Lautsprecherverzerrungen korrigieren - Ein Ansatz

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Warf384#
Inventar

#1 erstellt: 27. Jun 2015, 22:32

Moin!

Als ich mein aktuelles Projekt, einen Aktivmonitor mit dem Visaton AL 170 plante, stellte sich mir folgendes Problem: Das Chassis besitzt eine starke Klirrspitze bei ~2,2 kHz, nahe der angestrebten Trennfrequenz. Und in oberen Lautstärkelagen könnte das Verhalten auch optimaler sein.

Meine Idee ist nun folgende: Ich entwickle eine Schaltung, welche spannungsabhängig eine solche Klirr-Kennlinie wie das zu entzerrende Chassis besitzt. Letztere wird zuvor mithilfe eines Messmikrofons individuell gemessen.

Das veränderte Signal und und das Originalsignal werden in einen Differenzverstärker eingespeist. Vom Originalsignal wird das "vorverzerrte" Signal abgezogen.

Schließlich kommt das Signal in die ENdstufe und dann den Lautsprecher => Dieser wiedergibt ein weniger stark verzerrtes Signal aus, als es sonst der Fall wäre.

Mögliche Probleme:
- Verändertes Verhalten bei Erwärmung des Lautsprecherchassis
- die "Vorverzerrung" muss, wenn Harmonische-und IM-Verzerrungen nicht im gleichen Maß auftreten, in mehreren Frequenzbändern getrennt erfolgen
- Clipping/Überlastung wird im Betrieb kaum bemerkt, die Folge kann sich jeder denken
- Hoher Schaltungsaufwand, wenn analog realisiert

Meinungen? Anregungen?

Gruß
Warf384

Mickey_Mouse
Inventar

#2 erstellt: 27. Jun 2015, 22:39

wie willst du das analog 100% exakt phasenrichtig realisieren?!?
i.d.R. wird mit so etwas mehr kaputt gemacht als verbessert.

das beste ist immer, die Probleme an der Wurzel anzugehen: nimm ein Chassis ohne diesen Klirr oder trenne anders

Kay*
Inventar

#3 erstellt: 27. Jun 2015, 22:43

Ich entwickle eine Schaltung, welche spannungsabhängig eine solche Klirr-Kennlinie wie das zu entzerrende Chassis besitzt

meine Behauptung,
bis zum Nachweis des Gegenteils,
dieses wird dir nicht gelingen

Nenne bitte mal einen konkreten Ansatz für eine derartige Schaltung

die Probleme an der Wurzel anzugehen: nimm ein Chassis ohne diesen Klirr oder trenne anders

warum einfach, wenn's auch kompliziert geht?

p.s.
es gibt derart viele Chassis am Markt,
warum nicht etwas passendes auswählen,
warum unsinnig Zeit verplempern?

Hmeck
Inventar

#4 erstellt: 28. Jun 2015, 09:37

Hi,

natürlich ist die Wahl eines passenden Lautsprechers die bessere Idee.
Und von einer Vorab-Kompensation nichtlinearer Verzerrungen habe ich eigentlich noch nie etwas gehört.
Allerdings von aktiver Gegenkopplung / Kompensation über Aufnehmer direkt auf der Membrane (Gab mal vor XX Jahren Philips-Aktivboxen mit Piezo-Körperschallwandlern nach diesem Prinzip) Man könnte es auch einmal Lautsprecher mit 2-Spulen-Treibern probieren, eine als Generator. Das wäre mal eine interessante, nicht allzu aufwendige Sache für Experimentierfreudige.

Auch Methoden, den LS in eine Brückenschaltung einzufügen und so eine Art negativem Innenwiderstand zur Kompensation zu erhalten, sind bekannt.

Aber immer wirst du eher den Frequenzgang kompensieren, als die Verzerrungen. Und im Selbstbau auf jeden Fall heftig mit Rückkopplungen zu kämpfen haben, welche den Nutzbereich dann so einschränken, dass du mit besseren Lautsprechern auf jeden Fall besser fährst.

Grüße, Hmeck

Kay*
Inventar

#5 erstellt: 29. Jun 2015, 01:20

von aktiver Gegenkopplung / Kompensation über Aufnehmer

nach meiner Kenntnis arbeiten diese Geschichten nur bei
deutlich geringeren Freq. als ("eine starke Klirrspitze bei ~ ")2,2 kHz
und sind nicht zur Behandlung von Membranresos gedacht.

p.s.
es sollte heutzutage kein Problem mehr sein einen tief trennbaren HT zufinden

Hmeck
Inventar

#6 erstellt: 29. Jun 2015, 07:41

Kay* (Beitrag #5) schrieb:

nach meiner Kenntnis arbeiten diese Geschichten nur bei
deutlich geringeren Freq. als ("eine starke Klirrspitze bei ~ ")2,2 kHz

Genau, zur Linearisierung im Bassbereich, so habe ich es auch in Erinnerung

Viper780
Inventar

#7 erstellt: 29. Jun 2015, 14:16

Wie will man Rauschen Wegfiltern? Es ist ja nicht so als wenn sich Verzerrungen vorher bestimmen lassen sondern die sind ja statistisch.
Einen Verbogenen Frequenzgang kann man leicht irgend wie hin biegen. Eine erhöhte Resonanz mit viel Mühe (und vorallem langen Laufzeiten, Phasendrehern,..) etwas Dämpfen. Aber Klirr entgegen wirken?

Mickey_Mouse
Inventar

#8 erstellt: 29. Jun 2015, 15:00

naja, völlig "zufällig" ist Klirr ja auch nicht, aber trotzdem glaube ich auch nicht daran, dass man das "vorab" korrigieren kann.
das das "on the fly" bei Rauschen sehr gut funktioniert zeigen ja die Noise Cancel Kopfhörer, aber die haben es ja vergleichsweise einfach.

ich könnte mir vorstellen, dass wenn man das "on the fly" machen würde (wie auch immer man das "Ist-Signal" bekommt, Mikro, Beschleunigsmesser, was auch immer) und dann per Regel Algorithmus da Gegnern steuert, man das Chassis mit Signalen belastet, für das es gar nicht ausgelegt ist.
Wenn bei einem Mitteltöner bei 2kHz Klirr auftritt und man hätte eine Möglichkeit den elektrisch zu bekämpfen, dann doch garantiert nicht mit Signalen die alle unterhalb von 2kHz liegen sondern vermutlich viel höher. Und die Frage ist dann, wie stark fängt das Ding dann an zu klirren?!?

Das ist eben das typische den Teufel mit dem Beelzebub austreiben und das meinte ich mit dem "i.d.R. wird mit so etwas mehr kaputt gemacht als verbessert." in meinem ersten Beitrag.

Viper780
Inventar

#9 erstellt: 29. Jun 2015, 15:12

Die Noisecanceling Kopfhörer die ich kenne und das aktiv machen können das nur gut bei gleichbleiben geräuschen wie zB im Flugzeug oder beim Autofahren

Warf384#
Inventar

#10 erstellt: 29. Jun 2015, 15:45

Viper780 (Beitrag #7) schrieb:

Einen Verbogenen Frequenzgang kann man leicht irgend wie hin biegen. Eine erhöhte Resonanz mit viel Mühe (und vorallem langen Laufzeiten, Phasendrehern,..) etwas Dämpfen. Aber Klirr entgegen wirken?

Nun ja, angenommen der Klirr tritt auf, weil die Schwingspule das Magnetfeld zu weit verlässt und die Membranauslenkung deshalb nicht mehr linear, sondern mit "abgeflachten" Transienten stattfindet...

Dann könnte man eben diese Transienten vorab so verstärken, dass im Grenzbereich noch eine halbwegs lineare Auslenkung stattfindet.

Hier mal ein kleines Bild, wie es gemeint ist:

Das Problem ist dabei natürlich, dass nicht nur diese Art von Verzerrungen auftritt... und sich die Parameter bei Erwärmung des Chassis etwas verschieben dürften.

Dass die Spitze bei 2 kHz leider nicht durch zu starke Auslenkung zustande kommt, ist mir wohl auch klar.

[Beitrag von Warf384# am 29. Jun 2015, 15:46 bearbeitet]

Kay*
Inventar

#11 erstellt: 29. Jun 2015, 22:16

Dass die Spitze bei 2 kHz leider nicht durch zu starke Auslenkung zustande kommt, ist mir wohl auch klar.

wodurch kommt sie zustande?

sprich, man sollte den Teufel schon erkennen, um ihn austreiben zukönnen

Warf384#
Inventar

#12 erstellt: 29. Jun 2015, 23:00

Kay* (Beitrag #11) schrieb:

wodurch kommt sie zustande?

Vermutlich ne Membranresonanz oder Partialschwingungen ... anders kann ich mir das in dem Bereich nicht erklären.

Nun gut, es ist kein Problem, das Chassis einfach steil bei 1,5 kHz abzutrennen, der Hochtöner kommt eh ins Waveguide ... trotzdem wäre es doch interessant, so ein Problem auf neue Art und Weise zu lösen.

Dazu müsste man wie gesagt einmal ein Sinus durch ein verzerrungsarmes Mikro in dem Bereich aufnehmen und die Differenz zum Original betrachten, um zu sehen, wie genau sich die Verzerrung nun äußert (Phase, Ein/Ausschwingen und Spektrum).

Kay*
Inventar

#13 erstellt: 30. Jun 2015, 00:30

trotzdem wäre es doch interessant, so ein Problem auf neue Art und Weise zu lösen.

interessant, ja, aber,
wenn die Gegenkopplungssysteme wirklich so zielführend gewesen wären,
warum haben sie heutzutage keine grosse Bedeutung mehr,
oder irre ich?

Ich habe irgendwann mal eine DIY-3-wege-aktiv-Kiste mit GK im web gefunden,
aber frage mich nicht wo

_ES_
Administrator

#14 erstellt: 30. Jun 2015, 00:36

Das Chassis besitzt eine starke Klirrspitze bei ~2,2 kHz, nahe der angestrebten Trennfrequenz.

Kannst Du das mal visualisieren....?
Normal klirrt etwas stark im Bereich der Membranresonanzen, sie sind aber "noch weit weg" von den genannten 2,2Khz...

Warf384#
Inventar

#15 erstellt: 30. Jun 2015, 02:10

R-Type (Beitrag #14) schrieb:

Das Chassis besitzt eine starke Klirrspitze bei ~2,2 kHz, nahe der angestrebten Trennfrequenz.

Kannst Du das mal visualisieren....?
Normal klirrt etwas stark im Bereich der Membranresonanzen, sie sind aber "noch weit weg" von den genannten 2,2Khz...

Quelle:

Hifi-Selbstbau

PS: Wobei sich die verschiedenen Hifi-Magazine wohl nicht ganz einig über den Klirr sind... was sollte man glauben?

[Beitrag von Warf384# am 30. Jun 2015, 02:28 bearbeitet]

DB
Inventar

#16 erstellt: 30. Jun 2015, 08:24

Warf384# (Beitrag #10) schrieb:

Das Ergebnis wäre, daß es die Membran durch die vermehrte Ansteuerung heraushebt und der Lautsprecher kaputtgeht.
Der umgekehrte Weg ist sinnvoller: größere Lautsprecher verwenden und diese weniger aussteuern, so daß sie schon von sich aus wenig Verzerrungen entwickeln.
Ich weiß, das ist nicht kewl, heutzutage meint ja jeder Kinderzimmerbeschaller midestens 1000W auf einen 12"-Lautsprecher draufbraten zu müssen. Vor ungefähr 50 Jahren baute man auch schon gute Lautsprecher und damals belastete man 12"-Lautsprecher mit 12 ... 100W.

MfG
DB

audiophilanthrop
Inventar

#17 erstellt: 30. Jun 2015, 12:58

Warf384# (Beitrag #15) schrieb:

R-Type (Beitrag #14) schrieb:

Das Chassis besitzt eine starke Klirrspitze bei ~2,2 kHz, nahe der angestrebten Trennfrequenz.

Kannst Du das mal visualisieren....?
Normal klirrt etwas stark im Bereich der Membranresonanzen, sie sind aber "noch weit weg" von den genannten 2,2Khz...

Quelle:

Hifi-Selbstbau

Wenn man etwas genauer hinsieht, passiert da das folgende:
Da wird der dominant ungeradzahlige Klirr (Antrieb?) durch eine Übertragungsfunktion mit einem Peak (Membranreso?) bei gut 6 kHz gejagt. Ergo Spitzen von k3 bei 2 kHz, k5 bei 1,2 kHz und k7 bei 0,9 kHz.

Solche Antriebsverzerrungen könnte man grundsätzlich durchaus mit entsprechender Vorverzerrung (Predistortion) kompensieren. Dazu müßte man freilich einen DSP-Kanal pro Treiber vorsehen und je nach Serienstreuung auch Möglichkeiten zur individuellen Kalibrierung. Sowas geht durchaus, angesichts des nötigen Aufwands würde ich aber davon ausgehen, daß das höchstens in Monitore der Multi-k€-Klasse Einzug halten würde. Mit dem richtigen Algorithmus ließe sich auch die Xmax berücksichtigen und die Korrektur am oberen Ende zurückfahren.

[Beitrag von audiophilanthrop am 30. Jun 2015, 13:00 bearbeitet]

pelowski
Hat sich gelöscht

#18 erstellt: 30. Jun 2015, 13:27

audiophilanthrop (Beitrag #17) schrieb:

...Solche Antriebsverzerrungen könnte man grundsätzlich durchaus mit entsprechender Vorverzerrung (Predistortion) kompensieren...

Möglicherweise funktioniert das sogar.

Der Aufwand wäre aber hoch.

Ich halte es für besser und billiger, solche Verzerrungen - wenn sie denn störend sind - an der Quelle zu bekämpfen.
Was nicht da ist, muss nicht aufwändig kompensiert werden. .
Es gibt doch genügend Chassis, bei denen solche elektronischen Mätzchen unnötig und die Verzerrungen unkritisch genug sind.

Grüße - Manfred

Warf384#
Inventar

#19 erstellt: 30. Jun 2015, 17:04

Und wie sieht's analog aus?

Eventuell sollte man die Dioden noch durch einen einstellbaren OPV-Limiter ersetzen/Gain hinzufügen und mehrere Gruppen nutzen, um die Kennlinie anzupassen.
R1, R2 und R3 sind Trimmpotis, die auf den Treiber eingestellt werden müssen.

_ES_
Administrator

#20 erstellt: 30. Jun 2015, 17:35

Da wird der dominant ungeradzahlige Klirr (Antrieb?) durch eine Übertragungsfunktion mit einem Peak (Membranreso?) bei gut 6 kHz gejagt.

Ich würde ja mittels simplen (passiven)Saugkreis die Membran-Resonanz abschwächen und dann nochmal den Klirr messen, inwieweit das auch in unteren Bereichen Folgen hat.

Weswegen mich das ganze etwas stutzig macht:
In den Bauvorschlägen, wo er stets mit Saugkreis ausgestattet wurde, egal wie tief getrennt, tauchen bei 90dB diese Klirrwerte nicht auf.
In dem Link von Hifi-Selbstbau wird auch nicht großartig negativ auf das Klirrverhalten eingegangen( "Der VISATON AL 170 ist ein grundsolides, hervorragend verarbeitetes Tieftonchassis. Der Frequenzgang auf Achse verläuft bis über 2 kHz sehr linear, der Verlauf des Klirrfaktors ist günstig."), möglicherweise macht man sich im Vorfeld zuviele Gedanken.

Warf384#
Inventar

#21 erstellt: 30. Jun 2015, 20:05

Muss der Saugkreis denn passiv sein? Die Impedanz scheint der Peak laut Boxsim nicht zu betreffen, hatte vor den mit dem DSP zu korrigieren und dann eventuell noch passiv den Anstieg der Impedanz per Boucherot-Glied zu linearisieren...

Kay*
Inventar

#22 erstellt: 30. Jun 2015, 22:18

Da wird der dominant ungeradzahlige Klirr (Antrieb?) durch eine Übertragungsfunktion mit einem Peak (Membranreso?) bei gut 6 kHz gejagt. Ergo Spitzen von k3 bei 2 kHz, k5 bei 1,2 kHz und k7 bei 0,9 kHz.

Hä?

Klirr sind Oberwellen,
die liegen oberhalb der Anregungsfreq.

_ES_
Administrator

#23 erstellt: 30. Jun 2015, 22:51

Muss der Saugkreis denn passiv sein?

Das ist eine gute Frage....sorge ich dafür, das ich die Resonanz gar nicht erst anrege....müsste man gucken, mittels DSP bei 2 Khz oder wo Deine künftige Trennfrequenz liegen soll abtrennen(mit entsprechender Steilheit) und dann mit Steps mal durchfahren.

Es reizt einen ja schon fast, sich ein Chassis zu besorgen...

Warf384#
Inventar

#24 erstellt: 01. Jul 2015, 00:03

R-Type (Beitrag #23) schrieb:

Es reizt einen ja schon fast, sich ein Chassis zu besorgen... ;)

Und ich habe davon vier Stück hier liegen und werde sie, sobald ich Holz für das Gehäuse habe, (und das Mikrofon wieder auffindbar ist

) einmal durchmessen.

Eigentlich hatte ich vor, das Chassis allein einmal komplett zu linearisieren (irgendwofür müssen die ganzen im MiniDSP möglichen kaskadierbaren Biquad-Filter ja auch genutzt werden) und erst dann davor abzutrennen.
Das Gleiche wird natürlich auch dem Hochtöner widerfahren.

[Beitrag von Warf384# am 01. Jul 2015, 00:04 bearbeitet]

_ES_
Administrator

#25 erstellt: 01. Jul 2015, 00:15

Und ich habe davon vier Stück hier liegen und werde sie, sobald ich Holz für das Gehäuse habe, (und das Mikrofon wieder auffindbar ist ) einmal durchmessen.

Zwecks Vergleichsmöglichkeit sollte man den Testaufbau realisieren, den Hifi-Selbstbau für ihre Messungen hatte...
Gut, das Du 4 Stück hast..wieviele hatte Hifi-SB ? Ging daraus nicht hervor, weil mich macht das mit dem "fetten" Klirr um 2 Khz stutzig..
K3 bzw ungerade Vielfache sind eher dem Aufbau (Chassis) zuzuordnen- und Kay hat mit seinen Einwand bzgl Oberwellen nicht unrecht.
Ich würde von daher auch Messreihen mit Hochpass-Filter machen, sprich unter XX Hz wegfiltern.

Kay*
Inventar

#26 erstellt: 01. Jul 2015, 02:13

Es reizt einen ja schon fast, sich ein Chassis zu besorgen

mich nicht,
denn Visaton spricht von einem Einsatzbereich bis 2500Hz.
Wenn obige Unterstellung mit dem Klirr korrekt ist,
wäre die Werbeaussage falsch
...
und für sowas würde ich unter diesen Bedingungen kein Geld ausgeben

Warf384#
Inventar

#27 erstellt: 01. Jul 2015, 22:02

Kay* (Beitrag #22) schrieb:

Hä?

Klirr sind Oberwellen,
die liegen oberhalb der Anregungsfreq.

Er meinte: Es klirrt immer am meisten bei ~6 kHz, da hier die Membranresonanz liegt und die dort liegende Oberwelle, die ein vielfaches von 2 / 1,2 / 0,9 etc ist verstärkt wird.

Kay* (Beitrag #26) schrieb:

Es reizt einen ja schon fast, sich ein Chassis zu besorgen

Aber dafür wird das Chassis ziemlich oft gelobt, also denke ich dass der Klirr ja nicht soo schlimm sein kann, oder?

In irgendeinem Visaton-Bausatz (war das die VIB 170 AL?) wird der AL 170 sogar bis 3 kHz eingesetzt...

@R-Type:
Die hatten wohl nur zwei Chassis, das Klirrdiagramm liegt aber nahe, dass hier nur eines gemessen wurde. Die restlichen Messungen sind nämlich doppelt aufgeführt.

Notfalls kann man ja noch bei 2k2 einen Notch Filter setzen und zum Ausgleich einen kleinen Peak am HT.

_ES_
Administrator

#28 erstellt: 01. Jul 2015, 22:42

In irgendeinem Visaton-Bausatz (war das die VIB 170 AL?) wird der AL 170 sogar bis 3 kHz eingesetzt...

Jepp, die hatte ich auch: