Rundum-Messdatensatz und Wandlermessung als Nachweisverfahren

Mit welchen Messverfahren lässt sich belegen, wie gut ein Lautsprecher ist — und was sagen Rundum-Messdatensatz und Wandlermessung aus, was nicht?

Zwei genormte Messverfahren machen Lautsprecher vergleichbar, ohne dass Du sie gehört haben musst. Der Rundum-Messdatensatz — nach seiner Diagrammform meist Spinorama genannt — beschreibt, wie ein Lautsprecher seinen Schall in alle Richtungen verteilt, und macht damit vorhersagbar, wie er in einem normalen Raum klingt. Die Wandlermessung erfasst, wie sich Antrieb und Aufhängung eines Chassis mit wachsender Auslenkung verändern, und zeigt, ab welchem Pegel Verzerrungen den Klang bestimmen. Beide liefern prüfbare Zahlen statt Prospektsprache. Beide haben aber auch blinde Flecken, die Du kennen solltest, bevor Du aus Diagrammen eine Kaufentscheidung ableitest.

Wenn ein Hersteller sagt, sein Lautsprecher klinge großartig, ist das erst einmal nur eine Behauptung. Es gibt aber genormte Prüfverfahren — ähnlich wie beim Auto der Verbrauchstest oder der Crashtest. Sie zeigen schwarz auf weiß, wie sich ein Lautsprecher wirklich verhält, egal was der Prospekt verspricht. Nur wenige Hersteller veröffentlichen diese Prüfergebnisse freiwillig. Wo sie fehlen, bleibt Dir vor dem Kauf nur der eigene Höreindruck im Vorführraum — und der lässt sich zwischen zwei Terminen schlecht vergleichen.

Warum ein Datenblatt kein Nachweis ist

Die üblichen Datenblattangaben klingen nach Messtechnik, belegen aber wenig. „Frequenzgang 40 Hz bis 20 kHz" sagt ohne Toleranzangabe nur, dass irgendwo in diesem Bereich irgendetwas ankommt — ob mit Einbrüchen von 10 dB oder gleichmäßig, bleibt offen. Die Belastbarkeit in Watt beschreibt, was das Gerät übersteht, und nicht, wie es dabei klingt. Und die eine Frequenzgangkurve, die manche Hersteller zeigen, gilt nur für einen einzigen Punkt: auf Achse, in Messentfernung, bei moderatem Pegel.

Genau darin steckt das verbreitetste Missverständnis: Ein glatter Frequenzgang auf Achse heißt noch lange nicht, dass der Lautsprecher im Raum neutral klingt. Am Hörplatz kommt beides an — der Direktschall von der Achse und der Raumanteil, den Wände und Decke zurückwerfen. Dieser Raumanteil wird von der Energie gespeist, die der Lautsprecher in alle übrigen Richtungen abgibt, und über diese Energie sagt die einzelne Kurve nichts. Zwei Lautsprecher mit fast identischem Achsenfrequenzgang können deshalb im selben Raum deutlich verschieden klingen.

Ein Nachweis braucht also mehr als eine Kurve: die Verteilung in alle Richtungen und das Verhalten bei hohem Pegel. Für beides gibt es je ein etabliertes Verfahren.

Der Rundum-Messdatensatz: wohin der Schall geht

Das Verfahren geht auf den kanadischen Akustiker Floyd Toole zurück, der ab den 1980er-Jahren am National Research Council in Ottawa und später bei Harman untersuchte, welche Messgrößen mit den Urteilen aus Blind-Hörtests zusammenhängen. Genormt ist es heute als ANSI/CTA-2034, ein Standard, der Frequenzgang, Richtwirkung und maximale Ausgangsfähigkeit von Wohnraum-Lautsprechern beschreibt.

Gemessen wird in reflexionsfreier Umgebung — klassisch im reflexionsarmen Raum, inzwischen auch über einen Nahfeld-Scan, der das Schallfeld dicht am Gehäuse abtastet und die Fernfeldkurven daraus berechnet. Der Lautsprecher wird dabei rundum erfasst, in Schritten von 10 Grad horizontal und vertikal, insgesamt 70 Richtungen. Aus diesem Datensatz entsteht eine feste Kurvenfamilie, immer dieselbe, damit Messungen verschiedener Geräte vergleichbar sind:

der Frequenzgang auf Achse — die Richtung, in die der Lautsprecher zielt;
das Hörfenster, ein Mittel über die Winkel dicht um die Achse, in denen die Sitzplätze eines Wohnraums üblicherweise liegen;
die Kurve der frühen Reflexionen — die Richtungen, aus denen der erste Wandrückwurf am Hörplatz eintrifft;
die Schallleistung, also die Energie über alle Richtungen zusammen;
und die Verläufe des Bündelungsmaßes, die zeigen, wie stark der Lautsprecher je Frequenz bündelt — der Glossareintrag zu Richtwirkung und Bündelungsmaß erklärt diese Größe im Detail.

Aus der Kurvenfamilie lässt sich der Amplitudenverlauf in einem typischen Wohnraum vorhersagen. Wie gut das funktioniert, hat Tooles Kollege Sean Olive bei Harman 2004 statistisch geprüft: Aus den Kurven ließ sich die Rangfolge aus Blind-Hörtests mit einer Korrelation von 0,86 vorhersagen. Das ist ein starker Zusammenhang und trotzdem keine Gleichsetzung: Gemessen wird das Abstrahlverhalten, vorhergesagt daraus die Bewertung — die Bewertung selbst misst kein Diagramm.

Gelesen wird die Familie in drei Schritten. Erstens: Sind Achsenkurve und Hörfenster glatt, ohne schmale Spitzen und Einbrüche? Zweitens: Verlaufen die Bündelungsmaß-Kurven stetig? Ein sprunghafter Verlauf — typisch am Übergang zwischen zwei Chassis — bedeutet, dass der Raumanteil anders klingt als der Direktschall, und das lässt sich mit keinem Equalizer beheben. Drittens: Der Bassbereich gehört gesondert betrachtet, denn dort bestimmt der Raum das Ergebnis stärker als der Lautsprecher.

Für die Planung hat der Datensatz noch einen zweiten Wert: Ein Lautsprecher, dessen Abstrahlverhalten dokumentiert ist, lässt sich gegen einen konkreten Raum rechnen — Abdeckung der Sitzplätze, Ausrichtung, Energie auf den Reflexionsflächen —, bevor er gekauft ist. Ob ein Modell die hinteren Plätze überhaupt gleichmäßig versorgt, steht damit vor der Bestellung fest und nicht erst nach dem Einbau.

Die Wandlermessung: was bei hohem Pegel passiert

Alle Kurven des Rundum-Datensatzes entstehen bei moderatem Pegel. Ein Kinoraum verlangt etwas anderes: Bei Referenzpegel legt die Membran eines Tieftöners je nach Szene mehrere Millimeter bis Zentimeter Hub zurück, und genau dort beginnen die Probleme, die im Kleinsignal unsichtbar bleiben.

Die Messtechnik für diesen Bereich hat der Dresdner Elektroakustiker Wolfgang Klippel seit den 1990er-Jahren entwickelt; nach seiner Firma heißen die Berichte im Branchenjargon kurz Klippel-Report. Genormt ist das Verfahren als IEC 62458, der Norm für die Großsignalparameter von Schallwandlern.

Gemessen werden die drei großen Nichtlinearitäten eines Chassis, jede als Verlauf über der Auslenkung der Membran:

die Antriebskraft Bl(x) — wie fest der Motor die Schwingspule noch führt, wenn sie sich aus dem Magnetfeld herausbewegt;
die Steifigkeit der Aufhängung Kms(x) — wie stark Sicke und Zentrierspinne bei großem Hub verhärten;
die Induktivität der Schwingspule Le(x), deren Schwankung den Antrieb zusätzlich verzerrt.

Verzerrung heißt dabei: Der Lautsprecher fügt Töne hinzu, die im Signal nicht enthalten sind — bei einem Einzelton als Vielfache der Grundfrequenz, der Klirr, bei mehreren Tönen gleichzeitig auch als Summen- und Differenztöne, die zu keinem der gespielten Töne gehören. Aus den Kennlinien wird die Grenzauslenkung Xmax abgeleitet: die Auslenkung, bei der 10 % Verzerrung erreicht sind, ermittelt als das Minimum der vier Einzelgrenzen aus Antrieb, Aufhängung, Induktivität und Dopplereffekt. Die Messung deckt außerdem Fertigungsfehler auf, die kein Frequenzgang zeigt — etwa eine Schwingspule, die versetzt in der Ruhelage sitzt, oder eine Aufhängung, die nach innen weicher ist als nach außen.

Warum das für die Auswahl zählt: Zwei Lautsprecher können im Kleinsignal fast identisch messen — und bei der Explosionsszene mit Referenzpegel schafft der eine sie sauber, während der andere hörbar verzerrt und komprimiert. Der Rundum-Datensatz kann diesen Unterschied grundsätzlich nicht zeigen; die Wandlermessung ist das Großsignal-Gegenstück, das genau hier ansetzt. Wie sich Dauerlast zusätzlich über die Erwärmung der Schwingspule auswirkt, beschreibt der Glossareintrag zur Leistungskompression.

Was die Verfahren nicht zeigen

Keines der beiden Verfahren ersetzt das andere. Der Rundum-Datensatz sagt nichts über Pegelfestigkeit — ein Lautsprecher kann perfekt gleichmäßig abstrahlen und trotzdem bei Kinopegel aufgeben. Die Wandlermessung sagt nichts über Klangbalance und Abstrahlung — ein Chassis kann enorme Hübe sauber ausführen und im fertigen Gehäuse trotzdem unausgewogen klingen. Erst zusammen beantworten sie die beiden Fragen, die ein Nachweis beantworten muss: Klingt das Gerät in vielen Räumen neutral, und hält es den geforderten Pegel durch?

Beide Verfahren messen außerdem den Lautsprecher und nicht Dein System. Unterhalb der Schroeder-Frequenz bestimmen Raummoden und Aufstellung den Klang am Hörplatz stärker als jede Geräteeigenschaft, und die Einmessung im fertigen Raum bleibt ein eigener Arbeitsschritt mit eigenem Verfahren — die Raummessung im Projekt prüft etwas anderes als der Labornachweis des Herstellers. Ein makelloser Datensatz ist eine notwendige Grundlage, aber kein fertiges Ergebnis.

Und schließlich gelten Messdaten nur unter ihren Bedingungen. Ein Wandeinbaulautsprecher wird im Halbraum gemessen, ein frei stehendes Modell im Vollraum — die Kurven beider sind nicht direkt vergleichbar. Glättung, Messabstand und bei aktiven Systemen der Stand der Werksabstimmung verändern das Bild ebenfalls. Vergleichbar sind nur Messungen nach demselben Verfahren unter denselben Bedingungen; ein Report, der seine Bedingungen nicht nennt, ist kein Nachweis.

Wie Du einen veröffentlichten Messreport liest

Ein Messreport beantwortet Planungsfragen — gelesen wird er deshalb in der Reihenfolge, in der geplant wird. Ein Beispiel: dedizierter Kinoraum, sieben Plätze in zwei Reihen, Ziel ist Filmton bei Referenzpegel.

Konzeptfrage: Welcher Pegel muss am hintersten Platz ankommen, und welchen Winkelbereich müssen die Lautsprecher abdecken, damit beide Reihen versorgt sind?
Verfahrenswahl: Die Abdeckungsfrage beantwortet der Rundum-Datensatz — Hörfenster und Bündelungsmaß-Verläufe zeigen, wie breit ein Modell gleichmäßig abstrahlt. Die Reservefrage beantwortet die Wandlermessung zusammen mit verzerrungsbegrenzten Pegelangaben — maßgeblich ist „welchen Pegel liefert es, bevor die Verzerrung die Grenze erreicht" und nicht „wie viel Watt verkraftet das Gerät".
Gerätewahl: Erst jetzt fällt die Modellentscheidung — unter den Kandidaten, deren Daten die ersten beiden Fragen beantworten.

Ein Modell ohne veröffentlichte Messdaten ist deshalb kein schlechtes Modell. Aber die beiden Fragen lassen sich dann vor dem Kauf nicht aus Unterlagen beantworten, und der Nachweis muss anders erbracht werden: über eine Vorführung im vergleichbaren Raum oder über eine eigene Messung.

Wer solche Daten veröffentlicht

Die Veröffentlichung ist in der Branche die Ausnahme. Üblich sind eine Frequenzgangkurve, gerundete Eckdaten und beschreibende Worte für den Rest. Das hat nachvollziehbare Gründe — vollständige Daten zeigen auch die Schwächen —, ändert aber nichts am Ergebnis: Wo keine Daten vorliegen, bleibt jede Klangaussage eine Behauptung.

Es geht auch anders. Der deutsche Kinolautsprecher-Hersteller ASCENDO Immersive Audio legt für seine Modelle Messreports zum Download auf die Produktseiten, mit Spinorama-Daten und den Ergebnissen der Wandlermessung; gemessen wird nach Herstellerangabe durch ein unabhängiges Labor. Integratoren erhalten dazu die 3D-Messdaten, mit denen sich die Abdeckung eines Raums simulieren lässt, bevor er gebaut ist. Daneben veröffentlichen unabhängige Testlabore und einzelne Fachmedien Rundum-Datensätze zu Geräten, die sie selbst vermessen — für Modelle, deren Hersteller schweigt, oft die einzige belastbare Quelle.

Eine Veröffentlichung ersetzt die eigene Prüfung nicht, denn auch ein veröffentlichter Report will gelesen und eingeordnet werden. Sie kehrt aber die Beweislast um: Der Hersteller legt prüfbare Zahlen vor und macht sich an ihnen messbar.

Grenzen und Sonderfälle

Subwoofer sind ein eigener Fall. Im Tiefton strahlt jede wohnraumtaugliche Quelle nahezu kugelförmig ab, ein Rundum-Datensatz liefert dort kaum Unterscheidungskraft — und den Klang am Hörplatz bestimmt ohnehin der Raum. Für Subwoofer zählt der verzerrungsbegrenzte Maximalpegel, den die Norm CTA-2010 je Frequenzband festlegt; die Wissensseite zu Subwoofer-Bauformen und Qualitätskriterien behandelt das im Zusammenhang.

Messraum und Nahfeld-Scan liefern dasselbe Ergebnis auf verschiedenen Wegen. Der klassische reflexionsarme Raum misst das Fernfeld direkt; ein Nahfeld-Scan tastet das Schallfeld nahe am Gehäuse ab und berechnet daraus dieselben Kurven. Entscheidend ist, dass der Report angibt, wie und in welcher Umgebung gemessen wurde — Halbraum und Vollraum unterscheiden sich im Ergebnis systematisch.

Aktive Systeme messen sich nur mit ihrer Abstimmung. Bei Lautsprechern mit eingebauter Signalverarbeitung gelten alle Kurven für einen bestimmten Stand von Preset und Firmware. Ein Report ohne diese Angabe lässt offen, was genau gemessen wurde.

Verknüpfte Inhalte

Was Bündelungsgrad und Bündelungsmaß bedeuten und warum ein stetiger Verlauf zählt, steht im Glossareintrag zu Richtwirkung und Bündelungsmaß. Die Wirkung von Dauerlast beschreibt der Eintrag zur Leistungskompression, die Messkette am Hörplatz der Eintrag zum Messmikrofon. Warum der Raum unterhalb der Schroeder-Frequenz das Ergebnis bestimmt, erklären der zugehörige Glossareintrag und der Beitrag zur Wahl der Lautsprecher für Deinen Raum; die Einmessung im Projekt behandelt der Eintrag zur Raummessung, die Qualitätskriterien für Subwoofer der Beitrag zu den Subwoofer-Bauformen. Beim Hersteller ASCENDO Immersive Audio zeigt sich, wie veröffentlichte Messdaten in der Praxis aussehen.

Quellen

ANSI/CTA-2034-B, Standard Method of Measurement for In-Home Loudspeakers — Gegenstand und Umfang des Standards laut offizieller Standardseite.
IEC 62458 — Norm der Großsignalmessung an Schallwandlern.
Klippel GmbH, Single-valued Nonlinear Parameters — Kennlinien Bl(x), Kms(x), Le(x), Ableitung von Xmax nach dem 10-%-Kriterium, Spulenversatz und Asymmetrien.
AES2 — Herkunft des Verzerrungskriteriums für die Grenzauslenkung.
Floyd E. Toole, Sound Reproduction — Herkunft und Aufbau des Spinorama, Zusammenhang von Abstrahlverhalten und Klangeindruck.
Sean E. Olive, AES 2004 — Vorhersage von Blindtest-Präferenzen aus Messdaten, Korrelation 0,86.
ASCENDO Immersive Audio, Produktseite The Director Pro Active EXT — veröffentlichte Messreports, Nahfeld-Scan, 3D-Daten für Integratoren.
ASCENDO Immersive Audio, Glossar Spinorama — Verortung des Verfahrens und Normbezug.
CTA-2010 (vormals CEA-2010) — verzerrungsbegrenzte Maximalpegel von Subwoofern je Terzband.