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Ungesichertes Audio-Wissen Hier versuchen wir, Wissen zu schaffen

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  #21  
Alt 06.12.2008, 16:35
AIR AIR ist offline
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Registriert seit: 01.12.2008
Beiträge: 2.156
Standard AW: WANTED: Lautsprecher die richtig wandeln können

Hallo Jakob,

es gibt Nichtlinearitäten im Übertragungsverhalten von Lautsprechern, die grundsätzlich aus der begrenzten Übertragungsbandbreite resultieren.
Diese Grenzen sind bei Lautsprechern mit weitgehend korrekter Sprungantwort auch klar zu sehen.



Ganz am Anfang, dort wo das Signal beginnt, bei ca. 3,7 ms müsste der Graph senkrecht in die Höhe gehen. Der Hochtöner hat aber seine Grenze in der Anstiegszeit und die Energie, die eigentlich am Anfang erzeugt werden müsste, wird leicht verzögert.
Das führt zu der ersten etwas überzogenen Spitze bei ca. 3,8 ms.
Da wird also Energie zeitverzögert abgestrahlt und überlagert den weitern Verlauf.

Die Tieffrequente Begrenzung des Übertragungsverhaltens macht sich in einem mehr oder weniger starken Abfallen der Kurve bemerkbar.
Fällt die Kurve ab der Spitze steil ab, so kann der Tieftöner die erste Halbwelle im Bassbereich nur schwach ausbilden.
Verläuft der Graph flacher, dann gelingt dies besser.

Um das beurteilen zu können, müssen die Sprungantworten unbedingt auf der Zeitachse gleich skaliert sein.

Alle anderen Nichtlinearitäten, die im Verlauf der Kurve sichtbar sind, zeigen Frequenzgangfehler mit entsprechender Phasendrehung.

Hier noch ein Beispiel aus stereophile.



Diese Sprungantwort zeigt die Grenzen des Übertragungsbereichs ebenfalls, nur etwas schwerer zu erkennen, wie bei allen falschen Sprungantworten.
Der Mitteltöner ist hier übrigens verpolt und der Hochtöner hat eine sehr schlecht bedämpfte Membranresonanz, was im negativen Druckbereich in Form des Ringings auf der Kurve sichtbar ist.

Die Nichtlinearität bei 4,7 ms ist entweder ein Fehler im Grundtonbereich oder bei größerem Messabstand schon die erste Raumreflexion.

Eines ist ebenfalls klar. Egal mit welchem Signal man diesen Lautsprecher anregt, er schwingt eben falsch ein, verzerrt den Einschwingvorgang.

Besonders interessant ist, das die Frequenz einer ersten angeregten Halbwelle in der Schallantwort der Lautsprecher gar nicht mehr enthalten ist. Da werden einfach andere, höher- und tieferfrequente Schwingungen erzeugt.
Das ist auch der Grund für die schlechte Impuls-Dynamik von Lautsprechern im Mitteltonbereich.
Lautsprecher mit korrekter Sprungantwort klingen gerade hierbei erheblich schneller, frischer und klarer und bilden eine viel stabilere Räumlichkeit ab.

Thema: Abstrahlverhalten

Ein Lautsprecher sollte natürlich auch unter verschiedenen Hörwinkeln eine ordentliche Sprungantwort aufzeigen.
Das zu schaffen ist jedoch die hohe Kunst.

Eine korrekte Sprungantwort auf Hörachse ist allerdings die unbedingte Voraussetzung für die richtige Wandlung der Schwingungen, der Musik.

Zur Bedeutung des Direktschalls habe ich bereits etwas geschrieben.
RAUMKLANG: Direkt . . . Indirekt
Forum: Passive Schallwandler
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  #22  
Alt 06.12.2008, 16:55
AIR AIR ist offline
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Registriert seit: 01.12.2008
Beiträge: 2.156
Standard AW: WANTED: Lautsprecher die richtig wandeln können

Hallo Cay-Uwe,

als ich mich entschlossen habe in einem Forum zu schreiben um etwas Licht ins Dunkel zu bringen, habe ich das open-end-Forum ausgewählt weil
die Teilnahme gewerblicher Schreiber erwünscht ist und ich den Kommunikationstil erträglich finde.

Ich werde vorsorglich meine Identität nicht preisgeben weil immer die Gefahr besteht durch eine Flut von blödsinnigen, diffamierenden Kommentaren ins schlechte Licht gerückt zu werden.
Egal wie man dann antwortet, die Antworten müssen ja auch verstanden werden, was in so komplexen Fachbereichen immer schwierig ist.

Ich möchte auch nicht auf jede Antwort eingehen, sondern versuche irgendwie einen roten Faden beizubehalten.

Ich bitte um Verständnis und freue mich auf weiteren konstruktiven Austausch.
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  #23  
Alt 06.12.2008, 17:28
cay-uwe cay-uwe ist offline
Sonus Natura
 
Registriert seit: 03.12.2008
Beiträge: 2.549
Standard AW: WANTED: Lautsprecher die richtig wandeln können

Hallo "AIR",

kann ich verstehen, ich habe auch schon so meine Erfahrungen gemacht.

Ich freue mich auch, auf konstruktiven Austausch
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Happy listening, Cay-Uwe

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  #24  
Alt 06.12.2008, 17:29
lotusblüte lotusblüte ist gerade online
 
Registriert seit: 10.07.2008
Beiträge: 5.589
Standard AW: WANTED: Lautsprecher die richtig wandeln können

Hallo,

Wer hätte was gegen den Eindruck, kontrollierter Wiedergabe im Gegensatz zum "Auseinanderfallen"? Auch beim klassischen Live-Konzert entsteht klar der Eindruck eines zwar sehr natürlichen aber auch kontrollierten Violinenparts. 10 geiger im Verbund hören sich auch nach Verbund an, aber nicht wie eine einzige große Violine, sondern nach Vielzahl mit Führung und Kontrolle.

Die Sprungantwort, gut gelößt, führt zum Eindruck von Kontrolle. Eben dem Eindruck von möglichst wenig Zeitversatz. Dennoch sagt das am Ende nichts allein aus. Viele LS mit gleich gut gelößten Sprungantworten klingen dem einen dennoch leicht zu analysierend, dem anderen gerade recht.

Auch Folien, Bändchen etc. geben manchem gerade den glaubwürdig freien und luftigen Kick, dem nächsten fehlt zur Glaubwürdigkeit etwas "erdiges" Gefühl.

Noch deutlicher erfährt man das alles im Bereich der Kopfhörer. Ein AKG mit guter Sprungantwort und ein sennheiser mit ebenfalls guter Sprungantwort liegen vom gesamt tonalen Eindruck her dennoch um ein deutliches auseinander. Hier hat man sogar den Vorteil, die Raumakustik in beiden Fällen nicht beachten zu müssen.

Aus technischer Sicht ist jedes Verschleppen logisch der Feind und jede Verlangsamung ebenfalls.

Wir Menschen sind aber sensibler, als es oft benannt wird. So stört es uns absolut nicht seitens der Glaubwürdigkeit, wenn beispielsweise die Gattin eine Grippe hat und die Stimme nicht mehr so ist, wie ohne Grippe. Wir haben absolut keinen Zweifel daran, daß es sich um die Gattin handelt. Echt und live.

Würde sich Anlagebedingt ein tonales Gesamtprodukt nach leicht verschoben hin darstellen, also etwas Gewicht verlieren, prüfen wir den Hintergrund automatisch. Wir sind dabei sehr gut in der Lage, einer Loreena McKennith ihre hellere Stimme als ihren persönlichen Anteil zu glauben, den anlagenbedingten helleren Eindruck aber eben nicht dem Interpret zuzuschreiben, sondern zu bemerken, hier stimmt was nicht am Punkt.

Unterm Strich: Ein Stax Elektrostat mit sehr schneller Sprungantwort macht sehr viel gesamtheitlichen Sinn, muß aber zwangsläufig nicht für den glaubwürdig natürlichsten Eindruck sorgen. Den kann eventuell ein dynamischer Kandidat besser wachsen lassen bei sogar schlechterer Sprungantwort. Kann, muß nicht. Wird aber bei manchem so sein.

Gruß,
Otwin
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  #25  
Alt 06.12.2008, 18:39
AIR AIR ist offline
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Registriert seit: 01.12.2008
Beiträge: 2.156
Standard AW: WANTED: Lautsprecher die richtig wandeln können

Interpretation von Sprungantworten

Beginnen möchte ich mit Lautsprechern, die eine leicht interpretierbare Sprungantwort aufweisen.

Das dient dem Einstieg in das Thema und macht das Verstehen einfacher.

Die Auswahl der Beispiele dient den Erläuterungen und ist ansonsten beliebig.
Quelle: www.stereophile.com
Hier "Floorstanding Loudspeakers", Modell auswählen, ganz unten zu "Measurements"

Respekt, Respekt, dass die stereophile sich das traut und auch noch durchgehalten hat!



Die folgenden vier Diagramme sind von ein und dem selben Lautsprecher.
Das Erste zeigt die Sprungantwort.


Die Sprungantwort startet mit der Anstiegszeit des Hochtöners.
Die in die Membranbewegung eingebrachte Energie wird etwas zeitverzögert in Schall gewandelt und es entsteht eine überhöhte Spitze bei 3,8 ms. Das ist bei der natürlich begrenzten Bandbreite des Schallwandlers typisch und ganz normal. Das auf und ab im Bereich der Spitze entspricht dem Frequenzgang des Hochtöners ab 8 kHz aufwärts.
(siehe Diagramm 3: Frequenzgang)

Im Bereich von 4 - 5 ms zeigt sich ein zu starker Durchhänger, den wir auch im Frequenzgangdiagramm als von den Höhen zu den Mitten abfallenden Verlauf sehen.
Der Buckel bei 5 ms verweist auf ein leichtes Problem im Übergang vom Mittel- zum Tieftöner, ein leichter Phasendreher.


Diagramm 2: Mittelhochtonsektion Rot, Tieftöner Blau

Die Überlagerung, das Zusammenspiel von Rot und Blau ergibt in der Summe die Sprungantwort des Gesamtsystems (Diagramm 1).


Diagramm 3: Frequenzgang


Diagramm 4: Frequenzgang im Hörraum


Die außerordentlich Starke Überhöhung im Mitteltonbereich im Diagramm 4 gegenüber Diagramm 3 zeigt deutlich das Problem auf, was Jakob angesprochen hat.
Bei dieser Art der Konstruktion (3-Wege LS mit Hochtöner oben, Mitteltöner und Tieftöner in dieser Reihenfolge darunter)
ergibt sich in Kombination mit den phasenlinearen Übergängen der Treiber folgende Charakteristik.
Das vertikale Abstrahlverhalten im Übergangsbereich zwischen zwei Chassis, z.B. Mitteltöner und Bass, weist nach oben gerichtet eine Senke im Frequenzgang auf, auf Hörachse ist der Frequenzgang linear und nach unten gerichtet ergibt sich eine Überhöhung.
Das ganze passiert zwischen Hochtöner und Mitteltöner in gleicher Weise.
Der Lautsprecher strahlt somit über den gesamten mittleren Übertragungsbereich nach unten, in Richtung Fußboden gerichtet lauter ab als nach oben Richtung Decke.
Der Fußboden ist i.d.R. die näheste Reflexionfläche.
Somit überhöht sich der Frequenzgang wie in Diagramm 4 zu sehen.
Abhilfe schafft da nur stark Schallabsorbierendes Material, am besten genau auf halber Strecke vom Lautsprecher zum Zuhörer.

Grundsätzlich gilt:

-Der Hochtöner bestimmt die maximale Anstiegsgeschindigkeit eines Impulses.

-Das synchrone Einschwingen des Hochtöners mit dem Mittel- und Tieftöner bewirkt die volle Impuls-Dynamik.


Eine Bassdrum beispielsweise klingt dann schnell und knackig, wenn alle Lautsprecherchassis synchron, in Phase einschwingen.


Ende Teil 1
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  #26  
Alt 07.12.2008, 02:26
AIR AIR ist offline
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Standard AW: WANTED: Lautsprecher die richtig wandeln können

Noch ein Nachsatz zur Interpretation von Sprungantworten:

Immer wieder gibt es Kommentare zum Thema Sprungantwort die deren Bedeutung negieren.


Beim Lautsprecher handelt es sich jedoch um einen elektroakustischen Wandler.

Die elementare Aufgabe eines elektroakustischen Wandlers besteht darin, eine ihm zugeführte Signalstruktur in eine äquivalente Schallstruktur zu wandeln.

Das schließt Frequenzganglinearität, Verzerrungsarmut, Dynamik, Phasengang, Impulswiedergabe, Einschwing- und Ausschwingverhalten,
Abstrahlverhalten etc. und was man sich sonst noch so alles an Differenzierung ausgedacht hat mit ein.

Die Sprungantwort, ob auf Achse, unter Winkel, von hinten oder von vorne oder invertiert gemessen beschreibt nun einmal das Übertragungsverhalten von Lautsprechern so vollständig wie kein anderes Testsignal.

Und so lange wir da nichts besseres haben, sollten wir sie auch anwenden und möglichst wirklichkeitsnah interpretieren.
Und wo stehen wir denn, wenn Lautsprecher nicht einmal diese grobe Anforderung erfüllen.

Fehler bei der Entwicklung von elektroakustischen Wandlern treten meiner Beobachtung nach meistens dann auf, wenn das komplexe Ergebnis der Sprungantwort in die genannten Differenzierungen überführt wird und der Entwickler auf dieser differenzierten Modellebene weiter entwickelt, sein Entwicklungsobjekt optimiert.

Interessanterweise ist aus der Differenzierung heraus kein Rückschluß auf den Ursprung möglich!


...
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  #27  
Alt 07.12.2008, 09:12
cay-uwe cay-uwe ist offline
Sonus Natura
 
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Standard AW: WANTED: Lautsprecher die richtig wandeln können

Hallo AIR,

Deine Ausführung finde ich sehr interessant, und bringen doch einiges ans Licht, was Mancher nicht so glauben möchte. Besonders gut gefallen hat mir folgender Kommentar von Dir:

Zitat:
Das vertikale Abstrahlverhalten im Übergangsbereich zwischen zwei Chassis, z.B. Mitteltöner und Bass, weist nach oben gerichtet eine Senke im Frequenzgang auf, auf Hörachse ist der Frequenzgang linear und nach unten gerichtet ergibt sich eine Überhöhung.
Zitat:
Das ganze passiert zwischen Hochtöner und Mitteltöner in gleicher Weise.
Der Lautsprecher strahlt somit über den gesamten mittleren Übertragungsbereich nach unten, in Richtung Fußboden gerichtet lauter ab als nach oben Richtung Decke.
Der Fußboden ist i.d.R. die näheste Reflexionfläche.
Ich werde oft gefragt, warum an mein Lautsprecher der Tiefmitteltöner oben sitzt, und der Hochtöner darunter. Wenn ich dann sage, daß dadurch die Abstrahlcharakteristik leicht nach oben ist ( in Sinne wie Du es beschrieben hast ), dann werde ich erstaunt angeschaut. Viele kümmern sich nur um die seitliche Abstrahlcharakteristik, der Vertikalen wird oft keine Beachtung geschenkt ( zumindestens glaube ich das ) ...

Nur so just for Fun, dies ist die Sprungantwort, einer meiner Etwicklungen.

Laß mal hören wie das klingt


Zur Information, aber das wird Deine Erfahrung Dir schon sagen, habe ich die Messung im Nahfeld gemacht, ca. 50cm. Ich benutze keine Fensterung wie bei STEREOPHILE, die oft 5ms nur ist. Gegenschecks im schalltoten Raum haben mir gezeigt, daß diese Messung dem sehr nahe kommt.

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Happy listening, Cay-Uwe

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Geändert von cay-uwe (08.12.2008 um 16:52 Uhr).
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  #28  
Alt 07.12.2008, 12:10
AIR AIR ist offline
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Standard AW: WANTED: Lautsprecher die richtig wandeln können

Hallo Cay-Uwe,

Meine Aussage

"Bei dieser Art der Konstruktion (3-Wege LS mit Hochtöner oben, Mitteltöner und Tieftöner in dieser Reihenfolge darunter)
ergibt sich in Kombination mit den phasenlinearen Übergängen der Treiber folgende Charakteristik.
Das vertikale Abstrahlverhalten im Übergangsbereich zwischen zwei Chassis, z.B. Mitteltöner und Bass, weist nach oben gerichtet eine Senke im Frequenzgang auf, auf Hörachse ist der Frequenzgang linear und nach unten gerichtet ergibt sich eine Überhöhung.
Das ganze passiert zwischen Hochtöner und Mitteltöner in gleicher Weise."


bezieht sich auf den rot markierten Teil.


Der Hochtöner in Deiner Konstruktion ist invertiert.
Wie sieht die akustische Phase aus?

Eine solche Sprungantwort erhält man z.B. wenn eine Frequenzweiche 1. Ordnung (6 dB/Oktave) verwendet wird und der Hochtöner verpolt wird.
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  #29  
Alt 08.12.2008, 16:11
cay-uwe cay-uwe ist offline
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Hallo AIR,

hier bin ich wieder. Am Wochenende hatte ich Probleme mit dem Netzwerk ( DSL ). Konnte so gut wie nichts machen. Hier die gewünschte Phase, gemessen unter gleichen Bedingungen, allerdings mit einem anderen System.



P.S. Unter 200 Hz sieht das etwas "wüst" aus, da ich in einen kleinen Raum gemessen habe.
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  #30  
Alt 08.12.2008, 16:13
AIR AIR ist offline
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Standard AW: WANTED: Lautsprecher die richtig wandeln können

Fortsetzung

Interpretation von Sprungantworten

Die folgende Sprungantwort ist exemplarisch für den Stand der Lautsprechertechnik Anno 2008.

Das ist die Sprungantwort eines 3-Wege-Lautsprechers.
Quelle: stereophile



Bei ca. 3,75 ms beginnt der Einschwingvorgang des Hochtöners.
Das ist die erste Spitze die nach unten zeigt.
Der Hochtöner ist verpolt!

Die zweite nach oben gerichtete Spitze erzeugt das völlig unkompensierte und zudem sehr schlecht bedämpfte Nachschwingen des Hochtöners.

Die folgende nach unten gerichtete Schwingung zwischen 3,9 und 4,1 ms ist das Ergebnis der totalen Gegenphasigkeit von Hoch- und Mitteltöner.

Der Mitteltöner ist das einzige nicht verpolte Chassis dieses Lautsprechers, dessen Einschwingvorgang seine Spitze bei ca. 4,3 ms zeigt.

Die starke Senke ab ca. 4,6 ms unterhalb der 0-Linie, in den Unterdruckbereich, erzeugt das Basssystem.
Auch hier sehen wir einen extremen Phasensprung.

Fazit: Dieser Lautsprecher gleicht in bezug auf Phasen- und Zeitverhalten einer Achterbahn.
Nicht nur der extreme zeitliche Versatz der Lautsprecherchassis ist hier von Bedeutung, viel mehr zeigt sich das Dilemma bei der Wiedergabe von Einschwingvorgängen aller Art.
Da es sich um einen 3-Wege-Lautsprecher handelt, betrifft dies nahezu den gesamten Übertragungsbereich.


Die nachfolgende Grafik nebst Erläuterung stammt vom selben Lautsprecher und zeigt dessen Frequenzgang,
der bis auf Unregelmäßigkeiten im Hochtonbereich mit einer extrem starken Membranresonanz oberhalb von 15 kHz eigentlich recht ausgewogen ist.
Im Frequenzgang, der beim Messvorgang aus einem quasi eingeschwungenen Zustand gemessen wird, sind die Probleme bei der Impulsdynamik und der Phase keineswegs zu erkennen.

Quelle: stereophile


Fig.3 Focal Electra 1037 Be, anechoic response on tweeter axis at 50", averaged across 30° horizontal window and corrected for microphone response, with the nearfield responses of the midrange unit (green), woofers (blue), and port (red) plotted below 500Hz, 1kHz, and 600Hz, respectively, along with their complex sum plotted below 300Hz (black).


Hier noch eine Anmerkung zur Kommentierung von Sprungantworten:

Liebe Testredakteure von Fachzeitschriften,
bitte schreibt doch nicht immer wieder, dass die Spungantwort eines Lautsprechers super aussieht sobald das Einschwingchaos innerhalb weniger Millisekunden erfolgt!
Diese Lautsprecher sind einfach überhaupt nicht in der Lage Einschwingvorgänge (Impulse) wiederzugeben!
Schaut euch doch mal an, was diese Lautsprecher aus Musiksignalen machen!

Alles Geschmackssache? . . . Dann brauchen wir keine Ingenieure mehr ausbilden und sollten uns mit Equalizern und Hallgeräten ausstatten!

...
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Geändert von AIR (08.12.2008 um 16:26 Uhr).
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