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Uncertainties of Measurements in Room Acoustics

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The influence of several sources of error on room acoustical measurements have been investigated in a collaboration between the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig, Germany and the Norges Tekniske Høgskole (NTH) in Trondheim, Norway. The measurement method is the technique using maximum-length sequences (MLS). At first, basic impulse response measurements of a one-third octave band filter and of a loudspeaker using quite different MLS-systems are compared and the differences in the results proved to be negligible. Then algorithms for the determination of room acoustical parameters are introduced and the possible influences on the results are discussed. Finally, intercomparison measurements of room acoustical parameters are described, which were performed in the PTB auditorium by participants from seven institutes all using their own equipment.

The algorithms for the determination of room acoustical parameters used by different analyzers introduce systematic differences caused by differences in time-windowing and filtering, in reverse-time integration and in noise compensation. The overall standard deviations of the room acoustical parameters measured in the PTB auditorium by the different teams are about 5 to 10% for T 30, EDT (Early Decay Time) D (Definition) and TS (Centre Time), and approximately 0.5 dB for C (Clarity) and G (Strength), all measured in the 1 and 4 kHz octave bands. Larger uncertainties were found in the 125 Hz octave band, and for the parameter LF (Lateral Fraction) in all frequency bands.

The results of this investigation show that if measurements of room acoustical parameters are performed according to ISO/DIS 3382, the overall uncertainty is of the same magnitude or a little higher than subjectively perceivable changes in these parameters. However, the draft standard allows various procedures to be applied in the processing of impulse responses. To reduce the overall uncertainty the standard should, in future revisions, be more specific in this respect. This also applies to the specifications of the omnidirectional source.

Zusammenfassung

In Zusammenarbeit zwischen der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig und der Norges Tekniske Høgskole (NTH) in Trondheim, Norwegen, wurden verschiedene Fehlerquellen bei raumakustischen Messungen untersucht. Die Meßtechnik basiert auf der Maximalfolgenmethode (MLS). Zunächst werden grundlegende Messungen von Impulsantworten eines Terzfilters und eines Lautsprechers mit unterschiedlichen Meßsystemen verglichen. Die Differenzen in den Ergebnissen stellen sich als vernachlässigbar heraus. Dann werden Algorithmen zur Berechnung raumakustischer Parameter eingeführt und mögliche Einflüsse auf die Ergebnisse untersucht. Schließlich werden Vergleichsmessungen raumakustischer Parameter im Hörsaal der PTB beschrieben, die von 7 Instituten mit jeweils eigenen Meßapparaturen durchgeführt wurden.

Die Algorithmen zur Ermittlung raumakustischer Parameter ziehen systematische Unterschiede durch verschiedenartige Fensterung, Filterung, Rückwärtsintegration und Geräuschkompensation nach sich. Die gesamte Standardabweichung der raumakustischen Parameter im Hörsaal der PTB bei Messungen verschiedener Teams beträgt etwa 5 bis 10% für T 30, EDT (Early Decay Time)D (Deutlichkeit) und TS (Schwerpunktszeit) und um 0,5 dB für C (Klarheitsmaß) und G (Stärkemaß) im Frequenzbereich 1 und 4 kHz. Bei 125 Hz und für den Parameter LF (Seitenschallgrad) wurden größere Abweichungen gefunden.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, daß Messungen raumakustischer Parameter nach der Norm ISO/DIS 3382 mit einer Meßunsicherheit in gleicher Grö ßenordnung oder etwas großer als die subjektiv empfundenen Unterschiede dieser Parameter durchgeführt werden können. Die Norm erlaubt jedoch mehrere Möglichkeiten in der Verarbeitung von Impulsantworten. Um die Gesamt-Meßunsicherheit zu verringern, sollte die Norm in zukünftigen Überarbeitungen genauere Festlegungen enthalten. Dies gilt ebenso für die Spezifikationen ungerichteter Schallquellen.

Sommaire

Dans le cadre d'une coopération entre le Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) de Brunswick en Allemagne et le Norges Tekniske Høgskole (NTH) de Trondheim en Norvège, on a examiné l'influence de diverses sources d'erreurs sur les mesures acoustiques dans une salle, à l'aide de la technique des séquences maximales (MLS). Tout d'abord, nous avons mesuré les réponses impulsionnelles d'un filtre passebande d'un tiers d'octave et d'un haut-parleur, à l'aide de systèmes MLS fort différents, mais la comparaison des résultats ne fait apparaître que des différences négligeables. On a ensuite introduit des algorithmes de determination des paramèters acoustiques d'une salle en vue d'en évaluer l'influence possible sur les résultats. Enfin, des mesures comparatives des paramètres acoustiques ont été faites, dans l'auditorium du PTB, par des cooperants de sept instituts qui chacun utilisait son propre équipement.

L'utilisation d'algorithmes différents, pour la détermination des paramètres acoustiques, introduit des différences systématiques dues à des différences de troncature temporelle et de filtrage dans l'intégration temporelle inversée et dans la compensation de bruit. Les ecarts types globaux des measures faites sur les parametres acoustiques de l'auditorium du PTB par les différentes équipes sont de l'ordre de 5 à 10% pour les paramètres T30, EDT (temps de décroissance initial)D (définition) et TS (temps central), et d' à peu près 0,5 dB pour C (clarté) et G (puissance), ces grandeurs étant mesurées en bandes d'octave à 1 et 4 kHz. Les incertitudes sont plus grandes dans la bande d'octave de 125 Hz, et pour le paramèter LF (fraction latérale) elles le sont dans toutes les bandes de fréquences. Les résultats de cette étude montrent que, si l'on procède à des mesures acoustiques selon la norme ISO/DIS 3382, l'incertitude globale est de l'ordre de grandeur des variations perceptibles des paramètres, ou légèrement supérieure. Le norme permet certes l'application de diverses procédures de traitement des réponses impulsionnelles, mais dans les futures version il serait bon qu'elle soit plus précise sur ce point si l'on veut reduire l'incertitude globale. Ceci est vrai egalement pour les spécifications de la source omnidirectionnelle.
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Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 1995

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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