verzerrungsmessungen Tieftöner

[broesel]

Hi Maha, das hamma auch schon gewusst. Glücklicherweise sind unsere Ohrwascherls aber genügsam bezüglich des Bassklirres.

Da Sonic vermutlich kein Doofer ist, wird der Klirr wohl nur EIN Aspekt sein, unter dem er den noch zu beschaffenden Bass für sein Konstrukt aussuchen will respektive wird.

Schüss.

[sonicphil]

danke fuer die vorschusslorbeeren herr broesel!

ich halte das klirrspektrum fuer EIN sinnvolles kriterium nach dem ich einen lautsprecher aussuchen koennte, wenns denn jemand veröffentlichen wuerde.

werd ich halt selber messen (die woofer die ich schon besitze) und die anderen bekomm ich schon mit einer immer wieder umtausch aktion. hab da einen sehr kulanten und vertrauensvollen händler ...

[harry_m]

"...da die interpretation missverständlich währe".

In welcher Hinsicht? Das 10% unter 50Hz unkritisch sind, sollte jeder wissen, der sich wagt darüber zu diskutieren.

Dass Klirrspitzen oft mit Resonanzspitzen korrespondieren hat sich auch schon herumgesprochen. Was soll da noch missverständlich sein?

[sonicphil]

ich verstehs auch nur ansatzweise, fuer einen einsteiger schauen 10 % einenes TTs gegenuber den 0.001 % seines verstärker schon schlimm aus.
fuer jemanden der anfängt, sich mit der materie zu beschäftigen kann das schon abschreckend sein. vor allem wenn andere hersteller lapidar mit "extrem niedrigem klirrfaktor" werben.

[gegentakt*]

ich halte das klirrspektrum fuer EIN sinnvolles kriterium nach dem ich einen lautsprecher aussuchen koennte, wenns denn jemand veröffentlichen wuerde. werd ich halt selber messen...

Hallo sonicphil,

aber was kannst du messen und was sagen dir die Ergebnisse? k2, k3, vielleicht noch k5 (eher unwahrscheinlich)? Noch höhere Oberwellen sind nur mit sehr komplizierten und teuren Meßverfahren nachzuweisen. Der Schmuh dabei: einige Hersteller wissen sehr genau, daß ein Chassis, wenn es sehr niedrige Verzerrungen der ersten zwei, drei Oberwellen produziert, „plötzlich“ enorm klangschädliche Oberwellen höherer Ordnung erzeugen kann. Diese Chassis klingen trotz der veröffentlichten perfekt aussehenden Klirrwerte schlicht: schlecht! – und kaum jemand weiß heute mehr warum. Übrigens kannst du bei HH, die bis k5 messen, öfters mal ein Chassis sehen, dessen k5 deutlich über k2 und k3 liegt – ein sicherer Hinweis auf schlechten Klang! Ein Genius und Pionier der Lautsprecherentwicklung, Dr. Harwood, hatte Mitte des letzten Jahrhunderts ein Klirrfaktormeßgeät entwickelt und sich patentieren lassen, welches Oberwellen bis k8 messen konnte. Und er konnte nachweisen, daß höhere Oberwellenanteile bei bestimmten Chassiskonstruktionen tatsächlich vorhanden sind und es gelang ihm auch, die Ursachen zu finden (z.B. Verspannungen im Membranmaterial, die sich bei bestimmten Frequenzen lösen und charakteristische Vorgänge im Gefüge des Materials auslösen). Das nur zu gebräuchlichen und verdrängten Klirrmessungen.

Im Grunde nützen dir also die technisch möglichen Verzerrungsmessungen nicht allzuviel, was nicht heißen soll, daß sie nutzlos wären. Du mußt dir mal überlegen, inwiefern eine Klirrmessung in einer Schallwand etwas mit den tatsächlichen Gegebenheiten in einem Gehäuse zu tun haben (dazu gleich mehr). Wenn ein Chassis bei 50Hz und 80dB 10% k3 produziert, würde ich es nicht verwenden. Wenn du meinst, ich verstehs auch nur ansatzweise, für einen einsteiger schauen 10 % einenes TTs gegenuber den 0.001 % seines verstärker schon schlimm aus. für jemanden der anfängt, sich mit der materie zu beschäftigen kann das schon abschreckend sein. vor allem wenn andere hersteller lapidar mit "extrem niedrigem klirrfaktor" werben..., so kann ich dein ungutes Gefühl durchaus verstehen und ich sage dir gerne meine Meinung dazu: ich halte ebenfalls Verzerrungen von 10% bei 50 Hz für vollkommen inakzeptabel. Nicht nur, daß solche Verzerrungen grauenvolle Signaldeformierungen hervorrufen (schau dir das mal auf einen Oszilloskop an!), es kann ja wohl nicht angehen, sich den existierenden Konstruktionen zu verschließen, die das deutlich besser können.

Es gibt zwei wichtige Faktoren, die für Verzerrungen im Baßbereich in Frage kommen: das Chassis produziert die nachweisbaren Verzerrungen ursächlich durch seine Aufhängungsmechanik und durch seine Konstruktion der Polkerne (Flußverzerrungen durch zu schwachen Antrieb, Nichtlinearität im Magnetspalt durch Streufelder, welche hub- und signalrichtungsabhängige Verzerrungen erzeugen).
Der zweite Punkt ist das Gehäuseprinzip. Ohne jetzt weiter darauf einzugehen (siehe Forumsbeiträge dazu) - geschlossene Boxen erzeugen bei der Resonanzfrequenz enorm hohe Verzerrungen bis zu 20% und mehr, hier addieren sich die schlechten Eigenschaften eines Chassis zu den schlechten Eigenschaften der nichtlinearen Gehäuseluftfeder, letztere verstärkt dabei die Eigenschaften des Chassis zusätzlich durch direkten Einfluß auf Membran und Aufhängung - besonders betroffen ist dabei die schallabstrahlende Fläche der Sicke, welche sich durch Gehäusewechseldrücke und nichtlinearer Federkennlinie besonders stark an der Entstehung von Verzerrungen beteiligt ist.

Umsichtig abgestimmte Baßreflexboxen sind in der Lage, extrem niedrige Verzerrungen zu erzeugen, im Ergebnis sogar deutlich geringer, als das „nackte“ Schallwand-gemessene Chassis – eine Folge des stark verringerten Membranhubs bei der Abstimmfrequenz, und die liegt eben genau da, wo der Baßbereich beginnt, in der Regel zwischen 30 und 60 Hz, seltener tiefer (sehr große, tiefreichende Bässe) oder höher (z.B. Satelliten oder kleine Zweiwegeboxen). Jedoch muß man aufpassen: schlecht konstruierte Chassis erzeugen gerade an dieser Stelle niedrigsten Membranhubs und größtem Stromflusses durch die Schwingspule starke Verzerrungen, wenn der Antrieb zu schwach dimensioniert wurde: s.o. – es entstehen Verzerrungen durch Flußmodulation im Eisenkern des Magnetsystems und das (zu schwache) Magnetfeld des Magneten wird moduliert, d.h. es kommt zu Verzerrungen. Deshalb: sich dieser Eigenschaften versichern und vor allem Chassis mit niedriger Güte und kräftigem Antrieb aussuchen, nicht nach High-End-Versprechungen!

Jeweils ein schöne Beispiel dazu: in K&T 2/03 S. 38 sieht man einen preiswerten 25cm-Papp-Tieftöner mit insgesamt exzellenten Qualitäten, seine Verzerrungen liegen bei deftigen 90dB bei 50 Hz deutlich unter 3%, zwei Stück davon werden das Verzerrungsnivieau halbieren. Und werden sie in einer richtig abgestimmten Baßreflexbox betrieben, liegen die Verzerrungen, wie zu sehen, sogar bei extrem niedrigen 0,6% (!) – bei wohlgemerkt 90dB.

Das krasse Gegenbeispiel ist in HH 3/03 S. 29 und 30 zu besichtigen: hier vermurckst der Konstrukteur mit einer schlechten Reflexkonstruktion die niedrigen Verzerrungen eines 22-cm-Chassis von 3% auf über 10%, obschon er zwei Chassis einsetzt (jedoch kann man an Hand der Meßwerte der gesamten Box nicht feststellen, ob jetzt das Chassis die oben beschriebenen Verzerrungen anteilig produzieren könnte, besonders antriebsstark ist es mit einem B*L von 5,3 N*A und einer Güte von 0,43 ja nicht gerade...)

Es bleibt also spannend!

Noch ein Letztes: niedrige Verzerrungen lassen sich auf einfachste Weise durch große Membranflächen erreichen, man ist dann wesentlich unabhängiger von den Einflüssen von Chassis und Gehäuse und es besteht die Möglichkeit, eine Baßreflexabstimmung mit einem sehr starken Antrieb in einen relativ kleinen Gehäuse tief - und mit nach tiefen Frequenzen fallendem Pegel - so abstimmen, daß man keine Raumresonanzen stark anregt und bestes Impulsverhalten mit niedrigsten Verzerrungen bekommt. Ganz schlecht sind Chassis mit kleiner und schwerer Membran, tiefer Resonanzfrequenz und sehr kleinen Gehäusen.

Gruß, ggtkt

PS:
Um die Verzerrungen im Baßbereich sichtbar zu machen, genügt ein einfaches Zweikanal-Oszilloskop, mit etwas Übung kann man aus der Kurvenform sogar die Oberwellentypen „herauslesen“. Legt man das Mikrofonsignal – jeweils direkt an der Membran bzw. an der BR-Öffnung abgenommen – über das Originalsignal des AMP, lassen sich bei genauem Hingucken bzw. Justieren der Offset- und Y-Regler sogar noch Verzerrungen unter 1% nachweisen.


[Dieser Beitrag wurde von gegentakt* am 15. April 2003 editiert.]

[walwal]

Also sonst hab ich ja Schwierigkeiten, ggtkt zu verstehen, aber das war sehr anschaulich erklärt und hilft!

[Patrick]

Klirrfaktormessung ist eine Messung der Auswirkungen für spezielle Eingangssignale, keine Messungen der Ursache.
Ein Chassis mit schlechterer Klirrfaktormessung kann durchaus bei Musik verzerrungsärmer arbeiten als eines mit besserer.
Deshalb rückt Visaton die Messungen vielleicht nicht raus...

"Richtig" misst man mit www.klippel.de
Kannst ja mal Visaton nach Klippelkurven fragen, vielleicht rücken sie die raus.

Gruß,
Patrick

[gegentakt*]

Klirrverzerrungen sind das Ergebnis nichtinearer (stationäre, zeit- und frequenzabhängige) Übertragungsfunktionen in einem nicht gegengekoppelten System, wie es ein Lautsprecherchassis in besonderem Maße repräsentiert. Bei der Entwicklung eines Leistungsverstärkers kann man durch starke Gegenkopplung hohe Linearität und damit geringe „Harmonische“ Verzerrungen = Oberwellen einer Grundwelle erreichen. Jedoch führt eine starke GK zu Slewrateverzerrungen im Signalnulldurchgang = höchste Signalänerungsgeschwindigkeit. Durch Tiefpaßwirkung = zeitlicher Verzögerung einzelner Übertragungsglieder entsteht eine Begrenzung der Fähigkeit, diese Signale mit der nötigen Änderungsgeschwindigkeit zu übertragen, im Ergebnis wird die Eingangsstufe übersteuert, mit der Folge transienter (kurzfristiger) Intermodulationsverzerrungen (TIM). Gemessen wird das Ganze innerhalb eines Signalgemischs aus tieffrequenten und hochfrequenten Signalen.

Bezogen auf ein Lautsprecherchassis findet über Re als Konstantstomquelle eine Begrenzung der Signaländerungsgeschwindigkeit statt, verursacht durch Masseträgheit und dem nichtlinearen Rms, also der Summe aller mechanischen Energieverluste, die dem Schwingsystem Energie entziehen und somit die maximale Slewrate begrenzen. Letztlich erreicht die Signalamplitude der Membran nicht die erforderliche Stetigkeit der Auslenkung bzw. Maximalauslenkung des Eingangsstroms, ergo verzerrt sie. Des weiteren entstehen in einem Signalgemisch Differenz- und Summentöne, die im Original nicht vorhanden waren, beschrieben und meßbar als Differenztonfaktor (Intermodulation).

Alle diese Signale werden nicht in THD-Meßverfahren erfaßt und verfügen dummer Weise in über die klangschädlicheren Auswirkungen (Ausnahme: Klirrfaktor- und Intermodulationsfaktor sind gleichwerig zu bewerten, wenn die Kennlinien im Übertragungssystem frequenzunabhängig sind – bei einem Lautsprecher mit Bandpaßverhalten wohl kaum der Fall...)

Gruß, ggtkt

[sonicphil]

soda, hab mal mit hobbybox gemessen, so kann das aber nicht stimmen, da muss ich etwas falsch gemacht haben. oder mein equipment ist schrott. ich weiss noch nicht was, aber ich werd draufkommen.

das mit der gegenkopplung ist eine gute idee. gibts eine vorgekaute theoretische betrachtung, was passiert, wenn man mit einem mikrophon, das man hinter der der dustcap oder am korb befestigt, gegenkopplelt ? philips hat solche lautsprecher mal gebaut. die zeitlich verzögerung durch den versatz durfte in einem frequenzbereich bis 100 hz kein problem darstellen, wenn ich aber bis 300 hz rauf will, wird die sache schon interssanter.

comments ?

[Patrick]

Ich häng mich mal einfach dran ans Thema Gegenkopplung:
Warum werden die Druckempfänger für die Gegenkopplung eigentlich immer auf der Außenseite angebracht? Bei geschlossenen Boxen sollte es doch eigentlich kein Problem sein, sie innen anzubringen, oder? Die Drücke sind dort etwas höher aber nicht soviel höher, dass es ein Problem sein sollte.

Vorteile dabei: Höhere Dämpfung von Störschall, einfache Konstruktion. Bis zur Frequenz der 1. Gehäusemode sollte es auch mit der Laufzeit keine Probleme geben, oder?

Gruß,
Patrick

[maha]

Hi!

Gegenkopplung....
wie "schnell" wurde denn auf Fehllagen reagiert? Die Phasenreaktion zählt!

*Lol* Gegenkopplung KANN eigentlich nicht funktionieren! Das Argument macht sich aber im Prospekt recht gut!!!

Gruß, maha, der schon vor 15(20?) Jahren BM6 vermessen hat. (Psst! das war ein toller LS, aber nicht nur wegen der Gegenkopplung!")

[BN]

@Patrick

Original geschrieben von Patrick
Warum werden die Druckempfänger für die Gegenkopplung eigentlich immer auf der Außenseite angebracht?

da gibt es verschiedene Gründe:

- der Druck innen ist zigfach höher als außen; es wären Mikrofone erforderlich, die 160dB und mehr verkraften; normale Elektretkapseln schaffen ungefähr 120dB.

- eine größere Laufzeit Membran / Mikro beeinträchtigt das Regelungsverhalten; das Mikro muß entweder auf der Membran angebracht sein oder unmittelbar davor

- der Frequenzgang innen ist ein anderer als außen (Druckkammereffekt), so daß der innen gemessene Schall entzerrt werden müßte

- Gehäuseresonanzen verfälschen die Regelung und/oder beeinträchtigen die Stabilität des Regelkreises; das gilt auch dann, wenn die Gehäuseresonanzen außerhalb des Übertragungsbereich des Lautsprechers liegen.

Grüße

Bernhard

[gegentakt*]

@ BN

Die von dir beschriebenen Nachteile eines Mikros als Istwertaufnehmer kann ich aus eigenen Experimenten bestätigen, wobei allerdings nicht so sehr der Schalldruck als Regelgröße Probleme verursacht, sondern der Phasenverlauf des Chassis, besonders im Bereich seiner Resonanzfrequenz(en) – Hochpaßverhalten des Chassis! Eine geschlossene Box ist auf diese Weise praktisch nicht zu regeln, wenn nicht der komplette Phasenverlauf bei fc korrigiert wird. Leider ändert sich diese Größe durch Alterung und Temperatur ständig, was natürlich die Regelung instabil macht und sie dabei alles andere als perfekt linear sein wird. Eine Baßreflexbox ist über einen Druckaufnehmer praktisch überhaupt nicht zu regeln, da hier im Bereich der Abstimmfrequenz der Membranschalldruck seinen Minimalwert erreicht - hier wird der Schalldruckverlauf (eines Bandpasses) der Reflexöffnung ja nicht erfaßt (vom zeitlichen Verlauf des Schalldrucks=Phase gleich gar nicht zu reden).

Andere Wege eröffnen sich über die Regelgröße des Membranwegs, die man mit induktiven oder optischen Istwertaufnehmern realisieren kann, die Störempfindlichkeit ist damit deutlich herabgesetzt, aber der Phasengang übt aber nach wie vor seinen Einfluß aus. Die stabilsten Regelungen lassen sich demnach oberhalb von fc bzw. unterhalb von fc erreichen: entweder man realisiert eine tiefe Treiberresonanz und setzt die untere Grenzfrequenz bewußt höher an, oder man „quetscht“ fc in kleinen Gehäusen „hoch“, dann hat man einen stabil geregelten Unterresonanzbetrieb („URPS“) und beseitigt dabei ganz nebenbei die typischen Verzerrungen dieses Prinzips.

Gruß, ggtkt

[BN]

Hallo ggtkt,

Original geschrieben von gegentakt*
@ BN

wobei allerdings nicht so sehr der Schalldruck als Regelgröße Probleme verursacht, sondern der Phasenverlauf des Chassis, besonders im Bereich seiner Resonanzfrequenz(en) – Hochpaßverhalten des Chassis! Eine geschlossene Box ist auf diese Weise praktisch nicht zu regeln, wenn nicht der komplette Phasenverlauf bei fc korrigiert wird.

So eine Phasenkorrektur ist eigentlich gar nicht so schwierig: man muß nur ein Tiefpaßfilter mit 6dB/Oktave vor die Endstufe schalten; Grenzfrequenz z.B. 1Hz.

Für den OFFENEN Regelkreis gilt dann folgendes: für 1 Hz < f < fc hat eine geschlossene Box einen Schalldruck-Anstieg von 6dB/Oktave und für fc < f < fmax einen Abfall von 6dB/Oktave; die Phase bewegt sich damit im Bereich von 1Hz < f < fmax innerhalb von +/- 90 Grad und das verspricht eine stabile Regelung.

Wird der Regelkreis geschlossen ist der Frequenzgang der Box (innerhalb gewisser Grenzen) natürlich linealglatt. Die Resonanz ist anhand des Schalldruckverlaufs nicht mehr sichtbar.

Wenn das Gehäuse sehr klein ist und fc entsprechend hoch ist (URPS) dann hat man so auf einfachste Weise eine URPS-Entzerrung und gleichzeitig eine einigermaßen brauchbare Membrangegenkopplung. Wobei fc ruhig mitten im Übertragungsbereich liegen kann; eigentlich ist das sogar erwünscht, weil bei dem beschriebenen Verfahren bei fc die Leerlaufverstärkung am größten und bei geschlossenem Regelkreis der Gegenkopplungsgrad somit auch am größten ist.

Wobei natürlich eine positionsabhängige Regelung auch ihre Vorteile hätte, z.B. könnte sie ein Auswandern der Membran-Nullage verhindern. Aber ein hierzu notwendiger optischer oder induktiver Geber erscheint mir gerade für Selbstbauer eine relativ komplizierte Angelegenheit zu sein.

Grüße

Bernhard

[gegentakt*]

Hallo Bernhard,

im Grunde macht man ja mit dem Tiefpaß nichts anderes, als eine Frequenzgangkorrektur, so wie das Tietze-Schenk beharrlich bemerkt, also keine fälschlich so genannte „Phasenkompensation“ – jetzt eben als dominante Polstelle bei fu und nicht wegen der Phasendrehungen bei fo.

Ein symmetrischer (wegen der Nulllagen-Erkennung) optischer Sensor aus einem LED-Feld mit Diffusor und Kommutatorlinse als Lichtquelle, ein symmetrisches Solarzellenfeld (zwei Hälften kreuzverschaltet) als Empfänger bzw. symmetrischer Blende in Keilform (durch die Polkernbohrung geführt und mit der Dustcup verbunden bzw. „oben“ mit einer „Sicke“ aus über Kreuz verspanntem Gummiband als Zentrierung) habe ich als Prototyp mal gebaut... – sehr individuell, sehr „vertüftelt“, für Selbstbauer nur mit viel Durchhaltevermögen und „Herzblut“ zu machen, ansonsten: OT² ;-)

Gruß, ggtkt