oh yes !

[Bernhard]

Passive Frequenzweichen:

...each time a passive crossover shows up, it comes with problems.

One of these is power loss. Passive networks waste valuable power. The extra power needed to make the drivers louder, instead boils off the components and comes out of the box as heat -- not sound. Therefore, passive units make you buy a bigger amp.

A couple of additional passive network problems has to do with their impedance. Impedance restricts power transfer; it's like resistance, only frequency sensitive. In order for the passive network to work exactly right, the source impedance (the amplifier's output plus the wiring impedance) must be as close to zero as possible and not frequency-dependent, and the load impedance (the loudspeaker's characteristics) must be fixed and not frequency-dependent (sorry, not in this universe; only on Star Trek). Since these things are not possible, the passive network must be (at best), a simplified and compromised solution to a very complex problem. Consequently, the crossover's behavior changes with frequency -- not something you want for a good sounding system.

One last thing to make matters worse. There is something called back-emf (back-electromotive force: literally, back-voltage) which further contributes to poor sounding speaker systems. This is the phenomena where, after the signal stops, the speaker cone continues moving, causing the voice coil to move through the magnetic field (now acting like a microphone), creating a new voltage that tries to drive the cable back to the amplifier's output! If the speaker is allowed to do this, the cone flops around like a dying fish. It does not sound good! The only way to stop back-emf is to make the loudspeaker "see" a dead short, i.e., zero ohms looking backward, or as close to it as possible -- something that's not gonna happen with a passive network slung between it and the power amp.

All this, and not to mention that inductors saturate at high signal levels causing distortion -- another reason you can't get enough loudness. Or the additional weight and bulk caused by the large inductors required for good low frequency response. Or that it is almost impossible to get high-quality steep slopes passively, so the response suffers. Or that inductors are way too good at picking up local radio, TV, emergency, and cellular broadcasts, and joyfully mixing them into your audio.

Such is life with passive speaker systems.

[Tomtom]

Hallo,

...und...?


mfg

Tomtom

[Groundcontrol]

was sagt uns das?

[Bernhard]

keine Ahnung, - mit der Schulter zuck - das muss jeder für sich selbst entscheiden, sooo schwer ist löten ja nu auch nicht.

[We-Ha]

Das mag sein, aber glaubst du ernsthaft, ich besuche erst einen Englischkurs to learn the english language ??
Oder soll ich damit erst zum Babelfish, damit ich wieder ROFL ???

[gork]

wenn sich noch mehr interessenten einfinden (sagen wir: 5), könnte ich mich zu einer trensleischn breitschlagen lassen. *gg*

das "summary" gibt's schon jetzt:

dennis a. bohn sagen passiv weiche nix so gut, aktiv sein in viele besser.

(letzteres steht hier nicht, aber im volltext und ist außerdem deduzierbar.)

gruß
gork

[Dieser Beitrag wurde von gork am 24. Januar 2003 editiert.]

[gork]

übrigens gork sagen babelfish schon nix schlecht blos für fachschwätz gar net so gut:

"Eine letzte Sache, zum der Angelegenheiten schlechter zu bilden. Es gibt etwas benanntes back-emf (zurück-elektromotorische Kraft: buchstäblich, Zurückspannung) welches weiter zu den Armen beiträgt, die Lautsprechersysteme klingen. Dieses ist die Phänomene, in denen, nachdem das Signal stoppt, der Lautsprecherkegel fortfährt zu bewegen und veranläßt die Sprachspule, durch das magnetische Feld zu bewegen (jetzt fungierend wie ein Mikrophon) und verursacht eine neue Spannung, die versucht, das Kabel zurück zu dem Ausgang des Verstärkers zu fahren!

komisch, aber dennoch nicht unverständlich!

gruß
gork

[Volker]

Hallo all!!

Aktive- Frequenzweichen!!

Bei der theoretischen Untersuchung des elektrodynamischen Lautsprechers konnte gezeigt werden, daß er nur in einem mehr oder weniger stark begrenzten Frequenzbereich optimal arbeiten kann und man daher den Gesamtfrequenzbereich auf mehrerere Lautsprecherchassis aufteilen muß. Die Aufgabe der Frequenzaufteilung hat nun die Frequenzweiche zu erfüllen. Trotz der Vielzahl der Schaltungsvariationen für Frequenzweichen ist ihr Funktionsprinzip immer gleich: In den Signalwegen zu den einzelnen Chassis befinden sich elektrische Filter, die entweder ab einer bestimmten Frequenz (Tiefpaß) oder unterhalb einer bestimmten Frequenz (Hochpaß) die Signalspannung kontinuierlich ver- kleinern. Die Reihenschaltung von Hoch- und Tiefpaß ergibt dabei einen
Bandpaß.
Der Frequenzbereich, in dem ein Filter praktisch noch nicht filtert, wird Durchlaßbereich genannt. Den Bereich der Filterwirkung bezeichnet man als Sperrbereich. Von einem idealen Filter erwartet man, daß diese Bereiche abrupt ineinander übergehen, doch lassen sich solche Filter in der Praxis nicht realisieren. Elektrische Filter werden daher danach klassifiziert, wie steil der Amplitudengang in dem Übergangsbereich zwischen Durchlaß- und Sperrbereich ist. Die Steilheit wird dabei in dB pro Oktave angegeben und ist abhängig von der »Ordnung" des Filters. Ein Maß für die Ordnung eines Filters ist im allgemeinen die Anzahl der frequenzbeeinflussenden Bauteile in der Filterschaltung.
Ab der zweiten Ordnung stellt ein elektrischer Filter einen Schwingkreis dar und hat eine eigene Resonanzfrequenz. Je nach Bedämpfung bzw. Güte dieser Resonanzfrequenz ergeben sich unterschiedliche Amplituden- und Phasenverläufe im Bereich der Resonanzfrequenz (diese Tatsache ist auch schon aus der Lautsprecher-Theorie bekannt). Anhand der Güte erfolgt eine weitere Klassifizierung, von Filtern. Im allgemeinen unterscheidet man zwischen Bessel-, Butterworth- und Tschebyscheff-Filtern, wobei die Güte der Filter in dieser Reihenfolge ansteigt. Bessel-Filter haben einen linearen Phasengang, aber einen relativ flachen Amplitudenverlauf im Übergangsbereich. Im Gegensatz dazu ist bei Tschebyscheff-Filtern der Amplitudengang sehr steil, aber der Phasengang unregelmäßig, was auch zu einer gewissen Welligkeit des Amplitudenverlaufes im Durchlaßbereich führt. Das Butterworth-Filter liegt in seinem Verhalten zwischen den beiden erstgenannten und stellt einen Kompromiß zwischen möglichst gleichmäßigem Phasenverlauf und möglichst steilem Übergang zwischen Durchlaß und Sperrbereich dar.
Maßgebend für die Übertragungsqualität einer Mehrwege-Box ist aber nicht nur das Amplituden- und Phasenverhalten der einzelnen Frequenzweichen- Filter, sondern auch das Gesamtübertragungsverhalten der Weiche und den Lautsprechern. Im Idealfalle sollte die akustische Vektorsumme der Lautsprecherausgangssignale, welche im Abhörraum gebildet wird, gleich dem Eingangssignal der Frequenzweiche sein. Mathematisch heißt das, daß die Übertragungsfunktion eines Signalweges ist das Produkt aus der Lautsprecherübertragungsfunktion und der Übertragungsfunktion des entsprechenden Filters. Die Gesamtübertragungsfunktion ergibt sich aus der Summe der Übertragungsfunktionen der bei- den Signalwege.
HGes = HTtHTp+HHtHHp (Tt: Tieftöner; Ht: Hochtöner; ': Tp: Tiefpaß; Hp: Hochpaß) (86)
Diese Gleichung ist nichts anderes als die Übertragungsfunktion der gesamten Lautsprecherbox. Sie gilt aber nur für einen bestimmten Punkt im Abhörraum, bei dem die Entfernungen zu den akustischen Zentren der Chassis gleich sind (Schall-Laufzeiten). Bei einer Box mit einem oder mehreren Mitteltönern ändert sich Gleichung (86) wie folgt: HGes = HTtHTP+HHtHHP+HMltHBpJ+" .+HMtnHBPn
(Mt: Mitteltöner; Bp: Bandpaß) (87) Mit dieser Gleichung kann man z. B. ein CAD-Computerprogramm schreiben,
um das Übertragungsverhalten einer kompletten Box zu berechnen bzw. um das bestmögliche Übertragungsverhalten bei gegebenen Chassis durch rechnerische Variationen der Frequenzweiche zu ermitteln.
Doch nun zurück zu unserem Beispiel. Hochpaß und Tiefpaß der Frequenz- weiche haben die gleiche Eck- bzw. Resonanzfrequenz. Diese Frequenz ist auch die sogenannte Trennfrequenz der Weiche. Der Einfluß der beiden Lautsprecherübertragungsfunktionen bei der Bildung der Vektorsumme ist gerade in diesem Bereich der Trennfrequenz besonders kritisch, da beide Lautsprecher hier das gleiche Signal abstrahlen. In Kapitel 3 wurde daher schon gesagt, daß ein Lautsprecher einen konstanten Amplitudengang und wenn möglich linearen Phasengang haben sollte (entweder von Haus aus oder durch Entzerrung). Ist dies der Fall, so kann man die Übertragungsfunktionen der Lautsprecher ver- nachlässigen. Gleichung (86) reduziert sich also zu einer Summe aus der Übertragungsfunktion eines Tiefpasses und eines Hochpasses. Es ist daher zu über- prüfen, ob diese Summe immer einen konstanten Faktor ergibt.
Da aus Platzgründen kein Kapitel über Filtertheorie geschrieben werden kann, soll das Ergebnis gleich verraten werden: Nur bei einem Tief- und Hochpaß erster Ordnung ist die Summenübertragungsfunktion konstant bzw. hier gleich eins. Beweis: Normiert man die Trennfrequenz auf eins, so gelten für bei- de Filter folgende Übertragungsfunktionen
Htp= 1/s+1; Hhp= s/s+1

Die klangliche Überlegenheit von Allpaß-Frequenzweichen ist aber auch darin begründet, daß sie das Abstrahlverhalten einer Mehr-Wege-Box günstig beeinflussen. In der Regel wird man beim Aufbau so einer Box keine sogenannten Koaxiallautsprecher benutzen, sondern Einzelchassis, die räumlich voneinander getrennt auf die Frontplatte montiert werden. Bei mehr als einem Chassis entsteht aber generell eine keulenförmige Abstrahlcharakteristik, wenn alle Chassis das gleiche Signal aussenden. Der Grund dafür ist die für verschiedene Raumpunkte unterschiedlich6 Laufzeitdifferenz der einzelnen Lautsprechersignale. Dadurch kommt es in Raumpunkten, die weit entfernt von der Boxen-Mittenachse liegen, zu Auslöschungseffekten, mit dem Ergebnis, daß die Box nicht mehr kugelförmig den Schall abstrahlt. Haben nun die Lautsprechersignale im Bereich der Trennfrequenz unterschiedliche Phasenlagen, so führt das dazu, daß die Hauptabstrahlrichtung der Box nicht mehr senkrecht zur Frontplatte zeigt, sondern mehr oder weniger nach unten oder oben abwandert. Je nach Hörposition hat dadurch die Box eine andere Klangcharakteristik.
LINKWITZ war einer der ersten, der dieses Phänomen genauer untersuchte und dabei feststellte, daß beim Einsatz von Buttworth-Filter zweiter oder vierter
Ordnung (bei zwei Wegen) das Abstrahlverhalten einer Box verbessert werden kann. Da die mathematische Beschreibung dieses Filtertyps schon vor LINKWITZ durch RILEY erfolgte, werden die Frequenzweichen, die nach diesem Prinzip aufgebaut sind, LINKWITZ-RILEY-Weichen genannt.
Der einzige Nachteil der LINKWITZ-RILEY-Weiche ist aber, daß die Phasenlage der Lautsprechersignale nicht im gesamten Frequenzbereich gleich ist. Dies führt dazu, daß die oben genannte Richtkeule zwar senkrecht zur Front- platte zeigt, aber relativ schmal ist. Eine Verbesserung der LINKWITZ-RILEY-Weiche gelang darauf CHALUPA, indem er die Weiche nicht durch diskrete Hoch- und Tiefpässe aufbaute, sondern als sogenannte Subtraktions-Weiche konzipierte. Das Prinzip einer Subtraktions-Weiche ist dabei folgendes (bei zwei Wegen): Die Weiche besteht entweder aus einem Hochpaß und einem Allpaß oder aus einem Tiefpaß und einem Allpaß. Der Phasengang des Allpasses muß dabei entweder gleich dem des Hochpasses oder gleich dem des Tiefpasses sein. Hoch-/Tiefpaß und Allpaß erhalten das gleiche Eingangssignal. Subtrahiert man nun das Ausgangssignal des Hoch-/Tiefpasses vom Ausgangssignal des entsprechenden Allpasses, so erhält man das Übertragungsverhalten eines Tiefpasses im ersten Fall und eines Hochpasses im zweiten Fall. Der "Clou" liegt aber nun darin, daß der Phasengang des künstlich erzeugten Tief- oder Hoch- passes genau gleich dem des echten Hoch- bzw. Tiefpasses ist. Die Lautspecher- signale haben daher im gesamten Frequenzbereich die gleiche Phasenlage, was zur Vergrößerung der Richtkeule führt, und die Übertragungsfunktion der Frequenzweiche ist gleich der eines richtigen Allpasses.
Alles bisher Gesagte galt aber nur für eine Zwei-Wege-Box. Für die Synthese einer Allpaß-Subtraktionsweiche für mehr als zwei Wege ist aber sehr gut die von D'APPOLlTO vorgeschlagene Schaltungsstruktur geeignet, welche in Abb. 12. für eine Drei-Wege und Vier-Wege-Weiche dargestellt ist. Zu erkennen ist, daß sich diese Struktur aus einzelnen Zwei-Wege-Blöcken und zusätzlichen Allpässen zusammensetzt. Die zusätzlichen Allpässe werden dafür benutzt, damit die einzelnen Signale in allen Zweigen der Weiche die gleiche Verzögerung erfahren. Die Filter-Ordnung der einzelnen Zwei-Wege-Blöcke darf dabei ruhig verschieden sein. Da der Bauteilaufwand bei dieser Struktur sehr groß ist, was bei der Vielzahl von nötigen Operationsverstärkern auch zu Rauschproblemen führt, kann man auch auf die zusätzlichen Allpässe verzichten, wobei aber ein Fehler von ca. 1 dB im Amplitudengang der Box in Kauf zu nehmen ist.

Quelle: Franzis Arbeitsbuch, Aktiv-Boxen

Als Zwei-Wege hab ich sie schon im Einsatz, Drei-Wege sind im Aufbau. Aber nach Filterformel läuft sie aber auch nicht, zumindest bei meinen Chassis ging es nicht. Aber solch eine Dynamik und Raumabbildung hatte ich noch mit keinem Passiven- LS erreicht. Man kann es nicht glauben was ein Aktiver LS, z.B. 17er mit 25Kalotte für eine straffe und klare Widergabe haben kann.

Gruß, Volker

[gork]

na schön, damit jeder was davon hat, die (gestraffte) übersetzung von mr. bohn's auslassungen, exklusiv für we-ha (*g*):


"passive frequenzweichen gehen immer mit problemen einher.

eines davon ist energieverschwendung: ein teil der energie, die eigentlich zur schallerzeugung durch die chassis gebraucht würde, heizt die weichenbauteile auf und geht somit in form von wärme verloren. passive netzwerke erfordern daher die anschaffung eines potenteren verstärkers.

einige weitere probleme passiver weichen haben mit deren impedanz zu tun. impedanz steht dem stromfluß entgegen und wirkt als widerstand - nur eben frequenzabhängig. damit eine passive weiche präzise funktionieren kann, sollte die quellimpedanz (ausgangswiderstand des verstärkers plus kabelwiderstand) möglichst nahe null und frequenzunabhängig sein; ebenso soll die lastimpedanz (bestimmt durch die eigenschaften des lautsprechers) unveränderlich und frequenzunabhängig sein. da diese idealbedingungen unerreichbar sind, stellt eine passivweiche die vereinfachte und kompromißbehaftete lösung einer komplexen problemstellung dar, infolgedessen sie (unerwünschter weise) nicht frequenzunabhängig funktionieren kann.

zuletzt gibt es die sog. "back-emf", eine rückkopplung, die sich ungünstig auf den klang eines lautsprechers auswirkt: jedes signal läßt die LS-membran nachschwingen, wobei (indem die schwingspule sich im magnetfeld bewegt und quasi als mikrofon arbeitet) eine spannung erzeugt wird, die auf den verstärkerausgang zurückschlägt - unerwünscht! vermeiden läßt sich das nur, indem man dem LS signalseitig quasi einen kurzschluß vorsetzt - was mit einer zwischen verstärker und LS geschalteten passivweiche nicht machbar ist.

nicht zu sprechen von der verzerrungen verursachenden spulensättigung bei hohen signalpegeln, dem zusätzlichen gewicht und platzbedarf großer spulen, der großen schwierigkeit, mit passiven mitteln hohe flankensteilheiten zu erreichen oder der HF-störanfälligkeit der spulen."


gruß
gork


PS: der komplette artikel hier: http://www.rane.com/note134.html (daß ich den nicht komplett übersetze, muß ich wohl nicht eigens erwähnen *g*).

[Dieser Beitrag wurde von gork am 25. Januar 2003 editiert.]

[SDJungle]

Wie sagt man so schön - viele Wege führen nach Rom...
Momentan höre ich TML-Dreiwegeriche mit 6dB-Weiche und mußte da recht schnell alte Vorurteile gegenüber diesem Prinzip und der Weichenschaltung über Bord werfen. Dat fluppt - und aktiv habe ich dieselben Teile auch schon gehört, da war nochmals eine Steigerung drin.

Gruss
Stefan

[We-Ha]

So, dankeschön Gork.....Babelfish brachte ungefähr das, was man davon erwartet.....

Das Ganze bedeutet also, aktiv ist das 'non plus ultra', das wissen wir doch aber schon eine ganze Weile, oder ?
Was mich aber interessiert:
Bei einer passiven FQW sind die Werte ja fest eingestellt, zumindest im Messraum (idealerweise) linear.
Wie ist es denn bei Aktiv-Betrieb?
Hier geht es doch erst mal nur nach Gehör (und eventuell in die Hose) oder man muss sich ein Mess-Equipmment installieren ?
Oder wie ist das handling ?

[Bernhard]

Hallo Volker,

welche subtraktiv-Weiche hast du gebaut, die alte aus Elektor oder die neue ?

Für 4 Wege wird es dann leider ziemlich happig...

Grüsse, Bernhard

[Volker]

Hallo

@ SDJungle, neue LS?

We-Ha, Auch Aktive LS haben ohne Messgeräte keine Chance.

Wie ist es denn bei Aktiv-Betrieb?

Cylob hat seine Vox jetzt in „Stereo“ Teilaktiv am laufen und wie man hörte mit viel Erfolg.

Oder wie ist das handling ?

Kommt auf die Aktive- Weiche an, sollte man sich mit auseinandersetzen und Interpretieren können was man da macht.

@Bernhard
Was!wo ist neue Elektor?

Gebaut habe ich selber ne Zweiwege, Elektor hat doch keine „Zweiwege CHALUPA“, Oder?
Meine Zweiwege baue ich um, und höre mir das
mit meiner 3wege Atlantis mal an.Gestern habe ich die letzten beiden (von 6) Endstufen gelötet,bin schon gespannt.Dauert aber noch mit dem Umbau.

Gruß, Volker

[NoName]

... nur so zur erinnerung: ein realer lautsprecher verhält sich nicht so brav, wie man es vielleicht in der theorie annehmen könnte.

aktivweichen müssen letztlich die gleichen akustischen eigenschaften realisieren wie die passiven. verluste und wechselwirkungen scheinen zwar geringer, mit standardweichen (zb. 1500hz, 18dB) wird eine mehrweg-kombi aber auch nicht zu höchstform auflaufen. umfangreiche messereien sind notwendig!!

gruß

frank

[Nuggets]

Mein Ansatz zur zusätzlichen el. Dämpfung unter Miteinbeziehung der "back-electromotive force":

Es wird doch gesagt, dass Chassis mit Doppelschwingspulen, bei denen eine Spule kurzgeschlossen ist, eine sehr gute el. Dämpfung aufweisen. Diese Spule muss aber auch durch das Magnetfeld bewegt werden, wenn der Konus ausgelenkt werden soll, was natürlich zuviel Energie/Leistung kostet. Somit geht wieder viel Antriebskraft veloren.
Mein Vorschlag:
Man baut ein Chassis mit einer Doppelschwingspule, wobei jedoch die zweite Spule kurzgeschlossen wird. Die zweite Spule sollte ferner einen Widerstand gegen 0 Ohm aufweisen. In die zweite Schwingspule ist jedoch noch zusätzlich ein Halbleiter eingebaut, der entweder "aufmacht" oder "schließt" . Dieser Halbleiter sollte nach Möglichkeit ein Transistor sein, der abhängig davon angesteuert werden soll, ob die 1. Spule eine back-voltage produziert oder nicht. Wenn die 1. Spule eine back-voltage in den Verstärker schicken möchte, schaltet der Transitor die Spule zum Kurzschluss um, was dann eben wie eine Wirbelstrombremse zusätzllich den Konus abbremsen dürfte. Eine solche Ansteuerung kann natürlich nicht so ohne weiteres erfolgen, da zumindest das Ursprungssignal und die 1.Spule-Spannung immer abgeglichen werden müssen. Dies brächte meiner Ansicht nach nicht nur im Analog-Filter-Bereich etwas, sondern natürlich auch bei DSP-aufgetrenntem Bi-/Tri-/x-amping.
Was sagt ihr dazu? Gibts das schon? Hats schon irgendwer von euch gebaut? Würde das ohne weiteres funktionieren? Habe ich irgendetwas ausser Acht gelassen?

Gruß,

Nuggets