Auf der Suche nach der Wahrheit über Crossover Filter

Literatur gab es und ich kann das nur empfehlen, auch wenn die Bücher jetzt etwas älter sind:

-Vance Dickason, "Loudspeaker Cookbook" egal welche Ausgabe, in deutsch kenne ich nur die Ausgabe von Elektor, die ich auch hier habe.

https://www.amazon.d...ckason/dp/3895760293

Durch die Gebrauchtpreise im Handel lohnt sich die Suche danach bei Kleinanzeigen, auch für die alten Klinger. Ich sammel die, auch wenn sie heute kaum noch Zusatzwissen liefern.

-RPB Nr. 236
Frequenzweichen für Lautsprecher, Jörg Panzer

https://winboxsimu.de/reload.html?Lit_Info.html

Und all diese Grundlagen sollten auch vorhanden sein, um DSP´s entsprechend programmieren zu können.

Hallo MaV3RiX,

Nach den Erfahrungen, die ich in den letzten Jahren sammeln konnte, wundert es mich sehr wie nonchalant doch viele an das Thema Crossover Filter herangehen.

Du sprichst jetzt von Deinem herangehen, Subwoofer zu integrieren?
Was man bei der Diskussion über Phasen und Pegelverhalten wissen sollte ist folgendes:

1) Jede (aktive oder passive, analoge-) Frequenzweiche verursacht durch ihre Funktion prinzipbedingte Phasenverschiebungen.

2) Dadurch kann es im Bereich der Übergangsfrequenz zu Auslöschungen oder Überhöhungen im Frequenzgang kommen. So werden dann Phasenfehler auch hörbar.

Ich bin mir sicher, die meisten hier wissen das und gehen an dieses Thema nicht ganz unbedarft oder nonchalant.

Ich bin mittlerweile der Meinung, dass die Filter keine Geschmacksache sind und man nach Augenmaß zu keinem sinnvollen Ergebnis kommt (höchstens im Amplitudengang), sondern es für einen bestimmten Lautsprecher immer nur EINE Lösung gibt, die sowohl in Amplitude und Phase richtig ist.

Leider nicht ganz richtig. Ist der Amplitudengang einigermaßen sauber so passen in aller Regel auch die Phasen (im Bereich der Trennfrequenz) und die Pegel aus den Chassis addieren sich homogen.
Eine Frequenzweiche ist für einen Lautsprecher etwa so wie ein Getriebe beim Auto. Die Abstimmung dabei kann zu vielen richtigen – und noch sehr viel mehr falschen Ergebnissen führen. Gebe 10 (guten) Lautsprecherentwicklern die gleichen Chassis, und jeder hat mich Sicherheit ein anderes Ergebnis – das ist nun mal, auch wenn Du das anders siehst, etwas ‚Geschmacksache‘ (und auch gut so!).
Der eigentliche Trick Phasenprobleme zu vermeiden heißt Simulation. Hier kann man diese Effekte prima sehen und bei der Auslegung berücksichtigen (zuverlässige Messwerte vorausgesetzt).

Nein, ich spreche von meinen Erfahrungen bei der Entwicklung eines aktiven 3-Wege Systems.
Hier mal ein Beispiel. Die Ausgangssituation sind ein Mitteltöner und ein Hochtöner ohne Filter. Hier der Phasenverlauf als Overlay in REW.


Wie man sieht, liegen die beiden Chassis ca. 90° auseinander und verlaufen nicht mal parallel. Das ist jedoch weder ein Zeit- noch ein Polaritätsfehler und lässt sich mit diesen Mitteln auch nicht korrigieren.

Hier nun der Amplitudenverlauf der beiden Wege mit den Filtern die ich "gefunden" habe.

Mittelton mit Butterworth 3. Ordnung (950Hz) ergibt etwa den Flankenverlauf eines LR-Filters 4. Ordnung bei 1kHz:


Und hier der Hochtöner mit einem Butterworth Filter 2. Ordnung (1400Hz) ergibt ebenfalls etwa den Flankenverlauf einen LR4 Filters:


Wenn die beiden Chassis nun in Phase spielen, ergibt sich ein flacher Amplitudenverlauf.

Legt man nun die Phasenverläufe übereinander, passt alles:


Die nötigen Filter ergeben sich also aus den bereits vorhandenen akustischen Filtern der Chassis selbst.
Wenn ich nun der Meinung bin, ich müsste hier einen LR Filter verwenden, komme ich nie zum richtigen Ergebnis, weil ich der Phasendifferenz damit nie Herr werde.
Ich hab anfangs auch einfach LR4 genommen, weil der Summenfrequenzgang (rein elektrisch) ja damit passt. Ich war aber klanglich nie zufrieden, bis ich ein stärkeres Augenmerk auf den Phasenverlauf gelegt hab.
Die Unterschiede sind deutlich hörbar. Daher frage ich mich, warum man sich oft mit einem Pi-mal-Daumen Ergebnis zufrieden gibt und wie professionelle Hersteller das Thema angehen.

Genausogut kannst du erst die Wege deiner Treiber mit EQ glätten (bis ca 2 Oktaven über die Trennfrequenz hinaus) und dann wieder den normalen LR4-Filter drüberlegen. Brauchst dann halt gegebenenfalls mehr Filter dafür. Dass einfach den gewünschen Filter drüberlegen nichts hilft sollte ja klar sein.

Merke: Relevant ist die aus Frequenzgang von Chassis und Filtern resultierende Übertragungsfunktion.

quecksel (Beitrag #5) schrieb:

Genausogut kannst du erst die Wege deiner Treiber mit EQ glätten (bis ca 2 Oktaven über die Trennfrequenz hinaus) und dann wieder den normalen LR4-Filter drüberlegen. Brauchst dann halt gegebenenfalls mehr Filter dafür. Dass einfach den gewünschen Filter drüberlegen nichts hilft sollte ja klar sein.

Bei meinem aktuellen Build / Projekt so gelöst; allerdings nach breitbandiger IIR Entzerrung / "Glättung" mit phasenlinearen FIR Filtern getrennt. Phasenverlauf ist vom Tiefmittelton an essentiell eine gerade Linie.

Man muss bei der Wahl des Messpegels nach der IIR Entzerrung sehr vorsichtig sein, insb. beim Hochtöner - wenn man den bis ein paar hundert Hz runter glatt zieht, kann man ihn bereits bei sehr leisen Pegeln mechanisch als auch elektrisch-thermisch schrotten.

quecksel (Beitrag #5) schrieb:

Relevant ist die aus Frequenzgang von Chassis und Filtern resultierende Übertragungsfunktion.

Chassis im Gehäuse, könnte man noch anmerken / klugscheißen - denn rein das Chassis, ohne Gehäuse, hätte natürlich eine andere Response.

Moinsen,

stoneeh (Beitrag #6) schrieb:

(...) Bei meinem aktuellen Build / Projekt so gelöst; allerdings nach breitbandiger IIR Entzerrung / "Glättung" mit phasenlinearen FIR Filtern getrennt. Phasenverlauf ist vom Tiefmittelton an essentiell eine gerade Linie. (...)

Das hört sich sehr spannend an! Kannst du mal bitte Messergebnisse zeigen? Das würde mich sehr interessieren.

Danke!

Gruß,

Hier ist ein frühes Beispiel, allerdings damals noch mit IIR Trennfiltern und nachträglicher FIR Phasenentzerrung. Inzw. hab ich's nochmal verfeinert, plus wie gesagt auf IIR Entzerrung mit nachträglicher Trennung durch phasenlineare FIR Filter umgestellt. Aber annähernd glatt war die Phase damals beim ersten Versuch auch schon - und der Unterschied zur reinen IIR Trennung ist sowieso Tag und Nacht:

http://www.hifi-foru...hread=205&postID=6#6

Moinsen,

vielen Dank für die Links und die Infos.

Bei der "Entzerrung" via DSP vergessen viele die Details. Das hört sich "auf dem Papier" immer ganz nett und einfach an, in der Praxis sieht es aber dann doch ganz anders aus...

Nur so am Rande, die Laufzeiten und damit auch die Frequenzkompensationen gelten NUR für den gemessenen Punkt (am Hörplatz oder 1-Meter Abstand oder ...) somit ist an JEDEM andern Punkt alles was sich am Bezugspunkt so schön gemessen hat, Hinfällig. Gerade im Bereich vom Hochton reden wir da über wenige cm!

Den größten Denkfehler allerdings sehe ich in der vermeintlichen Kompensation via FIR an sich.

Es wird leider viel zu oft als Bezugspunkt für zB die Phase, beim FIR der Punkt des maximalen Ausschlags genommen also hier zB 24,5 und leider NICHT t=0 !!!



Ich habe das hier mal eingezeichnet, da sieht man auch ganz gut den Unterschied zu IIR bei der es keinen "Vorlauf" gibt, für beide wäre in diesem Fall t=0 der richtige Zeitpunkt.

Wenn du diesen Punkt (t=0) also den wirklichen Anfang der Ausgabe des Signals, für deine Phase als Bezugspunkt nehmen würdest käme auch eine ziemlich andere Phasenlager her raus. Warum das allerdings nur sehr selten gemacht wird verstehe ich bis heute nicht.



Gruß,

Als zeitlichen Bezugspunkt für die Auswertung der Phase wählt man - zmd. ist das so der gängige Konsens, der auch von Herstellern, der Fachpresse, etc., so genutzt wird - den Beginn, oder Maximum, der Impulsantwort. Die Dauer vom Beginn der Messsignals bis zum eintreffen der Impulsantwort (abzüglich Laufzeit Mic <-> Lsp) gibt man als Latenz an.

Dass, wenn man ein System via FIR Filtern phasenkorrigiert, das zulasten der Gesamtlatenz passiert, ist sich jeder bewusst. Für die meisten Anwendungen, insb. das Musik hören zuhause, ist die zusätzliche Latenz belanglos. Selbst bei Wiedergabe von Filmen - diverse Medienplayer unterstützen eine Laufzeitkorrektur, d.h. das freie zeitliche verschieben von Ton und Bild.
Relevant wird die zusätzliche Latenz nur in wenigen Fällen, zB im PA bei Live-Konzerten.

Moinsen,

irgendwie widersprichst du dir selbst. Erst wird die Phase und Laufzeit via DSP "entzerrt" (wobei ich hier ehr von verbiegen sprechen würde) und dann ist es aber doch eigentlich für die meisten Anwendungen egal...

Naja, jeder wie er mag.

Um auf den Titel zurück zu kommen. Ich wollte nur darauf hinweisen das nicht alles Gold ist was glänzt und eine Weiche per DSP zwar viel mehr Möglichkeiten ergibt als eine passive Weiche, aber auch mindestens genauso viele oder sogar noch mehr Fallstricke. Und das man bei etwas augenscheinlich einfachem wie einem FIR Filter ganz genau hinschauen muss was da wirklich passiert, bevor man sehr viel Zeit und Arbeit in etwas steckt und am Ende enttäuscht ist...

Gruß,

Weiß nicht ob ich dich hier ganz richtig verstehe.

Aber nach meinem Verständnis ist die konkrete Wahl des Bezugspunkts erstmal egal. Es sollte halt immer derselbe für alle Messungen sein.

Bisschen Filtertheorie: Wähle ich einen anderen (zBsp früheren) Bezugspunkt so ergibt sich gegenüber dem vorherigen Punkt eben ein Delay. In der Phase drückt sich das dann durch eine additive Komponente aus die mit der Frequenz linear wächst. Das sieht dann unschön aus, wirkt sich aber sonst nicht negativ aus. Und wenn es mich stört wähle ich meinen Bezugspunkt eben so dass der Delay minimiert ist.

Moinsen,

und genau das ist der springende Punkt.

quecksel (Beitrag #12) schrieb:

(...) Und wenn es mich stört wähle ich meinen Bezugspunkt eben so dass der Delay minimiert ist.

Der Bezugspunkt für die Phase darf nicht "beliebig" sein!

Es wir ja schließlich mit diesem Punkt eine Referenz zwischen Frequenz und Zeit gesetzt um Amplitude und Phase richtig zuordnen zu können.

Beispiel:


Wenn der Punkt "A" gewählt wird wird eine Laufzeit hinzugefügt die nicht "real" ist da noch gar kein Signal anlag und somit das System auch keine Antwort geben kann. Diese Laufzeit führt nur zu unnötigen Phasendrehungen in der Darstellung, ist leider bei vielen Messungen "Standart" bzw. stell sich automatisch ein wenn man nix macht...

Punkt "B" wäre die richtige Wahl da das Signal hier anfängt und man alle Frequenzanteile ab hier wieder richtig zuweisen kann, hier ist t=0.

Am Punkt "C" müsste man landen wenn man die von dir zitierten Konsens von Herstellern und Fachpresse heranzieht. Nun würde aber die Phase dementsprechend für alle Frequenzanteile, ab hier, negativ sein. Sprich von "unten" nach "oben" laufen! Habe ich bisher nie oder nur sehr selten, zB bei "Fehlmessungen" gesehen...

Tja und nun bedeute das im Umkerschluss für die FIR Antwort?



Bin auf deine Antwort gespannt ...