TSP ermitteln - Erklärungen, Hilfen und Praxis (Mit Infos zu DATS V3 und DATS LA)
Da das Ganze für das Ausgangsthema etwas zu groß geworden wäre,
spendieren wir den Signalarten hier ein ganz eigenes, frisches Thema.
Vorab:
Wenn's die Software kann, kann man grundsätzlich erst mal fast jedes Signal nutzen.
Je nach Messequipment, Art der Messung, Einbaulage und vor allem dann in Kombination mit der Art des Chassis,
eignen sich manche Signale allerdings besser als andere.
Hier möchte ich eine kompakte, einfach zu verstehende Übersicht geben,
speziell für die "Schwerverbrecher" unter den Pappen versus Signal und Messsystem
Eine kleine Zeile für die Tauglichkeit bezüglich vollständiger Impedanzmessungen spendieren wir jeder Signalart der Vollständigkeit halber natürlich ebenfalls.
Dennoch gelten viele Punkte sowohl für die reine TSP-Ermittlung als auch für die normale Impedanzmessung.
Eine Erklärung der Signalarten mit Vor- und Nachteilen bezüglich TSP-Ermittlung.
1. LogChirp (Logarithmischer Gleitsinus / Sweep)
Signalart:
Ein kontinuierliches, fließendes Sinussignal (kennen wir auch oft einfach als Sweep),
das im wichtigen Bassbereich (Fs) mathematisch länger verweilt als im Hochton.
Vorteile:
Perfekte Klirrtrennung.
Harmonische Verzerrungen der Schwingspule oder des Amps werden über die FFT-Rückrechnung komplett isoliert und mathematisch abgeschnitten.
Man erhält eine absolut saubere, rein lineare Impedanzkurve, selbst wenn das Chassis/Amp/Preamp an die Grenzen gerät.
Zudem extrem schnell (1–2 Sekunden).
Nachteile:
Hoher Crestfaktor bei Leistungsmessungen.
Das abrupte Durchfahren der Resonanzfrequenz kann bei viel Pegel zu extremen mechanischen Impulsspitzen führen,
somit genau beachten was die Messhardware (oder das Chassis) wirklich maximal kann.
Chassisposition:
Horizontal: Perfekt bis Gut 🟢 (Bei Profi-AIOs wie Clio Pocket oder externem Amp aller bestens geeignet, um die Haftreibung horizontal zu brechen).
Vertikal: Mittel bis Schlecht 🟡 🔴 (Wenn mit hohem Pegel gemessen wird, regt der durchlaufende Sinus-Impuls das Taumeln einer frei hängenden, schweren Pappe sehr stark an. Im absoluten, reinen Kleinsignalbereich jedoch unkritisch).
Beste Einbauposition & Warum:
Horizontal (sofern die Hardware genug Spannung/Strom liefert, wie beim Clio Pocket oder ARTA + Amp).
Dank der hohen Energie im Bass bricht der Chirp die Haftreibung der harten PA-Einspannung problemfrei auf,
während die mathematische Klirrtrennung entstehende Verzerrungen sauber eliminiert.
Zudem fängt die Gravitation in horizontaler Lage ein Taumeln der Membran mechanisch ab.
Eignung bei üblicher Impedanzmessung:
Perfekt geeignet für Standardmessungen im gesamten Frequenzband (z. B. Weichenentwicklung),
da Störungen und Klirr komplett herausgefiltert werden und die Messung extrem schnell geht.
2. Stepped Sine (Gestufter Sinus)
Signalart:
Kein fließender Ton, sondern das Messprogramm springt jede Frequenz einzeln in festen, eng gestuften Schritten an (Steady State).
Vorteile:
Extrem hohe Energiedichte & minimaler Crest-Faktor (3dB. Sinus eben).
Die gesamte Leistung des Messverstärkers konzentriert sich zu jedem Zeitpunkt auf genau eine Frequenz.
Hierdurch kann relativ einfach festgelegt werden, dass die Endstufe ordentlich Signal liefert,
ohne dass die Eingänge oder der Amp ins Clipping geraten.
Perfekt, um harte PA-Zentrierspinnen mit viel Strom aus der Haftreibung (Stick-Slip) zu bekommen.
Extrem unempfindlich gegen Raumgeräusche dank schmalbandiger Tracking-Filter.
Nachteile:
Quälend langsam (Messung dauert Minuten).
Keine mathematische Klirrtrennung.
Die Schwingspule kann sich bei höherem Messsignal durch das lange Verweilen auf den Einzeltönen schnell erwärmen,
was Re künstlich ansteigen lässt.
Also Vorsicht bei Mess- und Signallänge, als auch ausreichend Pausen bei Messwiderholungen einlegen.
Chassisposition:
Horizontal: Perfekt 🟢 (Die einzig wahre Position für dieses Signal bei potenten Chassis).
Vertikal: Sehr schlecht 🔴 (Sobald Pegel ins Spiel kommt, bringt der extrem energiereiche Einzelton genau auf Fs
eine frei hängende, schwere Membran sofort zum heftigen Kippen, Taumeln und im schlimmsten Fall zum Kratzen im Luftspalt).
Beste Einbauposition & Warum:
Zwingend Horizontal an einer externen Endstufe (z. B. via LIMP).
In horizontaler Lage drückt die Schwerkraft die Membran zwar gleichmäßig nach unten (Nulllagenverschiebung),
stabilisiert sie dadurch aber gleichzeitig perfekt gegen das gefährliche Taumeln und Ausbrechen bei hohem Strom.
Die maximale Energiedichte des gestuften Sinus bricht die Haftreibung einer brettharten PA-Einspannung nacheinander bei jeder Frequenz problemlos auf.
Eignung bei üblicher Impedanzmessung:
Gut, aber unpragmatisch. Für normale Breitbandmessungen viel zu langsam.
Der einzige sinnvolle Einsatzzweck abseits von TSPs ist die hochpräzise Untersuchung einzelner, schmalbandiger Problemzonen (z. B. Resonanzen).
3. Pink PN (Periodic Pink Noise / Periodisches Rosa Rauschen)
Signalart:
Ein pseudozufälliges Rauschen, das mathematisch exakt in die FFT-Fenstergröße passt,
sich in einer perfekten Schleife wiederholt und auf allen FFT-Frequenzlinien mit -3 dB/Oktave abfällt.
Wichtig: Es wird in LIMP immer als volles Breitband-Signal generiert.
Auch wenn man im Hauptbildschirm die Cut-Frequenzen festlegt, wird lediglich die Anzeige im Diagramm abgeschnitten,
das Signal liefert aber trotzdem immer den vollen Bereich bis zur halben Abtastrate (Nyquist-Frequenz).
Vorteile:
Echtzeitmessung und sofortige, glatte Kurven ohne Leckeffekte (kein Windowing nötig).
Mechanischer Stabilisator:
Da alle Frequenzen gleichzeitig angeregt werden, wird die Membranbewegung quasi in ihrer Zentrierung "eingefroren" und das Taumeln unterdrückt.
Nachteile:
Sehr geringe Energiedichte pro Frequenz.
Die Ampleistung teilt sich gleichzeitig auf das gesamte Frequenzband auf und wird auch im ungenutzten Mittel-Hochton verpulvert (bei reiner TSP-Messung. Für vollständige Impedanzmessungen aber super).
Zudem ein hoher Crestfaktor (ca. 12 dB):
Erhöht man großzügig das Anregungssignal, um genug Energie in den Bass zu bekommen, könnten die
(Soundkarten-)Eingänge durch die unvorhersehbaren Spannungsspitzen relativ schnell an die Clipgrenze geraten,
bevor das Chassis überhaupt mechanisch ausreichend arbeitet.
Bei einem ausreichend dimensionierten System (Z.B. korrekt ausgelegte Arta-Messbox mit externem Amp und passender Soundkarte), aber kein Problem.
Für AIO-Systeme somit nur bedingt geeignet.
Chassisposition:
Vertikal: Perfekt 🟢 (Stabilisiert die hängende Pappe fehlerfrei).
Horizontal: Sehr gut bei ausreichender Signalstärke 🟢 (Mit ausreichend dimensionierter Endstufe lässt sich der Pegel trotz des hohen Crestfaktors so weit erhöhen, dass die Haftreibung gebrochen wird).
Horizontal: Schlecht bei geringem Signal 🔴 (Die minimale Energie pro Frequenz schafft es nicht gegen die Schwerkraft-Haftreibung der einsinkenden Pappe).
Beste Einbauposition & Warum:
Vertikal.
Das periodische Rauschen zentriert und beruhigt die hängende, taumelgefährdete Pappe mechanisch perfekt.
Wichtig:
Das Rauschen ist nur dann gut geeignet, wenn man über eine externe Endstufe (wie bei LIMP) ordentlich Spannung liefern kann.
Bei pegel- und stromlimitierten All-In-One-Systemen (wie dem DATS V3 über USB) hat das Signal in horizontaler Lage oft zu wenig Energie (Spannung/Strom) um den Konus aus der Haftreibung der harten Einspannung zu bekommen.
Eignung bei üblicher Impedanzmessung:
Hervorragend bei potenten Systemen.
Für die Weichenentwicklung oder Tuning-Bestimmung die Allzweckwaffe, vor allem dank Echtzeit-Ermittlung.
Weniger gut geeignet bei schwachen AIOs, da dem System für das breite Band schlicht die Power fehlt.
4. Multitone (Multiton-Signal nach IEC 60268-21)
Signalart:
Ein periodisches Signal aus diskreten Sinustönen mit konstanter Amplitude (Gleichpegel),
die künstlich "ausgedünnt" nur auf festen FFT-Frequenzbändern (im 1/24- oder 1/48-Oktaven-Raster) generiert werden.
Im Gegensatz zu Pink PN lässt sich das Multitone-Spektrum in LIMP auch im Frequenzbereich nach unten und oben hin begrenzen.
Vorteile:
Gezielter Energie-Fokus.
Da die ungenutzten Töne außerhalb deines gewählten Bereichs (z. B. von 10 bis 400 Hz) digital einfach abgeschaltet werden können,
wird die gesamte Verstärkerleistung nicht im Mittel-Hochton verschwendet, sondern konzentriert sich zu 100 % auf den für die TSPs relevanten Bassbereich.
Das liefert pro Frequenz bedeutend mehr effektive Energie (Spannung/Strom) als Pink PN und ist daher für schwächere oder
pegellimitierte Messsysteme die deutlich bessere Wahl im FFT-Betrieb.
Liefert ebenfalls schnelle Echtzeit-Ergebnisse.
Nachteile:
Sehr hoher Crest-Faktor (ca. 12 dB).
Um Clipping am Eingang durch die Amplitudenüberlagerungen zu vermeiden, muss der effektive RMS-Pegel (Durchschnittsleistung) im Messaufbau im Auge behalten werden.
Keine mathematische Klirrtrennung.
Chassisposition:
Vertikal: Gut 🟢 (Wirkt durch die Mehrton-Anregung ebenfalls stabilisierend).
Horizontal: Gut bei ausreichender Signalstärke 🟢 (Durch das echte Ausblenden des Hochtons steht mehr gezielte Energie im Bass bereit, um die Haftreibung via externer Endstufe effizienter zu überwinden als mit Pink PN).
Horizontal: Mittel bei geringem Signal 🟡 (Kämpft bei schwachen Amps mit dem Schwerkraftproblem, ist aber dank des Energie-Fokus besser geeignet als Pink PN).
Beste Einbauposition & Warum:
Vertikal.
Verhält sich durch die gleichzeitige Anregung mehrerer Töne ähnlich mechanisch stabilisierend gegen das Taumeln wie Pink PN,
bringt durch das reale Ausblenden des Hochtons aber bedeutend mehr gezielte Energie in den Bassbereich,
um die schwere Pappe vertikal sauber zu bewegen.
Eignung bei üblicher Impedanzmessung:
Nur Bedingt geeignet.
Für die reine TSP-Ermittlung im Bass durch den Frequenz-Fokus genial (gerade bei schwächeren AIO-Systemen).
Für klassische, vollständige Breitband-Messungen über das gesamte Spektrum hinweg jedoch ungeeignet,
da das Signal künstlich beschnitten ist.
5. Multisine (Multiton-Signal mit dichter Linienstruktur)
Signalart:
Ein periodisches Signal aus einer Vielzahl gleichzeitig generierter Sinustöne,
die im Gegensatz zum ausgedünnten Oktav-Raster des Multitone-Signals eine sehr dichte, meist lineare Linienstruktur aufweisen.
Wie das Multitone-Signal lässt es sich ebenfalls (oft) im Frequenzbereich einschränken.
Quasi ein Hybrid, der die dichte Linienstruktur des Sinus mit der gleichzeitigen Echtzeit-Anregung von Pink PN vereint
Vorteile:
Hervorragender Energie-Fokus im Bassbereich.
Durch das echte Abschalten aller Frequenzen außerhalb des gewählten Bereichs (z. B. starr von 20 bis 400 Hz),
konzentriert sich die komplette Leistung des Amps auf den TSP-relevanten Bereich.
Das sorgt für deutlich mehr gezielte Energie pro Frequenz im Vergleich zum breitbandigen Pink PN und liefert schnelle Echtzeit-Ergebnisse bei gleichzeitig breitbandiger Anregung.
Nachteile:
Sehr hoher Crestfaktor.
Da sich extrem viele dichte Sinustöne gleichzeitig überlagern und addieren, entstehen im Signal hohe Spannungsspitzen.
Um ein Clipping am Eingang zu vermeiden, muss der RMS-Pegel im Messaufbau relativ niedrig gehalten werden,
für schwache All-In-One-Systeme ohne externen Amp daher ebenfalls ein kritisches Signal.
Keine mathematische Klirrtrennung.
Chassisposition:
Vertikal: Gut 🟢 (Wirkt durch die gleichzeitige Mehrton-Anregung stabilisierend gegen Taumeln).
Horizontal: Gut bei ausreichender Signalstärke 🟢 (Mit potenter Endstufe lässt sich die Haftreibung durch den Bass-Fokus effizienter überwinden als mit breitbandigem Pink PN).
Horizontal: Mittel bei geringem Signal 🟡 (Bleibt bei schwachen Amps durch die Schwerkraft ebenfalls in der Haftreibung stecken).
Beste Einbauposition & Warum:
Vertikal.
Durch die gleichzeitige Anregung vieler Töne wird die frei hängende, schwere Pappe mechanisch gut zentriert und stabilisiert..
Durch das gezielte digitale Ausblenden des Mittel-Hochtons bringt es im Vergleich zu Pink PN mehr gezielte Energie in den Bassbereich, um das Chassis vertikal sauber aus der Ruhe-Nichtlinearität zu bewegen.
Eignung bei üblicher Impedanzmessung:
Mittelmäßig.
Als starker Bass-Hybrid super für schnelle Tiefton-Untersuchungen.
Für das gesamte, breite Frequenzband abseits der TSPs greift man aber auch hier im Alltagsbetrieb
lieber direkt zu Pink PN oder dem LogChirp.
Zusammenfassung: Praxisempfehlungen bezogen auf das Messsystem
• Limitiertes USB-All-In-One System (wie DATS V3 / DATS LA):
Aufgrund der stark begrenzten USB-Buspower und des schwachbrüstigen internen (Kopfhörer-)Amps fehlt diesen Systemen oftmals schlichtweg der Strom,
um harte PA-Aufhängungen in horizontaler Lage aus der Haftreibung zu bringen.
Empfehlung:
Bevorzugt die vertikale Chassisposition nutzen.
Hierbei im FFT-Modus Multitone oder Multisine wählen und den Frequenzbereich starr eingrenzen (z. B. 10 bis 400 Hz).
Dadurch filtert man den ungenutzten Mittel-Hochton digital aus.
Das senkt das Risiko von Clipping am Eingang und fokussiert die magere USB-Leistung zu 100 % als gezielte Energie im Bass.
Gleichzeitig stabilisiert die Mehrton-Anregung die frei hängende, schwere Pappe perfekt gegen das gefürchtete Taumeln.
PN Pink sollte man hier eher vermeiden, da dieses die, erst schon knappe, Leistung über die volle Bandbreite verteilt.
Wichtiger Hinweis zu DATS:
Das DATS nutzt softwareseitig starr einen schnellen Sinus-Sweep (LogChirp).
Da das Gerät hardwareseitig aber pegel- und stromlimitiert ist, verhungert dieser Sweep in horizontaler Lage komplett in der mechanischen Haftreibung der harten PA-Einspannung.
Da DATS (soweit mir bekannt, zum aktuellen Zeitpunkt) keine anderen Signale (wie Multitone) anbietet,
hilft hier als einziger Praxistipp nur das Ausweichen auf die vertikale Chassisposition,
um die Schwerkraft-Fehlstellung zu eliminieren und das Chassis zumindest im reinen Kleinsignal zu erfassen.
Wer im FFT-Betrieb flexibel sein will, muss auf offene Software wie LIMP ausweichen.
• Mit potenterem oder Profi-All-In-One System (wie Clio Pocket):
Professionellere USB-Systeme wie das Clio Pocket nutzen intern hochtransformierte Spannungen (liefern bis zu ~2,9 V RMS)
und verhalten sich wie vollwertige kleine Messverstärker.
Hier ist der LogChirp (Sweep) in horizontaler Lage die beste Wahl:
Dank der massiven Ausgangsspannung bricht der Chirp im Bass die Haftreibung der harten PA-Einspannung problemlos auf,
während die mathematische Klirrtrennung der FFT-Berechnung entstehende Verzerrungen sauber aus der Impedanzkurve herausrechnet.
• Mit externer Messbox und ausreichend dimensionierter Endstufe (wie ARTA/LIMP):
Hier hat man die absolute Freiheit, weil das System ausreichend dimensioniert ist und genug Spannung/Strom liefert,
um die mechanischen Nichtlinearitäten potenter, vor allem extrem hart eingespannter PA-Chassis komplett aufzubrechen.
- Für die saubere Kleinsignal-Messung (nach R. Small):
Wählt man am besten die vertikale Position in Kombination mit PN Pink.
Durch den externen Amp kann man den Pegel trotz des hohen Crest-Faktors (~12 dB) so weit nach oben regeln,
dass die Pappe sauber arbeitet, während das periodische Rauschen gleichzeitig das Taumeln der Membran mechanisch einwandfrei unterdrückt.
- Für Messungen mit praxisnäherem Pegel (Haftreibung brechen):
Wählt man vorzugsweise die horizontale Position in Kombination mit Stepped Sine.
Dank des geringen Crestfaktors (3dB) des gestuften Sinus haben wir bei jeder Frequenz eine maximaler Energiedichte,
so bricht man jede Haftreibung mühelos auf, während die horizontale Lage ein mechanisches Ausbrechen oder Kippen des Chassis bei hohem Strom verhindert.
- Alternativ für Messungen mit höherem, praxisnahem Pegel (FFT-Betrieb):
Kann man auch die vertikale Position in Kombination mit PN Pink (oder Multitone/Multisine) wählen,
braucht hierfür aber ausreichend starkes Signal.
Der große Vorteil:
Die Pappe verlässt die starre Nulllage und arbeitet in einem praxisnahen Hub-Bereich.
Gleichzeitig sorgt die breitbandige Rauschanregung als mechanischer Stabilisator dafür,
dass die schwere Membran trotz der heftigen Auslenkung in dieser Position sehr gut zentriert bleibt.
Mich interessieren eure Praxiserfahrungen zu dem Thema, vor allem wenn ihr im Pro-Audio-Bereich unterwegs seid.
• Welches Signal nutzt ihr primär für eure TSP-Ermittlungen und in welcher Einbaulage?
• Nutzt ihr das Gleiche oder ein anderes für reine Impedanzmessungen?
• Wo und bei welchen Chassis seid ihr mit euren Messsystemen schon an Grenzen gestoßen?
• Fehlen hier Signalarten, wenn ja welche und wieso?
Lasst uns hier gerne mal Erfahrungen und Fragen austauschen
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