Verschiedenes

Zeitrichtig Teil 1

 Zeitrichtig - schon wieder oder immer noch?

Wir haben seit langem mit mehreren Aktivkonzepten immer wieder die Erfahrung gemacht, dass eine Kompensation des Zeitversatzes bei bestimmten Musikstücken eine positive Wirkung hat und zeitlich "genauer" klingt bzw. rhythmische Strukturen "richtiger" wiedergibt. Bei welcher Art von Aufnahmen man das überhaupt nur hören kann haben wir hier beschrieben.

Gegner der "Zeitrichtigkeit" berufen sich auf die Lehrbuchmeinung und die in vielen Experimenten bestätigte Auffassung, dass eine unschön aussehende Sprungantwort (sichtbarer Zeitversatz zwischen Hoch-, Mittel- und Tieftöner) bis zu einem gewissen Grad nicht hörbar ist. Sollte doch ein Unterschied hörbar sein so wäre nach Meinung der Skeptiker dieser wohl eher darauf zurück zu führen, dass der Frequenzgang und das Rundstrahlverhalten nicht identisch wären.

Um den Grad der Hörbarkeit zu präzisieren haben wir einen virtuellen 3-Wege-Lautsprecher mit idealen Punktquellen im reflexionsfreien Raum aufgebaut und NUR die Filterfunktion bei weitestgehend gleichem Summenfrequenzgang variiert. Wenn man sich das Summensignal über eine gute Soundkarte und einen guten Kopfhörer anhört sollte NUR der Einfluss der "Zeitunrichtigkeit" hörbar sein.

  • Im 1. Teil des Artikels (öffentlich) wird das generelle Vorgehen beschrieben und man kann sich in das Thema "einhören" (s.o.)
  • Im 2. Teil des Artikels (Abonnenten) wird das Ausgangssignal für zahlreiche Filterfunktionen ermittelt und kann gegen das direkte Ausgangssignal gehört werden

Aus diesen und anderen Überlegungen ergibt sich ein relativ schmaler Korridor von sinnvollen Realisierungen für die akustische Filtersteilheit von passiven und aktiven Frequenzweichen. Mit der empfohlenen HiFi-Selbstbau-Strategie ergibt sich ein optimaler Kompromiss zwischen Belastbarkeit, Klirrfaktor und Rundstrahlverhalten, dessen "Zeitunrichtigkeit" auch bei kritischen Signalen nicht hörbar ist.

Zeitrichtig - schon wieder oder immer noch?

Vor gut einem Jahr haben wir auf der HiFi-Music-World unsere neue Aktivreferenz vorgestellt, die Rocket. Sie sollte nicht nur einen linearen Frequenzgang, selbst bei hohen Pegel noch niedrigen Klirrfaktor und ein gutes Rundstrahlverhalten haben, sondern die Musik auch "zeitrichtig" wiedergeben (die Definition der "Zeitrichtigkeit" folgt weiter unten).

Dabei orientierten wir uns an Überlegungen von John Kreskovski, der das Signal z.B. des Hochtöners berechnete, indem er vom Eingangssignal das Ausgangsignal des Bass-/Mitteltöners "abzog". Unabhängig von der vorgegebenen Steilheit des Tiefpasses besaß der sich ergebende Frequenzgang des Hochpasses immer eine Steilheit von nur 6 dB/Oktave, was bezüglich der Belastbarkeit und des vertikalen Rundstrahlverhaltens sehr ungünstig war. In der Praxis muss daher die Steilheit des Hochpasses vorgegeben werden und die Filterfunktion des Tiefpasses ergibt sich daraus. Dadurch kann man das Problem der Belastbarkeit entschärfen, die Nachteile beim vertikalen Rundstrahlverhalten bleiben jedoch bestehen. Hinzu kommt, dass der Tiefpass wegen der geringen akustischen Filterwirkung und der zu hohen Frequenzen zunehmenden Bündelung unter verschiedenen Abstrahlwinkeln anders aussieht, so dass das Ganze nur unter z.B. 0° funktioniert:

Herr Kreskovski kam nun aber auf den "Kniff", dass nicht etwa das Eingangssignal möglichst gut nachgebildet werden sollte sondern das verzögerte Eingangssignal. Dazu muss zwingend der Tiefpass vorgegeben werden. Bei geeigneter Wahl der Verzögerung ließen sich dann Filterfunktionen mit höherer Filtersteilheit für den Hochpass erreichen.

Für die Realisierung der Zeitverzögerung bot sich die Verwendung einer digitalen Aktivweiche an. Wie sollte man da aber die Differenzbildung erreichen. Nun, Herr Kreskovski bot auch ein EXCEL-Arbeitsblatt an, mit dem die Filterfunktion des Hochpasses berechnet werden konnte. Das Ergebnis war 100%ig deckungsgleich mit der "zu-Fuß-Synthese" mit GoldWave und ARTA. Wenn man diese Filterfunktion - natürlich akustisch - 1:1 umsetzen und das Ausgangssignal entsprechend verzögert müsste das doch eigentlich hinkommen. Denn in einem Minimalphasensystem lässt sich der geforderte Phasengang dadurch erzwingen, dass der geforderte Amplitudenfrequenzgang nachgebildet wird.

Nachdem alle Zweige auf den korrekten Amplitudenfrequenzgang getrimmt und die berechneten Zeitverzögerungen (unter Berücksichtigung des Schallweges vom virtuellen Schallentstehungsort jedes einzelnen Chassis zum Mikrofon sowie der theoretisch nötigen zusätzlichen Zeitverzögerung laut Herrn Kreskovski) eingestellt waren kam auch auf Anhieb ein recht linearer Frequenzgang am Hörplatz heraus - was wir als Bestätigung der richtigen Umsetzung des Kreskovski-Kniffs interpretierten.

Das Zeitverhalten sah für eine Messung am Hörplatz in einen normalen Hörraum in 3.5 m Abstand auch ganz gut aus - aber nicht so gut wie erwartet:

Man sieht deutlich dass zunächst der Bass langsam loslegt und dann die anderen Chassis dazu kommen. Eigentlich hätten die "späteren" Chassis doch den "vorschnellen" Bass mit einem negativen Vorschwinger kompensieren sollen . . .

Allerdings stellte sich die prognostizierte "Zeitrichtigkeit" auch dann nicht ein, wenn man die Lautsprecher als Fehlerquelle ausschließt und nur die Summe der ideale Filterfunktionen betrachtet. Mit unserer einfachen Summationsschaltung kann man nämlich genau das machen (allerdings nur für 3 Wege):

Was war da los? Kurze Rede, langer Sinn: dadurch, dass die Zeitverzögerung VOR der Differenzbildung erfolgen muss handelt es sich eben NICHT mehr um ein Minimalphasensystem, und daher reicht die Nachbildung des Amplitudenfrequenzgang eben NICHT aus. Dumm gelaufen . . .

 


 

Neues aus Frankreich

Da kam uns ein Artikel von Monsieur LeCleach in den Sinn, der das Zeitverhalten mehr unter dem Aspekt einer möglichst geringen und gleichmäßigen Gruppenlaufzeit anging. Netterweise gibt er ein sehr präzises Kochrezept für eine möglichst günstige Gruppenlaufzeit an, die sich mit einer digitalen Aktivweiche umsetzen lässt:

  • Man nehme ein Butterworth-Filter 3. Ordnung (18 dB/Oktave) mit den nominellen Trennfrequenzen
  • Man führe mit den Filtern eine Laufzeitkorrektur an der Hörposition durch (Autoalign-Funktion des DCX2496)
  • Nun ziehe man die -3 dB-Trennfreuqenzen um den Faktor 0.87 bzw. 1.14 auseinander,
  • verpole die Chassis abwechselnd (Bass+, MT-, HT+)
  • und führe eine Zeitverzögerung von 22% der Wellenlänge bei der nominellen Trennfrequenz ein

Mit dieser Strategie haben wir ein neues Setup für die Rocket erarbeitet - und fanden es deutlich besser als das "fehlgeleitete" Kreskovski-Setup. So haben wir die Rocket dann noch einmal auf der letzten Hifi-Music-World vorgestellt und bekamen positivere Rückmeldungen als im Vorjahr.

Auch das Setup der BigLine wurde nach dieser Strategie ausgelegt. Aber: ist das wirklich der Weisheit letzter Schluss? Was ist mit Filter nach Linkwitz-Riley oder mit anderen Filtersteilheiten? Das lies uns keine Ruhe.

 


 

Befürworter und Gegner der Zeitrichtigkeit

Zunächst ein Kommentar zum Begriff "Zeitrichtigkeit". Im engeren Sinne ist damit gemeint, dass ein System nicht nur einen linearen Frequenzgang hat sondern auch eine dazu passende Sprungantwort, dass das Gesamtsystem also minimalphasig ist. Im weiteren Sinn versteht man darunter auch Systeme, die einen möglichst linearen Phasengang bzw. eine möglichst konstante Gruppenlaufzeit (s.u.) haben.

Dem idealen Ziel der Zeitrichtigkeit kann man sich nur annähern. Im Rahmen dieser Artikelreihe wollen wir daher untersuchen, ab wann man Abweichungen zur Zeitrichtigkeit wahrnehmen kann.

Wir haben seit langem mit mehreren Aktivkonzepten immer wieder die Erfahrung gemacht, dass eine Kompensation des Zeitversatzes bei bestimmten Musikstücken eine positive Wirkung hat und zeitlich "genauer" klingt bzw. rhythmische Strukturen "richtiger" wiedergibt. Welche Art von Aufnahmen das sind haben wir im o.g. Artikel beschrieben:

Wann kann ein zeitrichtiger Lautsprecher seine theoretischen Vorteile in der Praxis ausspielen?

Bei mehreren gleichzeitig mit mehreren Mikrofonen aufgenommenen Instrumenten dürfte der theoretische Vorteil eines "zeitrichtigen" Lautsprechers tatsächlich nicht zum Tragen kommen. Wenn es sich aber um Aufnahmen eines einzelnen Instruments mit nur einem Mikrofon handelt, dann kann ein "zeitrichtiger" Lautsprecher seine theoretische Überlegenheit ausspielen.

Diese Situation kann man mit dem Kopieren einer Vorlage vergleichen. Ist die Vorlage messerscharf (ein Instrument mit einem Mikrofon) dann kann ein perfekt scharfer Kopierer ("zeitrichtiger" Lautsprecher) seine Stärke gegenüber einem weniger scharfen Kopierer ausspielen. Ist die Vorlage aber schon unscharf sind die Unterschiede zwischen einem scharfen und weniger scharfen Kopierer kaum zu erkennen und es ist nicht zu sagen, welcher von beiden Kopierern der "bessere" ist.

Der Zeitversatz ergibt sich aus 3 Teilaspekten:

  1. Vertikal übereinander angeordnete Chassis haben in der Regel einen unterschiedlichen Weg zum Ohr (Ausnahme: gestufte oder schräge Schallwand)
  2. Dieser Effekt wird durch unterschiedliche Schallentstehungsorte (SEO) in der Regel noch verstärkt; beim Konuschassis liegt der SEO oft ca. 10% des Membrandurchmessers HINTER der Schallwand und in der Regel wird der Bass in Bodennähe (längerer Weg) und der Hochtöner auf Ohrhöhe angebracht (kürzerer Weg)
  3. Allein aufgrund der addierten akustischen und elektrischen Filterwirkung ergibt sich eine frequenzabhängige Verzögerung

Gegner der "Zeitrichtigkeit" berufen sich auf die Lehrbuchmeinung und die in vielen Experimenten bestätigte Auffassung, dass eine unschön aussehende Sprungantwort (sichtbarer Zeitversatz zwischen Hoch-, Mittel- und Tieftöner) bis zu einem gewissen Grad nicht hörbar ist. Der Zeitversatz bewirkt, dass sich trotz linearen Frequenzgang die Phase mit zunehmender Frequenz zunehmend verändert. Die Phasenänderung pro Zeit bezeichnet man auch als Gruppenlaufzeit. Solange bestimmte Werte der Gruppenlaufzeit nicht überschritten werden, sollen diese Phasenverzerrungen nicht hörbar sein. Zitiert wird in der Regel eine Veröffentlichung von Blauert / Laws, in der folgende Grenzwerte angegeben wurden:

Frequenz Gruppenlaufzeit Umweg Perioden
500 Hz 3.2 ms 109.8 cm 1.6
1000 Hz 2.0 ms 68.6 cm 2
2000 Hz 1.0 ms 34.3 cm 2
4000 Hz 1.5 ms 51.5 cm 6
8000 Hz 2.0 ms 68.6 cm 16

In vielen Experimenten wurden Boxen verwendet, bei denen man auf einen linearen Frequenzgang geachtet hat, aber nicht auf einen linearen Phasengang (= konstante Gruppenlaufzeit), die also nicht zeitrichtig waren. Diese nicht zeitrichtigen Boxen hat man direkt und über ein Allpassfilter gehört, welches die Amplitude unverändert lässt aber die Phase frequenzabhängig ändert - und keinen Unterschied festgestellt. Das ist so, als hätte man bei einem unscharfen Kopierer die Schärfe ZUSÄTZLICH verstellt und würde feststellen, dass die Kopie immer noch unscharf ist. Noch schlimmer wäre es, wenn man keinen scharfen Schwarzweiß-Übergang kopiert sondern bereits eine unscharfe Vorlage genommen hätte (= ungeeignete Musik).

Seit einigen Jahren kann man aber Dank Digitaltechnik auch zeitrichtige Lautsprecher bauen (z.B. K&H O 500 Y mit FIR-Filtern), die man bei weitestgehend identischem Frequenzgang wahlweise phasenlinear oder nicht betreiben kann. Auch hier haben mehrere Untersuchungen ergeben, dass kein signifikanter Unterschied hörbar war. Hier bliebe dann für Befürworter der Zeitrichtigkeit nur die Ausrede, dass möglicherweise wenig geeignete Musik zur Beurteilung verwendet wurde.

Obwohl Skeptiker der Zeitrichtigkeit mitunter durchaus einen Unterschied hören führen sie den gehörten Effekt vor allem darauf zurück, dass der Frequenzgang und das Rundstrahlverhalten nicht identisch waren und das man DIESEN Effekt gehört habe, nicht aber den Effekt der Zeitrichtigkeit. Dieses Argument ist sowohl schwer zu beweisen als auch schwer zu widerlegen. Daher sollte man so etwas besser nicht an realen Lautsprechern mit Frequenzgangfehlern und Rundstrahlverhalten untersuchen sondern mit idealen Punktquellen - also virtuellen Lautsprechern.

 


 

Messen und hören

Mit unserer Summiererschaltung und unserem DCX2496 können wir genau das machen und den Effekt messen. Es wurde eine virtuelle 3-Wege-Box mit Trennfrequenzen von 303 und 3.04k Hz (DCX lässt grüßen) mit verschiedenen Filtersteilheiten aufgebaut. Der Frequenzgang der Chassis wurde als perfekt linear angenommen, ebenso das Rundstrahlverhalten.

Somit ist in diesem idealen Spezialfall die elektrische Filterfunktion identisch mit der akustischen Filterfunktion. Bei realen Lautsprechern ist dies nicht der Fall. Dort kommt es daher ausschließlich auf die akustische Filterfunktion an, mit welcher elektrischen Filterfunktion auch immer diese erreicht wurde!

Im Bassbereich wurde eine untere Grenzfrequenz von 30 Hz angenommen, einmal geschlossen (Qtc = 0.707), einmal Bassreflex (B4). Damit ergäben sich idealerweise die folgenden Frequenzgänge, Sprungantworten und Gruppenlaufzeiten:


Hinweis: Der leichte Höhenabfall resultiert aus dem nicht kompensierten Frequenzgangfehler von Soundkarte und DCX.


Hinweis: Das "Zappeln" stammt vom digitalen Anti-Aliasing-Filter der Soundkarte.

Die virtuelle Box besteht aus einem 30 cm Bass, einem 13 cm Mitteltöner und einem 25 mm Kalottenhochtöner. Alle Chassis sind übereinander angeordnet:

Es wurde eine Hörentfernung von 2.5 m und eine Mikrofonhöhe von 100 cm angenommen, sowie typische virtuelle Schallentstehungsorte (= SEO). Daraus wurden die tatsächlichen virtuellen Schallwege und damit Laufzeiten zum Analyseort berechnet:

Chassis Höhe [cm] SEO [cm] XT->Ohr [cm] dt [ms]
HT 100.0 0.0 250.0 0.00
MT 86.0 -1.0 251.4 0.04
TT 61.0 -3.0 256.0 0.17

Bei den verschiedenen "akustischen" Filtersteilheiten wurden jeweils 4 virtuelle Lautsprecher gebaut. Mit beiden Schallführungen (geschlossen und Bassreflex) wurde jeweils eine virtuelle Box ohne und mit (60 mm beim Tief- und 14 mm beim Mitteltöner) unterschiedliche Chassislaufzeit realisiert, also insgesamt 4 Varianten. Für die jeweilige Filtersteilheit wurde jeweils ein maximal flacher Frequenzgang angestrebt. Dabei durfte nur die Trennfrequenz, der Pegel und die Polarität verstellt werden.

Obwohl die Trennfrequenzen um den unrealistisch hohen Faktor von 10 auseinander lagen fand immer noch eine gegenseitige Beeinflussung statt. Diese war besonders bei den flachen Filtern sehr ausgeprägt und führte dazu, dass von der Theorie (= idealer Hoch- + Tiefpass) abweichende Trennfrequenzen eingestellt werden mussten. Sobald die unterschiedlichen Schallwege berücksichtigt wurden konnten die Lehrbuchformeln ohnehin keine Anwendung mehr finden.

 


 

Trennung mit 6 dB/Oktave (Butterworth Charakteristik)

Dem 6 dB-Filter werden sagenhafte Vorteile zugeschrieben:

  • Perfekte Impulswiedergabe (= zeitrichtig)
  • Konstanter Spannungs- und Leistungsfrequenzgang

Aber: wo Licht ist, da ist auch Schatten!

  • Hohe elektrische und mechanische Belastung (= geringe verzerrungsarm erzielbare Maximallautstärke)
  • Starke vertikale Interferenzen bei Nicht-Koaxialchassis (= Frequenzgang stark von Ohrhöhe abhängig -> verfärbter Diffusschall)

So sieht z.B. ein Boxsim-Modell der 3-Wege-Box aus, wenn die Chassis (reale Durchmesser) im Gehäuse eingebaut einen linearen Frequenzgang hätten und dann mit einem idealen 6dB-Aktivfilter beschaltet wären (man achte auf die beiden unteren vertikalen Rundstrahldiagramme):


Boxsim-Modell (ZIP-File, 2 kB)

Soweit zur Theorie. In der Praxis ist es gar nicht so einfach bei einer 3-Wege-Box mit idealen Chassis tatsächlich einen linearen Frequenzgang hinzubekommen. Bei nur einem Tiefpass und einem Hochpass ist die Welt noch lehrbuchmäßig in Ordnung:

Aber schon wenn man den Mitteltöner auch nach oben hin filtert kommt die erste Überraschung:


-> Überhöhung von 0.51 dB bei 550 Hz

Wenn der Hochtöner noch dazu kommt wird es nicht besser:


-> Überhöhung von 0.75 dB bei 950 Hz

Erst wenn man den Mitteltöner 0.9 dB leiser macht (oder verpolt und 2.3 dB lauter macht) kommt es hin:

Und weil es so schön ist versaut natürlich auch die Filterfunktion der Schallführung das Zusammenspiel der Zweige:

Aber auch dies kann man durch Verschieben der Trennfrequenzen und Pegelanpassung korrigieren:

Dasselbe kann man nun auch für den Fall durchspielen, dass die unterschiedlichen Laufzeiten zum Mikrofon berücksichtigt werden:


-> hier MUSS der Hochtöner verpolt werden
-> ohne Einsatz von parametrischen Equalizern ist KEIN linearer Frequenzgang erzielbar!

Bei Boxen mit idealen AKUSTISCHEN 6 dB-Filtern ist also UNBEDINGT ein Ausgleich der Laufzeitunterschiede nötig, sonst KANN kein linearer Frequenzgang erzielt werden!

Relevant sind nur die letzten 4 Varianten, für die jeweils die Impulsantwort mit ARTA gemessen und daraus die Sprungantwort und die Gruppenlaufzeit berechnet wurde. Außerdem wurde das Summensignal bei Anregung mit dem o.g. Pulssignal aufgenommen:

Ohne Laufzeitunterschiede ergibt sich tatsächlich eine ideale Sprungantwort, die nur vom Hochpassverhalten im Bassbereich limitiert ist. Bei Berücksichtigung der Laufzeitunterschiede MUSS der Hochtöner verpolt werden. Daher geht die Gesamtantwort zunächst ins Negative um sich dann langsam der unverpolten Sprungantwort leicht zeitverzögert zu nähern.

Die genauen Filterfrequenzen, Delays und Polaritäten der 4 Varianten sind der folgenden Liste zu entnehmen.

  Tiefton Mittelton Hochton
Beschreibung HP
Typ_Hz
LP
Typ_Hz
Pol. Delay
[mm]
Pegel
[dB]
HP
Typ_Hz
LP
Typ_Hz
Pol. Delay
[ms]
Pegel
[dB]
HP
Typ_Hz
Pol. Delay
[ms]
Pegel
[dB]
6dB/Okt. BW, CB, ideal BW2_30 BW1_303 + 0 -1.2 BW1_303 BW1_3040 + 0 -0.9 BW1_3040 + 0 0.0
6dB/Okt. BW, BR, ideal BW4_30 BW1_303 + 0 -2.2 BW1_303 BW1_3040 + 0 -0.9 BW1_3040 + 0 0.0
6dB/Okt. BW, CB, real BW4_30 BW1_303 + 60 -2.0 BW1_330 BW1_1900 + 14 1.1 BW1_5780 - 0 0.0
6dB/Okt. BW, BR, real BW2_30 BW1_303 + 60 -1.0 BW1_330 BW1_1900 + 14 1.2 BW1_5780 - 0 0.0

 


 

Und wie hört es sich an?

Bei der subjektiven Beurteilung der "Zeitrichtigkeit" hat uns bisher ein Testsignal gute Dienste geleistet, welches auch in JustOct verwendet wird. Es besteht aus 8192 Abtastwerten, von denen 256 eine Amplitude von 100% haben und der Rest 0 ist:

Da der DCX2496 und die Soundkarte nicht ganz perfekt arbeiten und ein Lautsprecher IMMER ein Hochpassverhalten hat wurde das Ausgangssignal des DCX2496 unter Verwendung einer Butterworth-Hochpassfilters 4. Ordnung mit einer Eckfrequenz von 30 Hz (dies entspricht einer Bassreflexbox mit 30 Hz unterer Grenzfrequenz) gemessen und aufgenommen:

Für jede der 4 Varianten wurde die Antwort auf das Pulseingangssignal aufgenommen. Wenn man diese Antwort mit der zugehörigen, nur hochpassgefilterten und ansonsten unbeeinflussten Antwort vergleicht und kein Unterschied hörbar ist, dann sind eventuelle Abweichungen der Sprungantwort vom idealen Verlauf bei diesem erfahrungsgemäß kritischen Signal nicht zu hören. Sollten allerdings Unterschiede hörbar sein, dann wäre der Fehler der Sprungantwort unserer Erfahrung nach auch bei kritischer Musik (s. rosa Kasten ganz oben) hörbar. Die Unterschiede könnten dann nicht mehr durch ein anderes Rundstrahlverhalten erklärt werden (welches es ja beim virtuellen Lautsprecher nicht gibt) sondern NUR NOCH durch eine fehlerhafte Wiedergabe im Zeitbereich.

Insgesamt wurde diese Prozedur mit folgenden Filtersteilheiten durchgeführt:

  • Butterworth 6 dB/Oktave
  • Butterworth 12 dB/Oktave
  • Linkwitz-Riley 12 dB/Oktave
  • Butterworth 18 dB/Oktave
  • LeCleach 18 dB/Oktave
  • Butterworth 24 dB/Oktave
  • Linkwitz-Riley 24 dB/Oktave
  • Butterworth 48 dB/Oktave
  • Linkwitz-Riley 48 dB/Oktave

Es wurden wie oben beschrieben jeweils 4 Varianten gemessen:

  • Geschlossene Box, Laufzeit der Chassis NICHT kompensiert (standard)
  • Baßreflexbox, Laufzeit der Chassis NICHT kompensiert (standard)
  • Geschlossene Box, Laufzeit der Chassis kompensiert (per DSP)
  • Baßreflexbox, Laufzeit der Chassis kompensiert (per DSP)

Die detaillierten Ergebnisse folgen im 2. Teil des Artikel (nur für Abonnenten). Um die jeweiligen Signale optimal miteinander vergleichen zu können wurde ein spezielles Programm geschrieben, dass die aufgenommenen Antwortsignale auf Kommando als Schleife abspielt.

Um sich auch als Nicht-Abonnent schon einmal "einzuhören" wurde eine "abgespeckte" Version des obigen Programms mit 3 verschiedene Antworten des Testsignals erstellt:

Neben dem nur hochpassgefiltertem Signal steht einmal eine unbekannte Filtersteilheit zur Wahl (Bassreflexbox, virtueller Lautsprecher wie oben beschrieben) und einmal der GAU (= Größter Anzunehmender Unfall) der Zeitrichtigkeit, eine Simulation eines Klipsch-Eckhorns mit einem angenommenen Zeitversatz von 260cm im Bass, 60cm im Mitteltonbereich und 10 cm im Hochtonbereich bei Trennfrequenzen von 400 und 5000 Hz.

Das Demoprogram PulseCompDemo.exe mit den 3 Antwortsignalen Puls1_27_KH.pcm kann man hier herunterladen (Zip-Datei, 11 kB, keine Installation notwendig). Sollte die Visual Basic V5 Runtime-Librarybenötigt werden kann diese hier heruntergeladen werden (Zip-Datei, 25 kB).

Beim Klipschhorn sollte man einen sehr deutlichen Unterschied zum direkten Signal hören: der Bass ("Blubb") solle deutlich später kommen und das "knackige" des direkten Signals sollte verloren gegangen sein. Beim "unbekannten" Signal kann man bei einer guten Soundkarte und mit einem guten Kopfhörer nach etwas Einhören gerade so einen Unterschied erahnen. Welches Signal das war und wie sich die anderen Filtersteilheiten so schlagen erfahren unsere Abonnenten im 2. Teil des Artikels.

Kommentare  

# Stewen 2018-09-05 16:40
Mal eine Frage dazu:
"und führe eine Zeitverzögerung von 22% der Wellenlänge bei der nominellen Trennfrequenz ein"
Wo führt man denn die Zeitverzögerung ein? Verzögert man den ganzen Lautsprecher? Oder nach jeder Trennung das nach oben jeweils folgende Chassis? Und funktioniert das auch bei einem 2-Wegerich?

Gruß,
Stewen
# Gerhard D. 2013-05-28 00:16
Guten Abend.

Zitat:

der GAU (= Größter Anzunehmender Unfall) der Zeitrichtigkeit , eine Simulation eines Klipsch-Eckhorn s mit einem angenommenen Zeitversatz von 260cm im Bass, 60cm im Mitteltonbereic h und 10 cm im Hochtonbereich bei Trennfrequenzen von 400 und 5000 Hz.

Das ist schlicht und einfach falsch.

Wie bei Direktstrahlern , liegt der Schallentstehun gsort (ab dem die Laufzeit zu messen ist) auch bei Hörnern irgendwo in der Nähe der Schwingspule (halbe Polplattendicke ist eine gute Näherung) und nicht am Hornmund.

Das zeigt meine Messpraxis mit dem Eminence EAPT:150. Mikrophon genau einen Meter vor dem Hornmund aufbauen und per "Samplezählen" die Entfernung messen. Da kommt dann 100cm plus die Hornlänge heraus. Die Autoalignfunkti on meiner DCX kommt zum gleichen Ergebnis (Messentfernung plus Hornlänge).

Ein zweiter Beleg:

Wenn ich das Messmikro immer weiter in den Hornhals hineinschiebe, bekomme ich kleiner werdende Entfernungen. Wäre der Hornmund die tatsächliche Schallquelle (SEO), müssten diese Entfernungen jedoch größer werden, denn das Mikro entfernt sich ja von der Schallquelle.

Viele Grüße sendet
Gerhard
# Pico 2013-05-28 14:37
Hi Gerhardt,

ich bin völlig Deiner Meinung, dass der SEO eines Horns in etwa in der Ebene der Schwingspule liegt. Von dort bis zum Hornmund sind aber unterschiedlich e Wege zurückzulegen.

Aber da der Schall von der Schwingspule bis zur Hornöffnung in der Frontplatte beim Bass 260cm, beim Miteltöner 60cm und beim Hochtöner nur 5 cm ergibt sich eben genau dieser GAU (Hinweis: beim originalen Klipschorn liegen die HornMÜNDER auf der Ebene der Frontplatte).



Dieser GAU ergäbe sich nur dann nicht, wenn der SEO auf der Frontplatte läge - was wir beide ja für Blödsinn halten.

Gruß Pico
# Diskus_GL 2012-10-23 00:14
Hallo Pico,

die Links sind interessant und kannte ich so noch nicht… in diesen Fällen passt die Kopiereranalogi e natürlich.
Trotzdem denke ich, das es genügend gute Aufnahmen gibt, bei denen zeitrichtige Boxen besser klingen (…die Aufnahme bei der Theo die zu späte Basedrum bei der Rocketabstimmun g war ja sicher auch keine Einmikrofonaufn ahme des Schlagzeugs…).
Zudem wären ja dann alle Aufnahmen mit Stimmen am besten über zeitrichtige Boxen zu hören… und das sind doch mehr als nur einige wenige Aufnahmen… also ich denke ja nur, ihr solltet die zeitrichtige Wiedergabe nicht so gering bewerten…
Viele Eurer Boxen sind doch schon auf einem Niveau, bei denen die Laufzeitkorrekt ur das letzte Quentchen Perfektion hörbar werden lässt… und sei es durch digitale FW (mit Laufzeitkorrekt ur und zeitrichtigen Filtern) oder durch DIRAC, dessen wesentlicher Vorteil gegenüber anderen DRC-Lösungen ja gerade die Korrektur im Zeitbereich ist.
Zudem lese und höre ich (auch von Euch) immer wieder von Höreindrücken, die eher mit zeitrichtiger Wiedergabe zusammenhängen. ..

…um mehr ging es mir eigentlich nicht…

Gruss Joachim

PS.: Hast Du eigentlich den ganzen Kommentar erhalten oder ist das was nicht gesendet worden? Wenn ja, für die Veröffentlichun g ist das bisherige OK - (der Rest ist eh zu lang). Wenn nicht, schick ich Dir den Rest mal als PN.
# Diskus_GL 2012-10-21 20:41
Hallo,

ich hatte die ansonsten guten Artikel "Zeitrichtig Teil1/2" zwar schon öfter gelesen, aber der folgende Absatz ist mir erst jetzt "bewusst" geworden:

Artikeltext im roten Kasten:
>Wann kann ein zeitrichtiger Lautsprecher seine theoretischen Vorteile in der Praxis ausspielen?
Bei mehreren gleichzeitig mit mehreren Mikrofonen aufgenommenen Instrumenten dürfte der theoretische Vorteil eines "zeitrichtigen" Lautsprechers tatsächlich nicht zum Tragen kommen. Wenn es sich aber um Aufnahmen eines einzelnen Instruments mit nur einem Mikrofon handelt, dann kann ein "zeitrichtiger" Lautsprecher seine theoretische Überlegenheit ausspielen.
Diese Situation kann man mit dem Kopieren einer Vorlage vergleichen. Ist die Vorlage messerscharf (ein Instrument mit einem Mikrofon) dann kann ein perfekt scharfer Kopierer ("zeitrichtiger " Lautsprecher) seine Stärke gegenüber einem weniger scharfen Kopierer ausspielen. Ist die Vorlage aber schon unscharf sind die Unterschiede zwischen einem scharfen und weniger scharfen Kopierer kaum zu erkennen und es ist nicht zu sagen, welcher von beiden Kopierern der "bessere" ist.<

…das Beispiel führt völlig in die Irre (….und ist ja auch falsch)!
Der Text suggeriert, bei Aufnahmen mit mehreren Mikrofonen gäbe es schon bei der Aufnahme keine "Zeitrichtigkei t" (aufgrund der mehr als zwei Mikrofone) und für solche Aufnahmen (also die meisten…) würden zeitrichtige Boxen auch keinen Vorteil bringen…
Mal abgesehen davon, was hörbar ist oder nicht (das wird ja im Artikel ausgeführt)… aber ein Mikrofon nimmt doch immer das gesamte Signal breitbandig und somit zeitrichtig auf… es gibt m. W. keine Mehrwegemikrofo ne, die den Schall zerstückeln z. B. in HT-, MT- und TT-Anteile die später wieder "zusammengesetz t" werden… oder????
Das heisst, der zeitliche Schalldruckverl auf wird von jedem Mikrofon immer zeitrichtig aufgezeichnet (mal gute Mikrofone vorausgesetzt…) …wenn es mehrere Mikrofone mit räumlichen Abständen zur Schallquelle gibt, wird der Schalldruckverl auf von den anderen Mikrofonen eben zeitverzögert und mit geringerem Pegel aufgezeichnet… aber der (zeitliche) Schalldruckverl auf an sich bleibt unverändert und wird immer in einen proportionalen (zeitlichen) Amplitudenverla uf gewandelt. …. Zeitrichtigkeit hat absolut gar nichts damit zu tun, wie viele Mikrofone bei der Aufnahme verwendet wurden… Eine Aufnahme ist somit immer zeitrichtig!!!
Das eine schlechte Aufnahme evt. die Einschwingvorgä nge und Transienten aufgrund von schlechter Mikrofonpositio nierung, Abmischung, Limiter, etc. nicht gut reproduziert, ist doch was ganz anderes und hat mit "Zeitrichtigkei t" nichts zu tun….für solche Aufnahmen passt das Beispiel mit dem unscharfen Kopien, aber die hören sich auch über zeitfalsche Boxen flach oder z. B. nach künstlicher Räumlichkeit an - mit "Zeitrichtigkei t" hat das nichts zu tun (und auch nicht das Kopiererbeispiel)!!!

(Nur mal so am Rande: Eurem Beispiel nach würde ja eine zeitrichtige Box bei jeder Aufnahme mit Stimme ihren theoretischen Vorteil ausspielen - i. d. R. wird Stimme immer nur mit einem Mikrofon aufgenommen und die anderen Mikrofone (Band etc) sind weit genug entfernt um hier Einschwingvorgä nge oder Transienten zu verändern… das wären dann ja nicht mehr "nur" wenige Aufnahmen…)

Der Begriff Zeitrichtigkeit wird (für mich) am deutlichsten, wenn man sich die Wiedergabe mal anhand der Aufnahmezeit betrachtet (pro Kanal). Wenn ich z. B. bei einer CD jede 1/44100 Sekunde als einen Aufnahmezeitpun kt betrachte, dann habe ich bei der CD, dem DA-Wandler, dem Vorverstärker, dem Verstärker etc… immer nur einen Amplitudenwert je Aufnahmezeitpun kt (…und bis hierhin wird auch alles getan um Zeitfehler wie Jitter oder Preringing von DA-Wandlern selbst im Nanosekundenber eich zu vermeiden!!!).
Erst in der Frequenzweiche einer Mehrwegebox werden aus diesem einen Amplitudenwert zu jedem Aufnahmezeitpun kt mehrere unterschiedlich e Amplitudenwerte "erzeugt", die im Idealfall als Summe wieder den ursprünglichen Amplitudenwert für diesen Aufnahmezeitpun kt ergeben…wenn sie denn zur gleichen Zeit an unser Ohr gelangen.
Genau das, also die mehreren unterschiedlich en Amplitudenwerte je Aufnamhezeitpun kt (dann als Schalldruck) wieder gleichzeitig an unser Ohr zu leiten…das versteht man als das Konstruktionspr inzip einer "zeitrichtigen" Box bzw. einer "zeitrichtigen Wiedergabe".

Würde mich freuen, wenn ihr die Begründung "bei welcher Art von Aufnahmen man das überhaupt nur hören kann" etwas aktualisiert.
Denn wenn ich mir mal so die Berichte von Euch über zeitrichtige Konstruktionen Revue passieren lasse (z. B. "TangBand W8-1772 oder W8-1808" oder Big Betty oder Rocket oder die Berichte zum Manger-Schallwa ndler-Thread), dann kann Zeitrichitigkei t so verkehrt nicht sein und auch nicht "nur bei wenigen Aufnahmen zum Tragen kommen"… Schliesslich sorgt ja auch ein Programm wie DIRAC für zeitrichtige Wiedergabe - und das macht wohl auch einen wesentlichen Unterschied von DIRAC zu den anderen lediglich Frequenzgangkor rektiven DRC-Lösungen aus, und ich denke Zeitrichtigkeit ist auch ein wesentlicher Teil von dem was man dann mit DIRAC "besser" hört.

Grüsse Joachim

PS.: Ich halte auch ein einzelnes Rechtecksignal als Hörbeispiel um festzustellen, ob "Zeitrichtigkei t" hörbar ist, für ungeeignet. Ein Rechtecksignal ist in erster Linie ein Messsignal. Zum Hören aktiviert es den Hörsinn ja nur in Teilen und die Interpretation ist mehr von Zufällen o. ä. abhängig. Erst wenn Frequenzweichen und Box das Rechtecksignal soweit "verformt" haben, dass schon eher die ganze Hörwahrnehmung stattfindet, "hört" man was… aber daraus zu schliessen, das dies auch bei einem kontinuierliche m Schalldruckverl auf erst bei solchen "Zeitunrichtigk eiten" so ist, halte ich für gewagt…. gibt ja auch andere Studien mit anderen Ergebnissen…
# Pico 2012-10-22 10:48
Hi Diskus_GL,

ein Klavier wird häufig mit 4-6 Mikrofonen aufgenommen (s. http://www.sengpielaudio.com/Klavieraufnahme.htm, speziell die PFDs Bobby1-3). Die Signale alle Mikrofone sind nicht völlig unabhängig sondern stark ähnlich. Anschaulich ist, dass ein Impuls durch den unterschiedlich en Abstand der Mikrofone zum gedachten Entstehungsort nicht zum exakt gleichen Zeitpunkt aufgenommen wird.

Jedes dieser Mikros allein für sich ist natürlich 100% zeitrichtig, kritisch ist jedoch das anschließende ZusammenMISCHEN der Signale. Ein Impuls wird dann zeitlich "verschmiert" - ähnlich wie z.B. ein scharf abgegrenzter schwarz-/weiß-Ü bergang durch einen schlechten Kopierer. Ich halte diese ANALOGIE nach wie vor für richtig.

Ein ähnliches Problem gibt es z.B. bei der Abnahme eines Schlagzeugsets mit 10 Mikros oder von 12 Streichern mit 4-6 Mikros. Eine Geige wird gleichzeitg von mehreren Mikros aufgenommen, die aber unterschiedlich weit von der jeweiligen Geige aufgestellt/-hä ngt sind. Beim Zusammenmischen gibt es dann den Salat, daher hören sich Streicher sehr oft rau an.

EIN Mikro, das nur EIN Instrument allein gespielt aufnimmt ist demgegenüber 100% zeitrichtig -> DORT kann ein zeitrichtiger Lautsprecher seine Stärken voll ausspielen. Genau das wird im obigen Artikel thematisiert.

Gruß Pico
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