MPS-Weiche: Neue Frequenzweiche?

Ulis Mess- und Korrekturprogramm

MPS-Weiche: Neue Frequenzweiche?

Beitragvon Hornguru » 31.12.2016, 01:34

Morgen Forum

Nach vielem Spielen ist mir was nettes in die Hände gefallen. Meine Hoffnung im Jahre 2016 (noch) etwas neues zu erfinden was nicht schon irgend ein Bastler wo gepostet hat ist gering....

Aber ich taufe es mal die MPS Weiche. Die Mixed Phase Subtraktions Filter.

Das Vorschwingen liegt bei -60dB, außerhalb des hörbaren und ist sehr kurz.
Das Nachschwingen von Hoch und Tiefpass löscht sich gegenseitig aus.
Das Produkt ist ein perfektes Rechteck ohne Gruppenlaufzeitverzerrung.
Der Tiefpass ist mit 12ter Ordnung recht steil.
Der Hochpass mit ca 3.5ter Ordnung flacher aber brauchbar.

Hier die beiden Bänder:

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Hier die Weichen:

Hochpass

Tiefpass
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Beitragvon Hans-Martin » 31.12.2016, 05:34

Hallo Josh,
deine Unermüdlichkeit ist bewundernswert, und die möchte ich keineswegs schmälern.
Ich fand eine analoge Subtraktionsweiche um einen Hochpass beim Aktivieren der ESS AMT1 damals recht überzeugend, bin keineswegs abgeneigt, die Vorteile zu loben.
Eine Auseinandersetzung mit dem Prinzip gab es hier im Forum.
Grüße Hans-Martin
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Beitragvon pschelbert » 31.12.2016, 10:50

Hallo Joschka

muss ich dann gleich mal in acourate ansehen.
Was ich noch nicht verstehe, Du hast mal den Tiefpass gemacht und dann via Subtraktion des flachen FG den Hochpass berechnet.
Nun aber was ich nicht so recht verstehe wie kann es sein, dass die Steilheit niicht gleich ist. So übers Auge würde man meinen was der TP wegnimmt muss der HP zufügen, aber eben das ist nur übers Auge gepielt...

Peter
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Beitragvon Hans-Martin » 31.12.2016, 10:55

Hallo,
ich hätte von der nicht-digitalen Seite her betrachtend angenommen, dass für den Hochtöner und dessen Belastbarkeit der steilere Hochpass die Ausgangsbasis darstellt, durch Subtraktion der Tiefpass mit dem kleinen Höcker zustandekommt. Müsste in der Summe grob auf dasselbe hinauslaufen, aber mt dem Vorteil der Belastbarkeit. Oder ist dieses Denken hierauf nicht anzuwenden?
Grüße Hans-Martin
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Beitragvon uli.brueggemann » 31.12.2016, 11:08

Es ergibt sich bei der Subtraktion eines Pulses von einem Dirac eben das, was sich mathematisch ergibt. Typisch für minimalphasige Subtraktionen ist der entstehende Buckel im Frequenzgang bei einem Weg.
Je nachdem, ob man nun den Tiefpass oder den Hochpass zuerst minimalphasig konstruiert und dann vom Dirac abzieht, folgt anschliessend daraus der mehr oder weniger flache Frequenzgang des Ergebnisses.

Und:
bei zwei Wegen sieht das alles noch ok aus. Spannend wird es, wenn man noch mehr Wege subtraktiv rechnet.
Dann wird es schnell verwirrend bis hin zu unbrauchbar.

Grüsse
Uli
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Beitragvon pschelbert » 31.12.2016, 11:45

Hallo

hätte ich nicht so erwartet, dass die Steilheiten so verschieden sind. Na gut die Mathematik machts richtig, keine Frage.

3-Wege bis 5-Wege sollte möglich sein.
Wenn wir das 5-Wege Filter von Joschka nehmen sollte z.B. 6000-20000 der Start sein, steikflankig, danach wie weiter? Dirac minus das 6000Hz HP...etc. Was da rauskommt, gute Frage?

0 (0der 20Hz)-90Hz Weg1
90Hz-500Hz Weg2
500Hz-2000Hz Weg3
200HZ-6000Hz Weg4
6000Hz-20000Hz Weg5

Peter
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Beitragvon Hornguru » 31.12.2016, 13:50

Hehe :)

Danke für den link Hans Martin!

@Uli... mehr als zwei Wege ist schon klassisch minphasig nicht mehr so einfach. Mal sehen ich hab keine Formel oder ähnliches.

Ansatz hier ist dass Subtraktive Weichen ja bisher auf zwei Arten erstellt wurden.

1. phasenlinear. Der Dirac des Produkts liegt genau in der Mitte bei 0 Volt Schnittpunkt. Symmetrisches vor und nach schwingen.

2. minphasig. Hier liegt der Dirac des Produkts bei 1 Volt auf Sample 0. je steiler der Tiefpass desto mehr Bass muss in den Hochtöner gepumpt werden. Und der Hipass hat immer 2te Ordnung.

Was ich oben probiert habe ist die gemischte Phase.
Ein Butterworth einmal minphasig und einmal linearphasig wird miteinander gefaltet.
Ergebnis ist gemischtphasig doppelte Steilheit mit -6dB am XO Punkt.
Der Subtraktive Dirac wird jetzt zeitlich nach hinten geschoben. Aber nur leicht.
Ab einem bestimmten Versatz erreicht man max 20.5dB Steilheit im Hochpass.
Einfach durch die andere Phasenlage.

Wie schwer das mit mehreren Wegen wird erahne ich gerade. Lässt es sich nichtmal zwischen hoch und Tiefpass umkehren :D
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Beitragvon uli.brueggemann » 31.12.2016, 14:00

Man kann auch einen steilen minimalphasigen Hochpass generieren und vom Dirac subtrahieren.
Viel mehr hilft das aber auch nicht weiter.
Happy Tweaking, vielleicht klappt es nächstes Jahr ! :mrgreen: :cheers:

Grüsse
Uli
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Beitragvon Hornguru » 31.12.2016, 15:05

Moin Uli

Jap aber da wirkt der Phasenversatz kontraproduktiv.
Scheint wirklich einzig und allein mit tief getrennten zweiweger ähnlich oben zu funktionieren.
Somit ist das revolutionäre Kapitel schnell wieder beendet :mrgreen:

Ganz für die Tonne ist es aber auch nicht.
Einen sehr schönen Anwendungszweck gibt es doch!
Für Subwoofer :)
Kompakte Mains haben idR genug Potenz um bis 100Hz zu spielen um dann mit 20dB abzufallen.
Das ist immerhin eine Halbierung des Hubs je Oktave drunter.
Zb 1mm @ 100Hz wären dann im obigen Beispiel noch knapp über 0.5mm bei 50Hz etc.

Der Subwoofer selbst kann ohne Vorschwingen steil getrennt werden, was mehr Aufstellungstoleranz gibt. Die Höhen sind effektiv gedämpft und eine Ortung des Subs kaum möglich.

Schön ist auch dass man die Trockenheit und Schnelligkeit eines Symmetrischen / Phasenlinearen Subs mit dem kleineren Risiko eines Vorschwingens / Nebengeräuschen des Minphasigen sehr gut kombiniert hat.
Genau da wo Minphasige Filter ja die meisten Probleme haben, im Bass.

Ein bisher klassischer Subtraktiv Filter hätte noch doppelten bis dreifachen Hub im Bass.
Der Phasenlineare nicht, aber dann wieder längeres lauteres Vorschwingen.
Gemischt Phasige ohne Subtraktion würden das Nachschwabbeln nicht auslöschen.

Für diesen speziellen (und auch nicht unüblichen) Subwoofer Fall ist obiger Filter momentan mein Favorit!

Gruß
Josh


Ps: dreh und Angelpunkt ist hier wirklich der Phasenversatz.
Subtrakt Dirac nur wenig vorgezogen hat man wieder klassisch 2te Ordnung im Hochpass.
Ein bischen später wird es steiler, kommt dann aber zwei Oktaven drunter wieder laut hoch.
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Beitragvon Hornguru » 31.12.2016, 20:58

Bäm, ich habs :cheers:

Geht doch mit mehreren Wegen, Bandpass, und sogar noch steiler!

Hier ein Beispiel 3 Wege
Alle Tiefpässe mit 144 db/Oktave
Alle Hochpässe mit mit 20.5 db/O
Wobei der Hochtöner nach unten zunehmend noch steiler wird (41dB) !!! :mrgreen:
Alle Vorschwinger unter -60dB
Und in Blau das Produkt

Wie geleckt würd ich sagen... Praxistauglich. So jetzt Kritik bitte.
Muss mal Neujahrs-Tisch decken helfen sonst gibts Anschiss von der Dame :oops:

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Beitragvon dietert » 01.01.2017, 11:29

Hallo Josh,

vermutlich bist du bei deinen Experimenten dem Optimum schon recht nahe gekommen. Ein kleiner Nachteil deiner Konstruktion ist, dass bei der Trennfrequenz Hoch- und Tieftöner gegeneinanderschwingen (mehr als 90° phasenverschoben). Man erkennt das an dem kleinen Buckel (vielleicht 2 dB) im Frequenzgang des Hochtöners. Das gilt eigentlich als verpönt, wegen der erhöhten Winkelabhängigkeit bei Nicht-Koaxen.

Bei solchen Experimenten habe ich selbst vor allem die Erkenntnis mitgenommen, dass man bei Frequenzweichen keine Brickwall-Filter zu konstruieren braucht wie bei DACs und ADCs. Bei vernünftigen Anforderungen an die Weiche reichen meist Standardlösungen, z.B. sinc * Kaiser-Fenster. Ich meine, die Weiche für den Tiefpass muss ja nicht von 1 KHz bis 1,5 KHz auf -100 dB, sondern vielleicht auf -50 dB und die -100 dB erst bei 2 KHz erreichen. 100 dB pro Oktave wäre ja schon mal was. So eine Weiche hat wenig Ringing und so wenige Taps, dass man sie sogar im Zeitbereich rechnen kann.

Grüße und viel Erfolg 2017,
Dieter T.
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Beitragvon wgh52 » 01.01.2017, 11:54

Hallo Josh,

ich möchte Dieters Aussagen bestätigen. Meine FIR Filter laufen mit 48-96 dB/Okt. und klingeln nicht (zumindest nicht für mich) hörbar. Der Filtersteilheit ist immernoch ausreichend groß um ggf. einen breiteren Chassisarbeitsbereich nutzen zu können.

Grüße,
Winfried

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Beitragvon Hornguru » 01.01.2017, 12:52

Hallo Dieter

Der leichte Phasenversatz ist hier Mittel zum Zweck.
Mehrheitlich gleichphasig, ist lediglich der Buckel im Frequenzgang leicht versetzt.
Dieser löscht das Resonieren des Tiefpass aus, was den trockeneren Klang begünstigen soll.
Ohne Versatz sind Filter entweder rein linearphasig... dann aber mit langem Vorschwingen
Oder minimalphasig additiv, dann aber addiert sich auch das resonierende Nachschwingen, nicht mehr trocken.
Oder man minimiert es so weit wie möglich durch flache Filter, wie du vorschlägst.
Ooooder man geht wieder rein minphasig subtraktiv.. dann ist der Hochpass aber unbrauchbar flach.

Was ich mir bezüglich flacher Filter (<8. Ordnung) dachte :
(Hohe Ansprüche an Treiber mal außen vor)
Absolut unumgänglich jeder aber absolut jeder Filter verursacht außerhalb der Achse eine Amplitudenunlinearität! Diese ist klanglich viel relevanter als der ganze andere Quatsch!
Je flacher der Filter desto sensibler hört der Mensch es.
Zb Filter zweiter Ordnung können schnell eine ganze Oktave einbrechen lassen. Solch breite Amplituden Veränderung nimmt man sogar mit nur 1dB war. Über mehrere Oktaven sogar 0.5dB.
Nutzt man jedoch Steile Filter, hat man zb eine ganz ganz Schmale Kerbe. Diese kann dann sogar mit 6dB noch kaum wahrnehmbar, sogar im AB Test nur erahnbar sein. Wie man bei Hörplatz Messungen mit Rauminterferenz schön sieht.

Somit ist Priorität 1 die Steilheit da Amplitudenrelevant, Tonalität
Prorität 2 leises / geringes Vorschwingen, weils nervt
Priorität 3 Gruppenlaufzeit, damit mein Signal nicht zerhackt wird, Timing
Priorität 4 auslöschen/vermeiden der Resonanzen, Trockenheit

Fange ich also mit Prio 1 an als Muss, da klanglich am relevantesten, ergibt sich nach unten hin die Suche nach bestmöglichem Kompromiss.
Ich sage nicht dass mein Filter der heilige Gral für jede Anwendung ist! jedoch bedient es ganz nett all diese Prioritäten als guten Kompromiss. Wo alle bisherigen mehr Fokus auf einen oder zwei haben und analog die anderen Benachteiligen. Es ist wenn man so will der Mittelweg zwischen allen.

Ich hoffe ich habe mich hier nicht zu sehr auf eins versteift und was außer Acht gelassen...?

Gruß
Josh
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Beitragvon FoLLgoTT » 02.01.2017, 16:43

Hallo Josh,

Hornguru hat geschrieben:Somit ist Priorität 1 die Steilheit da Amplitudenrelevant, Tonalität
...
Ich hoffe ich habe mich hier nicht zu sehr auf eins versteift und was außer Acht gelassen...?

Ich fürchte doch. Beginne doch mal damit, exzessiv das Abstrahlverhalten zu optimieren. Dann wird schnell klar, dass die Filter nicht so steil wie möglich sein dürfen, sondern je nach Konzept sogar eine breitere Überlappung besser funktioniert. Ein konstanter Energiefrequenzgang ist gewünscht, das bezieht sich aber immer auf das Gesamtkonzept und nicht nur auf einen Filter. :)

Gruß
Nils
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Beitragvon uli.brueggemann » 02.01.2017, 17:06

Hier einmal ein Beispiel für eine minimalphasige Neville-Thiele-Weiche 1.Ordnung, erzeugt mit subtraktivem Verfahren und passendem Delay von MT und HT

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Das max. Überschwingen ist 1.25 dB bzw. 0.78 dB.

Die Sprungantworten dazu sehen wie folgt aus

Bild

Die Weichen addieren sich bei dieser Simulation perfekt zum Dirac, und das nach ca. 6.2 ms max. Laufzeit. Wenn da also bloss nicht das reale Verhalten der Chassis dazu kommen würde ...

Also, zum Theoretisieren ist der Ansatz von Josh nicht schlecht. Und die Praxis muss es denn erweisen.

Grüsse
Uli
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