Ultraschallhören und der hypersonische Effekt

Tontechnische Basisthemen

Ultraschallhören und der hypersonische Effekt

Beitragvon KlausR. » 10.11.2015, 15:40

Hallo Aktivhörer,

falls dieses Thema den einen oder anderen interessiert, hier meine Literaturauswertung:

http://www.aaanalog.de/media/Artikel/Hy ... 015_DE.pdf

Klaus
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Beitragvon uli.brueggemann » 10.11.2015, 15:54

Prima Überblick, danke.

Grüsse
Uli
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Beitragvon musikgeniesser » 11.11.2015, 18:50

Lieber Klaus,
liebe Forenten,

danke für den Überblick!

In Ergänzung zum AES-Paper 5401 von 2001 hier noch der Link zu der Darstellung von K+H.

http://www.klein-hummel.com/klein-hummel/globals.nsf/resources/hoeren_ueber_20kHz.pdf/$File/hoeren_ueber_20kHz.pdf

Möge es nützen

Peter
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Beitragvon Eusebius » 12.11.2015, 14:40

Der letzte Satz des K+H-Textes scheint mir der entscheidende zu sein:
Im Original ist das alles nicht hörbar!
Artefakte, die durch die Lautsprecherwiedergabe entstehen können, unter bestimmten Umständen künstlich hörbar zu machen, erscheint mir folglich als völlig unsinnig.
Es wären schlicht Wiedergabefehler.
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Beitragvon Hans-Martin » 16.11.2015, 00:13

musikgeniesser hat geschrieben:In Ergänzung zum AES-Paper 5401 von 2001 hier noch der Link zu der Darstellung von K+H.
http://www.klein-hummel.com/klein-hummel/globals.nsf/resources/hoeren_ueber_20kHz.pdf/$File/hoeren_ueber_20kHz.pdf

Hallo Peter,
der Versuchsaufbau bei Ashihara wurde in Bild 3 eindeutig dargestellt. Der Hörer saß 1,50m von den 6 Lautsprechern entfernt (JVC SX-V05), die jeweils 144mm breit waren. Die gezeigte Anordnung mit der 6-er Gruppe, 3 untere, 3 obere LS, bedingt einen Abstand von 288mm der beiden äußeren Hochtöner voneinander, jeweils 144mm zum mittleren. Bei linearer Anordnung gemäß Abbildung ergibt sich zum Zentrum (Hörer 1 Ohr ausgerichtet) eine Wegdifferenz von 7mm, d.h. Auslöschung (destruktive Interferenz) bei 24kHz, wo die Wellenlänge etwa 14mm beträgt.
Bei 12kHz ist der FG noch halbwegs intakt, weil die 1/4 Wellenlänge noch über den 7mm Wegdifferenz liegt. Aber bei allen Frequenzen über 12kHz werden die Wellenlängen kürzer, und das bedeutet, von 2-3 Quellen (die vertikal darüber angeordnete 3LS-Reihe habe ich mal vernachlässigt, weil ihre Auswirkung das Argument nicht entkräftet), geht eine Senke im FG aus, erst bei 48kHz käme es wieder zu einer konstruktiven Interferenz. Kein Wunder, wenn man diese hohen Frequenzen nicht mehr hört.

Bedenkt man den Verdeckungseffekt, kann man dann erwarten, dass die etwa -50dB schwächeren Intermodulationsprodukte, die jeweils 2kHz oberhalb im Schatten der Vollpegel z.B. 14kHz liegen, hörbar werden?
Oder ist Verdeckungseffekt ein Hirngespinst?

Warum Ashihara den Aspekt der Interferenzmuster (auch Lobing) völlig vernachlässigt, zumindest mit keinem Wort erwähnt, halte ich für derart fragwürdig, dass ich bezweifle, dass die Schlussfolgerungen, die er aus seinem Experiment zieht, als Referenz anerkannt werden dürften.
Überprüft wurde das Setup mit einem B&K 4133 Mikrofon, welches bis ca 50kHz geht.

Für mich bleiben bei dieser Studie einige Fragen offen.
Auch die Bitte, von denen, die Ashihara besser verstanden haben als ich, die Lücken zum Verständnis erläutert zu bekommen.
Ohne dieses könnte eine Studienarbeit, die Ashiharas Ergebnis kritiklos übernommen hat, womöglich auch zu falschen Schlussfolgerungen gekommen sein.

Und schließlich bleibt das Experiment, 2 Hochtöner mit weitem Übertragungsbereich (z.B. Ringradiator mit 50kHz) ab 30kHz zusätzlich anzukoppeln, dass man nur mit dem Ohr auf weniger als 1cm Abstand ein leichtes Gewisper von den Obertönen hört, wenn der Rest stumm bleibt. Auf den Gesamtklangeindruck am Sitzplatz dürften bei Stereo diese keinen Einfluss haben. Wenn doch, sollte klar sein, dass die anderen Lautsprecherchassis in ihrem Intermodulationsverhalten wohl kaum beeinflusst worden sind, oder??
Um auszuschließen, dass die niedrige Impedanz solcher Hochtöner das Schwingverhalten eines Verstärkers mit beeinflusst, sollte dieser separat betrieben werden, oder mit einer äquivalenten Last (Zobel-Glied). Das speziell habe ich noch nicht gemacht, aber andere Experimente, die mich sehr an Ashiharas Ergebnissen zweifeln lasssen.
Grüße Hans-Martin
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Beitragvon KlausR. » 17.11.2015, 13:21

Hallo Hans-Martin,

Hans-Martin hat geschrieben:der Versuchsaufbau bei Ashihara wurde in Bild 3 eindeutig dargestellt. Der Hörer saß 1,50m von den 6 Lautsprechern entfernt (JVC SX-V05), die jeweils 144mm breit waren. Die gezeigte Anordnung mit der 6-er Gruppe, 3 untere, 3 obere LS, bedingt einen Abstand von 288mm der beiden äußeren Hochtöner voneinander, jeweils 144mm zum mittleren. Bei linearer Anordnung gemäß Abbildung ergibt sich zum Zentrum (Hörer 1 Ohr ausgerichtet) eine Wegdifferenz von 7mm, d.h. Auslöschung (destruktive Interferenz) bei 24kHz, wo die Wellenlänge etwa 14mm beträgt.

das paper, auf das Du im obigen verweist, wurde auf der InterNoise 2000, das andere auf einer AES convention 2001 vorgestellt, beides von Fachleuten besuchte Veranstaltungen, die fragwürdige Versuchsaufbauten wohl sicher bemerkt hätten. Im AES-Forum kein Kommentar zum paper!

Des weiteren denke ich, daß die Abb.3 des InterNoise papers, die übrigens im AES paper nicht zu finden ist, als schematisch zu verstehen ist und nicht mit absoluter Sicherheit den konkreten Versuchsaufbau darstellt. Im Text wird in keinem der beiden papers explizit dazu etwas gesagt, es könnte also auch durchaus sein, daß die Lautsprecher so aufgestellt waren, daß die Weglängen Chassis – Kopf/Ohr identisch waren.

Bei 12kHz ist der FG noch halbwegs intakt, weil die 1/4 Wellenlänge noch über den 7mm Wegdifferenz liegt. Aber bei allen Frequenzen über 12kHz werden die Wellenlängen kürzer, und das bedeutet, von 2-3 Quellen (die vertikal darüber angeordnete 3LS-Reihe habe ich mal vernachlässigt, weil ihre Auswirkung das Argument nicht entkräftet), geht eine Senke im FG aus, erst bei 48kHz käme es wieder zu einer konstruktiven Interferenz. Kein Wunder, wenn man diese hohen Frequenzen nicht mehr hört.

Die (nicht mit Sicherheit vorhandene) Wegdifferenz würde für einen Kammfilter sorgen, mit einem ersten Minimum bei 24 kHz, einem ersten Maximum bei 48 kHz. Der Pegel des Kamms hängt vom Pegel des verzögerten Signals ab, und würde bei mehreren um den gleichen Betrag verzögerten Signalen zunehmen. Alle Minima und Maxima sind im nicht mehr hörbaren Frequenzbereich.

Bedenkt man den Verdeckungseffekt, kann man dann erwarten, dass die etwa -50dB schwächeren Intermodulationsprodukte, die jeweils 2kHz oberhalb im Schatten der Vollpegel z.B. 14kHz liegen, hörbar werden? Oder ist Verdeckungseffekt ein Hirngespinst?

Klippel nennt für IM-Verzerrungen bei 2-Ton-Signalen Werte von 1-5% (d.h. -40 bis -26 dB), Werte für wie das bei Ashihara benutzte Mehrtonsignal sind mir nicht bekannt.

Ohne dieses könnte eine Studienarbeit, die Ashiharas Ergebnis kritiklos übernommen hat, womöglich auch zu falschen Schlussfolgerungen gekommen sein.

Das AES paper wird von Griesinger und vom Fraunhofer Institut (Bürgel, Advanced audio coding for high resolution audio...) aufgegriffen, ebenfalls ohne weiteren diesbezüglichen Kommentar!

So wie ich das Ashihara-paper verstehe, lagen beim single-speaker Experiment die Wahrnehmungschwellen (discrimination threshold) unterhalb von 70 dB der target components (22-38 kHz)), also weniger als 10 dB über dem Basispegel der non-target components (2-18 kHz), während beim 6-speaker Experiment bis 80 dB keine Unterschiede wahrgenommen wurden. Daher auch die Schlußfolgerung der Autoren: „Es wurde gezeigt, daß es in den Fällen, wo experimentelle Artefakte eliminiert werden, extrem schwierig sein würde, Ultraschall wahrzunehmen. Ultraschall hat vermutlich geringen Einfluss auf Abbildung und Lokalisation.“

Die Untersuchung von Klein+Hummel bestätigt die Ergebnisse von Ashihara!

Selbst falls Ultraschallanteile bei künstlichen Signalen wahrzunehmen sind, solange man dafür den Pegel des Ultraschallanteils höher als den Pegel des Basisanteil fahren muß, frage ich mich, wie relevant dies für normale Musikwiedergabe ist.

Wie auch immer, solange Ultraschallanteile nicht mit Musik erwiesenermaßen wahrnehmbar sind, und es scheint so auszusehen, daß man diese Frage momentan weder bejahen noch verneinen kann, sehe ich für mein Teil keine Veranlassung, mich mich Supertweetern und Formaten, die über 20 kHz hinausgehen, ernsthaft zu beschäftigen, auch, oder vielmehr inbesonders, angesichts der 56 Lenze, die ich auf dem Buckel habe.

Klaus
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Beitragvon O.Mertineit » 17.11.2015, 13:55

http://www.klein-hummel.com/klein-hummel/globals.nsf/resources/hoeren_ueber_20kHz.pdf/$File/hoeren_ueber_20kHz.pdf hat geschrieben:
...
In einem Abstand von ca. 220 cm von der (normal hörenden) Testperson werden zwei
Lautsprecher direkt übereinander so montiert, dass sie am Abhörplatz über identische
Übertragungsfunktionen verfügen. Im ersten Teil des Versuches wird nur einer der beiden
Lautsprecher verwendet: Über diesen wird ein harmonisches Frequenzspektrum wiedergegeben,
welches nach oben bis 35 kHz begrenzt ist und dessen Grundwelle herausgefiltert wurde. Dieses
Spektrum wurde anschließend um einen Ton mit der Frequenz von 31,5 kHz ergänzt, der
zusätzlich mit einer Frequenz von 2 Hz gepulst ist, um sich besser aus dem übrigen Signal
hervorzuheben. Sämtliche Testpersonen hörten den Unterschied zwischen den beiden Signalen,
obwohl die Frequenz des gepulsten Tones weit über ihrem Hörfrequenzbereich lag. Bei einer
anschließenden FFT-Analyse des akustischen Signals am Hörplatz wurde bei dem zweiten
Testsignal (mit gepulstem 31,5 kHz-Ton) eine zusätzliche Komponente bei 3,5 kHz ausgemacht:
Es handelt sich hierbei um eine (deutlich hörbare) Intermodulationsverzerrung,
hervorgerufen durch nichtlineares Verhalten der Lautsprecher.
Im zweiten Teil des Versuches werden nun beide Lautsprecher eingesetzt: Der eine gibt das
Testspektrum (ohne 31,5 kHz-Ton) wieder, während der zweite ausschließlich zur Übertragung
des 31,5 kHz-Tones (wieder mit 2 Hz gepulst) dient. Hierdurch werden die nichtlinearen
Lautsprechereigenschaften in Bezug auf den Testton ausgeschaltet. In diesem Fall konnte keine
der Testpersonen einen Unterschied in der Darbietung bei ein-oder ausgeschaltetem 31,5 kHz-
Ton ausmachen, selbst dann nicht, wenn sein Schalldruckpegel über 80 dB betrug. Die später am
Abhörplatz gemessenen Spektren unterschieden sich lediglich durch die Existenz des 31,5 kHz-
Tones, es wurde keine Komponente bei 3,5 kHz gefunden.
⇒ Fazit:
Unterschiede, die bei Hörversuchen über Übertragungsketten mit unterschiedlichen
oberen Grenzfrequenzen (> 20kHz) durchaus herausgehört werden, lassen sich auf zusätzliche
niederfrequente Intermodulationsprodukte u.A. der Lautsprecher zurückführen, die dann auftreten,
wenn diese mit höherfrequenten (Nutz-) Signalen angeregt werden.

Die hochfrequenten zur Originaldarbietung gehörenden Signale werden unterdessen vom
Menschen nicht wahrgenommen!

(Hervorhebung von mir)


Hallo Klaus,

es gibt m.E. vor allem diese wichtige und richtige Konsequenz daraus, die manchen wohl nicht schmecken wird (*):

Hochwertige Audioketten benötigen oberhalb des menschlichen Hörbereichs eine sinnvolle Bandbegrenzung und zwar ganz unabhängig von irgendwelchen Diskussionen über (digitale) Distributionsformate.

Signale weit oberhalb 20Khz und mit nennenswerten Pegeln haben u.a. in Endstufen und LS-Systemen nicht das Geringste verloren. Alles andere ist potentiell qualitätsmindernd und nachrichtentechnischer Unfug.


Grüße Oliver

______________

(*) Darunter oft sogar Hörer mit Lebensalter z.B. 50+, 60+, ...

Bildersuche zu "Altershörverlust":
https://www.google.de/search?q=H%C3%B6r ... B6rverlust
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Beitragvon KlausR. » 17.11.2015, 14:26

Hallo Oliver,

O.Mertineit hat geschrieben:Hochwertige Audioketten benötigen oberhalb des menschlichen Hörbereichs eine sinnvolle Bandbegrenzung und zwar ganz unabhängig von irgendwelchen Diskussionen über (digitale) Distributionsformate.

Signale weit oberhalb 20Khz und mit nennenswerten Pegeln haben u.a. in Endstufen und LS-Systemen nicht das Geringste verloren.

CD ist formatbedingt begrenzt, bei LP ist oberhalb von 15 kHz auch nicht mehr viel los, und wenn, dann nicht mit nennenswerten Pegeln. Meine Hummeln machen bei 20 kHz auch die Schotten dicht, Formate mit Ultraschall und Supertweeter hätten bei mir demnach eh' nicht viel Nutzvolles zu bieten.

Das letzte Mal, daß ich das getestet habe, konnte ich 16 oder 17 kHz noch hören, aber nur mit Vollgas und Nase am Hochtöner!

Klaus
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Beitragvon O.Mertineit » 17.11.2015, 14:37

Hallo Klaus,

hier einmal Evidenz aus einem ganz anderen Bereich:

https://de.wikipedia.org/wiki/Flederm%C ... geschichte

Solange keine technischen Ultraschalldetektoren verfügbar waren, tappte man lange Zeit vollkommen im Dunkeln, was der zugrundeliegende Orientierungssinn bei Fledermäusen sei ...

https://static.zooniverse.org/www.batde ... rogram.jpg


Grüße Oliver
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Beitragvon engineer » 22.11.2015, 21:53

O.Mertineit hat geschrieben:
es gibt m.E. vor allem diese wichtige und richtige Konsequenz daraus, die manchen wohl nicht schmecken wird (*):

Hochwertige Audioketten benötigen oberhalb des menschlichen Hörbereichs eine sinnvolle Bandbegrenzung und zwar ganz unabhängig von irgendwelchen Diskussionen über (digitale) Distributionsformate.

Signale weit oberhalb 20Khz und mit nennenswerten Pegeln haben u.a. in Endstufen und LS-Systemen nicht das Geringste verloren. Alles andere ist potentiell qualitätsmindernd und nachrichtentechnischer Unfug.



Das schreibe ich seit 20 Jahren regelmäßig in jeden thread hinein, bei dem es darum geht, was 96kHz-Systeme leisten, was neue Soundkarten können und vor allem, was Verstärker und und Lautsprecher können (sollen). Allein, es wird nicht verstanden.

Die Problematik ist halt die, dass es keine harte Bandsperre gibt. Weder im Analogen, noch im Digitalen. Von daher muss man immer einen Kompromiss bilden und niemand in der Kette möchte der Limiter sein.

Spätestens aber am Ausgang eines jeden DAC UND vor den Eingang eines jeden analogen! Leistungsverstärkers gehört ein Tiefpass mit geeigentem soft roll-off.
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