Wie funktioniert "Soft Clipping"?

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Allgäuer
Stammgast

#1 erstellt: 06. Jul 2006, 09:57

Servus Leute.

Ich habe gestern die Frage gestellt bekommen wie das Funktioniert, und konnte nicht mehr dazu sagen wie das, was z.B. in Wikipedia steht:
"In der Signalverarbeitung und Verstärkertechnik bezeichnet man mit Clipping einen (in der Regel unerwünschten) Übersteuerungseffekt: Wird ein analoges Signal verstärkt oder in ein digitales Signal umgewandelt, so muss die maximale Amplitude des eingehenden analogen Signals noch vollständig übertragen werden bzw. in der digitalen Repräsentation dem höchsten möglichen Wert (oder darunter) entsprechen. Kommt ein noch stärkeres Signal, so wird es einfach an der oberen Grenze abgeschnitten. Als einfaches Beispiel dient hier der Schall: Ein Klang ist eine analoge Schwingung bzw. Signal. Nimmt man, beispielsweise mit einer Soundkarte, solch ein Signal über den analogen Eingang auf und stellt die Empfindlichkeit zu hoch ein, so wird das Signal abgeschnitten. Die Schwingungen (also die Musik), die am analogen Eingang anliegen, übersteuern den Verstärker oder die Signalverarbeitung und degenerieren im Extremfall zu einem Knarren oder Rauschen.

Transistorverstärker klingen bei clipping besonders unangenehm, während Röhrenverstärker eine weichere Begrenzung des Signales verursachen. Daher sind manche Transistorverstärker mit einem sog. soft clipping ausgerüstet, welches ein weicheres Übersteuerungsverhalten bedeutet."

Aber wie funktioniert so eine Schaltung und wie zuverlässig ist sie? Welche Auswirkung hat sie auf den Klang?

sakly
Hat sich gelöscht

#2 erstellt: 06. Jul 2006, 12:06

Im Prinzip werden Spannungspitzen detektiert und reduziert. Wie gut das funktioniert, ist sicher von der Schaltung abhängig, die das macht. Genaueres kann ich dazu auch nicht sagen.
Im Allgemeinen ist es besser, direkt eine Endstufe zu nehmen, die den Belastungen gewachsen ist.

Zippo2000
Ist häufiger hier

#3 erstellt: 06. Jul 2006, 12:14

Wenn ich schon gerade zufällig diesen Thread finde....
Habe vor ner halben Stunde herausgefunden, dass das Soft-Clipping meines NAD ein unangenehmes "Knistern" (auch bei niedriger Lautstärke) verursacht -> Soft-Clipping bleibt bei mir deaktiviert..

Grüße
Tobi

Allgäuer
Stammgast

#4 erstellt: 06. Jul 2006, 12:35

Knistern war bei meinem NAD 753 bis dato nicht zu vermelden. Würde vermuten, dass mit der Schaltung bei deinem selbst irgend etwas nicht passt.

Amperlite
Inventar

#5 erstellt: 07. Jul 2006, 13:36

Zippo2000 schrieb:

Habe vor ner halben Stunde herausgefunden, dass das Soft-Clipping meines NAD ein unangenehmes "Knistern" (auch bei niedriger Lautstärke) verursacht -> Soft-Clipping bleibt bei mir deaktiviert..

Kann ich bei meinem C372 ebenfalls nicht feststellen.

Ich habe mal getestet, was die Softclipping-Schaltung wohl mit Rechtecksignalen anstellt, denn ein geclippter Sinus nähert sich diesem ja immer mehr an.

War erstaunt, am Oszi auch mit eingeschalteter Funktion absolut saubere Rechtecke zu sehen...

Habe leider keine Ahnung, wie diese Schaltung funktioniert.

Allgäuer
Stammgast

#6 erstellt: 07. Jul 2006, 15:39

......dafür aber weiß ich jetzt, dass die Schaltung den Klang in Ruhe lässt, wenn ich Dich recht verstanden habe. Ist doch schon mal was!

sakly
Hat sich gelöscht

#7 erstellt: 07. Jul 2006, 16:41

Die Schaltung detektiert/analysiert keine Signalform, sondern die Signalamplitude.
Wird zu hoch ausgesteuert, so wird das Spannung an der detektrierten Stelle reduziert.

Amperlite
Inventar

#8 erstellt: 07. Jul 2006, 16:44

sakly schrieb:

Die Schaltung detektiert/analysiert keine Signalform, sondern die Signalamplitude.

Das ist technisch natürlich viel einfacher bzw überhaupt erst möglich.

Mehr Informationen zu diesem Thema wären gern gesehen.

sakly
Hat sich gelöscht

#9 erstellt: 07. Jul 2006, 16:49

Naja, wie ich eingangs schon erwähnt habe, kann ich keine genaueren Äußerungen dazu machen.
Eine Schaltung, die das macht, habe ich noch nicht analysiert. Folglich weiß ich nicht, wie das genau geschieht.

MusikGurke
Hat sich gelöscht

#10 erstellt: 08. Jul 2006, 07:50

die billigste variante wäre ein kondensator in reihe um den lautsprecher vor gleichstrom zu schützen. in billigst-boxen gerne eingesetzt wird auch gelegentlich ne kleine glühlampe.

gibt natürlich auch komplexere schaltungen.

Allgäuer
Stammgast

#11 erstellt: 08. Jul 2006, 08:49

Da kommen wir der Sache schon näher. Wir kommen noch drauf wie das Ding funktioniert. Wär doch gelacht.

sakly
Hat sich gelöscht

#12 erstellt: 08. Jul 2006, 11:39

MusikGurke schrieb:

Ein Kondesator nützt gegen Clipping nichts. Die entstehenden Singnale sind hochfrequent.

Allgäuer schrieb:

Da kommen wir der Sache schon näher.

Wir komen damit alles andere als nah

Amperlite
Inventar

#13 erstellt: 08. Jul 2006, 14:23

sakly schrieb:

MusikGurke schrieb:

Ein Kondesator nützt gegen Clipping nichts. Die entstehenden Singnale sind hochfrequent.

Richtig, und so ein Kondensator ist ein vielen Verstärkern sowieso vorhanden (DC-Offset).

Diese "Glühlampen" heißen "Sofittenlampen" und schützen den Lautsprecher vor Überlast. Mit Clipping hat das primär nichts zu tun.

Grumbler
Inventar

#14 erstellt: 08. Jul 2006, 14:47

Hm, eigentlich sollte Soft-Clipping nichts weiter sein als eine Dynamikkompression, die vermutlich in einem weiteren Bereich linear ist, so dass man dort einen festen Spannungs/Amplituden-Verstärkungsfaktor hat.
Bei höheren Eingangssignalen in der Nähe des Maximums würde der Verstärkungsfaktor dann immer stärker reduziert.
Hab' jetzt zwar keine Schaltung im Kopf, schätze aber, dass sich das mit ein paar Transistoren aufbauen läßt.

Grüße,
Grumbler

MusikGurke
Hat sich gelöscht

#15 erstellt: 08. Jul 2006, 16:29

Ein Kondesator nützt gegen Clipping nichts. Die entstehenden Singnale sind hochfrequent.

man kann einen kondensator in reihe oder parallel schalten.

eigentlich ne interessante frage: das problem beim clipping sind normalerweise entstehende gleichstromanteile, welche die schwingspule des hochtöners rösten. das obwerwellenspektrum was das beschreibt ist jedoch hochfrequent. was braucht man jetzt? hoch oder tiefpass?

Diese "Glühlampen" heißen "Sofittenlampen" und schützen den Lautsprecher vor Überlast. Mit Clipping hat das primär nichts zu tun.

jep, einige zeilen vorher wurde jedoch gesagt...

Die Schaltung detektiert/analysiert keine Signalform, sondern die Signalamplitude.

was sich auf sehr primitive weise mit den lämpchen lösen dürfte...

Allgäuer
Stammgast

#16 erstellt: 08. Jul 2006, 17:47

@sakly
Man muß sich nur auf den Weg machen, dann kommt man schon irgendwann ans Ziel...

....und ich als Laie bin damit beschäftigt, Euch zu folgen, aber es klappt schon.
Bin gespannt was noch kommt.

[Beitrag von Allgäuer am 08. Jul 2006, 17:47 bearbeitet]

sakly
Hat sich gelöscht

#17 erstellt: 08. Jul 2006, 19:00

MusikGurke schrieb:

Ein Kondesator nützt gegen Clipping nichts. Die entstehenden Singnale sind hochfrequent.

man kann einen kondensator in reihe oder parallel schalten.

Mit welchem Ergebnis?
Beides führt nicht zum Ziel.

MusikGurke schrieb:

eigentlich ne interessante frage: das problem beim clipping sind normalerweise entstehende gleichstromanteile, welche die schwingspule des hochtöners rösten. das obwerwellenspektrum was das beschreibt ist jedoch hochfrequent. was braucht man jetzt? hoch oder tiefpass? :?

Nein. Es entstehen beim Cliping keine Gleichspannungsanteile. Diese würde erstens vom Koppelkondensator geblockt und wenn der nicht vorhanden ist, dann spätestens beim Hochpasskondensator vom HT. Ist also Unsinn.
Dieser augenscheinliche Gleichanteil kann vom Verstärker nur in Form von vielen überlagerten hochfrequenten Anteilen zusammengesetzt werden. Deshalb wird auch der HT geröstet, weil diese Anteile über die Frequenzweiche alle auf ihn geleitet werden.

MusikGurke schrieb:

Die Schaltung detektiert/analysiert keine Signalform, sondern die Signalamplitude.

was sich auf sehr primitive weise mit den lämpchen lösen dürfte...

Wie soll das dann gehen?
Das Lämpchen ist in dem Fall ein temparaturabhängiger Widerstand, der bei Überbelastung durchbrennt. Was soll der an Clipping verhindern? Die elektrische Überbelastung kann dadurch vielleicht verhindert werden, wenn richtig ausgelegt, aber mit Softclipping hat das nichts zu tun.

MusikGurke
Hat sich gelöscht

#18 erstellt: 08. Jul 2006, 19:37

Dieser augenscheinliche Gleichanteil kann vom Verstärker nur in Form von vielen überlagerten hochfrequenten Anteilen zusammengesetzt werden. Deshalb wird auch der HT geröstet, weil diese Anteile über die Frequenzweiche alle auf ihn geleitet werden.

hätte ich mir schon fast gedacht. wenn man hochfrequente tonanteile durch einen parallelen kondensator "kurzschließt"... der lautsprecher wird definitiv weniger hf abbekommen.

clipping? bei hohen signalamplituden brennt das dingt durch. ist doch gut?

sakly
Hat sich gelöscht

#19 erstellt: 08. Jul 2006, 20:49

MusikGurke schrieb:

wenn man hochfrequente tonanteile durch einen parallelen kondensator "kurzschließt"... der lautsprecher wird definitiv weniger hf abbekommen.

Ja, genau. Der "normale" Hochtonanteil wird darüber dann aber genauso kurzgeschlossen -> Ziel verfehlt.
Abgesehen davon, dass man hinter einem konventionellem Hochpass damit dann auch die Endstufe röstet.

MusikGurke schrieb:

clipping? bei hohen signalamplituden brennt das dingt durch. ist doch gut?

Ne. Dem Teil ist die Signalamplitude völlig egal.
Es geht rein um die umgesetzte Lesitung an der Sofitte. Ist die RMS-Leistung zu hoch, brennt das Teil durch. Man kann ohne Probleme Spannungspeaks auf das Teil geben, die über der RMS-Belastbarkeit liegt. Ist genau das gleiche, wie bei einem Lautsprecher.
Wenn die Sofitte aber sinnvoll ausgelegt ist, wird schonmal das Risiko der elektrischen Überlastung gesenkt. Also kann die Kalotte das Clipping überleben, wenn die Sofitte durchbrennt. Aber das ist kein Clipping-Schutz. Die Endstufe kann dadurch ja auch kaum beeinflusst werden, denn die Sofitte liegt ja dahinter.

MusikGurke
Hat sich gelöscht

#20 erstellt: 08. Jul 2006, 23:39

Ja, genau. Der "normale" Hochtonanteil wird darüber dann aber genauso kurzgeschlossen -> Ziel verfehlt.

wenn man fg dieser so entstandenen 6db weiche auf 20 khz legt, sollte das in den meisten fällen praxisgerecht sein. was darüber ist, wird schonmal recht gut gesiebt.

Die Endstufe kann dadurch ja auch kaum beeinflusst werden, denn die Sofitte liegt ja dahinter.

habe ich irgendwo geschrieben, dass die lampe in die endstufe gehört? es ist eine schutzfunktion, das ist alles.

ich weiß, es gibt auch professionelle dynamikbegrenzer, aber ich sehe mich nicht in der lage, eine solche schaltung ohne klangeinbußen selber zu entwerfen. die beiden billig möglichkeiten werden zumindest einen minimal-schutz für den ls bedeuten.

sakly
Hat sich gelöscht

#21 erstellt: 09. Jul 2006, 07:08

MusikGurke schrieb:

Ja, genau. Der "normale" Hochtonanteil wird darüber dann aber genauso kurzgeschlossen -> Ziel verfehlt.

wenn man fg dieser so entstandenen 6db weiche auf 20 khz legt, sollte das in den meisten fällen praxisgerecht sein. was darüber ist, wird schonmal recht gut gesiebt.

Das bringt gar nichts. Schau dir mal ne Fourier-Reihe an, mit der ein Rechteck nachgebildet wird, dann weißt du, warum.

MusikGurke schrieb:

Die Endstufe kann dadurch ja auch kaum beeinflusst werden, denn die Sofitte liegt ja dahinter.

habe ich irgendwo geschrieben, dass die lampe in die endstufe gehört? es ist eine schutzfunktion, das ist alles.

Ich habe nicht geschrieben, dass du das geschrieben hast. Das war lediglich ne Feststellung, dass die Lampe ebenfalls auf das Clipping selbst keinen Einfluss haben kann.
Aber genau darum geht es hier eigentlich.

Insgesamt geht es mir nur darum, dass das alles keine Softclipping-Möglichkeiten sind, weil sie das Clipping nicht verhidnern oder schmälern. Nur die Folgen davon werden versucht irgendwie zu verhindern und das geht so nicht.

MusikGurke schrieb:

ich weiß, es gibt auch professionelle dynamikbegrenzer, aber ich sehe mich nicht in der lage, eine solche schaltung ohne klangeinbußen selber zu entwerfen. die beiden billig möglichkeiten werden zumindest einen minimal-schutz für den ls bedeuten.

Es geht auch nicht um Dynamikbegrenzer (kenne ich als Limiter). Dieses Gerät begrenzt die Dynamik unabhängig davon, wo die Clipping-Grenze der Endstufe liegt. Dabei geht es darum den Maximalpegel auf ein festgelegtes Niveau zu bringen.
Sicher kann man das Gerät auch dazu nutzen, um Clipping zu verhindern, aber dann könnte man auch gleich einfach nicht so laut machen

Beim Softclipping werden nur dann die Spannungsspitzen abgerundet, die über der maximal möglichen Spannung liegen, die der Verstärker ausgeben kann.

Grumbler
Inventar

#22 erstellt: 09. Jul 2006, 12:34

sakly schrieb:

Dieses Gerät begrenzt die Dynamik unabhängig davon, wo die Clipping-Grenze der Endstufe liegt. Dabei geht es darum den Maximalpegel auf ein festgelegtes Niveau zu bringen.
Sicher kann man das Gerät auch dazu nutzen, um Clipping zu verhindern, aber dann könnte man auch gleich einfach nicht so laut machen

Beim Softclipping werden nur dann die Spannungsspitzen abgerundet, die über der maximal möglichen Spannung liegen, die der Verstärker ausgeben kann.

Eine Dynamikbegrenzung muss ja nicht linear sein. Siehe meinen Beitrag oben. Auch ein Limiter kann so arbeiten.

Das läßt sich im spannungsverstärkenden Teil einer Endstufe (also ohne Leistungselektronik) leicht implementieren, die Clippinggrenze ist ja bekannt oder sogar messbar.
Wenn man mal sucht, findet man in englischen Foren auch ganz schnell Implementierungsdetails zu diesen Schaltungen.

Grüße,
Grumbler

sakly
Hat sich gelöscht

#23 erstellt: 09. Jul 2006, 18:20

Gut, das entspricht ja letztendlich dem letzten Satz von mir.
Ich wusste nicht, dass man einem Limiter so ein nichtlineares Verhalten "anerziehen" kann.