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.
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.
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