Terugblik Project 144:

Pulsresponsies en hun toepassingen

 

door Peter Swarte (©2001)


Pulsresponsies - volgens sommigen impulsresponsies; het hangt er van af of je zuiver wiskundig, werktuigbouwkundig of elektrisch denkt - leggen in hoge mate de intrinsieke eigenschappen van een lineair systeem bloot. We kennen de Dirac-puls: een oneindig kortdurende functie met een oneindig hoge amplitude waarvan de tijdintegraal 1 oplevert. Een dergelijke puls is alleen theoretisch bestaanbaar. De techniek laat zich niet weerhouden om een vervanger hiervoor te verzinnen. Hiertoe wordt de techniek des te meer aangezet omdat uit de wiskunde blijkt dat, als er zo'n functie zou bestaan, de eigenschappen van systemen, zoals b.v. bandbreedte, inslinger- en uitslingerverschijnselen voor de mens inzichtelijk worden. Dit zijn nu juist de parameters waarin de geluidstechniek zoveel belangstelling heeft.

De eerste spreker van deze bijeenkomst, Dr.Ir. Diemer de Vries, gaf hiervan een duidelijk, voor sommigen mogelijk een dagelijks, voorbeeld: een schop (de impuls) tegen een vuilnisemmer (het systeem) laat duidelijk horen of deze vuilnisemmer vol of leeg is (de responsie). Een impuls op een audiosysteem toegepast, geeft informatie over de kwaliteiten van dat systeem. Indien dat systeem akoestisch gemeten wordt, is in deze informatie ook de respons van de ruimte waarin de luidsprekers geplaatst zijn weergegeven.

Het is nu zaak om een impulsvormig signaal te maken waarmee de responsie van een zaal gemeten kan worden. Hiertoe zijn er in het verleden nogal wat experimenten met de daaraan gekoppelde discussie gedaan; aan de ene kant over de opwekking van het signaal en aan de andere kant over de meting om een zo objectief en plaatsonafhankelijk resultaat te verkrijgen.

Zo zijn er middelen onderzocht om een geschikt signaal op te wekken: de eenvoudigste en nog veel toegepaste methode om gehoormatig een indruk te krijgen: een klap in de handen of een afgepaste schreeuw. Verder zijn het gebruik van ballonnen, alarmpistolen, klapplanken en zelfs speelgoed "kikkerklikken" (slecht voor het imago van de onderzoeker of adviseur) toegepast. Een eenduidige reproduceerbaarheid was moeilijk te realiseren. Verder moest er in grotere ruimten voldoende akoestische energie opgewekt kunnen worden om de ruimte voldoende te kunnen "aanstoten". De tweede spreker, Ir. Constant Hak, zou hier later verder op ingaan.

Terug naar de meetmethode van het opgewekte signaal. Om een zo goed mogelijk inzicht in het gedrag van de geluidsgolven in een zaal te verkrijgen, is het noodzakelijk niet slechts op één plaats te meten maar op een uitgekiend patroon van meetplaatsen. De TU Delft heeft hiervoor een verplaatsbaar systeem van een meetmicrofoon en een groot draaistatief ontworpen zodat in cirkels met een doorsnede van ca 10 meter gemeten kan worden. Het geheel wordt vanuit de centrale meetcomputer aangestuurd. De meetresultaten worden hierin opgeslagen zodat na reproductie op een scherm duidelijk waarneembaar wordt hoe de golven zich door de ruimte voortplanten. Hierbij is ook duidelijk waar te nemen hoe de reflectie van het geluid plaatsvindt.

Met deze meetgegevens is men in staat deze geluidsvelden kunstmatig te reproduceren met behulp van horizontaal opgestelde luidspreker-arrays. Het werd dus duidelijk dat de heer De Vries niet voor niets werkzaam is in de groep Akoestische Beeldvorming en Geluidbeheersing van de faculteit Technische Natuurkunde te Delft. Wij zullen in de toekomst meer over deze technieken horen.

Zoals gezegd: de tweede spreker was Ir. Constant Hak van het Akoestisch Laboratorium van de faculteit Bouwkunde van de TU Eindhoven. Hij ging wat verder in op de opwekking van een geschikt signaal en de verwerking van de meetresultaten op een eenvoudige laptop-computer. Met behulp van de reeds lang bestaande MLS (Maximum Length Sequence) signalen &endash; denk aan de MLSSA, in de wandeling Melissa, meetkaarten voor PC's &endash; liet hij een aantal meetresultaten zien.

Luisterend naar een dergelijk signaal valt het repeterend en het witte-ruisachtige karakter op. Met een dergelijk signaal en een geschikte luidsprekeropstelling (een dodecaëder of twaalfvlak) kan men met voldoende akoestisch vermogen en reproduceerbaar een zaal "aanstoten". De pulsresponsie wordt uit deconvlutie verkregen; een rekenkundige relatie tussen het ontvangen en uitgezonden signaal. Hieruit kunnen onder andere de nagalmtijd, de clarity, en de Deutlichkeit worden berekend. Ook andere zaalparameters zijn uit de responsies te verkrijgen. Hiervan werden voorbeelden getoond.

In Eindhoven wordt in het Laboratorium voor Akoestiek onderzoek gedaan naar het akoestisch (hoe kan het ook anders) gedrag van materialen.Zo is er een meetmethode ontwikkeld om de mate van reflectie en absorptie van materialen te bepalen met behulp van de MLS-signalen. Ook kan men met vrucht onderzoeken doen aan schaalmodellen. Men heeft een schaalmodel van een galmkamer onderzocht en een schaalmodel van een nog te realiseren zaal in Porto, Portugal.

Voor geluidsmensen was het laatste deel van zijn betoog zeer interessant. De verstaanbaarheid waar we zo vaak de mond van vol hebben, is op eenvoudige manier te meten in termen van STI en RASTI. Nieuw was voor velen te vernemen dat de firma B&K gestopt is met de productie van het RASTI-apparaat.

Uit de impulsresponsie is de zogenaamde Schroederkromme te berekenen. Uit deze kromme is een verband te destilleren tussen het directe en diffuse geluidveld. Dit werd gedemonstreerd aan de hand van een in de grote zaal van het Eindhovense muziekcentrum opgestelde luidsprekerzuil met variabele lengte. Het werd heel erg duidelijk dat de lengte van een array afgestemd dient te worden op de luisterafstand en de akoestiek van de ruimte. De gemeten STI- en RASTI-waarden gaven hier ondersteuning van dit inzicht.

Om te demonstreren dat men deze technieken op vele terreinen in het audiovak kan gebruiken liet de heer Hak een meting zien van een impedantiekarakteristiek van een luidspreker. De geluidskaart van de laptop of PC dient hierbij van onbesproken kwaliteit te zijn als ook de gelijkspanningsweerstand van de luidspreker goed moet worden weergegeven. Het is duidelijk dat de afstemming van bas-reflex systemen hiermee snel kan geschieden.

Voorts is deze techniek van impulsmeting uiterst geschikt om grote luidprekercombinaties en -systemen "uit te lijnen" ter vermijding van fasefouten en/of hinderlijke echo-werkingen.

De avond was zeer geanimeerd en er werden vele relevante vragen gesteld en wat nog belangrijker was: de vragen werden adequaat beantwoord.

Als logisch gevolg op deze avond wordt er door het bestuur van uw AES in het voorjaar van 2002 een bijeenkomst georganiseerd over sampling reverbs, galmapparatren waarin de gemeten pulsresponsies van exhte zalen worden toegepast.

Indien u naar aanleiding van het voorgaande nog vragen heeft kunt u met de sprekers of de avond-voorzitter contact opnemen:

Dr.Ir.D.de Vries, sectie Akoestische Beeldvorming en Geluidbeheersing van de TU-Delft, tel. 015-2785220,

Ir.C.Hak, Laboratorium voor Akoestiek van de TU-Eindhoven, tel. 040-2472997,

Ing.P.Swarte, P.A.S. Electro-acoustics, tel. 040-2550889.