Tiefe: Fortgeschritten

Spinorama und CTA-2034

Was ist ein Spinorama, und was steht in einem Messdatensatz nach ANSI/CTA-2034?

Spinorama heißt die Diagrammtafel, die aus einer Rundum-Messung eines Lautsprechers nach der amerikanischen Messnorm ANSI/CTA-2034 entsteht: fünf gemittelte Frequenzgangkurven und zwei Bündelungsmaß-Verläufe, gewonnen aus 70 Einzelmessungen unter reflexionsfreien Bedingungen.

Die üblichen Messkurven zeigen einen Lautsprecher nur von einer Seite: genau von vorn. Schall geht aber in alle Richtungen weg, und was zur Seite, nach oben und nach hinten abstrahlt, kommt über Wände und Decke ebenfalls bei Dir an. Für diese Messung wird der Lautsprecher deshalb im Kreis gedreht und aus siebzig Richtungen aufgenommen. Am Ende steht ein Blatt mit wenigen Linien, das zwei Dinge auseinanderhält: wie der Lautsprecher direkt klingt und wie das klingt, was der Raum von ihm zurückwirft. Ruhige Linien ohne Zacken und Stufen sind ein gutes Zeichen.

Ausführliche Erklärung

Die Idee dahinter stammt aus der Lautsprecherforschung um Floyd Toole, zunächst am kanadischen National Research Council und später bei Harman: Ein einzelner Frequenzgang auf der Achse beschreibt den kleinsten Teil dessen, was ein Lautsprecher in einem Wohnzimmer anrichtet. Die konkrete Ausarbeitung, aus der die heutigen Mittelungen hervorgegangen sind, hat der Ingenieur Allan Devantier 2002 bei Harman veröffentlicht — mit der Dreiteilung in Direktschall, frühe Reflexionen und Diffusfeld, die den Kurvensatz bis heute gliedert. Verbindlich festgeschrieben ist das Verfahren in der Norm mit dem Titel Standard Method of Measurement for In-Home Loudspeakers, deren Fassung A von 2015 stammt und 2020 bestätigt wurde; die aktuelle Fassung B ist im Juli 2024 erschienen. Sie gilt für komplette Lautsprechersysteme, nicht für einzelne Chassis, und beschreibt die akustische Leistung eines Geräts, nicht seine Belastbarkeit. Das Wort „Spinorama" steht in keinem Normtitel; es hat sich in der Praxis eingebürgert, weil der Lautsprecher für die Messung gedreht wird.

Wie gemessen wird

Der Lautsprecher hängt reflexionsfrei und wird in Schritten von 10° um zwei Achsen gedreht: einmal waagerecht rundum, einmal senkrecht rundum. Das ergibt zwei Umläufe zu je 36 Winkeln; die beiden Punkte, die beide Umläufe gemeinsam haben — vorn auf der Achse und hinten dahinter —, werden einmal gezählt, und es bleiben 70 Messungen. Bei einem Lautsprecher, der links und rechts symmetrisch gebaut ist, genügen 52, weil die eine Hälfte der waagerechten Winkel die andere wiederholt.

Diese 70 Frequenzgänge sind das Rohmaterial. Niemand liest sie einzeln; sie werden zu einem festen Satz von Mittelwerten verrechnet, und gerade diese Mittelung ist der Kern des Verfahrens: Jede der Kurven beantwortet eine andere Frage darüber, wo der Schall hingeht.

Die fünf Kurven

Achsenfrequenzgang. Der Verlauf genau vor dem Lautsprecher, auf der vom Hersteller angegebenen Bezugsachse. Er ist der Anschluss an jede andere Frequenzgangangabe und für sich allein der schwächste Teil des Satzes.
Hörfenster. Das Mittel aus neun Frequenzgängen im Bereich ±30° waagerecht und ±10° senkrecht — der Winkelbereich, in dem in einem Wohnraum tatsächlich Ohren sitzen. Es beschreibt den Direktschall über die Sitzbreite.
Frühe Reflexionen. Das Mittel über die Richtungen, aus denen die ersten Rückwürfe eines typischen Wohnraums stammen, in fünf Gruppen zusammengefasst: Boden (20°, 30°, 40° nach unten), Decke (40°, 50°, 60° nach oben), Frontwand (0° bis ±30° waagerecht), Seitenwände (±40° bis ±80°) und Rückwand (±90° und 180°).
Schallleistung. Das gewichtete Effektivwertmittel aller Messungen, wobei jede Richtung mit dem Anteil der Kugeloberfläche eingeht, den sie vertritt. Das ist die gesamte abgegebene Energie und damit das, was den Nachhall des Raums speist.
Geschätzte Raumkurve. Eine Rechnung aus den drei mittleren Kurven, gewichtet mit 12 % Hörfenster, 44 % frühen Reflexionen und 44 % Schallleistung. Sie schätzt, was ein Mikrofon in einem normal möblierten Wohnraum am Hörplatz aufzeichnen würde.

Dazu kommen zwei Richtungsmaße, beide als Differenz gebildet: das Bündelungsmaß der frühen Reflexionen als Abstand zwischen Hörfenster und Reflexionskurve, das Bündelungsmaß der Schallleistung als Abstand zwischen Hörfenster und Schallleistung. Bemerkenswert daran ist der Bezugspunkt: Beide Maße messen gegen das Hörfenster, die einzelne Achse bleibt außen vor. Was ein Bündelungsmaß grundsätzlich aussagt und warum ein gleichmäßiger Verlauf im Raum hörbar wird, erklärt der eigene Eintrag; die Trennung zwischen dem, was direkt ankommt, und dem, was über den Raum kommt, steht bei Direktschall und Diffusfeld.

Was der Satz zeigt

Die Lesart ist über alle Kurven hinweg dieselbe: Glatte Verläufe, die zu hohen Frequenzen hin sanft und gleichmäßig fallen, sind gut; Sprünge sind hörbar. Aufschlussreich wird der Satz im Vergleich der Kurven untereinander. Ein Knick in der Schallleistung bei glatter Achskurve zeigt ein Abstrahlproblem, das auf der Achse unsichtbar bleibt und im Raum trotzdem ankommt — und ein Auseinanderlaufen von Hörfenster und Reflexionskurve sagt, dass der Raum eine andere Klangfarbe zurückwirft als die, die direkt eintrifft. Wie sich die einzelnen Diagramme im Detail lesen lassen und wie sie zu den anderen üblichen Darstellungen stehen, führt Abstrahlverhalten eines Lautsprechers erkennen aus.

Wo der Datensatz endet

Vier Grenzen sind für die Planung wichtig, und die letzte wiegt am schwersten.

Gemessen wird ohne Raum. Unterhalb der Übergangsfrequenz bestimmen Raummoden und Aufstellung das Ergebnis, und dort sagt der ganze Kurvensatz nichts mehr über das, was am Hörplatz passiert. Zweitens beschreibt er ein einzelnes Exemplar; Serienstreuung bildet er nicht ab. Drittens beschreibt der Kurvensatz das Verhalten bei kleinem Pegel — was bei hoher Aussteuerung passiert, behandelt die Norm in einem eigenen Teil zur maximalen Ausgabefähigkeit, der mit den Spin-Kurven nichts zu tun hat.

Die vierte Grenze steckt in der Mittelung selbst. Jede der fünf Kurven ist ein Mittelwert über mehrere Richtungen, und Mittelung glättet: Ein schmaler Einbruch, der nur unter einem einzigen Winkel auftritt, fällt im Mittel kaum auf. Das ist meistens erwünscht — er wäre im Raum ebenso wenig hörbar. Wer aber ein Konstruktionsdetail sucht, findet es in den gemittelten Kurven nicht, sondern erst in den Einzelmessungen, aus denen sie stammen.

Häufiges Missverständnis

„Wenn das Spinorama gut aussieht, klingt der Lautsprecher in meinem Raum gut." Das überträgt eine Messung ohne Raum auf einen Raum. Der Kurvensatz beschreibt das Gerät unter reflexionsfreien Bedingungen und im Bass gar nicht; über die Aufstellung, die Sitzposition, die Bassmoden und die Behandlung der Erstreflexionspunkte sagt er nichts. Er beantwortet eine andere Frage, und zwar gut: ob ein Lautsprecher über alle Richtungen hinweg zusammenpasst und deshalb überhaupt die Voraussetzung mitbringt, in einem behandelten Raum gleichmäßig zu klingen. Was der Raum daraus macht, zeigt erst eine Raummessung am Hörplatz.

Ein zweites Missverständnis betrifft die Punktzahlen, die im Umlauf sind. Die Norm beschreibt ein Messverfahren und vergibt keine Noten. Die bekannten Ranglisten stammen aus einem Vorhersagemodell der Harman-Forschung, das auf genau diesen Kurven rechnet und aus ihnen eine Zahl bildet — dem Preference Score, dessen Gleichung beim Preference Rating nach Olive steht. Das Modell hängt an der Norm, ist aber nicht Teil von ihr — und eine Zahl aus einem Modell bleibt ein Modellwert, auch wenn sie auf gemessenen Daten beruht.

Nicht zu verwechseln mit

Polardiagramm: zeigt den Pegel über dem Winkel bei einer einzelnen Frequenz. Es ist eine Momentaufnahme aus demselben Rohmaterial; der Kurvensatz nach der Norm mittelt dagegen über Richtungsgruppen und deckt den ganzen Frequenzbereich ab.
Wasserfalldiagramm: zeigt das Ausschwingen über der Zeit. Es beschreibt eine andere Achse desselben Lautsprechers — Zeit statt Winkel — und lässt sich mit den Spin-Kurven weder ersetzen noch vergleichen.
Raummessung: erfasst Lautsprecher und Raum zusammen am Hörplatz. Sie ist die Grundlage jeder Einmessung, taugt aber nicht zum Vergleich zweier Lautsprecher, weil der Raum in jedem Ergebnis mit drinsteckt.
Preference Score: die Punktzahl eines Vorhersagemodells, das auf diesen Kurven rechnet. Sie fasst zusammen und wertet; der Kurvensatz selbst wertet nicht.

In der Planung

Ein Wohnzimmer mit großer Fensterfront und Sichtbeton, drei Plätze nebeneinander, und die Anlage soll ohne umfangreiche Akustikmaßnahmen auskommen — so kommt die Anfrage herein. Dann geht es weniger um den besseren Lautsprecher als darum, wie viel Anteil der Raum am Klangergebnis haben wird. In einem harten, kahlen Raum ist dieser Anteil hoch, und damit wird die Gleichmäßigkeit der Abstrahlung zum wichtigsten Auswahlkriterium überhaupt — wichtiger als jede Preisklasse.

Praktisch heißt das zweierlei: Erstreflexionsflächen so weit behandeln, wie es die Einrichtung zulässt, und die Lautsprecherwahl auf Modelle mit gleichmäßigem Abstrahlverhalten begrenzen. Erst dann die Geräte — und dort ist der veröffentlichte Kurvensatz das schnellste Werkzeug: Für Modelle, zu denen er vorliegt, genügt ein Blick auf die beiden Bündelungsmaß-Kurven, um zu sehen, ob sie stetig steigen oder eine Delle am Treiberübergang haben. Liegt für einen Kandidaten nichts vor, belegt das kein schlechtes Verhalten; es heißt, dass die Frage anders beantwortet werden muss — über Bauform, Membrangröße und Trennfrequenz, wie es der Rundum-Messdatensatz als Nachweisverfahren beschreibt.

Verknüpfte Inhalte

Die einzelnen Kurven des Satzes haben eigene Einträge: das Hörfenster für den Direktschall über die Sitzbreite, die Schallleistung für die gesamte abgegebene Energie und das Bündelungsmaß für die beiden Differenzkurven. Was ein Frequenzgang allgemein aussagt und wo seine Grenzen liegen, steht dort; die Begriffe für die Trennung zwischen direktem und über den Raum kommendem Schall erklärt Direktschall und Diffusfeld. Wie sich die Diagramme lesen lassen, führt Abstrahlverhalten eines Lautsprechers erkennen aus, und was ein solcher Datensatz als Beleg wert ist, steht beim Rundum-Messdatensatz als Nachweisverfahren. Was das Vorhersagemodell aus diesen Kurven macht, behandelt der Preference Score; die Gleichung dahinter steht beim Preference Rating nach Olive.

Quellen

Titel, Gegenstand und Erscheinungsdatum der Fassung B sind an der Beschreibungsseite der Consumer Technology Association geprüft. Die Definitionen der Kurven — Winkelbereich des Hörfensters, die fünf Gruppen der frühen Reflexionen, die Flächengewichtung der Schallleistung und die Differenzbildung der beiden Richtungsmaße — stammen aus der Dokumentation einer Messsoftware zur Fassung A und sind gegen eine veröffentlichte Klippel-Messreihe gegengeprüft. Das Messraster mit 70 Richtungen sowie die Gewichtung der geschätzten Raumkurve mit 12, 44 und 44 Prozent stehen übereinstimmend in zwei voneinander unabhängigen Sekundärquellen. Die Herkunft der Dreiteilung in Direktschall, frühe Reflexionen und Diffusfeld folgt dem Abstract der Arbeit von Allan Devantier.