"Schnelligkeit" von Subwoofern

[G. Nubert]

Hallo,

da uns diese Frage immer wieder gestellt wird, eignet sich mein "posting" vom 5.12.04 ganz gut für diese neue Forum-Rubrik.
Das war das posting mit dieser Adresse: http://www.nubert-forum.de/nuforum/view ... 999#109999

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Die "Schnelligkeit" von Subwoofern wird mit so unterschiedlichen Meinungen (und auch Vorurteilen) diskutiert, dass es enorm schwer ist, sich dabei ein Urteil zu bilden, das auch "physikalisch" einigermaßen Bestand haben kann.

Welche Einflüsse auf die Schnelligkeit man mit absoluter Sicherheit ausschließen kann:

Größe und Gewicht der Lautsprechermembran(en) (solange es sich nicht um Passiv-Membranen handelt). - Diese beiden Punkte haben vielleicht was mit Abstrahl-Eigenschaften und maximalem Schalldruck zu tun, - aber sicher nichts mit der "Schnelligkeit".
("Eingefleischten" HiFi-Fans mag es fast in der Seele weh tun - aber das Membrangewicht hat nichts mit der Impuls-Genauigkeit eines Lautsprechers zu tun, sondern mit dem Wirkungsgrad. - Insofern sind auch die Behauptungen von Herstellern oder Fans von Folien-Lautsprechern falsch, die leichten Membranen hätten ein besseres Ein- und Ausschwingverhalten.)

Für das "subjektive Empfinden" von Schnelligkeit bei Subwoofern sind (nach unseren Erfahrungen) folgende Punkte wichtig - vielleicht sogar in der angegebenen Reihenfolge:

• 1. Raumakustik (wie schnell bauen sich die Moden auf...?)
  2. damit in Verbindung: Zahl und Aufstellung der Woofer
  3. Konstruktionsprinzip des Woofers (geschlossen, Bassreflex, Mehrkammer-Bandpass)
  4. Steilheit der Ankopplung des Woofers an die Satelliten
  5. Frequenz der Ankopplung an die Satelliten
  6. Untere Grenzfrequenz und Steilheit des Abfalls unterhalb der unteren Grenzfrequenz.

In den Punkten 1, 2, 4 und 5 sind zwei gute Standboxen (mit flacher Auskopplung der Bässe zum Mitteltöner) typischen Woofern (ohne FIR-Filter-DSPs) überlegen.
Das ist hier (glaube ich) ganz gut beschrieben:

Woofer_frq_u_delay

Punkt 6. Untere Grenzfrequenz und Steilheit des Abfalls... (Schnelligkeit in Abhängigkeit von der unteren Grenzfrequenz) ist nicht so einfach!

Bei Hörtests im Freien gewinnen Woofer mit tieferer unterer Grenzfrequenz (und gleicher Filtersteilheit) meistens, - in geschlossenen Räumen oft nicht (wegen der Raumakustik)!

Zur "Bass-Schnelligkeit" habe ich ich ja schon früher einige Beiträge im Forum geschrieben, die auch noch einige "Nebenschauplätze" beleuchten (oder zumindest erwähnen).


Hier ein Ausschnitt aus einem Beitrag vom 27. Feb. 02:

Die Ausgangsleistung einer Endstufe hat überhaupt nichts mit der "Schnelligkeit" eines Subwoofers zu tun. -

Außer in einem (fast schon "witzigen") Zusammenhang:

Die "Schnelligkeit der Elektronik" hängt stark vom integrierten, mit dem "Frequency"-Regler einstellbaren Tiefpass-Filter (im Woofer) ab. Dieses Filter "halbiert" (je nach Einstellung des Reglers) z. B. die Amplitude der ersten Halbwelle eines Bass-Impulses.
Wenn die Endstufe sehr schwach ist, - und deshalb leistungsmäßig mindestens 4-fach übersteuert wird, fällt die "Verkleinerung" der ersten Halbwelle natürlich weg, weil (die hoffentlich recht gute) Soft-Clipping-Schaltung aus dem maßlos übersteuerten Signal (Mittelding zwischen Trapez und Rechteck) wieder einen halbwegs annehmbaren Sinus macht. Der gesamte Wellenzug wird dabei auf die Größe der ersten (durch höhere Aussteuerung künstlich vergrößerten) Halbwelle "eingebremst", was dann klanglich als "schneller / impulsiver" empfunden wird...

Definitiv "lahme" Subwoofer sind die "Mehrkammer-Bandpass-Woofer"; da kann es schon mal vorkommen, dass der "Sollpegel" eines Sinuspaketes (von z.B. 50 Hz) erst nach 3 Wellenzügen erreicht wird.
....
Bei Bassreflex- und geschlossenen Boxen... hat die sogenannte "Schnelligkeit von Chassis" fast keine Auswirkungen, weil selbst die "lahmeren" unter den Chassis leicht bis 300 oder 400 Hz ohne Abfall gehen.

Deshalb bringt natürlich auch eine "Regelung" mit Geschwindigkeits-Aufnehmern auf der Membran keinen Zugewinn an Schnelligkeit; - allerdings können solche Regelungen eventuell Vorteile für das Klirrverhalten bringen.

Ein weiterer subjektiver Eindruck von "Schnelligkeit" kann die Geschwindigkeit sein, mit der sich stehende Wellen im Raum aufbauen. Es gibt Diskussionen darüber, wie sehr - und in welchen Frequenzbereichen - die Signal-Durchlaufzeit (Group Delay) bei Woofern was mit der subjektiv empfundenen Schnelligkeit zu tun hat.

Was sogar manchen Boxen-Entwicklern nicht bekannt ist:
Rein theoretisch (und natürlich auch messtechnisch) ist es so, dass ein Woofer, der bis 30 Hz runtergeht, bei 30 Hz eine viel größere Durchlaufzeit hat, als es einer bei 30 Hz hat, der bis 20 Hz runtergeht.
Allerdings wächst bei 20 Hz dieses "Group Delay" dann so an, dass es dann (bei 20 Hz) größer wird, als es beim 30 Hz Woofer (mit 30 Hz) zu beobachten ist. ...




Ein Beitrag vom 10. Dez. 03 (u.A. "lieber 2 kleine Woofer oder ein großer"?):

http://www.nubert-forum.de/nuforum/view ... 9062#39062

In diesem thread von 26.12.04 wird auch ein wenig auf die "Lineararisierung von group delay" eingegangen:

http://www.nubert-forum.de/nuforum/view ... 803#113803

Gruß, G. Nubert

[Worf]

Hallo,
beim Auto-Setup mit Messmikro meines Denon AVR-2805 kam als Delay bzw. Abstand für meinen Subwwofer AW-440 ein Wert von 3.5m raus,
der reale Abstand ist ca. 2.9m (Die anderen Lautsprecher-Abstände haben gestimmt).
In der Bedienungsanleitung stand ein Hinweis, dass dies auf die Subwoofer-Elektronik zurückzuführen ist.
Original-Text:
Wenn mit Hilfe des Messmikrofons Messungen durchgeführt worden sind,
werden Lautsprecher mit integriertem Filter wie z.B. Subwoofer aufgrund der
internen elektronischen Verzögerung möglicherweise mit einem von der
physischen Entfernung abweichenden Wert eingestellt.

Ich frage mich jetzt, wie man diesen Wert ermitteln soll, wenn man kein Auto-Setup mit Mikro hat.
Oder ist die relativ geringe Abweichung nicht so wichtig bzw. nur bei Subwoofern nicht so wichtig?
Ist jetzt der gemessene Wert richtig, oder sollte ich den realen Abstand einstellen?

[G. Nubert]

Hallo "Worf",

die Verzögerung einer 80 Hz-Trennung mit einem Filter 24dB/oct ist ja im unteren Diagramm des schon angegebenen Infoblattes gemessen worden:

http://www.nubert.net/g-nubert/Woofer_frq_u_delay.pdf

Vielleicht fehlte dazu noch der Hinweis, dass der Schall recht genau 1 Meter in 3 ms zurücklegt.

Das heißt also, man kann aus dem Diagramm entnehmen, dass allein die 80 Hz-Trennung der Woofers das Signal bei 20 und 75 Hz um 2 Meter verzögert, die eigentlich zur realen Entfernung addiert werden müssten.

(Dazu kommen noch weitere Verzögerungen durch die untere und obere Grenzfrequenz des Woofers.)

Das Dilemma dabei ist jedoch, dass die prinzipiell gleiche Verzögerung der tiefen Töne auch bei den Satelliten auftritt!

Wenn man (bei gleichen "realen" Abständen) unterschiedliche Entfernungen von Woofer und Satellit im Receiver-Menu eingibt, macht das die ganze Sache so schwer durchschaubar, dass tatsächlich Ausprobieren angesagt ist.

(Die Einstell-Anweisungen des Delay im Receiver sagen da nur die "halbe Wahrheit".)

Perfekt lösbar sind diese Probleme nur durch eine "über allles-Korrektur" von Satelliten und Woofern mittels DSP-FIR-Filtern zur Laufzeit-Kompensation.
(Diese Filter haben aber eine sehr hohe "Gesamt-Verzögerungs-Zeit" im Bereich um 80 ms. Das erfordert dann als nächsten Schritt eine Verzögerung des Bildes, um wieder die "Lippen-Synchronität" bei DVD zu erreichen.)

Die perfekte Lösung ist aufwändig und noch recht teuer. Aber auch ohne diese Perfektion sind bei Surround-Effekten tolle Ergebnisse möglich. Für Musik-Wiedergabe bevorzugen wir dann aber eher große Standboxen statt Sub/Sat-Kombis.

Gruß, G. Nubert

[Hifi-Biber]

Eine Verständnisfrage an die Experten hier im Forum: Ist der Anstieg der Gruppendurchlaufzeiten bei Subwoofern auf die Trennung im Reciever zurückzuführen, oder ist dies eine Eigenschaft der Filter im Subwoofer selber? Ich meine nämlich mal irgendwo gelesen zu haben, dass auch die Satelliten bei einer Trennung durch den Reciever einen Anstieg der Gruppendurchlaufzeiten hätten. Wenn der Subwoofer nicht die Ursache hierfür ist, sondern fehlende Phasenkompensationsfilter im AVR, dann müssten die Subwoofer bei einem Anschluss über die Hochpegeleingänge an einen Stereoverstärker ja quasi ohne eine Verzögerung zu den tiefen Frequenzen hin reagieren!?

[BlueDanube]

Ist der Anstieg der Gruppendurchlaufzeiten bei Subwoofern auf die Trennung im Reciever zurückzuführen, oder ist dies eine Eigenschaft der Filter im Subwoofer selber?

Gruppenlaufzeit entsteht immer, wenn der wiedergegebene Frequenzgang nicht waagrecht ist.
Das geschieht sogar beim natürlichen Abfall eines Lautsprechers bei der Grenzfrequenz.

[Primius]

Ist der Anstieg der Gruppendurchlaufzeiten bei Subwoofern auf die Trennung im Reciever zurückzuführen, oder ist dies eine Eigenschaft der Filter im Subwoofer selber?

Jeder "knick" im Frequenzbereich, hervorgerufen z.b. durch einen Tief oder Hochpass, wird mit einer "verschmierung" im Zeitbereich erkauft. Dabei ist es egal, welche Ursachen (z.B. AVR-Tiefpass, Subwoofer-Tiefpass, untere Grenzfrequenz von Lautsprechern oder Raummoden...) diesem Knick zugrunde liegen. Wenn das System minimalphasig ("nicht phasenkompensiert") ist, äußert sich diese "verschmierung" im Zeitbereich als Gruppenlaufzeitverzerrung. Die meisten Filter im Audiobereich sind minimalphasig.

Bei üblichen Sub/sat Weichen in AVR's wird die Gruppenlaufzeit beider Wege verzerrt, da ja jeder Weg für sich betrachtet einen gefilterten Frequenzgang erhält. Ob Subwoofer und Satellit zusammenaddiert auch Gruppenlaufzeitverzerrungen haben, hängt vom filtertyp ab: Das von Herr Nubert zum Patent eingereichte "Nubert-Filter" erlaubt Frequenzweichen, wo die Summe keine Gruppenlaufzeitverzerrungen enthält.

Mit minimalphasigen filtern steht die minimierung der Gruppenlaufzeitverzerrungen in konkurenz mit anderen Zielen: z.B. kleine Satelliten sollten nicht durch Bass belastet werden, oder der Subwoofer sollte nicht durch hohe Frequenzen Ortbar sein u.s.w.

[StefanB]

Wenn der Subwoofer nicht die Ursache hierfür ist, sondern fehlende Phasenkompensationsfilter im AVR, dann müssten die Subwoofer bei einem Anschluss über die Hochpegeleingänge an einen Stereoverstärker ja quasi ohne eine Verzögerung zu den tiefen Frequenzen hin reagieren!?

Die Frage kann man auch sehr kurz beantworten : Denkfehler !

Wenn man einen begrenzten F-Bereich widergeben möchnte, muss man den herausfiltern. Und so findet auch bei oben gedachter Anschlussart eine Filterung statt....

Stefan

[Hifi-Biber]

Japp. War tatsächlich ein wenig kanpp bedacht von mir! Danke an euch für die Antworten. Wieder was gelernt!

[Hifi-Biber]

Kleine Frage hinterher: Ist es richtig, dass das "Nubert-Filter", also diese Filteranordnung, schon in den 3-Wege Nuveros verwendet wird?

[Primius]

Kleine Frage hinterher: Ist es richtig, dass das "Nubert-Filter", also diese Filteranordnung, schon in den 3-Wege Nuveros verwendet wird?

Ohne gewähr:
Der Grund warum die chassis z.B. bei der NuVero14 symetrisch um den Hochtöner liegen, ist das im Übergangsbereich vom Mittel- zum Hochton durch den Nubert-Filter die Chassis fast gegenphasig spielen, und bei einer asymetrischen Anordnung wäre das Abstrahlverhalten unakzeptabel.