Frequenzweiche messtechnisch abstimmen

Autor

Beitrag

etzi
Ist häufiger hier

#1 erstellt: 15. Mrz 2005, 09:17

Hallo!

Wie allgemein bekannt (und nun auch von mir bestätigt) ist, taugen die Formeln zur Frequenzweichenberechnung nur um Anhaltswerte zu bekommen. Daher möchte ich meine 3-Wege-Weiche durch Messung optimieren.
In diesem Thread soll es um die grundsätzliche Vorgehensweise gehen:

A) Messgeräte die zur Verfügung stehen: Funktionsgenerator mit Endstufe, Oszi, DVM (linear im Audiobereich.
B) Ich werde nicht akustisch (mit Mikro) messen, da das Ergebnis (durch Reflektionen im Raum?) unbrauchbar ist. Stattdessen werde ich an den Ausgängen der Weiche elektrisch messen. Dabei muss ich natürlich annehmen, dass der Frequenzgang meiner Chassis innerhalb ihres Arbeitsbereiches ausreichend linear ist.
C) An den Ausgängen ist das jeweilige Chassis angeschlossen.
D) Bei MT und HT habe ich einen Spannungsteiler vorgeschalten zwecks Anpassung des Wirkungsgrades. Hier werde ich vor dem Spannungsteiler messen.

Jetzt geht's los:
1. Referenzwechselspannung an den Weicheneingang legen, z.B. 1V (ob 1Veff oder 1Vss ist egal, solange ich bei der selben Methode bleibe. Ich messe Veff, da besser vom DVM abzulesen).
2. Am Ausgang für den TT die Spannung messen. Frequenz erhöhen und dabei fg suchen (da wo die Spannung auf die Hälfte abgesunken ist).
Feststellen, dass die fg zu tief ist :-) und Induktivität des Tiefpasses erhöhen. Schritt 2 solange wiederholen bis eine brauchbare Annäherung an die Soll-fg erreicht ist.
3. Die Kapazität des Tiefpasses in einem gewissen Rahmen (kritisch - Butterworth) variieren, um Überhöhungen unterhalb von fg zu kompensieren.
4. Weiter am Ausgang für den MT und HT.
Das Spiel ist immer das selbe, nur beim Hochpass wird fg durch Änderung der Kapazität erreicht. Die Kompensation der Überhöhung wird dagegen mit einer Variation der Induktivität vorgenommen.

Und? Was meinst Du? Liege ich damit richtig?

Gruß
Martin

W.F.
Hat sich gelöscht

#2 erstellt: 15. Mrz 2005, 09:22

Ich werde nicht akustisch (mit Mikro) messen, da das Ergebnis (durch Reflektionen im Raum?) unbrauchbar ist.

FFT-Messtechnik um Raumeinflüsse auszublenden ist schon erfunden !

Mit highfidelem Gruß
W.F.

richi44
Hat sich gelöscht

#3 erstellt: 15. Mrz 2005, 15:44

zu 2.
Die Spannung darf nicht auf die Hälfte absinken, denn die Grenzfrequenz ist bei halber Leistung, entsprechend 70,7% der Referenzspannung (-3dB) erreicht.
Wenn Fg zu tief ist, Induktivität verkleinern UND Kondensator ebenfalls verkleinern, damit die Impedanz der Scahltung erhalten bleibt und nicht durch Fehlanpassungen Überhöhungen entstehen. Diese Überhöhungen werden vermieden, wenn die Weiche nach Butterworth berechnet ist und nicht einfach durch probieren etwas zusammengeschustert wird.
Wenn die Chassis linear sind, spricht GAR NICHTS gegen eine berechnete Weiche, wie das die Profis auch machen. Bei nichtlinearen Chassis spricht nichts gegen eine berechnete Weiche, aber alles gegen das Chassis: Schmeiss weg!
Das die Erfahrung aus 40 Jahren und einigen hundert Boxen.

georgy
Inventar

#4 erstellt: 15. Mrz 2005, 15:50

richi44 schrieb:

Bei nichtlinearen Chassis spricht nichts gegen eine berechnete Weiche, aber alles gegen das Chassis: Schmeiss weg!
Das die Erfahrung aus 40 Jahren und einigen hundert Boxen.

Sorry, aber welches Chassis fumktioniert denn wirklich mit einer nach Formel berechneten Weiche?
Einen linearen Frequenzgang im Gehäuse haben nur wenige, eine lineare Impedanz haben noch weniger. Die Impedanzlinearisierung müsste man nach Formeln vornehmen die bei Frequenzweichenformeln zu oft nicht dabei stehen.

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#5 erstellt: 15. Mrz 2005, 16:24

richi44 schrieb:

Die Spannung darf nicht auf die Hälfte absinken, denn die Grenzfrequenz ist bei halber Leistung, entsprechend 70,7% der Referenzspannung (-3dB) erreicht.

Das ist zwar richtig, aber eigentlich will man ja mit Weichen eine saubere Addition erzielen, somit ist der Ansatz "halbe Spannung" (-6dB) schon richtig, zumindest bei Weichen gerader Ordnung; bei ungerader Ordnung müssen es dann wieder -3dB sein, weil die beiden Weichenzweige 90° (270°,...) phasenversetzt sind.

Ansonsten taugt die Idee nicht viel, nur bei Chassis in unendlicher Schallwand ließe sich damit was erreichen, weil der Baffle Step entfällt. Einen ansonsten glatten Frequenzgang bekommt man doch recht häufig.

Ich sehe sonst noch den Fehler, dass die Weiche belastet, also mit angeschlossenem Chassis, vermessen werden muss, sonst stimmts nicht. Um wenigstens eine saubere Filterfunktion zu erhalten, sollte vorher der Impedanzgang des Chassis geglättet werden, z. B. durch eine paralleles RC-Glied. Zwischen Weiche und RC-Glied kann dann die Spannung gemessen werden.

Gruß
Cpt.

etzi
Ist häufiger hier

#6 erstellt: 15. Mrz 2005, 20:43

Hallo richi44!
Zu 2.: Du hast recht, Impedanz verkleinern. Da habe ich mich vertan.

Aber was spricht gegen das "Zusammenschustern"? Da die komplexen Widerstände der Chassis bei der Berechnung nicht berücksichtigt werden, wird die Weiche in der Praxis von der Berechnung abweichen.
Gerade das ist ja das Ziel meiner Aktion: Durch Messen möchte ich falsche fg und Überhöhung feststellen und dann durch schrittweise Änderung der Bauteile korrigieren. Mit den mir zur verfügung stehenden Mitteln halte ich das allemal für besser als "nur berechnen".

Hallo Cpt.!
Die Chassis sind natürlich angeschlossen. Aber Impedanzlinearisierung? Ich werde den Verlauf der einzelnen Chassis mal ausmessen um zu sehen, ob da wirklich so viel zu "holen" ist. Mir reichen die berühmten 90% (mit 10% Aufwand).

Hallo Alle!
Also halbe Spannung bei einer 12dB Weiche? Sind da alle einig? Wenn ich anstatt bei -6dB bei -3dB messe bzw. umgekehrt, dann wird das der größte Fehler sein...

Gruß
etzi

etzi
Ist häufiger hier

#7 erstellt: 16. Mrz 2005, 00:05

Hier der Impedanzverlauf der Chassis.

Ich plane folgende Übergangsfrequenzen:
TT - 800Hz - MT - 5,7kHz - HT

Bei diesen Frequenzen kann ich nichts Kritisches an den Impedanzkurven erkennen. Maxima bzw. Minima liegen "weit" entfernt von den Übergangsfrequenzen.
Sollte ich trotzdem linearisieren?
Falls ja wo und weshalb?

Gruß
Etzi

lens2310
Inventar

#8 erstellt: 16. Mrz 2005, 01:26

Ich glaube nicht das man durch messen der Spannungsverläufe an den Weichen einen vernünftigen Frequenzgang hinbekommt. Hier mal ein Beispiel. Frequenzgang gemessen am Hörplatz (2,5m)mit der Original Weiche und der Versuch der Optimierung. Natürlich paßt diese Weiche nur für diesen Raum und diese Hörposition optimal.

etzi
Ist häufiger hier

#9 erstellt: 16. Mrz 2005, 08:41

Hallo lens2310!

Wie hast Du denn die Einzelkurven am Hörplatz gemessen? Hast die die jeweils anderen Chassis abgeklemmt?

Die Verbesserung ist deutlich zu sehen. Ich wäre aber im ersten Schritt schon froh, das "nicht optimierte" Ergebnis ohne Einbeziehung der Raumakustik zu erreichen.

Zur Erinnerung: Bisher habe ich rein berechnete Weichen. Beim Übergang TT-MT gibt es eine elektrische Lücke von 100Hz, beim Übergang MT-HT eine Überschneidung von 1kHz (jeweils 1/2 Spannung gemessen).

Gruß
etzi

lens2310
Inventar

#10 erstellt: 16. Mrz 2005, 22:56

Ja, die Chassis wurden einzeln gemessen und anschließend alle zusammen. Der Bass-Mitteltonübergang sieht ganz gut aus, während am Mittel-Hochtonbereich ein kleiner Peak aufgrund der Überschneidung ist. Ist aber nicht störend.
Wenn deine Gesamtkombination rein gehörmäßig gut klingt, solltest Du die Weiche so lassen. Die Spannungsmessung allein bringt nichts. Du mußt auch die Schallbündelung und einige "Ausreißer" der Chassis mitbedenken. Wenn Du vor hast öfters mit Chassis und Boxen zu arbeiten solltest Du ein Schallpegelmeßgerät (über PC oder so) anschaffen.
Auch eine Aktivweiche ist kein Allheilmittel.
Irgendwann ist natürlich mit messen Schluß. Wer viel mißt, mißt Mist.

Eckhard

etzi
Ist häufiger hier

#11 erstellt: 17. Mrz 2005, 08:59

Hallo Alle!

Ich muss doch nochmal nachfassen:

Also halbe Spannung bei einer 12dB Weiche? Sind da alle einig?

Dann würde an den beiden beteiligten Chassis bei fg jeweils 50% (-6dB) der Eingangsspannung anliegen.
Das macht dann 2x 25% Leistung!?

Oder doch lieber fg bei 70% (-3dB) ermitteln?
Das macht dann 2x 50% Leistung was irgend plausibler klingt.
Aber da war was mit Weichen von geradzahliger Ordnung...

Hilfe!!!

Gruß
Martin

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#12 erstellt: 17. Mrz 2005, 14:27

Hmja, jetzt machen wir es mal vollständig. Ich war auch etwas, ähm, ungenau da oben.

Zwei Fälle:

a) Strahlungskopplung
b) keine Strahlungskopplung

a) Strahlungskopplung liegt vor, wenn der Abstand der Chassis kleiner als lambda/2 bei der Trennfrequenz ist.
Gleichphasig abgestrahlter Schall addiert sich dann folgendermaßen:
Schalldruck +6dB
Schallleistung +6dB wegen doppeltem Realteil des Strahlungswiderstand

Perfekte Addition, Weichen geradzahliger Ordnung sind in dem Fall also ideal.

Um 90° zueinander verschobener Schall addiert sich so:
Schalldruck +3dB
Schallleistung +6dB

Passt nicht ganz: bei Weichen ungeradzahliger Ordnung hat man also entweder 3dB Schalldruck zu wenig (bei Abstimmung auf -6dB) oder 3dB zu viel Leistung (bei Abstimmung auf -3dB)

b) keine Strahlungskopplung:
der Abstand der Chassis ist größer als lambda/2 bei der Trennfrequenz

Gleichphasig abgestrahlter Schall addiert sich so:
Schalldruck +6dB
Schallleistung +3dB

90° verschobener Schalldruck:
Schalldruck +3dB
Schallleistung +3dB

Das Verhalten ist also gerade andersrum als in Fall a). Bei Weichen geradzahliger Ordnung erhält man entweder 3dB Schalldruck zu viel (bei Abstimmung auf -3dB) oder 3dB Leistung zu wenig (bei Abstimmung auf -6dB)

Alles klar?

Gruß
Cpt.

etzi
Ist häufiger hier

#13 erstellt: 17. Mrz 2005, 20:34

Hallo Cpt.!

Das ist aber starker Tobak...
Ich versuche das mal in meinem Hirn hineinzukriegen

Jetzt doch Foto zum besseren Verständnis:

Das Zentrum(?) des Basschassis liegt 31cm vom Zentrum des Hornmundes entfernt. Bei 800Hz beträgt h/2 21cm.
Also keine Strahlungskopplung.

Das Zentrum des Mundes des Hochtöners liegt 14 cm vom Zentrum des Hornmundes entfernt. Bei 8kHz beträgt h/2 2,1cm.
Also auch keine Strahlungskopplung.

Ergo: Ich stimme elektrisch auf -4,5dB ab?

Also ehrlich: Den Unterschied von Schalldruck und Schallleistung hab ich noch nicht gefressen.
Schallleistung = Schalldruck x ???

Was nimmt mein Ohr wahr? Schalldruck oder Schallleistung?
Was messe ich mit einem Mikro?

Jetzt brauch' ich ersma ein Bier...

Bis später!

Gruß Martin

Cpt._Baseballbatboy
Inventar

#14 erstellt: 18. Mrz 2005, 12:52

etzi schrieb:

Das Zentrum(?) des Basschassis liegt 31cm vom Zentrum des Hornmundes entfernt. Bei 800Hz beträgt h/2 21cm.
Also keine Strahlungskopplung.

Richtig, es geht ums Zentrum. Und es liegt keine Strahlungskopplung vor.

Mit einer Weiche ungerader Ordnung dürftest Du hier bessere Ergebnisse als mit einer gerader Ordnung erzielen.

Ergo: Ich stimme elektrisch auf -4,5dB ab? :D

Eigentlich schon. Denn es wird ja nichts so heiß gegessen, wie es gekocht wird, die +3/+6dB sind natürlich nur eine Näherung. Deswegen ist für eine saubere Lösung eine akustische Messvorrichtung unabdingbar.

Also ehrlich: Den Unterschied von Schalldruck und Schallleistung hab ich noch nicht gefressen.
Schallleistung = Schalldruck x ???

Es ist wie in der Elektrizität: Es gibt die Spannung (Schalldruck), es gibt den Strom (Schallschnelle) und es gibt die Leistung=Spannung*Strom (Schalldruck*Schallschnelle).

Und weil sich der Schall nicht nur wie ein elektrisches Signal auf einem dünnen Kabel ausbreitet sondern in alle Raumrichtungen, muss man die Leistung einmal über die gesamte Kugeloberfläche integrieren.

Was nimmt mein Ohr wahr? Schalldruck oder Schallleistung?
Was messe ich mit einem Mikro?

Beides, Ohr und Mikro, sind Druckempfänger.

Unser Ohr kann aber zwischen Direkt- und Diffusschall unterscheiden. Direktschall ist der, welcher auf direktem Wege das Ohr erreicht, charakterisiert wird der durch den Amplitudenfrequenzgang.
Der Diffusschall entsteht durch Reflexionen an den Wänden. Er ist durch den Leistungsfrequenzgang gekennzeichnet, denn die Schallleistung breitet sich in alle Richtungen aus.
Wenn Du jetzt bei Dir mit einer Weiche gerader Ordnung so abstimmst, dass 3dB zu viel Leistung abgestrahlt wird - der Amplitudenfrequenzgang aber aalglatt ist - dann ist der Diffusschall um die Trennfrequenz herum 3dB zu laut, das sind dann hörbare Verfärbungen.

Aber nochmal: das sind alles nette Gedanken, ohne ordentliches Messequipment wirst Du ganz andere Probleme haben.

Für knapp 100€ gibt es das ATB PC-System, das sollte es wert sein.

Gruß
Cpt.

lens2310
Inventar

#15 erstellt: 18. Mrz 2005, 21:09

Schöner Lautsprecher, schönes Horn.
Meinst Du nicht, das der SP-8C ein wenig zu klein ist in dieser Kombination ?
Würde ihn als Tief-Mitteltöner einsetzen und für den Bassbereich einen 30èr oder 38èr einsetzen.
Ist der Hochtöner ein DAS ?

etzi
Ist häufiger hier

#16 erstellt: 19. Mrz 2005, 01:07

Hallole!

@Cpt.:
Danke! Jetzt habe ich eine ungefähre Vorstellung von den verschiedenen Faktoren. Das mit dem Meßsystem überlege ich mir. Zur Zeit wobble ich das Spektrum von Hand durch und nehme interessante Meßpunkte auf.
Inzwischen habe ich mir mal "Hobbybox" gesaugt aber noch nicht angeschaut.

@lens2310:
Wie meinen? Ob er ein "DAS" ist? Was ist das?
Der Hochtöner ist ähnlich einem Ringradiator, hat eine ringförmige Alumembran aber einen hornförmigen Schlitz. Das Teil wiegt 2kg und hat einen Wirkungsgrad von 108db/W(m).
Der Schlitz wird vertikal montiert (also 90° verdreht zum MT-Horn) und hat den Vorteil, dass die "Ausleuchtung" im Raum recht gleichmäßig ist. Damit kann man auch mal neben der 0°-Achse sitzen und verpaßt nix :-)

Ich hatte zuvor eine 250l BR Box mit SP15A. Wie gesagt: Aus Platzgründen mußte die weichen. Und groß Zeit zum Gehäuse bauen habe ich auch nicht mehr. Ich könnte mich aber dazu verleiten lassen, andere Chassis in die vorhandenen Gehäuse zu machen. Ist BR und kann wahrscheinlich problemlos umgestimmt werden.

Gruß
Martin

[Beitrag von etzi am 19. Mrz 2005, 09:59 bearbeitet]

Suche: