Messdiagramme erläutern

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ipoto
Stammgast

#1 erstellt: 26. Sep 2012, 11:25

Hallo,
ich habe hier zwei Messdiagramme meiner zukünftigen Frontlautsprecher (Pioneer S-3EX), die ich nicht vollumfänglich verstehe. Über zusätzliche Erläuterungen würde ich mich sehr freuen.

Das erste Diagramm zeigt den Frequenzgang, das zweite die Sprungantwort.
Soweit ich das erste Diagram verstehe zeigt die rote Linie, dass die Lautsprecher
- zwischen 50 - 20.000 Hz relativ linear 85 dB,
- bei 30 Hz immerhin noch knapp 80 dB,
- bei 20 Hz nur noch 63 dB Schall erzeugen.
Habe ich das soweit richtig verstanden?
Wie ist diese Frequenzganglinie zu bewerten?

Was genau drückt die blaue Messlinie aus? Sie scheint Impedanzschwankungen über den Frequenzgang auszudrücken? Was sagt diese Linie aus?

Überhaupt nichts anfangen kann ich mit dem Diagramm zur Sprungantwort.
Was wird da gemessen und was sagt die Linie aus bzw. wie ist sie zu bewerten?

Vielen Dank.

[Beitrag von ipoto am 26. Sep 2012, 11:26 bearbeitet]

anymouse
Inventar

#2 erstellt: 26. Sep 2012, 17:23

Antwort mal als physikalischer Fortgeschrittener, aber lautsprechertechnischer und -akustischer Laie:

Frequenzgang SPL

"Habe ich das soweit richtig verstanden?" -- ja. Was vielleicht noch interessant ist, ist die Frage, ob die 85 dB bei einer Entfernung von 1m bei einem Watt oder bei 2,83V gemessen wurden.

Die gestrichelte rote Linie zeigt vermutlich den Frequenzgang an, wenn man sich schräg vor dem Lautsprecher befindet. Genaueres sollte man aus dem Text zum Diagramm erhalten können.

Ich würde daher den Lautsprecher nicht direkt auf den Hörplatz ausrichten, sondern eher senkrecht zur Grundlinie -- verständlich?

Bitte berücksichtige, dass bei den niedrigen Frequenzen (unterhalb von 50-100 Hz) der Raum häufig einen größeren Einfluss auf den Frequenzgang am Hörplatz hat als der Lautsprecher.

Frequenzgang Impedanz
"Was genau drückt die blaue Messlinie aus? Sie scheint Impedanzschwankungen über den Frequenzgang auszudrücken?"

Ja, das ist üblich bei Lautsprechern.

Sie zeigt vor allem, dass die Impedanz nirgends deutlich unter 4 Ohm fällt, jedoch weitestgehend auf diesem Niveau verläuft. Der Anschluss sollte als 4-Ohm-Lautsprecher erfolgen und dort keine Probleme machen. Falls ein Gerät echte Probleme mit 4-Ohm-Lautsprechern hat, dürften diese aber auftreten.

Sprungantwort

Das ist die Reaktion des Lautsprechers, wenn man dort eine (kleine) Gleichspannung anlegt. Im (sehr selten erreichten) Idealfall wäre dort ein Sprung nach oben zu sehen, der dann langsam wieder auf 0 fällt.
(Daher "sieht" das Diagramm etwas ungünstig aus, prinzipiell geht das besser. Ob das aber Auswirkungen auf den Klang hat, kann ich nicht sagen).

Gut ist, dass abgesehen von den drei Höckern keine größeren Schwingungen gibt.

Fazit

Ich würde vermuten, dass es sich um ein Drei-Wege-System mit Bassreflex handelt. Bei den Übergangsfrequenzen würde ich auf 300Hz und 4.5kHz tippen, das Bassreflexrohr wirkt bei ca. 40Hz.

Persönlich würde mich der große Abstand zwischen den Antworten der einzelnen Signale (HT, MT, TT) messtechnisch stören.

Editha sagt: Leider kann ich nicht aus der Sprungantwort auf die verursachende Frequenz tippen. Der letzte Teil der Sprungantwort könnte auch durch das Bassreflex-Rohr entstehen (irritierend finde ich, dass die Kurve lange im negativen Bereich bleibt -- das spricht eigentlich dagegen). Dann wäre das noch tolerabel.

[Beitrag von anymouse am 26. Sep 2012, 17:40 bearbeitet]

ipoto
Stammgast

#3 erstellt: 27. Sep 2012, 07:01

Hallo anymouse,
vielen Dank für die fundierte, umfang- und hilfreiche Antwort. So verstehe ich diese Diagramme doch schon sehr viel besser.
Der originale Erläuterungstext (stereo.de) zu den Diagramme wird durch Deine Ausführungen sehr gut erweitert/ergänzt:
...Der Frequenzgang sieht fast aus wie mit dem Lineal gezogen und reicht bis etwa 40 Hertz hinab. Ab fünf kHz kommt eine leichte Welligkeit ins Spiel, der bei einer Achsabweichung von 30 Grad (gestrichelte Linie) jedoch kaum ins Gewicht fällt. Gerade in den Raum ausgerichtet klingt die Pioneer tatsächlich auch etwas dunkler und noch stimmiger. Der Impedanzverlauf ist unkritisch, und die Sprungantwort geht in Ordnung, mit der enormen Zeitrichtigkeit ihrer Schwester kann es die S-3 EX aufgrund des verzögerten Basses aber nicht aufnehmen.

Auch Deine Empfehlung, die Lautsprecher gerade in den Raum auszurichten, findet sich darin wieder

Was mich ein bißchen wundert: Die LS werden vom Hersteller mit 6 Ohm Widerstand angegeben, wenngleich sie sich gemäß der Kurve ja die meiste Zeit bei 4 Ohm einpendeln. Da ich bei meinem Verstärker diesbezüglich aber sowieso nichts einstellen kann (macht er vermutlich also automatisch) spielt das für mich in der Praxis vermutlich eh keine große Rolle.

Hier mal die technischen Daten der LS, falls man daraus in Verbindung mit den Diagramme noch weitere Informationen gewinnen kann:
Basslautsprecher: 2 x 16 cm-Konuschassis
Mitteltöner: 14 cm-Magnesium-Konus
Hochtöner: 30 mm-Keramik-Graphit-Kalottenmembran
Gehäuse: Bassreflex mit Frontöffnung
Impedanz: 6 Ω
Frequenzgang: 30 - 100.000 Hz
Empfindlichkeit: (2,83V/1m) 88,5 dB
Maximale Belastbarkeit: 160W
Abmessungen (B x H x T): 350 x 1,224 x 541 mm
Gewicht: 48 kg

anymouse
Inventar

#4 erstellt: 27. Sep 2012, 08:47

ipoto schrieb:

Impedanz: 6 Ω
Empfindlichkeit: (2,83V/1m) 88,5 dB

Beide Angaben empfinde ich als geschönt:

Die Empfindlichkeit von 88,5 dB wird auf 2,83V bezogen, und ist damit (auch aufgrund der Angabe 6 Ohm) höher als die 85 dB aus dem Diagramm (hier vermutlich bei 2,83V und realen 4 Ohm gemessen). Die 3 dB sind schon ein deutlicher Unterschied, nicht nur 5%.

Laut DIN sollte die Minimale Impedanz bei der Angabe 6 Ohm mindestens 4,8 Ohm betragen, dies wird hier in weiten Bereichen unterschritten.

Zum Thema Impedanz und Verstärker: Da braucht der Verstärker nichts automatisch einzustellen, das macht der Lautsprecher schon ganz von allein. Dies kann aber dazu führen, dass der Verstärker stärker als ausgelegt belastet wird, wenn er nicht für die Nennimpedanz ausgelegt ist. Auswirkungen hängen ganz vom konkreten Modell ab, das kann von "Nichts" über "Erwärmung über einen gesetzlich festgelegten Grenzwert" über "Ansprechen der Verstärker-Schutzabschaltung" hin zu "Zerstörung der Verstärker-Endstufe" reichen.

Viele moderne (Transistor-)Verstärker sind aber bereits für 4-Ohm-Lautsprecher ausgelegt, insofern sollte man normalerweise kein Problem haben.

ipoto
Stammgast

#5 erstellt: 27. Sep 2012, 09:39

anymouse schrieb:

Beide Angaben empfinde ich als geschönt:

Ja, nach Deinen Ausführungen verstehe ich dass für den Teil der Empfindlichkeit.
Allerdings verstehe ich nicht, wieso die Impedanzangabe "geschönt" ist. Sind denn LS mit 6 Ohm grundsätzlich besser als die mit 4 Ohm? Soweit ich weiß nicht, insofern hätte der Hersteller ja also nichts davon 6 anstelle von 4 Ohm anzugeben, oder sehe ich das falsch?

Steffen_Bühler
Inventar

#6 erstellt: 27. Sep 2012, 10:43

anymouse schrieb:

Leider kann ich nicht aus der Sprungantwort auf die verursachende Frequenz tippen.

Ich hab die Kurve spaßeshalber mal durch eine 64-PunkteFFT gejagt. (Tut mir leid, mehr "Abtastungen" waren mir zuviel Arbeit.) Die zeigt einen Peak bei etwa 450 Hz und einen bei etwa 2 kHz, bei einer Auflösung von ca. 150 Hz. Naja, "Peak" ist natürlich das falsche Wort, bei Transienten gibt's ja mehr "Buckel".

Viele Grüße
Steffen

ipoto
Stammgast

#7 erstellt: 27. Sep 2012, 12:02

@Steffen
FFT, klingt spannend...ist damit Fast Fourier Transformation gemeint?

D.h. Du hast den Frequenzverlauf (rote Kurve) quasi stärker aufgelöst und vermutest die Trennfrequenzen bei 450 Hz und 2kHz, richtig?

Steffen_Bühler
Inventar

#8 erstellt: 27. Sep 2012, 12:23

ipoto schrieb:

FFT, klingt spannend...ist damit Fast Fourier Transformation gemeint?

Ja, die meine ich.

ipoto schrieb:

D.h. Du hast den Frequenzverlauf (rote Kurve) quasi stärker aufgelöst und vermutest die Trennfrequenzen bei 450 Hz und 2kHz, richtig?

Nein, ich hab die Sprungantwort als Zeitsignal mit 64 Abtastwerten genommen und daraus ein Spektrum berechnet. Und da treten die genannten Frequenzen am stärksten hervor. Aber das sind nicht die Trennfrequenzen, sondern die Eigenfrequenzen des Lautsprechers. Wäre die Sprungantwort eine periodische Schwingung (ein wahrnehmbarer Ton sozusagen), würde im Spektrum eine Linie (mit der entsprechenden Frequenz) stark hervortreten. Das wäre, wie anymouse schon schrieb, schlecht, denn dann würde der Lautsprecher diese Frequenz, also diesen Ton, "bevorzugen" und da etwas lauter sein.

So aber gibt es eigentlich keine Besonderheiten. Der Lautsprecher hat sowas wie "uff" gemacht, nicht großartig nachgeschwungen und schon gar nicht mit einer spezifischen Frequenz. Daher würde ich das Spektrum auch nicht überbewerten, ich hab's nur mal aus akademischem Interesse berechnet. Hier ist es:

Viele Grüße
Steffen

ipoto
Stammgast

#9 erstellt: 27. Sep 2012, 13:18

Echt spannend.
Vielen Dank für Deine Mühe und die Erläuterung.

HiFi-Selbstbau
Inventar

#10 erstellt: 01. Okt 2012, 10:57

Hi Steffen Bühler,

wenn Du den per FFT berechneten Frequenzgang noch logarithmisch dargestellt hättest (sowohl Amplitude als auch Frequenz) sähe es "unten" rum nicht so "komisch" aus. Oberhalb von 1 kHz wird die Senke um 1.25 kHz sehr gut nachgebildet.

Unten rum KANN es nicht stimmen, da das brutale Abschneiden der Sprungfunktion am rechten Rand das verhindert.

Ansonsten - pfiffige Idee zu überprüfen, ob Sprungantwort und Frequenzgang was miteinander zu tun haben.

Welches Programm hast Du verwendet um die abgebildete Sprungantwort zu digitalisieren?

Gruß Pico

Steffen_Bühler
Inventar

#11 erstellt: 01. Okt 2012, 11:28

HiFi-Selbstbau schrieb:

pfiffige Idee zu überprüfen, ob Sprungantwort und Frequenzgang was miteinander zu tun haben.

Allerdings nicht meine. Das macht man in der Schwingungsdiagnostik recht gerne. Ich hab zum Beispiel mal einen Aufzug mit Resonanz genau bei der Drehzahl der Umlenkrolle untersuchen müssen. Die Eigenfrequenz haben ein Kollege und ich dann auch über die Sprungantwort ermittelt - wir sind mit Anlauf in die Kabine reingesprungen und haben eine FFT vom Ausschwinger gemacht. Daß das zumindest theoretisch dem Frequenzgang entspricht, sagt ja schon Herr Dirac - so ein "Stoß" enthält ja alle Frequenzen gleich stark. Nuja, er müßte eigenlich infinitesimal kurz und infinitesimal hoch sein...

HiFi-Selbstbau schrieb:

Welches Programm hast Du verwendet um die abgebildete Sprungantwort zu digitalisieren?

Nicht lachen: ich hab einen Screenshot in Paint geladen, bin dann mit der Maus die Kurve Stück für Stück abgefahren und habe die y-Koordinaten in Excel aufgeschrieben.

Viele Grüße
Steffen

ehemals_Mwf
Inventar

#12 erstellt: 01. Okt 2012, 23:08

Hi,

Steffen_Bühler schrieb:

...sagt ja schon Herr Dirac - so ein "Stoß" enthält ja alle Frequenzen gleich stark.
Nuja, er müßte eigenlich infinitesimal kurz und infinitesimal hoch sein...

Das hängt von der Spektral-Analyse ab:

a) Nadelimpuls = linear bei linearer Frequenzanalyse ("weißes" Spektrum), 3 dB/Okt. steigend bei log. Bandbreite ("Terzanalyse")

b) Sprungfunktion (Einheitssprung, wie hier beim LS-Test) = 9 dB/Oct. fallend bei lin. Analyse, 6 dB/Okt. fallend bei log.

Bitte korrigieren, falls ich bei b) falsch liege

lG, Michael

HiFi-Selbstbau
Inventar

#13 erstellt: 10. Okt 2012, 09:20

Hi Mwf,

um von der Impulsantwort auf die Sprungantwort zu kommen muss ich integrieren. Eine Integration im Zeitbereich entspricht einer Division durch jw im Frequenzbereich.

a) Nadelimpuls = linear bei linearer Frequenzanalyse ("weißes" Spektrum), 3 dB/Okt. steigend bei log. Bandbreite ("Terzanalyse") -> richtig

b) Sprungfunktion (Einheitssprung, wie hier beim LS-Test) = 6 dB/Oct. fallend bei lin. Analyse, 3 dB/Okt. fallend bei log.

Gruß Pico

Doc_Tinnitus
Ist häufiger hier

#14 erstellt: 19. Okt 2012, 09:28

Steffen_Bühler schrieb:

...Sprungantwort ermittelt - wir sind mit Anlauf in die Kabine reingesprungen und haben eine FFT vom Ausschwinger gemacht. ...

Aha, nun weiß ich, woher der Begriff "Sprungantwort" herkommt *g*

Mal noch was grundsätzliches zur Interpretation von Messchrieben o.ä. in der Sensorik:

U.a. seit Jahrzenten in der Ausbildung von zertifizierten Sensorikern bzw. im wiss. Bereich der Entwicklung, Validierung und Implemetierung apparativer Sensorik im Lebensmittelbereich tätig ein paar Anmerkungen:

Die menschliche Wahrnehmung akustischer Signale (vulgo: Das Hörempfinden) gehört naturgemäß zu den sensorischen Eindrücken. Diese sind immer überaus komplex und bisher nur unzureichend im Sinne schwacher Korrelation zum sensorischen Eindruck resp. Fokussierung auf wenige Einzelaspekte apparativ zu erfassen.

Dennoch ist dies sehr attraktiv, um verbale, "übertragbare" Modelle dieser Empfindungen zu erlangen und so z.B. archivierbar oder vergleichbar zu machen. Hierbei ist aber die ständige Hinterfragung und Interperatationsgüte der vorliegenden Signale im Bezug auf ihre Korrelation zu den damit zu beschreibenden Sinneseindrücken essentiell zur sachgerechten Interpretation.

In unserem Fall hier wäre es daher wichtig, ab welchen Schwankungen bei welchen Frequenzen sensorisch wahrnehmbare Unterschiede in unserem Messschrieb auftreten. Erst dann kann man fundierte Aussagen hins. "Lautsprechergüte" aus solchen Messungen machen. Da gibt es zwar schon einige Arbeiten aus der Humanphysiologie dazu, die aber naturgemäß immer nur winzigste Ausschnitte des Riesengebietes "Hören" behandeln.
In soferen wissen wir gar nicht, wie "lienar" diese Schriebe sein müssten und gehen hier oft von Idealvorstellungen aus, die überzogen sind.

Ein Beispiel dazu aus dem Bereich Farbmessungen:
Jahrzehntelang hat man im Bereich der Lebensmittelforschung bei der Bestimmung des für die Akzeptanz überaus wichtigen Rottonanteils von Fleisch mittels L*a*b*-System durch den dies kodierenden a*-Wert auf Zehntelstellen abgehoben, bis sich die Erkenntniss durchsetzte, dass unter idealen Bedingungen von geschulten Prüfern erst durch a*-Werte kodierte Rotabstände größer 3(!) wahrnehmbar sind. Es wurde sich also um Rotunterschiede z.B. gestritten, die gar nicht sichtbar und damit praxisirrelevant sind!

Ich denke daher, dass noch viel mehr auf dem Gebiet des menschlichen Hörens geforscht werden muß, bevor wir aussagekräftige Messsysteme bekommen-falls dies überhaupt möglich ist. Das Problem "Psychoakustik" noch mal außen vor.

Aus diesen Gründen wird noch auf nicht absehbare Zeit in allen Bereichen der sensorischen Produktentwicklung bzw. -bewertung mit geschulten Sensorikern gearbeitet, deren Ausbildung allerdings sehr aufwendig ist und auch enstpr. Talent verlangt. Momentan dürfte dies der beste Weg auch für unsere Problematik hier sein. Leider sind mit entspr. Ausbildungen resp. Prüfbedingungen gemäß DIN/ISO o.ä. Vorgaben nicht bekannt. Wäre aber der beste Weg.