Filterfunktion bei Mehrwegern

[FoLLgoTT]

Hallo,
weil es immer wieder aufkommt, habe ich mal die Überlagerung der Zweige bei Mehrwegern mit IIR-Filtern simuliert. Das Problem ist, dass bei einer größeren Anzahl an Wegen und damit immer schmaler werdenden Bandpässen die Phasenlagen der Wege zueinander nicht mehr stimmen und sich keine rein konstruktive Überlagerung einstellt. Auch das Abstrahlverhalten habe ich simuliert.

Anmerkungen sind wie immer willkommen!

Filterfunktionen bei Mehrwegern

Gruß
Nils

[schoko-sylt]

Hallo,
weil es immer wieder aufkommt, habe ich mal die Überlagerung der Zweige bei Mehrwegern mit IIR-Filtern simuliert. Das Problem ist, dass bei einer größeren Anzahl an Wegen und damit immer schmaler werdenden Bandpässen die Phasenlagen der Wege zueinander nicht mehr stimmen und sich keine rein konstruktive Überlagerung einstellt. Auch das Abstrahlverhalten habe ich simuliert.

Anmerkungen sind wie immer willkommen!

Filterfunktionen bei Mehrwegern

Gruß
Nils

Hallo Nils,

aus Deinen Simulationen geht, wenn ich alles richtig verstanden habe, als Quintessenz hervor, dass IIR-Filter gegenüber FIR-Filtern bis auf das zeitrichtigere Verhalten mit geringem, nicht wahrnehmbaren Delay (Gruppenlaufzeit) gegenüber FIR-Filtern, wie z.B. in Acourate verwendet, einige Nachteile haben. Mit anderen Worten: Spielt die durch FIR-Filter verursachte Verzögerung keine Rolle, da keine Live-Music gespielt wird oder lippensynchrones Verhalten erforderlich ist, haben FIR-Filter gegenüber IIR-Filtern einige Vorteile. Sehe ich das so richtig?

Viele Grüße
Holger

[FoLLgoTT]

Hallo Holger,
eigentlich war nicht Ziel des Dokuments, IIR- gegen FIR-Filter vergleichen, sondern aufzuzeigen, wie das Phasenproblem bei Mehrwegern umgangen werden kann. Ich meine, in diesem Forum gab es sogar mal Diskussionen zu dem Thema (wegen der großen B&M, Silbersand usw., die ja viele Wege besitzen), ansonsten findet man kaum etwas darüber in den Selbstbauforen.

Das Problem lässt sich ja sowohl mit IIR (zusätzliche Hoch- und Tiefpässe) als auch mit FIR (Phase linearisieren) lösen. Grundsätzlich lässt sich sagen, dass eine konstante Gruppenlaufzeit immer durch eine konstante Verzögerung erkauft wird. Einen Vorteil von IIR darf man allerdings auch nicht verschweigen, nämlich die einfache Implementierung. Es kann sogar passiv realisiert werden.

Gruß
Nils

[wgh52]

Leutchen,

auch die Welt der Filterfunktion bei Mehrwegern hat Grauschattierungen: Wenn man FIR Filterung und Linearisierung ab 20 Hz einsetzen oder viele Filtertaps nutzen will (mir fällt Acourate als Beispiel ein), dann ergeben sich signifikante Latenzzeiten, die mit Film und Fernsehen unvereinbar sind. Hat man die Möglichkeit (und die Akzeptanz ) FIR Filterung erst ab ca. 200...300Hz einzusetzen, fällt die Lippenasynchronität verursachende Latenzzeit unter die Wahrnehmungsschwelle. Mit diesem Kompromiss habe ich gute Erfahrungen gemacht, die Vorteile von FIR Weichen und Filtern zu nutzen, ich habe auch meinen Fernseher (über Toslink) an die Stereoanlage angeschlossen, streame so auch Filme von PC oder iPAD per (W)LAN.

Grüße,
Winfried

4716

[Rainair]

Hallo ihr drei,

aus meiner Sicht (und persönl. Erfahrung) stellt es sich, stark vereinfacht, so dar:

IIR = kaum Verzögerung, phasenverschoben, und es klingt nach "Lautsprecher".
FIR = große Verzögerung, phasenrichtig, aber es klingt wie "live" ! Der Dynamik-Gewinn ist atemberaubend.
Mischform aus IIR und FIR: Leider ist die tolle Dynamik wieder weg.

LG, Rainer

[FoLLgoTT]

Hallo Rainer,

aus meiner Sicht (und persönl. Erfahrung) stellt es sich, stark vereinfacht, so dar:

Meine persönliche Erfahrung ist völlig anders. Ich habe längere Versuche mit Umschalten zwischen Minimal- und Linearphasig gemacht und konnte praktisch keinen Unterschied hören. Das sowohl bei Klein + Hummel an der O 500 C damals als auch bei mir zu hause (3-Weger).

Aber egal, darum geht es mir in dem Dokument überhaupt nicht. Irgendwie wird bisher komplett am Thema vorbei diskutiert.

Gruß
Nils

[Daihedz]

Hallo Nils

Ich finde es interessant und innovativ, dass Du die einzelnen Wege der LR4-Weiche gleich mit den Filterfunktionen, und nicht bloss mit den entsprechenden, kompensatorischen Allpässen der anderen Filter versiehst. Bislang war mir ausschliesslich der letztere Ansatz mit den Allpässen vertraut.

... Irgendwie wird bisher komplett am Thema vorbei diskutiert. ...

Ja, und das ist eigentlich schade. Auch ich würde mir gerne eine vertieftere Diskussion über das von Dir vorgeschlagene, meines Erachtens und Wissens durchaus innovative Konzept wünschen. Aber vielleicht klappt's besser anderswo und vielleicht auch auf inglisch ...

Forumspromisquite Grüsse
Simon

[schoko-sylt]

Hallo Nils

Ich finde es interessant und innovativ, dass Du die einzelnen Wege der LR4-Weiche gleich mit den Filterfunktionen, und nicht bloss mit den entsprechenden, kompensatorischen Allpässen der anderen Filter versiehst. Bislang war mir ausschliesslich der letztere Ansatz mit den Allpässen vertraut.

... Irgendwie wird bisher komplett am Thema vorbei diskutiert. ...

Ja, und das ist eigentlich schade. Auch ich würde mir gerne eine vertieftere Diskussion über das von Dir vorgeschlagene, meines Erachtens und Wissens durchaus innovative Konzept wünschen. Aber vielleicht klappt's besser anderswo und vielleicht auch auf inglisch ...

Forumspromisquite Grüsse
Simon

Geschätzter Simon, hallo Simon,

diese vielleicht etwas überzogen wirkende Anrede resultiert aus deinen kompetenten, teils wissbegierigen und anderenfalls wiederum Wissen vermittelnden Beiträgen über all die Jahre, die ich (genauso wie sicher auch viele andere Forumsmitglieder) seit langer Zeit mit großem Interesse und Freude, auch wegen deines zwischen den Zeilen versteckten Humors, sehr schätze. Du bereicherst das Forum durch deine Art, deine teils verrückten, innovativen Bauvorschläge, wie nur wenige andere. Wie du selber geschrieben hast, hast auch du während dieser langen Zeit enorm von den Forumsbeiträgen und Stellungnahmen der anderen Forumsmitglieder profitiert und dir ein umfassendes Wissen angeeignet.

Nun ist es insbesondere in letzter Zeit in diesem Forum zu einigen Mißstimmungen und nennen wir es mal Befindlichkeitsstörungen gekommen, es haben sich über die Jahre (un-)freiwillige Austritte mit mehr oder minder großem Kompetenzverlust ergeben, wo du mit sachlichem Verstand versucht hast, das Innenleben und die Denkweise Andersdenkender zu erläutern und um sie, wenn auch zuletzt frustran, gekämpft hast. Wenn nun nicht vertieft über das von Nils vorgeschlagene, deiner Meinung nach innovative Konzept diskutiert wird, dann kann es zum einen den Grund haben,

dass es niemand wegen Kompetenzmangel versteht (was ich nicht glaube),

oder dass es kein besonderes, explizit zu Beiträgen und Stellungnahmen aufforderndes Interesse hervorruft, weil diese Art der Filtererstellung nur für wenige Forenten interessant ist: Nämlich diejenigen, die das von Nils behandelte Problem der konstruktiven Überlagerung bei ihrem Mehrwegelautsprecher mit den als Beispiel verwendeten LR4-Weichen haben, weil sie bewusst kurze IIR-Filter ohne großes Delay wählen oder auf eine Lippensynchronizität auch im tieferen Frequenzbereich nicht verzichten wollen. Dieser Personenkreis ist allerdings nicht so groß, weil die meisten Teilnehmer aus diesem Forum doch "fertige" Lautsprecher ohne aktive Korrektur oder Lautsprecher mit nur drei oder zwei Wegen verwenden, wo das von Nils beschriebene Problem wegen der nicht vorhandenen mehrfachen Überlappung der einzelnen Weichen nicht existent ist. Oder sie verwenden eben, wie auch ich, FIR-Filter, weil es auf das damit unweigerlich vorhandene Delay nicht ankommt und die Vorteile der FIR-Filter im Vordergrund stehen. - Dementsprechend lese ich dann auch den Beitrag und hebe in meinem Kommentar die für mein Dafürhalten wichtigen Eigenschaften/Unterschiede zwischen IIR- und FIR-Filtern hervor, auch wenn ich den Gedankengang von Nils und das innovative Konzept für Anwender von IIR-Filtern sehr zu schätzen weiss. Die mangelnde Diskussion hat also nichts mit der Ausarbeitung und Qualität des Themas, sondern vielmehr mit der bei nur wenigen Teilnehmern vorhandenen "Marktlücke" zur Bewältigung des Problems der konstruktiven Überlagerung zu tun.

Ich fände (finde) es daher sehr schade, wenn du, lieber Simon, wie schon zweimal angedeutet, dieses Forum verlassen würdest oder Nils dazu animierst, seine Gedanken in einem "inglisch"sprachigen Forum zu artikulieren. Auch wenn du im Moment nicht genügend Input bekommst, der dich in deinen "Basteleien" weiter bringt oder dir neue Horizonte verschafft, wäre es schön, wenn du deine Expertise weiterhin in diesem Forum an weniger Kompetente einbringen würdest, bis nach deinem Dafürhalten vielleicht irgendwann anspruchsvoller diskutiert wird. - "Nebenbei" bemerkt hat auch Nils mit seinen Simulationen und kompetenten Beiträgen, ich erinnere u.a. nur an das Thema Subwoofer und deren Aufstellung im Raum, über all die Jahre zu der besonderen Qualität in diesem Forum beigetragen. Daher auch dir, lieber Nils, vielen Dank!

Frühmorgendliche, schlafentzuggestörte, sorgenvolle Grüße
Holger

[FoLLgoTT]

Hallo Simon,

Ich finde es interessant und innovativ, dass Du die einzelnen Wege der LR4-Weiche gleich mit den Filterfunktionen, und nicht bloss mit den entsprechenden, kompensatorischen Allpässen der anderen Filter versiehst. Bislang war mir ausschliesslich der letztere Ansatz mit den Allpässen vertraut.

Ich denke nicht, dass das innovativ ist. Das gab es bestimmt alles schon. Aber mein Ziel war auch nur, die Problematik vorzustellen und alle Lösungsmöglichkeiten aufzuzeigen.

Die Allpässe habe ich übrigen noch mal in einem Nebenssatz hinzugefügt. Im Grunde ist das ja nur eine abgespeckte Variante von den zusätzlichen Tief- und Hochpässen.

Ansonsten sind inzwischen noch mehr Diagramme bei den anderen Varianten und eine kleine Tabelle, die ein bisschen was vergleicht. Vor allem der Bedarf an DSP-Speicher unterscheidet sich ja enorm.


Hallo Holger,
klar, das Problem ist sehr speziell, da es grundsätzlich nur Lautsprecher mit >2 Wegen betrifft und erst ab vier Wegen wirklich verschärft auftritt. Bei dreien ist es zwar auch vorhanden, aber schwächer. Von daher ist der Interessentenkreis eher gering. Gar keine Frage.

Gruß
Nils

[Daihedz]

Hallo Nils

Du eröffnest mit Deinem Paper ein neues Kompromissfeld ...

Ich spiele mal partiell ein 6-Wege-System durch, da ich aktuell ein solches in meiner zyklischen Prototypenpipeline habe. Die Filter sollen für dieses Beispiel LR4-Typen (LR4=2*BUT2) sein. Es geht mir darum, die Vor-und Nachteile Deiner Varianten aus meiner Sicht theoretisch anzudenken:

Variante 1.1 analog:
- 2 Kanäle DA-Wandlung
- 5 analoge Filter pro Weg, d.h. min. 10 IC's (2*BUT2) pro Weg. Pro Audio-Kanal also 6*10 = 60IC's

Varianten 2. und 3.
- 12 Kanäle DA-Wandlung

Weder analoge Filterstufen, noch DAC's sind perfekt. Welche Vatiente erbringt nun wohl den besten Kompromiss? Dabei sei ggf. auch zu beachten, dass sich die Anwendung spezieller Goodies (Flow, MS-Kodierung vor der Wandlung etc.) bei digitalen Mehrwegesystemen >2 DAC's wohl etwas komplexer erweist, als bei einem "einfachen" digitalen 2-Kanal-System. Bei letzerer Erwägung wäre die 1.1-Variante klar im Vorteil.

So vertraut (da analog) mir Variante 1.1 erscheinen mag, mir graut etwas vor der Entwicklung eines Boards für die in diesem Beispiel total 60 Filterstufen pro Kanal. Um danach festzustellen, dass das ganze Lot der insgesamt >120 IC's meines dergestalt aufgebauten Stereo-Systems zu guter Letzt doch einen kleinen Tic zu hörbar rauscht. Vorhören auf dem Papier geht bekanntlich nicht ... Ich hätte deshalb eher die Tendenz, die digitalen Varianten 2 oder 3 vorzuziehen, obschon mir aus pragmatischen Gründen 2 DAC's lieber wären als deren 12.

Variante 3 ist aufgrund der Ressourcenökonomie durchaus elegant, aber ich sehe keinen grossen praktischen Vorteil, es sei denn, ein gegebener Rechner komme mit Variante 2 an, resp. knapp über seine Limiten. Dann könnte man mit Variante 3 möglicherweise das System doch noch retten?

Ich komme deshalb für mich zum Schluss, dass ich weiterhin mit Variante 2 ganz gut und darüber hinaus dank Acourate komfortabel durch's weitere Bastlerleben kommen werde. Für Variante 2 spricht des weiteren für mich, dass z.B. Horbach-Keele- und NT-Filter auf analoge Weise nicht implementierbar sind. Da scheidet Variante 1.1 von vornheraus aus.

Aber schön und prinzipiell attraktiv finde ich Variante 1.1 als Spielform aller Möglichkeiten dennoch ...

Abwägende Mehrdacgrüsse
Simon

[uli.brueggemann]

Also ich habe mit dem Rezept Probleme, ich hab es nun dreimal durchgespielt und bekomme nicht dasselbe Ergebnis

Summe der Amplituden

Nicht konstant wie es sein soll

Phase

Das entspricht dem Bild bei Nils

Gruppenlaufzeit

ok soweit, "das hört ja sowieso keiner "

Sprungantwort

Das Übliche

Ergebnis ist also eine Lösung mit minimalphasigen Weichen und Sprungantwort wie damit bekannt. Die Vorteile der Latenz bei minimalphasigen Weichen ist gegeben. Ob sich damit ein Bauteilegrab lohnt muss jeder fürs sich entscheiden.

Grüsse
Uli

[wgh52]

Hallo Nils,

mir kam noch ein Gedanke als ich sah wie weit die zusätzlichen Filter in Punkt 2. vom Chassisbetriebsfrequenzbereich weg liegen (ich hoffe, dass das nicht off-topic ist ):

Was passiert eigentlich wenn man zusätzlich zu den Zusatzfiltern auch die realen Chassis, die ja ebenfalls zusätzliche minimalphasige Hoch und Tiefpässe in die Filterwege einfügen, mit einbezieht? Dadurch ändern sich doch die Verhältnisse auch wieder und es könnte vielleicht sogar sein, dass reale Chassis manchmal die kompensierenden Filter ersetzen, ergänzen oder auch stören würden. Die praktische Implementierung wird also recht komplex. Wie siehst Du das?

Grüße,
Winfried

4717

[FoLLgoTT]

Hallo Simon,

Variante 3 ist aufgrund der Ressourcenökonomie durchaus elegant, aber ich sehe keinen grossen praktischen Vorteil, es sei denn, ein gegebener Rechner komme mit Variante 2 an, resp. knapp über seine Limiten. Dann könnte man mit Variante 3 möglicherweise das System doch noch retten?

Genau darauf zielen diese Varianten ab. Bei einem PC mit quasi "unendlich" viel Rechenleistung ist das alles egal. Ich habe hier aber einige Fertig-DSPs (ADAU1452), von denen ich einige in meinem Heimkino einsetze. Und die haben begrenzten Speicherplatz. Da macht sich die Variante 1.1 richtig schlank. Selbst Variante 3 ist dagegen "fett".
Beim MiniDSP hat man auch nur begrenzt Platz für FIR-Filter. Wenn man sowas einsetzt, muss man also ggf. schon schauen, was man damit macht.

Ich würde aber für normales Hifi, bei dem man gerne mal etwas mehr ausgibt, an sowas nicht sparen. Da bin ich völlig bei dir.


Hallo Uli,

Also ich habe mit dem Rezept Probleme, ich hab es nun dreimal durchgespielt und bekomme nicht dasselbe Ergebnis

Summe der Amplituden

Nicht konstant wie es sein soll

Das ist merkwürdig. Ich habe meine Summe noch mal feiner skaliert und 100%ig perfekt ist die Addition da auch nicht, aber doch deutlich besser als bei dir.



Ich habe die Filter übrigens mit VACS per Formel generiert.

Code: Alles auswählen

f1 = 200;
f2 = 800;
f3 = 2500;
Order = 4;
H0 = Filter(x/f1, Order, 4, 0); // Tiefpass
H1 = Filter(x/f1, Order, 4, 1); // Hochpass
H2 = Filter(x/f2, Order, 4, 0); // Tiefpass
H3 = Filter(x/f2, Order, 4, 1); // Hochpass
H4 = Filter(x/f3, Order, 4, 0); // Tiefpass
H5 = Filter(x/f3, Order, 4, 1); // Hochpass

Result =  H0*H2*H4 + H1*H2*H4 + H1*H3*H4 + H1*H3*H5;

Und für die Simulation mit den Punktschallquellen (Abstrahlverhalten) hatte ich sie mit rePhase generiert und als textuellen komplexen Frequenzgang in ABEC importiert. Bei letzterem sehe ich auch skaliert keinen Einbruch.

Hallo Winfried,

Was passiert eigentlich wenn man zusätzlich zu den Zusatzfiltern auch die realen Chassis, die ja ebenfalls zusätzliche minimalphasige Hoch und Tiefpässe in die Filterwege einfügen, mit einbezieht? Dadurch ändern sich doch die Verhältnisse auch wieder und es könnte vielleicht sogar sein, dass reale Chassis manchmal die kompensierenden Filter ersetzen, ergänzen oder auch stören würden. Die praktische Implementierung wird also recht komplex. Wie siehst Du das?

Ja, das sehe ich genauso. Ich wollte das aber nicht in dem Dokument vermischen. Es ist ja quasi etwas, das sich durch nicht ideale Verhältnise mit den Filtern der Weiche überlagert. Im Endeffekt muss natürlich die gesamte Übertragungsfunktion jedes Weges passen, das ist ganz klar. Und man kann je nach Treiber und Konzept auch die natürlichen Flanken mit einbeziehen.

Gruß
Nils

[FoLLgoTT]

Hallo,
ich habe diese minimale Delle im Amplitudengang noch mal genauer untersucht. Sie ist immer dann vorhanden, wenn ich zusätzliche Hoch- und Tiefpässe einbringe. Wenn ich dagegen Allpässe einbringe, wird ein minimaler Buckel erzeugt.

Das ist beides aber leicht erklärbar. LR-Filter ergeben ja nur eine perfekte Summe, wenn sich ein Tief- und ein Hochpass überlagern. Bei den vielen Wegen überlagern sich aber immer mehr als zwei Wege, wenn auch nur mit geringem Pegel.
Bei zusätzliche Hoch- und Tiefpässen werden die Flanken etwas runtergedrückt, daher fehlt ein bisschen Pegel. Bei den Allpässen ist dagegen etwas zu viel da, weil sich ja mehr als zwei Wege überlagern.

Beide Effekte sind aber in dem Beispiel extrem gering ausgeprägt und das Abstrahlverhalten unterscheidet sich praktisch nicht.

Je mehr Wege und je flacher die Filter, desto stärker ausgeprägt sollte die Delle bzw. der Buckel sein.

Gruß
Nils

[phase_accurate]

Hallo Nils

Je mehr Wege und je flacher die Filter, desto stärker ausgeprägt sollte die Delle bzw. der Buckel sein.

Das kann ich hinsichtlich flacher Filter bestätigen. Bei einer Annäherung an eine asymmetrische zeitrichtige Konstantspannungsweiche für meine Manger machte es einen deutlichen Unterscheid, ob ich den natürlichen Frequenzgang am unteren Ende des Uebertragungsbereichs des Woofers beim Pfad für den MSW auch mitberücksichtigt hatte oder nicht. Ist zugegebenermassen nicht die Uebertragungsfunktion eins Weichenpfades, die hier hereingefunkt hatte, sondern die natürliche Uebertragungsfunktion eines Treibers - aber der Effekt war genau der gleiche.

Gruss

Charles