Subtraktionsweichen

[phase_accurate]

Vielleicht müsste ich mal genau fragen, welche Subtraktivweiche Du verwenden möchtest: Die klassische "1 minus Hochpass", eine Phasensubtraktionsweiche oder mit Time Delay.

Letztere schliesse ich einmal aus, wegen dem Bauteilemassengrab.

Die Phasensubtraktionsweiche liesse sich analog bauen. Die gleichen Frequenz-und Phasengänge lassen sich auch mit einzelnen Filtern erzeugen. Der bekannteste Fall ist Butterworth Allpass 2. Ordnung minus Butterworth (HP od. TP) 2.Ordnung x 2. Dies ergibt ein symmetrisches Filter 4. Ordnung und entspricht dem Linkwitz Fall. Wenn andere Güten als 0.707 verwendet werden, wird die Weiche asymmetrisch (2. und 4. Ordnung), wobei man wählen kann, welche Steilheit der Hoch und welche der Tiefpass aufweisen soll. Die In-Phase eigenschaft bleibt erhalten. Der Nachteil der Asymmetrie wird dann ein Bisschen aufgewogen durch die Tatsache, dass man Filtergüten wählen kann, welche ein besseres Gruppenlaufzeitverhalten haben als LR4.

Die Zweige der klassischen Subtraktivweiche sind mitnichten in Phase, sie sind sogar je nach Frequenz mehr als 90 Grad phasenverschoben. Aber die Signalsumme ist es. Deshalb müssen die Chassisfrequenzgänge viel akribischer in den Weichenfrequenzgang einbezogen werden.

Gruss

Charles

[Ralph Berres]

Falls ich recht verstehe, geht's Dir weniger um das Subtraktivprinzip an sich als um akustisch linearisierten Phasengang.

Am liebsten wäre, wenn ich beides miteinander vereinen läßt. Die Vorteile der allpasskorrigierte Subtraktionsweiche , mit der Eigenschaft einer konstanten Gruppenlaufzeit der Summe aller Kanäle.
Das am liebsten analog, da ich mich verdammt schwer tue , das ganze digital zu lösen.

Wenn dem so sein sollte, schlage ich vor das quasi-phasenlineare Weichenprinzip von Samuel Harsch, einem schweizer Toningenieur, zu eruieren.

Ich habe diese Weiche ca. zwei Jahre erfolgreich bei meinen aktivierten B&W N804 als Aktivweiche eingesetzt; sie brachte damals einen Durchbruch bezüglich räumlicher Abbildung und Feinzeichnung. Ich kam jetzt wieder auf diese Weiche, weil sie eine Kombination von 12 db/Okt Bessel Hochpass und 24 dB/Okt Butterworth Tiefpass verwendet, plus (langes) Delay im Hochton. Realisiert wird das mit digitalen Aktivweichen, ich verwendete eine Sony SRP-F300, die ja eine Delayfeinabstimmung (Sprungantwortoptimierung) zulassen. Die Sony ist eine PA/Studioweiche, die Bedienung sehr einfach und intuitiv.

So wie ich das einschätze hast du fertige Geräte miteinander kombiniert? Sonyweiche und Verzögerungsleitung?

Wenn es reine 12db Besselfilter und 24db Butterworthfilter sind , könnte ich das mal simulieren und gegebenfalls auch analog aufbauen. Aber eine Verzögerungsleitung welche auch bei 20KHz noch ideal ist, ist analog fast garnicht zu realisieren. Diese Allpassfilter sind nämlich alles andere als ideale Verzögerungsglieder. Sie funktionieren nur brauchbar wenn die klein ( kleiner als 1/10 ) genug gegenüber der kürzesten Periodendauer der Signalgemisches ist .

Ralph

[wgh52]

Hallo Ralph,

...hast du fertige Geräte miteinander kombiniert? Sonyweiche und Verzögerungsleitung?

Nein! Die Sonyweiche (und andere ähnlicher Bauart) hat beides in einem Gerät, durch DSP eingebaut. Bei Interesse schicke ich Dir mal die Software, dann kannst Du sehen wie simpel das implementiert ist. Dafür brauchst Du überhaupt kein PC Freak zu sein!

Aber eine Verzögerungsleitung welche auch bei 20KHz noch ideal ist, ist analog fast garnicht zu realisieren. Diese Allpassfilter sind nämlich alles andere als ideale Verzögerungsglieder.

DAS war einer der Hauptgründe warum ich überhaupt auf digitale Weichen umstieg, im digitalen Bereich ist's "easy"! Übrigens ist auch das Probieren verschiedenster Weichenkonzepte "easy"...

Gruss,
Winfried

2020

[cay-uwe]

Vielleicht müsste ich mal genau fragen, welche Subtraktivweiche Du verwenden möchtest: Die klassische "1 minus Hochpass", eine Phasensubtraktionsweiche oder mit Time Delay.

Letztere schliesse ich einmal aus, wegen dem Bauteilemassengrab.

Die Phasensubtraktionsweiche liesse sich analog bauen. Die gleichen Frequenz-und Phasengänge lassen sich auch mit einzelnen Filtern erzeugen. Der bekannteste Fall ist Butterworth Allpass 2. Ordnung minus Butterworth (HP od. TP) 2.Ordnung x 2. Dies ergibt ein symmetrisches Filter 4. Ordnung und entspricht dem Linkwitz Fall. Wenn andere Güten als 0.707 verwendet werden, wird die Weiche asymmetrisch (2. und 4. Ordnung), wobei man wählen kann, welche Steilheit der Hoch und welche der Tiefpass aufweisen soll. Die In-Phase eigenschaft bleibt erhalten. Der Nachteil der Asymmetrie wird dann ein Bisschen aufgewogen durch die Tatsache, dass man Filtergüten wählen kann, welche ein besseres Gruppenlaufzeitverhalten haben als LR4.

Die Zweige der klassischen Subtraktivweiche sind mitnichten in Phase, sie sind sogar je nach Frequenz mehr als 90 Grad phasenverschoben. Aber die Signalsumme ist es. Deshalb müssen die Chassisfrequenzgänge viel akribischer in den Weichenfrequenzgang einbezogen werden.

Eigentlich wollte ich eine 1 - TP = HP Weiche implementieren. Wenn ich das richtig verstanden habe, müsste das im Prinzip so auschauen.



Laut der hier beschriebenen Funktionsweise müsste der TP Part nach Lehrbuch arbeiten, sprich Butterworth, LR, Bessel, etc. Charakter besitzenbesitzen. Der HP würde eine 6dB Steilheit besitzen und eine Überhöhung haben, die je nach Art des TP mehr oder weniger ausgeprägt ausfällt. Ich plane für den TP eine LR2 im Bereich von ca. 2.5 kHz.

Da ich so ein Muffel bin und ich bis jetzt immer noch nicht mit LTspice arbeite, könnte ja einer von Euch mal aufzeigen, was das TP / HP Übertragungsverhalten inklusive Phase ausschaut, oder ?

[Ralph Berres]

sag mal winfred

welche Übergangsfrequenz hast du im Tieftonkanal und im Mittel, bzw Hochtonkanal benutzt? und wie groß ist die Verzögerungszeit im Mittel, bzw Hochtonkanal?

Ich habe das nämlich mal simuliert. Frequenzgang kann ich keine Verzögerungszeit eingeben, aber bei
Rechtecksignale kann ich das. Ich habe einen Butterworth Tiefton 4.Ordnung 300Hz und ein Bessel Hochton 2 ordnung ebenfalls 300Hz. Beide Zweige habe ich mit getrennten Signalquellen angesteuert, wobei ich im Hochtonkanal die Signalquelle verzögert starten lassen kann.

Aber ich komme auf grauselige Signalverläufe.

Ralph

[Ralph Berres]

Kay Uwe

Bei dieser Weiche kommt im Tieftonkanal der Frequenzgang des Tiefpasses raus, im Hochtonkanal 6db/Oktave. Die Phase zwischen beiden Kanälen verlaufen total unterschiedlich je nach Filterordnung durchaus 180° und mehr Phasenverschiebung.

Das Gruppenlaufzeitverhalten und ist ideal. Der Summenfrequenzgang hat eine Überhöhung im Übergangsbereich.

Ich könnte dir das File für LT spice per Email senden. Aber ich bekomme es einfach nicht ohne Hilfe hin Diagramme hier reinzuladen. das geht regelmäßig schief.

Ralph

[cay-uwe]

Hallo Ralph,

danke für die Files und siehe da, kaum hat man eine Start, fällt schon alles leichter

Jetzt habe ich die Weiche schon mal nach meinen Vorstellungen dimensioniert. Mal schauen wie es weiter geht.

Ich hoffe mein Tipp um Bilder hier anzuzeigen wird Dir helfen

[Ralph Berres]

Naja ich habe das bisher immer mit upload.de versucht. Es hat auch irgendwie immer was gemacht. Nur nicht das was ich wollte. In anderen Foren geht das raufladen von Bildern irgendwie einfacher.
Man klickt load an und es erscheint ein Fenster, wo man dann den Pfad auf seiner Festplatte suchen kann.
Aber ich vermute, das man sich hier vor zuviel Wildwuchs mit großen Bildern schützen will.

In diesem Tread habe ich übrigens mal vor einiger Zeit Screenshots von der Subtraktionsweiche mit Allpassglieder ala dem , wie heist der Knabe doch gleich nochmal? den Namen behalte ich nie. Vandernhog oder so ähnlich. Der Gert hat seine Weiche auch danach gebaut. Alle drei Lautsprecher hatten exakt die gleiche Phasenlage. Sogar über den gesamten Frequenzgang. Nur die Gruppenlaufzeit ist ziemlich daneben, und damit die Impulsantwort.

Trotz allem neige ich momentan auch ein wenig dazu , die Weiche mal aufzubauen. Denn es scheint von allen analogen Weichen das kleinste Übel zu sein. Obwohl ich irgendwie ein ungutes Bauchgefühl dabei habe.

Ralph

[wgh52]

Hallo Ralph,

...welche Übergangsfrequenz hast du im Tieftonkanal und im Mittel, bzw Hochtonkanal benutzt?
und wie groß ist die Verzögerungszeit im Mittel, bzw Hochtonkanal?...

Hier sind zwei Bilder, die die Samuel Harsch Weichenkonfiguration auf der Sony Weiche mit Übergangsfrequenzen und eingestellten Delays zeigen. Die zusätzlichen parametrischen EQs sind in den Kurven zu sehen, die Werte aber nicht eingeblendet:





Die Verzögerungszeiten wurden vom theoretischen Wert ausgehend anhand der Systemsprungantwort (also akustische Summe aller 3 Treiber) feineingestellt.

Ich hoffe das führt hier nicht zu sehr off-topic...

Gruss,
Winfried

2021

[Ralph Berres]

Winfred

Jetzt würde mich doch mal interessieren, wie das Summensignal bestehend aus allen 3 Kanälen aussieht, wenn man am Eingang ein Rechtecksignal draufgibt.

Weiterhin würde mich interessieren, wie die Phasengänge der 3 Kanäle aussieht.

Ralph

[cay-uwe]

Jetzt würde mich doch mal interessieren, wie das Summensignal bestehend aus allen 3 Kanälen aussieht, wenn man am Eingang ein Rechtecksignal draufgibt.

Weiterhin würde mich interessieren, wie die Phasengänge der 3 Kanäle aussieht.

Ralph,

Winfried hat mir mal eine Sammlung seiner Messungen geschickt und man kann sagen, dass technisch gesehen eine "Besserung" zu sehen ist.

Ich bin sicher, dass Winfied die Sprungantwort der passiven und aktiven Version hier einstellen kann. Da sieht man sehr deutlich, dass sich was getan hat.

Ansonsten muss ich sagen, dass dank Dir, mir das Arbeiten mit LTspice immer mehr Spaß macht. Ich habe gestern Abend einige Versuche mit meinen Ansatz gemacht und muss sagen, dass ich die Idee der klassischen Subtraktionsweiche verworfen habe. Stattdessen habe ich, wie von Gert mal beschrieben, mit einen Allpass gearbeitet. Das ist deutlich der Vorteil der gleichen Phasen zu erkennen, womit ich mich für das erste mit dieser Variante näher beschäftigen werde.

Ich halte Euch auf den Laufenden.

Danke nochmals für die Starthilfe

[phase_accurate]

Hast du Frequenzgangmessungen gemacht und diese haben nicht so ausgesehen wie erwartet - richtig ? Dann wäre es an der Zeit einmal zu schauen, wie man den Treiberfrequenzgang entsprechend miteinbezieht.

Du hast ja gesagt, dass der Hochtöner mit 6dB/Oktave gut läuft, oder?
Dann könnte man eine Topologie verwenden, wie Leach sie schon vorgeschalgen hatte.

Gruss

Charles

[Ralph Berres]

Cay Uwe

Die Simulationsergebnisse der Vanderkoyweiche ( hoffentlich habe ich den Namen jetzt mal richtig getroffen ) hatte ich weiter vorne in diesen Tread mal vorgestellt.

Ich tendiere moementan auch zu dieser Weiche, wenn auchmit Bauchschmerzen. Die Übereinstimmung der Phasengänge der einzelnen Lautsprecher ist exzellent. Das ist wichtig , damit sich in den Übergangsbereiche die Richtcharakteristik der Box sich nicht abrupt ändert. Jedoch ist das Gruppenlaufzeitverhalten der summierten Kanäle katastrophal. Jetzt kann man sich darüber streiten, ob man das hört oder nicht.

Ich persöhnlich bin immer noch auf der Suche nach einer analogen Weiche, die die Vorteile der Vanderkoyweiche mit den Vorteilen der konstanten Gruppenlaufzeit verbindet. Dann wäre es in der Tat eine kompromisslose Weiche.

Zu bedenken geben möchte ich noch, das es analog nur schwer bis fast unmöglich ist Verzögerungsglieder zu realisieren, die Über den gesamten Hörbereich eine konstante Gruppenlaufzeit haben und eine für diese Zwecke ausreichende Verzögerungszeit besitzen. Früher gab es mal diese Eimerkettenspeicher. Die konnten das, hatten aber einen katsastrophal schlechten Störabstand.

Ralph

[Ralph Berres]

Hast du Frequenzgangmessungen gemacht und diese haben nicht so ausgesehen wie erwartet - richtig ? Dann wäre es an der Zeit einmal zu schauen, wie man den Treiberfrequenzgang entsprechend miteinbezieht.

Du hast ja gesagt, dass der Hochtöner mit 6dB/Oktave gut läuft, oder?
Dann könnte man eine Topologie verwenden, wie Leach sie schon vorgeschalgen hatte.

Falls du mich damit gemeint haben solltest:

Geregelte Lautsprechersysteme wie die Backes&Müller und auch die Silbersand (und auch wie dem Gert sein Lautsprecher soviel ich informiert bin) haben prinzipiell keinen Frequenzgang mehr, da diese Lautsprecher durch die Regelung aperiodisch geworden sind. Man kann also den Frequenzgang der Lautsprecher demzufolge nicht in die Weiche einbeziehen. Wohl aber muss die Weiche diese Lautsprecher vor zu niedrigen Frequenzen schützen, da die Lautsprecher sonst mit ihren Membranhub sehr schnell an die Grenze kommen und Schaden nehmen.

Genau deswegen bin ich auch auf der Suche nach einen Konzept, der auch die Gruppenlaufzeit berücksichtigt.

Ich könnte mir sehr gut vorstellen, das ein vollgeregelter Lautsprecher sich dann weitgehend wie ein idealer Lautsprecher verhält.

Ralph

[cay-uwe]

Hast du Frequenzgangmessungen gemacht und diese haben nicht so ausgesehen wie erwartet - richtig ? Dann wäre es an der Zeit einmal zu schauen, wie man den Treiberfrequenzgang entsprechend miteinbezieht.

Du hast ja gesagt, dass der Hochtöner mit 6dB/Oktave gut läuft, oder?
Dann könnte man eine Topologie verwenden, wie Leach sie schon vorgeschalgen hatte.

Ich gehe davon aus, dass ich damit gemeint bin, da unter anderen die 6dB / Oktave Weiche am Hochtöner angesprochen ist. So arbeite ich

Nein, Messungen habe ich noch nicht gemacht, einfach nur Simulationen mit LTspice. Die zeigen, dass die Phase des HP und TP nicht identisch sind, wenn ich die Subtraktionsweiche klassisch, wie von mir gezeigt, benutze. Da die gleiche Phasenlage eine der Vorteile der Subtraktionsfilter sein soll, sehe ich mich gezwungen den Weg mit dem Allpass zu gehen.

Dafür habe nach etwas Einarbeitung in LTspice folgende Simulation erstellt, mit einen LR2 Filter bei ca. 2.300 Hz.



Wie Gert beschrieb, ist es wichtig, dass die Charakteristik des Tiefpasses und Allpasses übereinstimmen. Ich habe natürlich ein bisschen rumgespielt und Toleranzen von Bauteilen mit eingerechnet. Besonders beim Allpass machen sich kleinste Abweichungen bemerkbar ...

Unter denn gezeigten Bedingungen ergibt sich eine saubere Summe der einzelnen Signale und der Phasengang entspricht den des Tiefpasses.

Ein bisschen "rumgetrickst", wie Charles es sagte, habe ich auch schon, und festgestellt, dass man beim Dimensionieren des Allpases eine Verschiebung der Phase im Hochpass erreichen kann, die unterhalb von ca. 1.5kHz den Phasengang des Hochtöners etwas linearisieren könnte, aber das muss ich erst mal messen, um es zu glauben.

Wer weiß ob die Simulation wirklich immer stimmen

Im übrigen, um diese Box handelt es sich bei mir.



Wie gesagt, die "Elektrikerversion" ist bereits fertig, im Prinzip die "Elektronikerversion" auch, aber etwas rumspielen macht immer Spaß