Frage zu Impulsantwort / Sprungantwort (Erklärung gesucht)

[Capelini]

Hi,

ich bin seid einiger Zeit am Einlesen ins Messen und habe Probleme damit die im Internet zur verfügung stehenden Erklärungen zu verstehen. Sie sind mir einfach zu "kompliziert" erklärt, kurz gesagt ich raffe es einfach nicht

Kann mir jemand mit nicht wissenschaftlicher Sprache versuchen zu erklären was diese Diagramme jeweils aussagen und was man daraus schließen kann?

LG
Marcel

[ALler]

Morjens,

ich sach mal, ich glaube das kann man nur richtig durchblicken, wenn man Mathmatiker wäre.

Für `ne Hausfrau reicht eigentlich als Erklärung: das Eintreffen von Signal/en anhand einer Zeitskala dargestellt.

Kann man für beides gellten lassen, für Sprung und Impuls.

Der feine Unterschied ist sonst auch bei Wikipedia beschrieben:

http://de.wikipedia.org/wiki/Impulsantwort

Grüße von
ALler

[markus7]

Hi,

ich bin seid einiger Zeit am Einlesen ins Messen und habe Probleme damit die im Internet zur verfügung stehenden Erklärungen zu verstehen. Sie sind mir einfach zu "kompliziert" erklärt, kurz gesagt ich raffe es einfach nicht

Kann mir jemand mit nicht wissenschaftlicher Sprache versuchen zu erklären was diese Diagramme jeweils aussagen und was man daraus schließen kann?

LG
Marcel

Die Online-Hilfe von REW ist ein guter Einstieg:
http://www.hometheatershack.com/room...tml/index.html

[Fosti]

Sprungantwort: Man misst ein interessierendes Ausgangssignal eines Systems als Reaktion auf ein sprungförmiges Eingangssignal.

Z.B.: Könnte man die Auslenkung der Membran als Reaktion auf einen Stromsprung an den Klemmen von 0 Ampere auf 1 Ampere messen.

Da uns aber weniger die Auslenkung als Funktion des Stromes interessiert, misst man bei einem Lautsprecher meist den Schalldruck als Reaktion auf einen Spannungssprung. Diesen zeitliche Zusammenhang zwischen Eingangsspannung und Ausgangsschalldruck kann man in den besser interpretierbaren Frequenzgang (meist aufgeteilt in Amplitude und Phase) mathematisch 1zu1 umwandeln. Je steiler der Spannungssprung ist, desto höher ist die obere Grenzfrequenz die man messen kann. Um bis 20 oder 30 kHz messen zu können, muss der Spannungssprung also gar nicht so steil sein, da haben es Nachrichtentechniker schon schwieriger, die bis in den GHz Bereich ihre Anlagen untersuchen möchten.

Impulsantantwort: Statt des Sprungs wird als Eingangssignal ein Impuls genommen. Die mathematische Operationen sind etwas anders, führen aber letztendlich auch auf z.B. den Frequenzgang. Ideale Impulse gibt es natürlich wieder nicht. Der Impuls muss nur kurz genug sein für eine gewünschte obere Grenzfrequenz. Selbst die Impulsform ist Wumpe (Rechteck, Dreieck, Alpenprofil). Einzig die Impuls-Zeit-Fläche muss bekannt sein (also das "Integral unter der Impulskurve").

[Frankynstone]

Okay, ganz unwissenschaftlich kann ich das auch nicht erzählen, aber vielleicht ausreichend prosaisch.

Sprungförmiges Signal wäre zum Beispiel das Anschließen einer Batterie an die Lautsprecherbox (Batterie bleibt auch dran, bis das Mikrofon wieder aus ist). Das macht also irgendwie "plopp", ein Geräusch, welches spezifisch für diese Box ist.

Dieser Spannungssprung am Eingang der Box enthält als Einzelereignis ein lückenloses Spektrum bestehend aus allen Frequenzen gleichzeitig. Indem die Box "plopp" macht, prägt sie diesem Ereignis ihre Eigenarten auf. Also wie formt die Frequenzweiche das Signal, wie hoch ist die Beschleunigung der einzelnen Membranen und wie lange schwingen sie aus.

Wenn man dieses nun ziemlich deformierte Ereignis einer Spektrumanalyse unterzieht, kann man den Frequenzgang der Box sehen, das geht rein rechnerisch am Computer, man kann aber auch die Kurvenform grafisch in ein Spektrum umwandeln oder immer wieder durch einen analogen Spektrumanalyzer jagen, der ein durchstimmbares Bandpassfilter enthält.

Das bekannteste Einzelereignis ist der Dirac-Impuls. Er enthält jede Frequenz gleich laut, spektrumanalysiert man ihn, erhält man ein weißes Rauschen. Der Dirac-Impuls ist unendlich kurz und unendlich hoch, seine Fläche hat den Wert 1. Unendlich gibt es nicht, deshalb nimmt man in der Praxis lieber Wumpe-förmige Impulse nach Fosti.

Weil ideale Sprünge (Spannung steigt steil an und bleibt) und Impulse (Spannung steigt steil an und fällt sofort wieder auf 0 ab) immer problematisch zu erzeugen sind, kommen aus Lautsprechermessprogrammen manchmal so komische Geräusche raus. Warum die wie gemacht werden, weiß ich auch nicht. Mein Wissen über Messtechnik endet beim Notwendigsten, was ich zum Diplom brauchte. Dann hat mich das nicht mehr beschäftigt.

[Ansch]

Eigentlich wurde schon alles geschrieben, trotzdem noch eine Version, die man sich vielleicht bildhaft vorstellen kann:

Stell Dir eine Feder und einen Dämpfer vor, an dem eine Masse hängt. Nun lenkst Du die Masse ganz kurz sehr stark aus und lässt ganz schnell los. Nun wird die Masse mehr oder weniger schnell wieder ihre Ausgangslage einnehmen. Der Weg der Masse über die Zeit wäre die Impulsantwort (wenn Du in der Lage bist unendlich weit und unendlich schnell anzuregen).
Die Sprungantwort wäre der Weg der Masse, wenn sie um einen konstanten Betrag sehr schnell ausgelenkt wird und die Auslenkung erhalten bleibt (ohne die Masse festzuhalten).

Auf beide Anregungsarten reagiert das System in einer Art und Weise, die typisch für das jeweilige System ist. Wie schnell es in die Ausgangslage zurückkehrt, wie oft und wie lange es dabei nachschwingt (oder ob es einfach in die Ausgangslage zurück "kriecht") hängt davon ab wie schwer die Masse, wie steif die Feder und wie stark die Dämpfung ist.

Die idealisierten Anregungsarten - unendlich schnell und stark für den Impuls oder unendlich schnell um einen konstanten Betrag (von 'Eins') für den Sprung - sind idealisierte Betrachtungen, um sich das Leben beim Rechnen leichter zu machen und existieren so in der Realität nicht. Entscheident ist, dass der Weg der Masse über der Zeit das System auf die bekannte Anregung vollständig beschreibt.

Nun kann man sich vorstellen, dass der Weg der Masse über der Zeit (im Zeitbereich) schwer interpretierbar ist, wenn ich wissen möchte, wie das System auf Anregungen in Form gleichbleibender Schwingungen reagiert. Diese Schwingungen können schnell oder langsam erfolgen - das kann über die Periodendauer, bzw. Frequenz beschrieben werden.

Für verschiedene Frequenzen wird unser Feder-Masse-Dämpfer System unterschiedlich reagieren: es gibt einen Bereich an Frequenzen, in dem der Anregung ohne Verzögerung eins zu eins gefolgt wird. Wird die Schwingung schneller, fängt das System an verzögert zu reagieren und sich evtl. aufzuschaukeln, bis irgendwann die Schwingungen so schnell sind, dass das System gar nicht mehr auslenkt (z.B. das Auto, das schnell über Bodenwellen rollt).

Dieses Verhalten für die verschiedenen Frequenzen kann man entweder für jede Frequenz messen, oder weil das kompliziert, langwierig und teuer ist, einfach aus Impuls- oder Sprungantwort berechnen. Das ist möglich, da beide idealisierten Anregungen alle Frequenzen enthalten. beim Sprung ist es einfacher vorstellbar. dadurch, dass er unendlich schnell erfolgt, sind zu hohen Frequenzen alle enthalten, dadurch, dass der konstant bleibt, ist die untere Anregungsfrequenz unendlich tief (im elektrischen wäre das Gleichstrom). Beim Impuls funktioniert das ähnlich. Für die obere Frequenz ist entscheident, dass undendlich schnell angeregt wird, für die untere, dass der Impuls undendlich groß ist.

Das ganz steht prinzipiell in den vorangegangenen Posts, bzw. findet sich (dann auch mathematisch korrekt) in unzähligen Fachbüchern. Und wenn man korrekt interpretieren möchte, sollte man sich auch mit den Grundlagen auch mathematisch zumindest etwas eingehender beschäftigen.

Achso ein Lautsprecher ist nichts anderes als ein Feder-Masse-Dämpfer.

VG, André

[Frankynstone]

Schön, auch mal die mechanische (genauer: dynamische) Variante zu lesen. In TM war ich Kreide holen, aber die meisten anderen Menschen können sich Mechanik besser vorstellen als Elektrik oder Akustik. Akustik ist ja nur Dynamik erweitert um Wellenausbreitung.

[Capelini]

Moin,

@ Frakynstone, Ansch und Fosti

ahchso, jetzt bin ich auf alle Fälle schonmal soweit das ich verstehe was am Eingang passiert und was zum Schluss auf den Diagrammen zu sehen ist.

Ich fasse nochmal kurz zusammen um sicher zu sein das ich es verstanden habe:

Sprung: Änderung der Spannung - Nix am Eingang auf z.B. 1,5V einer Batterie - und Aufzeichnung der Reaktion des "Systems" (Lautsprechers). Im Idealfall würde sich die gemessene Kurve genauso verhalten wie das Eingangssignal. Tut sie aber nicht da der Lautprecher der Kurve sienen Fingerabdruck mitgibt.

Impuls: Es wird ein sehr kurzer und sehr starker Impuls angelegt und die Reaktion gemesseen. Die Kurve sieht idealer Weise wieder so aus wie die des angelegten Signals. Tut sie aber auch hier wieder nicht da das "Feder-Masse-Dämpfer System" auch hier mit genau seinem Fingerabdruck im Spiel ist.

Das in beiden Signalen nun das ganze Frequenzspektrum enthalten ist nehme ich einfach mal so hin, es hat sich mir noch nict ganz erschlossen aber es reicht mir gerade das es so ist.

Was interpretiere ich nun aber wie? Ich hab mal Bild angehangen von REW.

Was sagt mir diese Impulsantwort nun aus? Steiler Anstieg ist schonmal gut. Aber wie ist der stetige Abfall zu bewerten? Also wie lange und wie stark darf nach dem Impuls noch etwas gemessen werden? Klar wenn nach 3 sek. noch immer 50% Pegel da sind stehe ich wohl in einer Tropfsteinhöle

[markus7]

Die von Dir angehaengte Grafik zeigt die Impulsantwort "log squared". Daraus laesst sich z.B. ablesen wie sich der Nachhall verhaelt oder wann und wie laut erste Reflexionen eintreffen (in die "Spitze" zoomen). Es ist auch zu sehen wann das Signal im Grundrauschens versinkt - wichtig um die zeitliche Gueltigkeit von Wasserfalldiagrammen zu bestimmen.
Die Impulsantwort hat aber aus anderem Grunde eine besondere Bedeutung: die in ihr enthaltenen Informationen lassen sich in andere Darstellungsformen umwandeln, z.B. Frequenzgang, Wasserfall, Spectrogram, etc.

[Frankynstone]

Wenn die Impulsantwort erst einmal in Leistungspegel (Logarithmus des Quadrates) umgewandelt ist, fehlt die Vorzeicheninformation und es ist nicht mehr möglich, alle anderen Darstellungsformen zu rekonstruieren. Eventuell kann man raten, jedes Minimum könnte ein Vorzeichenwechsel sein.

Pegel in dB (Dezibel, die Grundeinheit Bel wird selten benutzt) hat, wie Markus schon schrieb, einen logarithmischen Maßstab. Damit sich etwas doppelt so laut anhört, muss es (das hängt von der subjektiven Wahrnehmung ab) 6...10 dB lauter sein. Um einen Lautstärkeunterschied zu hören, braucht man (auch das ist von Mensch zu Mensch verschieden) 0,5...1 dB.

Oft benutzt man dB für Relativpegel (1dB mehr bedeutet 1,12fache Amplitude bzw. 1,26fache Leistung; 6dB mehr bedeutet doppelte Amplitude bzw. 4fache Leistung, 10dB mehr bedeutet 3,16fache Amplitude bzw. 10fache Leistung), also Pegelunterschiede. Wie du siehst, wandelt die Logarithmierung ein Produkt in eine Summe um, man kann leichter mit Pegeln rechnen und denken.

Es gibt aber auch Absolutpegel, die dann auf einen Bezugspegel normiert sind, z. B. die Hörschwelle hat man als 0dB festgelegt, findest alles dazu im Netz.

[Capelini]

Super, mit diesen Infos bin ich jetzt schonmal ne ganze Ecke weiter gekommen.

Danke an alle!

[ropf]

Das in beiden Signalen nun das ganze Frequenzspektrum enthalten ist nehme ich einfach mal so hin, es hat sich mir noch nict ganz erschlossen aber es reicht mir gerade das es so ist.

Dieser Spruch stammt aus der Überlegung des Herrn Fourier, dass sich jedes beliebige Signal durch Überlagerung sinusförmiger Schwingungen darstellen lässt.

Im Falle eines idealen Impulses brauchst du dazu alle möglichen, unendlich dicht beeinander liegenden Frequenzen - die seit dem Urknall bis in alle Ewigkeit vor sich hinschwingen - sich fast_überall vollständig auslöschen - ausser eben in dem einzigen, unendlich kurzen, Augengblich des Impulses.

Das ist eine abstrakte mathematische Spielerei - mehr physikalische Ensprechung hätte eine umständliche Formulierung wie "kann Schwingungen aller möglichen Frequenzen anregen" :-)

ropf

[Frankynstone]

Die umständliche Erklärung gefällt mir sehr gut.

Reales Beispiel: Ein sehr kurzer und sehr hoher Impuls geht vom Schlag des Klöppels in einer Glocke aus. Dadurch werden nebst der Grundfrequenz auch alle Oberwellen angeregt. Dirac --> BING! Schlüge man gleich stark nun mit einem filzumwickelten Klöppel an (der Impuls ist weniger hoch und dafür länger). Die Grundfrequenz wird etwa gleich stark angeregt, die Oberwellen sind durch die weniger scharfe Anregung leiser und sehr hohe Oberwellen gar nicht vorhanden. Sinushalbwelle --> BOMM!

Zurück zu Lautsprechern. Wenn man an einer Membran mit dem Finger anklopft, dann hört man bei Tieftönern stets die Resonanzfrequenz und eventuell auch Resonanzen in der Membran. Bei Hochtönern gelingt das nicht. Der vergleichsweise weiche und lange Aufprall des Fingers kann die Resonanzfrequenz des Hochtöners kaum oder nicht anregen.

[kmm]

Wenn man an einer Membran mit dem Finger anklopft, dann hört man bei Tieftönern stets die Resonanzfrequenz und eventuell auch

"und eventuell auch" ein 'Herein'.
Ne jetzt mal wirklich. Ich habe zwei schöne Visatonboxen. Die "Klopfprobe"
ergibt allerdings an beiden Boxen in Tonhöhe deutlich unterschiedliche Rückmeldungen.
Nicht so gut oder? Sollte man da mal nach der Lage des Dämpfungsmaterials schauen?
(man merkt gleich, daß diese Zeilen schneller geschrieben sind, als die Boxen
zur Begutachtung aufzuschrauben)

bis vielleicht
michael

[Frankynstone]

Ich hoffe mal nicht, dass das Dämpfungsmaterial an die Membranen stößt ansonsten sollte das halbwegs gleich klingen. Es macht übrigens einen großen Unterschied, ob der jeweilige Töner leer läuft oder an einem eingeschalteten Verstärker angeschlossen ist, welcher elektrisch die Resonanzfrequenz dämpft. Der Unterschied könnte auch noch von der Frequenzweiche herrühren.