Filteroptimierung BoxSim 2.0

[mechanic]

Der Thread Teilaktivierung LaBelle hat für mich da was interessantes im Funktionsumfang des neuen BoxSim aufgezeigt. Die (Aktiv-) Filteroptimierung dröselt sich da z.B. bei HP / TP 4. Ordnung aus zweimal 2. Ordnung Charakteristika zusammen, die komplett von der "reinen Lehre" abweichen und das nicht nur bei der jeweiligen Güte, sondern auch bei den Einsatzfrequenzen der Trennung.

Für die Auslegung von analogen und DSP-Filtern wäre das eine geniale Hilfe, weil auf die Kombinationen kommt man sonst nicht so schnell. Oder gibt es da, abgesehen vom nicht optimalen Impulsverhalten der Filterstufen bei hohen Güten einen Haken ?

[walwal]

Ich kann das nicht nachvollziehen, aber bin auch nicht der Filterexperte.

Bei dem DSP-Modul der HifiAk. wird das auch so gemacht, ein LR4 aus 2 x BW2 gebildet. Beide Kurven , also Boxsim und DSP sind identisch.

[mechanic]

Richtig, LR4 ist LR4, egal wo ! Offensichtlich kann man aber mit dem Haken bei "diesen Filter optimieren" zumindest bei den "allgemeinen" Hoch- und Tiefpässen 2. Ordnung eine Optimierung hinsichtlich Frequenzgang im Übernahmebereich vornehmen (wenn ich das richtig interpretiere). Es entstehen dann völlig neue Charakteristika, jenseits der normierten Butterworth, Bessel Tschebyscheff etc.

Oder anders ausgedrückt: Ein optimierter TP 4. Ordnung setzt sich beispielsweise zusammen aus einem (tendenziell ähnlichen) Butterworth-TP 2. Ordnung mit f0=250 Hz und einem (tendenziell ähnlichen) Tschebyscheff-TP 2. Ordnung mit f0=530 Hz.

P.S. Schau dir den elektrischen Frequenzgang in BoxSim dazu an - der ist sehr interessant und übernimmt ggf. die Funktion einer Handvoll PEQ´s !

[UweG]

Es sollte da keinen Haken geben. Die Wahl der Filter hat jedoch Einfluss darauf, was der Optimierer optimieren kann.

Beispiel:
Die drei Varianten
A: LR4-Tiefpass bei 500Hz
B: Zwei BW2-Tiefpäse bei 500Hz
C: Zwei Tiefpässe zweiter Ordnung mit fc=500Hz und Q=0,70171068
bewirken exakt das gleiche, nämlich ein Linkwitz-Riley-Tiefpass bei 500Hz.

Der Optimierer hat jedoch unterschiedliche Möglichkeiten.
A: Hier kann er nur die Eckfrequenz verschieben. Das Filter bleibt ein LR4.
B: Es bleiben zwei BW2-Tiefpässe, die Eckfrequenzen kann der Optimierer aber unabhängig voneinander verschieben.
C: Hier kann jedes beliebige Filter 4. Ordnung daraus optimiert werden.

[walwal]

Danke Uwe, klar wie immer.

HiFiAkademie schreibt dazu:
Bessel, Butterworth und Co

Oft wird in Verbindung mit Filtern von Bessel, Butterworth, Tschebyscheff oder sonstigen gesprochen. Hinter all diesen Namen verbergen sich gewisse mathematische Optimierungsversuche und -richtungen bei den Filtern.

Butterworth optimiert auf einen möglichst lang anhaltenden linearen Pegel-Frequenzgang ohne Überschwinger im Übertragungsbereich, der Phasengang spielt dabei eine untergeordnete Rolle.
Bessel optimiert die Filterkoeffizienten auf einen möglichst linearen Phasengang um zu einer möglichst konstanten Gruppenlaufzeit zu gelangen, Abweichungen im Pegelverlauf werden dabei toleriert.
Tschebyscheff lässt auch definierbare Welligkeiten im Übertragungsbereich zu, ermöglicht aber die größten Flankensteilheiten im Knickbereich.

Und was hat man bei der Anwendung auf Lautsprecher davon?
Nichts - solange man die inneren Kennwerte der Treiber nicht mitberücksichtigt!
Und auch dann hilft es für Filterzwecke nicht wirklich. Bei Bessel und Co. geht man von einer Trennfrequenz bei -3dB aus, bei Lautsprechern muss man aber wegen der geänderten Strahlungsimpedanz die Trennung bei -6dB ansetzen. Ein Verschieben der Trennfrequenzen verändert dann aber wieder die Phasenverhältnisse im Übergangsbereich und verhindert eine saubere Addition.
Wenn man sich bei Filtern für Lautsprecher schon auf irgendwelche Mathematiker beziehen will, dann eher auf Linkwitz-Riley. Diese Filter gehen von einer Trennung bei -6dB aus, Tief- und Hochpass addieren sich perfekt. Naja, wenn die Treiber keine Pegel- und/oder Phasenfehler hätten. Dann jedoch müsste man sich aber eigentlich auch (noch) nicht abtrennen.

Niemand (naja, eventuell gewisse Versandhäuser) baut eine passive Universalweiche nach obigen Namen und erwartet, dass dies dann im Lautsprecher besonders gut klingen würde.
Dazu sind die Übertragungseigenschaften der Treiber viel zu unterschiedlich. Nur wenn man das auch in der Weiche berücksichtigt, kommt man zu einem guten Ergebnis. Das ist bei aktiven (egal ob analogen oder digitalen) Weichen nicht anders. Eine für sich genommen "ideale Weiche", die aber ebenso ideale Treiber voraussetzt, ist wenig hilfreich zur Lösung realer Aufgaben.

Was also bei irgendwelchen Filtern wirklich benötigt wird, ist die freie Einstellbarkeit von Trennfrequenz und Güte in allen Zweigen. Selbstverständlich kann man damit auch die obigen Filterausrichtungen einstellen - aber man kann eben auch jeden Zwischenwert erreichen.

Theoretisch könnte man natürlich den einzelnen Lautsprecher zunächst mal in einer angepassten Kompensation bezüglich Frequenz- und Phasengang linearisieren. Danach könnte man dann mehrere dieser idealisierten Wege mit einer Weiche nach obiger Ausrichtung zusammenschalten. Einfacher ist es aber, die Parameter der Treiber in der Weiche zu berücksichtigen und so zu einem stimmigen Ergebnis zu kommen.

[UweG]

Schöner hätte ich es nicht formulieren können.
Stimme 100% zu.

[mechanic]

Es sollte da keinen Haken geben. Die Wahl der Filter hat jedoch Einfluss darauf, was der Optimierer optimieren kann.

Beispiel:
Die drei Varianten
A: LR4-Tiefpass bei 500Hz
B: Zwei BW2-Tiefpäse bei 500Hz
C: Zwei Tiefpässe zweiter Ordnung mit fc=500Hz und Q=0,70171068
bewirken exakt das gleiche, nämlich ein Linkwitz-Riley-Tiefpass bei 500Hz.

Der Optimierer hat jedoch unterschiedliche Möglichkeiten.
A: Hier kann er nur die Eckfrequenz verschieben. Das Filter bleibt ein LR4.
B: Es bleiben zwei BW2-Tiefpässe, die Eckfrequenzen kann der Optimierer aber unabhängig voneinander verschieben.
C: Hier kann jedes beliebige Filter 4. Ordnung daraus optimiert werden.

Alles klar - Zielgröße ist dann immer ein (möglichst) linearer Frequenzgang auf Achse ?

Die "allgemeinen Filter" 1. und 2. Ordnung haben damit die größte Leistungsfähigkeit Unlinearitäten im Übergangsbereich zu kompensieren. Wenn z.B. ein Subwooferchassis mit hoher Schwingspulen-Induktivität im Oberbass abfällt, würde der Optimierer versuchen, dies mit höherer Güte und/oder höherer Trennung beim Tiefpass auszugleichen. Analog bei einem bereits etwas über der Trennfrequenz abfallender Mitteltöner.

Das heißt aber auch für Rainer´s Simulation, dass der Tiefpass, der von dem Linkwitz-Filter (Anhebung Tiefbass) nichts weiss, den ansteigenden Basspegel ab 240Hz absenkt und damit am anderen Ende quasi gegenläufig linearisiert.

Dieser Optimierer ist ein sehr mächtiges Tool für kreative DSP-Programmierung, weil auf diese Parameterkombinationen sonst kein Mensch kommt. Ich kenne da nichts vergleichbares .

[Rainer_G]

………….Das heißt aber auch für Rainer´s Simulation, dass der Tiefpass, der von dem Linkwitz-Filter (Anhebung Tiefbass) nichts weiss, den ansteigenden Basspegel ab 240Hz absenkt und damit am anderen Ende quasi gegenläufig linearisiert……

Die Veränderung des Frequenzganges im Bassbereich durch das Einfügen des Linkwitz-Filters (Anhebung des Tiefbass) ist aber in der DSP-Software des HiFiAkademie-Amps erkennbar und kann durch Änderung der DSP-Parameter angepasst werden.

Ansonsten gab es hier interessante Erkenntnisse !

[walwal]

Bestes DSP von Welt du haben....

[Rainer_G]

Bestes DSP von Welt du haben....

Wie du

[walwal]

[UweG]

Zielgröße ist dann immer ein (möglichst) linearer Frequenzgang auf Achse ?

Nein, im Bass gibt es ein Ideal das einer geschlossenen Box mit Q=0,6 und einer sehr tiefen Resonanzfrequenz entspricht.

[Fraggle]

Nein, im Bass gibt es ein Ideal das einer geschlossenen Box mit Q=0,6 und einer sehr tiefen Resonanzfrequenz entspricht.

Danke für die Aufklärung.
Mir war schon aufgefallen, daß er im Bass immer ein gewisses Hochpaßverhalten anstrebt, wenn man ihm dort aktive Filter zum Optimieren gibt.
Ist die Zielkurve denn immer gleich, oder hängt sie vom simulierten Lautsprecher ab?