Hörbarkeitsschwelle von (Gruppenlaufzeit) Group Delay

[Inder-Nett]

Auch wenn ich nicht vorhabe, mich jetzt als "sattelfester Fernseh/Video-Spezialist" durch "tiefgründigeres Formulieren" zu profilieren... hat mich die Fragestellung interessiert (HDTV steht bei mir sicherlich auch demnächst an) und so habe ich meinen bisherigen Erkenntnisstand mit ein bisschen Google erweitert...

...wir wählen meistens 83 ms, weil das "ein guter Kompromiss" sein soll, um mit Bild-Zwischenspeichern sowohl europäische als auch amerikanische "Bild-Aufbauzeiten" gut ausgleichen zu können. (Verzögerung 2 frames / 3 frames).

Klingt auf den ersten Blick plausibel, weil es nahe am "kleinsten gemeinsamen Vielfachen" der Frame-Rate von 50 und 60 Hz liegt, 4 Halbbilder bei 50 Hz, 5 Halbbilder bei 60Hz.

Wenn man allerdings im Web mal ein bisschen sucht, dann findet man zu Home Equipement keine näheren Angaben zum Bild-Delay (ausser z.B. hier Vermutungen über bis zu 6 Frames = 1/10 Sekunde bei normalen HDTVs, bis zu 15 Frames bei DLP HDTVs).
Bei Profi Equipement habe ich Hinweise dazu gefunden, dass das Video Delay für 50 und 60 Hz unterschiedlich ist und dass bei "Frame Rate Conversion" noch mehr Delay reinkommt.

Insofern erscheint der "Mehrwert" nicht so richtig einleuchtend, da ausgerechnet ein ganz bestimmtes ganzzahliges Vielfaches der Bildwiederholraten treffen zu wollen, wo man auf das Bild Delay ohnehin keinen Einfluss hat, es meist nichtmal dokumentiert ist, die verschiedenen Displays auch noch mal 5-20ms Reaktionszeit haben und ein paar ms mehr oder weniger ohnehin nicht auffallen würden.

Bei meinem Phillips 100Hz Fernseher (schon ein paar Jahre alt, damals das Flagschiff aus der Serie) wird das Bild-Delay durch's Deinterlacen übrigens völlig vernachlässigt, ohne dass man davon was mitbekommen würde.

Andererseits ist mir erst letztens wieder aufgefallen, dass auch nicht alle Kauf-Medien wirklich synchron aufgezeichnet sind.
Inspiriert durch die DBA-Vorführung beim nuDay habe ich mir die Yamato-DVD geholt und musste feststellen, dass auf dieser DVD der Ton schon mit einer deutlich wahrnehmbaren Verzögerung drauf ist (mal ganz abgesehen davon, dass die Aufnahmen auch noch hörbar verrauscht sind). Alles in allem ein Eindruck wie von dritten Rang, letzte Reihe...

Aber zurück zum Delay:
Plausibler erscheint mir, dass man mit 83 ms gerade etwas mehr als die Wellenlänge von 16Hz hat, d.h. mit diesem Delay kann man den gesamten hörbaren Bass-Bereich einigermaßen phasenrein filtern ... denn dafür braucht der FIR-DSP nun mal mindestens eine Wellenlänge Vorlaufzeit.
Dass man dabei den oben erwähnten guten Kompromiss der Bildraten treffen möchte würde ich eher als "sportlichen Ehrgeiz" verbuchen

[StefanB]

Eines macht mir immer noch zu schaffen :

...dann würden wir über die Hörbarkeit von monauralen Phasendrehungen überhaupt nicht mehr diskutieren..."

Unser Ohr ist doch ein / arbeitet als Druckempfänger.

Wie soll es da eine astreine Inversion eines Signals (die es in der Realität nicht gibt, alle natürlichen Vorgänge sind Ausgleichsvorgänge und benötigen Zeit), die wir aber mal voraussetzen wollen, registrieren? Schall breitet sich ja als Longitudinalwelle aus !?!

gruß Stefan

[Frank Klemm]

Bei meinem Phillips 100Hz Fernseher (schon ein paar Jahre alt, damals das Flagschiff aus der Serie) wird das Bild-Delay durch's Deinterlacen übrigens völlig vernachlässigt, ohne dass man davon was mitbekommen würde.

Zu diesen Zeiten war das Deinterlacen im allgemeinen ein Zwischenspeichern des Fields
mit einem linearen Interpolieren des Fields. Bei optimaler Implementierung bekommt man
bei PAL dadurch eine Verzögerung von 10 ms. Der Speicherbedarf beträgt ein halbes Field
bzw. ein viertel Vollbild. Man kommt bei den üblichen Implementierungen mit 256 KByte Speicher aus.

Aber zurück zum Delay:
Plausibler erscheint mir, dass man mit 83 ms gerade etwas mehr als die Wellenlänge von 16Hz hat, d.h. mit diesem Delay kann man den gesamten hörbaren Bass-Bereich einigermaßen phasenrein filtern ... denn dafür braucht der FIR-DSP nun mal mindestens eine Wellenlänge Vorlaufzeit.
Dass man dabei den oben erwähnten guten Kompromiss der Bildraten treffen möchte würde ich eher als "sportlichen Ehrgeiz" verbuchen :wink:

Wie viel Vorschauzeit man benötigt, läßt sich nicht so einfach abschätzen. Die Korrektur der O500C erfordert etwa 50 ms Verzögerungszeit. Davon waren, wenn ich mich recht erinnere, etwa 8 ms durch die grundsätzliche Signalverarbeitung verursacht und 42 ms durch den Korrekturfilter.
Damit wurde bis knapp unter 30 Hz korrigiert.

Das korreliert zwar mit 16 Hz und 83 ms, aber
* Der genaue Delay hängt von der Filterordnung und der Filtergüte ab (sie Diagramme über Gruppenlaufzeit, z.B. http://www.freqdev.com/guide/images/fig6.gif)
* Der genaue Delay hängt außerdem von den erlaubten Restfehlern der Gruppenlaufzeit und den erlaubten Freiheiten beim Amplitudenfrequenzgang ab.

Hat die Box z.B. einen unten sehr steil abfallenden Frequenzgang, der Amplitudenfrequenz soll mit Gewalt auf einen anderen unten steil fallenden Frequnzgang umgebogen werden, der Amplitudenfrequenzgang wird weiterhin streng vorgegeben und es dürfen nur sehr kleine Restfehler beim Phasenfrequenzgang auftreten, dann kann man mit der erforderlichen Filterbreite auch schnell in den Sekundenbereich kommen. Mit mehr Diplomatie beim Abgleich der Parameter landet man im akzeptablen Bereich zwischen 60 und 120 ms.

[teite]

Hallo,

Plausibler erscheint mir, dass man mit 83 ms gerade etwas mehr als die Wellenlänge von 16Hz hat, d.h. mit diesem Delay kann man den gesamten hörbaren Bass-Bereich einigermaßen phasenrein filtern ... denn dafür braucht der FIR-DSP nun mal mindestens eine Wellenlänge Vorlaufzeit.

Hattest du nicht gesagt, dass das akustische Hochpassverhalten des Basses am unteren Ende des Übertragungsbereiches keine Phasenverschiebung und auch kein GroupDelay, das korrigiert werden müsste, bewirkt?

Wozu bräuchte man dann eine Vorlaufzeit für eine linearphasige Korrektur bis 16Hz?

Just wondering.

cu,
Stefan

[Inder-Nett]

Hattest du nicht gesagt...

Nein!
Fang nicht schon wieder an, mir Deine einseitigen Interpretationen von Unverstandenem unterzujubeln!

Wozu bräuchte man dann eine Vorlaufzeit für eine linearphasige Korrektur bis 16Hz?

Um die Phasenfehler auszugleichen, welche durch die Frequenzgang-Linearisierung im Bass-Bereich anderenfalls durch den DSP verursacht würden!
Wenn nämlich das Phasenverhalten eines akustischen Hochpasses exakt mit dem Verhalten eines elektronsichen Hochpasses gleicher Steilheit beschrieben werden könnte, dann würde sich durch die "konventionelle" Linearisierung des Frequenzganges auch automatisch der Phasengang mit linearisieren (siehe Linkwitz) und das Group Delay minimieren.

[teite]

Hallo,

Fang nicht schon wieder an, mir Deine einseitigen Interpretationen von Unverstandenem unterzujubeln!

So kann mans natürlich auch immer drehen wie man's braucht.

Um die Phasenfehler auszugleichen, welche durch die Frequenzgang-Linearisierung im Bass-Bereich anderenfalls durch den DSP verursacht würden!

Der FIR-DSP gleicht genau die Phasendreh....äh....verschiebungen aus, die durch den akustischen Hochpass erzeugt werden.

Wenn nämlich das Phasenverhalten eines akustischen Hochpasses exakt mit dem Verhalten eines elektronsichen Hochpasses gleicher Steilheit beschrieben werden könnte, dann würde sich durch die "konventionelle" Linearisierung des Frequenzganges auch automatisch der Phasengang mit linearisieren (siehe Linkwitz) und das Group Delay minimieren.

Richtig!
Siehe Linkwitz Transformation. Allerdings verschiebt die Linkwitz Transformation den akustischen Hochpass nur in einen tieferen Frequenzbereich. Darunter hast du dann u.u. einen noch steileren Hochpass.

PS: Die Einrichtung der FIR-Filter dauert vermutlich auch deswegen länger, weil der Lautsprecher auf das Gesamtsystem LS+Raum konfiguriert wird. Denn die Eigenschaften des ak. Hochpasses im Tiefton verändern sich ja stark durch Druckkammer- und Roomgain-Effekte. Eine reine Freifeld Entzerrung macht da wenig Sinn. Eine Ortsentzerrung (Bafflestep etc.) kommt noch dazu.

cu,
Stefan

[Inder-Nett]

Der FIR-DSP gleicht genau die Phasendreh....äh....verschiebungen aus, die durch den akustischen Hochpass erzeugt werden.

Wenn dem so wäre, dann bräuchte man dazu keinen FIR-DSP, dann würde es ein einfacher Tiefpass genausogut tun!
Siehe Linkwitz Transformation!

Allerdings verschiebt die Linkwitz Transformation den akustischen Hochpass nur in einen tieferen Frequenzbereich. Darunter hast du dann u.u. einen noch steileren Hochpass.

Das wäre kein Problem, weil der Hochpass an der unteren Grenzfrequenz - wie der Name Grenzfrequenz schon nahelegt! - die Grenze des Arbeitsbereiches einer Box markiert und das Kompensieren von Phasenproblemen ausserhalb des Arbeitsbereiches vergleichsweise hirnrissig ist.

Problem ist nur, dass man in der Praxis bereits zur Verschiebung des akustischen Hochpasses in einen tieferen Frequenzbereich einen phasenkorrigierten Tiefpass braucht (warum wohl, spätestens hier müsste es doch auch bei DIR klingeln!!!)...

PS: Die Einrichtung der FIR-Filter dauert vermutlich auch deswegen länger, weil der Lautsprecher auf das Gesamtsystem LS+Raum konfiguriert wird. Denn die Eigenschaften des ak. Hochpasses im Tiefton verändern sich ja stark durch Druckkammer- und Roomgain-Effekte. Eine reine Freifeld Entzerrung macht da wenig Sinn. Eine Ortsentzerrung (Bafflestep etc.) kommt noch dazu.

Das ist keine Begründung, sondern eine nicht mal plausible Vermutung!
Wenn Deine Theorie schlüssig wäre, dann wäre es für die Berechnung der Korrektur-Filter völlig irrelevant, woher die Frequenzgang-Verbiegungen kommen.
Einmal den zu korrigierenden Frequenzgang messen, Korrekturfilter berechnen, in den DSP laden und fertig.
Da bei der Messung alle Störgrößen drin sind müsste es für den "Aufwand" der Berechnung der Korrektur völlig irrelevant sein, woher die zu kompensierenden Effekte kommen.

[teite]

Hallo,

Der FIR-DSP gleicht genau die Phasendreh....äh....verschiebungen aus, die durch den akustischen Hochpass erzeugt werden.

Wenn dem so wäre, dann bräuchte man dazu keinen FIR-DSP, dann würde es ein einfacher Tiefpass genausogut tun!
Siehe Linkwitz Transformation!

Eine Bassentzerrung funktioniert ja auch teilweise wie ein Tiefpass, nur kannst du den Verlust an akustischem Wirkungsgrad (Strahlungsimpedanz) bei niedrigen Frequenzen nicht beliebig ausgleichen. Ein FIR kann aber den Phasengang linearisieren ohne den Amplitudengang zu verändern. Siehe A.Görtz.

Das wäre kein Problem, weil der Hochpass an der unteren Grenzfrequenz - wie der Name Grenzfrequenz schon nahelegt! - die Grenze des Arbeitsbereiches einer Box markiert und das Kompensieren von Phasenproblemen ausserhalb des Arbeitsbereiches vergleichsweise hirnrissig ist.

Die untere Grenzfrequenz des Lautsprechers stimmt aber nicht unbedingt mit der Hörgrenze überein. Deswegen macht eine Phasenlinearisierung schon Sinn. Irgendwie schon ironisch, dass du Phasenfehler am unteren Ende des Übertragungsbereichs für unwichtig erachtest, die Phasenverschiebungen bei der HT/MT (2kHz) Übernahme dagegen für sehr wichtig.

Problem ist nur, dass man in der Praxis bereits zur Verschiebung des akustischen Hochpasses in einen tieferen Frequenzbereich einen phasenkorrigierten Tiefpass braucht (warum wohl, spätestens hier müsste es doch auch bei DIR klingeln!!!)...

Schau dir einfach die Linkwitz Transformation an, vielleicht klingelts dann bei dir.

Einmal den zu korrigierenden Frequenzgang messen, Korrekturfilter berechnen, in den DSP laden und fertig.
Da bei der Messung alle Störgrößen drin sind müsste es für den "Aufwand" der Berechnung der Korrektur völlig irrelevant sein, woher die zu kompensierenden Effekte kommen.

Ich will damit nur sagen das es bei der Einrichtung nicht mit werkseitigen Settings getan ist. Genau darauf hast du doch auch angespielt. Ob es Sinn macht, den FG zu messen und als DRC per Convolving zu korrigieren, lasse ich mal dahingestellt. IMHO eher nein.

cu,
Stefan

[Thilo Maurer]

Hinzu kommt der Irrtum, dass das akustische Auskoppeln von Lautsprechern im Tiefton-Bereich die gleichen Auswirkungen auf Phasengang und Group Delay hätte, wie steilflankige elektronische Filter...

Du solltest es einfach mal nachmessen und vergleichen.

Ich habe jetzt endlich zeit gefunden, mir das nochmal genauer anzusehen.

Experimentell:
Sub-Chasis im geschlossenen Gehäuse. MLS.
Grün: Amplitude Sub, Skala rechts
dunkel-grün: Phase Sub, Skala links
pink: minimalphasige Nachahmung von grün.
rot: zugehäriger Phasengang von pink.
unten: Impulsantwort.



Trotz der geringen Auflösung die mir zur Verfügung steht ist wohl offensichtlich, dass die Kurven bis auf eine Phase von 180° quasi identisch sind.

Theoretisch:

Das Thiele-Small Modell sagt einen Abfall von 12dB pro Oktave ab einer Resonanzfrequenz f mit einer Güte Q voraus, dessen Übertragungsfunktion formal mit der eines analogen Hochpasses identisch ist.

Also für meinen Geschmack widerlegt das deine Behauptung.

Hinzu kommt der Irrtum, dass das akustische Auskoppeln von Lautsprechern im Tiefton-Bereich die gleichen Auswirkungen auf Phasengang und Group Delay hätte, wie steilflankige elektronische Filter...

Ein einzelnes Lautsprecherchassis kann dabei weitgehend als minimalphasiges System aufgefaßt werden.

Das schließt sich doch wohl gegenseitig aus, oder? (zumindest wenn von CW-Woofern die Rede ist).

Nicht, wenn man sich darüber im Klaren ist, dass das Wörten weitgehend bei o.g. Zitat aus gutem Grunde eingefügt wurde. Um z.B. den Frequenz- und Phasengang des Bass-Abfalls an der unteren Grenzfrequenz des CB-Woofers zu erklären sind die Analogien aus minimalphasiger analoger Filterungstechnik (oder einer stärkeren Federwirkung der Zentrierspinne+Sicke) auch nicht mehr vollständig verwendbar. Du solltest es einfach mal nachmessen und vergleichen.

Dies wiederum bedeutet, dass ausgerechnet die zitierten Theorien für die Beantwortung ausgerechnet der ursprünglichen Fragestellung (nämlich max. Tolerierbarkeit von Group Delay an der unteren Grenzfrequenz von Woofern) nur noch bedingt bis überhaupt nicht anwendbar sind, weil wir ausgerechnet an diesen Stellen in die Grenzbereiche hineinkommen, für welche die von Anselm Goertz mit Bedacht eingesetzten Einschränkungen weitgehend und nicht mehr uneingeschränkt eine ernstzunehmende Rolle spielen.

Bitte spezifiziere "weitgehend".

[Inder-Nett]

Irgendwie schon ironisch, das du Phasenfehler am unteren Ende des Übertragungsbereichs für unwichtig erachtest, die Phasenverschiebungen bei der HT/MT (2kHz) Übernahme dagegen für sehr wichtig.

Mich würde eigentlich eher das Gegenteil wundern, nämlich dass eine Phasenverschiebung unterhalb der unteren Grenzfrequenz, also ausserhalb des Übertragungsbereiches einer Box, bei deutlich abgeschwächtem Pegel und am Rande der menschlichen Wahrnehmungsgrenzen (da, wo das Auflösungsvermögen des menschlichen Ohres ohnehin schon ziemlich stark nachlässt) relevant sein soll, während eine 180° Phasendrehung, nur zum Schein kompensiert durch phasenverkehrte Einkopplung (= Inversion) des Hochtonkanals, mitten im Haupt-Übertragungsbereich eines Lautsprecher (also bei vollem Pegel), mitten in dem Frequenzbereich, wo unser Ohr die höchste Sensiblität hat... völlig irrelevant sein soll.

@Thilo Maurer
Schöne bunte Bilder!
Ohne genauere Information über die Hintergründe, "Mess"-Bedingungen, Messwert-Aufbereitungen, Normalisierungen etc. hat das ungefähr die Beweiskraft eines selbst ausgestellten Zeugnisses...
Bevor Du nicht geklärt hast, wo die 180° Phasendrehung herkommen und wie das tatsächliche Phasenverhalten des Systems ist (statt der wie auch immer gewonnenen Fourier-Transformierten der wie auch immer gewonnenen Impulsantwort), solange sind solche Bildchen ohnehin keinen Pfifferling wert.

Zum Thema "weitgehend" solltest Du Anselm Goertz verhören, der hat dieses Wörtchen (mit Sicherheit nicht ohne Grund) eingebaut. Ich habe lediglich darauf aufmerksam gemacht.
Und warum ich darauf aufmerksam mache, das habe ich nun schon x mal in aller Deutlichkeit erläutert. Dass Dir diese Erklärung nicht in's Konzept passt ist wohl klar, inzwischen ist auch ganz offensichtlich, warum