Hörvergleich linearphasige (FIR) Frequenzweiche vs IIR-Filterung

[aurelian]

Man mag sich fragen, ob man den Unterschied zwischen einer linearphasigen FIR-Weiche zur IIR-Version hört und ob sich der Aufwand lohnt. Die Antwort darauf wird in dieser Diplomarbeit gesucht:
https://www2.ak.tu-berlin.de/~akgrou...Wirth_MasA.pdf

In Audiobereich arbeitende und somit hörgeschulte Versuchsteilnehmer konnten je nach Musikstück sehr geringe Unterschiede wahrnehmen, allerdings meist nur nahe an den Lautsprechern, da mit zunehmener Entfernung die Raumeinflüsse die Unterschied nivellierten.

Mehr zum verwendeten Lautsprecher, der Versuchsanordnung und statistischen Auswertung in der Diplomarbeit.

[walwal]

Dazu gibt es viele Berichte. Vereinfacht gesagt: Bei Testsignalen hörbar, bei Musik nicht.

[aurelian]

Am ehesten anscheinend bei Subs, was insoferne blöd ist, als gerade dort die FIR-Filterung extrem aufwendig wird und die Latenz hoch, sodass es für Video-Surround eh nicht geht, außer man kann auch das Bild kräftig verzögern.

Ab 1500 Hz aufwärts dagegen laut AES-Paper absolut unhörbar.

Der Nubert schreibt einiges dazu in seiner Technik satt

https://www.nubert.de/downloads/technik_satt.pdf
(dort nach FIR suchen)

[Fosti]

Ja, sehe ich genau so. Da werden evtl. suboptimale LS eingesetzt, Raummoden am Hörplatz nicht entzerrt aber Hauptsache der Phasengang wird glattgezogen. Perfektionisten können das gerne so durchziehen, aber vor der Phasenentzerrung gibt es hörbarere Baustellen

[aurelian]

Und was sollte man eigentlich generell machen, wenn der Tieftöner weichenbedingt 360 Grad nachhinkt (zB bei Linkwitz-Riley 24dB)? Angenommen man trennt bei 340 Hz, wären das genau 1m oder 3ms. MT und HT je um 3ms verzögern - oder nichts machen?
Beim Sub wären es bei 80Hz 4m oder 12ms gegenüber den Satelliten bei gleicher Entfernung zum Ohr.

[Fosti]

Ich meine das Umrechnen der Phasendrehung auf eine Distanz ist schon falsch. Den Fehler hat AH seinerzeit schon gemacht und nicht verstanden. Der fiktive SEO ist das entscheidende Kriterium. Wenn man FIR einsetzen möchte, kann man die resultierende Gruppenlaufzeit noch auf Kosten der Latenz entzerren. Aber wenn die GLZ unter der Hörbarkeitsschwelle liegt, sehe ich persönlich zumindest keinen Grund mit Kanonen auf Spatzen zu schießen.

[walwal]

Doofe Frage: Müsste man da nicht ein Allpassfilter nehmen?

[Fosti]

Genau....und jetzt kommt es auf das Verhältnis SEO zu Phasendrehung an.....soweit ich weiß, lässt sich ein inverser(!) Allpass nur mit FIR bewerkstelligen.

[UweG]

Ich gehe mal davon aus, dass ihr mit "fiktivem SEO" die Ebene meint, die um die Gruppenlaufzeit*Schallgeschwindigkeit weiter vom Hörer weg ist als die Schallwandebene, wenn dort die Gruppenlaufzeit zu 0 definiert wird.

Alle IIR-Filter, egal ob Hochpass, Tiefpass oder Allpass haben zu niedrigen Frequenzen hin eine endliche, irgendwann nicht mehr frequenzabhängige Gruppenlaufzeit. Zu hohen Frequenzen wird die Gruppenlaufzeit ebenfalls irgendwann nicht mehr frequenzabhängig, hat aber immer den Wert 0. Aus diesem Dilemma kommt ein IIR-Filter nicht raus.
Perfekte Abhilfe lässt sich schaffen, wenn die Daten als Datei vorliegen. Lässt man die IIR-Filter nämlich rückwärts über die Daten laufen, ergibt sich die gleiche Auswirkung auf den Amplitudengang, aber die inverse Auswirkung auf Phasengang bzw. Gruppenlaufzeit. Ein Butterworth 2. Ordnung einmal vorwärts und einmal rückwärts über die Daten ergibt den Amplitudenverlauf eines Linkwitz-Riley 4. Ordnung, jedoch mit Phasenverschiebung und Gruppenlaufzeit von 0 über den gesamten Frequenzbereich.
Mit einem FIR-Filter müsste man das, zumindest in den Grenzen der Pufferlänge bzw. Laufzeitverzögerung, auch in Echtzeit erledigen können.

Ich habe gestern Abend ein wenig in dieser Arbeit gelesen. Ich fand interessant:

• In Wirklichkeit wurden die Hörversuche nicht zwischen IIR- und FIR-Filtern gemacht, sondern zwischen linearphasigen FIR-Filtern und solchen die das Phasenverhalten des IIR-Filters nachgebildet haben. Unterschiede im Amplitudengang waren damit in der Tat wohl ausgeschlossen.
• Die IIR-Filter, bzw. das was als Basis für den Phasengang des zweiten FIR-Filter genommen wurde hatte 48 dB/Oktave Flankensteilheit, auch die bei niedrigen Frequenzen. Warum, erschließt sich mir nicht, außer man wollte den Unterschied hörbar machen.

[UweG]

Ich stelle mal eine Hypothese auf:

Ein Mehrwege-Lautsprecher der mit analogen oder IIR-Filtern für Trennungen

• bis 500 Hz Filter von max. 2. Ordnung
• bis 2500Hz Filter max. 4. Ordnung und
• darüber Filter max. 8. Ordnung

verwendet, erzeugt mit seiner Frequenzweiche keine hörbaren Laufzeitunterschiede.
Die Umkehrung der Hypothese ist nicht zulässig.

[Fosti]

Wenn Du mit Laufzeitunterschieden die reinen Gruppenlaufzeiten meinst unterschreibe ich Deine Hypothese. Eine Angleichung der SEOs durch ein Delay ist aber evtl. dennoch erforderlich.

[Sv.n.K]

Ich bin bei der Diskussion immer noch Anhänger der hier [DipolAudio: Wahrnehmung Gruppenlaufzeit] aufgestellten These, dass bei hoher Gruppenlaufzeit die Obertöne von Nutzsignal und der nicht linearen Wiedergabe auseinander laufen und das hörbar sein könnte.

Grüße
Sven

[Fosti]

Das ist aber kein Widerspruch gegen die aufgestellte These. Frage mich immer wie man zu solch Konstrukten mit derartig hohen GLZ-Verzerrungen über der Hörschwelle kommt?! Also einfach daran halten und keine abartigen Tieftonbandpässe x-ter Ordnung einsetzen und gut is':

[UweG]

In der Tat. Wer nimmt schon 48dB-Filter bei 300Hz in einer realen Box)?

Laut IRT Studie sollen Regielautsprecher im Frequenzbereich 500 Hz ... 10 Khz eine Abweichung der Gruppenlaufzeit von maximal +/- 0,2 ms aufweisen. Dies ist ein Wert, der mit üblichen dynamischen Mehrwegelautsprechern in der Praxis kaum einzuhalten ist.

Da frage ich mich, woher die Anforderung kommt, dass ab 500Hz nur +/- 0,2ms GLZ-Unterschiede da sein dürfen, wenn die Hörschwelle dort bei 3ms liegt. Davon abgesehen, glaube ich trotzdem nicht, dass das so schwer einzuhalten ist.

[walwal]

Der Neumann O 310 hat ab 500 Hz +- 0,6 ms
Meine Concorde WG +- 2 ms

Die +- 0,2 ist wohl übertrieben.