H. Bietz’s scientific contributions

The influence of several sources of error on room acoustical measurements have been investigated using maximum-length sequences (MLS). 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 uncertainty of measurements is of the same magnitude or a little higher than subjectively perceivable changes in room acoustical parameters when the measurements are performed according to ISO/DIS 3382. However, the draft standard allows various procedures to be applied in the processing of impulse responses.

This study introduces a new approach to primary calibrations of microphones in reverberation rooms using the reciprocity technique. The new calibration method opens three important possibilities: 1) the reciprocity microphone calibration technique in reverberation rooms, 2) the simultaneous free-field and diffuse-field microphone calibration in reverberation rooms and 3) the free-field amplitude and phase calibration with additional derivation of microphone impulse responsesThe greatest problem in reverberation room reciprocity calibrations, which is the very low signal-to-noise ratio caused by the low power output of the transmitting microphone, is solved with phase-locked averaging of maximum-length sequences. With these signals and the efficiency of the Hadamard transformation, some of the calibration procedure is performed with signal processing in the time domain. Thus the direct and the reflected sound can be separated for the simultaneous determination of free-field and diffuse-field microphone sensitivities. The agreement of the results of the first attempt using the new technique with results from conventional measurements is already of the order of magnitude of less than 1 dB.Furthermore, the complete complex representation of all factors involved in the reciprocity calibration gives additional information on free-field absolute phase responses, and accordingly on the primary absolute impulse responses of microphones. These can be used for reconstruction of the “true“ transient sound pressure signals from the recorded voltage signals.ZusammenfassungIn dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Primärkalibrierung von Mikrofonen im Hallraum nach dem Reziprozitätsverfahren vorgestellt. Die neue Kalibriermethode eröffnet drei wichtige Möglichkeiten: 1.) Reziprozitäts-Mikrofonkalibrierungen in Hallräumen, 2.) simultane Freifeld- und Diffusfeld- Mikrofonkalibrierung in Hallräumen und 3.) Freifeld- Amplituden- und Phasenkalibrierung mit zusätzlicher Ableitung von Mikrofon-Impulsantworten.Das größte Problem bei Reziprozitäts-Mikrofonkalibrierungen im Hallraum, der sehr kleine Signal-Rauschabstand, verursacht durch die nur geringe Schalleistung des Sendemikrofons, wird durch phasenstarre Mittelung von Maximalfolgen gelöst. Mit diesen Signalen und der leistungsfähigen Hadamard-Transformation werden Teile des Kalibriervorgangs im Zeitbereich durchgeführt. Somit können Direktschall und Reflexionen zur simultanen Bestimmung von Freifeld- und Diffusfeld-Übertragungsmaßen von Mikrofonen getrennt werden. Die Übereinstimmung der Ergebnisse des ersten Ansatzes der neuen Technik mit den Ergebnissen aus herkömmlichen Messungen ist bereits in der Größenordnung von weniger als 1 dB.Darüber hinaus werden durch die vollständige komplexe Darstellung der Faktoren des Reziprozitätsverfahrens zusätzliche Informationen über absolute Freifeld-Phasengänge und folglich über Primär-Impulsantworten von Mikrofonen gewonnen. Diese können zur Rekonstruktion der “wahren“ transienten Schalldrucksignale aus gespeicherten Spannungssignalen benutzt werden.SommaireCette étude présente une nouvelle approche de l'étalonnage des microphones en salle réverbérante par la méthode de réciprocite. Cette nouvellé méthode offre trois possibilités: 1) l'étalonnage par réciprocité en salle réverbérante, 2) l'étalonnage simultané pour le champ libre et le champ diffus, 3) la détermination des réponses en amplitude et en phase en champ libre ainsi que les réponses impulsionnelles.Le principal problème de l'étalonnage par réciprocité en salle réverbérante, à savoir le très faible rapport signal sur bruit dû au faible niveau de sortie du microphone, est résolu en effectuant une moyenne en verrouillage de phase de séquences de longueur maximale. De tels signaux associés à l'efficacité de la transformation d'Hadamard permettent d'exécuter une partie de la procédure d'étalonnage par traitement du signal dans le domaine temporel. On peut ainsiséparer le son direct du son réfléchi, et déterminer simultanément les réponses du microphone en champ libre et en champ diffus.

Several methods for measuring reverberation time in rooms have been compared to check the repeatability limits of interrupted noise methods and of methods using the integrated impulse response, and to determine the requirements for the methods to be set in the international measurement standards. Generally, all methods are state-of-the art and qualified for standardization. The restrictions on the use of integrated impulse methods include guidelines for the temporal limitation of the impulse response depending on the evaluation range of the decay curve. A simple rule relates the required length of the impulse response to the lower limit of the regression slope of the decay curve. The interrupted noise methods should preferably be based on ensemble averaging. Formula for estimating the measurement uncertainty of ensemble-averaged interrupted random noise decay curves are given. The time and effort to be spent, and hence the cost of the measurements, are comparable in the case of broad-band interrupted noise measurements and methods using band-limited impulses. The most powerful impulse method is the one using broad-band pseudorandom sequences with subsequent Hadamard transformation, digital filtering and reverse-tune integration. When this method and phase-locked averaging are applied, even signals below the background noise level can be used for reverberation time measurement.Zusammenfassung Es wurden mehrere Verfahren zur Messung der Nachhallzeit in Raumen verglichen, um die Wiederholbarkeit von Methoden mit abgeschaltetem Rauschen bzw. von Methoden mit integrierter Impulsantwort zu ermitteln und um Vorschläge für die erforderlichen Spezifikationen der Meßverfahren in internationalen Meßnormen machen zu können. Im großen und ganzen sind alle Meßverfahren Stand der Technik und zur Normung geeignet. Die Einschränkungen für den Einsatz der integrierten Impulsantwort beinhalten Leitlinien für die zeitliche Begrenzung der Impulsantwort, abhängig vom Auswertebereich der Nachhallkurve. Eine einfache Regel stellt den Zusammenhang her zwischen der benötigten Länge der Impulsantwort und dem unteren Stützwert der Anpassung einer Geraden an die Nachhallkurve. Die Nachhallkurven aus abgeschaltetem Rauschen sollten vorzugsweise über eine Scharmittelung gewonnen werden. Es werden Formeln zur Abschätzung der Meßunsicherheit in Abhängigkeit von der Anzahl der Scharmittel angegeben. Der Meßaufwand und damit die Kosten der Messung sind vergleichbar bei Verwendung von breitbandigen Rauschsignalen und von bandbegrenzten Impulsen. Die leistungsfähigste Impulsmethode ist diejenige mit breitbandigen Maximalfolgen, nachgeschalteter Hadamard-Transformation, digitaler Filterung und integrierter Impulsantwort. Mit dieser Methode und phasenstarrer Mittelung können sogar Signale mit einem Pegel unterhalb des Hintergrundgeräusches zur Nachhallzeitmessung benutzt werden.Sommaire Nous avons comparé plusieurs méthodes de mesure de la durée de réverbération dans les salles, pour vérifier les limites de reproducibilité des méthodes utilisant un bruit interrompu et celles basées sur la réponse impulsionnelle intégrée, et pour définir les conditions requises pour que ces méthodes puissent être intégrées aux normes internationales de mesures. D'une façon générate, toutes les méthodes sont bien au point et pourraient accéder à la normalisation. Il y a une réserve pour les méthodes à réponse impulsionnelle qui devraient inclure des indications sur les limites temporelles de la réponse, selon l'intervalle d' évaluation sur la courbe de décroissance. Une simple règie relie la longueur requise de la réponse impulsionnelle à la limite inférieure de la pente de régression de la courbe de décroissance. Les méthodes à bruit intermittent devraient plutôt être basées sur une moyenne d'ensemble. On fournit des formules permettant d'évaluer l'incertitude de la mesure déduite de cette méthode de moyenne. La durée et la difficulté de mise en oeuvre des mesures, et par conséquent leur coût, sont équivalentes pour les mesures faites à l'aide de bruit interrompu a large spectre et pour les méthodes utilisant des impulsions à spectre limité. La méthode impulsionnelle la plus puissante est celle qui utilize des séquences pseudo-aléatoires à large bande puis une transformation d'Hadamard, un filtrage numérique et une intégration inverse. En utilisant cette méthode avec une moyenne à verrouillage de phase, on arrive à utiliser des signaux de niveau même inférieur au bruit de fond pour la mesure de la durée de réverbération.