Messgeräte-Museum Im Lauf der Zeit habe ich einige Messgeräte angeschafft, die ich auch heute noch für Meilensteine der technischen Entwicklung halte. Diese möchte ich hier vorstellen. Die Geräte stehen nicht zum Verkauf. Philips/Fluke PM 97 ScopeMeter Im Jahr 1991 kam diese Kombination aus Multimeter und Oszilloskop auf den Markt. Die Mikroprozessor-Technologie war schon recht etabliert, und es gab einige brauchbare Digital-Oszilloskope, wenn sie auch vergleichsweise teuer waren. Fluke baute mit die renommiertesten Digital-Multimeter und hatte viel Erfahrung, um ein Messgerät feldtauglich zu machen, nur hatten diese Geräte noch keine Signalform-Anzeige; hier konnte Philips sein Know-How beisteuern. Kurz, ein derart kompaktes, robustes und qualitativ hochwertiges Messgerät hatte es bislang noch nicht gegeben. Gute Oszilloskope hatten immer schon jede Menge Drehknöpfe und Drucktasten, die man für eine Messaufgabe genau passend einstellen musste, was bei komplexen Signalen zeitraubend und nicht immer ganz einfach war. Da kam es sehr gelegen, dass dieses Gerät durch die AUTO SET-Taste die Möglichkeit bietet, eine »vernünftige« Ersteinstellung zu einem Messsignal vorzunehmen, die man dann nach Bedarf feinjustieren kann. Die Bedienung eines Oszilloskops mit Tipptasten, wie man sie von Taschenrechnern kannte, war zunächst allerdings gewöhnungsbedürftig, denn der Umstieg vom direkten Drehen eines Drehschalters mit nur einer Funktion hin zum Anwählen eines Parameters über Funktionstaste und Menüauswahl mit anschließender Einstellung über Up/Down-Tasten fällt gar nicht so leicht. Aber das PM 97 bietet noch eine weitere komfortable Funktion: Hat man einen falschen Bedienschritt gewählt und sich »verfranzt«, kann man über die UNDO-Taste direkt den vorherigen Zustand wieder herstellen, und das für mehrere Schritte. Bei einem Gerät mit derartiger Funktionsvielfalt ist eine solche Möglichkeit fast überlebensnotwendig. Die nachfolgende ScopeMeter-Baureihe wies dieses Merkmal dann leider nicht mehr auf. Das PM 97 als Flaggschiff der ersten ScopeMeter-Generation verfügt zusätzlich über weitere Besonderheiten: Man kann zehn Voreinstellungen für Parameter der Bedienoberfläche wie Betriebsart Oszilloskop oder Multimeter, Anzeige und Formatierung der Messdaten, Zeitbasis-Einstellungen usw. abspeichern und wieder abrufen, um häufig wiederkehrende Messaufgaben effizienter zu bewerkstelligen. Außerdem gibt es noch einen Signalgenerator, mit dem man Verstärker oder Audio-Kabelverbindungen schnell »durchklingeln« kann, und einen Bauelemente-Tester. Eine serielle Schnittstelle zur Datenübertragung an Drucker oder Computersoftware ist ebenfalls vorhanden. Einige Wermutstropfen gibt es dennoch. Obwohl es als »Multimeter« gehandelt wurde, bietet dieses Gerät keine direkte Möglichkeit zur Messung von Strömen. Dies ist nur mittels einer Stromzange möglich, und auch nur in höheren Strombereichen. Das LC-Display ist im PM 97 zwar beleuchtet, kann aber in seiner Leuchtstärke nicht mit den heute üblichen Anzeigen mithalten. Bei ausreichender Umgebungshelligkeit ist die Anzeige jedoch sehr gut ablesbar. Die Stromversorgung erfolgt über ein Netzgerät oder vier Babyzellen (Batterien oder Akkus). Mit den heutigen NiMH-Akkus ist die Betriebszeit auch wesentlich länger gegenüber den seinerzeit gebräuchlichen NiCd-Akkus. Die nach dem Ausschalten gespeicherten Einstellungen und Daten werden jedoch nicht mit einer Stützbatterie gesichert, daher ist immer auf ausreichende Stromzufuhr durch die Batterien oder Akkus zu achten. Der Prospekt zur ScopeMeter-Reihe PM 93/95/97 (PDF-Dokument 5,5 MB) kann hier herunter geladen werden. AND AD-3527 FFT-Analyzer Die grafische Darstellung von Tonsignal-Spektren hat mich seit jeher fasziniert. Sie ist unerlässlich für die Bewertung tontechnischer Geräte wie Mikrofon oder Lautsprecher, aber auch für die Bewertung des akustischen Verhaltens eines Raumes, für die Beurteilung der Ausgewogenheit einer Tonmischung oder für die Beurteilung der Abnutzung einer Maschine. In der vor-digitalen Ära musste man sich für das Vermessen eines Frequenzverlaufes (sog. Frequenzgang) mit einem Pegelschreiber behelfen, wie denen von Brüel & Kjaer oder Neutrik, auf die ich später noch eingehen werde. Für die unmittelbare Darstellung eines Tonfrequenzspektrums verwendete man Filterbänke, die möglichst schmalbandig ausgelegt waren, und bildete die Ausgangspegel über nebeneinander angeordnete Leuchtdiodenketten oder Plasma-Matrixdisplays ab. So waren diese Geräte immer relativ voluminös und benötigten viel Energie. Es gab sie von Brüel & Kjaer, von Nakamichi und einigen weniger bekannten Herstellern. Erst die Beherrschung der Fast Fourier Transformation und damit der FFT-Analyse, die es schon seit den 1960er Jahren gab, durch Mikroprozessoren machte die Entwicklung kompakter Spektralanalysatoren möglich. AND war ein renommierter japanischer Hersteller von solchen Geräten, der im Jahr 1990 auch ein portables Gerät anbieten wollte. Es wurde jedoch kein eigenes Gerät entwickelt, sondern der SA-77  von Rion, einem weiteren japanischen Hersteller akustischer Messgeräte, übernommen und nur äußerlich geringfügig anders gestaltet. Die Qualität eines solchen Messgerätes ist zu beschreiben über die Signaldynamik, also den darstellbaren Pegelbereich, über die Linienanzahl, also die spektrale Auflösung, und über die Echtzeit-Bandbreite, also den unmittelbar darstellbaren Frequenzumfang. Der AD-3527 kann bei 72 dB Dynamik maximal 800 Linien mit einer Echtzeit-Bandbreite von 1000 Hz darstellen. Das klingt nicht spektakulär, ist aber vollkommen ausreichend, wenn man bedenkt, dass das LC-Display ohnehin nur 100 Linien abbilden kann. In der Praxis kann man mit dem AD-3527 spektrale Messungen von DC bis 50 kHz machen, also mit einem geeigneten Mikrofon von Infraschall mit wenigen Hz bis Ultraschall jenseits von 20 kHz alles beurteilen, was ein Ohr hören bzw. ein Mensch fühlen kann. Man kann vier Voreinstellungen für Parameter der Bedienoberfläche abspeichern, um häufig verwendete Messaufgaben schnell durchzuführen. Auf mehreren Speicherplätzen lassen sich erfasste Diagramme abspeichern. Die Bedienung erfolgt über robuste und gut tastbare Folientasten. Über eine serielle Schnittstelle sind Fernsteuerung und Datenübernahme möglich. In dem Gerät kommen neben den Rechenprozessoren viele Standard-Bauelemente, wie Operationsverstärker und Logikbausteine, zum Einsatz. Trotzdem ist es sehr kompakt gebaut und vergleichsweise sparsam im Stromverbrauch. Ein Batteriesatz benötigt acht Mignonzellen (Batterien oder Akkus), wobei der Betrieb mit den heutigen NiMH-Akkus einen enormen Fortschritt in der erzielbaren Betriebszeit bedeutet. Der AD-3527 kann aber auch über ein Netzgerät betrieben werden. Eine Stützbatterie hält die eingestellten Parameter und Datenwerte für mehrere Jahre gesichert. Das rechts abgebildete Messmikrofon ist ein Eigenbau, bestehend aus einem Elektret-Mikrofon Beyer MCE-5  und einem ausgemusterten Sondengehäuse. Dieses Mikrofon hat annähernd 1/4"-Durchmesser und kann Tonsignale von unter 1 Hz bis weit über 40 kHz mit guter Linearität übertragen. Der Preis betrug einen Bruchteil dessen für ein »amtliches« Messmikrofon. Das Datenblatt zum AND AD-3527 FFT-Analyzer (PDF-Dokument 1,3 MB) kann hier herunter geladen werden. Metrix MX 500 Digital-Multimeter Das MX 500 begleitet mich nun schon seit 1978. Bis heute hat dieses Multimeter nichts von seiner Genauigkeit eingebüßt. Lediglich das LC-Display musste nach ca. 20 Jahren wegen Eintrübung erneuert werden. Multimeter waren bis weit in die 1970er Jahre als »Zappelmaxe« bekannt. Diese analogen Messgeräte hatten ein Drehspul-Anzeigeinstrument mit vielen Skalen für alle möglichen Strom-, Spannungs- und Widerstands-Messbereiche. Sie waren beliebig unpräzise, was die genaue Einstellung von elektronischen Schaltungen ziemlich erschwerte. Die Erfindung der Digital-Multimeter war da ein echter Segen, obwohl es mit der Genauigkeit der ersten Geräte auch nicht weit her war. Die Displays waren in der Regel 3-1/2-stellig, was bedeutet, dass drei volle Stellen und eine führende 1 zur Verfügung stehen, so dass als höchster Messwert 1.999 darstellbar ist; danach muss in einen höheren Bereich geschaltet werden, womit dann 19.99, 199.9 oder 1999 angezeigt werden. Zunächst waren diese Anzeigen als LED-Ziffern mit sieben Segmenten je voller Stelle ausgeführt und benötigten daher sehr viel Strom. Die LC-Displays (Flüssigkristall-Anzeigen) waren dagegen äußerst stromsparend und damit für mobile Einsätze tauglich. Allerdings waren LC-Displays meistens nicht sehr groß und aus diesem Grund nicht gut ablesbar. Das MX 500 bot nun erstmals eine wirklich gut ablesbare Anzeige. Der Betrieb mit zwei 9 V-Batterien, die eine lange Betriebszeit ermöglichen, ist sehr kostengünstig und praktisch. Die Einknopf-Bereichsumschaltung macht falsche Bereichswahl und damit falsche Ablesung fast unmöglich. Die Widerstandsmessung ist präzise, und die Anordnung der Anschlussbuchsen erlaubt in Verbindung mit geeigneten Halteklemmen die schnelle Ausmessung unbekannter bedrahteter Bauteile (siehe Abbildung rechts), denn Widerstandswerte sind durch Farbringe codiert, und das schnelle und zuverlässige Ablesen gerade bei Präzisionswiderständen der E96-Reihe kann recht ermüdend sein. Das Datenblatt zum Metrix MX 500 Digital-Multimeter (PDF-Dokument 2,2 MB) kann hier herunter geladen werden. Neutrik Audiograph 3300 System Ein Vorläufer dieses Messsystems war der Audio Tracer 3201 von Neutrik (Bild rechts), ein kompaktes kleines Pegelmessgerät, das auf Rollen-Thermopapier Frequenzgänge schreiben konnte; seine Einsatzmöglichkeiten waren aber recht eingeschränkt. Daher wurde das Audiograph 3300 System von der Fachwelt mit Begeisterung aufgenommen, weil es eine preisgünstige Alternative zu den erheblich teureren Produkten von Brüel & Kjaer darstellte. Das System ist modular aufgebaut. Die einfachste Konstellation besteht aus dem Mainframe 3302 und dem Eingangsmodul 3312. Damit können bereits einfache Pegelschriebe auf Rollenpapier vorgenommen werden, was aber nicht viel Sinn ergibt. Erweitert um das Ausgangsmodul 3322 ist es möglich, Frequenzgänge vollautomatisch auf spezielle passend zum Tonsignalgenerator logarithmisch skalierte Diagrammkarten zu schreiben. So lassen sich Audio-Messungen von Verstärkern, Filterstufen oder Übertragungsstrecken im Frequenzbereich zwischen 20 Hz und 40 kHz vornehmen. Im Bereich der Akustik sind mit einem Messmikrofon Pegelmessungen von Lautsprecheranlagen, Mikrofonen und Raum-Verhaltensweisen oder auch Messungen der Nachhallzeit möglich. Die Frequenz des Sinus-Generators kann kontinuierlich oder gestuft in 1/3-Oktaven verändert werden. Dazu kann das Signal um einen bestimmten Betrag »gewobbelt«, d. h. frequenzmoduliert werden, um bei akustischen Messungen stehende Wellen zu vermeiden. Zwei spezielle Module erweitern die Einsatzmöglichkeiten zusätzlich. Das Tracking Receive Filter 3314 begrenzt als Mitlauffilter das Signal des Eingangsmoduls synchron zur jeweiligen Frequenz des Ausgangsmoduls auf einen bestimmten Frequenzbereich, um wirklich nur den Pegel des entsprechenden Frequenzbandes zu erfassen. Gibt man als Testsignal – z. B. von einer Test-CD – ein breitbandiges rosa Rauschen oder ein sog. Multitonsignal vor, kann man mit dem Mitlauffilter den Frequenzbereich »abtasten« und so beispielsweise die Einstellung eines Equalizers zusammen mit einer Lautsprecheranlage prüfen oder harmonische Verzerrungen darstellen. Das Synchronmodul 3360 schließlich bietet die Möglichkeit zum verzögerten Start des Pegelschreibers, um zeitversetzte Hinterband-Frequenzmessungen am Wiedergabekopf einer Tonbandmaschine oder an einem anderen Laufzeitglied (z. B. einem Digital Delay) vorzunehmen. Es gab noch weitere zusätzliche Module, die aber für allgemeine Audio-Messungen wenig Nutzen gemessen am Preis erbrachten. Zudem wurde mit jedem Modul die Breite des gesamten Gerätes unhandlicher. Die damals noch relativ junge Schweizer Firma Neutrik war als Hersteller ein Garant für die Präzision und Langlebigkeit dieses Messgerätes. Später wurden alle hier beschriebenen Module bis auf das Mainframe durch das Modul Audio Analyzer 3337 (Bild rechts) in digitaler Technik ersetzt. Mit diesem waren neben den bereits genannten Messungen auch unmittelbar solche von harmonischen Verzerrungen möglich. Mit dem Einzug des Personal Computers hat sich jedoch schon bald darauf die Audio-Messtechnik vollständig revolutioniert. Eines der ersten und renommiertesten Messsysteme war das System One von Audio Precision, ein Gerät mit Tongenerator und Eingangsteil, das direkt an einen PC anzuschließen war. Die Aufzeichnung und Verarbeitung der Pegelmessungen erfolgte damit vollständig digital, und das Ergebnis wurde mit einem Drucker ausgedruckt. Mit dem Audiograph erzeugte Pegelschriebe werden hier gezeigt. Bildmaterial Audio Tracer 3201/Audio Analyzer 3337: Schalltechnik Süd General Radio 1933 Sound Level Meter & Analyzer Zugegeben: Dieses Gerät verdient keinen Preis für Schönheit. Aber man darf nicht vergessen, dass dieses Schallpegel-Messgerät im Jahr 1973 in einer Zeit gebaut wurde, in der Robustheit vor Design ging und in der Kunststoffe vorzugsweise zur elektrischen Isolation verwendet wurden. Trotz seiner klobigen Bauweise ist das Gerät durchaus praxistauglich gebaut und weist einige mechanische und elektronische Besonderheiten auf. Das Messgerät besteht aus einem Bakelit-Rahmen, an dem alle Bau- und Bedienelemente befestigt sind. Vorne und hinten decken zwei U-förmige Metallschalen das Innere ab. Links an der vorderen Schale ist ein seinerzeit handelsüblicher Gerätegriff angebracht, der die sichere Umklammerung mit einer Hand ermöglichen soll. Rechts sind zwei grobmotorisch geeignete Drehknöpfe; der obere dient zur Einstellung der Filterung, der untere zur Auswahl des Pegelbereichs. Direkt zugeordnet dazu sind die Anzeigen auf der Vorderseite: Oben ein Sichtfenster, in dem das eingestellte Filter angezeigt wird; »Weighting« steht für Gewichtung mit A-, B- oder C-Ohrkurvenfilter oder lineare Messung, andernfalls wird die gewählte Oktavfilterfrequenz angezeigt. Darunter ist eine Tastengruppe, deren linker Bereich die gewichtete Filterung umschaltet, dann folgt ein Batterietest, die Umschaltung des Zeigerverhaltens (träge, flink oder Impuls) und der Ein/Aus-Schalter. Unten ist die lineare Pegelanzeige mit 20 dB Umfang, dazu eine Übersteuerungsanzeige. Der geltende Pegelbereich wird in den Sichtfenstern über den langen Zehnerstrichen angegeben. Die Verstärkungsumschaltung erfolgt derart, dass keine Verfälschung des Messergebnisses durch Übersteuerung auftreten kann und dennoch der Abstand zum Grundrauschen möglichst groß bleibt. Eine weitere Besonderheit ist die Kopplung der Umschaltung an den verwendeten Mikrofontyp hinsichtlich des größten damit möglichen Schallpegels. Unten am Gerät ist das Batteriefach für vier Babyzellen. Oben ist unter einem Klappdeckel das Messmikrofon, das auf einer ausziehbaren Teleskopstange an einem Schwenkkopf befestigt ist. Auf diesen wird zuerst der Vorverstärker aufgesteckt, auf den dann die Mikrofonkapsel geschraubt wird. Zur Auswahl stehen eine 1“- und eine 1/2“-Elektret-Kondensatorkapsel; alternativ waren auch keramische Mikrofone gleichen Durchmessers erhältlich. Jeder Kapseltyp kann separat kalibriert werden, daneben kann noch auf den Betrieb über Eingangsbuchse (anstelle des Mikrofonverstärkers) umgeschaltet werden. Zur Messung des Schallpegels ist die Teleskopstange herauszuziehen und das Mikrofon anzubringen bzw. hochzuklappen. Vor der Messung sollte man mit einem Kalibrator, der auf das Mikrofon aufgesetzt wird, die Kalibrierung des Messgeräts prüfen und ggf. justieren. Der Klappdeckel sollte dann geschlossen und das Mikrofonteil leicht schräg gestellt werden, dann kann die Messung beginnen. Die Messwerte sind von Hand zu notieren, in Verbindung mit einer Skizze und Beschreibung der Messbedingungen. Es sind noch keine programmgesteuerten Mittelungen (z. B. Dauerschallpegel Leq) möglich, wie die heutigen Messnormen sie vorschreiben; hier wird nur der momentane Schallpegel gemessen. Zu beachten ist die richtige Wahl der Mikrofonkapsel: Das 1“-Mikrofon hat ein niedrigeres Grundrauschen, aber auch einen eingeschränkten Frequenzbereich bis ca. 12 kHz; die größere Membranfläche hat auch größeren Einfluss auf das Schallfeld. Das 1/2“-Mikrofon kann Signale bis 20 kHz messen, dafür rauscht es bei niedrigen Schallpegeln etwas stärker. Außerdem gibt es noch Freifeld- und Diffusfeld-entzerrte Typen, aber das würde den Rahmen dieser Beschreibung sprengen. Konstruktiv weist das Gerät einige Besonderheiten auf. Wenn die Abdeckung entfernt ist, kann die äußere Leiterplatte herausgeklappt werden, so dass das Gerät auch geöffnet betriebsbereit bleibt. Hierbei findet eine flexible Leiterfolie Verwendung, was damals noch nicht sehr verbreitet war. Im Inneren der Teleskopstange sorgt ein Spiralkabel dafür, dass auch oftmaliges Ausziehen und Zusammenschieben sich nicht nachteilig auf die Kabelverbindungen auswirkt. Der obere Klappdeckel schützt das eingeschobene Mikrofon vor mechanischer Beschädigung. Die Umschaltung von Pegelbereich und Filterung erfolgt auch nach 40 Jahren noch sehr zuverlässig und störungsfrei. Kalibratoren kosten bei den bekannten Herstellern von Schallpegel-Messgeräten in der Regel ein kleines Vermögen. Ich hatte das Glück, mit dem Simpson 890 Sound Level Calibrator (Bild rechts) ein qualitativ hochwertiges und preiswertes Gerät zu erwerben, das unmittelbar für 1"-Mikrofone geeignet ist. Für die Anpassung an kleinere Mikrofonkapseln benötigt man Reduzierstücke, die separat zu beschaffen sind. Diese werden bis zur gewünschten Größe ineinander und auf den Kalibrator gesteckt, und sie dienen neben der Größenanpassung und akustischen Abdichtung auch zur Bereitstellung des zur Kalibrierung erforderlichen korrekten Luftvolumens. Der Kalibrator gibt einen Schalldruckpegel von 114 dB ab, auf den das Messgerät einzustellen ist. Der Katalogauszug zum General Radio 1933 Sound Level Meter (PDF-Dokument 5,1 MB) kann hier herunter geladen werden. zur Startseite Besucher seit 10.08.2003