Klirrfaktor

[UweG]

Die Lautsprecher dürften in den meisten Anlagen die Komponenten mit dem höchsten Klirr sein, von daher dürfte es sich lohnen bei einer Boxenkonstruktion verstärkt ein Auge darauf zu halten. Von Visaton kenne ich leider keine Klirrmessungen, aber z. B. in HH oder K&T findet man sie regelmäßig.
Ich stelle immer wieder erstaunt fest, dass Lautsprecher nicht nur am unteren Ende des Übertragungsbereichs zum Klirren neigen und frage mich, woher das kommt.

Ursachen für Klirr sind grundsätzlich Nichtlinearitäten, aber wodurch werden sie verursacht? Mir fällt dazu u. a. ein:
1. Nichtlinearitäten in der Aufhängung oder im Antrieb bei großen Hüben ==> kann nur im unteren Frequenzbereich relevant sein, Klirr oberhalb 1 kHz bei einem TMT wäre damit nicht mal bei 1000 W Eingangsleistung erklärbar.
2. Veränderung der Schwingspuleninduktivität bei veränderter Position der Schwingspule ==> Effekt nimmt auch mit zunehmender Frequenz ab, dürfte ohnehin eher als Intermodulationsverzerrung relevant sein, denn als Klirr

Wie kann es sein, dass z. B. ein 17cm-TMT bei 3 kHz klirrt?

[walwal]

z.B. Membranverformungen

[Variovent]

man unterscheidet zwischen nicht-linearen und linearen verzerrungen.

...zb. intermodulationsverzerrungen (s.o.)
....membranresos
....partialschwingungen (s.o.)
....dynamikkompression durch "heiße" schwingspulen
....wirkungsgradunterschiede über den abzustrahlenden fq

[UweG]

man unterscheidet zwischen nicht-linearen und linearen verzerrungen.

Genau! Klirr ist definitiv eine nichtlineare Verzerrung. Lineare Verzerrungen wären Phasen- oder Frequenzgangfehler. Nichtlineare Verzerrungen erzeugen Töne, die im Original nicht enthalten waren (z. B. Obertöne, das nennt man dann Klirr). Lineare Verzerrungen verändern nur das Eingangssignal im Amplituden- oder Zeitverhalten.

Als Ursache für Klirr kommen nur Effekte in Betracht, bei denen die Auslenkung irgendwie nicht proportional zur Anregung ist, z. B.:
- die Drähte auf dem Schwingspulenträger würden sich, auf dem selbem reibend, bewegen
- die Zentrierung oder die Membran würde sich partiell in der Steifigkeit verändern (z. B. durch Anschlagen)
- eine Deformation (Membranreso z. B.) wäre so groß, dass sich die geometrische Form temporär so stark ändert, dass die Steifigkeit beeinflusst wird (Knickeffekte?).
- Das Abstrahlverhalten würde, aufgrund von geometrischen Veränderungen (Membranhub!) verändert

All diese Dinge kann ich mir irgendwie bei einem TMT oberhalb 300..400 Hz nicht recht vorstellen, selbst bei einem einfachen Chassis nicht. Liege ich da falsch?

Resonanzen an sich mögen zu gravierenden Phasen- und Frequenzgangfehlern führen, sind aber, solange es eine Bewegung eines reinen Feder-Masse-Systems ist, nicht unmittelbar Ursache von nichtlinearen Verzerrungen. Dabei spielt es keine Rolle wie komlex das Feder-Masse-System ist. Es könnte aus 1.000.000 (hookschen) Federn und 1.000.000 Massen bestehen, eine Stunde zum Ausklingen brauchen und würde trotzdem keinen Klirr verursachen.

[capslock]

Wenn ich es richtig verstanden habe, ist Dein Problem, warum Klirrpeaks bei diskreten, hohen Frequenzen auftreten.

Ich glaube, das ist einfach ein Problem der Meßmethode. Die Klirrmessung regt bei Frequenz f an an guckt, was bei 2f, 3f oder 5f vorhanden ist. Sie schaut aber nicht, wie sich der gemessene Klirr mit der Anregungsamplitude ändert. Insofern wird sie Obertöne als Klirr miterfassen, auch wenn es sich um eine linear vom Grundton angeregte Oberschwingung handelt, deren Rückstellkraft näherungsweise unabhängig von der Amplitude ist. Diese Obertöne treten aber nun mal bei diskreten, von Material und Geometrie abhängigen Frequenzen auf.

Außerdem kann es sein, daß der Experimentator geschlampt hat und Raumresonanzen mitgemessen werden.

Richtig kompliziert wird es, wenn die Oberschwingung nicht von der Grundtonbewegung angeregt wird, sondern davon, daß der Antrieb selbst bei vielfachen der Grundfrequenz Bewegungen erzeugt. Diese werden je nach Resonanzeigenschafen der Membran unterschiedlich stark in Schall umgesetzt. Da der Antrieb diese anregenden Harmonischen aber nichtlinear, d.h. amplitudenabhängig erzeugt, wird sich die relative Stärke mancher diskreter Klirrlinie auch tatsächlich so mit der Amplitude ändern, wie man es für K2, K3 etc erwartet.

Tatsächlich zeigen die meisten Linien ein Mischverhalten, d.h. sie ändern sich, aber nicht in dem Maße, wie man es erwarten würde.

[Volker]

Hi,

Hat wer Interesse, an Klirrmessung, über unterschiedliche Polplattenhöhen am TI 100 M ?

F.Hausdorf hat sie im Visaton- Messraum durchgeführt.

Bei Interesse: v.goerlitzer@tiscalinet.de schicke ich dann zu.

[wickie]

Im untern Übertragungsbereich hängt der Klirr haupsächlich von der Auslenkung ab (weil ja leider nicht linearer Antrieb)

Im oberen Übertragungsbereich sinds hauptsächlich die Membranresonanzen. (kein idealer Kolbenschwinger)

[Ollie]

@ capslock

Wo die Obertoene herkommen, ist fuer die Klirrfrage IMO irrelevant: k0 (Grundschwingung) gut, alles andere schlecht. Uebrigens ist "nichtlinear, d.h. amplitudenabhaengig" nicht ganz richtig; auch linear waere amplitudenabhaengig, aber halt nicht z.B. quadratisch oder exponentiell, sondern linear eben.

Mir ist uebrigens schleierhaft, wieso manche nach "gutem" (k_gerade) und "boesen" (k_ungerade) Klirr unterscheiden, das ist voelliger Mumpitz!

Die Frage nach der Hoerbarkeit bzw. dem Hoereindruck des Klirrs stellt sich naemlich nur sekundaer, viel wichtiger sind die aus der Nichtlinearitaet resultierenden IM-Verzerrungen. Gerade BB muessen (!) also extrem klirrarm ausgefuehrt werden.

[In diesem Zussamenhang einmal eine leicht irritierte Frage an Visaton: wieso scheppert der TI100 so sehr? Supergeile Membran, und dann sowas?! Schadeschade... grmpfl..]

Der Antrieb - insbes. magnetische Streufelder/Asymmetrien, die dynamisch erzeugt werden (Wirbelstroeme, Gegeninduktion etc.) - und die nichtlineare Kennlinie der Rueckstellkraefte (Sicke, Zentrierspinne, Luftfeder) spielen eine Rolle, v.a. (aber nicht nur) bei grossen Auslenkungen. Denn die Verzerrungen sind nicht notwendigerweise nur von der Auslenkung abhaengig, sondern koennen (ueber Materialeigenschaften) auch frequenzabhaengig sein. Das kann z.B. im unterschiedlichem Hystereseverhalten des Sickenmaterials (Zeitkonstanten etc.) seine Ursache finden.

Wichtig ist auch zu beachten, dass, sollte z.B. der TT-Treiber stark nichtlinear "werden" (Hub), alle anderen Signale natuerlich mitverzerrt werden, weil sie einen anderen Kennlinienteil sehen. Das ist z.B. ein Grund, weshalb man IMO Tieftoener frueh trennen und nicht bis in den Grundtonbereich fahren solte. Besonders tragisch ist das natuerlich fuer die so beliebten, schnuckeligen 13cm-Zweiwegeriche, die schon stark klirren, wenn man nur ein Elektron an ihnen vorbeitraegt, aber 's is halt audiophil. (Dafuer kommt das Elektron auch aus 'nem Akkunetzteil, harharhar.)

So, jetz aber genug geschulmeistert!

CFM,
Ollie

[UweG]

Ich versuche mal das Wesentliche zusammenzufassen:

- Im unteren Frequenzbereich sind Nichtlinearitäten des Antriebs und der Membranaufhängung dominierende Ursachen für Klirr. Hier hilft es massiv, das Chassis von den unteren Tonlagen zu entlasten. Das habe ich auch schon feststellen dürfen, genau mit so einem Zweiwegerich wie ihn Ollie angesprochen hat.
Das ist (und war) mir eigentlich klar

- Bei höheren Frequenzen wurde bisher nur eine mir einigermaßen plausibel erscheinende Ursache erwähnt: Das Hystereseverhalten des Sickenmaterials, evtl. käme auch die Zentrierspinne in Frage. Aber die alleinige oder zumindest dominierende Ursache scheint mir das irgendwie doch nicht zu sein.

Zum Thema Membranresonanzen: Eine (unbedämpfte) Resonanz eines elastischen Körpers erzeugt definitiv keinen Klirr, allenfalls Frequenzgang- oder Phasenfehler. Aber vielleicht spielen auch hier Hystereseeffekte im Materialverhalten eine Rolle. Sie sind es schließlich, die zur Eigendämpfung der Membran führen.
Vielleicht ist dies auch einer der Gründe, weshalb Visaton bei den besonders hochwertigen TMT-Chassis metallische Membranen verwendet. Bei Aluminium oder Titan sind keine nennenswerten Hystereseerscheinungen zu erwarten. Die Bedämpfung der Membran dürfte im Wesentlichen über die Gummisicke erfolgen. Vielleicht ist die Eigendämpfung von Gummi eher als viskos (und damit nicht klirrerzeugend) anzusehen als die von z. B. einer Cellulosemembran.

@capslock: Tut mir Leid, aber die Meßmethode ist schon o.k.. Man regt mit einem Sinus an (Grundton) und sieht nach wie stark das Ausgangssignal neben dem Grundton auch Obertöne enthält. Das (ich glaube Leistungs-)Verhältnis der Summe der Amplituden der Obertöne zur Amplitude der Grundwelle ist der Klirrfaktor. Natürlich ist auch der Klirrfakor amplitudenabhängig, aber darum geht es mir eigentlich weniger. Obertöne werden nicht versehentlich als Klirr miterfasst, sie sind der Klirr.

@Ollie: Hast Du ein Photo auf dem Du ein Elektron trägst ? **grinsss**
Deine Erfahrungen mit den 13cm-Zweiwegerichen kann ich voll bestätigen. Ein 13cm-Chassis ist im Mitteltonbereich nicht wieder zu erkennen, wenn man es nach unten abtrennt und mit einem separaten Tieftöner unterstützt. Der Effekt ist selbst bei Zimmerlautstärke schon wirklich frappierend. Ich habe diese Erfahrung selbst mal an einem KEF B110B gemacht. Ein WSP21S als zusätzlicher Tieftöner bewirkt deutlich klareren Mitteltonbereich.
Im vorliegenden Fall kommt jedoch hinzu, dass der alte KEF natürlich sowieso ein ziemlich mieserabler Tieftöner ist, mit einem AL130 wäre das sicherlich nicht ganz so frappierend gewesen.

[Ollie]

@ UweG

Ja, so ein Photo habe ich, ist aber irrrrrre klein! Deshalb kann ich's leiiider nicht reinstellen...

CFM,
Ollie

[capslock]

Natürlich sind Obertöne Klirr in dem Sinne, daß sie nicht zum Signal gehören. Ich behaupte aber, daß ein Oberton, der sich proportional zum Grundton ändert (als Klirrfaktor also konstant bleibt), nicht so fies klingt wie eine Harmonische, die auf einer Nichtlinearität des Antriebs oder der Aufhängung basiert.

Porbier mal IMD-Tests. Obertöne machen sich nur lokal bemerkbar (wenn zufällig ein Mischprodukt genau in diese Resonanz fällt), während eine Antriebsnichtlinearität Dir das ganze Spektrum mit Mischprodukten vollhaut.

[Ollie]

Hi capslock,

wo sollen diese "konstanten Klirrfaktoren" denn herkommen? Was ist denn ein IMD-Test? Was meinst du mit "lokal"? Zur Huelfe!

CFM,
Ollie

[wickie]

Obertöne die nicht im Anregungssignal vorhanden waren sind der Klirr.

Jeder nicht ideale feste Körper schwingt nicht nur auf seiner Eigenkreisfrequenz sondern erzeugt auch Klirr, selbst wenn diese Frequenzen gar nicht angeregt wurden. (-> z.B. Klangfarbe einer Glocke). Zusätzlich kommt es dabei zu Überlagerung mehrer Resonanzeffekte in verschiedenen Köperbereichen, kleinste Störungen in der Materialstruktur führen dazu.

Eine Lautsprechermembran ist nun wirklich kein idealer und vor allem kein homogener Festkörper.

Ein perfekter Kristall erzeugt praktisch keine Klirr, wenn er nur mit der Eigenkreisfrequenz angeregt wird, man kann ihn aber ohne weiters auch auf einem Oberton anregen.

[NoName]

Hallo,

müßte man nicht wie bei einem Musikinstrument auch fragen, welches (Klirr-)Spektrum ein Lautsprecher als Folge eines Anregungssignals wiedergibt und wie schnell er sich dazu bewegen läßt, ein anderes wiederzugeben, wenn sich die Anregung ändert?

Man kann bequem ein Instrument bauen, das äußerlich einem anderen gleicht und zum Musizieren völlig ungeeingnet ist. Selbst bei einfachen Blechen kann man durch antippen hören, ob der "Sound" musikalisch ist oder nicht.

Würde man eine solche Analyse mittels (typischer) Amplitudenmessung machen, dürften die Ergebnisse sehr ähnlich ausfallen. Es braucht eine recht starke Differenzierung nach der Frequenz, um den nötigen Effekt visualisieren zu können. Wer mag, kann sich das "Cool Edit" am heimischen mit dem Analyser selbst verdeutlichen (ab ca. 5000 Einzelbänder).

Gruß

Frank

[UweG]

Irgendwie wird es jetzt diffus.

Obertöne die nicht im Anregungssignal vorhanden waren sind der Klirr.

Das stimmt genau und aus nichts anderem besteht der Klirr.

Der Vergleich mit einem Musikinstrument hinkt aber trotzdem. Wenn ich einen Kammerton a auf einer Gitarre spiele, dann rege ich nicht mit einem mit 440Hz sinusförmig schwingenden Finger eine Gitarrenseite an sondern zupfe an der Saite und rege mit diesem Impuls alle möglichen Frequenzen enthaltenden Impulssignal bestimmte Eigenfrequenzen des Musikinstruments an. Je nach dem an welcher Stelle ich diesen Impuls wirken lassen (d.h. an welcher Saite ich zupfe) werden die verschiedenen Eigenfrequenzen unterschiedlich stark angeregt. Mit dem Klirr eines Lautsprechers hat das aber m. E. nicht viel zu tun.

Hat jemand eine Idee, ob meine These, dass das Hystereseverhalten des (vorrangig Membran-)Materials dominierende Ursache für Klirr bei höheren Frequenzen ist stimmt. Ich finde, sie klingt insofern plausibel, als dass bei den Frequenzen, bei denen starke Membranresonzen auftreten, oft auch erhöhte Klirranteile gemessen werden (aber nicht immer!).

Wenn diese These stimmt, dan zeichnet sich ein gutes Membranmaterial entweder dadurch aus, dass es so steif ist, dass man die Eigenfrequenzen der Membran in Bereiche oberhalb der Einsatzfrequenzen verlegen kann oder dadurch dass es möglichst viskose Dämpfungs- (und damit Hysterese-)Eigenschaften besitzt. Für das Sickenmaterial müsste Letteres ebenfalls zu fordern sein.
Leider dürfte daraus auch die Erkenntnis wachsen, dass mit der Art des Einbaus der Klirr in der oberen Hälfte der Übertragungsbereich eines Chassis nicht beeinflussbar ist ... schade eigentlich.