Vorstellung meiner "Neuen" ... Monitor 1

Lautsprecherbau und -tuning

Vorstellung meiner "Neuen" ... Monitor 1

Beitragvon RPWG » 09.02.2013, 19:10

Hallo zusammen!

Nach fast 2 Jahren ist es endlich soweit. Meine ersten „eigenen“ Aktiven sind fertig :D . Zwischenzeitlich hätte ich fast gedacht, dass es niemals dazu käme, aber während bei uns in der Region die Straßen vom Karneval beherrscht werden, war die beste Zeit, sich ungestört im Messlabor einzuschließen und die Sache zu Ende zu bringen :lol: !

Ich möchte euch hier kurz erzählen, wie es zu diesem Projekt kam und meine Ergebnisse vorstellen.

Nach meinem „traumatischen“ Zusammentreffen mit einem Pärchen BM10 (s. Vorstellungsthread) im Jahre 2009, ließ mich der Wunsch nicht mehr los, auch aktiv (geregelt) Musik zu hören. Leider lagen (und liegen…) die entsprechenden Modelle weit außerhalb meines Studentenbudgeds. Zudem wollte ich in meinem „Wohnzimmer(chen)“ auch noch ein bisschen Bewegungsfreiheit, große Standboxen schieden also auch aus. Es mussten also Monitore her. Ich fertigte eine Skizze an:

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Alles Weitere sollte dann dem Grundsatz folgen:

„Ich will alles, was die Großen können – nur viel kleiner!“ :mrgreen:

Dabei wollte ich von vornherein auf der digitalen Schiene fahren. Zentral sollte ein DSP die Signalverarbeitung übernehmen, die beiden Frequenzwege phasenlinear auftrennen und über eine Über-Alles-Entzerrung (nicht Raumentzerrung) den Frequenzgang nach Messung linealgerade ziehen. Der Tiefmitteltöner sollte dabei eine analoge Regelung spendiert bekommen, um die Thiele und Small-Geschichte „auszuhebeln“ – es war schließlich ein Gehäuse mit gerade mal 20 Litern als geschlossene Box angesetzt.

Soweit die Ziele… endlose schlaflose Nächte, Rückschläge und viiiiiel Kaffee später, dann das wohlverdiente Happyend :cheers: :

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Ich entschied mich für eine 30 mm Seidenkalotte (Keramik oder Metall sagten mir nicht wirklich zu…wehe gleich kommt der Witz mit dem „Seidigen Klang“ :mrgreen: !), in Verbindung mit einem 20 cm Nomex-Pappkonus. Aus gefühlten 100 Datenblättern blieben nur zwei Chassis übrig, die von Haus aus die gewünschte Linearität hatten, bezahlbar waren, und der Forderung gerecht wurden, die Trennfrequenz ungewöhnlich tief wählen zu können. Der TMT sollte möglichst wenig „Eigenleben“ haben, um nicht bei der Regelung in Probleme zu laufen (derer sollte es trotzdem reichlich geben).

Als nächstes war die Elektronik dran. Die Endstufen sollten eigene kleine Module werden, ebenso der DSP (um evtl. „upgraden“ zu können), und es sollte eine Art „Mainboard“ mit den unterschiedlichen Netzteilen, einem Digital-Interface usw. geben.

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Die Endstufen wollte ich urprünglich komplett diskret planen und aufbauen, entschied mich dann aufgrund vieler guter Erfahrungen hier im Forum und brauchbarer Messwerte doch für integrierte MOS-Endstufen, was ich bisher auch nicht bereut habe. Man kann sie im Prinzip ähnlich wie einen „dicken“ Operationsverstärker behandeln.

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Für den MHT setze ich eine Endstufe mit einer Mischung aus Strom- und Spannungsgegenkopplung ein. Im Bereich hoher Frequenzen soll die Stromgegenkopplung u.a. den Effekt der steigenden Schwingspuleninduktivität entschärfen. So richtig möglich wird das aber erst durch die scharfe Abkopplung der tieferen Frequenzen (Resonanz des MHT, die aber sehr tief liegt), den Übergang zu Spannungsgegenkopplung im unteren Übertragungsbereich und eine Vorentzerrung.

Im Tiefton werkelt eine Technik, die vergleichbar mit der AFB- Regelung sein dürfte, die BM in den 80ern vorstellte. Ein Electretkondensatormikrofon nimmt den Schalldruck auf (und gibt damit eine im allerweitesten Sinne der Beschleunigung proportionale Spannung ab, die dann gegengekoppelt wird). Es gelingt damit, die Resonanzfrequenz des Systems nach unten zu verschieben, sodass der Wiedergabebereich beträchtlich erweitert werden kann.
Trotz Software wie Matlab hatte ich hiermit in der Praxis noch genug Probleme. Erreicht man im unteren Übertragungsbereich annehmbare Gegenkopplungsgrade, fängt die Geschichte obenrum an instabil zu werden, kurz: ES WAR EIN KRAMPF :x !
Die Regelung greift jetzt nennenswert bis hoch zu 500 Hz, was denke ich hier das maximal sinnvolle ist.

An den Winterabenden war dann noch genug Zeit, um sich in der Werkstatt an den Gehäusen auszulassen:

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Furniert habe ich selber, an den Kanten sollten es Viertelstäbe sein:

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Das Lackieren überließ ich aber dann doch dem Schreiner, was eine sehr gute Entscheidung war :lol: !

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Das Dämmkonzept aus Noppenschaum und Vlies verfolgt das Ziel, höhere Harmonische, die der TMT abstrahlt, zu absorbieren (Noppenschaum). Was dann noch an tieferen Resonanzen auftreten könnte, soll über das Vlies „vernichtet“ werden, was aber aufgrund der geringen Gehäuseabmaße recht unkritisch ist.

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Durch den Stecker kann der Elektronikeinschub ganz leicht vom Rest der Box getrennt werden:

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In den vergangenen Tagen ging es dann endlich ins Messlabor, die Stunde der Wahrheit.

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Mit den aufgenommenen Impulsantworten/Frequenzgängen konnte ich dann eine „inverse“ Korrekturkurve als FIR-Filter entwerfen, dessen Impulsantwort per DSP ins Musiksignal gefaltet wird. Glücklicherweise liegt die „Korrekturdynamik“ nur im Bereich von +/- 3 dB.

Hier der Frequenzgang nach erfolgter Entzerrung:

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Den leichten Anstieg der Höhen ab 12 kHz ließ ich gewollt unkorrigiert, da er das Klangbild bei niedrigen Lautstärken gut „durchhörbar“ macht und gleichzeitig schwach genug ist, um nicht nervig zu werden :wink: .

Ergänzend habe ich noch eine Klirrfaktormessung gemacht, die natürlich nicht die Aussagekraft besitzt, da ich den Pegel nicht gemessen habe. Es war bei der höchsten Lautstärke, die ich bei mir zu Hause fahren würde.

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Und wie „klingen“ sie nun?

Ich kann nur sagen, nach der Arbeit kommt nun wirklich das Vergnügen. Ich bin absolut begeistert :cheers: . OK- der Blick auf etwas Selbstgebautes ist immer ein anderer, aber für mich ist das Ziel erreicht. „Alles, was die Großen können – nur kleiner!“.

Das Klangbild ist sehr ausgewogen, nichts resoniert oder drängt sich auf, auch bei größeren Lautstärken bleibt die Wiedergabe straff. Beachtlich, welchen präzisen Tiefgang die Kleinen bringen. Genau so sollte es sein! Die Musik plätschert einfach so vor sich hin, ohne Über- oder Untertreibungen.

Die räumliche Abbildung ist ausgezeichnet. Für mich ein Grund mehr, auch weiterhin auf phasenlineare Weichen zu setzen. Ich habe die idealen Lautsprecher für meinen 18 m² Raum mit 2m Hörabstand jedenfalls gefunden.

Insgesamt hoffe ich, dass dieser Beitrag nicht zu technisch/langweilig geraten ist, und dass vielleicht der ein oder andere, der schon einmal über ein eigenes Aktivprojekt nachgedacht hat, noch mal Lust darauf bekommt :wink: .

Viele Grüße,
Roman
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Beitragvon wgh52 » 09.02.2013, 20:35

Hallo Roman,

herzlichen Glückwunsch zur erfolgreichen Fertigstellung Deiner aktiven FIR-DSP-2-Wegeriche! Das sieht ja alles sehr nach grosser Sorgfalt und einer gehörigen Portion Sachverstand aus! Von A-Z super!

Falls es nicht geheim ist, würde mich die Mikrofongegenkopplungsrealisierung etwas näher interessieren, die ist wegen der involvierten Totzeit (durch einige mm Schalllaufzeit bis zum Mikro), wie Du ja auch erfahren zu haben scheinst, instabilitätsanfällig. Dafür muß die Regelung entsprechend ausgelegt sein. B&M hatte ja in den 80ern die AFB Serie mit Mikrofongegenkopplung, die es aber (wohlweislich ? :wink: ) nur als 3-Weger gab. Einer meiner Freunde hat die Omega aus dieser Serie übrigens heute noch :shock: zufrieden in Betrieb, immernoch ein schöner Bass!

Meiner Erfahrung nach kommt die gute Räumlichkeit von den gut kontrollierten Übergängen und der durch die FIR Filter möglichen exakten Paarung der beiden LS. Kannst Du das bestätigen? Was für Filter laufen den in den DSPs? ... Acourate Filter oder etwas anderes?

Daß die ganze Sache auch noch hervorragend klingt, ist wohlverdient und ich hoffe die LS werden Dir lange gefallen in dieser "kurzlebigen High-End Szene"! :cheers:

Beste Grüße und viel Musikhörspaß mit Deinen tollen Werken!

Winfried

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Beitragvon Fujak » 09.02.2013, 21:58

Hallo Roman,

Hut ab, diese Monitore sind von Anfang bis Ende konsequent durchgeplant und konstruiert. Ein Genuss, den Werdegang Deiner Monitore mitzuverfolgen. Ich finde es übrigens auch beeindruckend, wie tief diese Monitore abwärts gehen.

Ich habe mir erlaubt, Deine Thumbnails in große Bilder zu konvertieren; ich hoffe, das ist in Deinem Sinne.

Grüße
Fujak
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Beitragvon modmix » 09.02.2013, 22:10

Herzlichen Glückwunsch, Roman !
Und danke für die ausführliche Schilderung!
Gerne wüßte ich noch etwas mehr zu der Weiche - ist das die S-Weiche ?
Und welche Chassis Du gewählt hast, interessiert mich natürlich auch sehr!

Happy listening!
Ulli
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Beitragvon RPWG » 10.02.2013, 00:05

Hallo Winfried, Fujak, Ulli,

Man muss das Phasenverhalten im offenen Regelkreis derart beeinflussen, dass man die Reglerverstärkung zu den tiefen Frequenzen hin hochziehen kann. Gleichzeitig muss man dafür sorgen, dass die Gesamtverstärkung spätestens dort, wo durch die Totzeit des Mikrofons eine Phasendrehung des aufgenommenen Schalls um 180° stattfindet, auf einen Wert kleiner 1 abgefallen ist. Sonst quietscht und pfeift es :mrgreen: , ähnlich wie man es manchmal auf der Bühne hört, wenn Mirkofone mit dem Monitormix mitkoppeln.

Es war die Lösung, die mir am ehesten umsetzbar erschien. Kapazitiv wollte ich nicht, weil ich keine paar hundert Volt außen am Lautsprecher wollte, induktiv schied aufgrund der umfangreichen Sonderkonstruktion der Chassis auch aus :? , ganz zu schweigen von der nötigen Linearität eines solchen Sensors. Diese Electretmikrofonkapseln haben im hier genutzen Bereich eine erstaunlich gute Linearität.

Das Mikrofon mechanisch stabil anzubringen, gelingt mit Epoxydharz recht gut. Fummelig halt :lol: .

Im DSP ist nur der Koeffizientensatz für das Tiefpassfilter hinterlegt, der Hochtonzweig wird durch Subtraktion des Tiefpassfilters vom vorher verzögerten "Komplettsignal" gewonnen. Der Hochtonzweig wird dann noch um den mechanischen Versatz zum Tieftöner verzögert.

Die Chassis stammen übrigens von Wavecor/Peerless... :wink:

wgh52 hat geschrieben:Meiner Erfahrung nach kommt die gute Räumlichkeit von den gut kontrollierten Übergängen und der durch die FIR Filter möglichen exakten Paarung der beiden LS. Kannst Du das bestätigen?

Ich habe mir gerade eben das Violinkonzert "1001 Nights in the Harem" von Fazil Say (sehr empfehlenswert übrigens :wink: ), mit allerhand exotischen Instrumenten und Patricia Kopatchinskaja an der Solovioline angehört. Ich bin kein Verfechter solcher Klangbeschreibungen, aber gerade ihr "perkussives", energetisches Spiel und die exotischen Schlaginstrumente klangen so "richtig", wie ich es sonst noch nicht gehört habe [/Hai-endiges Geblubber Ende]. Das würde ich am ehesten auf ein gutes Impuls-/Phasenverhalten zurückführen.

Ich muss das unbedingt auf der besagten BM10 gegenhören. Umso gespannter bin ich auf das Ergebnis der aufgebohrten DSP-Weiche in Ralphs vollgeregelten Lautsprechern :cheers: !

Fujak hat geschrieben:Ich habe mir erlaubt, Deine Thumbnails in große Bilder zu konvertieren; ich hoffe, das ist in Deinem Sinne.

Besten Dank, genau so war es auch eigentlich beabsichtigt :D .

Grüße,
Roman
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Beitragvon wgh52 » 10.02.2013, 10:30

Hallo Roman,

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ist der weiße Fleck das Mikrofon? Falls möglich zeig doch bitte ein Detailfoto.

RPWG hat geschrieben:...der Hochtonzweig wird durch Subtraktion des Tiefpassfilters vom vorher verzögerten "Komplettsignal" gewonnen. Der Hochtonzweig wird dann noch um den mechanischen Versatz zum Tieftöner verzögert.

...was wird davon analog und was digital implementiert? Das hört sich nach einer Mischform an. Was hat Dich zur gewählten Lösung bewegt?

RPWG hat geschrieben:Im DSP ist nur der Koeffizientensatz für das Tiefpassfilter hinterlegt

...und wie erfolgt die Phasenlinearisierung für verbessertes Impulsverhalten? ...keine FIR FIlterungen? ... sondern?

Entschuldige meine Neugier, ich bin ja selbst am Bauen... Falls verfügbar wären auch Meßschriebe sehr interessant, u.a. auch unter Winkel. Überhaupt scheinst Du ja eine gute Messumgebung oder einen Messraum zur Verfügung gehabt zu haben. Beneidenswert...

Gruß,
Winfried

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Beitragvon music is my escape » 10.02.2013, 10:51

Hallo an alle,

die Monitore machen auch auf mich einen sehr, sehr guten Eindruck; das Gesamtkonzept ist grundsympathisch, die Umsetzung konsequent, die klanglichen Ergebnisse sprechen anhand des Messschriebs für sich und die Optik ist erste Sahne....

Da gibt es definitiv eine Menge sich als professionelle Hersteller bezeichnende kleine Frickelbuden, deren Ergüsse nicht ansatzweise so durchdacht erscheinen wie das hier präsentierte Paar LSP.

Sehr schön, bin beeindruckt!

VG, Thomas.

:cheers:
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Beitragvon khonfused » 10.02.2013, 10:54

Hallo Roman,

sehr beeindruckend, fetter Respekt...fehlt nur noch ein Name für Deine Schätzchen...

Gruss
Christian
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Beitragvon aston456 » 10.02.2013, 11:01

Hallo Roman,

schon bei der Vorstellung Deines Weichenprojektes hatte ich spontan gedacht: Ein geklonter Gert?
Ganz großer Respekt auch von mir.

Da kann man mal wieder sehen, was man alles zustande bringen kann, wenn man was Ordentliches studiert. :mrgreen:

Gruß,
Kai
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Beitragvon Hans-Martin » 10.02.2013, 13:45

Hallo Roman,

das ist sehr beeindruckend für ein Selbstbauprojekt mit diesen Abmessungen.
Mit der Stoffabdeckung geht obenrum vermutlich der Pegel etwas zurück.

Glückwunsch!
Hans-Martin
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Beitragvon RPWG » 10.02.2013, 15:36

Hallo zusammen,

danke für die viele positive Resonanz :wink: !

Winfried, hier die Detailaufnahme. Ich will bei der Mikrogeschichte nochmal darauf hinweisen, dass das nicht mein geistiger Erguss ist, sondern vor 30 Jahren bereits vorgezeigt wurde. Ich habe mich lediglich des Konzepts bedient und versucht, mein eigenes Ding draus zu machen.

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All die "schönen" Nebeneffekte (Ausgleich von Druckschwankungen im Hörraum...) habe ich damit natürlich auch :mrgreen: .

wgh52 hat geschrieben:...was wird davon analog und was digital implementiert? Das hört sich nach einer Mischform an. Was hat Dich zur gewählten Lösung bewegt?

Ich habe mal ein vereinfachtes Blockschaltbild erstellt, dort sollte man erkennen, was digital bzw. analog abläuft (ich hoffe es ist anschaulich, sonst einfach beschweren :wink: ):

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Die Gewinnung des Hochtonpfades durch Subtraktion spart Speicher und Rechenleistung (anstelle 2 getrennter Filter), der verwendete DSP ist nämlich bezogen auf seine Rechenleistung eine echte Krücke (hat aber einige Peripherie an Bord und ist verhältnismäßig günstig) :P ... daher habe ich mir die Steckboard-Option freigehalten. Die Auslastung liegt jetzt bei 95%, aber wieso auch nicht? Der rechnet ja bekanntlich lieber als wir. :mrgreen:

wgh52 hat geschrieben: Falls verfügbar wären auch Meßschriebe sehr interessant, u.a. auch unter Winkel. Überhaupt scheinst Du ja eine gute Messumgebung oder einen Messraum zur Verfügung gehabt zu haben.

Leider habe ich nur auf Achse gemessen. Der Messraum befindet sich übrigens an der Hochschule, an der ich studiere. Normalerweise werden dort aber eher EMV-Messungen durchgeführt :wink: .

Meine Ausführungen zur "Richtigkeit" der impulsiven Musik bezogen sich auf die konstante GLZ der verwendeten FIR-Filter, die das phasenmäßige "Verschmieren" anderer analog realisierbarer Filtercharakteristiken reduzieren sollten. Aber dazu gibt es ja die wüstesten Theorien, ob man das nun tatsächlich hört. Gerade deshalb interessiert mich ja, eine solche Weiche in einem vollgeregelten Aktivlautsprecher zu hören, der auch das Phasenverhalten der Einzelchassis bestens unter Kontrolle hat.

khonfused hat geschrieben:...fehlt nur noch ein Name für Deine Schätzchen...

Momentan laufen sie unter dem Arbeitsnamen "Monitor I" ... ich bin ja recht unkreativ bei sowas :mrgreen:

Hans-Martin hat geschrieben:Mit der Stoffabdeckung geht obenrum vermutlich der Pegel etwas zurück.

Nicht, wenn man den absolut akustisch neutralen AKUSTIKSTOFF nimmt :cheers: ... nein, Spaß beiseite, klar die Abdeckung befindet sich noch in der Mache :wink: .

Grüße,
Roman
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Beitragvon martino » 10.02.2013, 22:09

Hallo Roman,

das sind ja mal wunderschöne Lautsprecher - und wie hier schon erwähnt wurde klingts nach einem ganz und gar stimmigen Konzept. Ich denke die Kleinen würden hier viele nur zu gerne mal vor die Ohren bekommen... Schließlich erfreut auch Deine Präsentation der Geschichte hier im Forum das Auge! Sowas ist einfach spannend zu lesen! Gerne immer mehr davon, ich denke ich hoffe nicht als Einziger auf Dein nächstes Projekt!

Grüße aus Trier, Martin
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Beitragvon phase_accurate » 11.02.2013, 08:43

wgh52 hat geschrieben:...und wie erfolgt die Phasenlinearisierung für verbessertes Impulsverhalten? ...keine FIR FIlterungen? ... sondern?

Diese Weiche IST von sich aus schon phasenlienar. Es ist eine subtractive Delay Weiche wie sie von Lipshitz und Vanderkooy beschrieben wurde. Diese Weiche wird viel zitiert und fast nie implementiert. Ich gehe davon aus, dass >>99% aller denen, welcher das AEs Paper der beiden Herren zitieren, dieses selber gar nie gelesen haben.

Gruss

Charles

P.S.: Der vorgestellte Speaker ist eine sehr schöne und professionell ausgeführte Entwicklung.
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Beitragvon wgh52 » 11.02.2013, 09:39

Hallo Roman,

danke für das erklärende Prinzipschaltbild, das macht einiges deutlicher!
Mir fiel noch eine Frage ein: Mit welcher Auflösung (bits/kHz) arbeitet die Box intern und welche Raten kann der SRC umsetzen?

Hallo Charles,

danke für den Hinweis, das hatte ich so nicht mitbekommen.

Gruß,
Winfried

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Beitragvon RPWG » 11.02.2013, 14:16

Hallo Charles,

Danke für den Zuspruch und die klärenden Worte :wink: .

Hallo Martin,

Da ich selber ein Fan von solchen "Fotoromanen" bin, wollte ich es hier genauso machen :cheers: . Du liegst ja mit Trier quasi nur einen Steinwurf weit weg :wink: ...

Hallo Winfried,

wgh52 hat geschrieben:Mit welcher Auflösung (bits/kHz) arbeitet die Box intern und welche Raten kann der SRC umsetzen?


Das ist etwas diffizil :P . Grundstätzlich mit 24 Bit / 48 kHz. Das ist das Format, was der DSP an den Schnittstellen in der von mir gewählten Konfiguration annimmt, bzw ausgibt. Intern werden diese 24 Bit Wörter mit einem "Dynamik-Overhead" von zusätzlich 4 Bit versehen, und die Rechenoperationen mit doppelter Präzision ausgeführt, d.h. wir landen intern bei 56 Bit / 48 kHz.

Bevor nun alle aufschreien, warum ich die "aus der Mode gekommenen" 48 kHz Samplefrequenz gewählt habe, ein kleines Rechenbeispiel :wink: :

Die Rechenleistung von DSPs wird oft in "Megainstruktionen pro Sekunde" (MIPS) gemessen. Ein preiswerter DSP (~ 10 EUR) habe 50 MIPS, bei 48000 Samples/Sekunde können also pro Abtastwert noch gute 50*10^6 / 48*10^3 ~ 1000 Rechenoperationen durchgeführt werden.

Ein FIR-Filter ist nichts anderes als eine große Summe von Multiplikationen, ich kann also rechnen, dass jede Ordnung des Filters eine Instruktion "kostet". Bei Ordnung 700 für die Entzerrung allein, wird also die Luft schon verdammt eng für meinen Schmalhans-Rechner :mrgreen: .

Gehe ich nun auf 96 kHz, oder sogar 192 kHz, so halbieren oder vierteln sich die 1000 möglichen Instruktionen. Die Frage ist dann nur noch ob ich für den Vielbeiner im schwarzen Gehäuse 10 EUR oder ein Vielfaches bezahlen möchte :wink: .

Im Umkehrschluss heißt das natürlich, dass der SRC-Baustein alle ankommenden digitalen Datenformate nach 24bit/48k "runterbrechen" muss, was vermutlich in den Augen vieler eine Todsünde darstellt. Andererseits denke ich nicht, dass es da bei namhaften Herstellern digitaler Boxen anders aussieht, wenn von "eingangsseitigen Sampleraten von 44.1k - 192k" geredet wird :P .

Sollte mal irgendwann der Bedarf nach mehr kommen, kann ich durch das "Steckboardsystem" relativ einfach mehr Rechenleistung einbringen und evtl. auf 96 kHz umsatteln (Bisher aber kein Bedarf).

Das war jetzt leider wieder ein Post, der ziemlich in die technische Ecke abgedriftet ist... Ich hoffe es ist trotzdem verständlich geblieben. Ich wollte damit mal aufzeigen, warum die Wahl von 48 kHz Abtastrate in meinem Fall rein praktische Gründe hatte.

Grüße,
Roman
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