Nicht-lineare Effekte bei der Lautsprecherwiedergabe

Diskussion über aktive Schallwandler

Beitragvon uli.brueggemann » 07.08.2017, 11:15

Hans-Martin,

der besagte Text war ja:

Angenommen es entsteht hier ein 10% k3 Klirr.

Wenn der Bereich unterhalb der Resonanzfrequenz nicht aktiv "entzerrt" wird, mögen es auch nicht 10% sein.

Nun, nimm einen Klirr von 1% an. Der Wert gilt ja relativ zur 30 Hz-Amplitude. Aufgrund des Verstärkungsunterschiedes zwischen 30 Hz und 90 Hz wird nun angenommen, dass dann der k3-Wert ebenfalls verstärkt wiedergegeben wird aufgrund des "besseren" Übertragungsverhaltens bei 90 Hz. Insofern ist dann der relative Klirrpregel eben auch höher laut Argumentation.

Eine Verringerung des Klirrs durch eine passende nichtlineare Entzerrung macht sich dann sicher positiv bemerkbar.

Der Vortrag zielte eben genau darauf hin ab, aufzuzeigen, was alles bei kleinen 2-Wege-LS mit kleinen Bassmembranen (großer Hub) so passiert und was man sich als Gegenmaßnahmen ausgedacht hat. Resultat: Delphi.

Viele Grüsse
Uli
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Beitragvon Hans-Martin » 08.08.2017, 11:14

uli.brueggemann hat geschrieben:Nun, nimm einen Klirr von 1% an. Der Wert gilt ja relativ zur 30 Hz-Amplitude. Aufgrund des Verstärkungsunterschiedes zwischen 30 Hz und 90 Hz wird nun angenommen, dass dann der k3-Wert ebenfalls verstärkt wiedergegeben wird aufgrund des "besseren" Übertragungsverhaltens bei 90 Hz. Insofern ist dann der relative Klirrpregel eben auch höher laut Argumentation.

Hallo Uli,
in der letzten Klang&Ton ist ein Vergleich von Breibändern mit FG und Klirrdiagrammen.
Tatsächlich steigt der Klirr (k2, k3, k5) zu tieferen Frequenzen gegen 10% an, grob betrachtet reziprok zum FG.

Bestimmte Zusammenhänge wollen sich mir dennoch nicht erschließen.
Wenn ein Chassis bei 30Hz 10% Klirr hat, entsteht chassisbedingt nebenbei ein Oberwellenspektrum von 10%.
Wenn sich das pegelabhängig verhält, sollte zu jeder Klirrmessung eine Pegelangabe gemacht werden.
Was ich bisher sehen konnte, war eine Verschiebung, die denselben dB-Abstand zeigte oder anders ausgedrückt, am Prozentsatz nichts änderte.
Demnach ändert eine aktive Entzerrung am Klirr nichts.
Was ich gern noch sehen möchte (eine entsprechende Auswertung habe ich noch vor mir), ist eine Klirreduktion, wenn bei jeweils 2- oder 3-facher Frequenz der FG des Chassis auch einen entsprechenden Einbruch zeigt.

Hans-Martin hat geschrieben:Hmm ... das bedeutet für mich, dass das Signal bereits bei 30Hz die genannten 10% enthalten muss, bevor der LS die mit seiner Übertragungsfunktion (30Hz unterhalb der Resonanzfrequenz, 90Hz darüber, deshalb +10dB mehr Pegel) verstärkt wiedergibt. Ich könnte es verstehen, wenn man mit aktiver Entzerrung dem LS die 30 Hz mit gleichem Pegel wie die 90 Hz abverlangt, das sagt der zitierte Text aber nicht aus.

Da muss ich mich korrigieren, gerade die aktive lineare Vorausentzerrung sollte den Klirr nicht anheben, da dieser jeweils auf die Erregungsfrequenz bezogen wird.

Wenn das Übertragungsverhalten des Chassis zugrundegelegt werden kann, müsste sich auch bei höheren Frequenzen, wo der FG dann noch einmal einen deutlichen Anstieg zeigt, bei halber oder drittel Frequenz der Klirrwert einen entsprechenden Anstieg haben.
Und da habe ich noch ein Verständnisproblem, das sich vielleicht mit Hilfe fortgeschrittener Mitforenten aufklären lässt. :cheers:
Grüsse Hans-Martin
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Beitragvon uli.brueggemann » 08.08.2017, 11:38

Hans-Martin,

ich glaub ich versteh Dein Problem. :wink:
Wenn mir jemand sagt, dass ein Chassis bei 30 Hz 10% Klirr hat, dann hat es 10% Klirr. Dann können es nicht 30% sein, bloss weil das Übertragungsverhalten bei 90 Hz um 10 dB lauter ist. In doesem Fall hätte das Chassis nicht 10% Klirr sondern 30%, auch bei der Messung. Dann ist es dann nicht erfoerlich, von 10% auszugehen.

Irgendwie impliziert das Ganze lediglich eine Deutung des Grundes dafür, warum vielleicht ein Chassis mit der Resonanzfrequenz 55 Hz einen höheren Klirr bei 30 Hz aufweist, als ein Chassis mit Resonanzfrequenz 20 Hz. Ein konkreter Vergleich liegt/lag aber nicht vor.

Grüsse
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Beitragvon Ralph Berres » 08.08.2017, 11:38

Hallo Hans Martin

zunächst muss man mal unterscheiden wer den Klirrfaktor verursacht.

Die Unlinearitäten die dadurch entstehen, das sich die Schwingspule am Anfang und Ende aus dem Magnetfeld bewegen erzeugen erst mal K3.

Die Unlinearitäten die dadurch entstehen, das die Luft im Gehäuse komprimiert werden erzeugen K2, und diese überwiegen im allgemeinen.

Der Klirrfaktor ist natürlich pegelabhängig. Der K2 wird im Gegensatz zu K3 meist als nicht so störend , mitunter als eher angenehm warm empfunden ( Röhrensound ).

Beide K2 und K3 kann man am besten mit einer aktiven Regelschleife begegnen in dem der Lautsprecher in die Regelschleife mit einbezogen wird. Der alternative Weg wäre eine Vorverzerrunge mit einer exakt spiegelbildlich zum Lautsprechersystem verlaufende Übertragungskennlinie.

Weiterhin muss man bedenken, das die Auslenkung von Gleichstrom bis zur Resonanzfrequenz des Lautsprechers nahezu konstant bleibt. Darüber aber mit 12db/ Oktave abfällt.
Der Klirrfaktor wird also auch mit zunehmder Frequenz geringer werden.

Der Klirrfaktor bezieht sich immer auf die Grundfrequenz. Die entstehenden Oberwellen bezogen auf die Grundfrequenz werden nicht deswegwn kleiner weil bei den Oberwellen die Auslenkung abgenommen hat.
Sie entstehen an der Auslenkung der Grundfrequenz.

Bei einen ungeregelten Lautsprechersystem mit geschlossenen Gehäusen ist bei 90db Schallpegel ( in 3m Abstand ) und der Resonanzfrequenz ein Klirrfaktor von 10% eher noch gering.

Ganz extrem sind die Klirrfaktoren bei den Winzlingen ( 1Liter ). Die Bässe die man dort hört sind nichts anderes als die 2 -4 Oberwelle. Die eigentliche Grundwelle wird praktisch garnicht abgestrahlt, weil sowohl der Hub als auch die Fläche der Membran zu klein sind. Zudem liegt die Resonanzfrequenz oft bei 100 Hz oder höher, so das auch noch die 12db/ Oktave Pegelabfall dazu kommt.

Große Lautprecher mit 200 Liter Gehäuse und großen Membrandurchmesser sind in der Hinsicht besser. Jedoch gibt es dort andere Probleme wie Partialresonanzen.

Hörnerhaben auch einen kleineren Klirrfaktor, jedoch passt ein Horn welches tatsächlich noch 30Hz wieder gibt kaum noch ins Wohnzimmer.



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Beitragvon uli.brueggemann » 08.08.2017, 11:42

Ralph Berres hat geschrieben:Der K2 wird im Gegensatz zu K3 meist als nicht so störend , mitunter als eher angenehm warm empfunden ( Röhrensound ).

Ralph,

da fällt mir spontan viewtopic.php?f=23&t=8890 ein :)

Grüsse
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Beitragvon FoLLgoTT » 08.08.2017, 12:04

Hallo Hans-Martin,

Hans-Martin hat geschrieben:in der letzten Klang&Ton ist ein Vergleich von Breibändern mit FG und Klirrdiagrammen.
Tatsächlich steigt der Klirr (k2, k3, k5) zu tieferen Frequenzen gegen 10% an, grob betrachtet reziprok zum FG.

Ja, unterhalb der Resonanzfrequenz steigen die nichtlinearen Verzerrungen immer sprunghaft an. Meistens sogar schon vorher.

Bestimmte Zusammenhänge wollen sich mir dennoch nicht erschließen.
Wenn ein Chassis bei 30Hz 10% Klirr hat, entsteht chassisbedingt nebenbei ein Oberwellenspektrum von 10%.
Wenn sich das pegelabhängig verhält, sollte zu jeder Klirrmessung eine Pegelangabe gemacht werden.

Klirr ist stark pegelabhängig. Es wird in der Regel auch immer der Pegel mit angegeben, ansonsten ist so ein Diagramm wertlos. :)

Demnach ändert eine aktive Entzerrung am Klirr nichts.

Das ist richtig. Die nichtlinearen Verzerrungen sind eine Eigenschaft des Treibers. Eine lineare Entzerrung ändert diese nicht.


Hallo Ralph,

Ralph Berres hat geschrieben:Die Unlinearitäten die dadurch entstehen, das sich die Schwingspule am Anfang und Ende aus dem Magnetfeld bewegen erzeugen erst mal K3.

Die Unlinearitäten die dadurch entstehen, das die Luft im Gehäuse komprimiert werden erzeugen K2, und diese überwiegen im allgemeinen.

K2 wird vor allem durch eine Asymmetrie im Antrieb (also Bl) oder der Aufhängung (CMS) erzeugt. Sie ist auch messbar, wenn der Treiber nicht eingebaut ist. Die Asymmetrie der Luftfeder (bzw. der Kompression) wird vor allem bei sehr kleinen Volumen relevant, wie z.b. Kompressionstreibern. Dort überwiegt K2 deutlich K3.

Generell kann man aber wohl sagen, dass Asymmetrien jeglicher Art K2 erzeugen und symmetrische Nichtlinearitäten K3. Das gilt laut Klippel dann auch für die Ordnung der Intermodulationskomponenten, die erzeugt wird, sobald mehrere Frequenzen gleichzeitig wiedergegeben werden. Siehe auch hier auf Seite 29.

Gruß
Nils
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Beitragvon wgh52 » 08.08.2017, 12:51

Hallo Hans-Martin,

nochmals zum 30 Hz / 90 Hz Verständnisproblem:

Ich denke man muss bei der 30 Hz Klirrbetrachtung einbeziehen, dass der Klirranteil der 30 Hz Wiedergabe bei 90 Hz ja keine elektrische Anregung, sondern ein Wandlerferrekt/-artefakt ist. Die eingeleitete Energie (bei 30 Hz) wird halt zum Teil (siehe %) auf anderen Frequenzen akustisch abgegeben. Das hat mit dem Übertagungsverhalten bei elektrischer Anregung mit 90 Hz grundsätzlich aber nichts zu tun, weil hiervon wieder Anteile bei höheren Frequenzen abgegeben werden.

Grüße,
Winfried

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Beitragvon Daihedz » 08.08.2017, 18:57

Hans-Martin hat geschrieben: ... in der letzten Klang&Ton ist ein Vergleich von Breibändern mit FG und Klirrdiagrammen. Tatsächlich steigt der Klirr (k2, k3, k5) zu tieferen Frequenzen gegen 10% an, grob betrachtet reziprok zum FG. ...

FoLLgoTT hat geschrieben: ... Klirr ist stark pegelabhängig. Es wird in der Regel auch immer der Pegel mit angegeben, ansonsten ist so ein Diagramm wertlos. ...

Vorsicht deshalb beim versuchsweisen Quervergleich der in den Zeitschriften (und im auch im Internet) getesteten Chassis. Denn oftmals sind sogar Heftligraphen ein und derselben Ausgabe nicht direkt miteinander vergleichbar, da diese, beinahe arbiträr auf den unbefangenen Leser wirkend, bei 80db, bei 85dB ... bei 96dB "mittlerem Schalldruck" gemessen sein können. Darüber hinaus wären auch ggf. unterschiedliche Messabstände in einem Vergleich mit einzubeziehen.

Annähernd beliebig gemessene Grüsse
Simon
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Beitragvon RS.schanksaudio » 09.08.2017, 08:26

Naja,

ganz so dramatisch ist es auch nicht. Klar ist, dass man unterschiedliche Messungen, die innerhalb unterschiedlicher Rahmenbedingungen entstanden sind, nicht 1:1 vergleichen kann. Nichtsdestotrotz lassen sich gewisse Tendenzen erkennen und durchaus zueinander in Bezug setzten, vor allem wie sich der Treiber über die Frequenz und Pegel verhält, d.h. ob sich Probleme im hörempfindlichen Bereich abzeichnen – was bei den genannten Breitbändern oftmals der Fall ist.

Eine sehr interessante Messung in diesem Kontext sind die max. SPL Messungen, die beispielsweise Anselm Görtz vornimmt. Hierbei werden 3 %, im Bass auch 10 % zugelassen und der dabei maximal erreichte Pegel abgetragen. Auch Klippel sieht xmax im linearen Bereich mit max. 10 % Klirr definiert. Wohlgemerkt alles im Kontext, dass im Tieftonbereich das Gehör sehr unempfindlich auf Klirr ist.

Viele Grüße
Roland
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Beitragvon nihil.sine.causa » 09.08.2017, 11:50

Hallo Roland,
RS.schanksaudio hat geschrieben:Auch Klippel sieht xmax im linearen Bereich mit max. 10 % Klirr definiert. Wohlgemerkt alles im Kontext, dass im Tieftonbereich das Gehör sehr unempfindlich auf Klirr ist.

Mit solchen Aussagen wäre ich vorsichtig. Es wurde auf dem in diesem Thread diskutierten Workshop in Zweibrücken ja gerade an dem 30 Hz Beispiel praktisch vorgeführt, wie Klirr im Tieftonbereich wirkt. Der klirrarme Bass klingt unprätentiös „trocken“, während der klirrbehaftete „fett“ wirkt. Das ist ein klares Beispiel von Sounding.

Wäre das Gehör hier „sehr unempfindlich“, wie Du schreibst, könnte man einen solchen Effekt nicht so leicht hörbar machen. Und es bräuchte dann auch keinen besonderen Aufwand, um klirrarme LS im Tieftonbereich zu produzieren. :wink:

Viele Grüße
Harald
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Beitragvon RS.schanksaudio » 09.08.2017, 13:43

nihil.sine.causa hat geschrieben:Mit solchen Aussagen wäre ich vorsichtig.


Hallo Harald,

meine Aussage basiert u.a. auf diesen Kennlinien:
https://www.hifi-selbstbau.de/grundlage ... st-zu-viel

Klippel sieht hier ebenfalls 10 % als zulässig/linear, nachzulesen in seinen Publikationen. Ich argumentiere hier also gewissermaßen mit abgesichertem Wissen.

Im Übrigen kann ich aus meiner praktischen Erfahrung nur widersprechen, dass Klirr den Bass generell "auffettet" – genau das Gegenteil kann der Fall sein. Wenn Du mal einen URPS gehört hast (hast Du?), dann hörst Du fast nur K2 und die meisten berichten über einen sehr knackigen/trockenen Bass. Die Hintergründe hatte ich Dir in dem anderen Thread erklärt. Eine originalgetreue Reproduktion ist dies natürlich nicht mehr.

Das soll kein Plädoyer für erhöhten Klirr im Tieftonbereich sein, aber es ist erwiesen, dass die Hörschwellen zu niedrigen Frequenzen hier stark ansteigt, d.h. die Empfindlichkeit abnimmt. Mit unserer Regelung bleiben wir i.d.R: <1 % bis zu unteren Grenzfrequenz. Hörbar ist Klirr insbesondere im Bereich um 1 kHz (siehe Link oben), daher konzentrieren wir uns bei Schanks auf eben diesen Bereich.

Viele Grüße
Roland
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Beitragvon Hornguru » 09.08.2017, 13:51

Kann ich bestätigen. Freund hat URPS bis 80Hz. Knochen trocken.
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Beitragvon chriss0212 » 09.08.2017, 20:04

URPS.

Da musste ich doch mal googeln ;)

http://www.weidinger-online.de/urps/allgem/urps.htm

Grüße

Christian
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Beitragvon Hans-Martin » 09.08.2017, 21:43

Hallo Christian,
mit dem Link hast du eine interessante Neuinterpretation aufgetan, was den Klirr betrifft.
Es widerspricht scheinbar dem, was hier bisherr im Forum berichtet wurde.
Der Unterschied: zitierter Sub wird nur unterhalb der Resonanzfrequenz betrieben, nicht darüber.
Ich habe vor 30 Jahren einen solchen Subwoofer kennengelernt (Name Sangit, kleine deutsche Firma), den hätte ich als tiefreichend, aber knochentrocken beschrieben, neben dem recht kompakten Gehäuse.
Später blühte das Subwooferangebot auf, darunter REL, das preiswerteste Modell hatte ein Westra-Chassis in einem dämpfungsmittelfreien Gehäuse (ich wollte nicht direkt schreiben, dass das Gehäuse auch als hohl hätte bezeichnet werden können), auf der Rückwand ein Aktivmodul. Das was ein Sub, der mir sehr nach hohem Klirr klang, Westra war Made in W.Germany, zählte aber hierzulande zu den Billigheimern. Immerhin, REL hat einen guten Ruf, und hier lagen wohl wirtschaftliche Gründe bei der Auswahl vor.

Ein interessanter Nebenaspekt ist, dass einerseits Subwooferhersteller vorzugsweise würfelförmige Gehäuse bauen, weil das das maximale Volumen bei geringster optischer Auffälligkeit bringt. Hingegen argumentieren andere Hersteller von Lautsprechern mit bestimmten Gehäuseproportionen, Goldener Schnitt oder 3:5:7 Primzahlverhältnisse.

Dass Bassreflex den Klirr reduziert, wurde hier bereits ausführlich diskutiert.
Soll aber nicht heißen, dass das Thema zuende diskutiert wurde, zu kontrovers sind die Standpunkte (Bassreflex und Membranregelung gehen nicht gut zusammen).
Wie isses nu?
Grüße Hans-Martin
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Beitragvon FoLLgoTT » 10.08.2017, 06:45

Hallo,

naja, der URPS ist ja nicht neu und wurde schon vor über 10 Jahren in diversen Foren heiß diskutiert. Bezeichnend war immer, das praktisch nie aussagekräftige Messungen von einem URPS veröffentlicht wurden. Für mich ist diese Klirrschleuder ein Spaßprojekt, das mit Hifi wenig zu tun hat.

Ich kann zumindest von meinem überdimensionierten DBA berichten, dass sehr wenig Klirr erzeugt. Hiermit wird schnell ersichtlich, dass die angegebenen Hörschwellen zutreffen. Der Bass wird unter 25 Hz rapide leiser, selbst bei >100 dB. Wenn jemand berichtet, dass er 20 Hz bei sich zu hause total laut hört, dann ist mir inzwischen sofort klar, dass er in Wahrheit nur die Oberwellen seines unterdimensionierten Subwoofers hört. Oder eine Mode ... ;)

Hallo Hans-Martin,

Wie isses nu?

Was meinst du? Dass Bassreflex die nichtlinearen Verzerrungen bei der Abstimmfrequenz drastisch senkt, ist belegbar. Siehe hier und hier. Was man aber auch gerne unterschlägt, ist, dass der Port durch Asymmetrien auch nichtlineare Verzerrungen erzeugt. Wenn der stark asymmetrische Öffnungen hat, bringt auch Bassreflex bezüglich Klirrreduktion nicht viel (konnte ich letztens erst messen).

Gruß
Nils
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