Audiovolver von Audiodata/Definiteaudio

[Fortepianus]

Hallo Rudolf,

ganz so einfach ist es dann doch nicht, wie Winfried schon geschrieben hat. Die Flankensteilheit, mit der ein Chassis den Stab an das nächste übergibt, wird natürlich nicht beeinflusst. Und wenn die Weiche, die Endstufe oder das Chassis vor sich hin klirren oder sonstige Nichtlinearitäten aufweisen, hilft natürlich auch keine externe Black Box. Die linearen Fehler, wie Amplitudenfrequenzgang und Frequenzgang der Gruppenlaufzeit (=Signallaufzeit) dagegen kann der Audiovolver beseitigen, wenn ich das richtig verstanden habe.

Übrigens: Ein Subtraktionsfilter, zumindest eines mit mehr als 6dB Flankensteilheit wie z. B. mit dem Allpasstrick à la Lipshitz/Vanderkooy, dreht durchaus die Phase vom Eingang zum Ausgang. Das macht übrigens sogar ein zeitrichtiges FIR-Filter - denn jede Zeitverzögerung ist auch eine Phasendrehung.

Erlaube mir deshalb einen kurzen Ausflug zu den Begriffen Phase und Gruppenlaufzeit. Betrachten wir mal eine Sinusschwingung mit einer Frequenz von 100Hz. Die hat eine Schwingungsdauer von 10ms (das ist der Kehrwert von 100Hz). Die Schwingungsdauer ist die Zeit, bis der Sinus wieder von vorn anfängt. Wird das Signal irgendwo um sagen wir 1ms verzögert, ist das das Gleiche wie eine Phasenverschiebung um 36 Grad - nämlich ein Zehntel von 360 Grad, was gerade die volle Sinuswelle darstellt und ja in unserem Beispiel 10ms dauert. Nimm nun einen Sinus mit 200Hz. Da dauert's nur 5ms, bis die Schwingung wieder von vorn anfängt. Wenn diese 200Hz auch um 1ms verzögert werden, gibt das eine Phasendrehung von 72 Grad (ein Fünftel von 360 Grad). Au, höre ich da jemanden aufstöhnen? Die Phase ist ja gar nicht konstant? Das ist völlig wurscht, es ändert ja auch nichts am Klang, wenn man den CD-Player 1ms oder auch 10min später startet. Entscheidend ist die Laufzeit des Signals, die sog. Gruppenlaufzeit. Am oben gewählten Beispiel sieht man, dass bei konstanter Laufzeit des Signals von 1ms sich die Phase linear mit der Frequenz ändert. Genau so ist die Gruppenlaufzeit definiert: Es ist die Änderung der Phase über der Frequenz. Mit einem Minus davor, weil sich die Phase mit steigender Frequenz nach hinten verschiebt, wenn das Signal verzögert ist. Mathematisch korrekter ausgedrückt: Die Gruppenlaufzeit ist minus Ableitung der Phase nach der Frequenz. t_gr=-dPhi/dt. Die Gruppenlaufzeit wird also nur aus der ÄNDERUNG der Phase bestimmt. Fällt die Phase konstant - ist also die Phase über der Frequenz eine fallende Gerade - ist die Gruppenlaufzeit eine Konstante. Weil die Ableitung einer Geraden eine Konstante ist, nämlich die Steigung der Geraden. Besitzt die Gerade noch eine Konstante, also wenn Du z. B. einfach bei allen Frequenzen 90 Grad dazu addierst oder subtrahierst, ist das egal. Denn die Ableitung einer Konstanten ist Null. Soweit zu den Begriffen.

Eine FIR-Weiche à la BM25/35/50 hat eine konstante Gruppenlaufzeit für alle Frequenzen. Genauer gesagt ist es eigentlich nicht die Weiche, sondern Weiche plus Verstärker plus Chassis plus Einbauversatz der Chassis, aber der Einfachkeit halber habe ich das mal auf die Weiche reduziert. Bei einem Lautsprecher, bei dem alle Zweige geregelt sind, ist die Weiche der Hauptübeltäter, was die Frequenzabhängigkeit der Gruppenlaufzeit angeht. Was man landläufig als Phasenverzerrung bezeichnet, und was nach obiger Erklärung nicht ganz korrekt ist - es müsste eigentlich "Gruppenlaufzeitverzerrung" heißen. Ist kein schönes Wort, also bleiben wir bei Phasenverzerrung.

Eine analoge Weiche hat immer eine frequenzabhängige Gruppenlaufzeit, wenn sie steiler als 6dB/Oktave ist. Ok, es gibt spezielle Subtraktionsweichen, die eine konstante Gruppenlaufzeit haben. Das erkauft man sich aber mit einer enormen Überhöhung der Amplitude im Übernahmebereich und einer weiten Überlappung der Übernahmefrequenzbereiche, das lassen wir jetzt mal außen vor. Das Besondere an einer Subtraktionsweiche à la Lipshitz/Vanderkooy oder Hawksford ist, dass alle Chassis die GLEICHE frequenzabhängige Gruppenlaufzeit haben. Und ich vermute, dass das das Entscheidende ist. Mein Hörerlebnis mit der FM701 stützt diese These.

Nun zurück zum Audiovolver: Nehmen wir mal stellvertretend für den ganzen kontinuierlichen Frequenzgang an, es ginge nur um die Frequenzen 100Hz, 1khz und 10kHz. Nun werde z. B. gemessen, dass die Box am Hörplatz bei 100Hz eine Gruppenlaufzeit von 10ms habe. Bei 1kHz meinetwegen 1ms. Und bei 10kHz von mir aus 0,1ms. Und das bei Amplituden (bezogen auf diejenige bei 1kHz) von sagen wir: 0,5 bei 100Hz, 1 bei 1kHz (so hatten wir das ja gerade definiert) und sagen wir 2 bei 10kHz. Was muss dann der Audiovolver machen? Grob gesagt bei 100Hz keine Verzögerung des Signals und die Amplitude um Faktor 2 verstärken. Bei 1kHz das Signal um 9ms verzögern und die Amplitude lassen, wie sie ist. Und bei 10kHz das Signal um 9,9ms verzögern und die Amplitude auf 0,5 absenken. Dann kommen alle drei Frequenzen gleichzeitig und mit gleicher Amplitude an.

Da das Gerät selbst natürlich Rechenzeit und prinzipbedingt eine Signallaufzeit in Abhängigkeit der verwendeten FIR-Filter besitzt, kann die Signallaufzeit anstelle der im Beispiel genannten 0 - 9ms - 9,9ms auch z. B. 10ms - 19ms - 19,9ms lauten, das macht ja nichts, wenn das Signal bei allen Frequenzen etwas später kommt. Und nun macht man das ganze Spiel nicht bei drei Frequenzen, wie in meinem Beispiel, sondern bei 32000.

Viele Grüße
Gert

[Franz]

Hallo Gert,

das ist ja alles gut und schön. Was ich mich frage, ist ziemlich einfach: Wie groß müssen Unterschiede gehörmäßig ausfallen, damit ich sie überhaupt noch als solche wahrnehmen kann? Auf dem laptop mit den bearbeiteten Kurven sieht das immer sehr beeindruckend aus. Man erkennt recht große Unterschiede zu vorher und nachher. Hören konnte ich davon aber sehr wenig. Das ist das, was mich umtreibt.

Nun will ich ja selbst für mich herausfinden, ob die Korrekturkurven, also die Arbeit, die der audiovolver macht, überhaupt von signifikanter hörmäßiger Auswirkung sind. Ich werd´s ja merken - oder auch nicht.

Nach den Erfahrungen bei Bert gehe ich eher davon aus, daß sich nicht viel tun wird. Na dann, umso besser für mich.

Gruß
Franz

[wgh52]

Halle Gert,

danke (wiedereinmal) für den aufschlussreichen und verständlichen "Ausflug"! Nicht alle werden oder müssen die Details brauchen oder wollen oder verstehen, aber für mich passt's!

Gruss,
Winfried

[Fortepianus]

Hallo Franz,

Was ich mich frage, ist ziemlich einfach: Wie groß müssen Unterschiede gehörmäßig ausfallen, damit ich sie überhaupt noch als solche wahrnehmen kann? Auf dem laptop mit den bearbeiteten Kurven sieht das immer sehr beeindruckend aus. Man erkennt recht große Unterschiede zu vorher und nachher. Hören konnte ich davon aber sehr wenig. Das ist das, was mich umtreibt.

genau das ist die Frage, die mich auch umtreibt. Wenn man den Amplitudenfrequenzgang ändert, hört man das ja sofort. Wenn ich bei meiner Anlage die Höhen von 5kHz an aufwärts stetig bis auf sagen wir +3dB bei 20kHz anhebe, kommt mir das sofort irgendwie "spitz" vor. Laufzeitfehler dagegen sind nach meiner Meinung nicht so leicht zu hören, wenn überhaupt. Ich kenne den Effekt, wenn man im unteren Grundtonbereich massive Laufzeitfehler hat. Da werden z. B. Männerstimmen ziemlich verfremdet, obwohl der Amplitudenfrequenzgang stimmt. Solche Laufzeitfehler machen z. B. lieblos abgestimmte Bassreflexkonstruktionen, von denen wir Aktive zum Glück weitgehend verschont bleiben. Das müssen dann aber schon einige 10ms sein, damit der Effekt massiv auftritt.

Ich bin gespannt, was Du berichten wirst.

Gruß Gert

[Kienberg]

Hallo Gert,

vielen Dank, dass Du Dir hier die Zeit nimmst, den in fast allen Foren häufig nebulos und dilletantisch angewandten Begriff "Gruppenlaufzeit" glasklar zu definieren. Genau solche Beiträge sind es, die unser Forum weit über das andernorts belanglose, meist ellenlange "Geschwafel" über das Für und Wider einzelner Lautsprecherkonstrukte heraushebt.

Das Besondere an einer Subtraktionsweiche à la Lipshitz/Vanderkooy oder Hawksford ist, dass alle Chassis die GLEICHE frequenzabhängige Gruppenlaufzeit haben. Und ich vermute, dass das das Entscheidende ist. Mein Hörerlebnis mit der FM701 stützt diese These.

Ich erinnere mich noch gut daran, als ich zum ersten mal bei Silbersand die FM 401 hörte und diese mir wesentlich mehr Details und charekteristische Nuancen der Klangfarben bei einzelnen Musikinstrumenten, vor allen bei den mir auch Live bestens vertrauten Blechbläsern, rüberbrachte als meine BM40, erklärte mir Herr Müller diesen Effekt sehr ähnlich und gab einen Kurzabriss zur nun von ihm verwendeten Weichentechnik.

Nun zurück zum Audiovolver: Nehmen wir mal stellvertretend für den ganzen kontinuierlichen Frequenzgang an, es ginge nur um die Frequenzen 100Hz, 1khz und 10kHz. Nun werde z. B. gemessen, dass die Box am Hörplatz bei 100Hz eine Gruppenlaufzeit von 10ms habe. Bei 1kHz meinetwegen 1ms. Und bei 10kHz von mir aus 0,1ms. Und das bei Amplituden (bezogen auf diejenige bei 1kHz) von sagen wir: 0,5 bei 100Hz, 1 bei 1kHz (so hatten wir das ja gerade definiert) und sagen wir 2 bei 10kHz. Was muss dann der Audiovolver machen? Grob gesagt bei 100Hz keine Verzögerung des Signals und die Amplitude um Faktor 2 verstärken. Bei 1kHz das Signal um 9ms verzögern und die Amplitude lassen, wie sie ist. Und bei 10kHz das Signal um 9,9ms verzögern und die Amplitude auf 0,5 absenken. Dann kommen alle drei Frequenzen gleichzeitig und mit gleicher Amplitude an.

Nach dem Lesen dieses Absatzes, bilde ich mir nun ein, die Funktionsweise des Audiovolvers zu verstehen.

Nochmals besten Dank, Gert, für diesen tollen Beitrag

Gruss Sigi

[Fortepianus]

Hallo Sigi, hallo Winfried,

danke für die netten Worte. Leider habe ich gerade beim Überfliegen des Artikels einen Fehler entdeckt - ich schrieb t_gr=-dPhi/dt. Ist falsch. Muss heißen -dPhi/df. In Worten hatte ich davor ja schon richtig geschrieben, dass es sich um die Ableitung nach der Frequenz (nicht der Zeit) handelt.

Dass das aber niemand gemerkt hat bis jetzt, stützt die alte These, dass jede Formel die Zahl der Zuhörer (oder Leser) halbiert .

Viele Grüße
Gert

[Kienberg]

Dass das aber niemand gemerkt hat bis jetzt, stützt die alte These, dass jede Formel die Zahl der Zuhörer (oder Leser) halbiert .

Hallo Gert,

"halbiert" ? ? , ich habe mal auf der Uni eine Einladung zu einem Vortrag von Paul Dirac bekommen, nach etwa 10' hatte dieser eine Tafel voll geschrieben mit griechischen Buchstaben, verknüpft mit diversen Operatoren, um seine Deltafunktion zu veranschaulichen. Die Diskussion darüber nach dem Vortrag ergab, dass von den 40 Zuhörern nur 5 von sich behaupteten, die Ableitung verstanden zu haben, alles Studenten der Theoretischen Physik.....wir als Informatiker waren dadurch natürlich sofort entschuldigt.
Sicher, t_gr=-dPhi/dt --> t_gr=-dPhi/df ist schon etwas einfacher, hätten wir also merken müssen

Danke für die Richtigstellung.

Gruss Sigi

[J.O.]

Hallo zusammen,

ich darf euch noch das Ergebnis meiner Recherchen mitteilen, ich kaufe den Audiovolver von definiteAudio.

Ich bin normalerweise sehr zurückhaltend mit Superlativen, aber gegen das (in einem zugegeben schlechten Raum) korrigierte Klangbild war das alte bei einer wirklich guten Anlage verheerend. Unglaublich, was ich da die letzten Jahre gehört habe.

Nicht nur die Frequenzkorrekturen sind deutlich hörbar, auch die Phasenkorrektur erzeugte ein viel besseres 3D-Klangbild.

Die Firma ist wirklich top, fast immer erreichbar, die Auswertung und Korrektur der selbst durchgeführten Messungen kamen noch am selben Tag, auch mehrere Messungen (akkustisch optimierter Raum, WAF orientierter Raum) wurden berechnet.

Auch wenn für die Messung 200,- € zu zahlen sind, sind die Preise marktfähig. Übrigens spielt der Audiovolver bei mir rein im digitalen Signal.

viele Grüße,
Jo

[Rudolf]

Hallo Gert,

da bist du ja bereitwillig in die Falle getappt, die ich extra für dich ausgelegt hatte! Und prompt lieferst du einen Beitrag ab, der das Zeug dazu hat, in die "Hall of Fame" unserer redaktionellen Artikel aufgenommen zu werden. Vorher habe ich aber noch eine Frage:

Je nachdem, wie weit die einzelnen Chassis der Schallwandler auseinanderliegen, kommt es doch auch zu Laufzeitverschiebungen (im Vergleich zu einer Punktschallquelle). Wie sieht es mit diesen Verschiebungen aus? Sind sie nicht genauso relevant wie die Phasendrehungen durch die Frequenzweiche? Hätte der Audiovolver hierdurch nicht sogar bei Franz etwas zu tun?

Viele Grüße
Rudolf

[Fortepianus]

Hallo Rudolf,

da bist du ja bereitwillig in die Falle getappt, die ich extra für dich ausgelegt hatte!

ich habe Deine Steilvorlage schon verstanden .

Vorher habe ich aber noch eine Frage:
Je nachdem, wie weit die einzelnen Chassis der Schallwandler auseinanderliegen, kommt es doch auch zu Laufzeitverschiebungen (im Vergleich zu einer Punktschallquelle). Wie sieht es mit diesen Verschiebungen aus? Sind sie nicht genauso relevant wie die Phasendrehungen durch die Frequenzweiche? Hätte der Audiovolver hierdurch nicht sogar bei Franz etwas zu tun?

Ja, die Anordnung der Chassis kann natürlich auch eine unterschiedliche Laufzeit des Schalls bewirken, das ist rein geometrisch bedingt. Ob es da bei Franz was zu korrigieren gibt, hängt davon ab, wie die Weiche seiner Silbersand genau gebaut ist, ob sie also den Versatz der Chassis berücksichtigt. Bei der Subtraktivweiche, die ich gerade für meine BM20 baue, mache ich das. Dazu muss man genau bestimmen, welche Wege der Schall vom jeweiligen akustischen Zentrum des Chassis zum Ohr des Hörers zurücklegt. Dabei gibt es zwei Umstände zu berücksichtigen - ich nenne das jetzt mal den Höhenversatz und den Tiefenversatz.

Höhenversatz: Nehmen wir mal an, ein Hochtöner und ein Mitteltöner seien so eingebaut, dass der HT genau in Ohrhöhe sitzt, während der MT sagen wir 10cm darüber oder darunter sei. Angenommen, die akustischen Zentren (meist ungefähr beim vorderen Ende der Schwingspule gelegen) wären in einer Ebene mit der Schallwand. Sitzt man nun in 3m Entfernung, kann man die unterschiedliche Entfernung zu den beiden Chassis mit dem guten alten Satz des Pythagoras ausrechnen. Zum HT sind's 3m, zum MT 3,00166m, also 1,66mm mehr. 3 zum Quadrat plus 0,1 zum Quadrat und die Wurzel aus dem Ganzen. Nehmen wir mal weiter an , die Übernahmefrequenz der beiden Kandidaten sei bei 2kHz. Wellenlänge von 2kHz ist 17cm (Schallgeschwindigkeit durch Frequenz). Bei dieser Frequenz entsprechen 17cm also einer Phasendrehung von 360 Grad. 1,66mm durch 17cm mal 360 Grad ergibt eine Phasendrehung durch den Höhenversatz von 3,5 Grad. Das ist recht wenig. In Zeit ausgedrückt: 4,88us (Weg durch Schallgeschwindigkeit). Die kürzeste Zeitkorrektur, die der Audiovolver machen kann, sind 22us. Die 4,88us sind also geschenkt.

Macht man nun diese Rechnung für zwei Chassis, die bei 100Hz aneinander übergeben und sagen wir 25cm auseinander sind, kommt man auf 10,4mm Laufstreckendifferenz bzw. 30,6us. Dreht die Phase bei 100Hz um 1,1 Grad. Ist mindestens so geschenkt.

Tiefenversatz: Das ist der Versatz des akustischen Zentrums eines Chassis in Bezug zur Schallwand oder zum akustischen Zentrum eines anderen Chassis. Diese Werte sind in der Regel größer als der der Höhenversatz. Abstand durch Schallgeschwindigkeit gibt den Zeitversatz. Beispiel: Bei meiner BM20 liegt das akustische Zentrum des HT ziemlich genau auf der Schallwandebene. SHT (der Air Motion) 15us, MT 208us, TT 191us dahinter. Das sind bereits relevante Zeiten, besonders der Zeitversatz zwischen TT/MT und HT/SHT, die ich durch geeignete Allpassglieder korrigiere.

Schaut man sich aber die geometrische Anordnung der Chassis meiner BM20 und Franzens FM501 an, fällt auf, dass es bei der FM501 erheblich weniger zu korrigieren gibt. Ob Herr Müller das dennoch macht, weiß ich nicht.

Die Laufzeitdifferenzen, die bei den üblichen Butterworth-, Linkwitz- oder Besselweichen auftreten, liegen in einer ganz anderen Größenordnung. Da geht's um ms, nicht um us.

Ich hoffe, wieder mal alle Klarheiten beseitigt zu haben.

Viele Grüße
Gert

[Rudolf]

Hallo Gert,

vielen Dank für deine wie immer sehr informativen Erklärungen.In diesem Zusammenhang möchte ich nochmals auf dein Eingangsposting zum Audiovolver zurückkommen:

Äußerst interessant finde ich Eure Hörerlebnisse. Ich habe natürlich keine Ahnung, wie die Weiche der Audiodata Avancé aussieht. Ich vermute aber einfach mal, dass sie über keine absolute Zeitrichtigkeit verfügt, denn das geht in letzter Konsequenz nur digital mit FIR-Filtern. Dass ihr hier nur über sehr kleine Unterschiede berichtet, bestätigt für mich wieder einmal, dass die absolute Zeitrichtigkeit wenn nur eine untergeordnete Rolle spielt. Ob die kleinen Unterschiede wirklich von der absoluten Zeitrichtigkeit oder eben vom letzten Feinschliff des Frequenzgangs kommen? Ich glaube vielmehr, dass eine starre Phasenkopplung der Lautsprecherchassis um ihre Übernahmefrequenz herum das Entscheidende ist. Genau dies leistet eine sauber konstruierte Subtraktionsweiche, wie sie Herr Müller in seinen Silbersand-Lautsprechern einsetzt (ich übrigens auch demnächst in meiner BM20, ich löte zur Zeit eifrig jeden Abend ). Dabei fällt dann die Gruppenlaufzeit des Signals am Hörplatz vom Bass zu den Höhen hin zwar ab, und damit wird ein Sprung versetzt von den einzelnen Chassis wiedergegeben, aber das ist nach meiner Vermutung nicht hörbar (wie auch die hier schon viel diskutierte Diss von Sven Müller bestätigte, ihr wisst schon, die mit der Fußnote ). Der korrekte Phasenbezug der Chassis zueinander ist jedoch für die Abstrahlcharakteristik von Belang.

Was ist denn nun der Unterschied zwischen einer konstanten Gruppenlaufzeit und einer zeitrichtigen Wiedergabe? Es liest sich für mich so, als ob dies zwei paar Schuhe sind. Sie stehen aber doch zumindest in einem Zusammenhang oder?

Wenn ich dich richtig verstanden habe, kann es eine Frequenzweiche, die die Phase nicht dreht, praktisch nicht geben, denn sie müsste dann unendlich schnell sein (in diesem Falle wäre die Gruppenlaufzeit = 0 ms). Es ist dies aber im Übrigen unerheblich, solange gewährleistet ist, dass keine Delays zwischen den einzelnen Wegen entstehen und die Phasen an ihren Flanken synchronisiert sind. Und genau dieses leistet das Subtraktionsfilter bzw. ein Lyngdorf/Audiovolver, wenn ich dich richtig verstanden habe.

Und nochmals zurück zum Thema Flankensteilheiten: Was ist so schlimm daran, wenn die Flanken nicht so steil aneinander stoßen wie im Idealfall? Klar, dann gibt es an den Übergangsfrequenzen Überhöhungen bzw. Senken im Amplitudenfrequenzgang, aber können die nicht Audiovolver-sei-dank vollständig ausgebügelt werden?

Und wo wir schon einmal dabei sind: Johannes Siegler von Backes & Müller hatte ich auf dem letztjährigen Workshop auf meine Frage hin, weshalb er die Basstreiber bei der BM 35 nach wie vor konventionell regelt, so verstanden, dass aufgrund der hohen Latenzzeit des FIR-Contollers im Bereich der niedrigen Frequenzen eine digitale Phasenentzerrung keinen Sinn mache. Das habe ich aber bestimmt falsch verstanden, denn nach dem bisher Gesagten würde es ja vollkommen ausreichen, die höheren Frequenzen zu "delayen", damit der Bass wieder mitkommt (man setzt eine BM 35 ja schließlich nicht zur lippensynchronen Wiedergabe von Spielfilmen ein). Also, was hat es mit der Latenzzeit auf sich?

Für deine/eure Mühen bei der Aufklärung eines technisch interessierten Laiens bedanke ich mich vielmals!

Viele Grüße
Rudolf

[Fortepianus]

Hallo Rudolf,

Was ist denn nun der Unterschied zwischen einer konstanten Gruppenlaufzeit und einer zeitrichtigen Wiedergabe? Es liest sich für mich so, als ob dies zwei paar Schuhe sind. Sie stehen aber doch zumindest in einem Zusammenhang oder?

wenn die Gruppenlaufzeit konstant, also unabhängig von der Frequenz ist, liegt für mein Verständnis eine zeitrichtige Wiedergabe vor. Alle Anteile des Frequenzspektrums erfahren die gleiche Verzögerung, kommen also zur richtigen Zeit beim Hörer an. Für mich ist deshalb "konstante Gruppenlaufzeit" gleich "zeitrichtige Wiedergabe".

Wenn ich dich richtig verstanden habe, kann es eine Frequenzweiche, die die Phase nicht dreht, praktisch nicht geben, denn sie müsste dann unendlich schnell sein (in diesem Falle wäre die Gruppenlaufzeit = 0 ms).

Genau.

Es ist dies aber im Übrigen unerheblich, solange gewährleistet ist, dass keine Delays zwischen den einzelnen Wegen entstehen und die Phasen an ihren Flanken synchronisiert sind. Und genau dieses leistet das Subtraktionsfilter bzw. ein Lyngdorf/Audiovolver, wenn ich dich richtig verstanden habe.

Hier muss man nun unterscheiden: Der Audiovolver macht das wie BM bei der BM25/35/50 mit digitalen FIR-Filtern, die - innerhalb ihres zeitlichen Auflösungsvermögens - eine konstante Gruppenlaufzeit des Gesamtsystems (Elektronik, Chassis, geometrischer Versatz etc.) ermöglichen.

Wie der Lyngdorf arbeitet, weiß ich nicht, habe ich mich noch nicht damit beschäftigt. Vielleicht weiß das ja jemand hier.

Ein Subtraktionsfilter dagegen funktioniert grundlegend anders. Mal als einfaches Beispiel eine Zweiwegweiche. Man nimmt einen Tiefpass, wie man ihn in jeder anderen Weiche auch nehmen würde. Zum Beispiel einen Tiefpass 4. Ordnung nach Linkwitz mit einer Grenzfrequenz von egal was, sagen wir 1kHz. Dessen Ausgang nennen wir TT (Tieftonkanal) und der hat eine frequenzabhängige Gruppenlaufzeit, wie man das schon immer hatte bei einem Linkwitztiefpass.

Würde man jetzt dieses Tiefton-Signal einfach vom Eingangssignal abziehen, ergäbe das einen Hochtonkanal. Also HT=Eingang-TT. Dann wäre die Summe der beiden Signale, also HT+TT, wieder genau das Eingangssignal. Weil HT+TT=Eingang-TT+TT=Eingang. Diese Summe ist genau identisch zum Eingangssignal, was man ja gerne möchte. Nur leider ist die Steilheit auf dem HT-Kanal auf 6dB/Okt. begrenzt, egal, wie die TT-Flanke aussieht. Das ist prinzipbedingt leider so, sonst wäre man hier schon fertig. Außerdem gibt es eine erhebliche Überhöhung im HT-Signal bei der Übernahmefrequenz. Man kann sich das anschaulich so vorstellen: HT muss ja im TT-Bereich soviel Signal beisteuern, dass die Frequenzabhängigkeit dessen Gruppenlaufzeit durch die Überlagerung mit dem HT-Signal wieder ausgeglichen wird. Eine solche Weiche ist praktisch nicht zu gebrauchen, weil man ja das Signal vom Chassis unter der Übernahmefrequenz fernhalten will. Weil das Chassis dort verzerrt, keinen Schalldruck bringt oder einfach abraucht.

Eine Subtraktionsweiche nach Lipshitz/Vanderkooy macht nun Folgendes: Bevor vom Eingangs-Signal das TT-Signal abgezogen wird, wird das Eingangssignal verzögert. So heißt das salopp immer. In Wahrheit ist es so, dass es einen Allpass durchläuft, der genau die gleichen Filterparameter besitzt wie der parallel dazu arbeitende Tiefpass. Ein Allpass hat bei allen Frequenzen die Verstärkung 1, ändert also nichts an der Amplitude des Signals. Er dreht nur die Phase. Und zwar, bei gleichen Filterkoeffizienten, exakt gleich, wie der Tiefpass parallel dazu.



[Nur für E-Techniker ON]
Die Koeffizienten des Filterpolynoms im Nenner der Tiefpass-Übertragungsfunktion sind bestimmend für die Filtercharakteristik. Ein zugehöriger Allpass besitzt genau den gleichen Nenner, aber im Zähler steht anstelle einer 1 beim Tiefpass das konjugiert Komplexe des Nenners. Damit verursacht der Zähler nochmal die gleiche Phasenverschiebung wie der Nenner bei konstanter Verstärkung 1. Dämmert's? Deshalb ist der Linkwitz-Tiefpass 4. Ordnung hier so gut geeignet, weil er eine Hintereinanderschaltung zweier identischer Butterworth-Tiefpässe 2. Ordnung darstellt. Man braucht also lediglich einen Allpass 2. Ordnung mit Butterworthkoeffizienten zur Phasennachbildung des Linkwitz-Tiefpasses, weil er genau die Phasendrehung zweier Butterworth-Tiefpässe macht.
[Nur für E-Techniker OFF]

Das Signal nach dem Allpass nennen wir mal AP. AP und TT sind also exakt in Phase und haben damit auch exakt die gleiche Gruppenlaufzeit. Wenn ich nun zwei Signale voneinander abziehe, die in Phase sind, ist das Ergebnis immer noch genau in Phase mit den beiden. Also ist jetzt HT exakt in Phase mit TT. Hat aber jetzt die Flankensteilheit des Tiefpassfilters, das ist der Witz an der Sache. Das Summensignal hat nun aber eine frequenzabhängige Gruppenlaufzeit, nämlich die des Tiefpasses. HT und TT sind aber exakt phasengleich. Und die Summe der Amplituden von HT und TT ist exakt 1.

Und nochmals zurück zum Thema Flankensteilheiten: Was ist so schlimm daran, wenn die Flanken nicht so steil aneinander stoßen wie im Idealfall? Klar, dann gibt es an den Übergangsfrequenzen Überhöhungen bzw. Senken im Amplitudenfrequenzgang, aber können die nicht Audiovolver-sei-dank vollständig ausgebügelt werden?

Siehe oben, weil das Chassis unterhalb der Übernahmefrequenz evtl. 1. klirrt, 2. keinen Schalldruck bringt oder 3. abraucht. Gegen 1., also nichtlineare Effekte, hilft ein Audiovolver gar nichts. Gegen 2. kann er gegensteuern, aber nur, bis 1. oder 3.

Und wo wir schon einmal dabei sind: Johannes Siegler von Backes & Müller hatte ich auf dem letztjährigen Workshop auf meine Frage hin, weshalb er die Basstreiber bei der BM 35 nach wie vor konventionell regelt, so verstanden, dass aufgrund der hohen Latenzzeit des FIR-Contollers im Bereich der niedrigen Frequenzen eine digitale Phasenentzerrung dort keinen Sinn mache. Das habe ich aber bestimmt falsch verstanden, denn nach dem bisher Gesagten würde es ja vollkommen ausreichen, die höheren Frequenzen zu "delayen", damit der Bass wieder mitkommt (man setzt eine BM 35 ja schließlich nicht zur lippensynchronen Wiedergabe von Spielfilmen ein). Also, was hat es mit der Latenzzeit auf sich?

Eine gute Erklärung hierzu finde ich die in der Diss von Swen Müller, S. 72 unterer Abschnitt.
Je tiefer die Frequenz, desto größer die Anzahl der Filterkoeffizienten bei gleicher Abtastrate. Bei 20Hz können da schon mal 250ms zusammenkommen. Und um die muss man dann völlig sinnlos den Rest auch verzögern. Und wer sagt denn, dass mit der BM35 keiner Filme anschaut?

Für deine/eure Mühen bei der Aufklärung eines technisch interessierten Laiens...

Dafür willst Du es aber verdammt genau wissen .

Viele Grüße
Gert

[Rudolf]

Hallo Gert,

du bist ja ein wahrhaft unerschöpflicher Quell des Wissens! Du ahnst hoffentlich schon, dass noch viel mehr Arbeit auf dich zukommen wird - die Zusammenfassung deiner Beiträge in einem redaktionellen Beitrag nämlich.

Viele Grüße
Rudolf

[JOE]

Und wo wir schon einmal dabei sind: Johannes Siegler von Backes & Müller hatte ich auf dem letztjährigen Workshop auf meine Frage hin, weshalb er die Basstreiber bei der BM 35 nach wie vor konventionell regelt, so verstanden, dass aufgrund der hohen Latenzzeit des FIR-Contollers im Bereich der niedrigen Frequenzen eine digitale Phasenentzerrung dort keinen Sinn mache. Das habe ich aber bestimmt falsch verstanden, denn nach dem bisher Gesagten würde es ja vollkommen ausreichen, die höheren Frequenzen zu "delayen", damit der Bass wieder mitkommt (man setzt eine BM 35 ja schließlich nicht zur lippensynchronen Wiedergabe von Spielfilmen ein). Also, was hat es mit der Latenzzeit auf sich?

Eine gute Erklärung hierzu finde ich die in der Diss von Swen Müller, S. 72 unterer Abschnitt.
Je tiefer die Frequenz, desto größer die Anzahl der Filterkoeffizienten bei gleicher Abtastrate. Bei 20Hz können da schon mal 250ms zusammenkommen. Und um die muss man dann völlig sinnlos den Rest auch verzögern.

Hier sei nur kurz im O-Ton J. Siegler ergänzt:

Würde man ausschließlich mit FIR-Filtern arbeiten, käme man auf
Verzögerungen von ca. 100 msec, also deutlich zu viel für z.B. lippen-
synchrone Wiedergabe. Diese langen Zeiten resultieren aus der Bear-
beitung tiefster Frequenzen. Ein Grund für den Einsatz einer analogen
Regelung im Bass ist die Vermeidung dieser Latenzzeit. Filtert die digitale
Entzerrung lediglich Frequenzen oberhalb 100 Hz, reduziert sich die
Verarbeitungszeit erheblich. In unseren Lautsprechern ist die Latenzzeit
vorgegeben, durch die in der analogen Bassregelung benötigten unteren
Bandbegrenzung, nicht durch die digitale Filterung. Der komplette
Übertragungsbereich ist zeitlich mit den genannten Filtern abgeglichen,
so dass die Musik zeitgleich im Bass wie im Mittel- beziehungsweise
Hochtöner abgestrahlt wird.

Im letzten Punkt sind auch schon die Grenzen der digitalen Signalver-
arbeitung angesprochen worden. Latenzzeiten, die entstehen, wenn man
tiefste Frequenzen mit FIR-Filtern entzerren möchte. Dort ist der Einsatz
der analogen Regelung das Mittel der Wahl. Diese arbeitet fast latenzfrei
mit demselben Ergebnis wie FIR-Filter im Mittel-Hochton. Also setzen wir
selbstverständlich im Bass in allen Produkten geregelte Töner ein.

(aus seinem Beitrag "Analoge Regelung und digitale Steuerung" für unser ah-Forum)

Gruß
Joe

[Rudolf]

Danke, Joe, für das Zitat!

Ist zwar etwas peinlich für mich, aber wenigstens habe ich keinen Unsinn verzapft.

Viele Grüße
Rudolf