Konstante Energieabstrahlung über die Frequenz durch angepasste Entzerrung

[Farad]

Hallo.

Durch die Möglichkeiten der angepassten Entzerrung kann die Energieabstrahlung pro Terz konstant bleiben und somit ein ausgewogener Klangeindruck erreicht werden. Dies wird ausserdem erreicht durch die geringere Anwinkelung der Lautsprecherboxen auf den Hörplatz und die Verwendung von Waveguides im Mitte-Hochtonbereich.

Durch die Verwendung von Waveguides kann die Abstrahlcharakteristik insbesondere im Mittel-Hochtonbereich günstig beeinflußt werden. Der Amplitudenfrequengang fällt dann mit größer werdendem Horizontalwinkel gleichmäßig ab. Messungen (auch hier im Forum veröffentlicht) zeigen dies.

Es kann daraus annähernd gefolgert werden, dass die Energie pro Terz bezogen auf den gesamten Raum mit zunehmender Frequenz abfällt. Vorraussetzung ist hierbei ein Raum mit annähernd konstanter Nachhallzeit über die Frequenz.

Durch die in aller Regel großen Hörabstände von mehr als 2m in normalen Hörräumen liegt die Abhörposition ausserhalb des Hallradius. Der Pegel der ersten und für den Klangeindruck entscheidenden ersten Wellenfront ist am Hörplatz also geringer als der Pegel des reinen Diffuschalles. Hierbei wird vorrausgesetzt, dass der Freifeldamplitudenfrequenzgang auf konstanten Pegel über die Frequenz entzerrt wurde, also alle Frequenzen gleichlaut wiedergeben werden.

-> Direktschallfrequenzgang linear, Diffusfeldfrequenzgang konstant abfallend

Von vielen Hörern und auch Herstellern wird diese Abstimmung bevorzugt. Tatsächlich kommt es durch die unterschiedlichen Energieverhältnisse von Grundton zu Mittelton zu einer je nach Aufnahme mehr oder weniger kritischen Klangverfärbung. Leider wird inzwischen der verfärbte, dunkle Klangeindruck als "richtig" empfunden und so wird oft garkeine Notwendigkeit gesehen die theoretisch "richtige" Wiedergabe anzustreben.

Diese kann auf relativ einfache Weise erreicht werden:

Der Freifeldamplitudenfrequenzgang der Lautsprecherbox auf Achse wird nicht wie gewöhnlich auf "linear" getrimmt, sondern auf eine ansteigende Charakteristik. ür die meisten Betrachtungen reicht es den kritischen Frequenzbereich zwischen 200Hz und 10kHz zu betrachten, dies soll auch hier im weiteren geschehen. Der Pegel bei 200Hz liegt also signifikant niedriger als bei 10kHz.

Wird ein solches Boxenpaar nun auf Achse abgehört, kommt es durch die verfärbte erste Wellenfront zu einem unangehm hellen und falschen Klangeindruck. Nun werden die Lautsprecherboxen aber nicht auf Achse abgehört sondern unter einem größeren Horizontalwinkel. Die erste Wellenfront - die ja auch seitlich abgestrahlt wird - weist nun wieder einen konstanten Amplitudenfrequenzgang auf, der Ansteig durch die Entzerrung und der Abfall durch den Waveguide bzw die konstante Bündelung heben sich im Idealfall auf.

Durch die verringerte Anwinkelung auf den Hörplatz dringt die Energiereiche Hauptstrahlachse nichtmehr als Direktschall ans Ohr. Dies ist gewünscht. Dies ist aber insbesondere mit zunehmender Frequenz der Fall. Tiefe Frequenzen werden ohnehin fast Kugelförmig abgestrahlt. Der abfallende Frequenzgang im Diffusfeld wird durch die stärkere Mittel-Hochtonabstrahlung auf Achse kompensiert.

Das hier vorgestellt Prinzip beruht also darauf, dass sich steigendes Bündelungsmaß und steigender Freifeldfrequenzgang so kompensieren, dass sowohl in der ersten Wellenfront (wohl gemerkt, NICHT auf Achse) als auch im Diffusfeld jede Frequenz so laut wiedergeben wird, wie sie auf dem Tonträger gespeichert ist.

-> Direktschallfrequenzgang linear, Diffusschallfrequenzgang linear.

Durch das Abhören unter etwa 30° kommt es in vielen Räumen zu starken Reflexionen von der Rückwand, wenn man ein 60° gleichseitiges Stereodreieck als Standard annimmt. An der Auftreffstelle an der Rückwand sollten also unbedingt Diffusoren angebracht werden. Dies setzt vorraus, dass der Abstand zur Rückwand relativ groß ist. Eine Alternative sind hier Absorber mit abfallender Dämpfung über die Frequenz um die Hochtonenergie im Raum nicht sofort bei der ersten geometrischen Reflexion zu verringern.

Die Entzerrung kann mit Hilfe eines einfachen 31Band Equalizers erfolgen. Besser wäre noch die Benutzung von FIR-Filtern um eventuelle unstetigkeiten im Frequenzgang auszugleichen, die unter allen Winkeln auftreten. Ausserdem kann die Gruppenlaufzeit konstant gehalten werden, was sich günstig auf den Klang auswirken könnte. Es bietet sich ohnehin an, auch die Trennung zwischen den Chassis mit Hilfe eines Digitalcontrollers (mit welcher Filterart auch immer) durchzuführen. Es sind dann große Flankensteilheiten und dadurch geringe Interferenzbereiche zwischen den Chassis möglich. Ausserdem kann die Entzerrung feiner als mit einem klassischen 31Band-Equalizer erfolgen und indiviuell auf das jeweilige Frequenzband abgestimmt sein.

Mit einer einfachen Frequengangmessung (wie sie inzwischen relativ günstig durchzuführen ist) kann der Effekt überprüft werden. Die Box wird unter dem angestrebten Abhörwinkel im Freifeld (RAR, notfalls Wiese) gemessen. Hier sollte sich zwischen 200Hz und 10kHz ein linerer Frequenzgang zeigen. Wir die Box nun in den Hörraum gestellt, sollte sich auch am Hörplatz mit Raumeinfluß ein linerer Frequenzgang einstellen. Die Abhörbedingungen sind dann optimiert, sowohl Direktschall als auch Diffusschall frequenzneutral.


Durch die hier vorgestellte Anordnung und Entzerrung können die Vorteile konstanter Bündelung über die Frequenz voll genutzt werden. Evtl kann sogar eine leicht ansteigende Nachhallzeit - wie sie in aller Regel in Wohnräumen vorhanden ist - mit in die Entzerrung einbezogen werden.

farad, 11.09.05

[Ollie]

"Ein Manifest, ein Manifest!"

Sehr interessante Zusammenfassung, farad.

Durch das Abhören unter etwa 30° kommt es in vielen Räumen zu starken Reflexionen von der Rückwand, wenn man ein 60° gleichseitiges Stereodreieck als Standard annimmt. An der Auftreffstelle an der Rückwand sollten also unbedingt Diffusoren angebracht werden. Dies setzt vorraus, dass der Abstand zur Rückwand relativ groß ist. Eine Alternative sind hier Absorber mit abfallender Dämpfung über die Frequenz um die Hochtonenergie im Raum nicht sofort bei der ersten geometrischen Reflexion zu verringern.

Die Flachbox entledigt den Besorgten auf elegante Weise des beschriebenen Problems der rueckwaertigen Reflexion. Gleichzeitig ist es wahrscheinlich recht schwer, Absorber mit den geforderten, jedoch recht einfach, solche mit genau gegenteiligen Eigenschaften zu finden, oder nicht? Macht 2:0 fuer Flachbox, und es sind gerade 30 Sekunden gespielt.

Der geforderte Anstieg des on-axis-FGangs, der uebrigens auch von Geddes nicht gefordert wird(!), ist besonders mit Hoernern, die einen Anstieg zu tiefen Frequenzen hin zeigen - dies aber auf sehr hohem SPL! -, vorteilbehaftet, da der Hub des (Kompressions-)Treibers zu tiefen Frequenzen hin dramatisch sinken kann, wenn mit einem Shelving-Filter gearbeitet wird (Beispiel). Faktisch kann man so extrem klirrarme Wandlung auch bei hohen SPLs erreichen, ein, wie ich finde, netter Nebeneffekt, wenn man die Filterflanken "halber Ordnung" darstellen kann (geht wohl nur digital - man beachte die Chancen, die sich fuer eine niedrige Trennung ergeben).

Es bleibt nach wie vor die Frage, fuer welche Raeume welches BM wuenschenswert ist und ob diese Raeume noch Wohnzimmer sein koennen. Die Unterdrueckung der Modes durch entweder DBA oder Plattenabsorper am "toten Ende" des Raums, was in beiden Faellen am einfachsten stets in quaderfoermigen, fensterlosen Rauemn gelingt, ist sowieso notwendig, wenn man schon den ganzen Aufwand treibt. Oh, Hattrick fuer die Flachbox.

Und das vor der Pause.


Cheers,
Ollie

[Farad]

Ollie,

je größer das Bündelungsmaß, desto weniger fällt die (evtl ungünstige) Nachhallzeit auf, soweit sind wir uns wohl einig. In stark bedämpften Räumen ist das Bündelungsmaß schon fast egal, und es zählt fast nur die erste Wellenfront.

Das oben von mir geschriebene zielt also insbesondere auf klassische Standboxen (eben mit WG) in relativ klassischen Wohnzimmern.

Absorber mit abfallender Absorptionswirkung gibt es beispielsweise hier:

http://www.pia-alfa.de/de/download/VPR-A1.pdf

gruß, farad

[BN]

Re: Konstante Energieabstrahlung über die Frequenz durch Entzerrung

Hallo,

Original geschrieben von Farad
Der Amplitudenfrequengang fällt dann mit größer werdendem Horizontalwinkel gleichmäßig ab. Messungen (auch hier im Forum veröffentlicht) zeigen dies.

Es kann daraus annähernd gefolgert werden, dass die Energie pro Terz bezogen auf den gesamten Raum mit zunehmender Frequenz abfällt. Vorraussetzung ist hierbei ein Raum mit annähernd konstanter Nachhallzeit über die Frequenz.

Die Schlußfolgerung trifft meiner Ansicht nach nicht zu. Wenn die Amplitude nur vom Horizontalwinkel abhängt, dann ist das Bündelungsmaß frequenzunabhängig und damit ist die Energie, die in den Raum abgestrahlt wird, ebenfalls frequenzunabhängig.

In der Praxis wird sich zwar eine frequenzunabhängige Bündelung über den gesamten Frequenzbereich nicht oder nur schwer erreichen lassen, aber über einen weiten Bereich ist es mittels WGs schon möglich. Nur im Baßbereich ist es halt schwierig mit praktikablem Aufwand eine große Schallbündelung zu erreichen.

Ich meine, wenn ein WG zwischen 200Hz und 10kHz annähernd mit konstanter Bündelung arbeitet, kann der Lautsprecher auf den Hörer ausgerichtet werden und Direktschall und Diffusschall sind trotzdem frequenzlinear.

Grüße
Bernhard

[Ollie]

@ BN

Ich glaube, Farad will damit kompensieren, dass der Amplituden-FGang unter Winkeln ja gerade nicht linear bleibt, sondern eben zu hohen Frequenzen hin (leicht) abfaellt. Damit ist auch das BM nicht frequenzunabhaengig. So hatte ich ihn jedenfalls verstanden.

@ farad

Den link muss ich mir mal durchlesen, wenn ich Zeit habe, aber danke!

Cheers,
Ollie

[BN]

Original geschrieben von Ollie
Ich glaube, Farad will damit kompensieren, dass der Amplituden-FGang unter Winkeln ja gerade nicht linear bleibt, sondern eben zu hohen Frequenzen hin (leicht) abfaellt. Damit ist auch das BM nicht frequenzunabhaengig. So hatte ich ihn jedenfalls verstanden.

Ok, aber es ist ja nicht gottgegeben, daß ein WG abseits der Achse einen Abfall zu höheren Frequenzen hat. Er sollte eigentlich so konstruiert sein, daß er das gerade nicht macht. Letzten Endes ist es das Schlüsselkriterium für einen guten WG, daß er über einen möglichst großen Frequnezbereich eine konstante Bündelung aufweist. Das ist natürlich leichter gesagt als getan, aber unmöglich ist es auch nicht.

Grüße
Bernhard

[Farad]

@BN

ja, es geht um die Entzerrung des Diffusfeldes. Das ist in aller Regel nicht ohne weiteres möglich, sobald man zum Equalizier greift, ändert man auch den Direktschall. Über den "Umweg" wie oben beschrieben geh es eben schon.

Du schreibst von Waveguides mit konstanter Bündelung. Soetwas ist mir noch nicht begegnet, auch nicht bei Geddes selbst. Waveguides für den Grundtonbereich müßten SEHR groß sein. Es ist günstiger hier ein einfaches Konuschassis (mit steigendem BM) zu benützen und dann eben einen HT mit WG anzukoppeln, der das BM weiterführt und nicht zur Tannenbaumabststrahlung führt.


Dies soll hier eben KEINE rein theoretische Betrachtung sein. Dass konstante Bündelung im idealen Raum dann auch ideal wäre ist schon klar. Wie oben beschrieben ist es aber relativ EINFACH und vor allem mit einer optisch akzeptablen Standbox möglich die Forderung nach linearer erster Wellenfront und linearem Diffusfeld zu verbinden.

farad

[BN]

OK, soweit so klar. Einen gewissen Nachteil dieser Lösung sehe ich darin, daß der "Sweet-Spot" eingeengt wird. Wenn man den Kopf nur ein wenig zur Seite bewegt, nimmt der Direktschall der einen Box zu und der anderen Box ab; wenn die Boxen direkt auf den Hörer ausgerichtet sind, ist dieser Effekt weniger stark. Ansonsten ein interessanter Vorschlag.

Grüße
Bernhard

[Farad]

wenn die Boxen direkt auf den Hörer ausgerichtet sind ist dieser Effekt weniger stark.

Du meinst, dass ich normalerweise zwischen +-10° jeder Box höre, wenn ich mich ein wenig bewege und es dann pro Box jeweils abnimmt, bei meiner Aufstellung nimmt es bei einer Box ZU, weil man sich auf die Achsabstrahlung zubewegt? Das ist soweit richtig. Ob dies in der Praxis nachteilig ist, kann ich nicht sagen.

Letztendlich ist der eingeengte Sweepspot aber immer ein Problem stark bündelnder Lautsprecher. Da die Bündelung (zumindest im Fall der konstant ansteigenden Bündelung) insbesondere im Hochton stark ist, macht es sich auch da besonders bemerkbar. Das ist aber auch bei der klassischen Standbox mit klassischer Aufstellung so. Beim leichten zur-Seite-gehen wird der Hochton als erstes gedämpft.

In der oben vorgestellten Anordnung ist dies ja eher nicht der Fall, das Diffusfeld "füllt hier auf", sicher, das kommt von beiden Boxen.

-> Das ganze ist selbstverständlich ein Konzept zur Optimierung des Difusschallfeldes. Wie immer gibts nichts geschenkt und es geht ein wenig zu Lasten des Direktschalls (Entzerrung, evtl Ortung beim Sitzen ausserhalb des Sweepspots). Boxen mit optimierten Freifeldfrequenzgang gibts genügend. Ziel ist es hier eben beides so gut wie möglich unter einen Hut zu bringen.

farad

[UweG]

Ich glaube nicht, dass das gut funktioniert - jedenfalls nicht besser als ein Breitstrahler. Beim Hören mit nicht ausgerichteten Boxen muss man sich vor Augen führen, dass das Bündelungsmaß in einer Richtung, wo der Pegel um 5dB abgefallen ist, eben auch 5dB niedriger ist.
Man erreicht damit:
- Linearer Dirketschallfrequenzgang am Hörplatz
- Linearer Diffusfeldfrequenzgang
- nicht: richtungsunabhängiger Direktschallfrequenzgang
- geringes Bündelungsmaß
Zum Vergleich ein Breitstrahler:
- Linearer Dirketschallfrequenzgang am Hörplatz
- Linearer Diffusfeldfrequenzgang am Hörplatz
- richtungsunabhängiger Driektschallfrequenzgang
- geringes Bündelungsmaß
Dem Breitstrahler fehlt nur ein einziges Merkmal: Hoher Direktschallanteil bzw. hohes Bündelungsmaß des Lautsprechers. Das geht aber nur über richtigsunabhängig bündelnde Lautsprecher - meiner Meinung nach.

[Farad]

Uwe,

das Problem ist doch einfach, dass es technisch sehr aufwendig ist 200Hz gebündelt abzustrahlen. Es ist fast unmöglich sie aus einer Standbox genauso gebündelt abzustrahlen wie 10kHz.

Will man konstante Energie pro Terz von 200Hz bis 10kHz bleibt also nur die Möglichkeit sich an den 200Hz zu orientieren.

Was ich vorschlage IST ja im Prinzip ein Breitstrahler. Nur haben gewöhnliche Breitstrahler ohne Schallführungen immernoch das Problem der zunehmenden Bündelung bis zur Trennfrequenz (Tannenbaum) und somit ein verzerrtes Diffusfeld.

Ich erhöhe nur im oberen Frquenzbereich die Energie auf dieses Niveau, auf dem sie bei 200Hz sowieso ist. Wie wir wissen kommt es nur auf das Verhältnis zueinander an. Wenn du so willst, kann ich auch von einer Absenkung bei 200Hz schreiben, "wie herum" man die Entzerrung macht ist egal.

farad

[FoLLgoTT]

Original geschrieben von Farad
Was ich vorschlage IST ja im Prinzip ein Breitstrahler. Nur haben gewöhnliche Breitstrahler ohne Schallführungen immernoch das Problem der zunehmenden Bündelung bis zur Trennfrequenz (Tannenbaum) und somit ein verzerrtes Diffusfeld.[/B]

Das Wort "gewöhnlich" impliziert typische Hifi-Fehlkonstruktionen.
Du gehst also von zu hohen Trennfrequenzen aus, bei denen die Chassis schon bündeln. Wählt man sie tief, hat man dieses Problem nicht. Es ergibt sich ein bis auf die höchsten Frequenzen sehr frequenzneutrales und breites Abstrahlverhalten.
Ich habe hier einen 25 Jahre alten Aktivmonitor rumstehen, der genau so konstruiert ist. Die Klangfarbe verändert sich kaum, wenn man im Raum herumwandert. Der einzige mir bekannte und wirklich relevante Nachteil ist der kleinere Hallradius im Vergleich zu stärker bündelnen Kollegen mit Waveguide.
Leider ist diese Art der Konstruktion aus der Mode gekommen und schmalen Säulchen gewichen.

[Farad]

@FoLLgoTT

niedrigere Trennfrequenzen haben andere Nachteile. Klirr, Belastbarkeit sind nur die ersten beiden die mir einfallen.

@all

ich will anhand von zwei Diagrammen noch etwas anschaulicher machen, was ich meine.

Hier ist der Amplitudenfrequenzgang meiner Classic200 hier im Raum zu sehen. Das Loch bei 200Hz ist mir bekannt und soll hier nicht weiter Beachtung finden.



Die blaue Messung ist in etwa 50cm Abstand zur Box unter etwa 30° durchgeführt. Die Box strahlt fast direkt auf die Raumrückwand. Also genau so, wie ich es oben empfohlen habe. Wie man sieht fällt schon in diesem geringen Abstand und unter diesem Winkel der Pegel zu den Höhen hin ein wenig ab. Die rote Kurve zeigt die Hörplatzmessung in etwas mehr als 2m Entfernung. Der Hochtonbereich fällt stark ab, am Mitteltonbereich hat sich tendentiell garnicht viel verändert.



Jetzt das ganze mit "Entzerrung". Zuerst schauen wir uns die blaue Kurve an. Sie zeigt jetzt den Frequenzgang an exakt der selben Position wie vorhin (daher auch die Farbvertauschung). Der Frequenzgang ist für eine Hörplatzmessung ausgesprochen gerade und schwankt im Bereich von etwa +-1,5dB, auf den genauen Wert kommt es mir nicht an.

Geht man jetzt mit dem Mikro wie vorhin auf 50cm an die Box heran und mißt dort, sieht man logischerweise die Anhebung durch die Entzerrung. Das Direktschallfeld ist noch etwas verzerrt, der starke Hochtonanstieg klingt (und das ist deutlich zu hören) zu spitz.

Aber: Wir haben es hier mit einer normalen KE25SC und nicht mit einem Hochtöner im Waveguide zu tun! Mit einem Waveguide würde der Pegel unter 30° schon deutlich stärker abfallen. Andere Messungen haben das gezeigt, ich verlinke sie jetzt nicht nochmal.

Mit Hilfe der gleichmäßigen Bündelung durch einen Waveguides würde der Effekt also noch schöner zum Tragen kommen, der jetzt vorhandene Anstieg im Direktschallfeld wäre nicht so stark.

-> Das ist jetzt keine hochwissenschaftliche Messung. Die Entzerrung besteht aus dem Hochtonregler des Recievers, die Box ist eine 3-Wege Box die ja nun wirklich kein gleichmäßiges Bündelungsverhalten aufweist.

farad

[Ollie]

@ farad

Einen 2pi-Strahler kann man recht einfach mit handelsueblichen Treibern erreichen (0/75"/3"/10" z.B.), ohne diese zu wilden Hueben zu veranlassen. AH und v.a. US haben das ja vorgemacht. Auch wenn die 0.75"-Kalotte bei knappen 10kHz anfaengt, in die Knie zu gehen (s.u.).


@ UweG und all

Die Frage ist doch, ob ich mich im Raum umherbewege (wieso?), oder ob wir hier kleine Deltas um die Hoerposition betrachten (Kopfdrehen, zu Seite beugen, um sich noch ein Bier zu greifen usw.). Fuer kleine Winkelunterschiede sind die tonalen Auswirkungen wohl eher gering.

Die Forderung nach einem ueber der Frequenz konstanten BM ergibt sich ja nur aus der fehlenden (Frequenz)Neutralitaet des Raums (d.h., tonal verfaerbter Diffusschall, Nachhall etc.). Ein geringes, aber eben im interessierenden Frequenzbereich konstantes BM, wie es z.B. ein echter 2pi-Strahler aufweist, waere ueberhaupt kein Problem, wenn sich der Raum frequenzneutral verhielte. Mit Ausnahme der Lokalisation, die evtl. durch (fruehe bzw. mehrfache) Reflexionen beeintraechtigt ist, spricht naemlich nichts dagegen, das wir munter im Diffusschallfeld hoeren, oder?

farad hatte einen link zu was Fraunhoferigem gepostet - damit werfe ich mal wieder die Frage auf, ob es nicht einfacher ist, den Raum per Absorber etc. hinzubiegen, als mit aller Gewalt Waveguides zu basteln, die - das kam im Geddes-Thread ja rueber - auch nur oberhalb des Grundtonbereichs wirksam sind (praktikablerweise sein koennen). 2pi-Strahler sind nunmal am einfachsten herzustellen. Wobei man sich ueberlegen koennte, ob farads Betrachtungen zum HT-Anstieg auch hier noch gelten - vielleicht gewinnt man noch eine drittel oder halbe Oktave und kann das Diffusschallfeld bis 12 oder 15kHz geradeziehen (bzw. den Abfall etwas kompensieren).


Cheers,
Ollie

[maha]

The patent was abandoned when it was discovered that the problem it fixed was inexistent.

Eigentlich wollte ich ja technisch antworten...... aber....
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Edit: So aber..... lach´ ich mich weg.