Frequenzganglinearisierung von Lautsprechern

Hallo SteffDA,
Eindeutig: Jein.
Was Du hier aufgezeigt hast ist ja nur die 'elektromechanische Ersatzschaltung'.
Aufgrund dieser könntest Du die Impedanz (vielleicht) kontrollieren, was aber nichts bringt,
da ja der Frequenzgang optimiert werden soll. Der Frequenzgang eines Lautsprechers ist
nur im Bereich der Eigenresonanz (TSP) ~berechenbar. Der Rest unterliegt einer komplexen
mechanisch-akustischen Übertragungsfunktion, die individuell bei jedem Chassis etwas anders
aussieht (Peter Pfleiderer hat dazu vor vielen Jahren schon einige gute Mess- und Korrektur-
Ansätze veröffentlicht).
Dazu kommen Verzerrungen, die man ich vorab schon kompensieren kann. Deshalb wird in
der Praxis ein Frequenzverlauf gemessen und bei Bedarf invertiert elektrisch nachgebildet
bzw. korrigiert. So wie wir das alle hier machen.

Der Frequenzgang eines Lautsprechers ist nur im Bereich der Eigenresonanz (TSP) ~berechenbar.

Das erstaunt micht jetzt doch sehr.... Boxberechnungen haben als Grundlage auch nur die TSPs und spucken Frequenzgangberechnungen weit außerhalb der Eigenresonanz der Chassis aus.

Die Frage ist:
Kann ich mit einer physicalisch aufgebauten 'elektromechanischen Ersatzschaltung' den Frequenzgang linearisieren und in welchen Grenzen?

Interessant ist ja z.B. dass, wenn ich das Boxvolumen ändere, sich der Frequenzgang in der Simulation nicht ändert. Also kann ich bei dieser Art der Frequenzganglinearisierung das Boxvolumen variabler halten und mir damit größere Spielräume beim der Gestaltung der Box eröffnen und trotzdem noch einen guten Frequenzgang haben? In welchen Grenzen geht das?

Mir ist durchaus bewußt, dass8 die Simulation Grenzen hat und so 1:1 sicher nicht in die Praxis übertragbar ist. Aber mit sechs zusätzlichen Bauteilen nahe an die Simulation zu kommen halte ich schon für attraktiv.

Das klingt hier alles ziemlich kompliziert.
Was du suchst, ist doch einfach nur ein DSP.
Mit dem kannst du bspw das Volumen der Box kleiner bauen, den Pegelverlust im Bass ausgleichen und ggf die Überhöhung filtern.

Hallo SteffDA,

.... Boxberechnungen haben als Grundlage auch nur die TSPs und spucken Frequenzgangberechnungen weit außerhalb der Eigenresonanz der Chassis aus.

Das stimmt leider nicht. Die T&S-Parameter werden lediglich aus dem Impedanzverhalten eines Chassis im Bereich dessen Eigenresonanz berechnet und haben auch nur dort ihre Gültigkeit. Eine Frequenzgang-Messung ist dazu nicht erforderlich. Deshalb taugen diese Parameter auch nur um Gehäusevolumen zu berechnen und - aufgrund der Einbaugüte - den Frequenzgang in diesem Bereich abzuschätzen. Dabei ist das Ziel, eine vernünftigen Kompromiss zwischen der Einbau-Güte und dem Frequenzverlauf zu erreichen.
Simulationen die einen Frequenzgang 'ausspucken' müssen vorher mit einem gemessenen Frequenzgang gefüttert werden!!

Die Frage ist: Kann ich mit einer physikalisch aufgebauten 'elektromechanischen Ersatzschaltung' den Frequenzgang linearisieren und in welchen Grenzen?

Grundsätzlich ist das denkbar, dazu ist aber deutlich sehr viel mehr als nur eine ‚elektromechanische Ersatzschaltung erforderlich, da das komplexe Membranverhalten bei höheren Freqenzen (partialschwingungen/Membranaufbrechen/Material-Resonanzen/Hub-Begrenzung) auch berücksichtigt werden muss. Deshalb mein Hinweis auf Peter Pfleiderer, der mit einer Art elektronischer ‚Vorverzerrung‘ entsprechende Korrekturen machte. Heute macht man das – wie Wholefish das andeutete – mit einem dsp.

Interessant ist ja z.B. dass, wenn ich das Boxvolumen ändere, sich der Frequenzgang in der Simulation nicht ändert.

Das sollte er aber! – zumindest bei Tieftönern und in deren Bereich der (Einbau/BR-)Frequenz. Mit was machst Du denn Deine Simulationen?

Also kann ich bei dieser Art der Frequenzganglinearisierung das Boxvolumen variabler halten und mir damit größere Spielräume beim der Gestaltung der Box eröffnen und trotzdem noch einen guten Frequenzgang haben? In welchen Grenzen geht das?

Mit einem EQ kannst Du natürlich – jenseits einer T&S-Volumenberechnung – eine Bassanhebung und eine Frequenzgang-linearisierung erzeugen. Dabei gilt es allerdings die Belastungsgrenzen des Chassis zu berücksichtigen. Zudem wird ein Chassis das per EQ zu einer tieferen und lauteren Wiedergabe gezwungen wird auch schnell an seine mechanischen Grenzen kommen und zu Verzerrungen neigen.

Ich simuliere mit Qucs bzw. QucsStudio.

Hallo SteffDA,
So wie ich das sehe ist Qucs ein reines Elektronic-Simulationsprogramm. Sicher sehr
hilfreich (ich simuliere bis heute immer mal wieder mit dem uralten PSpice) aber das
berücksichtigt lediglich die elektische Seite. Die Übertragung in die akustische Welt fehlt.
Dazu braucht es BoxSim, VituixCad oder ähnliche Programme, die auch Gehäuse-
einflüsse oder auch Abstrahlverhalten berücksichtigen.

Deshalb gibt es ja elektrische Modelle für Lautsprecher, die eben auch die mechanischen Eigenschaften berücksichtigen. Ich habe "meine" Modell aus einem Papier von Kyle Lahnakoski "Speaker Equations", was ich mal im Netz gefunden hatte (http://www.arcavia.com/kyle/Equations/Driver.html). Die Webseite gibt es leider nicht mehr, ich hatte das dort 2011 gefunden.

Ich muss mich an der Stelle korrigieren. In den o.g. Papier sind zwar Berechnungsgleichungen und entsprechende Erklärungen zu finden, aber nicht die Modelle, die ich nutze. Die habe ich dann wohl woanders gefunden. ich muss da nochmal nachschauen.

SteffDA (Beitrag #3) schrieb:

Kann ich mit einer physicalisch aufgebauten 'elektromechanischen Ersatzschaltung' den Frequenzgang linearisieren und in welchen Grenzen?

Du kannst das innerhalb der Grenzen des Lautsprechers (mechanisch/thermisch) und der antreibenden Elektronik (Spannung/Strom). Grundsätzlich hat jedes System bestehend aus Lautsprecher und Elektronik einen frequenz- und signalabhängigen Maximalpegel, der sich durch eine derartige Regelung nicht verändern lässt.
Wie schon erwähnt ist die Wirkung nicht anders, als wenn du den Frequenzgang durch eine entsprechende Filterung vor der Leistungselektronik korrigierst.
Und wie ebenfalls erklärt, gelten die Modelle nur für das Kleinsignalverhalten um die Resonanzfrequenz des Lautsprechers. Nur weil ein Model auch Daten außerhalb dieses Bereichs ausspuckt, heißt das noch lange nicht, dass diese auch mit der Realität übereinstimmen. Simulationen auf TSP-Basis sind ja ganz nett und praktisch, aber selbst im Bassbereich eben nur für den Kleinsignalbetrieb gültig. Leider sind Lautsprecher ziemlich nicht-lineare Systeme, wenn dieser Bereich verlassen wird. "Klippel" ist hier ein gutes Stichwort.
Simulationssysteme, die den kompletten Frequenzbereich abdecken, arbeiten in der Regel mit akustischen Messdaten und nicht alleine mit einfachen Ersatzschaltbildern.

Ah, ok. Danke für die Infos, das war mir bisher nicht so klar.
Ich meine, dass meine Simulationen mit qucs nicht der Nabel der Welt sind schon, aber das wenn ich mit z.B. Boxsim o.ä. arbeite, das letztlich auch bloß grobe Schätzungen sind, nicht.

Hi,

SteffDA (Beitrag #8) schrieb:

... Ich habe "meine" Modell aus einem Papier von Kyle Lahnakoski "Speaker Equations", was ich mal im Netz gefunden hatte (http://www.arcavia.com/kyle/Equations/Driver.html). Die Webseite gibt es leider nicht mehr, ich hatte das dort 2011 gefunden. Ich muss mich an der Stelle korrigieren. In den o.g. Papier sind zwar Berechnungsgleichungen und entsprechende Erklärungen zu finden, aber nicht die Modelle, die ich nutze. Die habe ich dann wohl woanders gefunden. ich muss da nochmal nachschauen.

Hier dein originaler thread zur SPL-Simulation von vor 11 J., mit schon einigermaßen plausiblen Ergebnissen (*):
http://www.hifi-forum.de/viewthread-137-120.html

Deinen jetzigen Versuch der Linearisierung über eine Gegenkopplung mit dem elektrischen Impedanzmodell (**) ist mit Sicherheit noch nicht vollständig,
und ich habe es -- zugegebenerweise -- auch noch nicht ganz verstanden ...

Auch ist das reale Impedanzniveau deiner Schaltung mit 4 Ohm und hunderten µFs extrem uneffizient und sollte ca. 1000-fach angehoben werden. Dann werden allerdings die Spulen unrealisierbar und müssten durch OP-Schaltungen ersetzt werden.


Dein Ziel der Linearisierung einer CB über TSPs -- bzw. allein über Fc und Qtc -- ist schon seit fast 20 J. als sog. "Linkwitz-Transformation" bekannt:
https://www.linkwitzlab.com/filters.htm#9

Die Ergebnisse der Umrechnungen gibts hier: http://www.mh-audio.nl/Calculators/Transformation.html


-------------------------
(*) = ohne Bafflestep, ohne Partialschwingungen, nur Kleinsignal

(**) = als 2-Pol zwischen Input und GND = Stromfluss durch die Schwingspule unter der üblichen Konstantspannungs-Bedingung;
du nutzt es jedoch als 3 bzw. 4-Pol ...

SteffDA (Beitrag #10) schrieb:

Ich meine, dass meine Simulationen mit qucs nicht der Nabel der Welt sind schon, aber das wenn ich mit z.B. Boxsim o.ä. arbeite, das letztlich auch bloß grobe Schätzungen sind, nicht.

Boxsim schätzt unter den richtigen Bedingungen ziemlich gut, weil es eben nicht nur auf Basis der TSP und eines Ersatzschaltbildes rechnet, sondern auch Messdaten des komplexen Frequenz- und Impedanzgangs verwendet. Umgekehrt lässt sich sagen, dass die Qualität des Simulationsergebnisses direkt mit der Qualität der Eingangsdaten zusammenhängt.

the_flix (Beitrag #9) schrieb:

.... Simulationssysteme, die den kompletten Frequenzbereich abdecken, arbeiten in der Regel mit akustischen Messdaten und nicht alleine mit einfachen Ersatzschaltbildern.

DAS ist der Kernpunkt.

In die akustischen Simulationsmodelle aus dem expliziten Bereich der Lautsprecherentwicklung werden gemessene Frequenzgänge entweder "pur" vom bloßen treiber ab Werk in der Messschallwand oder eben auch/zusätzlich von der tatsächlichen Einbausituation im konkreten Projekt.

Ausschließlich mit einem elektrischen Ersatzschaltbild wird iRd konkreten Konstruktion eben kaum noch gearbeitet.

Weiß hier jemand ob in den Lautsprecher DSP's IIR oder FIR Filter benutzt werden...

Hallo Accuphocal,
das kommt auf die eingesetzten dsp's an. Mittlerweile findest Du beides.
Soweit ich weiß können die neuesten minidsp sogar wahlweise beides.

war in einem anderen Thread auch Thema, in der Produktbeschreibung sollte das auch stehen.
IIR braucht deutlich weniger Ressourcen und ist schneller.
bei zunehmend schnelleren Prozessoren und günstigerem Speicher - dürfte derzeit eher alles wesentlich teurer werden - ist beides möglich

http://www.hifi-foru...d=13872&postID=52#52
https://www.minidsp....fir-vs-iir-filtering
„miniDSP products that support FIR filtering include the OpenDRC and the miniSHARC kit.“

Ich hatte die Algorithmen einmal selbst geschrieben, nur die genaue Anwendung in der Audio-Technik ist mir unbekannt, obwohl ich aus der Ecke komme. Weiß hier jemand nach welchen Kriterien die Filterparameter generiert werden? Geht es nur um die Grenzfrequenz oder auch andere Sachen? Und wie erfolgt die Anpassung an die Chassis genau?

Hier dein originaler thread zur SPL-Simulation von vor 11 J., mit schon einigermaßen plausiblen Ergebnissen (*): http://www.hifi-forum.de/viewthread-137-120.html

Danke, ich sollte mir mal 'ne Liste meiner Threads machen....

Deinen jetzigen Versuch der Linearisierung über eine Gegenkopplung mit dem elektrischen Impedanzmodell (**) ist mit Sicherheit noch nicht vollständig, und ich habe es -- zugegebenerweise -- auch noch nicht ganz verstanden ...

Das ist auch erstmal grob die Idee. Ich habe die Übertragungsfunktion des Lautsprechers GL und setze davor zur Linearisierung die Übertragungsfunktion GL^-1. Das mache ich, indem ich GL in den Gegenkopplungszweig eines Verstärkers schalte. Insgesamt ergibt sich dann G = GL * GL^-1 und die ist linear.