Subtraktivweichen ??

[ropf]

Fosti - das ist ein echt kreativer Ansatz von Horbach/Keele - soweit hab ich natürlich nicht gedacht.

Mein Gedanke war einfach - ausgehend von einer Appolito-Anordnung mit 90°Phasenversatz zwischen den Chassi - dass ein leichtes Drehen der Phase Richtung 0° die Bündelung erhöht bzw. Richtung 180° sie verringert. Und dass die von fabi angesprochenen Phasendrehungen bei Subtraktiv-XOs mit etwas Glück und Geschick vielleicht gerade passen ...

fabi - eine LMS Optimierung liefert mir eine Lösung für einen speziellen Fall - aber nicht den allg. Zusammenhang. Hab inzwischen die Formeln für die GLZ von Filtern 1. und 2. Ordnung aufgestöbert. Und werd versuchen, sie mit den gefundenen Delays in Zusammenhang zu bringen.

[riwei]

Ein Neuling hier im Forum meint,

bevor vom Eingangs-Signal bei der Subtraktionsweiche das TT-Signal abgezogen wird, durchläuft das Eingangssignal einen Allpass, der bei allen Frequenzen die Verstärkung 1 hat und die gleichen Filterparameter besitzt wie der parallel dazu arbeitende Tiefpass. Ein Allpass ändert also nichts an der Amplitude des Signals, sondern er dreht nur die Phase und zwar, bei gleichen Filterkoeffizienten, exakt gleich, wie der Tiefpass parallel dazu. Die Aufsummierung im elektrischen Teil funktioniert.

Aber die Gruppenlaufzeitverzerrungen, die der TT-Zweig ab dem Trennfrequenzbereich nach oben akustisch unterdrückt und der HT-Zweig (Allpass) die Verzerrungen mit anderen Vorzeichen akustisch wahrnehmbarer abstrahlt, sind hörbar.

Gruß Richard

[ropf]

Hi rivei, ich kann keinen Vorteil erkennen, statt eines einfachen Delays die digitale Emulation eines analogen Allpassfilters einzusetzen.

[riwei]

Hallo ropf, richtig hat keine Vorteile wegen Gruppenlauzeitverzerrungen.
Wie sieht ein einfaches Delay aus? wo gibt es mehr Info, danke

Gruß Richard

[ropf]

Wie sieht ein einfaches Delay aus? wo gibt es mehr Info

Delay ist ein Grundelement jeglicher digitalen Signalverarbeitung, und dass die Subtraktivweiche auf einem DSP implementiert werden soll, steht weiter oben im Thread.

Willst du mich veräppeln?

[riwei]

@ropf, veräppeln, nein, habe den Thread vorher nicht gelesen, bin erst kurz im Forum unterwegs.

Gruß Richard

[Fosti]

Hier mal wieder was substanzielles zum Thema von Nils aka FoLLgoTT:
http://www.diy-hifi-forum.eu/forum/s...ad.php?t=11846

[ropf]

Wie immer sehr interessant, was FoLLgoTT da macht. Im Hier und Jetzt führt mich das aber zu weit vom Thema weg.

Ich hatte Schwierigkeiten mit dem Zusammenhang von Trennfrequenzen und Delay. Zuerst glaubte ich, es läge an den Butterworth-3-Tiefpässen, da deren Designfrequenz bei -3db liegt, die Trennfrequenz aber irgendwo bei -6db. Also umgestellt auf LR4-Tiefpässe, um diesen Faktor auszuschliessen ...

Das 1.Bild zeigt verschiedene Filterpaarungen, passend auf Delays zwischen 1 und 16 Samples, so genau wie mit 4 Nachkommastellen machbar. (Natürlich kann es egal sein, wenn bei -80db die Flanke etwas wegläuft) Die Grafik zeigt deutlich, dass digitale IIR-Filter sich nur so ähnlich wie Analogfilter verhalten, nicht genauso. Das liegt daran, das der "analoge Frequenzbereich" (0-unendlich) in den "digitalen Frequenzbereich" (0 - fs/2) quasi "eingesperrt" wird. Wie besonders an der roten Linie zu sehen, nehmen die Abweichungen zu hohen Frequenzen zu.

Das 2.Bild zeigt dasselbe nochmal gezoomt. Hoch-und Tiefpässe kreuzen sich nicht genau bei -6db, also ist ein (leichter) Phasenversatz zu erwarten. auch hier die Abweichungen bei hohen Frequenzen am grössten, vermutlich konvergiert das zu perfekten -6db zu tiefen Frequenzen hin.

Das 3. Bild zeigt Die Gruppenlaufzeiten der verwendeten Tiefpässe in Samples und damit die Frucht der Erkenntnis: die passenden Delays entsprechen genau der Gruppenlaufzeit der verwendeten Tiefpässe bei Null Hz - und nicht wie angenommen bei Trennfrequenz

Noch etwas. Bei um Faktor 2. gestaffelten Delays haben die passenden Trennfrequenzen etwa gleiche Abstände auf der log. Frequenzachse. Das heisst im Umkehrschluss, dass die "Delay-Auflösung" zu tiefen Frequenzen immer unkritischer wird. Man kann also ruhig nach Wunschtrennung designen, die GLZ ermitteln, das nächsten Delay in ganze Samples suchen, und dann die Trennung ein wenig tweaken

Hab diesmal auf konsistente Farben geachtet. Als nächstes kommen die Phasenbeziehungen zwischen den Chassis an die Reihe ...

Gruß ropf

[FoLLgoTT]

@ropf
Habe ich das richtig verstanden? Du möchtest eine linearphasige Summe, nimmst aber flache Flanken und nicht passende Phasengänge zwischen den Zweigen in Kauf?

Das halte ich für kein gutes Ziel. Die Phasenlage der Treiber untereinander ist essentiell für das Abstrahlverhalten. Sogar die Phasendrehungen der Treiber erzeugen schon deutliche Unterschiede, wenn man sie nicht gezielt entzerrt.

Es gibt doch auch analoge Subtraktionsweichen, die zwar insgesamt die Phase drehen (für jeden Trennung kommt etwas hinzu), aber dafür in den Übergangsbereichen in Deckung sind (Lipshitz/Vanderkooy). Bei so einem Lautsprecher kann man im Nachhinein sauber die Phase entzerren, wenn man es denn will. Das Abstrahlverhalten ist dann auch in Ordnung.

Ich trenne inzwischen nur noch mit FIR-Filtern, die ich mit rePhase generiere. Zuerst entzerre ich die Phase der Treiber über den Überlappungsbereich hinaus. Dann kann ich die linearphasigen Subtraktionsfilter anwenden und es passt automatisch perfekt.

Ich weiß, dass einige Fertig-DSPs zu wenige Taps unterstützen, daher bin ich auch auf einen Linux-PC gewechselt.
Aber sind die Nachteile, die du nur für eine lineare Phase in Kauf nimmst, es wirklich wert? Welchen Vorteil versprichst du dir davon?

[riwei]

Hallo Nils, sehr interessant die vorherige Phasen-Entzerrung der Treiber über den Überlappungsbereich hinaus.
Wie sieht die Minimalphase über den gesamten Frequenzbereich aus?

Gruß Richard

[FoLLgoTT]

Hallo Nils, sehr interessant die vorherige Phasen-Entzerrung der Treiber über den Überlappungsbereich hinaus.

Oft reicht schon eine minimalphasige Entzerrung des AMplitudengangs, um auch die Phase halbwegs hinzubiegen. Aber es bleibt oft eine Phasenverzerrung übrig, die man mit FIR direkt entzerren kann, ohne den Amplitudengang zu beeinflussen. Das klappt ziemlich gut.

Wie sieht die Minimalphase über den gesamten Frequenzbereich aus?

Praktisch konstant über den gesamten Frequenzbereich. Hier ein Beispiel von einem meiner Prototypen (3 Wege), bei dem ich mir beim Entzerren nur mäßig Mühe gegeben habe. Daher auch der Abfall obenrum. Es ging mir nur darum, das Abstrahlverhalten zu messen. Da ist der Gesamtamplitudengang nicht wichtig. Die Phasengänge der einzelnen Zweige untereinander dagegen schon.

[riwei]

@Nils, für einen 3-Wegerich, wahrscheinlich ein hervorragendes Abstrahlverhalten, einfach super

Gruß Richard

[ropf]

Hi FoLLgoTT,

den Einsatz eines freiprogrammierbaren DSPs gesetzt, geht es mir im Rahmen dieses Threads lediglich darum, die Möglichkeiten und Grenzen des Subtrakiv-Prinzips zu durchleuchten.

Im Unterschied zu Lipshitz/Vanderkooy möchte ich ein lediglich ein konstantes Delay einsetzen, statt den Phasenverlauf des Tiepasses durch Allpässe nachzubilden (soweit ich deren Konzept richtig verstanden hab). Im Vergleich zu Allpässen (mit all ihren Problemchen bez. Rauschen und Verzerrungen bei begrenzter Rechengenauigkeit) und anschliessender Phasenkorrektur per FIR-Filter schimmert dieser Ansatz geradezu vor einfacher Eleganz.

Flache Flanken bzw. breite Übergänge seh ich nicht als generellen Nachteil, zumindest nicht für Appolito-Anordnungen. Im Gegenteil - der Hornbach/Keele-Ansatz in Fostis Link setzt die Überlappungen sogar gezielt zur Manipulation des Abstrahlverhaltens ein. Und ausserdem - sind nahezu symmetrische 24db/Oktave zu wenig? (s. #23)

Bleiben die Phasenbezüge zwischen den Chassis - bin noch nicht dazu gekommen, die genauer zu betrachten. Sie hängen mit Sicherheit von Filterordnung und -güte des minmalphasigen Zweiges ab - und ich möchte gern wissen, wie sie konkret aussehen.

Bei all dem steht ein LS mit kleinem MT/HT-Koax zwischen zwei 17cm Tieftönern im Hintergrund, wo die befürchteten Nachteile vermutlich gar keine sind - einfach weil hier die Chassisabstände gegenüber den Wellenlängen bei Trennfrequenz klein sind.

Noch etwas zu DSP vs PC-gestützten Lösungen. Du kennst mit Sicherheit den Contest-Bericht zur "µ" im DIY-Hifi-Forum. Im Gegensatz zur dortigen Darstellung als Supergau finde ich solche Ereignisse jedoch absolut typisch. Ich benutze auch Linux mit brutefir - aber nur für experimentelle Zwecke. Eine für den Eigengebrauch schnell zusammengehackte Lösung versagt, sobald du sie einem Dritten (Eltern, Freundin ...) in die Hand drückst

Im Gegensatz dazu ein DSP - ein kaum checkkartengroßes Platinchen, bootend in weniger als 1/2s, einfach stur Sample für Sample den selben Algorithmus durchlaufend - im Idealfall samt Endstufen in der Box verschwindend und vergessen - und wenn man nach einem Jahr doch mal ran muss, über die Programmieroberfläche absolut selbsterklärend.

Das ist es, was ich möchte. Wenn es Phasenlinearität oder besonders gutes Abstrahlvehalten gratis dazu gibt - bzw. für ein wenig Hirnschmalz - natürlich gerne

[FoLLgoTT]

Im Unterschied zu Lipshitz/Vanderkooy möchte ich ein lediglich ein konstantes Delay einsetzen, statt den Phasenverlauf des Tiepasses durch Allpässe nachzubilden (soweit ich deren Konzept richtig verstanden hab). Im Vergleich zu Allpässen (mit all ihren Problemchen bez. Rauschen und Verzerrungen bei begrenzter Rechengenauigkeit) und anschliessender Phasenkorrektur per FIR-Filter schimmert dieser Ansatz geradezu vor einfacher Eleganz.

Ok, verstanden. Eine Verzögerung macht aber nicht dasselbe wie ein Allpass. So ganz verstehe ich noch nicht, wie das funktionieren soll. Und wirklich notwendig ist diese Aufsummierung von Phasendrehungen (nichts anderes macht ja diese Weiche) eigentlich nur bei Mehrwegern, bei denen nicht direkt benachbarte Zweige relativ nah beieinander liegen. Ansonsten reicht ja die Verzögerung, die man sowieso immer zur Anpassung der Schallentstehungsorte benutzt, aus. Wofür genau die Subtraktion?

Flache Flanken bzw. breite Übergänge seh ich nicht als generellen Nachteil, zumindest nicht für Appolito-Anordnungen. Im Gegenteil - der Hornbach/Keele-Ansatz in Fostis Link setzt die Überlappungen sogar gezielt zur Manipulation des Abstrahlverhaltens ein. Und ausserdem - sind nahezu symmetrische 24db/Oktave zu wenig? (s. #23)

Bei den flachen Filtern dachte ich an analoge Subtraktionsweichen. Da lag ich gedanklich etwas daneben. Du willst es ja digital machen.

Horbach-Keele habe ich selbst schon in 2D angewendet. Das klappt ziemlich gut. Allerdings besitzen diese Filter eine recht spezielle Form, die ohne FIR nicht machbar ist.

Noch etwas zu DSP vs PC-gestützten Lösungen. Du kennst mit Sicherheit den Contest-Bericht zur "µ" im DIY-Hifi-Forum. Im Gegensatz zur dortigen Darstellung als Supergau finde ich solche Ereignisse jedoch absolut typisch. Ich benutze auch Linux mit brutefir - aber nur für experimentelle Zwecke. Eine für den Eigengebrauch schnell zusammengehackte Lösung versagt, sobald du sie einem Dritten (Eltern, Freundin ...) in die Hand drückst

Ich hatte das überflogen. Ich weiß nicht, was da schiefgelaufen ist, kenne aber die grundsätzliche Problematik mit PCs natürlich auch.

Ich bin das Thema sehr strikt angegangen. Mein Ziel war eine Black Box, die nur ganz wenig macht, keine Eingabe und Monitor benötigt und extrem "entschlackt" ist. Dafür habe ich auch sehr viel Zeit investiert. Das Ergebnis ist aber extrem stabil und die Signalverarbeitung hochwertig (->Lautstärkeregelung in Double). Bisher gab es keinen einzigen Ausfall. Und außer dem Einschalter und der HID-Fernbedienung für die Lautstärkeregelung braucht man nichts. Man streamt einfach zu der Kiste, sie faltet das Signal und gibt es an die acht Kanäle aus.

Ich glaube, den Fehler, den viele machen, ist eine eierlegende Wollmilchsau erschaffen zu wollen. Das System ist dann überladen und sehr fehleranfällig. In der Industrie werden sehr oft zu Steuerungszwecken oder ähnliches abgespeckte PCs eingesetzt. Die laufen ja auch stabil 24/7. Man muss nur die Zeit investieren, so etwas für Audio aufzubauen.

Im Gegensatz dazu ein DSP - ein kaum checkkartengroßes Platinchen, bootend in weniger als 1/2s, einfach stur Sample für Sample den selben Algorithmus durchlaufend - im Idealfall samt Endstufen in der Box verschwindend und vergessen - und wenn man nach einem Jahr doch mal ran muss, über die Programmieroberfläche absolut selbsterklärend.

Das ist auf jeden Fall ein Argument für Fertig-DSPs. Qualitativ reicht mir halt die Filterlänge nicht. Ich hatte einen MiniSharc hier. An sich ist der in Ordnung, aber qualitativ hinter einer PC-Lösung (Anzahl Taps, Wandler usw.). Schade, dass die guten DSPs aus dem Profibereich alle so teuer sind (z.B. Four Audio).

Ich lese auf jeden Fall weiter interessiert mit.

[ropf]

Eine Verzögerung macht aber nicht dasselbe wie ein Allpass. So ganz verstehe ich noch nicht, wie das funktionieren soll. Und wirklich notwendig ist diese Aufsummierung von Phasendrehungen (nichts anderes macht ja diese Weiche) eigentlich nur bei Mehrwegern, bei denen nicht direkt benachbarte Zweige relativ nah beieinander liegen. Ansonsten reicht ja die Verzögerung, die man sowieso immer zur Anpassung der Schallentstehungsorte benutzt, aus. Wofür genau die Subtraktion?

Hmm - das scheint der Knackpunkt zu sein, der sich wie ein roter Faden auch durch die anderen Beiträge zieht. Ich versuch es mal schrittweise, mit "gängigen" Werten (Abtastrate, Trennfrequenz)

Ausgangspunkt soll eine Linkwitz/Riley-Weiche 4.Ordnung (24db/Oct.) sein, Trennung bei etwa 1KHz mit einer Abtastung von 48kHz. Laufzeitunterschiede durch unterschiedliche SEOs seien nicht vorhanden oder bereits kompensiert, dito jegliches nichtideale Verhalten der Chassi.

Die Gruppenlaufzeit für den Tiefpass liegt hier irgendwo zwischen 21 und 22 Samples. Damit sie später auf ganze 21 Samples passt, "tweaken" wir die Trennung auf 1027,4Hz.

Zuerst die allseits bekannten Diagramme - Amplitude, Phase, Gruppenlaufzeit:


Die LR4 gehört zu den Konstantspannungs-/Allpass-Weichen. Konstantspannung bedeutet, dass die Schalldrücke der beiden Zweige sich zu einer perfekten Gerade addieren (was für die Schalleistungen NICHT zutrifft). Allpass meint in diesem Zusammenhang eine starre Kopplung der Phasen - hier mit konstanten 360° Differenz. Das ist uA. ein Grund, warum diese Weichen so beliebt sind ... anderseits kommt der TT gegenüber dem HT immer um genau eine Periode zu spät.

Nun könnte ein Tüftler auf die Idee kommen das auszugleichen, indem er den HT verzögert:

Für den Amplitudengang klappt das tatsächlich (einigermaßen). Die Phasen von HT und TT laufen auseinander (ein Unwrap bringt hier keinen Informationsgewinn). Die Gruppenlaufzeit der Summe liegt an den Enden aug gleichem Niveau, mit einem markanten S-Schlenker im Übergangsbereich.

Die nicht perfekte Summe ist warscheinlich auf den hier nicht ganz passende "Tweak" zurückzuführen. Unterm Strich gewinnt man nix - im Gegenteil, man gibt nur die Allpasseigenschaft auf.

Weiter im nächsten Post.