiert, denn mit denen sollte Musik genossen werden, um die Präzision so optimal wie möglich zu halten, wie ich das im All Channel Stereo Test belegt habe. Und die Front-Lautsprecher (Links und Rechts ohne Center) sind normalerweise baugleich und haben somit die gleiche Übergangsfrequenz zum Subwoofer.

Ohne Subwoofer geht es natürlich auch alles – ist sogar leichter, denn der Subwoofer ist am schwersten einzumessen, wie wir gesehen haben.

Und was ist mit der Phase und Equalizer-Setttings und Pegel usw.?

Die Phase wird vom Receiver automatisch abhängig von den eingestellten Distanzen errechnet – es gibt keine manuelle Phaseneinstellung im Receiver und es sollte auch keine vorgenommen werden. Beim Subwoofer müsste man testen, ob eine manuelle Zusatzregelung der Phase Vorteile bringt. Der Subwoofer-Kanal wird ebenfalls vom Receiver geregelt und für mich habe ich festgestellt, dass 0° Phase offenbar gut sind. Eventuell ist in deinem Setup eine andere Einstellung hier besser, aber das wäre ein anderes Problem. Hol dir eine zweite Person, setz dich auf deine Hörposition und lass die zweite Person die Phase langsam drehen, während du deiner Musik lauschst. So findest du deine optimale Phaseneinstellung am Subwoofer – aber die wird zu der vom Receiver berechneten Phase dazuaddiert. Die Phasen-Einstellung am Subwoofer ist vor allem dann interessant, wenn der Subwoofer nicht über einen Receiver betrieben wird, der die Phase abhängig von der Distanz automatisch berechnet.

Equalizer-Settings, Bassmoden, Raummoden allgemein und linearen Frequenzgang sind dann auch ein anderes Thema und selbstverständlich lassen sich durch Dämm-Elemente die Reflexionen im Raum hörbar verbessern, was der Präzision auf jeden Fall zu Gute kommt. Aber in diesem Artikel geht es um die Präzision durch Einmessen, wie der Titel sagt. Dämm-Elemente habe ich selbst bisher nicht in meinem Wohnraum anbringen wollen.

Der Pegel der Lautsprecher ist nochmals eine andere Sache – die ist in Wohnräumen ohne Dämmelemente aber nur schwer umzusetzen, da Reflexionen und Raummoden bei unterschiedlichen Frequenzen völlig unterschiedliche Pegel zur Folge haben. Eventuell ist der Einsatz eines Equalizers besser, aber wir haben gesehen, dass jeder Kanal anders von den Reflexionen beeinträchtigt wird – das war im 12.000 Hz Signal deutlich zu erkennen. Das bedeutet, dass jeder Kanal abhängig von seiner realen Position im Raum andere Equalizer-Settings braucht und wenn du deine Wohneinrichtung veränderst (z. B. neue, dickere Vorhänge einbaust), müsstest du sämtliche Equalizer-Kanäle ebenfalls anpassen – oder wenn du nicht alleine, sondern mit drei Freunden zusammen einen Film schaust, bräuchtest du andere Equalizer-Settings für jeden Kanal, abhängig davon, wo deine Freunde sitzen, da die Absorption der Schallreflexionen dann anders ist. Mit anderen Worten: Im Wohnraum ist die Linearisierung des Pegels eine beinahe unmögliche Angelegenheit.

Meine Empfehlung? Nimm die Standard-Werte. Ich höre Musik ohne jegliche Equalizer, ohne Pro Logic 2, ohne THX Modi, ohne Multi-EQ XT – einfach im Stereo-Modus. Genauso schaue ich Filme ohne irgendwelche Equalizer. Alle Lautsprecher sind auf 0 dB eingestellt und der Subwoofer ist ebenfalls auf 0 dB eingestellt. Veränderst du nämlich deine Hörposition, verändert sich auch der Klang, da an dem Punkt die Raummoden anders liegen und die Reflexionen anders addiert werden. Audyssey will das angeblich mit seinem Multi-EQ beheben – praktisch klang es danach noch viel schlimmer als vorher, denn die Nubert Lautsprecher geben von sich aus einen linearen Frequenzgang wieder und da vorrangig die Impulse wahrgenommen werden und nicht der Hall im Anschluss, ist es besser, die Lautsprecher lineare Signale abgeben zu lassen, als hier Optimierungen durchzuführen, die sich nicht durchführen lassen. Eventuell siehst du das anders, aber für mich habe ich festgestellt, dass Equalizer in nicht optimierten Räumen mehr Schaden anrichten als beheben. Sauberer und klarer war mein Klang mit Equalizer nie, aber ohne schon. Das Impuls-Signal wird von Equalizern nämlich verzerrt und das Raumresonanz- und Reflexions-Signal korrigiert – aber das will ich gar nicht haben sondern der Impuls muss sitzen. Und wenn der von einem Equalizer verzerrt wird, damit die Resonanzen im Raum später passen, dann ist mein Impuls klanglich einfach verzerrt. Impulsoptimierte Einstellungen wie die, die wir hier gemacht haben, sind für Equalizer also untauglich. Die lineare Ausgabe der Lautsprecher ist das, was im Impuls sauber rauskommen muss.

Ich hoffe, das klärt deine Fragen.

Wenn nicht, oder falls doch noch irgendetwas unklar ist: dann darfst du mich gerne kontaktieren oder einen Kommentar hinterlassen!

Viele Grüße!

Adrian Wöltche