analoge versus digitale Frequenzweiche

Rudolf
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analoge versus digitale Frequenzweiche

Beitrag von Rudolf »

Unser bisheriger Dauerbrenner war das Duell "analoge (Sensor-)Regelung" versus "digitale (FIR-)Steuerung". Dabei, so meine ich, haben wir gelernt, dass dies keine Gegensätze darstellen müssen sondern beide Prinzipien einander ergänzen können, wie z.B. Gert bei der Kombination von Acourate und seinen sensorgeregelten BM20 eindrucksvoll unter Beweis gestellt hat.

Ich denke, das neue Duell heißt: "analoge versus digitale Frequenzweiche". Sind digitale Frequenzweichen die aktive Zukunft oder bleiben bei der Trennung des Frequenzbandes in der digitalen Domäne Informationen auf der Strecke bzw. werden sie in unzulässiger Weise verfremdet? Worin z.B. besteht der Unterschied zwischen einer analogen und einer digitalen Implementation eines Subtraktionsfilters? Reden wir von substantiellen Unterschieden oder solchen auf allerhöchstem Niveau und der berühmten "zehnten Nachkommastelle" und es geht vielmehr um die Frage, welche Voraussetzungen der Lautsprecherentwickler mitbringt - ist er eher ein Elektrotechniker oder ein Programmierer? Oder können sich, ähnlich wie bei Regelung und Steuerung, auch hier zwei Welten gegenseitig befruchten?

So hat denn Uli in Gerts Vorstellungsthema den "Fehdehandschuh hingeworfen":
uli.brueggemann hat geschrieben:... Und fahre nun mein aktives System eben direkt mit linearphasigen Subtraktionsweichen auf FIR-Basis. Vemutlich sind die steilen Neville-Thiele-Filter auch eher ein Problem für eine analoge Schaltung. Das Thema FIR-Entzerrung erledigt sich dabei dann so nebenbei.

Nur mal so als Gedanke in der Runde. :cheers:
Ich bin gespannt!
Rudolf
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uli.brueggemann
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Beitrag von uli.brueggemann »

Rudolf hat geschrieben:So hat denn Uli in Gerts Vorstellungsthema den "Fehdehandschuh hingeworfen":
Aber hallo! Nix Fehde. -> Freundschaft :cheers:

Zum Nachdenken vielleicht mal der folgende Link

Grüsse, Uli
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pico
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Beitrag von pico »

Hi Uli,

wir sind ähnlich aber doch etwas anders an die Sache herangegangen. Uns interessierte, in wie weit Fehler im Zeitbereich wirklich hörbar sind:

http://www.hifi-selbstbau.de/index.php? ... cle&id=282

Gruß Pico
uli.brueggemann
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Beitrag von uli.brueggemann »

Hallo Pico,

muss ich mich da anmelden um das lesen zu können ?

Grüsse, Uli
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KSTR
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Beitrag von KSTR »

Rudolf hat geschrieben:Ich denke, das neue Duell heißt: "analoge versus digitale Frequenzweiche". Sind digitale Frequenzweichen die aktive Zukunft oder bleiben bei der Trennung des Frequenzbandes in der digitalen Domäne Informationen auf der Strecke bzw. werden sie in unzulässiger Weise verfremdet?
Nein, warum sollten sie... ausser man baut halt Mist, das ist aber weder die Schuld noch die Frage der Technik (und das gilt für beide Domänen)
Worin z.B. besteht der Unterschied zwischen einer analogen und einer digitalen Implementation eines Subtraktionsfilters ... ?
Es gibt analog wie digital ebenso quasi unendlich viele Möglichkeiten ein Filter zu konstruieren. Jedoch macht es digital nicht zwingend Sinn, eine Problem der Analogtechnik mit den selben mitteln zu lösen, wenn das Problem gar nicht besteht (die analogen Subtraktionsfilter sind nicht aus prinzipiellen Erwägungen Subtraktionsfilter, sondern aus praktischen).
Reden wir von substantiellen Unterschieden oder solchen auf allerhöchstem Niveau und der berühmten "zehnten Nachkommastelle"?
Substanziell insofern, das halt völlig andere Techniken zum Einsatz kommen und die Möglichkeiten der analogen Schiene halt prinzipiell begrenzter sind. Detailprobleme gibt es in beiden Domänen die man meistern muss, aber es sind nicht die gleichen, wenngleich manche leicht verwandt sind, in der Auswirkung (z.B. analoges Rauschen vs akkumulierte Rundungfehler etc).

Grüße, Klaus
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KSTR
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Beitrag von KSTR »

uli.brueggemann hat geschrieben:muss ich mich da anmelden um das lesen zu können ?
Ja, aber vielleicht mag Pico das Essentielle uns auch anderweitig zugänglich machen?
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Hallo Rudolf, Uli, Klaus, Pico,
uli.brueggemann hat geschrieben:
Rudolf hat geschrieben:So hat denn Uli in Gerts Vorstellungsthema den "Fehdehandschuh hingeworfen":
Aber hallo ! Nix Fehde. -> Freundschaft :cheers:
also das will ich doch auch meinen :cheers: .

Ich denke, welche Technik (analoge oder digitale FW) am besten zum Einsatz kommen sollte, hängt hauptsächlich von den Rahmenbedingungen ab.

1. Macht man einen radikalen Schnitt und konstruiert eine komplett neue Anlage, dann würde ich nach dem Stand der Dinge auch zu einer digitalen Lösung tendieren, also digital rein in die FIR-Weiche, wo gleich noch die FG- und GLZ-Entzerrung des Komplettpakets Anlage plus Raum gemacht wird. Dann abhängig von der Zahl der Wege im Lautsprecher entsprechend viele (hochwertige) DA-Wandler und dahinter eine analoge Lautstärkeregelung in jedem Zweig, bevor es auf die Endstufen geht, die im Idealfall die Chassis in einer Regelschleife kontrollieren. Eine etwas vereinfachte Variante davon erhält man beispielsweise, wenn man eine BM25/35 kauft.

2. Will man sich das ganze digitale Raumentzerrungsgedöns aber sparen, hat eine rein analoge Lösung auch ihren Reiz, siehe Silbersand. In der rein analogen Domäne ist die Weiche nach dem Subtraktionsprinzip sehr gut geeignet. Will man dann aber doch irgendwann die FIR-Raumkorrektur (dahin kommt jeder irgendwann :P ), kann man sehr gut eine acourate-Lösung davor schalten, wie Franz das mit Erfolg gemacht hat.

3a. Nun gibt es aber noch andere Varianten. Hat jemand einen älteren Aktivlautsprecher wie zum Beispiel eine BM3, 6, 8, 10, 12, 14, 20, Nano, Alto und wie die auch alle hießen, schlummert in der Tat ein gewaltiges Klangpotential darin, wenn man die Weiche tauscht. Erste Versuche von Michael haben gezeigt, dass dann beispielsweise die beklagenswerte Senke bei der Übernahme von TT zu MT bei den genannten Boxen verschwindet, ausprobiert an einer BM12 V-FET. Ebenso habe ich ja über den entsprechenden Umbau von BM20 und BM3 in meinem Vorstellungs-Thread berichtet. Sinn macht sowas aber nur, wenn die klangrelevanten Bauteile im Signalweg vor und hinter der Weiche auf das Niveau der Weichenbauteile angehoben werden (OPs und Kondensatoren).

3b. Nun könnte man denken, was soll der Aufwand, gleich eine acourate-Lösung davor geschnallt und die Weiche ist egal. Das stimmt so leider nicht. Die FIR-Korrektur, die im Gesamtsignalweg sitzt, kann ja nicht die einzelnen Lautsprecherwege zueinander getrennt in der Phase verschieben. Ist also beispielsweise TT und MT nicht in Phase bei der Übernahmefrequenz, bei der beide gemeinsam den Ton angeben, bleibt diese Phasendifferenz zwischen den Wegen bestehen, auch wenn die Summe der beiden Zweige nachher die richtige Laufzeit am Hörplatz haben mag. Warum das relevant ist? Nun, sind zwei übereinander angeordnete Chassis nicht phasenstarr aneinander gekoppelt (wie bei einer Subtraktionsweiche), wandert die Abstrahlkeule des Ensembles in vertikaler Richtung, abhängig von der Frequenz. Es ist, vereinfacht gesprochen, wie wenn man einen Gartenschlauch mit Rasensprenger vorne dran in senkrechter Richtung auf und ab schwenkt, je nach Frequenz. Dieses Problem der ungleichmäßigen Raumausschallung über der Frequenz bleibt auch nach einer FIR-Gesamtkorrektur bestehen. Deshalb hat für mich die FIR-Korrektur erst Sinn gemacht, als ich die Subtraktionsweichen drin hatte. 3b wird so zu 2.

4. Eine noch radikalere Lösung ist es, wenn man sich die analoge Weiche komplett spart und sowohl FIR-Korrektur als auch Weiche digital implementiert. Dazu sind aber an vorhandenen Aktivlautsprechern neue Schnittstellen, sprich weitere Buchsen, notwendig. Hat man aber sowieso schon für solche Schnittstellen gesorgt, wie Winfried mit 6 externen Endstufen an seinen B&W, bietet sich eine solche Lösung natürlich an. Damit wird die Umbauvariante 4 der Neubauvariante 1 ähnlich.

Fazit aus meiner Sicht: Sind sehr gute aktive, vielleicht sogar geregelte Schallwandler und zugehörige Analoggerätschaften wie Vorstufe und DA-Wandler bereits vorhanden, ist es mit vergleichsweise geringem Aufwand möglich, digital vor dem DA-Wandler eine FIR-Entzerrung einzuschleifen. Wofür aber, wie ausgeführt, eine phasenstarre analoge Weiche wünschenswert ist. Fängt man dagegen neu an, ist es durchaus sinnvoll, gleich alles in der digitalen Domäne abzuhandeln.

Es führen also verschiedene Wege zum Ziel. Oben Ausgeführtes lässt sich im Kern auf die zwei Varinaten 1 und 2 reduzieren. 1 entspricht Ulis Realisierung, 2 meiner. Da einen Glaubenskrieg daraus zu machen, liegt mir fern.

Viele Grüße
Gert
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uli.brueggemann
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Beitrag von uli.brueggemann »

Fortepianus hat geschrieben:...bleibt diese Phasendifferenz zwischen den Wegen bestehen, auch wenn die Summe der beiden Zweige nachher die richtige Laufzeit am Hörplatz haben mag. Warum das relevant ist? Nun, sind zwei übereinander angeordnete Chassis nicht phasenstarr aneinander gekoppelt (wie bei einer Subtraktionsweiche), wandert die Abstrahlkeule des Ensembles in vertikaler Richtung, abhängig von der Frequenz.
Gert,

kein Einwand soweit. Neben der Weiche sind aber auch noch die Lagen der akustischen Zentren der Chassis wichtig. Oder damit eben die Laufzeitdifferenzen. Gleicht Deine Weiche das aus?

Und bleibt da nicht doch im Endeffekt eine frequenzabhängige Keule speziell bei kurzen Wellenlängen? Einfach, weil die Laufzeiten zwischen unterschiedlichen Höhenpositionen sich wegen der nicht punktförmigen Anordnung der Chassis ändern?

Ich stimme zusätzlich die Laufzeiten an meinem Hörplatz untereinander per Delay ab. Das vermeidet den Effekt wohl nicht, aber ich bleib meistens auch ruhig sitzen beim Hören :)

Uli
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Hallo Uli,
uli.brueggemann hat geschrieben:Neben der Weiche sind aber auch noch die Lagen der akustischen Zentren der Chassis wichtig. Oder damit eben die Laufzeitdifferenzen. Gleicht Deine Weiche das aus?
ja, in meiner BM20 habe ich deshalb entsprechende analoge Allpässe rein gemacht.
uli.brueggemann hat geschrieben:Und bleibt da nicht doch im Endeffekt eine frequenzabhängige Keule speziell bei kurzen Wellenlängen? Einfach, weil die Laufzeiten zwischen unterschiedlichen Höhenpositionen sich wegen der nicht punktförmigen Anordnung der Chassis ändern?
ok, aber ich denke, damit muss (und kann) man leben, wenn man keine Koax-Chassis verwendet.
uli.brueggemann hat geschrieben:Ich stimme zusätzlich die Laufzeiten an meinem Hörplatz untereinander per Delay ab. Das vermeidet den Effekt wohl nicht, aber ich bleib meistens auch ruhig sitzen beim Hören :)
Ehrlich gesagt sitz' ich auch meist auf der gleichen Stelle, für die alles optimiert ist. Ein wenig ist mein Hörraum schon ein großer Kopfhörer.

Viele Grüße
Gert
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Rudolf
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Beitrag von Rudolf »

Liebe Experten, vielen Dank dafür, dass ihr den Freundschaftskampf aufgenommen habt!

Ich halte mal für mich fest: Entscheidend ist, dass die Übergänge zwischen den Chassis phasenstarr sind. Dies kann man analog (am besten mittels Subtraktionsfilter) oder digital (mittels FIR-Filter) erreichen. Mit beiden Verfahren schafft man die ideale Basis für die Anwendung einer Entzerrung bzw. Korrektur des "Lautsprecher/Raum"-Systems.

Ist die Frequenzweiche digital, so kann man sie auch direkt zur Entzerrung mitverwenden. Der Convolver-Prozessor und die D/A-Wandler sind ja - genauso wie die Endstufe - bereits mit eingebaut. Sehr praktisch, insbesondere dann, wenn die Filterdateien für den Prozessor mit einer "Standard-Software" wie z.B. Acourate erzeugt werden können. Mit einer analogen Weiche ist man sogar noch einen Ticken flexibler, weil man bei der Wahl des vorgeschalteten Convolvers bzw. D/A-Wandlers absolut frei ist. Und ob die Wandlung vor der (analogen) Weiche oder hinter der (digitalen) Weiche erfolgt, dürfte aus meiner Laiensicht egal sein: Hauptsache, man wandelt nicht mehrmals hin und her zwischen analoger und digitaler Domäne.

Ich bitte meine Aussagen zu korrigieren, wenn ich etwas falsch oder zu einfach sehe.

Viele Grüße
Rudolf
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KSTR
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Beitrag von KSTR »

Man kann auch gut und sinnvoll beide Wege zugleich gehen, also einen Teil (den gröberen Teil, auch Schutz-/Limiter-Funktionen) der Weiche analog machen (evtl. sogar passiv vor denn LS) weil wenn man sich nur einmal verprogrammiert oder die falschen Kabel steckt war's das dann mit dem Hochtöner. :cry:

Grüße, Klaus
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Hallo Klaus,
KSTR hat geschrieben:Man kann auch gut und sinnvoll beide Wege zugleich gehen, also einen Teil (den gröberen Teil, auch Schutz-/Limiter-Funktionen) der Weiche analog machen (evtl. sogar passiv vor denn LS) weil wenn man sich nur einmal verprogrammiert oder die falschen Kabel steckt war's das dann mit dem Hochtöner :cry:
ja, das ist im Experimentierstadium ein gewisser Vorteil der Analogtechnik. Allerdings musste ich auch mit dieser Technik leider schon so manchen Hochtöner zu Grabe tragen. Sitzt nämlich die Endstufe direkt am HT, wie in der Aktivtechnik üblich und auch klanglich vorteilhaft, reicht ein bisschen DC vor der Endstufe oder einmal unbedacht was umgesteckt, während noch eingeschaltet war...

Viele Grüße
Gert
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uli.brueggemann
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Beitrag von uli.brueggemann »

Fortepianus hat geschrieben: ja, das ist im Experimentierstadium ein gewisser Vorteil der Analogtechnik. Allerdings musste ich auch mit dieser Technik leider schon so manchen Hochtöner zu Grabe tragen. Sitzt nämlich die Endstufe direkt am HT, wie in der Aktivtechnik üblich und auch klanglich vorteilhaft, reicht ein bisschen DC vor der Endstufe oder einmal unbedacht was umgesteckt, während noch eingeschaltet war...
Darf ich als analoges Greenhorn (mein System ist volldigital bis kurz vor den LS-Klemmen) fragen?

1. ist nicht generell ein HT-Schutz bei analogen Endstufen nötig bzw. zumindest sinnvoll? Kann sich nicht beim Ein-/Ausschalten doch ein ungewollter DC-Anteil einstellen?
2. ein möglicher Schutz wäre dann ja wohl ein Schutzkondensator. Müsste der nicht so dimensioniert sein dass die aus der Kapazität und der HT-Impedanz resultierende Eckfrequenz beispielsweise um einen Faktor 10 (oder x) niedriger liegt als die per Frequenzweiche gewollte. Sonst stellen sich wieder ungewollte Phasendrehungen ein?
3. Oder täte es auch eine entsprechend dimensionierte Scherung (flink?) im HT-Zweig? Die dann eben schneller durchbrennt als der HT. Dieser Trick wird seitens FL-Elektronik, Braunschweig empfohlen. Die Sicherung sollte nicht besonders klangbeeinflussend sein.

Ich selbst erfreue mich des Fehlens solcher Schutzmassnahmen. Meine HTs haben bisher keinerlei Schaden genommen. :wink:

Grüsse, Uli
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Fortepianus
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Beitrag von Fortepianus »

Hallo Uli,
uli.brueggemann hat geschrieben:1. ist nicht generell ein HT-Schutz bei analogen Endstufen nötig bzw. zumindest sinnvoll? Kann sich nicht beim Ein-/Ausschalten doch ein ungewollter DC-Anteil einstellen?
ja. Meine früher geschlachteten HT wurden alle Opfer bei fliegenden Verdrahtungen auf dem Labortisch. Natürlich macht man in eine Aktivbox Schutzmaßnahmen rein, die das Chassis abtrennen, wenn mehr als unwesentliche DC-Anteile anliegen und mehr als eine verträgliche Leistung über längere Zeit rausgeht. So habe ich das auch in meinen BM20 gemacht, die allerdings von Haus aus nur einen NTC auf MT, HT und SHT hatten, der dann bei Überhitzung die Endstufen abgeschaltet hat. Wenn die Schaltung anspricht, kann's aber schon zu spät sein. In späteren Modellen war dann eine sog. ELSI (Elektronische Sicherung) drin, so auch in meinen BM6. In der BM20 habe ich das nachgerüstet. Außerdem gibt's natürlich eine Einschaltverzögerung und beim Ausschalten werden erst mal die Endstufenrelais geöffnet, bevor die Spannung in den Keller geht.
uli.brueggemann hat geschrieben:2. ein möglicher Schutz wäre dann ja wohl ein Schutzkondensator. Müsste der nicht so dimensioniert sein dass die aus der Kapazität und der HT-Impedanz resultierende Eckfrequenz beispielsweise um einen Faktor 10 (oder x) niedriger liegt als die per Frequenzweiche gewollte. Sonst stellen sich wieder ungewollte Phasendrehungen ein?
Naja, Kondensatoren im Signalweg meide ich, wenn sie nicht unbedingt nötig sind. Gutem Klang zuträglich sind unnötige Cs nie, der beste C ist keiner. Funktioniert alles, hält die Weiche natürlich Tieftonanteile fern. Defekte nach der Weiche fängt die ELSI.
uli.brueggemann hat geschrieben:3. Oder täte es auch eine entsprechend dimensionierte Scherung (flink?) im HT-Zweig? Die dann eben schneller durchbrennt als der HT. Dieser Trick wird seitens FL-Elektronik, Braunschweig empfohlen. Die Sicherung sollte nicht besonders klangbeeinflussend sein.
Ja, kann man machen. Ich finde aber die elektronische Variante eleganter, zumal man für den Ein-Ausschaltschutz eh schon ein Relais braucht.

Grüße
Gert
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KSTR
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Beitrag von KSTR »

Ich sehe das mit den Kondensatoren nicht so eng... speziell als reiner Schutz vor dem HT, ausreichend tiefer Roll-Off. Dann liegt über dem Kondensator unter Betriebsbedingungen keine Spannung mehr an und vernünftiges Material vorausgesetzt sehe auch keine Beinflussung durch Parasitics.

So eine Schaltung bietet sich z.B. dafür an:

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Der Kondensator ist hier eine "schwimmend" vorgespannte Brücke, dann kann man sehr gute normale Elkos nehmen und zahlt sich nicht an riesigen Folien tot. Liegt die Brücke in der Masseleitung (also keine Brückenschaltung des Amps dann möglich, als Einschränkung), geht die Vorspannungerzeugung auch recht simpel. Über die ganze Brücke kann man ja noch einen Folien-Bypass legen, wenn man möchte.

Man kann auch die erwähnte passende (vom themischen Verhalten) Sicherung nehmen, dann aber besser innerhalb der Gegenkopplung des Verstärkers (gleiches ist auch mit einem Ausgangs-Kondensator möglich). Oder auch eine Lampe, die dann per Fotowiderstand eine Limiterfunktion ermöglicht oder im Bedarfs(not)fall halt durchbrennt).

Grüße, Klaus
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