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FFT bei tiefen Frequenzen
Laermograph #1
Mitglied seit 11/2016 · 2 Beiträge
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Betreff: FFT bei tiefen Frequenzen
Hallo zusammen,

ich bin neu hier im Forum und hoffe, dass jemand mir zu meinem Problem Ratschläge geben kann.
Mit Audacity habe ich schon Erfahrungen durch Musikaufnahmen, die hier beschriebenen Messungen sind für mich allerdings relativ neu.

Ich messe Gewerbelärm, der von einer Kühlanlage herrührt und ebenfalls Lärm von LKW auf einem benachbarten Gewerbe-Grundstück.
Bauordnungsamt und Gewerbeaufsichtsamt messen keinen unzulässigen Lärm, sind auf der Seite des Betriebes. - Tatsache ist aber,
dass eindeutig Lärm im tieffrequenten Bereich, also unter 100 Hz, die Nächte unerträglich machen. - Also muss ich selbst messen.

Messvorrichtung.
1. Schallpegelmesser, um die Höhe der Pegel zu messen
2. Notebook mit USB-Mikrofon, 1 Zoll, linear 20 - 16000 Hz für die Zuordnung der Schallpegel zu Ereignissen und Frequenzanalysen.
Beide Messungen finden zeitsynchron statt.

Audacity-Einstellungen:
Projektfrequenz 8000 Hz >> habe ich niedrig gewählt wegen der niedrigen zu messenden Frequenzen.
Sampleformat 24 Bit
dB-Bereich > -60 dB ( Dynamikvon 10-bit-Samples)
FFT: Hanning-Fenster
Logarithmische X-Achse

Größe: Diverse ****
**** und hier beginnt meine Ratlosigkeit. Ich bekomme, je nach Auflösung, unterschiedliche Pegel angezeigt und frage mich nach dem Grund.
Um Einzeltöne nachzuweisen muss ich ja eine genügend hohe Auflösung wählen.

Sind meine Einstellungen für meinen Zweck in Ordnung, oder sollte man sie optimieren ?
Wie kann ich die Frequenzachse anders skalieren ?

Ich würde mich freuen, wenn mir jemand auf den richtigen Weg helfen würde.
Dieser Beitrag wurde am 19.11.2016, 20:18 von Laermograph verändert.
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Uli Nobbe #2
Benutzertitel: Sprecher
Mitglied seit 03/2012 · 1300 Beiträge · Wohnort: Frankfurt am Main
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Gleich vorneweg: Den Kern Deiner Detailfragen werde ich Dir nicht beantworten können, weil die Frequenzanalyse nicht meine Baustelle ist.
Allerdings weist die von Dir gewählte Methodik und Argumentation ein paar Schwachstellen auf, die Dein Vorhaben per se torpedieren könnten. Wäre doch schade um die ganze Arbeit.

Ich kann in dem Bereich mitreden, weil ich sowohl
  • mit Messungen zum Schutz des Publikums auf Veranstaltungen (DIN 15905 Teil 5) befasst bin - blöderweise ist es in aller Regel das Publikum, das es lauter haben will; eine Folge der Unzulänglichkeit unseres Hörsinns
und
  • auf Beschwerden von Anwohnern reagieren muss, die glauben, das Ordnungsamt alarmieren zu müssen, ohne die TA Lärm (sechste Verwaltungsvorschrift zum BImschG) und die daraus resultierenden Messverfahren zu kennen.

Genau hier liegt das Problem - und leider auch Deins.

Zitat von Laermograph:
Mit Audacity habe ich schon Erfahrungen durch Musikaufnahmen, die hier beschriebenen Messungen sind für mich allerdings relativ neu.
So leid es mir tut, aber Audacity ist wahrlich nicht das geeignete Programm für solche Analysen, wie Du sie bräuchtest. Natürlich kann man in der Aufnahme einen Teil markieren und sich anzeigen lassen, welche Frequenz im gewählten Abschnitt wie stark vertreten ist, aber was sagt das für Dein Vorhaben aus? Im Grunde erst mal nichts.

Zitat von Laermograph:
Bauordnungsamt und Gewerbeaufsichtsamt messen keinen unzulässigen Lärm, sind auf der Seite des Betriebes.
Wenn Du mit dieser pauschalen Unterstellung an die Ordnungsbehörden herantrittst und so zur Gegenmessung ausholst, hast Du schon verloren. Sie stehen auf der Seite der geltenden Vorschriften, und wenn diese keine eindeutigen Verstöße aufzeigen, können sie Deiner Beschwerde nicht entsprechen.

Ich merke das selber: Es gibt sehr viele Ereignisse, die ich als "Lärm" charakterisieren würde und die aus dem allgemeinen "Grundrauschen des Lebens" hervorstechen - aber sie sind, jedenfalls nicht messbar, kein Lärm im Sinne des Gesetzes und damit keine Immission im beanstandungswürdigen Rahmen.
Deswegen stehe ich aber noch lange nicht auf der Seite des Emittenten.

Zitat von Laermograph:
Tatsache ist aber, dass eindeutig Lärm im tieffrequenten Bereich, also unter 100 Hz, die Nächte unerträglich machen.
Unbestritten. Da reagieren Menschen unterschiedlich darauf und Du offenbar besonders sensibel. Ich vielleicht auch, aber eben nicht so stark.
Siehe hierzu auch https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/…
(älter, aber in der Kernaussage sehr wichtig für die passende Argumentation)

Sicher hast Du Dich in die Problematik intensiv eingelesen und weißt daher auch, an welchem Messpunkt tieffrequenter Schall am ehesten aufzunehmen ist. Systembedingt ist er allerdings auch sehr schwer zu verorten - soll heißen: Selbst wenn bei Dir tieffrequenter Schall in hinreichender Quantität und auch Qualität nachweisbar ist, kann er nicht so einfach einem bestimmten Emittenten zugeordnet werden. Es sei denn, es gäbe nur einen; Du aber hast schon gleich zwei genannt.

Zitat von Laermograph:
1. Schallpegelmesser, um die Höhe der Pegel zu messen
Eieiei.... kannst Du den auf ein Frequenzspektrum eingrenzen oder ist das ein Breitbandmessgerät? Wie protokolliert der was?
Misst Du dB (A) oder dB (C)?

Zitat von Laermograph:
2. Notebook mit USB-Mikrofon, 1 Zoll, linear 20 - 16000 Hz für die Zuordnung der Schallpegel zu Ereignissen und Frequenzanalysen.
Ups... kannst Du mir mal einen Link auf das Mikrofon geben (Nein, bitte KEIN Amazon, sondern ein amtliches technisches Datenblatt!)?

Diese Aussagen will ich nicht so ganz glauben. USB-Mikrofon, nun denn, Großmembraner UND linear?  8-(
Klare Ansage: Glaube ich so einfach erst mal nicht. Zumal das, bei dieser Kategorie, in aller Regel auch noch die Richtcharakteristik Niere sein dürfte. Bis 16 kHz, also wahrscheinlich eher eins der günstigeren Modelle. Damit willst Du Messprotokolle schreiben? Kriegst Du in einem Streitfall niemals durch, wetten?
An Deiner Stelle hätte ich einen extrem hochwertigen Kleinkondensator in Kugelcharakteristik = Messmikrofon verwendet. Die gibt's bloß nicht in USB und das passende Interface sollte auch nicht gerade ein minderwertiges sein.

Apropos wertig: Ich tippe auch, dass das Mikrofon ein nicht unerhebliches Grundrauschen mitbringt und sich das in der Frequenzanalyse entsprechend niederschlägt. Ob da zu erwarten ist, dass der tieffrequente Schall hervorsticht?
Du merkst hoffentlich, wie wichtig gerade bei solchen Messungen die Qualität des Mikrofons sein muss?

Zitat von Laermograph:
Projektfrequenz 8000 Hz >> habe ich niedrig gewählt wegen der niedrigen zu messenden Frequenzen.
Hier machst Du einen Denkfehler, den die meisten Audacity-Nutzer sofort erkennen: Die Projektfrequenz = Samplingrate = Abtastrate hat nichts mit der zu erwartenden Frequenz der Aufnahme zu tun!
Vielmehr beschreibt sie, wie häufig ein analoges Signal = der Schall in ein digitales Signal = Sample je Zeiteinheit (Sekunde) umgewandelt werden soll. Zum Vergleich: Eine CD kommt mit 44100 = 44,1 kHz daher, während 8 kHz im allgemeinen als "Telefonqualität" bezeichnet werden. Du hast Dir damit also - unwissentlich - die Aufnahmebedingungen verschlechtert.

Zum Abschluss - was "meine" Lärmquelle betrifft:
Wir wurden amtlich ausgemessen, sehr umfangreich sogar. Ja, wir waren laut und es war in Einzelfällen auch eine Beeinträchtigung der nächstgelegenen Bebauung nachweisbar. Nur: Es war kein Lärm im Sinne der TA Lärm / BImschG, weil die dafür notwendigen Bedingungen einfach nicht erfüllt waren. Es war ein hervorstechendes Ereignis unter mehreren weniger lauten, die selbst in der Summe nicht zur Überschreitung des Beurteilungspegels genügten. Das tröstet zwar die betroffenen Menschen nicht, aber es muss nun mal ein für alle verlässliches und vergleichbares Mess- und Prüfverfahren geben, mit dem Grenzen gesetzt werden. Für beide Seiten übrigens - sowohl den Betroffenen wie auch den Erzeuger der Störung.

Aus dieser Perspektive heraus wünsche ich Dir für Dein Vorhaben natürlich viel Erfolg. Dennoch empfehle ich Dir, Dich noch mal mit der geeigneten Methodik vertraut zu machen und Dir nicht gleich ein Feindbild zurecht zu legen. Gute Messungen können auch Überraschungen zutage fördern!

Auch wenn das jetzt nicht die erhoffte Antwort war (ändere X in Y), so hoffe ich dennoch, dass Dich meine Erfahrungen weiter bringen.
Für das OT entschuldige ich mich beim Administrator.  :blush:
Auch Audacity kann den guten alten Technikergrundsatz nicht aushebeln:
Shit in - shit out: Qualität entsteht während der Aufnahme, nicht in der Nachbearbeitung!

Neue Version verfügbar: Audacity 2.1.3.
Laermograph #3
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Betreff: FFT bei tiefen Frequenzen
Hallo Uli,

danke für Deine ausführlichen Erklärungen.
Sicher ist es schwer, eine Vor-Ort-Situation mit wenigen Worten zu erklären, deshalb hier noch einige Ergänzungen,
auch zu Deinem Ratschlag mit dem "Feindbild" und Kompetenz von Behörden.

Der Nachbar ist einziger Emittent in einem dörflichen Umfeld, in einer Sackgasse. Abstand zur Wohnbebauung 40 Meter.
Gegenstand der Beschwerde sind eine ohne Baugenehmigung errichtete Kühlanlage für eine Molkerei (nachträglich dann genehmigt) mit Lüftern auf dem Dach sowie LKW-Ladebetrieb während der Nachtstunden.
Das GAA hatte tieffrequenten Lärm gemessen, nachdem die Sache vor Gericht ist, wurde er als grenzwertig und neuerdings als nicht vorhanden bezeichnet. Weiter möchte ich mit meinen Ausführungen nicht vom Thema abschweifen.

Die Messung von Einzeltönen im tieffrequenten Bereich ist sicher ein nicht einfaches Unterfangen, auch ein Notebook mit USB-Mikro mit
Frequenzbereich 20-18000 Hz ist keine Präzisionsapparatur. - Sperrt man das Mikro allerdings in eine schalldichte Abschirmung, sollte man doch ein Grundrauschen dieser primitiven Messeinrichtung erhalten. - Im freien Schallfeld ergibt sich eine Pegeldifferenz hierzu, die eindeutig von Schallquellen herrühren muss, also ein echtes Messsignal darstellt. - Oder liege ich da falsch ??

Voraussetzung für eine einigermaßen realistische Messung:
Kein Wind, kein Regen, stille Nacht, keine Fremdgeräusche (bis auf das zu messende Signal).
Der von der Kühlanlage kommende Dauerpegel ist also eindeutig zu messen.
In der FFT ist z.B. die Frequenz 20 Hz beim LKW bei Standgas eindeutig festzustellen.
      • Wo limitiert AUDACITY hier die Aussagekraft der Messung ??  Der C-bewertete Pegel ist zeiitlich zuzuordnen und belegt, die Frequenz bestimmt.
Klar ist natürlich, dass man mit der beschriebenen Methode keine rechtsverbindliche, gerichtsfeste  Aussage treffen kann.
Andererseits muss man einem Akustikbüro auch mitteilen, WAS, WANN und WIE gemessen werden muss.
Fehlerhafte Messungen hatten wir schon...
Und das Bundesumweltamt findet einiges auch bedenklich.

Für Deine fachlichen Antworten aber nochmals vielen Dank. Einiges wird dann doch anschließend beim Arbeiten klarer !!
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Uli Nobbe #4
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Nochmals: Ich wünsche Dir von Herzen viel Erfolg für Dein Vorhaben, weise Dich aber erneut auf die Angreifbarkeit Deiner Messungen hin.
Tatsächlich sehe ich bei Dir die Gefahr einer Sisyphus-Arbeit, weil Deine Anstrengungen möglicherweise nicht anerkannt werden oder zu einer erneuten behördlichen Ablehnung führen könnten, was Dich dann vielleicht wieder vermuten lässt, dass die Behörde auf der Seite des Emittenten stehen würde. Dieser Frust ist vermeidbar.

Bist Du sicher, dass der C-bewertete Pegel zulässig ist für den gesetzlichen Beurteilungspegel? Vorsicht! Wenn dB (A) herangezogen werden, war dieser Ansatz nämlich für die Katz'...

Zu einer Angelegenheit möchte ich Dir aber noch einen Denkanstoß mit auf den Weg geben, und da kommt auch Audacity wieder ins Spiel:

Zitat von Laermograph am 20.11.2016, 10:49:
Die Messung von Einzeltönen im tieffrequenten Bereich ist sicher ein nicht einfaches Unterfangen, auch ein Notebook mit USB-Mikro mit
Frequenzbereich 20-18000 Hz ist keine Präzisionsapparatur. - Sperrt man das Mikro allerdings in eine schalldichte Abschirmung, sollte man doch ein Grundrauschen dieser primitiven Messeinrichtung erhalten. - Im freien Schallfeld ergibt sich eine Pegeldifferenz hierzu, die eindeutig von Schallquellen herrühren muss, also ein echtes Messsignal darstellt. - Oder liege ich da falsch ??

Rein mathematisch und akademisch betrachtet ist dieser Ansatz natürlich korrekt, und mittels der puren Mathematik ließe sich diese Differenz tatsächlich herausrechnen. Mit Audacity geht das auch prima.
Was ich jetzt allerdings nicht weiß - dieses Unwissen muss ich offen eingestehen, aber es beschäftigt mich schon einige Tage: Würde ein Grundrauschen bei einer Aufnahme stets gleich bleiben oder bei einer Aufnahme frequenzabhängig nicht auch durch die Aufnahme im jeweiligen Frequenzbereich verändert, also unterschiedlich stark verstärkt?

Wenn wir nämlich die Rauschverminderung in Audacity anwenden, erhalten wir keineswegs eine qualitativ bessere Sprachaufnahme. Vor allem dann nicht, wenn man das Verfahren mehrfach hintereinander anwendet. Bei einer linearen Absenkung der zutreffenden Frequenz dürfte das aber eigentlich nicht passieren. Und zum Glück wissen wir, dass in der Akustik lineare Verläufe höchst selten sind, sondern exponentielle Funktionen das Ruder fest in der Hand halten.

Ergo: Wäre ich Dein Antragsgegner, wie es im Juristendeutsch so schön heißt, würde ich Deine Ergebnisse mit links in der Luft zerreißen.
Das bin ich natürlich nicht, aber auf einem so komplexen Terrain muss man die Argumente und Strategie der Gegenseite verstehen lernen. Genau deshalb kenne ich mich so gut damit aus.

Alles Gute und sorry, dass ich Dir beim eigentlichen Anliegen - der Frequenzanalyse - nicht weiterhelfen konnte.
Immerhin konnten wir ein Missverständnis im Bereich der Projektrate beseitigen.
Auch Audacity kann den guten alten Technikergrundsatz nicht aushebeln:
Shit in - shit out: Qualität entsteht während der Aufnahme, nicht in der Nachbearbeitung!

Neue Version verfügbar: Audacity 2.1.3.
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