Subwoofer Frequenzweiche

Wenn du die Phase einstellen willst, warum misst Du den Amplitudenfrequenzgang und nicht die Phase?

Moin,

das Problem und die Lösung verstehe ich nicht richtig. Habe deinen Text mehrmals gelesen und will meinen Senf dazugeben.

Also das Preset "Sat" ist vorgegeben und der Sub soll angepasst werden.

Dann wäre es sinnvoll die Trennfrequenz auf 60 Hz zu legen. Also stell dir deine ideale 12 dB Trennung vor:

http://www.hifi-forum.de/bild/ideal-phase_1114327.html

aber die Trennfrequenz (-3 dB) bei 60 Hz. Diese Funktion muss akustisch vorhanden sein und nicht nur im Setup. Je nachdem, wie der Sub gepolt ist, hast du dann dort auf 60 HZ einen Einbruch, oder die perfekte Addition. Mit dem Delay kannst du noch optimieren, bis es perfekt ist.

Wenn du das geschafft hast, würde ich dir die Trennung mit 24 dB/Oktave empfehlen. Z.B. die Sat´s auf Fullrange stellen und die komplette Trennung im DSP machen.

1. Dein Ergebnis sieht ziemlich gut aus, optimale Addition über einen sehr weiten Bereich.
(allerdings mit wenig /ganz sanfter Trennung, und rel. hoher Übergangsfrequenz, was aber kein Nachteil sein muss, v.a. wenn die Komponenten direkt beeinander stehen)

2. Auch deine Vorgehensweise ist prinzipiell richtig, zuerst die Phasenbeziehungen der Komponenten incl. Filter zueinander optimieren, anschließend EQ nur noch "über alles".

3. Wie du dahin gekommen bist und deine Begründungen dazu bleiben aber unklar.

PHoepping (Beitrag #1) schrieb:

... In Realität gibt es ungefähr dies: Der geschlossene Subwoofer ist von sich aus ein Hochpass 2. Ordnung. Der ICOA Top ist eine Bassreflexbox - ein Hochpass 4. Ordnung. ...

Der prinzipielle /theoretische Phasengraph muss für den CB-Sub (rote Kurve) zusätzlich einen Tiefpass 2. Ordnung oder entsprechenden Allpass beinhalten, sodass die Phasendrehung über die Frequenz insgesamt nicht nur 180°, sondern -- wie gezeigt -- 360° beträgt.

Genau wie beim BR-Hochpass der Tops (grüne Kurve),
lediglich um 180° versetzt (nahezu perfekt, die jeweiligen Ü-Frequenzen passen zufällig),
sodass deine "Realität" eigentlich nur noch die Umpolung eines Zweiges bräuchte um das Ziel zu erreichen.
Weitere Schritte wären garnicht notwendig.

Die Realität ist wahrscheinlich etwas anders:
-- wie du selbst sagst, laufen die Tops mit einem zusätzlichen Hochpass 2. Ordnung, das wären dann (falls analog bzw. IIR-Filter) in Summe 6. Ordnung mit 540° gesamter Drehung
-- der DSP der Tops (*) wird über seine Latenz zu weiteren Phasendrehungen gegenüber dem Analog-Sub führen.

Mit dem Allpass vor dem Sub erzeugst du die zusätzliche Phasendrehung die notwendig ist, um mit den (immer noch unbekannten) Gegebenheiten der DSP-Tops mitzuhalten ...

Über die (mittels REW?) bisher nicht gelungene Phasenmessung der Einzelkomponenten (**) kann ich schmunzeln,
verwöhnt durch ein halbes Leben mit einem HP 3561A , wo die zwingend notwendige Zeit-Referenz vom eingebauten Generator ("Periodic Noise") jederzeit zur Verfügung steht.


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P.S.:
(*) = wie soeben erfahren könnte die Latenz von BT noch dazukommen, falls sie ausschließlich bei den Tops wirksam sein sollte

(**) = da scheinen viele hier im Forum mit REW ein Problem zu haben, finde die links aber gerade nicht ...

Hallo,
danke für die Antworten.

@Mav3Rix: Präzise Phasenmessungen sind mir mit REW nicht gelungen.

@Thonau:
Meine naive Vorstellung war, ich könnte mein System aufwerten, in dem ich einen DSP-entzerrten Subwoofer dazustelle.

Also habe ich die Box gebaut und im DSP den klassischen Filter für eine GHP-Box eingestellt: Low Shelf + negativer Peak bei 90Hz.

Der Subwoofer hat wegen des kleinen Volumens im Frequenzgang ein Maximum bei etwa 90Hz. Rein vom Frequenzgang her hatte ich erwartet, dass ich das mit einem Peak von -5dB kompensieren kann. Es war ein Peak mit Q=4 und einem Gain von -12dB nötig. Besonders gleichmäßig war der Frequenzgang damit nicht. Da waren etlichen Spitzen und Dellen. Trotzdem war es zusammen eine gewisse Verbesserung.

Der Peak mit einem unerwartet hohen Gain von -12dB hat mir keine Ruhe gelassen. Und ich habe vergeblich versucht, die verbleibendenden Spitzen und Dellen im Frequenzgang wegzufiltern.

Subwoofer und Top spielen im Bereich um die Trennfrequenz gemeinsam und sollen sich ergänzen. Bei einer Weiche 12dB ist der relevante Bereich mindestens +-1 Oktave. Das funktioniert aber nur, wenn sie in diesem Bereich gleichphasig spielen. In meinem Fall ist das der Bereich von 50..200Hz.

Ich habe zahlreichen Lösungsmöglichkeiten überlegt und mit einigen Forenmitgliedern diskutiert.

1. Bassreflexöffnungen bei den Tops verschliessen.
Damit mache ich aus dem Top einen Hochpass 2. Ordnung statt 4. Ordnung.
Problem 1: Ich kann die Tops nicht mehr ohne Umbau alleine verwenden.
Problem 2: Dann sind beide Lautsprecher Hochpässe 2. Ordnung aber nicht an der gleichen Frequenz. Beim programmierten Allpass kann ich den Phasenverlauf durch Verschiebung der Frequenz anpassen.
Problem 3: Ich muss den Bass entzerren und die dafür nötigen Filter wirken im relevanten Bereich auf die Phase und erzeugen damit neue Spitzen und Löcher im Frequenzgang.

2. Andere Filter für Entzerrung.
Inzwischen war mir klar, dass ich ein Problem mit den Phasenverläufen habe. Ich habe also versucht, die Box mit Filtern zu entzerren, die im Bereich 50..200 eine möglichst geringe Auswirkung auf die Phase haben. Statt das Maximum im Frequenzgang bei 90Hz zu dämpfen habe ich die tiefen Frequenzen entsprechend stärker angehoben. Damit war eine geringe Verbesserung möglich.

3. Tiefe Anbindung des Sub (Vorschlag Thonau)
Im Preset Flat wird der Bass des Top bis 50Hz angehoben und fällt darunter steil ab. Man könnte den Sub bei 50Hz abtrennen.
Problem 1: Die Tops spielen besser, wenn sie vom Bass entlastet werden.
Problem 2: Phasenverlauf der Tops im Preset Flat bei 50Hz ist wirr. Da wirken die Resonanz des Bassreflex und der digitalen Filter im DSP des Top maximal auf die Phase.

Alle weiteren Vorschläge liefen darauf hinaus, dass ich den Hochpass für die Tops im DSP programmiere. Dann könnte ich die Trennfrequenz höher setzen, also in einen Bereich, in dem es keine großen Unterschiede beim Phasenverlauf gibt. 150Hz und 24dB pro Oktave würden sich anbieten.

Diese Lösung hat für mich den Nachteil, dass ich keine Kabelverbindung zwischen den beiden Tops habe. Das geht bei mir über BlueTooth TWS (True Wireless Stereo). Ich hätte einen 2. DSP gebraucht. In anderen Anwendungen würde sich das anbieten.

Filter 24dB pro Oktave setze ich nicht gerne ein. Der 18Zoll-Treiber im Subwoofer und der 12Zoll-Treiber im Top klingen unterschiedlich. Ich habe mir das angehört, in dem ich mit REW Pulse 100Hz und einige Sinusschwingungen Länge ausgegeben habe. Dann habe ich immer wieder zwischen Sub und Top umgeschaltet. Ich finde, mit einer Weiche 12dB pro Oktave klingt es im Übergangsbereich harmonischer.

Das Ohr ist für langsame, gleichmäßige Phasenverschiebungen relativ unempfindlich. "Phasensprünge" sind etwas anderes. Peak-Filter mit hoher Güte und hohem Gain sollte man deswegen vermeiden.

Daraus habe diese Erkenntnisse für die optimale Addition eines Subwoofers gewonnen:

1. Sub und Top sollten zusammen einen möglichst gleichmäßigen Frequenzgang ohne steile Spitzen und Dellen haben. Das vermeidet die Notwendigkeit der Entzerrung mit Peaks hoher Güte. Dazu müssen die Phasenverläufe zusammen passen.

2. Wenn man bereits bei der Auswahl der Tops an einen Subwoofer denkt, sollte man Tops mit einstellbarem Hochpass kaufen bzw. bauen oder den DSP dafür gleich mit einplanen.

2. Entzerrung des Bass muss vor der Weiche stattfinden. Dann - und nur dann - kann man jeden Frequenzverlauf ohne Nebenwirkungen an anderer Stelle entzerren.

In meinem Fall hatte ich das Glück, dass die Resonanzfrequenzen von Subwoofer und Top in der Frequenz ziemlich nahe beieinander liegen. Das war nicht geplant. Deswegen konnte ich den Phasenverlauf mit einem Allpass ganz gut angleichen und das Preset Sat mit dem High Pass bei 100 Hz benutzen.

Viele Grüße Paul.

3. Wie du dahin gekommen bist und deine Begründungen dazu bleiben aber unklar.

Ich will es mit der Begründung nochmal versuchen.

Der geschlossene Subwoofer ist von sich aus ein Hochpass 2. Ordnung. Der ICOA Top ist eine Bassreflexbox - ein Hochpass 4. Ordnung. ... Der prinzipielle /theoretische Phasengraph muss für den CB-Sub (rote Kurve) zusätzlich einen Tiefpass 2. Ordnung oder entsprechenden Allpass beinhalten, sodass die Phasendrehung über die Frequenz insgesamt nicht nur 180°, sondern -- wie gezeigt -- 360° beträgt. Genau wie beim BR-Hochpass der Tops (grüne Kurve), lediglich um 180° versetzt (nahezu perfekt, die jeweiligen Ü-Frequenzen passen zufällig), sodass deine "Realität" eigentlich nur noch die Umpolung eines Zweiges bräuchte um das Ziel zu erreichen. Weitere Schritte wären garnicht notwendig.

Als mir klar wurde, dass ich ein Problem mit dem ungleichen Verlauf der Phasen im Übergangsbereich habe, habe ich die DSP-Software des t.racks Mini DSP benutzt, um die Phasenverläufe mit und ohne Frequenzweiche zu visualisieren und zu simulieren. Das Bild im Post war nicht der Screenshot, den ich eigentlich zeigen wollte. Sorry.

Hier sind die richtigen Screenshots. Ich habe die Resonanzfrequenzen von Sub und Top mit 60Hz angenommen. Beide Boxen ohne Frequenzweiche. Rot = Sub, Grün = Top:



An dieser Einstellung habe ich ausprobiert, welche Wirkung verschiedene Filter haben.

Mit Lowpass für den Sub und Highpass für den Top bei 100Hz:



Mit Allpass2 Q=0.71 bei 60Hz für den Sub:



Es ist Zufall, dass die Resonanzfrequenzen von Sub und Top beide im Bereich um 60 liegen. Die Frequenz des Allpass habe ich optimiert, bis ich im Frequenzgang eine maximal Auslöschung hatte. Dann habe ich den Ausgang für den Sub invertiert.

Jetzt spielen Sub und Top einigermaßen phasengleich. Aber wenn ich versuche, den Bass zu entzerren, laufen die Phasen wieder auseinander. Es wird mehr oder weniger wellig. Die Wellen lassen sich nicht mit Peaks ausgleichen, weil jeder weitere Filter wieder den Phasenverlauf verändert.

Es wurde mir klar, dass eine gute Entzerrung und eine ausreichende Angleichung der Phasenverläufe nicht zu erreichen ist. Erkenntnis: Die Entzerrung muss vor der Frequenzweiche stattfinden und gleichermaßen auf Sub und Top wirken.

Dann stellte sich die Frage, wie gut ich die Phasenverläufe im Bereich der Trennfrequenz angleichen kann. Das oben ist ja nur eine Simulation. Wenn es gut gelingt, bekomme ich einen gleichmäßigen Frequenzgang, der mit Filtern niedriger Güte ausgeglichen werden kann. Dann kann ich das Preset Sat der Tops weiter benutzen. Das erspart mir ein zusätzliches Kabel im Raum zwischen den Tops oder einen 2. DSP. Ich finde, es ist ziemlich gut gelungen.

Wenn es eher nicht so gut gelungen wäre, hätte der Frequenzgang beider Lautsprecher zusammen einige Wellen und Dellen bekommen. Ich hätte dann folgende Möglichkeiten gehabt:

1. Ich bleibe dabei das Preset Sat zu benutzen und gleiche die Wellen und Dellen im Frequenzgang mit Filtern im DSP aus.

2. Ich programmiere den Hochpass für den Top im DSP und verschiebe die Trennfrequenz in einen höheren Frequenzbereich, wo sich die Phasenverläufe ähnlicher sind. Dann kann ich auch die Flankensteilheit auf 24dB/Oktave hochsetzen. Bei letzterem war ich mir allerdings nicht sicher, ob ich das wirklich will.

Ich hoffe, der Weg und die Begründungen sind jetzt klar. Sonst einfach nochmal fragen.

Als ich Ende der 1980ziger Boxen gebaut habe, wäre niemand auf die Idee gekommen, eine Frequenzweiche für 100Hz auszulegen. Das lag nicht nur an den dicken Trafospulen, die man dafür gebraucht hätte. Es galt die Regel, dass man mindestens 1 besser 2 Oktaven Abstand von allen Resonanzfrequenzen hält. 240Hz war ein übliches Minimum. Dafür hat man Mitteltöner verbaut, die bis unter 100Hz linear spielen.

Jetzt scheint diese Regel nicht mehr zu gelten. Ich frage mich, wie die Leute hier ihre oft richtig guten Subwoofer in Phasen-Gleichgang mit den Tops bringen.

Mein Verdacht ist, es werden Nahfeldmessungen gemacht, die wunderschön aussehen. Und dann wird im Raum gemessen und alle Spitzen und Löcher werden Raummoden zugeschrieben. Ohne die Messungen auf dem Balkon wäre ich vielleicht auch zu dieser Überzeugung gekommen.

Viele Grüße Paul.

PHoepping (Beitrag #6) schrieb:

...Es wurde mir klar, dass eine gute Entzerrung und eine ausreichende Angleichung der Phasenverläufe nicht zu erreichen ist. Erkenntnis: Die Entzerrung muss vor der Frequenzweiche stattfinden und gleichermaßen auf Sub und Top wirken...

Dieser Schluss ist nicht zwingend, aber unter deinen Bedingungen nachvollziehbar und oft, je nach Kenntnisstand, einfacher /übersichtlicher (Filtertheorie incl. Phase).

... Es galt die Regel, dass man mindestens 1 besser 2 Oktaven Abstand von allen Resonanzfrequenzen hält. 240Hz war ein übliches Minimum. Dafür hat man Mitteltöner verbaut, die bis unter 100Hz linear spielen. Jetzt scheint diese Regel nicht mehr zu gelten....

Bei passiven Filtern gibts die Interaktion mit der Resonanzfrequenz /Impedanzkurve als wesentlichen Störfaktor, und evtl. hohe Kosten /Aufwand zur Kompensation dieser, daher der Sicherheitsabstand.

In einem aufgeklärten, "ganzheitlichen" Ansatz unter Einbezug der Chassiseigenschaften incl. Phasengang ist ein Abstand nur noch mit Blick auf die Auslenkung (Großsignal) notwendig.

Bei passiven Filtern gibts die Interaktion mit der Resonanzfrequenz /Impedanzkurve als wesentlichen Störfaktor, und evtl. hohe Kosten /Aufwand zur Kompensation dieser, daher der Sicherheitsabstand.

Auch früher haben engagierte Boxenbauer keine Kosten und Mühen gescheut. Das Impedanzmaximum an der Resonanzfrequenz wurde wenn nötig, mit Netzwerken in der Weiche ausgeglichen. Aber den Phasengang konnte man nicht angleichen. Man konnte die daraus entstehenden Spitzen und Löcher im Frequenzgang auch nicht mit einem DSP glatt bügeln. Früher war das dann Sperrmüll.

In einem aufgeklärten, "ganzheitlichen" Ansatz unter Einbezug der Chassiseigenschaften incl. Phasengang ist ein Abstand nur noch mit Blick auf die Auslenkung (Großsignal) notwendig.

Das ist ein toller Satz. Ich denke seit 5 Minuten darüber nach. Etwas in dieser Art habe ich versucht auszudrücken.

Gerade diesen ganzheitlichen Ansatz [...] finde ich im Forum eher selten. Ich schätze, der eine oder andere macht genau das. Hier sind ja ein paar sehr erfahrene Fachleute unterwegs. Aber sie schreiben darüber wenig.

Ich habe es auch nicht gemacht. Ich habe erst einen netten Subwoofer gebaut. Ich hatte auch ein paar tolle Nahfeldmessungen. Glatt von 40 bis 200 Hz, zu tiefe Frequenzen gezielt gedämpft . Erst danach habe ich mir ernsthafte Gedanken über die Anbindung gemacht.

Aus vielen Posts, lese ich sinngemäß heraus, man könne alle nur möglichen Designfehler einfach mit einem DSP rausziehen, solange Maximalleistung und -auslenkung der Treiber nicht überschritten werden.

Dem möchte ich widersprechen. Jeder Filter bringt Unstetigkeiten im Phasenverlauf. Das ist bestimmt keine Verbesserung im Klang. Aber wie sehr das den Klang beeinträchtigt, weiß ich nicht.

Zu den Phasen habe ich noch eine Frage. Dazu baue ich später noch einen Post.