Der Frequenzgang beschreibt, mit welchem Pegel ein Gerät jede Frequenz
wiedergibt — aufgetragen als Kurve des Schalldruckpegels in Dezibel über
der Frequenz in Hertz. Als Zahlenpaar im Datenblatt („40 Hz bis 20 kHz")
belegt er erst dann etwas, wenn eine Toleranz und die Messbedingungen
dabeistehen.
Jedes Gerät gibt manche Töne lauter wieder als andere. Der
Frequenzgang ist die Kurve, die das sichtbar macht: ganz links die
tiefen Töne, ganz rechts die hohen, und die Höhe der Kurve sagt, wie
laut sie ankommen. Eine waagerechte Linie hieße, dass jeder Ton gleich
behandelt wird — das schafft weder ein Lautsprecher noch ein Zimmer.
Im Prospekt steht von der ganzen Kurve meistens nur, wo unten und oben
Schluss ist, und ausgerechnet diese Angabe verrät am wenigsten. Zwei
Lautsprecher mit derselben Prospektzeile können deutlich verschieden
klingen.
Auf der waagerechten Achse steht die Frequenz, logarithmisch geteilt,
damit jede Oktave gleich breit erscheint; auf der senkrechten der
Schalldruckpegel in Dezibel. Die Kurve beantwortet damit eine einzige
Frage: Wie viel Pegel kommt bei welcher Frequenz an?
Genau genommen hat die Übertragung zwei Hälften, den Amplitudengang und
den Phasengang. Was Datenblätter und Messprogramme als „Frequenzgang"
zeigen, ist fast immer nur die erste — der Betrag, die Lautstärke je
Frequenz. Die Zeitseite steckt im Phasengang und wird gesondert
dargestellt.
Bei einem Lautsprecher entsteht diese Kurve aus einer Messung mit
Mikrofon, bei einem Verstärker oder Wandler aus einer elektrischen
Messung. Der Unterschied ist erheblich: Elektronik liefert heute
routinemäßig eine praktisch gerade Linie über den ganzen Hörbereich,
Wandler und Räume nie.
Ein „von … bis" ohne Toleranzfenster belegt nichts — auch wenn
Datenblätter die Angabe ständig in dieser Form führen. Die vollständige
Form lautet „40 Hz bis 20 kHz, ±3 dB":
Innerhalb dieser Grenzen weicht die Kurve höchstens 3 dB nach oben oder
unten von einem Bezugspegel ab, und dieser Bezugspegel ist der
Mittelwert über ein angegebenes Band.
Die Toleranz ist die eigentliche Information, denn sie lässt sich gegen
die Reichweite tauschen. Derselbe Lautsprecher, der bei ±3 dB von 40 Hz
bis 20 kHz spielt, deckt bei ±6 dB vielleicht 32 Hz bis 22 kHz ab und
bei einem 10-dB-Fenster noch mehr. Wer die untere Grenze im Prospekt
niedriger haben will, muss nichts am Gerät ändern — es genügt, das
Fenster aufzumachen. Eine Angabe ohne Toleranz lässt sich deshalb mit
keiner anderen vergleichen.
Genau hier liegt der Unterschied zwischen Übertragungsbereich und
belegtem Frequenzgang. Den Übertragungsbereich legt IEC 60268-5 fest:
Er reicht von der unteren bis zur oberen Frequenz, bei der die Kurve auf
der Bezugsachse höchstens 10 dB unter dem gemittelten Pegel liegt;
Einbrüche, die schmaler als eine Neuntel-Oktave sind, zählen dabei nicht
mit. Das ist ein bewusst weites Fenster für eine Reichweitenangabe — ein
Pegelabfall um 10 dB ist rund die halbe empfundene Lautstärke. Als
Aussage über Klangbalance taugt der Übertragungsbereich damit nicht, und
er soll es auch nicht. Ein belegter Frequenzgang zeigt stattdessen die
Kurve selbst, mit Toleranzband und Bedingungen.
Eine Frequenzgangkurve ist nur so vergleichbar wie die Angaben, unter
denen sie entstanden ist. Vier davon sollten immer dabeistehen:
- Achse und Winkel. Die Normmessung läuft auf der Bezugsachse, also
auf der vom Hersteller definierten Hauptrichtung. Eine Kurve unter
30 Grad seitlich sieht anders aus, und im Wohnraum hört niemand
ausschließlich auf Achse.
- Umgebung und Abstand. Freifeld oder Halbraum, gemessen in 0,5 m
oder ganzen Metern und auf 1 m umgerechnet. Eine Messung im normalen
Zimmer bildet unterhalb der Schroeder-Frequenz — der Grenze, ab der
Raummoden einzeln durchschlagen statt sich zu überlagern — überwiegend
den Raum ab und nicht mehr den Lautsprecher.
- Pegel. Eine bei Zimmerlautstärke aufgenommene Kurve sagt nichts
über das Verhalten bei Kinopegel; Antrieb und Schwingspule verhalten
sich dort messbar anders.
- Glättung. Sie fasst benachbarte Messpunkte zusammen. Ein schmaler
Einbruch, der mit einer Zwölftel-Oktave deutlich sichtbar dasteht, ist
unter Terzglättung kaum noch zu erkennen. Dieselbe Messung ergibt so
zwei sehr verschiedene Bilder.
Die Kette selbst muss dabei genauer sein als das Prüfobjekt: IEC 60268-5
verlangt von Generator, Verstärker und Messverstärker einen
Amplitudengang, der über den Messbereich innerhalb von ±0,5 dB bleibt.
Drei Eigenschaften bleiben grundsätzlich außerhalb dieser Darstellung,
und alle drei entscheiden im Wohnraum mit.
Die Richtung. Eine Einzelkurve gilt für eine Richtung. Am Hörplatz
kommt aber beides an, der Direktschall von der Achse und der Anteil, den
Wände und Decke zurückwerfen. Wie ein Lautsprecher seinen Schall auf die
Winkel verteilt, zeigt erst eine Kurvenfamilie über viele Winkel — der
Rundum-Messdatensatz nach ANSI/CTA-2034, den der kanadische Forscher
Floyd Toole am National Research Council seit den 1980er-Jahren
etabliert hat.
Die Pegelfestigkeit. Bei welchem Pegel die Kurve aufgenommen wurde,
steht in den Bedingungen; wie weit sie sich bei höherem Pegel verformt,
steht nirgends. Erwärmte Schwingspulen liefern weniger Wirkungsgrad,
und Verzerrungen steigen an, lange bevor ein Gerät die angegebene
Belastbarkeit erreicht.
Das Zeitverhalten. Zwei Lautsprecher mit derselben Amplitudenkurve
können unterschiedlich nachschwingen. Was nach dem Signal übrig bleibt,
zeigen Impulsantwort und Wasserfalldiagramm. Nur unter der Bedingung der
Minimalphasigkeit hängen Amplituden- und Phasenverlauf so zusammen, dass
einer aus dem anderen folgt — bei Mehrwegelautsprechern und im Raum gilt
das eben nicht durchgehend.
„Der spielt bis 32 Hz, der andere nur bis 40 Hz — also hat der erste den
besseren Bass." Ohne Toleranz und Messbedingung vergleichst Du zwei
Zahlen, die auf verschiedene Weise entstanden sind. Der eine Hersteller
nennt vielleicht seinen Übertragungsbereich mit dem 10-dB-Fenster der
Norm, der andere einen Frequenzgang mit ±3 dB. Die Zahl des Ersten sieht
besser aus und belegt weniger. Belastbar wird der
Vergleich erst, wenn beide Angaben dasselbe Fenster nennen — und
wirklich belastbar erst mit den Kurven.
Ebenso verbreitet ist der Schluss vom glatten Verlauf auf guten Klang.
Eine gerade Kurve auf Achse ist eine notwendige Voraussetzung und keine
hinreichende: Ein Lautsprecher, dessen Bündelung sich am Übergang
zwischen zwei Chassis sprunghaft ändert, kann auf Achse tadellos messen
und im Zimmer trotzdem unruhig klingen, weil der Raumanteil eine ganz
andere Klangfarbe hat als der Direktschall.
- Frequenz: die Größe auf der waagerechten Achse. Der Frequenzgang
ist der Verlauf über dieser Achse.
- Übertragungsbereich: eine Reichweitenangabe nach IEC 60268-5 mit
einem Fenster von 10 dB unter dem Mittelwert. Er beantwortet, wo ein
Gerät noch etwas abgibt, und nicht, wie gleichmäßig.
- Phasengang und Gruppenlaufzeit: die Zeitseite derselben
Übertragung. Sie beschreiben, wann eine Frequenz ankommt, während der
Amplitudengang sagt, wie laut.
- Zielkurve: die Sollvorgabe einer Raumkorrektur, auf die hin
entzerrt wird. Sie beschreibt einen Wunsch und ist keine Messung.
- Klirrfaktor: der Anteil neu erzeugter Frequenzen. Ein Gerät kann
einen geraden Frequenzgang und hohe Verzerrung zugleich haben.
Ein Kunde legt zwei Standlautsprecher nebeneinander und will wissen,
welcher tiefer spielt. Modell A steht mit „32 Hz bis 25 kHz" im
Prospekt, Modell B mit „45 Hz bis 20 kHz, ±3 dB". Nach den Zahlen wäre
die Sache klar.
Die erste Frage ist trotzdem keine Gerätefrage: Wird im Raum überhaupt
ein Lautsprecher gebraucht, der die unterste Oktave abdeckt, oder
übernimmt sie ein Subwoofer mit eigener Aufstellung und eigener
Ankopplung? In fast allen Wohnräumen bringt die zweite Antwort mehr,
weil die tiefsten Töne von den Raummoden dominiert werden und ihre
Wiedergabe damit an der Position hängt und kaum am Datenblatt.
Dann erst das Verfahren. Für beide Modelle lässt sich der
Messreport anfragen — Kurvenfamilie über die Winkel, Toleranzband,
Messbedingungen. Liegt er für A nicht vor und für B schon, ist das
bereits ein Befund. Kommt er, lässt sich prüfen, mit welchem Fenster die
32 Hz von A zustande gekommen sind und wo die Kurve tatsächlich
abzufallen beginnt.
Die Geräteentscheidung fällt damit zuletzt und aus anderen Gründen als
den Prospektzahlen: aus dem Abstrahlverhalten, das zur Raumgeometrie
passen muss, und aus der Frage, wie sauber sich der Übergang zum
Subwoofer legen lässt.
Die Größe auf der waagerechten Achse erklärt der Eintrag zur Frequenz,
die Pegelskala der Eintrag zum Dezibel. Wie eine Messung im Raum abläuft
und welche Sichten sie liefert, steht bei der Raummessung; ab welcher
Frequenz der Raum die Kurve bestimmt, klärt die Schroeder-Frequenz. Die
Zeitdarstellung derselben Aufnahme behandeln Impulsantwort und
Wasserfalldiagramm. Warum eine Einzelkurve über das Verhalten im Zimmer
wenig verrät, führen Bündelungsmaß, Hörfenster und der
Rundum-Messdatensatz aus. Wie veröffentlichte Messreports gelesen
werden, behandelt die Wissensseite zum Rundum-Messdatensatz und zur
Wandlermessung.
Der Übertragungsbereich mit dem 10-dB-Kriterium, der Mittelung über ein
angegebenes Band und der Ausnahme für Einbrüche schmaler als eine
Neuntel-Oktave ist in IEC 60268-5 festgelegt und in IEC 60268-21 ein
zweites Mal beschrieben; ebenso die Messung auf der Bezugsachse, der
Messabstand mit Umrechnung auf 1 m und die Anforderung von ±0,5 dB an
die Messkette. Der Rundum-Messdatensatz steht in ANSI/CTA-2034; seine
Herkunft und die Verbindung zum Klangeindruck im Raum stammen aus der
Standardliteratur zur Lautsprecherwiedergabe.
