Sprungantwort

[frank-nb]

Hallo Forumianer!

Bitte helft mir! Was genau stellt das Diagramm der Sprungantwort dar? Wie sollte es bei idealer Sprungantwort aussehen? Welche Rückschlüsse kann ich zur LS-Entwicklung daraus ziehen.

Ich glaube ich kann mir meine Fragen nur ein bisschen selber beantworten, hätte es aber gerne genauer gewußt.

Gruß Frank

[Fosti]

Die "Sprungantwort" bezeichnet, wie der Name schon sagt, die "Antwort" eines Systems auf die Anregung mit dem (Eins-)"Sprung".

Noch nicht so doll, stimmt's

Also beim Lautsprecher meint man damit:

Man misst den Zeitverlauf des Schalldrucks p(t) als Antwort eines Spannungssprunges an den Klemmen z.B. von 0V auf 1V. Als Sprungantwort bezeichnet man dann den Quotienten aus Antwort und Anregung. Hier also p(t)/1V. Bei linearen Systemen hätte ich auch mit einem Sprung auf xV anregen können und die Antworten wären identisch gewesen.

Idealerweise sieht die Antwort von der Form genauso aus, wie die Anregung. Dem ist aber leider überhaupt nicht so, weil:

- die der Lautsprecher aufgrund seiner Trägheit (bewegte Masse, Induktivität, etc.) erst zeitlich verzögert Schalldruck aufbauen kann,

- der Schalldruck langsam wieder abfällt (meist behaftet mit den lautsprechereigenen Resonanzen)*)

*) Lautsprecher sind (bandbegrenzte) Systeme die keinen Gleichanteil im Schalldruck als Antwort auf eine Gleichspannung an den Klemmen aufbauen können.

Viele Grüße,
Fosti

[Der_Axel]

Zitat

Hallo,
====
hier mal ein Zitat aus Anselm Görtz: Meßtechnische Kriterien ...

... Während Frequenz - und Phasengang als Größe über der Frequenz aufgetragen sind, zeigt die Sprungantwort die Reaktion des Lautsprechers auf einen Spannungssprung. Der Schalldruckverlauf wird aufgezeichnet und über der Zeitachse aufgetragen. Ähnliches gilt für die Impulsantwort, wo die Reaktion des Lautsprechers auf einen sehr kurzen Spannungsimpuls beobachtet wird. Alle drei Darstellungsweisen, d.h. der komplexe Frequenzgang mit Phaseninformation, die Impulsantwort und die Sprungantwort lassen sich allerdings ohne Verluste überführen und beinhalten alle eine absolut identische Information über das zu beschreibende System. Mathematisch betrachtet errechnet sich die Impulsantwort über eine inverse Fouriertransformation aus dem komplexen Frequenzgang und die Sprungantwort über eine zeitliche Integration aus der Impulsantwort. Umgekehrt ist die Impulsantwort durch Differenzieren aus der Sprungantwort zu berechnen und der komplexe Frequenzgang über eine Fouriertransformation aus der Impulsantwort

Noch mal ganz deutlich: Eine Impulsantwort oder auch eine Sprungantwort
Beinhalten die GLEICHE Information - in anderer Darstellung -
wie der Frequenz- u. Phasengang des gleichen Systems.

[dunkelbunt]

Einfach gesagt:

Wenn Du z.B. vorsichtig mit einem harten Gegenstand gegen ein Weinglas schlägst, so ist das, was Du dann hörst die Sprungantwort des Systems "Weinglas".


Grüße
Fred

[geist4711]

und wenn du kräftiger gegen das glas haust, kannst du in diesem beispielfall sogar die sprungantwort bei überlastung visualisieren.
das kann man auch beim LS machen, braucht aber viel elektrische leistung.
der wert der dabei rauskommt, nennt man dann PMPO
*duck*........
mfg
robert

[eoh]

und wenn du kräftiger gegen das glas haust, kannst du in diesem beispielfall sogar die sprungantwort bei überlastung visualisieren. das kann man auch beim LS machen, braucht aber viel elektrische leistung. der wert der dabei rauskommt, nennt man dann PMPO

super zitat!

[tiki]

Hallo,
Impulsantwort wäre bei dem gläsernen Beispiel wohl angebrachter, nicht wahr?
Gruß, Timo

[eoh]

darüber ließe sich mal rein von der phonetik her trefflich diskutieren

[maha]

Sprungantwort.

Die "Steilheit" des Anstiegs gibt Auskunft über die obere Grenzfrequenz des Probanden. Steiler als es für 20 khz (15khz *lach*) benötigt wird.... ist kaum nötig. Daher wird die ansteigende Flanke IMMER eine Neigung aufweisen.


Die "Steilheit" des Abfalls gibt Auskunft über die untere GF. Keine Box kann "Null Hz" mit Pegel, daher wird die abfallende Flanke IMMER eine Neigung aufweisen.

Bedeutet: Verglichen mit der idealen Anregung (Null--->Eins) wird die Antwort IMMER verformt aussehen.
WAS ABER NIX MIT HÖRBAREN "VERFORMUNGEN" ZU TUN HAT. Denn der Mensch hört nur 25 bis 18000 Hz.

----------------------------------------------------------------------------------

Reale Sprungantworten sehen meist viel grauslicher aus. Optisch ist die "Null-->Eins"-Anregung kaum wiederzuerkennen.
Schuld sind Laufzeiten... bzw. der Phasengang des gesamtLS.

Kluge Abhandlungen meinen: Der Phasengang ist egal. Damit wäre auch eine "grausliche" Sprungantwort tolerierbar. (Weil man´s nicht hört) Vor 2 Jahren hätte ich diese Aussage noch bedenkenlos unterschrieben. Mittlerweile bin ich unsicher.

Warum? Im Inet gibt´s KlangSynthesetools. Man kann sich ein "Rechteck" anhören. Rechtecke enthalten bedeutende Oberwellen. Die KlangsyntheseTools ermöglichen auch das Einstellen der OberwellenPhasenlagen.
Wenn man nun das ganze Zeugs mittels hochwertigem Kopfhörer beöhrt, dann wundert man sich. Denn beim Verdrehen der Phasenlagen hört man im KH sehr wohl einen "Klang"-Unterschied.

Egal. Oder?

Gruß, maha

[maha]

Schau ma mal in Richtung Manger-Wandler. Von manger wurde ja die Sprungantwort hochstilisiert!

"Der Manger ist ja kein massegehemmter Schwinger", meinte Hr. Manger vor 12 Jahren in einem Telefonat. Aha.

Was ist der "Manger" dann?
Ein supernetter Breitbänder...... mit fast allen Vorzügen...... mit fast allen Nachteilen. (IMHO!!)
Und wie viele Breitbänder... absolviert auch der "Manger" die Disziplin Sprungantwort bravurös.


WARUM??? warum???

Der Axel schreibt weiter oben:Eine Impulsantwort oder auch eine Sprungantwort beinhalten die GLEICHE Information - in anderer Darstellung - wie der Frequenz- u. Phasengang des gleichen Systems.

Aha!!! Gute BBs weisen klarerweise einen brauchbaren Amplitudengang auf. Wegen Physik können da auch keine Phasensprünge sein! Wegen Physik MUSS aber jeder anständige BB über mechanische Frequenzweichen verfügen. Manger nennt das Biegewellenwandler. Der B200 ist wahrscheinlich ein WellenBieger.

Gruß, maha

[maha]

Hallo!

Im untenstehenden Posting meinte ich:
Der B200 ist wahrscheinlich ein WellenBieger.

Diese Provokation hätte sich doch eine Antwort verdient??

Gruß, maha..... Ahnungslose müssen provozieren!

[Moppel]

Hallo maha,

"Klang" ist Grundwelle plus Oberwellen. Wenn du an den Oberwellen drehst, verändert sich der Klang.
Beim Unterscheiden der Feinheiten (z.B. Stradivari vs. guter Normalvioline) braucht es ein geschultes Gehör (prof. Musiker).

Bei MP3 bügelt man den Murks einfach glatt, Violine ist dann Violine, auch wenn bei einer Stradivari draufsteht

Der B200 ist wahrscheinlich ein WellenBieger

Genau, maha! Der B200 ist ein Manger


Groß,
Moppel

[Der_Axel]

Hallo maha,
=========
Ich glaube nicht, dass Du ahnungslos bist - und ich glaube auch nicht,
dass Provokation sein muß. Deshalb hier einen Antwortversuch auf eine
sinnvolle Frage - nicht auf die Provokation:

Der Axel schreibt weiter oben:
Eine Impulsantwort oder auch eine Sprungantwort beinhalten die GLEICHE Information - in anderer Darstellung - wie der Frequenz- u. Phasengang des gleichen Systems.
maha:
Aha!!! Gute BBs weisen klarerweise einen brauchbaren Amplitudengang auf. Wegen Physik können da auch keine Phasensprünge sein! Wegen Physik MUSS aber jeder anständige BB über mechanische Frequenzweichen verfügen. Manger nennt das Biegewellenwandler. Der B200 ist wahrscheinlich ein WellenBieger.

Grunsätzlich haben Alle Lautsprecher ein Bandpassverhalten, dieses steht
der Wiedergabe eines idealen Impulses (oder Sprunges) bereits im Weg
und deformiert diesen in charakteristischer Weise.
In den Grezbereichen (und meist auch dazwischen) wird jeder Lautsprecher
zudem kein Ideales Verhalten mehr aufweisen und es kommt zu weiteren
'Störungen'. Vermutlich ist es das, was Du unter 'mechanischen Frequenzweichen'
verstehst ?
Ein Kolbenstrahler sollte (definitionsgemäß) innerhalb seines Einstzbereiches
auch (ideale) kolbenförmige Bewegungen machen. Leider haben jedoch praktisch
alle Lautsprechermembranen Bereiche im Frequenzband,
in denen diese in partialschwingungen (das sind Membranresonanzen) aufbrechen,
Energie in Form stehender Wellen auf der Membran speichern und zeitverzögert
wieder abgeben. Die 'Cumulativen Zerfallsspektren' machen diese sichtbar.
So wird der Lautsprecher - entgegen seiner Bestimmung - zum Biegewellenwandler
und produziert 'Fehler' wegen der 'Energiespeicherung und deren zeitverzögerten
Wiedergabe'.
Die MSW- Membran ist eine weiche Membran 'ohne' Sicke, ähnlich wie das
Fell einer Trommel, und deshalb ganz grundsätzlich nicht in der Lage eine
kolbenförmige Bewegung auszuführen - soll sie aber auch nicht !!. Ein Impuls,
der von der Schwingspule auf die Membran übertragen wird, muß nicht die
ganze Membran bewegen sondern setzt eine Biegewelle, ähnlich einem Wassertropfen
auf der Wasseroberfläche, frei. Daß diese nicht wieder vom Rand (Korb) zurück-
reflektiert wird, werden diese sternförmigen Dämpferelemente aufgebracht.
Der MSW macht praktisch keinen 'HUB' sondern Wellen. Wird dieser trotzdem
gezwungen tiefe Frequenzen wiederzugeben, so kann er seine Aufgabe
als 'Biegewellenwandler' nicht mehr ordentlich erfüllen. So wird der Biegewellenwandler
- entgegen seiner Bestimmung - zum (Quasi-) Kolbenstrahler und produziert 'Fehler'
wegen der nun eingeschränkten Biegewellenfähigkeit.

[Susie Q]

mechanische Frequenzweiche --> fu, fo:

Lautsprecher sind (bandbegrenzte) Systeme die keinen Gleichanteil im Schalldruck als Antwort auf eine Gleichspannung an den Klemmen aufbauen können.

Nnnnnmrh, fast - da fehlt noch was bzgl. Sprungantwort:
Lautsprecher sind Bandpässe mit unterer und (!) oberer Grenzfrequenz.

Im Grunde ist das ja auch plausibel, das mit dem Bandpass, denn kein Bandpassverhalten spräche - theoretisch/physikalisch - einerseits gegen den Protonenzerfall (~10^80 Jahre bis zum letzten existierenden Proton) und damit gegen die Annahme, Materie (und Zeit) würde nicht ewig bestehen/fortdauern und andererseits gegen die Endlichkeit von Geschwindigkeit relativ in Raum und Zeit (c~0.3^9m/s) ...

Oder etwas greifbarer: Für die Wiedergabe eines (theoretischen) "fu=0Hz-Gleichspannungssignals" fehlt der Membranaufhängung einmal die Fähigkeit einer "ewigen Dehnbarkeit", für die Membran einen unendlich lange dauernden konstanten Hub mit soundsoviel Meter pro Sekunde - je nach angelegter Spannung (je höher U, desto mehr m/s) zuzulassen. Und gegen die Wiedergabe eines theoretisch de fakto unmöglichen "fo=Unendlich-Hz-Wechselspannungssignals" spicht neben Masse, Beschleunigung in der Zeit derselben die Endlichkeit von Geschwindigkeit, oder eben das, was Albert Einstein zu bedenken gab.

Mich wundert eigentlich nur, daß bei diesem akustischen Gemesse nicht wie in der E-Technik auch der Begriff der Slewrate eingeführt wurde. Damit wird bekanntlich viel eindeutiger definierbar, was für den linken Teil der Sprungantwort sichtbar an erlaubter Schieflage der Impulsflanke für eine geforderte, obere Grenzfrequenz tatsächlich erfüllt sein muß, damit ein Signal keine "Aussetzter" bzw. Deformierung erleidet.

Oder - letztes Aufgebot sprachlicher Verrenkung *g*:
Wenn die Steigzeit=Slewrate des Schallwandlers (= konstante, mechano-akustische Beschleunigung in m/s) die Erfordernisse der höchsten Signalfrequenz erfüllt, so gäbe es eigentlich keinen plausiblen Grund, eine weniger steile Zacke zu bekritteln.
Und für den weiteren Verlauf der Funktionskurve gilt prinzipiell wieder analog zur Elektrik die gleiche Devise: Je flacher, desto tiefer ...
(um die "Qualität" oder Brauchbarkeit einer Sprungantwort zu beurteilen, müßte man sie imo in einen von der unteren und der oberen Signalfrequenz vorgegebenen "Toleranzkasten" legen oder gleich in eine dB(f)-FG-Kurve verrechnen)

[Fosti]

Re: mechanische Frequenzweiche --> fu, fo:

Hi Susi Q,

ah, ein(e) E-Techniker(in)?

Original geschrieben von Susie Q
Nnnnnmrh, fast - da fehlt noch was bzgl. Sprungantwort:
Lautsprecher sind Bandpässe mit unterer und (!) oberer Grenzfrequenz.

Ein Bandpass hat per se eine obere und eine unter Grenzfrequenz, sonst wäre es ein Hoch- (nur eine untere Grenzfrequenz) oder ein Tiefpass (nur eine obere Grenzfrequenz).

Zur Sprung- und Impulsantwort:
maha hat es ja schon gesagt:

Sprungantwort.
Die "Steilheit" des Anstiegs gibt Auskunft über die obere Grenzfrequenz des Probanden. Steiler als es für 20 khz (15khz *lach*) benötigt wird.... ist kaum nötig. Daher wird die ansteigende Flanke IMMER eine Neigung aufweisen.

Mathematiker greifen da gerne zu ihren "Skalpellen": dem Ein(heits)sprung bei der Sprungantwort oder der Distribution, der verallgemeinerten Stoßfunktion nach P.Dirac bei der Impulsantwort. Diese äußert scharfen "Skalpelle" zerbrechen jedoch oft an der harten Realität, weil sie mit technischen Mittel nicht realisierbar sind. Die Mathematiker können sich also damit hier getrost "für gehackt legen".

Wir Ingenieure sprechen von einer impulsförmigen Anregung, wenn die Zeitdauer des Impulses sehr viel kleiner als die kleinste Eigenzeitkonstante des anzuregenden Systems ist. Der zeitliche Verlauf des Impulses während dieser Zeitspanne ist egal !
Entscheidend ist also nur die Zeitspanne des Impulses und zur quantitativen Berechnung der Impulsantwort die (Zeit-)Fläche unter dem Impuls.
Wie Impulsantwort und Sprungantwort zusammenhängen hat Der_Axel oben schon erläutert. Heisst also für die Anregungen:
Der Anregungsimpuls errechnet sich aus der Ableitung nach der Zeit der Sprungfunktion.
Oder umgedreht die gesuchte Sprungfunktion für die Anregung eines Systems errechnet sich aus dem Zeitintegral eines Impulses, der das oben genannte Kriterium (Zeitdauer des Impulses << als die kleinste Eigenzeitkonstante) erfüllt.

Aus der Praxis für die Praxis:
Wenn ich also eine Impulsantwort eines Systems bis zu einer oberen Frequenz von 20kHz (1/20kHz = 0,05ms) mit einer ausreichenden Genauigkeit messen will, würde ein Impuls der 10x kürzer ist wohl ausreichen, also 0,005ms. Und wie gesagt der zeitliche Verlauf während dieser 0,005ms ist sch...egal.

Viele Grüße,
Fosti