Aktiv Boxen vs Passiv Boxen

[Inder-Nett]

Sorry, wenn ich da so spät nochmal "nachtrete", aber ich war leider aus persönlichen Gründen am Thema Boxen in den letzten Monaten nicht besonders interessiert...

Wir hatten 8 Stück der besten Endstufen-Platinen (für 2 Stereo-Kanäle), die wir damals machen konnten (mit 8 galvanisch getrennten Netzteilen) in ein Verstärker-Gehäuse eingebaut und mit den "besten" realisierbaren Weichen- und EQ-Filtern ausgerüstet.

Als "der große Tag" gekommen war, an dem die Aktiv-Boxen nach endlosen Einmess-Prozeduren in Betrieb gingen, mussten sie zunächst gegen die Passiv-Varianten im Hörtest antreten.
Uns sind (in höchster Erwartungshaltung) die Unterkiefer heruntergeklappt als nichts (aber auch wirklich absolut nichts!!!) zu erkennen war, was an dieser Konzeption besser geklungen hätte als die "altmodischen" Vergleichsboxen in Passiv-Bauweise!

Dieses Ergebnis ist nicht weiter verwunderlich, wenn man sich bemüht, Weichen-Anordnungen des gleichen Filter-Prinzips (also z.B. Linkwitz Riley) in die Aktiv-Box zu bauen. Damit werden nämlich die Möglichkeiten der Aktiv-Filter nicht wirklich ausgeschöpft.

Grundsätzlich sollte es nämlich möglich sein, aktive Filter auch vollständig phasenkorrigiert auszulegen, dies allerdings auf Kosten der Flankensteilheit jeweils eines Weges... was bei entsprechender Wahl der Chassis nicht soooo problematisch sein sollte.
Ob es allerdings Aktiv-Boxen-Bauer gibt, die davon Gebrauch machen??? Wer weiss, ich vermute dies zumindest bei einem der Studio-Monitore-Bauer...

[raw]

Tag Indie! Schön, dass du wieder unter uns bist. :-)

Grundsätzlich sollte es nämlich möglich sein, aktive Filter auch vollständig phasenkorrigiert auszulegen, dies allerdings auf Kosten der Flankensteilheit jeweils eines Weges... was bei entsprechender Wahl der Chassis nicht soooo problematisch sein sollte. Cool

Auf was willst du da hinaus? FIR? Steile Filter? Chassiswahl? Sorry, ich check's nicht.

[Inder-Nett]

@raw

Mit aktiven Filtern (auch ohne FIR) hat man beim Design ein paar mehr Freiheitsgrade, wenn man vom klassischen Filter-Design abweicht. Solche Filter ließen sich passiv nur mit inakzeptabel hohen Verlusten realisieren.

Was dabei rauskommt ist eine Weiche, die nur in einem Zweig (z.B. dem Hochpass) wirklich steil abtrennt, aber die in der Summe ein sauber phasenkorrektes Signal liefert.

Wenn man sowas in eine Zweiwegebox bastelt, dann ist durch die steile Flanke im Hochpass der Hochtöner zuverlässig gegen Überlastung geschützt... aber der Tieftöner darf oberhalb der Trennfrequenz nicht zu stark zerren, weil er nicht so steil ausgekoppelt wird. Im Ergebnis ist die Box aber phasentreu, weil man auf die Verpolung des Hochtöners verzichten kann. Wenn man dann noch den Hochtöner konzentrisch zum Tieftöner einbaut, dann löst man damit auch die Directivity-Probleme, die aus der phasentreuen Mischung an der Übergabefrequenz resultieren... (und ich muss auch nicht mehr verraten, an welchen Hersteller ich gedacht habe ).

[raw]

Jo Indie!

Nach langen Deutungsversuchen deines Posts bin ich zum Schluss gekommen, dass du von einer TMT-Beschaltung mit flach abfallenden Tiefpass und Allpassfilter zur Phasenkorrektur sprichst. Wenn der Tiefmitteltöner im oberen Übertragungsbereich in Membranresonanzen aufbricht, braucht man weitere Sperr- und Saugkreise, welche diese Sache weiter erschweren.
Einen Hochtöner kann man passiv mit Filtern 4. Ordnung und mehr trennen, ohne dass größere Verluste auftreten. Bei einem TMT mit einer Spule in Reihe (für den leichten Abfall) und einem Allpass 4. Ordnung würden 5 Spulen in Reihe zum TMT stehen. Aus den so schon gefürchteten Gleichstromwiderständen der Spulen ergibt sich ein netter Widerstand vor dem TMT. Das meinst du wohl mit den großen Verlusten.

Durch den flachen Abfall des TMTs ließe sich eine konstant steigende Bündelung erzielen. Der TMT spielt durch seinen flachen Abfall weit in den Übertragungsbereich des HTs hinein. Man hat damit keinen "typischen Bündelungssprung" bei Übernahme vom breit strahlendem HT zum bündelnden TMT. Im Koax-Prinzip kann das schon funktionieren.


Wo wir schon bei Koaxen sind:

Wenngleich deine Argumentation sinnvoll und richtig ist, ist sie genauso unsinnig.
Die Anforderungen an den TMT:
- Glatter Frequenzgang bis in den Hochton hinein.
- Keine störenden Membranresonanzen. Damit kein langes Nachschwingen und kein bedeutender Klirrfaktor.
- Der TMT muss weich und nicht sehr groß sein. Ansonsten wird die Bündelung durch den TMT unterhalb der Übernahmefrequenz zum steil abgetrennten Hochtöner sehr stark einsetzen. Man müsste den HT sehr tief und flach trennen, damit dieser neue Bündelungsmaximum nicht entsteht. Das wirft aber deine geringen aber vernünftigen Anforderungen an den HT zu Boden.



Mein Koaxiallautsprecher als Gegenbeispiel:

(geglättet, damit's übersichtlicher ist)

(Der Thread dazu: http://www.hifi-forum.de/viewthread-104-8992.html)

Der 20er-TMT reißt bei 2kHz ein Loch in die Abstrahlung. Der HT wurde, als das gemessen wurde, bei 2.5kHz getrennt. Man sieht somit sehr gut: Das Loch wird nicht durch destruktive Phasenaddition außer Winkel erzeugt, sondern schlichtweg durch die Bündelung des TMTs.


Desweiteren:
Es lässt sich auch ohneden aufwändigen Einsatz von Allpassfiltern eine akzeptable Übernahme erreichen.

Hier bringt mein Koaxiallautsprecher mit neuer Frequenzweiche ein nettes Ergebnis:

(ungeschönigte Messung)
Die Frequenzweiche dazu:


Die Abstrahlkurven sehen mit dieser neuen Frequenzweiche den obigen sehr ähnlich. (Immernoch das dicke Loch.)

Ich habe den TMT steil getrennt: Pegelabfall von 2kHz auf 4kHz fast 40dB!!!
Diese steile Trennung war nötig, um die knapp über 2kHz einsetzenden Membranresonanzen unter die Hörbarkeitsschwelle zu bringen.



Kurz: Mein eingesetzter TMT erfüllt keine deiner Anforderungen mit der Trennbarkeit. Genauso wie die meisten anderen TMTs. Ich kenne keinen TMT bzw. Breitbänder, der diese Anforderungen erfüllt. Das heißt aber noch längst nicht, dass es ein solches, passendes Chassis nicht gibt...

Den Hochtöner kann man durch die erste destruktive Interferenz am TMT-Konus auch nicht tief und flach trennen.
(Das wird im u.g. Link weiter verdeutlicht.) Somit habe ich nunmal dieses Mittelton-Loch...



Zum Abstrahlverhalten von einer Hochtonkalotte, die knapp über einem TMT-Konus sitzt, habe ich hier eine IMHO sehr aufschlussreiche Messreihe veranstaltet:
http://www.hifi-forum.de/viewthread-104-8510.html

Da der Hochtöner freischwebend ist, greift hier nun die Bündelung der Hochtönerschallwand. Desweiteren wird eine Bündelung durch Interferenz am TMT-Konus und Umgebung erreicht. Diese Bündelung setzt damit schon sehr tief an. Hier braucht man also nicht mehr unbedingt einen flach getrennten TMT, der die Bündelung konstant hält.

[tiyuri]

Mein Koaxiallautsprecher als Gegenbeispiel:

Hörst du deine Koaxwürfel in einem Stereodreieck auf Achse ab, also eingedreht,
oder unter Winkel, z.B. 30° wenn die Chassisseiten parallel ausgerichtet sind?

Code: Alles auswählen

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[raw]

Darauf achte ich eigentlich nicht so sehr - meist unter kleinem Winkel.


Noch ein kleiner Nachschlag zum obigen Post:
@ Indie:
Der angedeutete Hersteller zeigt leider keine Messungen unter großen Winkeln. Fürs Nahfeldabhören zwar nicht wichtig, aber für den Wohlklang im Wohnzimmer schon erwähnenswert. Man sieht damit sicher nicht dieses Loch im Abstrahlverhalten etwas unterhalb der Trennfrequenz. Aber man sieht in den Bündelungsdiagrammen stets ein Bündelungsmaximum an eben der besagten Stelle. Da ist also auch das Loch (wenngleich etwas kleiner als bei mir).
Hier sind also ebenso die für Koax-LS typischen Kompromisse bekannt und werden eingegangen.

[Kikl]

Hallo Raw,

schöne Messung. So wie ich Indy verstanden habe geht es ihm um die phasenkorrekte Abstrahlung. Wobei ich nicht weiß, weshalb ein steil trennendes Filter für den HTund ein flach trennendes Filter TFT dieselbe Phase ergeben soll. Vermutlich sind noch weitere Maßnahmen für die Phasenkorrektur notwendig. Mit aktiven Komponenten können Induktivitäten simuliert werden (Gyrator), wodurch gerade bei kleinen Frequenzen (< 1 kHz) auf große Spulen verzichtet werden kann. Das dürfte der Hauptvorteil aktiver Filter sein.

Sei's drum. Ich finde Deine Messreihe Deiner Box sehr schön und wollte fragen, welches Messequipment Du dafür benutzt?

Gruß

Kikl

[Inder-Nett]

@raw

Immer wieder faszinierend, wie Du das was man schreibt in die von Dir vorgedachte Richtung zurechtinterpretierst.
Versuche doch einfach mal, Dich davon ein bisschen zu lösen.

Eine Weiche mit Filtern erster Ordnung trennt phasentreu, weil die Sprungantworten aus beiden Zweigen sich wieder sauber additiv zu einem Sprung mischen lassen.

Eine Weiche zweiter Ordnung kann dies schon nicht mehr, weil die Sprungantworten nicht mehr "ineinander passen".
Das Differenz-Signal (also die Verpolung eines Zweiges) bringt wenigstens noch ein Filterverhalten, dessen Frequenzgang linear ist (mit einer Phasendrehung). Bei mehreren Wegen oder Filtern höherer Ordnung wird der Phasengang dann immer abwegiger.

Der dringlichste Grund zum Trennen mit Filtern höherer Ordnung ist, den Hochtonzweig vor zu hohen Membranhüben unterhalb der Trennfrequenz zu schützen. Die anderen Gründe würde ich erstmal kaltschnäuzig als "ökonomische Kompromisse" abtun.

Wenn wir also den Hochtonzweig mit einem Filter höherer Ordnung abtrennen, um diese Forderung einigermaßen akzeptabel zu erfüllen, dann bräuchten wir für den Tieftonzweig ein Filter, welches die dazu komplementäre Sprungantwort liefert, um phasentreu zu trennen.

Mit einer aktiven Weiche recht einfach:

...als passive Weiche nicht mehr mit vertretbaren Verlusten im TMT-Zweig realisierbar.

Hauptproblem dieser Anordnung ist allerdings, dass sie sich um die Übergabe-Frequenz im TMT-Zweig recht "eigenwillig" verhält, umso schlimmer, je höher die Ordnung des Hochpasses.

Damit sich diese "eigenwilligen" Effekte nicht klanglich bemerkbar machen muss der effektiv und sauber nutzbare Arbeitsbereich des TMT über die Übergabefrequenz hinaus gehen und die akustische Mischung des Summensignals sollte so sauber und richtungsunabhängig wie möglich sein (also koax).

Wie gut das Ganze dann in der Praxis funktioniert hängt nicht zuletzt von der Wahl der Chassis (und deren Entzerrung) und der Qualität der mechanischen Ausführung ab.

Das was Du da gemessen hast ist eine andere Anordnung, in meinen Augen sind auch die gewählten Chassis und die mechanische Ausführung nicht unbedingt dazu geeignet, als "Referenz" für die Vor- und Nachteile des Design-Prinzips herangezogen zu werden.

[raw]

schöne Messung. So wie ich Indy verstanden habe geht es ihm um die phasenkorrekte Abstrahlung. Wobei ich nicht weiß, weshalb ein steil trennendes Filter für den HTund ein flach trennendes Filter TFT dieselbe Phase ergeben soll.

Deswegen sprach ich von Allpassfiltern, die die Phasenlage des TMT an die des HT angleichen.

Mein Messequipment:
Mikro: Behringer ECM8000
Mikro-PreAmp: Millenium Mic1
Programm: ETF5.0 (hier gezeigt) und ARTA



@ Indie:

Immer wieder faszinierend, wie Du das was man schreibt in die von Dir vorgedachte Richtung zurechtinterpretierst.
Versuche doch einfach mal, Dich davon ein bisschen zu lösen.

Ebenso zum wiederholten Mal: Hättest du dich gleich konkreter ausgedrückt, wäre dieses "Missverständnis" nicht aufgetreten.

Erst jetzt bin ich auf den/deinen Trichter gekommen. Aber macht ja nix!

[Kikl]

Hallo Indy,

Interessante Schaltung. Das dürfte funktionieren, wenn die sogenannte Leerlaufverstärkung des Operationsverstärkers genau den Wert 1 hat. Allerdings verstehe ich nicht, weshalb die Flankensteilheit des TMT geringer als die Flankensteilheit des Hochtöners sein soll. Die Übertragungsfunktion des TMT ist doch nur 1 - Übertragungsfunktion des HT?. Damit ist die Flankensteilheit beider Filter gleichgroß, oder habe ich etwas übersehen?

Gruß

Kikl