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  4. Selbstbau und Reparatur Lautsprecher und Boxen

ARGE Dynamisch entzerrtes Aktivsystem

  • tufkasr
  • 12. Februar 2008 um 08:29
  • tufkasr
    Beiträge
    310
    • 12. Februar 2008 um 08:29
    • #1

    Moin zusammen,

    dem aufmerksamen Leser ist sicher nicht entgangen, dass in 90% der Diskussionen Einigkeit (oder stillschweigendes Einvernehmen) darueber herrscht, dass Frequenzgangmessungen zum Zweck der Abstimmungen von Filtern unter Verwendung einer Eingangsleistung von 1W an 8Ohm vorgenommen werden. Das hat alles seine Richtigkeit, doch leider ist diese Eingangsleistung (und die daraus resultierende Schwingspulentemperatur) wenig repraesentativ fuer den angestrebten Einsatz der Systeme. Wie allen bekannt, sorgt die Erwaermung der Schwingspulen leistungsabhaengig zu Fehlabstimmungen der Gehaeuse und Filter. Das oft beschriebene Resultat lautet dann: was sich geil misst, muss nicht geil klingen. Eine objektive Beurteilung basierend auf Messungen unter erhoehter Schwingspulentemperatur sucht man in den meisten Faellen vergebens.

    Der Anstieg der Schwingspulentemperatur fuehrt (neben anderen) zu den folgenden Phaenomenen:
    - Erhoehung der Resonanzguete
    - Senkung des Wirkungsgrades (auch: Powerkompression)

    Fuer einen enzelnen Treiber bedeutet dies unter anderem:
    - Fehlabstimmung des Gehauses und Veraenderung des Ausschwingverhaltens
    - Anstieg der Membranauslenkung
    - Abfall des maximalen Schalldruckpegels
    - Fehlabstimmung der akustischen Uebertragungsfunktion

    Das Zusammenspiel zweier Treiber bleibt auch nicht unberuehrt:
    - Schalldruckpegelunterschiede zwischen Hoch- und Tiefpass
    - Veraenderung des Uebertragungsfrequenzgang
    - Veraenderung des zeitlichen Alignments

    Betroffen vom Absinken des Wirkungsgrades sind nicht nur Tieftonsysteme, sondern alle dynamischen Schallwandler. Die Erhoehung der Resonanzguete ist immer dann zu beruecksichtigen, wenn die Eckfrequenz eines akustischen Hochpasses nahe der Resonanzstelle liegt. Betrachtet man weit verbreitete Dreiwegsysteme, trifft dies fuer jeden einzelnen Weg zu.

    Digitale Controller stellen mit dem dynamischen Equalizer ein Werkzeug zur Verfuegung, mittels dem sich diese Effekte, wenn auch nicht vollstaendig beseitigen, so doch ueber einen relevanten Leistungsbereich hinweg maskieren lassen. Die Erhoehung der Resonanzguete laesst sich fuer geschlossene Systeme diskret, und fuer Resonatorsysteme iterativ mit einem dynamischen Glockenfilter ausgleichen. Das Absinken des Wirkungsgrades kann durch ein dynamisches Kuhschwanzfilter kompensiert werden. Zur Abstimmung eines solchen Systems sind neben den ueblichen Kleinsignalmessungen auch Untersuchungen zur Temperaturabhaengigkeit des Wirkungsgrades und der Einbauguete erforderlich.

    Ich moechte an dieser Stelle eine Diskussion und praktische Versuche anregen. Ist es technisch und wirtschaftlich sinnvoll, aktive Systeme dynamisch zu entzerren? Welche Messungen sind unter welchen Bedingungen durchzufuehren, um die Abstimmung der Filter zu ermoeglichen? Wie ist die Begrenzung der Signalspannung zu dimensionieren, um eine Ueberlastung des Treibers zu verhindern? Sind qualitative Unterschiede zwischen herkoemmlicher aktiver Ansteuerung und der dynamisch entzerrten Variante feststellbar?

    Etwas Schwaermerisches zum Schluss: Ich sehe eine Dokumentation, welche die Abstimmung und Entzerrung eines weitverbreiteten Bauvorschlages (z.B. PS12 / LMT121 nach aw-audio / Jobsti84) beschreibt...

  • ukw
    Verifiziert
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    6
    Beiträge
    1.566
    • 12. Februar 2008 um 11:59
    • #2
    Zitat von "svenr"

    Moin zusammen,

    dem aufmerksamen Leser ist sicher nicht entgangen, dass in 90% der Diskussionen Einigkeit (oder stillschweigendes Einvernehmen) darueber herrscht, dass Frequenzgangmessungen zum Zweck der Abstimmungen von Filtern unter Verwendung einer Eingangsleistung von 1W an 8Ohm vorgenommen werden.

    Das sehe ich anders. Wer einen Funken Verstand besitzt, weiß um die Unterschiede zwischen Klein- bzw Großsignalverhalten Bescheid.
    Normalerweise habe ich Setups zu unterschiedlichen Betriebssituationen im Controller.

    - die Sandart Lösung, bei der das System etwa 6-dB unter Vollast betrieben wird.
    - das Vollgassetup welches neben dem Schutz der Chassis auch maximale Lautstärke bei vertretbarer Soundquali und vertretbarem Verschleiß ermöglicht.
    - das Kleinsignal Setup. welches unter klanglichen Gesichtspunkten optimal ist, aber den Max SPL der Treiber nicht ausnutzen kann, weil die Chassis sonst mechanisch gefährdet sind.

    Da ein Hochtonhorn in einer 12/1 Box einen bedeutend höheren Wirkungsgrad hat und deshalb bei gleicher Lautstärke viel weniger belastet ist als ein Tieftöner, wird sich der Klang bei Großsignalverhalten dahingehend ändern, das die Hochtöner zu laut sind. Das stellt man ein und gut ist.

    Grundsätzlich ist Deine Idee nicht verkehrt, aber ich glaube die angesprochenen "Banalitäten" bedürfen im PA Forum keiner großen Diskussion. :wink:

    ... for a few dB's more . . .

    Merkel's Kommentar zu Finanzminister Schäuble und den 100.000,- DM

  • unknown_artist
    Beiträge
    2.849
    • 12. Februar 2008 um 12:27
    • #3

    Ich finde es nicht banal. zunehmendem R in einer Passivweiche ändert sich das Verhalten eines Schwingkreises nicht unwesentlich...
    Vielleicht auch der Grund warum ich aktiv trenne (für die Passiv-Basteleien sann ich zu doof)...

    Für eventuell enthaltene Ironie übernimmt der Verfasser dieses Beitrags keine Haftung

  • F.A.Bi.A.N.
    Verifiziert
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    130
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    5.286
    • 12. Februar 2008 um 15:09
    • #4

    hallo,

    ich habe in diese richtung ebenfalls versucht, erkenntnisse durch anwärmen/messen zu erlangen.
    ganz brutal zusammengefasst: selbst ein kompressionstreiber (mit dem erwähnten, sehr hohen wirkungsgrad) ändert im zusammenspiel mit einer passivweiche seinen f-gang KAUM, wenn er kurz davor steht, durchzubrennen (bzw. es dann schlußendlich auch tat). bisweilen sind bei sehr hohen pegel im bereich >12..15khz ein paar db weniger schalldruck zu messen, das war´s dann aber auch.
    ähnliches gilt für das beispiel eines 12"-tiefmitteltöners; dort war die kühlkörperverkleidung des neodym-antriebes wirklich sehr (!) heiß, eine änderung der übertragungsfunktion mit der passiven weiche - fehlanzeige.

    bitte nicht falsch verstehen;
    ich bin mir sicher, dass man die beschriebenen kompressionseffekte nachweisen kann, nur scheinbar sind die auswirkungen tatsächlich viel kleiner, als manchmal angenommen - was den nachweis erschweren dürfte.

  • MikeMcFluke
    Beiträge
    1.285
    • 12. Februar 2008 um 16:27
    • #5

    Da kann ich Fabian nur zustimmen. Auch mir ist bisher kein Messverfahren bekannt, mit dem diese "vermuteten" Veränderungen erfaßt werden können. Wie könnte eine Messmethode aussehen?
    Außerdem könnte ich mir vorstellen, dass die Hörkurve des Menschen einen größeren Einfluß auf das subjektive Großsignalverhalten einer Box hat, als die Erwärmung der Chassis. Ein weiterer Punkt sind die Nichtlinearitäten der Chassis selbst: Einspannung, Membran usw...

    Eine andere Eigenschaft kann im Gegensatz zum Frequenzgang sehr gut nachgemessen werden: Einfluß der Temperatur auf die TSP eines Konuslautsprechers.
    Die Methode hier: niederfrequentes Sinussignal, annähernd maximale Amplitude der Membran, freeair. Messung der TSP vor und nach "Einwobbeln" bzw. "Aufwärmen".

    Aber wie gehts beim Frequenzgang bzw. dem Übertragungsverhalten mit passivem Filter?

    MIKE

    Laut statt hell...

  • bernd häusler
    Beiträge
    833
    • 12. Februar 2008 um 19:43
    • #6

    Moin,

    Zitat von "F.A.Bi.A.N."

    ganz brutal zusammengefasst: selbst ein kompressionstreiber (mit dem erwähnten, sehr hohen wirkungsgrad) ändert im zusammenspiel mit einer passivweiche seinen f-gang KAUM, wenn er kurz davor steht, durchzubrennen (bzw. es dann schlußendlich auch tat).

    genau das ist der wesentliche Punkt.

    Zitat von "vor einiger Zeit... Bernd Häusler"

    Moin,

    bis 8dB, Dirk, wie soll das gehen? Rechne die Temperatur aus.
    bevor mögliche 3dB thermisch stattfinden passieren andere Dinge...

    Was ihr hört ist nicht thermische Powercompression.

    DC-Displacement gibts auch bei HT-Treibern :D , wenn sich die Schwingeinheit vom Phaseplug wegbewegt gibts eine größere Vorkammer, das bandpasst kräftig ;) . Zum Plug hin hat auch Folgen, jeder Treiber hat seine Richtung...
    Die Zusammenhänge zwischen DC-Displacement, tiefer Treiberreso, und Tieftrennwahn mit Quarter-Wave-Optimierung im Pisaland... ...hoffnungslos...
    Wer nichtmal seinen Pappen zuschaut kommt natürlich nicht drauf.

    Gruß


    PS schlecht designte Weichen... Gleichmäßig hoher Dämpfungsfaktor geht passiv garnicht. Durch DC-Displacement verschobene Nullage, da bekommen Phasenwinkel eine ganz neue "Richtung", und passive Filter ungeahnte Wirkung.

    PPS dynamische Controller-EQs? , Pest oder Cholera?

    Alles anzeigen
    Zitat von "MikeMcFluke"

    Da kann ich Fabian nur zustimmen. Auch mir ist bisher kein Messverfahren bekannt, mit dem diese "vermuteten" Veränderungen erfaßt werden können. Wie könnte eine Messmethode aussehen?

    Die Veränderungen im Klang sind ja wahrnehmbar, man müsste mit einem Zweitonsignal messen...

    Gruß

    ----------------------------[---[--[-[IIIIIII]---------

    ich bezahle nicht fürs hinhören, ich baue Beschallungsanlagen

    Das SD12 Fliegetop ist bei gleicher Endstufe um durchgehend 3 dB lauter
    als "vorbekannte" 12"/1" Bauweisen.

    Der Bass CB18S ist der Beste

    Einmal editiert, zuletzt von bernd häusler (12. Februar 2008 um 19:47)

  • SRAM
    Profi
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    6
    Beiträge
    5.548
    • 12. Februar 2008 um 19:44
    • #7

    Wenn man schon den Aufwand treiben will würde ich als Grundlage erstmal den Quotienten aus einer als "Normallautstärke" empfundenen Kurve aus dieser Kurvenschar durch die gegenwärtig am System anliegende Lautstärkekurve einprogrammieren. Dadurch wird bei jeder Lautstärke, die man dann einstellt, auf einen als "richtig" erkannten Fall (den der Auslegungslautstärke) entzerrt.

    Man wird festtellen, daß gegenüber dieser Korrektur die maximal 2 dB zwischen HT und Woofer bei der PC zu vernachlässigen sind.....

    Gruß SRAM

    I watched a snail crawl along the edge of a straight razor. That's my
    dream. That's my nightmare. Crawling, slithering, along the edge of a
    straight razor, and surviving.

  • bernd häusler
    Beiträge
    833
    • 12. Februar 2008 um 19:55
    • #8

    Moin,

    @ SRAM: richtig, wobei man auch sagen könnte, daß die schalldruckbedingte Veränderung der Hörkurve zwischen 800Hz und 15kHz genauso zu vernachlässigen ist. Es ist schon der Lautsprecher, der deutlich wahrnehmbar seinen "Klang" ändert.

    Gruß

    ----------------------------[---[--[-[IIIIIII]---------

    ich bezahle nicht fürs hinhören, ich baue Beschallungsanlagen

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    als "vorbekannte" 12"/1" Bauweisen.

    Der Bass CB18S ist der Beste

  • MikeMcFluke
    Beiträge
    1.285
    • 12. Februar 2008 um 20:35
    • #9

    Wenn nun also der LS seinen Klang verändert, welche Methode ist zulässig und zielführend, um diese Veränderung zu erfassen?

    MIKE

    P.S.: SRAMs Idee ist m.M.n. der richtige Weg. Jede Box hat eine bestimmte Lautstärke, bei der sie am besten klingt...

    Laut statt hell...

  • Volker Holtmeyer
    Profi
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    13
    • 12. Februar 2008 um 22:38
    • #10

    Mit einer gewöhnlichen 2-Kanal-FFT wie bei Smaart o.ä. sollte das möglich sein.

    http://www.volkerholtmeyer.de/

  • metallicer
    Profi
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    28
    • 13. Februar 2008 um 09:37
    • #11

    Wenn wir schonmal dabei sind, kann man sowas überhaupt ohne zu messen Objektiv beurteilen?

    Ich habe die Erfahrung gemacht, dass Lautsprecher allgemein ihren Klang bei verschiedenen Lautstärken drastisch ändern, gehe aber äußerst stark davon aus, dass dies nicht an der Schwingspulentemp. liegt.

    So gilt glaub ich auch in nem gewissen Rahmen die faustformel: "Laut klingt besser" (haben blindtests ergeben) ich gehe jedoch weiter davon aus dass dies mit unterschieden von max. 3-6 db getestet wurde.

    Und noch einer: der Loudnesseffekt, würde dieser beim reinen Probehören nicht auch das "Hörergebnis" verfälschen?

    Ein mögliches Messverfahren: eine Spule erwärmen und einmal bei norm. temp oder gar gekühlt.

    So und noch ein bischen was Quantitatives: Widerstandbei veränderter Temp. (bezieht sich auf Kupfer, die 80°C sind frei gewählt, keine ahnung wie warm das werden kann / darf):

    R(20°C) = 4 Ohm
    a = 3,9 * 10-³K
    deltaT = 60°C

    R(180°C) = R(20°C) * (1 + a * deltaT) = 4 Ohm * (1 + 3,9* 10-³ K* 60°C) = 4,936 Ohm

    Das entspricht einer Änderung von 23,4 %.

    In wieweit sich sowas bemerkbar macht kann ich zumindes schlecht abschätzen. Ebenso wie sich Größen wie Induktivität der Spule mit der Temp ändern, oder Kapazität des Kondensators.

    mfG Johannes

  • tufkasr
    Beiträge
    310
    • 13. Februar 2008 um 09:46
    • #12

    @ ukw

    Du hast voellig recht. Denoch sehe ich die Sachlage, obwohl physikalisch banal, nicht als Banalitaet des Alltags. Wie korrigierst du die Ueberhoehung des Hochtoeners im Maximal- oder -6dB-Setup? Annaehernd jedes kaeufliche System bedarf der Nachbearbeitung und Erstellung von unterschiedlichen Setups - das nervt und kostet Geld, welches man annimmt, bereits gezahlt zu haben.

    @ Fabian

    Entscheidend ist die Messung des Schalldruckpegels ueber dem Eingangspegel. Der lineare Zusammenhang weist eine Steigung kleiner 1 auf, die genaue Groesse laesst sich schwer vorhersagen, da die thermischen Eigenschaften des Einbauzustandes kaum zu erfassen sind. Die relative Uebertragungsfunktion wird sich nur geringfuegig aendern. Deutliche Auswirkungen zeigen sich nur, wenn nahe der Resonanzstelle gefiltert wird.

    @ Leser

    Warum nicht einen Kleinversuch mit einem Einzeltreiber und einer Passivbox, um die Auswirkungen grob zu erfassen:
    - Messreihe basierend auf dem RMS-Eingangspegel des Treibers, beginnend bei 2.83V in 4 Stufen bis auf 75% der Dauerleistung
    - Praekonditionierung fuer 5 min (bandgefiltertes rosa Rauschen) je Spannungsstufe
    - FFT mit rosa MLS als Anregungssignal

    Die Messwerte des Einzeltreibers dann in eine Tabelle uebertragen, Eingangsspannung und Schalldruckpegel gemittelt ueber 1/3 Oktave bei der Bandmittenfrequenz. Dann die lineare Funktion zeichnen und den Anstieg berechnen. Die normierte Abweichung jeder Messung laesst sich auch recht einfach errechnen. Wenn jemand die Messung macht, erledige ich die Auswertung.

    @ SRAM

    Das Problem ist die Definition der Normallautheit unterschiedlicher Schallereignisse, um zur Berechnung der Differenzfunktionen eine Normallautheitskurve zu ermitteln. Ich habe vor einiger Zeit versucht, Systeme fuer Sprachuebertragung entsprechend der Lautheitswahrnehmung zu entzerren. Doch welcher Schalldruckpegel (im Falle der Lautheit: mittlere Schalldruckpegel bei 1kHz) eines Redners wird als Normal angenommen? In welchem Abstand hoeren wir normalerweise eine Stimme: 0.2m Mikroabstand, 1m Diskussionsabstand oder 3m Redeabstand? Mit welcher Lautheit nimmt man andere, komplexere Quellen normalerweise wahr? Die Antwort wird kompliziert bei Choeren und kleinen Ensembles; fuer Bands oder Konserve bleibe ich ratlos. Wie laut ist die normale Band? Und wie klingt die normale Band? Ich hege Zweifel hinsichtlich der Relevanz der Veraenderung des Lautheitsempfinden bei der Reproduktion von Signalen, da bei zunehmender Entfremdung eines Schallereignisses von natuerlichen Referenzen kein "Normal" mehr definiert werden kann (ausser dem Schalldruckpegel im Regieraum).

    Die Diskussion ist aber brennend interessant; wenn Interesse daran besteht, kann ich ein kleines Arbeitsblatt mit sinnfreiem Geschwurbel irgendwo ablegen, um die Sache gemeinsam ein wenig naeher beleuchten zu koennen (aber auch hier sind extensive Versuche erforderlich, schon zur Ermittlung der mittleren Lautheit verschiedener Quellen).

    @ Bernd Haeusler

    Wie bereits an anderer Stelle gesagt, ohne die verschiedenen Auswirkungen mit bodenstaendigen Mitteln zu erfassen und ihren jeweiligen Einfluss miteinander zu vergleichen, kommt man nicht weiter. Vielleicht gelingt aber der indirekte Beweis...

    @ Metallicer

    +23.4% Schwingspulenwiderstand heisst 19% weniger Leistung heisst -0.9dBSPL. Realistischer waere schon 150 Grad, dass sind +55% Re oder -1.9dBSPL. Diesen Mitteltoener im Verhaeltnis zu einem wirkungsgradstarken Hochtoener - genau wie von ukw beschrieben.

  • Ansch
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    392
    • 13. Februar 2008 um 20:43
    • #13

    Lautstärkeunterschiede aufgrund unterschiedlicher Dynamikkompression sind das eine.
    Ich denke, dass für den unterschiedlichen Klangeindruck v.a. auch das unterschiedliche Klirrverhalten maßgeblich ist. HT und TMT also ihre Klirrkomponenten nicht in gleichem Maße unter Last verändern.

  • bernd häusler
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    833
    • 15. Februar 2008 um 06:10
    • #14

    Moin,

    Zitat von "Ansch"

    Lautstärkeunterschiede aufgrund unterschiedlicher Dynamikkompression sind das eine.
    Ich denke, dass für den unterschiedlichen Klangeindruck v.a. auch das unterschiedliche Klirrverhalten maßgeblich ist. HT und TMT also ihre Klirrkomponenten nicht in gleichem Maße unter Last verändern.


    ich habe vorgestern einen recht langen Beitrag in den Müll geschoben, weil ich wusste, daß es auch kürzer geht, danke Ansch!

    Temperaturen: bei (mittleren*) 200° stinkts, bei (*) 300° fällts sicher aus, Lot schmilzt früher aber leitet auch flüssig, ...bis es weggeschleudert ist. Wessen Schallwandler bei thermisch bedingten 3dB Pegelreduktion ankommen, der hat bald Stille. Der sichere wirtschaftliche Betrieb schließt wahrnehmbare thermische Powercompression aus. Erst recht deren dynamischen Ausgleich.

    *"mittleren" deswegen weil die einzig mögliche Methode zur Ermittlung der Schwingspulentemperatur die Messung von R_e_heiß ist, jedoch die Spulenenden heißer werden, als die Spulenmitte im Spalt.

    Gruß

    ----------------------------[---[--[-[IIIIIII]---------

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