Ist die Phase hörbar?

[Farad]

Nun, was tatsächlcih stimmt, spricht ja nichts dagegen mit klassischen digitalen IRR-Filtern zu arbeiten, der FIR-Aufwand lohnt nicht. Wie stark die Gruppenlaufzeitanstiege bei 48dB pro Oktave sind wäre ja mal interessant. Ausserdem eben, was Klippel unter "normaler Lautsprecherbox" versteht. Also schlichtweg, wie weit man von der Hörbarkeitsgrenze entfernt ist.

farad

[harry_m]

Edit:

habe meinen Beitrag "zwischen Tür und Angel" eingehackt, und es ist sehr missverständlich geworden.

Daher werde ich noch ein Paar Zitate zusammenstellen und nachreichen.

[BN]

Hallo,

Original geschrieben von Farad
Ausserdem eben, was Klippel unter "normaler Lautsprecherbox" versteht.

Das ist eben der Punkt. Bei einer normalen Box würde ich von 12..24dB/Oktave Filter ausgehen. Das ist das, was bei passiven und aktiven Boxen üblicherweise so eingebaut wird. Boxen mit digitaler Frequenzweiche würde ich noch nicht unter "normal" einordnen, obwohl ihre Verbreitung zunimmt. Bei Boxen mit digitaler Frequenzweiche würden sich aber 96dB/Oktave-Filter oder mehr durchaus anbieten, sofern es zu keinen hörbaren Gruppenlaufzeitverzerrungen kommt. Und dann braucht es eben doch FIR-Filter, wenn man auf der "sicheren Seite" sein will oder sich aufwendige Hörtests ersparen will.

Ich bin ein unverbesserlicher Anhänger der FIR-Filter-Technik; vermutlich vor allem deshalb, weil sie schon etwas aufwendiger ist und (noch) nicht von jedem digitalen Feld-Wald-und-Wiesen-Controller realisiert werden kann.

Grüße
Bernhard

[harry_m]

Bernhard Du bist echt ein Scherzkeks!

Deine Ausführungen würde ich sehr gut verstehen, wenn Du als Projektleiter bei Infineon oder TI für die Entwicklung eines neuen DSP argumentieren würdest.

In diesem Fall sucht man nach einer sog. "Killeraplikation" und entwickelt dafür eine Lösung.

Ich als Selbstbauer denke genau umgekehrt.

Man sucht nach den Kriterien, die eine Box zu erfüllen hat. Dann werden sie nach ihrer klanglicher Relevanz und Hörbarkeit eingestuft. Je nachdem, was für eine Box gerade entwickelt wird, entsteht dann auch die Lösung.

Die Kriterien:

1. Kosten
2. Muss einfach in Betrieb genommen werden
....

Es ist zwar toll und wirklich sehr wichtig, dass es hier so viele Leute gibt, die sich mit der Materie sehr tief gehend beschäftigen. Dies sagt jedoch immer noch nichts über den Durchschnitt des gemeinen Selbstbauers aus.

Zur Verwendung der FIR-Filter: ich verstehe nicht, warum das Thema hier auftacht. Wenn Forscher behaupten, bewiesen zu haben, dass Phasen bzw. Gruppenlaufzeit Verzerrungen die mit klassischen analogen Weichen hervorgerufen werden nicht hörbar sind, und mehr noch: auch noch viel heftigere Verzerrungen (die nur noch auf dem digitalen Wege erzeugt werden können) auch nicht: wo bitte soll dann das Problem mit den FIR-Filtern liegen?

[sinus]

für Subwoofer

[BN]

Hallo,

Original geschrieben von harry_m
Zur Verwendung der FIR-Filter: ich verstehe nicht, warum das Thema hier auftacht. Wenn Forscher behaupten, bewiesen zu haben, dass Phasen bzw. Gruppenlaufzeit Verzerrungen die mit klassischen analogen Weichen hervorgerufen werden nicht hörbar sind, und mehr noch: auch noch viel heftigere Verzerrungen (die nur noch auf dem digitalen Wege erzeugt werden können) auch nicht: wo bitte soll dann das Problem mit den FIR-Filtern liegen?

Daß die auf digitalem Wege erzeugten Laufeitverzerrungen nicht hörbar wäre, wird in dem von Dir zitierten Artikel genau nicht behauptet. Die Unhörbarkeit von Gruppenlaufzeitverzerrungen bezieht sich nur auf "normale" Frequenzweichen. Werden aber analoge oder digitale IIR-Filter mit hoher Ordnung eingesetzt, dann sind die Gruppenlaufzeitverzerrungen entsprechend größer und dann sind sie auch hörbar.

Bei den Boxenselbstbauern muß man IMHO differenzieren: manche bauen weil es Spaß macht und man nebenbei Geld sparen kann. Andere wollen aber Konstruktionen ausprobieren, die eine hohe Klangqualität erwarten lassen, die es aber fertig nicht zu kaufen gibt, weil eben die von Dir genannten Kriterien (Kosten, einfach in der Anwendung) nicht erfüllt sind, so daß sie keine Hersteller bauen mag. Daneben gibt es sicher einige weitere Motive, sich mit Boxenselbstbau zu beschäftigen.

Ich sehe mich eher in der 2. Kategorie von Selbstbauern. Innerhalb eines riesigen Spektrums von möglichen Eigenkreationen sind Mehrwegboxen mit digitalen FIR-Filtern IMHO ein reizvolles Nischen-Projekt, auch deswegen, weil es solche Boxen, mit Ausnahme der K+H O500C nicht fertig zu kaufen gibt. Wer die O500C kennt weiß, daß die Box, so gut sie technisch auch sein mag, einfach scheußlich aussieht, ganz davon abgesehen, daß sie mit ca. 10K€ nicht gerade ein Schnäppchen ist. Als weiteren Vorteil einer "FIR-Box" sehe ich die Möglichkeit sie besser mit dem Subwoofer kombinieren zu können, weil die Frequenzweiche zwischen Sub und Sat sehr viel steilflankiger ausfallen kann und die Phase besser kontrolliert wird.

Grüße
Bernhard

[harry_m]

Hallo Bernhard

Ich habe mich mit der Frage der FIR-Filter bis vor Kurzem gar nicht beschäftigt. Erst als es hier im Forum vor einiger Zeit auftauchte, "FIR-Filter" im Google eingegeben, erster Link:

FIR-Filter

Bin dabei auf den Satz "Symmetrische FIR Filter eingesetzt in Audiogeräten erzeugen keine Laufzeitverzerrungen!" gestossen. Und bin danach davon ausgegangen, wenn jemand sich schon den Aufwand mit dem FIR-Filter antut, so nimmt er auch die "Symmetrische Version".

"Und wenn diese keine Laufzeitverzerrungen erzeugt, wo ist bitte das Problem?" so entstand eben die Frage.

[BN]

Hallo Harry,

das stimmt schon mit den FIR-Filtern, die erzeugen in ihrer symmetrischen Form keine Gruppenlaufzeitverzerrungen. Für Audiozwecke sind sie von daher eigentlich zu bevorzugen.

Tatsächlich sind aber die heute üblichen Lautsprecher-Controller nicht mit FIR (Finite Impulse Response) - sondern mit IIR (Infinite Impulse Response) -Filter ausgerüstet. Das liegt daran, weil die Lautsprecher-Controller in erster Linie für Beschallungszwecke entwickelt wurden und dafür sind IIR-Filter wegen ihren geringeren Durchlaufzeiten günstiger. Allerdings haben die IIR-Filter den Nachteil, daß ihre Gruppenlaufzeit nicht konstant ist.

Für Home-Hifi sind diese preiswerten Lautsprecher-Controller trotzdem geeignet. Darauf hat Farad in seinem Posting hingewiesen. FIR-Filter sind nicht unbedingt nötig. Man darf eben nur keine extremen Flankensteilheiten einstellen.

Wer aber für Home-Hifi die ultimative Lösung (extremes High-End) anstrebt, der kommt um FIR-Filter nicht herum und der muß heute entweder viel Geld für einen Lautsprecher-Controller mit FIR-Technik ausgeben oder das Ganze selbst bauen, z.B. mit dem BruteFir Programm auf PC-Basis oder mit einem selbstprogrammierten DSP. Das ist meine Meinung.

Ich hoffe, jetzt alle restlichen Klarheiten beseitigt zu haben.

Grüße
Bernhard

[Susie Q]

Erst mit digitalen Verzögerungsgliedern war es möglich, die für eine Unterscheidung möglichen Gruppenlaufzeitstörungen zu ermitteln.

Ein recht extremer Versuch von MOIR mit Rechteckimpulsen, dessen Harmonische alle im 180Grad phasenverzerrt wurden bestätigt diese Aussagen.

Ähnlich äusserten sich SPIES und LECKSCHAT ..., welche die Schwellen für die Hörbarkeit linearer Verzerrungen in Räumen mit Mitteln der Modernen digitalen Filtertechnik sowie hörerfahrener Versuchspersonen ... neu ermitteln sollten. Als Abhörlautsprecher fanden 3-Wege-Aktivsysteme Verwendung, die über einen ausgeglichenen Amplitudenverlauf, ein gutes Rundstrahlverhalten sowie ausreichende Dynamikreserven zur Vermeidung zusätzlicher nichtlinearer Verzerrungen verfügten.

"Derart grosse und abrupte Laufzeitfehler treten bei üblichen Lautsprechern nicht auf. Dies bestätigte der abschliessende Hörtest, bei dem Lautsprecher mit und ohne Phasenverzerrung verglichen wurde."

Hallo,
als DIY-Wastel(lerin) sollte man sich natürlich in der Bewertung dessen, was die "Fachkompetenz" da ausbrütet, zurückhalten, weil einfach nicht nachvollziehbar.
Persönlich beschäftigt mich eigentlich nur DAS, was im Rahmen der FQW-Abstimmung bei einer Passivbox passiert:

1. Ich baue zwei Chassis in eine flache Boxenschallwand und stelle beim Pfriemeln und Messen fest, daß die akustischen Zentren beider Chassis nicht übereinanderliegen und zwischen Hoch- und Tiefpaß eine dicke +/- Phasenverschiebung im Bereich der Übernahmefrequenz vorliegt - daraus folgt, daß
2. Hoch- und Tiefpaß zur Erlangung eines glatten Amplitudenfrequenzgangs "zurechtgebogen" werden müssen, was bereits ein diffuses Unwohlsein ob der "Korrektheit" bezüglich des akustischen Ergebnisses hervorruft, denn
3. je nach Hörabstand erzeugen im Bereich der Übernahmefrequenz zwei Schallquellen zwei verschieden sich zeitlich ausbreitende Wellenzüge ein und derselben Frequenz (bzw. mehr oder weniger breiten Frequenzbereich), die sich je nach Abstand unterschiedlich überlagern (--> Stichworte: Interferenz, Überlagerung/Abschwächung, Phasen bedingtes Schwenken der Abstrahlrichtung etc.); daran ist nichts zu ändern, wohl aber
4. mit mechanischem und elektrischem (Allpass) Versatz eine Art "Minimalphasenübergang" mit geringeren Auswirkungen des gerade Beschriebenen hinzubekommen, was nach meiner Erfahrung sich positiv auf die Wiedergabequalität auswirkt (Ortungsschärfe, Toleranz gegenüber unterschiedlichen Hörpositionen)

In dieser "Problemzone" bewegen sich meine Überlegungen, was das einzelne Chassis mit den Wellenzügen zeitlich außerhalb der Trennfrequenz treibt, muß ich so hinnehmen (sehe darin allerdings auch nicht DAS Problem). Ergebnisse mit Rechteckimpulsen, deren Harmonische alle 180 Grad phasenverzerrt wurden, kann ich auf obiges nicht übertragen, allein, mir geht bereits den Sinn eines solchen Hörtests völlig ab.

Und: wie muß man sich das mit den verwendeten Abhörlautsprechern vorstellen? Diese enthalten ja bereits ein phasiges ("minimal phasig" würde ich nicht unbedingt meinen) Abstrahlverhalten, deren Chassis + Weiche wird sozusagen ein weiteres zeitlich verändertes Signal gemeinsam verabreicht, zum Zwecke des Beweises von was? M.E. müßte dazu jedes Chasis aufgetrennt worden sein, um die zeitlichen Effekte relativ der Chassis und der damit verbundenen akustischen Summierung zueinander gehörmässig auszuloten, oder was sollte sonst von Interesse sein?
Eine solche Manipulation würde sich in der Ableitung natürlich auf den FG auswirken, mit der Folge der Notwendigkeit einer Neuabstimmung desselben.
Wurde dieser Aufwand nicht gescheut? Dann ergäbe es erst einen Sinn, oder?

Grüße

[Frank S]

Die Realisierung von FIR / IIR Filtern ist im Rechner gleichermaßen primitiv. Aufwendig ist alleine der Entwurf der IIR Filter.

[Farad]

@Susie Q

Laufzeitverzögerungen können auch mit Controllern auf IIR-Basis leicht realisiert werden. DBX Driverack der DCX von Behringer. Das ist also kein Kriterium für oder gegen FIR.

farad

[Susie Q]

@ Farad

Sorry, mein Post bezog sich ausschließlich auf die Zitate obendrüber und auf Realisierungsmöglichkeiten mit Passivboxen.

Gruß

[AH]

Nun, was tatsächlcih stimmt, spricht ja nichts dagegen mit klassischen digitalen IRR-Filtern zu arbeiten, der FIR-Aufwand lohnt nicht. Wie stark die Gruppenlaufzeitanstiege bei 48dB pro Oktave sind wäre ja mal interessant. Ausserdem eben, was Klippel unter "normaler Lautsprecherbox" versteht. Also schlichtweg, wie weit man von der Hörbarkeitsgrenze entfernt ist.

Hallo Farad,

das sehe ich ähnlich. Ich habe verschiedene Untersuchungen zu Hörschwellen von Gruppenlaufzeitverzerrungen gelesen. Die Hörschwellen betragen (unter günstigen Bedingungen und mit kritischem Material) meist um 1..2ms im Mittel- und Hochtonbereich und steigen auf 10ms bei den ganz tiefen Frequenzen an.

Wenn man sich eine "normale" Box anschaut, dann stellt sich die Frage, wo hohe Filterordnungen nutzbringend sind und wo nicht. Nutzbringend sind sie v.a. dann, wenn der Strahlerabstand nicht klein gegen die Wellenlänge ist, also bei der Trennung mid-high. Hier treten destruktive Interferenzen auf und je schmaler der Bereich destruktiver Interferenz gehalten werden kann, desto besser ist der Höreindruck.
Da es eher die Gruppenlaufzeit ist und nicht der Phasenfrequenzgang den wir hören, kann man bei diesen recht hohen Frequenzen hohe Filterordnungen mit IIR-Filtern einsetzen, ohne die Hörschwelle von 1ms zu überschreiten.
Wenn man mal eine "Milchmädchen-Abschätzung" macht (vor allem für Nicht-Ingenieure gedacht, das Ergebnis dieser Schätzung kann je nach Filter-Charakteristik von der Realität abweichen, aber nicht um Größenordnungen) und davon ausgeht, das jede Filterordnung die Phase um 90° dreht, dann ereicht man z.B. bei 2,5kHz 1ms group delay (ungefähre Hörschwelle bei 2,5kHz) mit Filtern 10. Ordnung (60dB/8ve), während man bei 500Hz 2ms group delay (ungefähre Hörschwelle) mit einem Filter 4. Ordnung (24dB/8ve) erreicht. Bei 250Hz erreicht man die Hörschwelle für Gruppenlaufzeitverzerrungen (2ms) jedoch schon ungefähr mit Filtern 2. Ordnung.

Je tiefer man trennt, desto geringer muß also die Filterordnung sein, da die Hörschwellen vergleichsweise frequenzlinear in Bezug auf die Gruppenlaufzeit, aber nicht zum Phasenfrequenzgang sind.
360° Phasendrehung bei 2,5kHz sind kein hörbares Problem, 360° Phasendrehung bei 100Hz sind es sehr wohl.

Das geht mit den "natürlichen" Bedürfnissen bei der Entwicklung von Lautsprechern gut überein, denn bei tiefen Frequenzen (großen Wellenlängen) hat man kaum ein Problem mit destruktiven Interferenzen, da Strahlerabstand immer << Wellenlänge. Zudem ist man bei so tiefen Frequenzen in aller Regel weit entfernt von ggf. vorhandenen linearen Verzerrungen am oberen Ende des Übertragungsbereichs eines dynamischen Lautsprechers, was der zweite Grund für den Nutzen hohe Filterordnungen sein kann.

Das einzige Problem haben Sat/-Sub-Systeme, die um 100Hz mindestens 4. Ordnung getrennt werden sollten, damit der Sub nicht lokalisierbar ist. Ohne Gruppenlaufzeitentzerrung mit FIR-Filtern bleibt man hier deutlich über der Hörschwelle in Bezug auf die Gruppenlaufzeit.

Gruß

Andreas

[harry_m]

@Susie Q:

in Deinem Beitrag ist so viel auf einen Haufen geworfen worden, dass ich wirklich nicht weiss, wo ich überhaupt anfangen soll.

Mir ist erst in der letzten Zeit klar geworden, warum so viele Threads im Sande verlaufen: Es wird eine konkrete Frage gestellt und nach wenigen Beiträgen ist sie vergessen. Weil in einem der Beiträge vom Thema ein Wenig abgewichen wird, die Antwort darauf führt noch weiter weg usw...

Wenn Thomas sich für die Frage der Hörbarkeit der Phasenverzerrungen interessiert, so ist es wirklich wenig hilfreich in die allgeimene Problematik der Weichengestaltung abzuschweifen. Es ist zwar ein interessantes und sehr wichtiges Thema: aber es hat so gut wie nichts mit der gestellten Frage zu tun. Denn Thomas wollte wissen wie UNSER GEHÖR auf die Phasenverzerrungen reagiert - nicht, welche Probleme und wie bei der Weichenkonstruktion entstehen.

Genau so wenig hilfreich ist es, mit wenigen Sätzen die Vorgehensweise und die Testumgebung von Klippel und Co. in Frage zu stellen. Und das, nachdem ein Auszug aus dem Zitat gelesen wurde. In dem von mir zitierten Artikel gab es ein Literaturverzeichnis. Keiner fragte danach.

Im Artikel aus dem KT ging es unter anderem um die Frage ob stärkerer Antriebein besseres Impulsverhalten bringt. Die Antwort latutete eindeutig "NEIN". Ich kann mir vorstellen, dass jetzt eine Menge Leute aufschreit. Ohne die eigentliche Arbeit und Testversuche zu kennen, dafür aber mit aussagen aus Werbeprospekten bewaffnet.

Du schreibst:

"... wie muß man sich das mit den verwendeten Abhörlautsprechern vorstellen?..."

Weiss ich nicht. Die Quellen las ich nicht. Aber Deine Fragestellung suggeriert, die Authoren wären nicht auf die ganze Komplexität der Aufgabe gekommen. Welchen Anlass hast Du denn?

Ich würde es nicht wagen, irgendwelche Zweifel anzumelden. Es sei

1. Ich habe mich mit dem Thema ausführlichst beschäftigt.
2. Ich habe die Quellen ausführlichst studiert.

Ich tat weder das Eine noch das Andere und masse mir deshalb auch kein Urteil an.

Zu den Quellen:

"Klippel, w.: Methodik subjektiver Lautsprecherabhörtests. Aus: Angewandte Akustik Bd. 1. Berlin Verlag Technik 1988."

"Spiess, K.; D. Leckschadt, D.; Institut für technische Akustik; RWTH Aachen: Zur Hörbarkeit linearer Verzerrungen in Räumen. Aus: Fortschritte der Akustik. DAGA '91 - Bochum1991."

Wem die Frage der Digitalen Filterung und der Hörbarkeit am Herzen liegt, darf sich vielleicht an den Admin wenden: das Stichwort lautet DS4 und ist den meisten ein Begriff. Ich kann mich nicht erinnern, dass bei dieser Box mit ihren Digitalen Weichen irgendwelche Probleme gemeldet wurden. Ganz im Gegenteil, wie ich mich erinnere.

P.S.:
@AH: es gab eine Überschneidung. Aber Dein Beitrag hätte auch von mir stammen können, ware nur nicht so gut... ;-)

Insbesondere die "Milchmädchen Abschätzung"...

[Lonzo]

Hallo Allerseits,

ist die Phase hörbar? Na sicher ist sie es! Zumindest bei Mehrweg-Systemen. Denn passt die Phase der einzelnen Chassis samt Weiche nicht zueinander , dann ist auch keine vernünftige
Summenbildung möglich. Und das hört man ganz sicher!

Gruß, Lonzo

Edit: Bei einem Einwegsystem ist sie dagegen nicht hörbar. Da sich die Phase im Musikbetrieb eh so dreht wie sie es gerade möchte. Vom Grundsignal her, gibt es ja nur + und -, alles was dazwischen liegt verschmilzt sozusagen miteinander.