Einbaugüte qtc: klangliche und messbare Auswirkungen

[aurelian]

Je kleiner qtc, desto schöner die Sprungantwort (kaum Nachschschwinger), aber auch etwas weniger Bass.
Dennoch und eigenartigerweise wird eine Einbaugüte von zB 0,4 als nicht angenehm klingend empfunden. Warum? Hörgewohnheit oder begründbar?

Daher wird als beliebter Kompromiss 0,7 genommen. Je höher nun qtc, desto mehr Nachschwinger in der Sprungantwort, zudem bildet sich eine Überhöhung (Buckel) bei der Einbauresonanz fc, die einige bis mehrere dB erreichen kann. Für kleinere Boxen und Pop sollen sogar manchmal noch qtc von 1,5 akzeptiert werden (schreibt etwa Jecklin in seiner Einführung zu Lautsprechern).

Wie äußert sich nun eine recht ungünstige Einbaugüte von 1,5, wenn man einen Sinuston im Bereich des Buckels anwendet? Abgesehen davon, dass er ein paar dB lauter wird, tritt hier auch überhöhter Klirr auf oder nicht? Wie äußert sich überhaupt eine Sprungantwort mit Nachschwinger beim Klirr? Oder hat das auf den Klirr keine Auswirkungen?

Wenn man ein Chassis mit hoher Einbaugüte qtc von zB 1,5 weit außerhalb seiner Einbauresonanz betreibt (zB so, dass man im Bereich des Buckels bereits bei -25 dB liegt), wie zB bei Konus-TMTs oder Konus-Mitteltönern durchaus der Fall, ist dann so ein Chassis "schlechter" als eines, wo man eine tiefere Einbaugüte erreicht, oder ist dies bei dieser Anwendung völlig egal?

[Violoncello]

Die Sprungantwort ist für LZI-Systeme (linear, zeitinvariant) definiert. Und wegen diesem L macht sie definitionsgemäß keine Aussage über den Klirr, sondern gilt für das idealisierte (linearisierte) Chassis.

Mit vorgeschaltener Entzerrung (DSP) ist die Einbaugüte fast egal.

Ohne Entzerrung ist eine Güte von 0,7 oder sogar kleiner anzustreben, da der Raum i.A. tiefere Frequenzen stärker anhebt.

Unterhalb der Resonanzfrequenz nimmt der Klirrfaktor stark zu. Das meistens kein Problem, da die Hörschwelle für Klirr im Bass recht hoch ist. Nur bei Extrem-Konstrukten (URPS...) kommt das in hörbare Bereiche.

Das alles gilt natürlich nur, wenn das Chassis auch tatsächlich Bass wiedergeben soll.

[Frankynstone]

@Vio: Wieso nimmt der Klirr unter der Resonanzfrequenz überhaupt zu? Ich könnte mir natürlich mehrere Ursachen denken, will aber gern deine Meinung lesen.

[Violoncello]

Dafür hab ich leider keine vollständige Antwort. Ich kann auch nur solche Vermutungen anstellen, die du vermutlich auch anstellst.

Prinzipiell kann man in Messungen beobachten, dass die Intensität der Klirrkomponenten unter fs relativ konstant bleibt, während die Grundwelle mit den üblichen 12 dB/Oct abfällt. Daher der Klirranstieg.

Davon ausgehend würde ich vermuten: das geschlossene Gehäuse begrenzt den Hub des Chassis bei gegebener Leistung auf ein gewisses Maximum, das bei fs erreicht wird und unterhalb fs relativ konstant bleibt. Da aber die Frequenz immer tiefer wird, kommt bei gleichem Verschiebevolumen immer weniger Pegel raus. Sämtliche Nichtlinearitäten, die das Chassis bei fs ja schon hat, bleiben jedoch bestehen, da der Hub sich ja nicht ändert.

Das würde bedeuten, dass der Hochpass des Gehäuses eine andere Wirkung hat, als z.B. der Hochpass eines DSP, nämlich in der Form dass er nur auf die Grundwelle wirkt und nicht auf die Oberwellen. Ich weiß wirklich nicht, ob das plausibel ist .

Eine bessere Erklärung habe ich leider nicht, vielleicht in ein paar Semestern dann...

[Frankynstone]

Ich denke in der Tat so ähnlich. Der Klirr wird hauptsächlich vom Hub abhängen. Eventuell kommen im URPS einige Klirrkomponenten höher, weil der Antrieb und die Membran für gleichen Hub stärker belastet werden (steife Luftfeder). Bassreflex als hubreduzierende Maßnahme hilft, bringt dafür eine zusätzliche Resonanz ins Spiel, also bei boshafter Abstimmung (Frequenzgang weist zwei Überhöhungen auf) eher nicht so knackig.

Hohe Einbaugüte macht den Klang matschig, wer kennt nicht den "one-note bass" (meistens Bassreflex, also genauer "two-note bass") von Billigkisten? Statt *bumm* kommt da *wuuh* raus. Eine leichte Weichzeichnung ist subjektiv angenehm, gar zu knackige Bässe werden manchmal als dünn empfunden, obwohl der Pegel stimmt. Das Problem hatte ein Kumpel von mir in seinem Auto.

[Messfreak]

.


Hallo Aurelian,


hier einige Gedanken von mir zu dem von Dir angesprochenen
Thema. Dabei soll hier einmal nur die Tiefbass-Wiedergabe
von geschlossenen Boxen betrachtet werden.

Zunächst sollte man wohl diese drei Aspekte im Auge behalten:


1.
Wo liegt die untere Eckfrequenz des linearen Frequenzganges ?
Das kann eigentlich nicht tief genug sein, und möglicherweise
müsste sie ganz erheblich tiefer liegen als heutzutage üblich.

2.
Wie steil fällt der Frequenzgang unterhalb der Eckfrequenz ab ?
Je steiler das ist, um so "wuchtiger" ist die Phasendrehung
(pro 6 dB/Oktave Steilheit dreht die Phase um 90 Grad).

3.
Wie ist die Güte bei der Eckfrequenz ?
Hier hat man (abgesehen von der Pegelüberhöhung durch eine
Güte größer als ca. 0,7) noch einen weiteren Effekt:
Güte hoch -> Phasensprung steil (in schmalem Frequenzbereich)
Güte klein -> Phasensprung flach (in breitem Frequenzbereich)
Auf diese Weise verrichten Phasendrehungen ihr destruktives
Werk auch mehrere Oktaven oberhalb der Eckfrequenz (klar,
auch unterhalb, aber der Chassis-"Nutzbereich" liegt oberhalb).


Nehmen wir im Folgenden der Einfachheit halber einmal an,
dass stets nur zeitlich periodische Ansteuer-Signale vorliegen
(denn nur dann dürfen wir mit Fourier-Reihen argumentieren).

Wird die Auslegung einer Box (Eckfrequenz, Flanken-Steilheit)
verändert, dann werden die Fourier-Komponenten im Zeitbereich
auch entsprechend anders zusammengesetzt. Nur wenn ALLE
(im Hörbereich des Ohres wesentlichen) Fourier-Komponenten
in Betrag UND Phase fehlerfrei aufaddiert werden, dann und
nur dann ist auch der zeitliche Schalldruckverlauf "korrekt".
Im Zeitbereich ist das mit dem Oszilloskop drastisch zu sehen.
Klar, linear und zeitunabhängig muss das auch noch sein,
denn sonst "zerfließt" jedes Ansteuer-Signal in "Klirr-Matsch".

(Selbstverständlich ist eine Frequenzweiche ein besonders
übler "Phasen-Quirl", sofern sie nicht mit 6dB/Oktave arbeitet
oder trickreich digital realisiert wurde. Von Frequenzweichen
sei im Folgenden aber nicht weiter die Rede. Wir wollen nur
das Tiefbass-Verhalten geschlossener Boxen anschauen und
uns auch nicht um Probleme mit Subwoofer-Trennfrequenzen,
Bassreflex, Transmission-Line etc. kümmern.)

Wenn man die untere Grenzfrequenz SEHR deutlich unter
den Hörbereich legen könnte, dann würde das im Zeitbereich
zu einem deutlich "perfekteren" Signal führen. ALLE für unser
Ohr wesentlichen Fourier-Komponenten würden dann nämlich
relativ korrekt verarbeitet, denn das Bass-Chassis strahlt sie
allesamt im massegehemmten Arbeitsbereich ab, in dem
Pegel und Phase sich "relativ perfekt" verhalten.

Klar, klar ...
Jedermann "weiß" doch schon seit Hermann von Helmholtz
dass Phaseneinflüsse unhörbar sind - auch im Bassbereich.
(Doch die immer wieder zitierte Passage aus seinem Buch
"Die Lehre von den Tonempfindungen" sollte man am besten
mal selbst lesen. SO plump hat er das nämlich nie behauptet.
Vielmehr fragt er sich schon auf der folgenden Seite selbst,
ob die allesamt nur mit EINGESCHWUNGENEN Sinustönen
gewonnenen Erkenntnisse wohl auch für transiente Vorgänge
gültig wären. Solche konnte er seinerzeit nämlich noch nicht
untersuchen. Es tut einfach "weh", mit ansehen zu müssen,
wie sein Text wieder und wieder komplett falsch zitiert wird.)

Aber heute ist heute ! Wird heutzutage vielleicht auch das eine
oder andere "moderne Ergebnis" allzu leichtfertig zitiert, weil es
einem gerade so schön in den Kram passt ?
Aus Prinzip sollte man am besten niemals GANZ verdrängen,
dass Phaseneinflüsse ein Zeitsignal oft dramatisch "zerstören"
und dass so eventuell doch etwas Hörbares passieren KÖNNTE .

Persönlich bin ich sehr nachdenklich geworden, nachdem ich vor
vielen Jahren einmal eine Aktivbox so modifiziert hatte, dass sie
"schnurgerade" bis ca. 5 Hz hinabging und dann über 6 und 12
auf ca. 18 dB/Oktave in Richtung 1 Hz abfiel. Glücklicherweise
hatte ich das erforderliche professionelle Equipment damals im
Labor verfügbar, so dass ich bei diesen exotischen Frequenzen
auch tatsächlich "messen" konnte.

Die Lautsprecherbox spielte bei dem Test natürlich nur "leise" -
trotz des teilweise fast voll ausgefahrenen Leistungsverstärkers,
denn der super-tief hinabreichende Frequenzgang musste der Box
ja mit purer Power aufgezwungen werden. Und als Signalquelle
war natürlich ein Funktionsgenerator erforderlich. "Musik-Quellen"
mit derart tiefer Grenzfrequenz gab es nicht.
(Ich hatte vor, eine eigene "Live-Musik-Übertragung" von Raum
zu Raum einzurichten. Das hätte Musik-Signale mit sehr tiefer
unterer Grenzfrequenz ermöglicht. Leider fehlte dafür die Zeit.)

Die untere Grenzfrequenz konnte während des Hörens zwischen
ca. 40 Hz und ca. 5 Hz geschoben werden. Wenn ich sie Richtung
5 Hz schob, ging die Klemmspannung des Bass-Chassis auf dem
4-Kanal-Oszilloskop extrem in die Höhe, das Bass-Chassis "litt"
sehr, aber die vom B&K-Mikro aufgenommenen Sinus-Bursts bzw.
Rechteck-Pulse wurden dem Generator-Signal dramatisch ähnlicher.

Und was dabei (im Nahfeld) zu hören war, werde ich nie vergessen:
Der "vom Ohr empfundene Klang" wirkte bei alledem LEISER !
Zugleich wirkte er aber auch merklich "aufgeräumter", das soll
heißen "knackiger und eckiger". Das war SEHR beeindruckend !

Klar, das ist ein "exotisches" Experiment, das zudem Frequenzgang
UND Phase immer GEMEINSAM verändert. Und vielleicht ist die
Phase für das Gehörte ja wirklich relativ (oder sogar ganz) unwichtig.
Digitale Filter, um Pegel und Phase unabhängig voneinander zu
ändern, waren noch nicht verfügbar ( ... ja, das ist Jahrzehnte her).
Das müsste man mit digitalem Equipment einmal neu probieren.

Wenn man handelsübliche Soundquellen (wie z. B. eine Musik-CD)
verwendet, dann wird von all dem ohnehin kaum noch etwas zu
bemerken sein. Die unteren Grenzfrequenzen von Mikro, Mischpult,
CD-Spieler, Leistungsverstärker oder gar Subsonic-Filter (und deren
Flankensteilheiten im Bassbereich) "zerstören" all das weitgehend.

Wie weit wir von einer "perfekten" Lautsprecherwiedergabe entfernt
sind, habe ich vor einiger Zeit mit Schrecken festgestellt, als ich
etwa 3 Meter neben einem Schlagzeug saß. Da waren "lebendige,
extrem knackige" und bei alledem absolut nicht irgendwie "kratzig"
klingende Dinge in Hülle und Fülle vorhanden !
Lautsprecher-Wiedergaben (selbst von Dipolstrahlern, die am besten
mithalten können) wirken dagegen einfach nur "müde und schlaff".
Irgendwie hat die heutige Lautsprechertechnik noch ein gewaltiges
Defizit. Wer hat die Idee für den entscheidenden Durchbruch ?

Etwas arg provokativ sage ich immer:

"Wenn ich mein bis dato wohlbehütetes chinesisches Porzellean
auf den Boden werfe (sprich: mein tief hinab reichendes "ideales"
Ansteuer-Zeitsignal mit einem üblichen Lautsprecher wiedergebe),
dann ist das "Debakel" für jeden leicht zu erkennen.
Wenn ich die Scherben zusammenkehre und dann zum zweiten
Mal auf den Boden werfe (sprich: ein durch Grenzfrequenzen und
Flankensteilheiten im Bassbereich bereits "vollkommen zerstörtes"
Ansteuer-Zeitsignal mit einem üblichen Lautsprecher wiedergebe),
dann sind die zusätzlichen Veränderungen sehr unspektakulär."


Beste Grüße
Messfreak






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[Violoncello]

Normalerweise halte ich mich ja aus sowas raus, aber in einem Thread, in dem ich selbst beteiligt war, sehe ich mich verleitet auf Folgendes hinzuweisen: Der Beitrag über mir besteht größtenteils aus fehlinterpretierten Halbwahrheiten, angereichert mit scheinbar nicht ganz verstandenen Fachbegriffen.

Ich will das gar nicht im Einzelnen ausführen, weil das a) nicht hier reingehört und ich b) weder Zeit noch Lust dazu habe.

[Frankynstone]

Messfreak, ich kann gerade nicht auf alles antworten. In ein paar Dingen stimme ich dir ohne Zögern zu. Du musst nur bei deinen textlichen Auschweifungen aufpassen, dass du nicht anfängst zu schwurbeln.

So wäre es auch meiner Meinung nach gut, wenn Box tiefere Frequenzen wiedergeben kann als tatsächlich wiedergegeben werden müssen. Bei Hochtönern sollte man ja Trennfrequenz eine Oktave über der Resonanzfrequenz anstreben. Es wäre sicher einer präzisen Wiedergabe zuträglich, das so ähnlich auch auf Tieftöner anzuwenden. Andererseits funktioniert ein langhubiger Tieftöner auch gut unter seiner Resonanzfrequenz als "Luftpumpe". Nur bitte keine Resonanz mit der einhergehenden Phasendrehung und herumwackelnder Sprungantwort im Übertragungsbereich. Und schon ist die Einbaugüte völlig egal.

Wenn man Musik mit gleicher Lautstärke der mittleren und hohen Frequenzen wiedergibt, aber einmal mit und einmal ohne Bässe, nimmt man einen Lautstärkeunterschied war. Das hat zwei Ursachen. Erstens schützt uns ein Muskel im Ohr vor Lärm. Ist er angespannt, hemmt er die Gehörknöchelchen. Ohne Bass ist der Lautstärkepegel niedriger, die Schutzfunktion im Ohr spricht weniger an, die Musik wird laut und schrill empfunden. Dazu kommt noch die Hörpsychologie, also die subjektive Wahrnehmung.

[Messfreak]

Du hast Recht ...

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Hallo Frankynstone,


Du hast Recht ! Mein Beitrag #6 oben ist etwas arg lang und "wortreich" geraten,
da bin ich vorgestern Abend tatsächlich dem "Schwurbeln" verfallen, SORRY .
Heute Morgen würde ich das viel kürzer schreiben.


Beste Grüße
Messfreak



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[Messfreak]

Klirrfaktor unterhalb von fs ...

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Hallo Violoncello,


ich muss Dich wohl irgendwie "verletzt" haben, denn Du reagierst sehr "scharf".
Wenn das so war, tut mir das Leid. Das war ganz bestimmt nicht meine Absicht.

Noch kurz zu Deinem Beitrag #4:
Dort hast Du sehr anschaulich und gekonnt beschrieben, warum der Klirrfaktor
unterhalb von fs ansteigt. Dem ist nichts hinzuzufügen.

Und Du brauchst auch nicht so vorsichtig zu sagen ...

"... Davon ausgehend würde ich vermuten: das geschlossene Gehäuse begrenzt
den Hub des Chassis bei gegebener Leistung auf ein gewisses Maximum,
das bei fs erreicht wird und unterhalb fs relativ konstant bleibt. ..."
In diesem Bereich der Federhemmung eines Masse-Feder-Systems íst der Hub
in der Tat frequenzunabhängig - von der Theorie her und auch in der Praxis.

"... Das würde bedeuten, dass der Hochpass des Gehäuses eine andere Wirkung hat,
als z.B. der Hochpass eines DSP, nämlich in der Form, dass er nur auf die Grundwelle
wirkt und nicht auf die Oberwellen. Ich weiß wirklich nicht, ob das plausibel ist. ..."
Auch wenn es zunächst nicht sonderlich "plausibel" erscheinen mag, genau so ist es.


Beste Grüße
Messfreak




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[Violoncello]

Hallo Messfreak,
es tut mir leid, ich habe da ein wenig überreagiert und dir wohl auch Unrecht getan. Ich bin etwas "allergisch" gegen so viel "Geschwurbel", wie es meine Vorredner ausgedrückt haben.

Dazu kommt, dass ich mit einigem, was du geschrieben hast, nicht ganz einverstanden bin. Aber da ich weiß, dass solche Themen gerne in Grundsatzdiskussionen ausarten, wollte (und will) ich dazu nicht mehr viel schreiben. Aber vollkommen richtig: Wenn ich zur Diskussion nichts beitragen will, hätte ich lieber die Klappe halten sollen.

Aber, falls es das besser macht: Mein Beitrag war in keinem Fall "scharf" gemeint, sondern nur als sachliche Bemerkung zu verstehen, die ich jetzt im Nachhinen zurücknehmen möchte.

Und ich muss außerdem zugeben: Wenn ich mir deinen Beitrag jetzt noch einmal durchlese, fällt mir auf, dass sich unter der "Schwurbel-Fassade" doch auch mehr verbirgt, als mir beim ersten Lesen aufgefallen war.