Lautsprecher im Wohnzimmer messen

[wiesonich]

Hier mal die Impulsantworten des Hoch- und des Mitteltöners im Vergleich. Ich weiß einfach nicht, welche Punkte der beiden Impulsantworten miteinander in Beziehung zu setzen sind, um den Laufwegunterschied zu ermitteln. Der Startpunkt des Mitteltöners ist recht leicht auszumachen. Beim Hochtöner sieht der Startpunkt eher seismisch aus. Ein Vergleich dieser Punkte fällt schwer. Dagegen hat der Hochtöner eine ausgeprägte positive und negative Spitze, beim Mitteltöner ist aber nur die negative Spitze einigermaßen ausgeprägt. Im positiven Bereich sieht es eher wellig aus. Falls die Spitzen miteinander verglichen werden müssen, um den Laufwegunterschied zu ermitteln - welche wären das in diesem Beispiel?

[wiesonich]

Ja, ich probiere schon ´ne Weile damit rum. Allerdings mit dem Verfahren der Laufzeitmessung. So recht kann ich den Schallentstehungsort darüber aber nicht bestimmen. Wobei ich nicht glaube, dass es an dem Verfahren selbst liegt (auch wenn Arta nur mit vielleicht 7-8 mm je Sample auflöst bei 48 kHz, doll ist das wirklich nicht - die DCX löst bis 2 mm auf), sondern ebenfalls an der Tatsache, dass der SEO wandert. Im Kompendium wird ja auch gewarnt, dass der SEO kein Fixpunkt irgendwo in der Nähe der Lautsprecherspule ist, sondern dynamisch nach vorn oder hinten wandert. Das hab´ ich auch eindeutig festgestellt, siehe Diagramm unten. Hier habe ich nur den Mitteltöner auf Achse gemessen, das Mikrophon immer am selben Fleck, Delay in DCX deaktiv, aber mit unterschiedlichen Flankensteilheiten eines Linkwitz-Rilley-Tiefpasses (12 dB und 48 dB bei 2,5 kHz).

Nicht nur die negative Spitze des Impulses wird mit zunehmender Flankensteilheit verzögert, sondern auch der Startpunkt. Wobei die Spitze mit 90 mm sehr viel stärker wandert als der Startpunkt mit 50 mm. Dieser Verzögerungseffekt tritt wie gesagt beim Umschalten der Flankensteilheit von 6 dB, 12 dB, 24 dB oder 48 dB auf. Je steiler die Flanke, umso später der Impuls. Beim Umschalten des Filtertyps von BW auf LR oder Bessel passiert eher wenig. Die Trennfrequenz des Filters verzögert den Impuls auf ähnliche Weise, nur nicht ganz so stark. Je tiefer die Trennfrequenz, umso später der Impuls:





Dass der Schallentstehungsort so massiv wandern kann, hätte ich wirklich nicht gedacht. Aber wie stark ist der SEO im obigen Diagramm jetzt tatsächlich gewandert? 90 mm? 50 mm?

Deshalb eine Frage dazu:
Welcher Teil der Impulsantwort muss herangezogen werden, um den SEO aus der Impulsantwort zu ermitteln?

Ist das der Startpunkt?
Die erste positvie Spitze?
Die erste negative Spitze?
Die größte Spitze?
Die breiteste Spitze?
Der erste Nulldurchgang nach dem Startpunkt?

Ich finde auch nicht immer eine klare, eindeutige Spitze in der Impulsantwort, wo ich den Cursor bzw. den Marker drauflegen könnte, wie im obigen Diagramm. Mal zeigt die Spitze nach oben, mal nach unten. Mal gibts´zwei Spitzen, mal keine. Oder alles ist flach und breit. Oder alles liegt so eng bei einander wie die Aufzeichnung eines Seismographen bei Stärke 8...

[frogger]

Um den SEO zu ermittel musst du auf jeden fall erst mal 2 Kanalig messen.

Dann setzt du den Curser einfach auf den 300 Wert und den Marker auf die erste Impulsspitze. Über die angezeigte Laufzeit kannst du den Weg errechnen den der Schall bis zum Mikro zurückgelegt hat oder einfach mit View-Gate Time direkt mit Arta anzeigen lassen.

Im Anhang ein Bild einer Messung eines 13er TMTs in 20cm entfernung. Der Schall braucht 0,726ms bis zum Mikro was 24,96cm entspricht. Der SEO liegt also 4,96cm hinter der Schallwand.

Allerdings glaube ich nicht das man alles auf den mm errechnen kann da der SEO sowieso nicht fix ist sondern frequenzabhängig.

Hast du denn mal ein paar Messungen mit der DCX gemacht mit verschiedenen Delays ?

Edit: Hab grad noch mal im Artakompendium gestöbert. Auf Seite 85 ist noch eine Methode zur ermittlung des SEO mittels Group Delay. Das dürfte für dich interessant sein da man dort direkt das Delay bei einer bestimmten (Trenn)Frequenz ablesen kann.

Gruß Udo

[wiesonich]

Das mit dem SEO haut noch nicht hin wie´s soll. Bin deshalb erst einmal den Abschnitt "Geometrische Laufzeitunterschiede" durchgegangen und hab´ die unterschiedlichen Laufwege des Schalls von der Boxenschallwand bis zum geplanten Hörplatz ausgerechnet, die als Delays in der DCX eingestellt werden müssen, damit der Phasenwinkel am Hörplatz 0° beträgt. Danach hab´ ich den berechneten Laufwegunterschied zwischen Mittel- und Hochtöner auf den Messabstand von 65 cm übertragen, um eine passende Mikrophonhöhe zu ermittlen, bei der der Phasenwinkel auch am Messplatz 0° beträgt. Dabei ist erfreulicher Weise eine Position etwas oberhalb der Mitte zwischen Mittel- und Hochtöner herausgekommen. Erfreulicher Weise deshalb, weil sich dadurch der oben gezeigte Pegelverlust durch die Bündelung der Chasses noch ein Stück verbessert. Die leichte Neigung der Boxenschallwand braucht bei all dem zum Glück nicht weiter berücksichtigt zu werden, weil der Hochtöner ziemlich genau auf die Ohren in Hörposition zielt.

Die Delays sind im Bild nicht in Millisekunden angegeben, sondern in Millimetern. Die DCX lässt ja beides zu, und die Angabe in Millimetern macht es einfacher.





Diese Rechnerei macht natürlich nur Sinn, wenn der SEO an der Schallwand klebt, was er ja leider (noch) nicht tut. Ich muss noch ein wenig probieren, wie ich den SEO einigermaßen zuverlässig messen und über ein weiteres Delay an die Schallwand locken kann.

[frogger]

Da hänge ich gerade.

Edit:
Das Kapitel 6.3 ist wirklich sehr aufschlussreich.

Meine Messungen oben sind sozusagen angelehnt an Abschnitt "Winkelfehler". Im Wesentlichen habe ich mich an das Vorgehen gehalten. Was mir noch etwas in die Seite kneift ist das genannte Kriterium für einen akzeptablen Winkelfehler von 1,5 bis 2 Oktaven Abstand zur angestrebten Trennfrequenz. Der Winkelfehler meiner Messung liegt ja nur knapp eine Oktave oberhalb der Trennfrequenz (bei 65 cm Messabstand). Deshalb meine Frage, wie ihr meine Messungen einschätzt, ob eine Oktave erfahrungsgemäß noch zu klein ist. Eventuell hängt das ja auch vom Filtertyp und der Flankensteilheit ab.

Genau deswegen würde ich auch die Chassis einzeln auf Achse messen. Oder hörst du auch deine LS auf 65cm abstand ab ? Am späteren Hörort sind die Winkelfehler zu vernachlässigen.
Arta berücksichtigt bei der summierung die Phasenlage. Passt die nicht gibts ne senke. Also würde ich einfach solange an der DCX kurbeln bis du eine saubere Summenbildung hast. Du kannst doch das Delay und damit die Phase an der DCX einstellen.
Oder steh ich gerade auf dem Schlauch ?

Gruß Udo

[wiesonich]

Da hänge ich gerade.

Edit:
Das Kapitel 6.3 ist wirklich sehr aufschlussreich.

Meine Messungen oben sind sozusagen angelehnt an Abschnitt "Winkelfehler". Im Wesentlichen habe ich mich an das Vorgehen gehalten. Was mir noch etwas in die Seite kneift ist das genannte Kriterium für einen akzeptablen Winkelfehler von 1,5 bis 2 Oktaven Abstand zur angestrebten Trennfrequenz. Der Winkelfehler meiner Messung liegt ja nur knapp eine Oktave oberhalb der Trennfrequenz (bei 65 cm Messabstand). Deshalb meine Frage, wie ihr meine Messungen einschätzt, ob eine Oktave erfahrungsgemäß noch zu klein ist. Eventuell hängt das ja auch vom Filtertyp und der Flankensteilheit ab.

Die Abschnitte "Geometrische Laufzeitunterschiede" und "Schallentstehungsort SEO" acker ich gerade durch. Muiss da meine Fragen noch sortieren. Die Messung des SEO bereitet mir gerade Sorgen.

PS:
Die Messung jedes Chassis mit Einzelentzerrung auf Zielfunktion und anschließender Addition per Arta (Kap. 6.5) spukt mir durchaus im Kopf herum. Nicht zuletzt, um eine Summenmessung zu bestätigen oder zu widerlegen...

[ente]

ARTA Kompendium 6.3

.... hast du eine Korrektur der Schalllaufwege vorgenommen ??

Gruß
Heinrich

[wiesonich]

Hochtöner Peerless WA10, 8Ohm
Mitteltöner Monacor MSH116, 4Ohm
Tietföner Visaton GF250, 8Ohm

Wie das mit der Phase zusammenhängt, weiß ich ehrlich gesagt nicht. Gestehe nochmals meine Unwissenheit. Irgendwie spielt da wohl auch der Schallentstehungsort der Chassis mit rein. Versuche gerade, dem SEO über eine Messung der Impulslaufzeit auf Achse der Chassis auf die Spur zu kommen. Knifflig...

[frogger]

Man kann die Winkelfehler auch umgehen indem man MT und HT einzeln jeweils auf Achse misst und dann mittels "load and sum" den Summenfrequenzgang errechnet.

Dann weisst du zumindest das die Phasenlage im Übernahmebereich schon mal stimmt.

Schau dir mal Kapitel 6.5 im Arta-Kompendium an.

Darf man fragen was für Chassis du gemessen hast ?

Gruß Udo

[wiesonich]

Nachdem der erste Schock durch einige Probemessungen überwunden ist, hier nun einige geordnete Messungen.

Ich habe versucht, einen geeigneten Messabstand zur Box heraus zu finden, der die Messung der Übernahme zwischen Mittel- und Hochton möglichst nicht durch Bündelung der Chassis verfälscht. Bei der angestrebten Trennfrequenz von 2,5 kHz könnte dem Mitteltöner im Übernahmebereich schon Pegel fehlen, falls das Mikrophon außerhalb der Mitteltonachse zu dicht an der Box steht, und dem Hochtöner könnte nach oben hin Pegel fehlen, falls das Mikrophon außerhalb der Hochtonachse zu dicht an der Box steht. Der gewählte Abstand zur Box soll also jede Mikrophon-Höhe zwischen Mittel- und Hochtöner zulassen, ohne dass nennenswerte Pegelverluste durch Bündelung auftreten.

Zunächst habe ich diverse Messabstände für den Mitteltöner ausprobiert, jeweils mit zwei Mikrophon-Höhen, einmal auf Höhe des Mitteltöners und einmal auf Höhe des Hochtöners. Der Hochtöner war dabei stummgeschaltet. Die unten eingefügten Diagramme zeigen drei der getesteten Messabstände für den Mitteltöner. Für den Hochtöner habe ich ich das Gleiche gemacht, aber nur ein Diagramm eingestellt, mit dem Messabstand, der für den Mitteltöner ganz gut zu passen scheint. Als Diagramm-Glättung habe ich 1/3-Oktave gewählt - müsste für Bündelungseffekte ausreichen.





Soweit ich die drei Diagramme des Mitteltöners richtig deute, ist dessen Pegelverlust bei einem Abstand von 20 cm auf Achse des Hochtöners so massiv, dass eine sinnvolle Messung der MT/HT-Übernahme hier wohl ausgeschlossen sein dürfte. Bei einem Messabstand von 65 cm ist ein nennenswerter Pegelverlust des Mitteltöners dagegen erst oberhalb 4 kHz erkennbar. Bis dahin decken sich die Pegelverläufe trotz unterschiedlicher Mikrophon-Höhen weitgehend. Die Abweichungen um 1 kHz herum dürften eher von Raumresonanzen herrühren. Bei einem Messabstand von 80 cm sieht es noch besser aus. (Diese 80 cm entsprechen ungefähr dem Abstand, der als "Fernfeld-Kompromiss" für meinen Mitteltöner aus dem Arta-Kompendium hervor geht.) Hier setzt ein nennenswerter Pegelverlust erst oberhalb 8 kHz ein. Meiner Meinung nach müsste ein Messabstand von 65 cm aber schon ausreichen für den Mitteltöner, weil dessen Pegelverlust damit erst eine knappe Oktave oberhalb der angestrebten Trennfrequenz einsetzt und somit die Flanke des geplanten 24 dB Tiefpasses auch damit noch verschont bleiben müsste von Verzerrungen durch die Bündelung des Mitteltöners.

Diesen Messabstand von 65 habe ich auch für den Hochtöner getestet. Dessen Pegelverlust setzt mit diesem Abstand erst bei etwa 14 kHz ein. Ab dieser Frequenz traue ich meiner Soundkarte so wie so nicht mehr über den Weg. Und selbst wenn die Karte hier noch genau genug sein sollte, läge der Pegelverlust sogar bei 20 kHz nur bei etwa 2 dB. Da höre ich eh nix mehr. Im Übernahmebereich des Hochpasses sieht´s jedenfalls recht gut aus. Und das Geschlänker bei 5 kHz müsste vom Raum her kommen. Den Hochtöner habe ich als Einzigen schon mit Filter gemessen, weil ich Bange hatte, das der hops geht.

Was meint ihr, sind die 65 cm Messabstand erstmal ok?

PS:
Unterhalb 1 kHz sieht´s ja richtig übel aus. Viel mehr als grobe Gemeinsamkeiten sind da ja kaum erkennbar...

Was die Fensterung angeht, so scheint Arta laut englischem Handbuch wohl immer zu fenstern, ganz egal, ob ein Marker gesetzt ist oder nicht. Wenn man keinen Marker setzt, dann ist das Fenster immer so groß, wie oben links in der Arta-Hauptansicht über die Pulldown-List "FFT" eingestellt. Und das Fenster beginnt auch ohne Marker immer beim Cursor. (Jetzt weiß ich auch, warum ich bei FFT-Einstellung = Sequenzlänge immer eine Fehlermeldung bekommen habe, wenn ich vor der Transformation versehentlich mal den Cursor ohne Marker irgendwo in der Impulsantwort gesetzt habe. Dann wird das Fenster-Ende rechts über das Sequenzende hinausgeschoben, und da ist dann ja nix mehr zum Transformieren.) Es ließe sich laut Handbuch auch eine Doppelfensterung aktivieren, die hab ich aber nicht wirklich verstanden. Vermutlich dient dabei ein zweites, größeres Fenster als eine Art Mittelung, um die Schätzung zu verbessern. Egal, Fenstern ist eh doof. Jedanfalls mit ´ner FFT in kleinen Räumen. Soviel hab´ ich schon mal gelernt.

[wiesonich]

Bis eben war ich noch fest im Irrtum verfangen, dass die absolute Anzahl der Informationsträger innerhalb eines Zeitfensters ausschlaggebend sei für die Auflösung des im Diagramm angezeigten Frequenzbereichs. Je mehr Samples, desto besser. Aber die Anzahl der Samples im Zeitfenster ist ja stets realtiv zur Samplefrequenz zu sehen. Und nur dieses Verhältnis bestimmt die Auflösung des transformierten Frequenzbereichs, der wiederum nicht zwangsläufig dem angezeigten Frequenzbereich im Diagramm entspricht, sondern immer dem Frequenzbereich bis zur Samplefrequenz, was im Diagramm schlussendlich zwar auf das selbe hinaus läuft, aber diese Schleife musste ich erst mal durchlaufen, um die prägnante Moral zu verstehen. Der Groschen ist gefallen.

An dieser Stelle aufrichtigen Dank @all für eure Gedult und die sehr guten Erklärungen!

Bevor ich die ersten Messungen reinstelle, probiere ich noch etwas herum mit dem Mikroabstand und der Glättung ohne Fenster.

[Chaomaniac]

Ich hab vor kurzem in einem anderen Forum folgendes gepostet (Auszug), so als Gedankenanregung wegen langer Messung:

... für die höheren Frequenzen reicht ein recht kurzes Zeitfenster, um eine oder gar mehrere Wellen zu erfassen, dies klappt gelegentlich sogar für den Hörplatz ohne allzuviele Raumeinflüsse. Dann in mehreren Schritten das Zeitfenster vergrößern und mit der ersten Linie (Hochtonbereich) entsprechend zusammensetzen.
Schwierig wird es nur rauszufinden, wie lange die einzelnen Zeitfenster gesetzt werden sollen. Um eine aussagekräftige Messung zu erhalten, muss mindestens eine Vollwelle im Zeitfenster Platz haben, das kann allerdings bedeuten, daß man im Mittelhochtonbereich schon weit über den klanglich dominanten Bereich der ersten Wellenfront hinaus Informationen einsammelt. Deshalb die Unterteilung in mehrere Teilabschnitte.
Wenn man sich den Haas-Effekt und das Gesetz der ersten Wellenfront etwas anschaut, kommt man aber noch auf eine andere Problematik: Bei transientenreichem Musikmaterial kann man ab etwa 30 - 50ms bewusst zwischen Direkt- und Reflexionsschall unterscheiden. Wenn allerdings lange Töne gespielt werden, kann im Extremfall diese Schwelle auf 1 - 2 Sekunden ausgedehnt sein!
Da liegt man aber in einem Zeitbereich, der den Übergang von schnellen Bassschlägen zu längeren Bassteppichen (Orgel, Synthie, Ausschwingender Kontrabass, Paukenschläge,...) beschreibt. Im typischen Wohnraum kann das z.B. bedeuten:
Ein kurzer Bassschlag wird durch eine Wandreflexion destrukiv überlagert, was zur Folge hat, daß dieser Schlag nicht über den gewollten Kick verfügt. Ein länger anhaltendes Bassignal im selben Frequenzbereich regt aber dann den Raum voll an, überdauert also den ganzen Einschwingbereich. Eine eventuell produktive Überlagerung erzeugt dann einen Klang mit ungewöhnlichem Volumen, das die Tieftondarstellung unpräzise, übertrieben voluminös und dröhnig macht.
Dieses Szenario kann natürlich auch anders herum ausarten ("fetter" Kick, aber ein dünner Bassteppich).
Sehen kann man diesen Effekt, wenn man verschiedene Zeitfenstereinstellungen mit einer gemessenen Impulsantwort gegeneinander vergleicht, da liegen die "Berge und Täler" im Frequenzgangschrieb zum Teil ganz anders verteilt...

[ichse1]

Hallo wiesonich,

Natürlich gibst du dem Franzosen mit 96kHz doppelt so viele Informationen, du verlangst aber auch die Darstellung von doppelt so vielen Frequenzen. Da bleibt ihm nix anderes über als wieder nur alle 200Hz einen Punkt zu malen.

Die Moral von der Geschicht...

Wenn du nur 5ms (0,005 sek) Zeit hast zu messen, dann kriegst du eine Frequenzauflösung von 200Hz (=1/0.005sek). Egal bei welcher Samplingrate.

...mehr is' nicht.

Daher auch Fabi's Tipp, auf die Fensterung zu verzichten und länger zu messen. Dann hast du zwar die Reflexionen im Signal, aber du hast eine bessere Signalauflösung. Den Einfluss der Reflexionen kannst du verringern, wenn du das Mikro recht nahe am Lautsprecher hast.

[Chaomaniac]

Der "tiefsten Grenzfrequenz" ist es in der Tat völlig egal, ob jetzt mit einer Samplerate von 8kHz, 48kHz, 96kHz oder gar 192kHz gemessen wird. Die zusätzlichen Abtastpunkte machen sich in der "oberen Grenzfrequenz" bemerkbar. Diese berechnet sich: Samplerate geteilt durch 2 (Nyquist-Frequenz). Das heisst, man könnte für Bassmessungen leicht mit 8kHz Samplerate auskommen, müsste aber dann sicherstellen, daß im Messignal keine Frequenzen oberhalb von 4kHz enthalten sind, da höhere Frequenzen sonst den Alias-Fehler provozieren würden. Eine höhere Samplerate erweitert also das Frequenzspektrum nach oben. Mit 48kHz kann man Frequenzen bis maximal 24kHz messen (für reine Audio-Messungen ausreichend, aber je nach Qualität der Soundkarte und Mikrofon besteht die Gefahr von Alias-Effekten), mit 192kHz kann man sogar noch Frequenzen bis 96kHz aufnehmen. Technisch hat eine höhere Samplerate den Vorteil, daß der Alias-Fehler so gut wie ausgeschlossen werden kann. Bei Import der Messdaten in ein Programm wie Boxsim kann der SEO mit jeweils verdoppelter Abtastrate auch doppelt so genau angegeben werden (Schallgeschwindigkeit geteilt durch Samplerate):
also bei 48kHz sind 7,15mm/Sample, bei 96kHz 3,57mm/Sample, bei 192kHz 1,79mm/Sample.

[wiesonich]

wiesonich Transformation...

Ich glaube, jetzt verstehe ich schon besser. Was mich bei dieser Rechnerei aber irritiert, ist, dass der Franzose anscheinend auch mit einer höheren Samplefrequenz, also trotzt einer höherer Anzahl von Informationspunkten innerhalb eines konstanten Zeitfensters, keine höhere Auflösung im Frequenzbereich rausrücken will.

Zwei Beispiele dazu. Mit Samplerate 48 kHz und 96 kHz:

Zeitfenster konstant = 5 ms

Samplerate = 48 kHz (48000 Samples in einer Sekunde)
Anzahl Samples im Zeitfenster = 48000/1000ms * 5ms = 240
Frequenzauflösung = 48kHz/240 = 200 Hz

Samplerate 96 kHz (96000 Samples in einer Sekunde)
Anzahl Samples im Zeitfenster = 96000/1000ms * 5ms = 480 (doppelt so viele, Franzose!)
aber leider: Frequenzauflösung = 96kHz/480 = wieder nur 200 Hz (nanu?)

Das ist doch Beschiss! Oder auch nicht. Der Franzose bekommt doppelt so viele Informationen ins selbe Fenster geschoben und die Auflösung der Transformation bleibt trotzdem unverändert. Sie entspricht genau genommen immer dem Kehrwert des Zeitfensters. Das ist auch in dem Beispiel von ichse1 mit der Samplefrequenz von 1000 Hz und den 128 Informationseinheiten bzw. der 8 Hz Auflösung der Fall (Kehrwert von 128 ms = 8 Hz). In diesem 128 ms Zeitfenster könnten durch eine Verdopplung der Samplefrequenz auf 2000 Hz auch 256 Samples enthalten sein. Oder durch Verdreifachen der Samplefrequenz auf 3000 Hz auch drei mal so viele. Es scheint dem Franzosen völlig egal zu sein, wie viele Informationen je nach Samplefrequenz in Wirklichkeit im Fenster stecken. Die Auflösung entspricht immer dem Kehrwert des Zeitfensters. Das kann doch so nicht stimmen. Ich sehe hier maximal die Berechnung der tiefsten Frequenz, die in das Fenster passt, aber nicht die Auflösung der Transformation. Wo ist der Fehler?

Edit:
Beitrag vollständig editiert, weil Fensterauflösung doch nicht klar.