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Zobel-RC-Glieder gegen zu schrille Hochtöner

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  • UweG
    Registrierter Benutzer
    • 29.07.2003
    • 5607

    Zobel-RC-Glieder gegen zu schrille Hochtöner

    In letzter Zeit habe ich ein paar mal, als es um zu scharfe, oder zu grelle Hochtöner ging, den Vorschlag gemacht, ein RC-Glied parallel zu schalten um die Schärfe zu reduzieren.
    Die Wirkungsweise und Dimensionierung dieser RC-Glieder, auch Zobel-Glieder genannt, scheint wenig bekannt zu sein. Besonders die Anwendung auf Hochtöner. Deshalb nachfolgend ein paar Überlegungen:

    Zunächst eine kurze Betrachtung eines typischen (guten) Hochtöners, z. B. G25FFL. Die Impedanz steigt zu hohen Frequenzen an (von ca. 6,5 Ohm bei 4000 Hz auf ca. 7,5 kHz bei 20 kHz) und auch der Frequenzgang steigt vom oberen Mitteltonbereich noch oben hin noch ca. 2dB an.
    Beschaltet man solch einen Hochtöner mit einem Vorwiderstand – darf auch ein Spannungsteiler sein, der Effekt ist nur geringfügig geringer – dann ist die Absenkung bei 4..5 kHz maximal und nimmt darüber leicht ab. Der zusätzliche Anstieg zum Hochtonbereich hin verstärkt sich also noch. Bei einem 3,3 Ohm-Vorwiederstand sind das z. B. knapp 0,5 dB bei 10kHz und knapp 1 dB bei 20kHz.
    Kommt zusätzlich noch ein Kondensator vor den Hochtöner, d. h. eigentlich immer, so ergibt sich ein Serienresonanzkreis bestehend aus dem Kondensator und der Induktivität der Schwingspule. Die wirksame Induktivität der Schwingspule liegt im Bereich um 10 kHz bei ca. 0,03 mH. Zusammen mit z. B. 6,8µF Vorwiederstand liegt die Resonanzfrequenz bei ca. 11 kHz, mit einem kleineren Kondensator noch etwas höher. Die Resonanz wirkt als bei ca. 10 kHz nochmal pegelverstärkend.
    Auch eine 12dB-Weiche ändert überhaupt nichts an diesem Effekt. Die zusätzliche Spule, die ja wesentlich größer ist als die Induktivität der Schwingspule resoniert in Parallelschaltung mit dem Hochtöner mit dem gleichen Kondensator eben vielleicht auf 5 oder 10% geringerer Frequenz.

    Ich habe heute eine ganze Weile herum überlegt, wie man allgemeine Regeln zur Dimensionierung des RC-Glieds formulieren könnte. Am besten gefiel mir: So, dass es stimmig klingt. Selbstverständlich hilft das nicht unbedingt weiter, aber es macht das Ziel klar.
    Basierend auf gängiger komplexer Wechselstromrechnung kann man formulieren:
    R = Re des Hochtöners
    C = Lss / (R^2)
    wobei Lss die Schwingspuleninduktivität des Hochtöners ist.

    Leider decken sich die Impedanzschriebe nicht besonders gut mit den Angaben zur Schwingspuleninduktivität (Ich weiß leider nicht, wie die gemessen wird.) und außerdem sollte die Dimensionierung eigentlich nicht den Impedanzgang, sondern den Frequenzgang optimieren, was nicht immer das gleiche ist – siehe Frequenzganganstieg der G25FFL oben. Daher noch folgender Alternativvorschlag:
    Aus der minimalen Impedanz oberhalb der Resonanzfrequenz (Rmin) und der Impedanz bei 20kHz (Z20) bestimme man einen Induktivitätswert (Lht) unter der Annahme bei 20kHz läge ein reines RL-Glied vor. Es ergibt sich mit f = 20 kHz:
    Lht = Wurzel(Z20 - (Rht^2)) / (2*pi*20kHz)
    Nun wähle man
    R = Rmin und
    C = Lht / (R^2)
    Das so erhaltene RC-Glied bestaht aus einem Widerstand ähnlich des obigen, der Ondensator fällt deutlich kleiner aus. Versuche mit einer Simulation ergaben, dass dies einen hervorrangend geraden Impedanzverlauf, jedoch noch nicht unbedingt den gewünschten Effekt im Frequnzgang ergibt. Der Grund liegt in dem schon im ursprünglichen Frequenzgang enthaltenen Anstieg zu hohen Frequenzen (bei meinem Beispiel)
    Basierend auf diesen vorläufigen Werten vergrößere man den Kondensator ggf. bis auf maximal
    Cmax = 2,5 * (10^-9) Hz^2 / Lht
    Bei diesem Wert ergibt sich ein Impedanzverlauf zusammen mit dem HT der bis ca. 25kHz hin, zunehmend flacher werdend, abfällt. Eine weitere Vergrößerung von C ergibt keine Reduzierung des Frequenzganganstiegs mehr sondern nur noch ein Pegelabfall und ggf. etwas häßliche Impedanzminima.
    Interessanterweise hat der genaue Wert von R innerhalb des Übertragungsbereichs kaum Bedeutung. Ob hier 6,8 Ohm oder 10 Ohm verwendet werden, spielt fast keine Rolle.

    Noch einfacherer Dimensionierungsansatz:
    Man kaufe sich einen 6,8 Ohm-Widerstand und Kondensatoren von 0,47µF bis 3,3µF und beginne zu probieren. Je größer der Kondensator umso stärker der Effekt. Das müsste für die meisten Kalotten-HTs funktionieren.

    Edit: Habe zur Verdeutlichung noch ein paar Klammern in den Formeln ergänzt.
    Zuletzt geändert von UweG; 06.12.2003, 01:25.
    Boxsim ... wenn Lautsprechersimulation gelingen soll.
  • videoa
    Registrierter Benutzer
    • 13.09.2002
    • 152

    #2
    Ich kann dazu nur sagen:
    Ich habs probiert und es funktioniert. Meine Boxen sind die W170S8 mit G25FFL nach Thomas Reimann, dem ich an dieser Stelle ein herzliches DANKESCHÖN zukommen lassen möchte.
    Am Hochtöner hat mich schon von Anfang an die teilwiese etwas zu scharfe Hochton-Darstellung gestört bis mir Uwe diesen Tipp gab.
    Somit habe ich ein RC-Glied aus einem 6,8 Ohm-Widerstand und einem 2,2 mF Kondensator parallel zum HT geschaltet, und der HT fügt sich wesentlich besser ins Gesamt-Klangbild ein. Keine Spur mehr von diesen zischenden S-Lauten bei Frauenstimmen oder ähnliches.
    Vielen Dank an Uwe!!!

    Gruß
    Andi

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    • MikeMcFluke
      Registrierter Benutzer
      • 05.02.2001
      • 1512

      #3
      Hallo!

      Ich habe zwar nicht alles an Formel kapiert, aber ich muß das unbedingt mal ausprobieren!

      Evtl. wäre es gut, wenn Du Deine Formeln noch mit mehr Klammern versehen könntest, damit klar wird, wie sie aufgebaut sind!

      MIKE

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      • Krips
        Registrierter Benutzer
        • 06.12.2002
        • 190

        #4
        Hallo,

        ergänzend zu Uwe's sehr guten Hinweisen ist noch zu sagen, dass das auch bei Mitteltönern und Bässen sehr hilfreich ist, da man da dann bei gleichem akustischen Filterflankenverlauf bei Tiefpässen mit kleineren Spulen auskommt........

        Ausserdem kann man den Effekt mit eingelesenen, gemessenen Frequenzgängen und Impedanzgangmessungen in Simuprogs sehr gut nachvollziehen und da leicht die Bauteilewerte dimensionieren.
        Mit Audiocad gehts auf jeden Fall......

        Gruss
        Peter Krips

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        • moey
          Registrierter Benutzer
          • 16.11.2003
          • 5

          #5
          Hallo,

          was könnte ich dann also vor die 4-Ohm-Variante schalten ?

          Grüße

          moey

          Kommentar

          • markus
            Registrierter Benutzer
            • 04.02.2003
            • 373

            #6
            Hallo Uwe,

            ein wenig viel Formeln und nicht ganz einfach nachzuvollziehen, aber es funktionierte im Prinzip auch bei mir. Habe das mal in den späten 80ern mit ner Visatonkalodde probiert (irgendwas mit 95 in der Typenbezeichnung) - ja bereits damals gab es schon schlaue Bücher mit diesem Tip -.

            Der Klang veränderte sich in der Weise, dass der HT etwas dezenter spielte und nicht mehr als einzelnes Chassis in der Box wahrgenommen wurde. Also ein harmonischeres Zusammenspiel. Andererseits ging etwas die Spritzigkeit verloren. Daraus könnte man schließen, dass so eine Schaltung sehr wohl bei etwas vorlauten/giftigen HT einen gefälligeren Klang bewirken kann. Die softeren Teile brauchen das wohl nicht.

            Sehr nützlicher Beitrag von Dir!

            Gruß Markus
            Gruß Markus

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            • walwal
              Registrierter Benutzer
              • 08.01.2003
              • 27576

              #7
              da sind noch mehr Infos:http://www.picosound.de/D_lstips.htm

              Zobelglied wird ziemlich am Schluß erwähnt

              "Dasselbe passiert übrigens auch bei Hochtönern (hier schwingt die Weichenkapazität gerne mit der Schwingspuleninduktivität). Abhilfe schafft hier ein sogenanntes Zobelglied (RC-Serienschaltung parallel zum Lautsprecher). Das ergibt zwar weniger Höhen (ca. 2 dB um 5 kHz), die dafür aber in der Regel sauberer klingen.
              Zur überschlägigen Auslegung der Impedanzlinearisierungsglieder verwende ich das Programm BOXUTIL"

              „Audiophile verwenden ihre Geräte nicht, um Ihre Musik zu hören. Audiophile verwenden Ihre Musik, um ihre Geräte zu hören.“

              Alan Parsons

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              • UweG
                Registrierter Benutzer
                • 29.07.2003
                • 5607

                #8
                @moey: 3,9 Ohm und 2,2µF könnten für lineare Impedanz etwa passen. Wie schon gesagt: Evtl. mit dem C experimentieren - größerer Wert = stärkerer Effekt. Sicherlich würdest du auch 3,9 Ohm 1µF auch schon hören.


                @alle: Erstmal Danke für die Blumen. Warum sieht man dieses Glied nur so selten in Bauvorschlägen? Wie markus schon richtig sagte, ist das eigentlich ein ganz alte Hut.
                Boxsim ... wenn Lautsprechersimulation gelingen soll.

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                • powerear
                  Registrierter Benutzer
                  • 19.09.2003
                  • 511

                  #9
                  Hallo,

                  interessantes Thema.
                  Ich würde gerne mal ein Zobelglied am KE 25 SC in meiner Concorde ausprobieren, da mich auch der etwas zu schrille Hochtonbereich stört. Allerdings sollte es nur relativ wenig Veränderung sein.
                  Ist dabei etwas falsch zu machen. Soweit ich weis gibt es ja bei diesem Hochtöner einige direkt eingebaute Weichenbauteile, es ist also nicht nur ein reines Chassis.

                  Wer kann mir eine geeignte Bauteilkombination empfehlen?

                  Müssen die Bauteile irgendwelche besonderen Merkmale aufweisen oder reicht der normale Elektronikladenkram?

                  Kommentar

                  • MrWoofa
                    Registrierter Benutzer
                    • 22.09.2001
                    • 4765

                    #10
                    Hm. Ich kann mir irgendwie nicht vorstellen, daß die KE in der Concorde irgendwie 'schrill' klingen soll... da würde ich dann eher die Aufnahme oder den raum für verantwortlich machen.
                    Grüße,

                    www.mrwoofa.de - Heimkino / HiFi / Car-HiFi Selbstbau-Anleitungen

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                    • jhohm
                      Registrierter Benutzer
                      • 24.09.2003
                      • 4535

                      #11
                      Original geschrieben von powerear

                      ...
                      Ich würde gerne mal ein Zobelglied am KE 25 SC in meiner Concorde ausprobieren, da mich auch der etwas zu schrille Hochtonbereich stört.
                      Meines Wissens ist schon ein Zobelglied eingebaut; ich weis nicht, wie sich das verhält, wenn Du da noch ein parallel schaltest...
                      Gruß Jörn
                      ...Gruß Jörn

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                      • powerear
                        Registrierter Benutzer
                        • 19.09.2003
                        • 511

                        #12
                        Hallo,

                        hab es soeben getestet.
                        Zu WE-HA: Ja, liegt am Raum, kann es aber nicht ändern.
                        Hast du einen Tip?

                        Habe einen 6,8 Ohm MTP und einen 1,5 MircoFarad Keramikwiderstand eingebaut.
                        Effekt ist deutlich, aber nicht ganz zufriedenstellend.
                        Ich hatte des Eindruck, dass Stimmen nun recht dumpf sind.
                        Ich weis nicht, ob ich mir das Einbilde, aber die Schaltung scheint insgesamt die Hochtonqualität zu verschlechtern (abgesehen vom gewünschten Effekt).

                        Habe des wieder umgebaut.

                        Grüße

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                        • UweG
                          Registrierter Benutzer
                          • 29.07.2003
                          • 5607

                          #13
                          Habe einen 6,8 Ohm MTP und einen 1,5 Mircofarad Keramikwiderstand eingebaut.
                          Falls das 6,8 Ohm Keramik und 1,5µM MKP waren: Wenn Stimmen danach dumpf klingen, war es entwender nicht nötig oder zu viel. Wenn nach Gehör abgestimmt wurde, muss wahrscheinlich der Pegel neu angepasst werden (HT lauter).
                          Boxsim ... wenn Lautsprechersimulation gelingen soll.

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