Subtraktionsweichen

[Ralph Berres]

Wenn man den Lautsprecher so vereinfacht darstellt, wäre da ein bedämpfter Schwingkreis nicht besser geeignet? Auserdem bedenke , das das Hochpassverhalten 12db/Oktave unterhalb der Resonanzfrequenz ist.

Ralph

[phase_accurate]

Die Hochpassfunktion 2.Ordnung ist eben genau das, was man mit der Regelung "eliminiert". Die Dachschräge kommt genau von der Hochpassfunktion und ist eigentlich irrelevant, sobald der Tweeter in der richtigen Welt per Weiche korrekt in ein System eingebunden ist.
Mach mal einen "Sweep" mit und ohne Regelung und stelle auch das Signal dar, das den "Hochtöner" ansteuert - nur so aus Neugier. Dann simuliere einen *Hochtöner" der ohne Gegenkopplung genau den gleichen Frequenzgang hat wie der gegengekoppelte. Speise letzteren dann mit einem Rechteck an und schau was herauskommt.

Gruss

Charles

[Zwodoppelvier]

Hallo Miteinander,

da ich hier etwas mitlese und vom MANGER-Wandler die Rede war, möchte ich kurz ein paar Oszi-Bilder einbringen. Sie stammen aus einer Veröffentlichung von 1974. Da war der MSW sicher noch ein Stück von der heutigen Qualität entfernt...

Entschuldigt bitte die bescheidene Qualität; habe das vor Jahren mal mit unserer ersten Digital-Kamera abfotografiert. Kann das bei Gelegenheit gerne noch sauber einscannen, dann ist der Text besser lesbar.

In Kürze:
- obere Zeile zeigt Antwort eines 50mm-Kalottensystems
- mittlere Zeile und die ersten beiden in unterer Zeile zeigen den MSW-Prototypen
- untere Zeile ganz rechts zeigt elektrostatischen Wandler (QUAD ?)



Viele Grüße
Eberhard

[Ralph Berres]

Die Hochpassfunktion 2.Ordnung ist eben genau das, was man mit der Regelung "eliminiert". Die Dachschräge kommt genau von der Hochpassfunktion und ist eigentlich irrelevant, sobald der Tweeter in der richtigen Welt per Weiche korrekt in ein System eingebunden ist.

Eine Regelung macht ja noch ein bischen mehr als nur den Frequenzgang korrigieren.

Da gibt es ja noch z.B. nichtlineare Verzerrungen, auch Klirrfaktor und Intermodulationen genannt, sowie Ein, und Ausschwingverhalten. Diese Dinge werden ja auch noch optimiert. Und das ist viel wichtiger als der Frequenzgang. Das kann man nicht mit einer simplen inversen 12db/Okt Funktion korrigieren.

Ralph Berres

[Ralph Berres]

Hier mal eine ganz andere ( passive ) Weiche , die ich 1973 mal für eine passive Eigenbaubox entwickelt habe. Es ist auch eine Subtraktionsweiche, allerdings ohne Allpass. LT Spice kannte ich damals noch nicht.
Bestückung war damals ein HECO PCH200 , Heco Kalottenmitteltöner 38mm und Heco Kalottenhochtöner 25mm. Der Lautsprecher hatte für damalige Verhältnisse sehr gut geklungen.

Falls diese Weiche zu sehr vom Thema abweicht, bitte ich um Verzeihung und Rudolf kann den Beitrag dann wieder löschen. Ich wollte eigentlich nur zeigen, das man Subtraktionsweichen auch passiv lösen kann.

[cay-uwe]

Ralph,

streng genommen handelt es sich bei der gezeigten Weiche von Dir um eine serielle Weiche, der ähnlich wie Subtraktiosnweichen ein sehr gutes Phasenverhalten attestiert wird.

Die Problematik mit diesen Weichen ist, dass die Chassis vom Frequenzgang gut zueinander passen müssen. Desweiteren wird dem Hochtöner üblicherweise mehr Leistung zugemutet, weshalb dieser recht Pegelfest sein sollte.

[Ralph Berres]

Naja die Tatsache das die Flankensteilheiten auf einer Seite nur 6db/Oktave haben ( was ich damals noch nicht wuste ) und wenn man den Gesamtstrom misst, dieser frequenzunabhängig ist, lässt schon den Schluss nahe, das es sich um eine Subtraktionsweiche handelt, allerdings ohne Allpass. Das Gruppenlaufzeitverhalten war exzellent, die Übereinstimmung der Phasengänge zwischen den Chassis leider nicht.

Das Klangbild war erstaunlich ausgeglichen und transparent. Zumindest für die damaligen Verhältnisse.
Klar gegen den modernen geregelten Lautsprechersystemen kann sie nicht konkurieren.

Es sind alles Dinge die mir erst klar geworden sind, als ich mich dieses Jahr mit den Subtraktionsfilter mal ernsthaft auseinander gesetzt habe, und auch LTspice dafür zur Verfügung habe.

Ralph

[Ralph Berres]

Ich habe mir heute auf meiner Dienststelle mal die Mühe gemacht, 3 Funktionsgeneratoren zu schnappen, diese miteinander zu syncronisieren und nach Furier aus 3 Sinustönen ( 1KHz 1V, 3KHz,0,33V und 5KHz 0,2V ) einen Rechteck zu basteln, und dieses Signal sowohl auf einen Oszillograf, als auch auf einen kleinen Lautsprecher zu geben. ( Hifi-Lautsprecher hatte ich leider nicht zur Verfügung ).

Dann habe ich mal von den einzelnen Signalkomponenten die Phase geschoben, um eine Gruppenlaufzeitverzerrung zu simulieren, und mir die Ergebnisse angehört.

Gert scheint recht zu haben. Ich habe egal wie ich die Phase geschoben , und damit die Kurvenform geändert habe , absolut keine Veränderung gehört. Aber das will ja noch nichts heißen. Vielleicht habe ich ja einfach nur was an den Ohren.

Wenn dem tatsächlich so ist, dann werde ich wohl meine Bedenken über Bord werfen, und die Vanderkoyweiche für meine uralte BM76 jetzt beginnen zu bauen.

Ralph

[KSTR]

Hi,

Mach das gleiche nochmal mit Frequenzen zwischen 100Hz und 1kHz für den Grundton.

Statt die Phase der Harmonischen (H2 mit fast dem gleichen Pegel wie der Grundton reicht für den deutlichsten Test) mit einem Phasenoffset synchron zu halten, lass sie lieber mit zB 0.25Hz Frequenzoffset laufen (also 0.25Hz zu hoch oder zu tief, ergibt dann 4Sekunden Periodendauer für einen 360Grad Durchauf). Wenn man das Timbre bzw die Sattheit (und zT sogar die empfundene Tonhöhe!) durchmodulieren hört, hat man für sich die Hörbarkeit von Phasenverzerrung (und absoluter Polarität für das H2 Beispiel) bereits bewiesen. Und durch das kontiniuerliche langsame Durchrollen der Phase spielt für den Test der Phasengang des LS keine Rolle, was genau meine Idee hinter diesen Testsignal war, bei der Konstruktion.

Hier ein kleines Software-Tool dazu, falls man keinen Audio-Editor mit Multitone-Generator hat :
http://www.a3ccm-apmas-eakoh.be/a3ccm-a ... -index.htm
Der Zusammenhang für dieses Generator-Tool ist ein zwar etwas anderer, aber absolut höchstinteressant, eine ziemlich radikale Sache, auch geeignet zum Selbststudium und geradezu explosiv in den Konseqenzen (besonders für die Wahrnehmung bzw eher Nichtwahrnehmung von mäßigen Mengen und gutmütgigen Formen an Klirr und IMD, weil der Hörsinn selbst Unmengen davon zu produzieren scheint, sollte die Theorie richtig sein -- und das dürfte sie aufgrund der erdrückenden Beweislage an richtigen Vorhersagen für bisher nicht erklärbare Hörphänomene) :
http://igitur-archive.library.uu.nl/med ... u%20EN.pdf


Meinen Untersuchungen nach verliert sich der Timbre-Effekt durch andere Phasenbeziehungen ab etwa 500Hz...1kHz. Für die Änderungen oberhalb davon benötigt man eine Stereo-Setup, mit bereits minimalphasigen LS, dazu sucht man sich eine Aufnahme mit guter Räumlichkeit (wichtig: die Polarität nehmen, welche die bessere Räumlichkeit ergibt, ist meist sehr eindeutig bei guten Aufnahmen), dann fügt man die Allpässe ein, welche denen einer gegeben Weichenfunktion entsprechen. Et voilá, idR hört man sofortestens wie die Räumlichkeit wieder zusammenbricht, speziell in der Tiefe und, sobald Allpässe im Bereich von etwa 200Hz bis 6kHz im Spiel sind.

Ich habe bei mir, zusätzlich zu den im Bass sogar "über-linearphasigen" LS, inzwischen einen zweistufigen "Polaritätsumschalter", einen der die Polarität tatsächlich invertiert und einen der im Nutzbass (50...150) einen 180° drehenden Allpass implementiert, d.h. ich den Bereich oberhalb und unterhalb von 200Hz getrennt umschalten. Das ist dann nützlich, wenn die Polarität mit der besseren Räumlichkeit leider die ist, wo der Bassgehalt (Bass, Bassdrums) im Schnitt dünner und weniger satt ist, den kann ich dan trotzdem auf die sattere Variante einstellen -- ein bischen Veränderung im Mittelton-Timbre und der Räumlichkeit ergibt sich trotzdem.

Ich komme nicht umhin nochmal und wieder zu erwähnen, dass man mE solche Dinge überhaupt nur dann ernsthaft untersuchen kann, wenn man einen PC als Zuspieler hat (mit Foobar+Onboard-Convolver und VST-Plugins zur Maniplation, alles was man braucht gibt es als Freeware, zumal), damit sind sämtliche Manipulationen schnell, sinnvoll und gezielt (ohne Nebeneffekte) implementierbar. Alles andere, speziell Analog ist geradezu pervers "zu Fuß", ultra aufwändig und zeitraubend. Geht ja schon los beim Linearphasigmachen der LS, was eigentlich ein Kinderspiel ist, man muss ja nur die (geglättete) Allpassfunktion der LS wissen und/oder gemessen haben und umkehren. Das Zurückdrehen der Allpässe (die Excessphase) geht eben nicht in irgendeinerweise praktikabel mit analogen Mitteln, und flexibel schon gleich zweimal nicht. Eben dieses Zurückdrehen der Gesamtphase eines LS der mit phasensynchronen Weichenzweigen und höherer Ordnung (als 1ter) arbeitet, also Linkwitz-Riley und Phase-Matched-Bessel als die wesentlicher Vertreter ist mE die wichtigste Anwendung von DSP-Techniken überhaupt (und eben für gratis wenn man eh digital zuspielt), weil man im LS dann keine Kompromisse wg der Summenphase machen muss.

Grüße, Klaus

[Ralph Berres]

Klaus

Hmm ich habe in der FH ( meine Dienststelle ) weil ich mal ein paar Minuten Zeit hatte, einfach 3 Funktionsgenratoren Agilent 33210 genommen, diese einen gemeinsamen 10MHz Takt gespeist, und jeweils einen Sinus erzeugen lassen. Diese 3 Sinusspannungen dann addiert und auf einen kleien 8cm Lautsprecherchen welches sonst im PC Gehäuse sitzt , draufgegeben. Leider habe ich dort keinen hochwertigen Lautsprecher und ich zu Hause keine 3 solche Frequenzstabile Funktionsgeneratoren.

Ich hatte also das so zusammengesetzte Rechteck mir auf dem primitivlautsprecher angehört.

Dann habe ich sowohl an der Phase des 3. Oberton als auch dem 5 Oberton gedreht. Bis zu 180° jeweils.

Eigentlich sollte man ja bei solchen extremen Phasendrehungen ja schon einen Unterschied hören, wenn das Ohr tatsächlich empfindlich auf solche Phasendreheungen einzelner Obertöne reagiert. Aber nichts!! wirklich absolut keinen Unterschied habe ich gehört. Noch nicht mal Ansatzweise.

Jetzt könnte man sagen versuche das mit Musik.

Aber erstens mal macht es keine Freude über solch einen Lautquäcker Musik zu hören, und zweitens weis ich dann nicht, wie ich mit den mir zur Verfügung stehende Mitteln definierte Phasendrehungen erzeugen soll.

Ich kann gerne den gleichen Versuch mal mit 100Hz probieren. Ich fürchte aber das der Lautsprecher den Grundton nicht wiedergeben wird.

Aber was ich am Montag mal probieren werde , ob ein Frequenzoffset von 0,5Hz hörbar wird. das wäre noch interessant zu wissen.

Es kann durchaus sein, das meine Methode, die Hörbarkeit von Phasenverzerrungen zu testen, mit den Mitteln zu primitiv ist. Vielleicht kann sich ja der Gert mal zu Worte melden.

Die Möglichkeit Signale digital zu bearbeiten habe ich leider nicht, da ich keinen Rechner habe , der eine genügend gute Soundkarte hat. Von der fehlende Software mal ganz zu schweigen.

Ehrlich gesagt ich bin momentan hin und her gerissen. Mein Bauchgefühl sagt mir , das man Gruppenlaufzeitverzerrungen hören müsste, Gert und verschiedene hier im Forum sagen, das das nicht der Fall ist. Die zugegeben primitive Messmethode kann mein Bauchgefühl auch nicht bestätigen.

Wenn Gert aber Recht haben sollte, würde mir das viel Bauchschmerzen bei der Konstruktion meiner Frequenzweiche ersparen, weil ich nicht mehr zwei vollkommen gegensätzliche Forderungen unter einen Hut bringen muss. Nämlich konstante Gruppenlaufzeit, und keine Phasendifferenz zwischen den Ausgängen.

Digital mag das gehen. Aber diese Möglichkeiten entziehen sich mir das zu realisieren. Denn es soll eine eigenständige Steckkarte werden, welches anstelle der alten analogen Weiche reingesteckt wird.

Ralph

[KSTR]

Hi,

hab grad nochmal einen schnellen Test mit f und 2f+1Hz gemacht, mit den verlinkten Tool :
500 + 1001 : Modulation noch klar hörbar
700 + 1401 : grade noch so
1000 + 2001 : keine Chance

Die SW kann auch .WAVs schreiben (30Sec max), leider sind das Mono 16bit/96kHz, damit nicht direkt CD-Kompatibel.

Mit dem Freeware-Editor "Audacity" kenn ich micht nicht aus, aber es sollte problemlos damit möglich sein, CD-kompatible .WAVs solcher 2Ton- und ander Testsignale zu erzeugen, dann brennen und auf den richtigen LS abhören.... jetzt sag nicht, dass du keinen Brenner im PC und keinen CD-Player hast.

Für diese Tests reicht im übrigen auch jede mittelmäßge Onboard-Soundkarte eines PCs oder Laptops.

Noch besser sind Tests mit notenänlichen Bursts, nicht steady-state Sinus. Da erkennt man die andere Maskierung des Hochtons durch zeitrichtigen oder zu späten Bass sofort, es klingt schärfer in letzterem Fall weil der Hochton-Anteil zu spät erst maskiert wird. Deswegen klingen zeitrichtige ggü allpassigen LS bei Percussion zB so tief rund und satt, obwohl der FG sich nicht um ein mü unterscheidet.

Auch mE sehr wichtig, für A/B-Tests auf höchster Detektionsstufe ganz allgemein, dass man ohne jede Ablenkung umschalten kann zwischen zwei Varianten, also blind und mit dem leichtesten Zucken des Fingers auf einer präparierten Maus die am Hörsessel montiert ist (und wo der Sensor lahmgelegt wurde), in einem Zustand einer bereits länger anhaltenden völligen Entspannung und schon leicht weggdriftet/schlaftrunken... da sind die Hörmechanismen nämlich am schärfsten. Ausserdem dauert es durchaus 20 Sekunden, bis die Änderungen in der "Auditory Scene" einem dingfest bewusst werden, und man darf schon deshalb nicht zu schnell hin- und herschalten (nicht öfter als 1x pro Minute oder Song), sowie keine Songschnipsel loopen. Ich stelle das immer wieder fest bei meinen Blindtests speziell zur Lokalisation.

Mit voll aktivem Oberbewusstsein mal eben schnell hinhören nachdem man an ein paar Reglern gedreht hat, funktioniert mE nur auf groben Stufen, sowas wie die subtile Änderung an Höhenstaffelung durch invertierende Polarität, oder auch den schon wesentlich offensichtlichen anderen Bassdruck überhört man schnell bei zu aktivem, konzentrierten "Hinhören". Deswegen scheitern mE auch viele der öffentlichen Blindtests, womöglich welche irgendwo bei irgendwem so nebenher beim Kaffetrinken, quasi.

[Ralph Berres]

Hallo Klaus

Ich werde den Test mit den 3 Funktionsgeneratoren in der FH am Montag mal mit der Grundfrequenz 500Hz wiederholen. Auch werde ich die 3 Oberwelle mal um 0,3Hz verstimmen. Dann müsste ja ein Effekt als rythmische Störung hörbar werden. Allerdings werde ich keinen besseren Lautquäcker, als eben dieser ehemals im PC eingebaute Schallwandler mit ca 8cm Durchmesser haben. Deswegen sind auch tiefere Grundfrequenzen wie 500Hz nicht sinnvoll.

Man muss dabei auch sehr aufpassen das man nicht Intermodulationsverzerrungen statt Gruppenlaufzeitverzerrungen interpretiert.

Ich bin sehr gespannt, ob ich was hören werde.

Leider habe ich in der FH kein Mikrofon welches ich mal vor den Lautsprecher halten könnte um das Ergebnis zu oszillographieren.

Ralph

[Ralph Berres]

Hallo Klaus

Ich habe die Tests iauf meiner Dienststelle mal mit den Grundfrequenzen 500Hz und 300Hz jeweils ausprobiert. Ich habe auch jeweils einen Generator um 0,5Hz verstimmt.

Irgendwie scheine ich was an den Ohren zu haben, denn gehört habe ich nichts. Erst wenn ich die Frequenzabweichung des K3 so auf 2Hz gestellt habe, habe ich eine Schwebung gehört. Aber ob das die Gruppenlaufzeiten sind?

Könnte es sein das man Gruppenlaufzeitverzerrungen nur bei dynamischen Signalen hören kann?

Ich habe das ja jetzt nur statisch versucht.

Ralph

[Ralph Berres]

Die Weiche kommt mir irgendwie bekannt vor

Ralph Berres

[Zwodoppelvier]

Hallo Ulli,
die mir vorliegende Schaltung werde ich mal hervorholen und vergleichen, ob die beiden identisch sind.

@Ralph: woher kommt Dir die Weiche bekannt vor ?

Gruß Eberhard