Lautsprecher im Wohnzimmer messen

[frogger]

Ihr habt bestimmt nicht unrecht das in dem Bereich eine kleine störung ist(hab ich ja selbst geschrieben) aber man sollte bei Arta was diesen Buckel angeht auch immer die Skalierung beachten. Wenn Visaton ihre Frequenzschriebe auch so skalieren würde dann sind die auch nicht mehr so "schön" was ja automatisch nicht heisst das die LS alle schlecht sind.

Ich würde jetzt erst mal die Trennung zwischen TT und MT weiter vorranbringen, das Zimmer mal einräumen und dann erst mal hören. Dann kann man immer noch den ein oder anderen Buckel wegfiltern und mal mit und ohne Entzerrung hören.
Letztendlich soll sich der LS ja nicht schön messen sondern schön anhören.

Gruß Udo

[wiesonich]

Stimmt, möchte mich auch nicht festbeißen an dem Peak. Der scheint irgendwo an der Grenze zwischen problematisch und akzeptabel zu liegen. Der Vollständigkeit halber hier noch das Burst-Decay und die Impedanz des Mitteltöners Free-Air sowie ohne Dämmwolle.







Zum Burst-Decay kann ich wieder nichts sagen. Zur Impedanz hab´ ich zumindest ´ne Meinung: Die Free-Air Impedanz zeigt nur eine Auffälligkeit bei etwa 1,6 kHz, das müsste wohl eine Chassis-Resonanz sein. Die Impedanz im Gehäuse ohne Dämmung zeigt die stehenden Wellen recht gut. Das Gehäuse hat die Innen-Maße 10 x 10 x 33 cm. Die 33 cm verursachen stehende Wellen bei etwa 500 Hz und 1 KHz, und die 10 cm bei etwa 3,4 kHz und 1,7 kHz. Letztere finde ich im Diagramm nicht so recht wieder. Was mich etwas wundert, ist die kleine zusätzliche Spitze bei etwa 1,2 kHz direkt links neben der Chassis-Resonanz, die nur im eingebauten Zustand auftaucht und sich auch durch die Wolle praktisch nicht dämpfen lässt. Diese Frequenz lässt sich dem Mittelton-Gehäuse gar nicht zuordnen. Seltsam.

Insgesamt scheinen die stehenden Wellen des Mittelton-Gehäuses durch die Dämmwolle recht gut bedämpft zu werden. Siehe Impedanz-Diagramm des Mitteltöners in Post #56 vom 21.03. Jedenfalls sind die 500 Hz dort deutlich geringer. Bei 1 kHz sehe ich da nix mehr, und die anderen Resonanzen finde ich schon ohne Dämmwolle hier nicht wieder.

[wiesonich]

Den Übergang zwischen Tief- und Mitteltöner habe ich jetzt rauf und runter gemessen. Im Prinzip auf die selbe Weise wie den Übergang zwischen Mittel- und Hochtöner. Der Mikrophon-Abstand und die Höhe sind berechnet und eingestellt, die Lautstärkepegel der beiden Chassis sind angepasst und das Delay ist ermittelt. Jetzt stellt mich die Addition vor ein Rätzel. Die funktioniert zwar mit den 6 dB über der Kreuzung der Einzelkurven ohne Durchhänger, aber seht selbst:





Alle Filter haben eine Flankensteilheit von 12 dB je Oktave. Wenn der BW Filter eingestellt wird, kommt es zu einer starken Überhöhung der Pegelsumme, mit dem LR Filter verläuft die Summenkurve einigermaßen waagerecht und der Bessel Filter liegt irgendwo dazwischen. So weit ich das erkennen kann, wandert der Kreuzungspunkt der Einzelkurven je nach Filtertyp deutlich nach oben. Gehört das so? Ich meine, was wäre, wenn man nun gerne einen BW Filter anstatt eines LR Filters nehmen möchte? Muss man da hinterher noch mit ´nem EQ drüber?

[hreith]

Hi wiesonich,

es gibt unterschiedliche Ansichten, wie man die Grenzfrequenz definieren könnte.
Im Lautsprecherbereich ist als Grenze ein Pegelabfall von 6dB üblich
In der Übertragungstechnik ist als Grenze ein Pegelanfall von 3dB üblich
Und von den Formeln her könnte man die Grenze auf dem quadratischen Anteil der Übertragungsfunktion ableiten.
Mit genügend Abstand von der Grenzfrequenz haben alle 12dB-Filter eben einen einheitlichen Abfall von 12dB/Okt.
Im Bereich der Grenzfrequenz wird der Verlauf von der Güte des Filters bestimmt und der ist bei den Filtertypen eben unterschiedlich. Eigentlich unterscheiden sich die Filtertypen einer bestimmten Ordnung nur durch die Güte.
Für das Endergebnis zählt auch nicht der Verlauf eines Teilfilters sondern der Summe aller Filter - und da gehören die Treiber mit ihren Filtereigenschaften zwangsweise dazu.

Um einen Filter mit mehr als 12dB/Okt zu erzeugen, kann man diesen in Teilfilter mit 12 oder 6dB/Okt zerlegen. Die einzelnen Teilfilter haben dann je nach Type unterschiedliche Trennfrequenzen und eine unterschiedliche Güte. Erst die Summe aller Teilfilter ergibt dann z.B einen 24dB/Okt BW.
Du kannst also nicht von einem einzelnen elektrischen Teilfilter auf das Verhalten der Summe schließen, das geht nur, wenn du den Treiber und seinen Einbau berücksichtigst.

Je nach Filtertyp des elektrischen Filters muss seine Trennfrequenz verschoben werden um mit dem Verlauf des anderen Zweiges und den Einflüssen der Treiber einen stimmigen Summenverlauf zu bilden. und genau das hast du ja auch so gemessen.

[pico]

Hi wiesonich,

beim DCX haben nicht alle Filter bei der eingestellten Trennfrequenz - 3 dB, sondern alle Filter sind so ausgelegt, dass sie weit oberhalb und weit unterhalb der Trennfrequenz identisch verlaufen - nur dazwischen eben nicht -> bei der Trennfrequenz haben sie unterschiedliche Absenkungen.

Eine Überlagerung bei - 6dB klappt auch NUR dann , wenn beide Zweige dort gleichphasig sind (Phi_rel = 0°). Das klappt aber nicht bei allen idealen Filtern (z.B. 6 dB oder 18 dB/Oktave). Außerdem bedeutet eine perfekte Addition auf Achse, dass es unter anderen vertikalen Winkel ein "Loch" geben muss -> der Energiefrequenzgang hat eine Delle.

Die -6dB-Addition sollte kein Dogma sein!

Außerdem würde ich erst mal den Buckel bei 170 und 1400 Hz gerade ziehen, dann sähest Du auch, dass selbst die grüne Überlagerung im Übernahmebereich noch zu laut ist -> Trennfrequenzen auseinander ziehen!

[wiesonich]

Hallo hreith,

danke für die einleuchtende Erklärung. Dann dürfte man bei verschrobenen akustischen Filterflanken ja sogar unterschiedliche elektrische Filter im Übernahmebereich einsetzen, wenn dadurch die akustischen Filterflanken begradigt bzw. dem theoretischen Ideal näher gebracht werden können? Bisher dachte ich, man dürfe nur identische elektrische Filter im Übernahmebereich verwenden und erst das akustische Resultat per EQ begradigen. Das eröffnet ja ganz neue Möglichkeiten. Ich habe mich auch noch nicht getraut, die Link-Funktion der Trennfrequenzen innerhalb der DCX zu deaktivieren und eigenmächtig dran herum zu biegen, ohne zu wissen warum. Ich denke, jetzt kann ich´s wagen, auch an dieser Stellschraube zu drehen.


Hallo pico,

danke auch für deine verständliche Erklärung. So komme ich vorwärts. Die Trennfrequenzen werde ich jetzt definitiv auseinander ziehen und schauen, wie sich die Summenkurve verändert. Ich weiß zwar noch nicht welche Flanke, aber kann ja beides probieren. Heute schaffe ich´s leider nicht mehr.

Die genannten Buckel im Frequenzgang möchte ich hinten an stellen, weil es sich vermutlich um Resonanzen handelt. Hier habe ich gelesen, dass jede Resonanz immer eine gewisse Zeit braucht, sich einzuschwingen, bevor sie sich störend auswirkt, und wenn man so einen Resonanzeffekt nun per EQ unterdrückt, dann begradigt man den Frequenzgang auf Achse eingentlich gar nicht, sondern verbiegt ihn noch. Im Moment der Schallabstrahlung, also noch bevor sich die Resonanz ausgeprägt hat, fehlt diese Frequenz dann im Direktschall, und die verzögerte Resonanz ist immer noch da, nur leiser. Ich kann beides einfach nicht gegeneinander abschätzen, was jetzt schlimmer ist. Desahlb lasse ich diese Buckel erst mal tanzen.

[hreith]

Hi wiesonich,

messe einfach mal z.B den Mitteltöner ohne Filter und schaue dir den Frequenzgang, den Phasengang, das Impulsverhalten und das Ausschwingen an.
Dann linearisiere mit den EQs das Teil und messe erneut.
Vergleiche jetzt die Ergebnisse.
Je nach Ursache tut eine mehr oder weniger vollständige Entzerrung gut oder eben nicht.

Gerade bei Kerben hat man es manchmal mit einer gegenphasigen, eher lang anhaltenden Schwingung zu tun die der eigentlichen Anregung entgegen wirkt und diese darum teilweise auslöscht (darum eben die Kerbe im Frequenzgang).
Wird die Anregung abgeschaltet, dann schwingt die gegenphasige Schwingung noch lange nach, was im Ausschwingen dann mit einem über dem statischen Pegel liegenden Berg zu sehen ist. Würde man die Kerbe im statischen Verlauf ausgleichen, dann wäre der Berg im Ausschwingen eben noch größer. Sowas sollte man also tunlichst vermeiden.

Bei Überhöhungen sieht man im Ausschwingen auch oft entsprechend längeres Nachschwingen. Drückt man die Überhöhung runter, dann sieht oft auch das Ausschwingen besser aus. Sowas kann man gut entzerren.

Kantenreflexionen können Überhöhungen und Kerben erzeugen. Je nach Mikroposition sind diese aber sehr unterschiedlich, teilweise wird aus einer Überhöhung an der einen, eine Kerbe an einer anderen Mirko-Position. Sowas kann man nur begrenzt und mit bedacht ausgleichen - eigentlich nur im groben Mittel.

Teilweise wandert auch die Frequenz einer Überhöhung bei unterschiedlichen Mirkopositionen. Auch sowas kann man nur begrenzt und nur im groben Mittel ausgleichen.

[Peter K]

Hallo,

bei all den Filterbetrachtungen wundert mich, daß da die BU 3. + 5.Ordnung anscheinend so überhaupt keine Rolle spielen.
Immerhin sind das die einzigen Filter, die (bei Schnittpunkt -3dB) bei der Übernahmefrequenz flache Summe UND (!!) konstantes Energieverhalten haben.
Der Preis dafür ist allerdings ein asymetrisches vertikales Abstrahlverhalten.
Um das symetrisch hinzubekommen, hat der Jo d'Appolito ja mal die nach ihm benannte Treiberanordnung kreiert....., das nur nebenbei...

Die Asymetrie muss nicht stören, die kann man im Gegenteil sogar bei geschickter Planung eines Lautsprechers auch positiv für sich nutzen......

Gruß
Peter Krips

[wiesonich]

@hreith
Bevor ich mit den reizvollen Experimenten zum Begradigen des Frequenzganges beginne, möchte ich mit den Filtern durch sein. Der Bass will ja auch noch entzerrt werden. Und zwei EQs für "Bass" und "Höhen" sollen ebenfalls zur Basis-Konfiguration gehören. Wenn dann noch freie EQs in der DCX vorhanden sind, wird "gebügelt". So ganz leuchtet es mir noch nicht ein, warum Überhöhungen dafür besser geeignet sind als Auslöschungen. Im Vorwege habe ich schon mal einige Messungen unter Winkeln seitlich der Box durchgeführt, um zu schauen, ob der Peak bei etwa 1,5 kHz sich abhängig von der Mikrophon-Position verändert - macht er nicht. Der scheint hartnäckig zu sein.

@jobst
Ich wusste einfach nicht, dass je nach Filtertyp auch Überhöhungen im Summenfrequenzgang möglich sind. Habe jetzt die Trennfrequenzen des BW-Filters so weit auseinander gezogen (TP 300 Hz, HP 550 Hz), dass der Kreuzungspunkt der BW-Einzelkurven auf dem Kreuzungspunkt der LR-Einzelkurven liegt (bei 400 Hz und -6 dB). Dadurch verlaufen die Summenkurve des BW-Filters und des LR-Filters jetzt etwa deckungsgleich nahe der 0 dB-Linie.





Der Überlappungsbereich der Einzelkurven unterhalb der Kreuzung scheint mit dem BW-Filter etwas kleiner zu sein als mit dem LR-Filter, was mich auf die Idee gebracht hat, den auseinander gezogenen BW-Filter auch für die 24 dB Trennung zwischen Mittel- und Hochtöner einzusetzten, weil der Hochtöner dadurch nach unten hin noch ein wenig entlastet werden kann. Das funktioniert tatsächlich. Trotz gleich gebliebener Flankensteilheit und Trennfrequenz liegt der Pegel des Hochtöners bei seiner Resonanzfrequenz bei 1 kHz um einige dB tiefer.

Beim Ermitteln des erforderlichen Delays für die 6 dB Addition hat mich noch überrascht, dass das Delay beim auseinander gezogenen BW-Filter trotz gleicher Übernahmefrequenz um einen Phasenwinkel von 45° vom Delay des LR-Filters abweicht. Das gilt für den 12 dB Filter und den 24 dB Filter gleichermaßen. Entspricht dieser festgestellte Unterschied in der Phasenlage von 45° bei der 6 dB Addition zwischen BW und LR jetzt der Theorie oder ist da irgendwie der Wurm drin?

@Peter_K
Ich möchte die grundsätzlichen Zusammenhänge erst über die 6 dB Addition der Trennfrequenz verstehen und mich dann weiter vor tasten. Diese Addition kann ich mir im Moment noch am Besten vorstellen als zwei Schwingungen, die deckungsgleich mit 0° Verschiebung übereinander liegen und deren Summe deshalb doppelt so groß ist wie ihre Einzelwerte, und ich verstehe sie derzeit als eine Art Scharnier, das einen fließenden Übergang der Phasenverläufe zwischen den Einzel-Frequenzbändern sicher stellen soll. Jede Addition zweier Schwingungen, die in der Summe nicht das Doppelte, sondern vielleicht nur 3 dB ergibt, müsste demnach einen Phasenversatz (meinetwegen eine Verspätung) der Übernahmefrequenz zwischen zwei Bändern zur Folge haben. Mir fehlt einfach noch ´ne Menge Wissen über die Besonderheiten und Vorteile verschiedener Filtertypen.

[Peter K]

Hallo,

Beim Ermitteln des erforderlichen Delays für die 6 dB Addition hat mich noch überrascht, dass das Delay beim auseinander gezogenen BW-Filter trotz gleicher Übernahmefrequenz um einen Phasenwinkel von 45° vom Delay des LR-Filters abweicht. Das gilt für den 12 dB Filter und den 24 dB Filter gleichermaßen. Entspricht dieser festgestellte Unterschied in der Phasenlage von 45° bei der 6 dB Addition zwischen BW und LR jetzt der Theorie oder ist da irgendwie der Wurm drin?

Die Antwort ist doch eigentlich ganz einfach:
Der BU-Filter hat seine 0 Grad Phasendifferenz eben nur, wenn sich die Kurven bei -3 dB schneiden (Allerdings hat es dann 3 dB Überhöhung bei dieser Übernahmefrequenz). Wenn du nun einen BU Filter gerader Ordnung auseinanderziehst, bis die Kurven sich bei -6dB schneiden, bekommst du optimale Addition dort nur hin, wenn die die Phasendifferenz zusätzlich ausgleichst, da du beim auseinanderziehen der BU-Filter ja auch die 0 Grad Phasendifferenz "mitgenommen" hast.
Dann mach lieber gleich LR an der Stelle.....

@Peter_K
Ich möchte die grundsätzlichen Zusammenhänge erst über die 6 dB Addition der Trennfrequenz verstehen und mich dann weiter vor tasten. Diese Addition kann ich mir im Moment noch am Besten vorstellen als zwei Schwingungen, die deckungsgleich mit 0° Verschiebung übereinander liegen und deren Summe deshalb doppelt so groß ist wie ihre Einzelwerte, und ich verstehe sie derzeit als eine Art Scharnier, das einen fließenden Übergang der Phasenverläufe zwischen den Einzel-Frequenzbändern sicher stellen soll. Jede Addition zweier Schwingungen, die in der Summe nicht das Doppelte, sondern vielleicht nur 3 B ergibt, müsste demnach einen Phasenversatz (meinetwegen eine Verspätung) der Übernahmefrequenz zwischen zwei Bändern zur Folge haben. Mir fehlt einfach noch ´ne Menge Wissen über die Besonderheiten und Vorteile verschiedener Filtertypen.

Ich weise nur deswegen auf die ungraden BU hin, weil ich manchmal das Gefühl habe, daß die -6dB Schnittkurve mit "optimaler Phasenlage" bei vielen zum Fetisch wird, der nahezu ideal wäre.
Ganz so ist das nicht (immer)

Gruß
Peter Krips

[Peter K]

Hallo,
hier mal ein Beispiel:
einmal Linkwitz 4. Ordnung Summe + Phase


Impulsantwort



Und Butterworth 3.Ordnung



und zugehörige Impulsantwort



Jeweils idealisierte Dummichassis und Trennfrequenz 2000 Hz..

Gruß
Peter Krips

[wiesonich]

Hi,

in deinem Beispiel dreht ein Linkwitz 24 dB Filter mit 180° bei fg 2000 Hz doppelt so stark an der Phase wie ein Butterworth 18 dB Filter mit 90°. Liegt das jetzt an der unterschiedlichen Flankensteilheit oder am unterschiedlichen Filtetyp? Verstehe die Impulsantworten noch nicht wirklich, vermute aber, Butterworth macht da eine bessere Figur?

In meiner Weiche habe ich die Phasendifferenz bei fg ja zu Null ausgeglichen. Die Addition der Grenzfrequenz findet auch beim auseinander gezogenen BW-Filter wieder bei 0° statt. Kreuzung und Summe liegen 6 dB auseinander.

Mir fiel beim Vergleich des ermittelten Delays für den LR-Filter mit dem Delay für den auseinander gezogenen BW-Filter einfach auf, dass hier jeweils ein Unterschied von 45° bezogen auf die Übernahmefrequenz vorliegt. Mit anderen Worten: Das akustische Zentrum der Grenzfrequenz muss bei dem auseinander gezogenen BW-Filter um etwa 12,5% der Wellenlänge von fg weiter nach hinten geschoben werden als beim LR-Filter. Das finde ich im ersten Moment erstaunlich und war mir nicht sicher, ob das so stimmt. Rechnerisch komme ich über die ermittelten Delays aber bei beiden Übergängen, also bei 400 Hz mit 12 dB und bei 2,5 kHz mit 24 dB auf diesen identischen relativen Versatz der akustischen Zentren. Es könnte also stimmen. Wollte sicherheitshalber nachfragen, bevor ich falsche Schlüsse ziehe.

PS:
Kürzt man Butterworth mit BU oder mit BW ab?

[hreith]

Hi wiesonich,

der einzige Filter-Type, der halbwegs für Lautsprecher-Anwendungen gedacht war ist der LR. Alle anderen entspringen eher mathematischen Optimierungen nach
- möglichst gleichbleibender Gruppenlaufzeit
- oder möglichst keine Überschwingen im Übertragungsbereich
- oder möglichst lange Pegelkonstanz mit vorgegebenen Schwankungen
- oder, oder, oder
und dabei ist in der Regel nur das Nutzband im Interesse, nicht jedoch die Addition mit den Nachbarn.

Die Gruppenlaufzeit der Filter und damit der notwendige Zeitversatz ist bei den Filtern unterschiedlich und sie steigt mit der Steilheit der Phasenänderungen. Von daher ergibt es sich zwangsweise, dass man bei jeder Filteränderung die Verzögerung eigentlich neu anpassen müsste.

[Peter K]

Hallo,

Hi wiesonich,

der einzige Filter-Type, der halbwegs für Lautsprecher-Anwendungen gedacht war ist der LR.

Ist das jetzt satirisch oder ernst gemein ?

Alle anderen entspringen eher mathematischen Optimierungen nach
- möglichst gleichbleibender Gruppenlaufzeit
- oder möglichst keine Überschwingen im Übertragungsbereich
- oder möglichst lange Pegelkonstanz mit vorgegebenen Schwankungen
- oder, oder, oder
und dabei ist in der Regel nur das Nutzband im Interesse, nicht jedoch die Addition mit den Nachbarn.

Das ist doch bei Linkwitz auch nicht anders entstanden, und wo ist da das vermeintliche Problem z.B. der ungraden Butterwort-Filter bei der Addition mit den Nachbarn ?
Dabei sollte man nicht vergessen, daß sich die Butterworth 1.Ordnung-Weiche, die von vielen ja auch als sooooo ideal angesehen wird, auch bei -3dB schneidet (wenn nicht, ist es eben keine echte Butterworth 6 dB Weiche).
Ich habe ja nichts gegen Linkwitz, aber wenn, dann mindestens 4. oder 6. Ordnung akustisch (bei höheren Frequenzen), um den unvermeidlichen Energieeinbruch, der sich vertikal deutlich zeigt, so schmal wie nur möglich zu halten.
Nebenbeibemerkt ist das einer der wenigen Punkte, bei denen ich mit Boxsim hadere, da meiner Meinung nach bei den sich bei -6dB schneidenden Weichen das Energieverhalten nicht korrekt dargestellt wird.

Gruß
Peter Krips

[fabi]

Hallo.
Butterworth wird allgemein mit BW abgekürzt. Schade, dass der Thread nun doch ins sehr theoretische abgleitet. War er doch einige Seiten lang ein wirklich nützlicher Leitfaden fürs "Lautsprecher im Wohnzimmer messen".

Wem nützen denn diese Ausführungen über die theoretischen Vorteile der aktiven Filter in ihrer Reinform? Bei der Entwicklung hat man es nicht mit idealen Wandlern zu tun, die perfekten Flanken wird man nur mit größtem Aufwand erreichen. Selbst dann stimmt es bei den meisten Konstruktionen nur für einen Abhörpunkt.

Wer kann denn bitte bei einer Passivbox sagen, ob die Flanken jetzt absolut perfekt LR24 oder doch nicht eher BW18 entsprechen? Wer ehrlich ist wird zugeben, dass er meistens froh ist, die Addition überhaupt sauber hinzukriegen.

Bei der Aktivtechnik hat man mehr Möglichkeiten. Ein gerade Frequenzgang auf Achse in großer Entfernung mit idealer Füllung bei der Trennfrequenz ist vergleichsweise einfach möglich, wenn man seine Werkzeuge Digtalcontroller und Meßsystem ordentlich beherrscht.
Nicht immer kommt es beim Einsatz von elektrischen LR Filtern zu einem Schneiden bei -3dB, entscheidend ist nun mal das akustische Ergebnis. Durch asymmetrische elektrische Filterflanken lassen sich teilweise akustisch symmetrisch herstellen und dadurch parametrische Filter sparen.

Prinzipbedingt muss bei +6dB bei der Trennfrequenz der höchste Maximalpegel auf Achse möglich sein, mehr als addieren können sich die Quellen nicht. Für ein gutes Abstrahlverhalten sorgt man mit Hilfe geschickter Abstände, Schallführungen usw usf. Kein Mensch hört heraus, ob es jetzt ein elektrischen LR oder BW Filter läuft. Ein einziger Filter in einem der Zweige in der Nähe der Trennfrequenz ändert sowieso das komplette Flankenverhalten.

fabi