Hörbarkeitsschwelle von (Gruppenlaufzeit) Group Delay

[Thilo Maurer]

Wieder einmal ein Beitrag zum viel diskutierten Group Delay (Gruppenlaufzeit)

Ich bin gerade dabei einen Subwoofer zu konstruieren.

Ich bin schon länger auf der Suche nach fundierten Daten ala:

16 Hz: hörbar ab XXX ms
20 Hz: hörbar ab XXX ms
26 Hz: hörbar ab XXX ms
30 Hz: hörbar ab XXX ms
40 Hz: hörbar ab XXX ms
50 Hz: hörbar ab XXX ms
60 Hz: hörbar ab XXX ms
70 Hz: hörbar ab XXX ms
80 Hz: hörbar ab XXX ms
90 Hz: hörbar ab XXX ms
100 Hz: hörbar ab XXX ms
110 Hz: hörbar ab XXX ms
120 Hz: hörbar ab XXX ms

das ganze abhängig davon, ob mit künstlichen Signalen (Knacken usw...) gemessen wurde oder mit natürlichen (Trommelschläge usw...)

Leider findet man im Netz kaum zuverlässige Daten zur Hörbarkeit des Group Delay. Ich habe bereits hier im Forum ausgiebig gesucht, habe leider nur einige wenige Schätzungen gefunden. Fundierte Daten scheinen kaum vorhanden zu sein. Günter Nubert plauderte zwischendurch auch mal über die Abtrennung von Subwoofer/Fronts und dass ein Linkwitz-Riley 4.Ordnung bereits <<schlimm>> sei. Ich bin mir ziemlich sicher, dass Ihm genauere Daten vorliegen könnten. Leider hat er sie (falls er sie hat) nicht preisgegeben.

Trotzdem:

Hier im fachlich engangierten Nubert Forum dürften sich bestimmt noch einige andere hochqualifizierte Leute finden, die sich damit bestens auskennen.

Da ich über nötiges FIR Equipment verfüge, würde ich auch gerne einen Selbsttest dazu durchführen.

Wie müsste idealerweise ein solcher aussehen?

[teite]

Hallo,

Es gibt irgendwelche Untersuchungen über die Hörschwellen von Group Delay, leider habe ich die noch nicht gelesen oder einen Link dazu gesehen.

Ev. ist in der einschlägigen Psychoakustik Literatur (Zwicker) was zu finden.

Was an Werten im Internet rumwabert ist wohl folgendes:

- Bass 10ms
- Grundton 5ms
- Mittelton 2ms

Mit FIR Filtern sollte der Selbsttest doch relativ einfach zu erreichen sein. Allerdings müsste man ein Programm haben das einen Blindtest ermöglicht.

Also man hat zufällige Hörproben und muss ermitteln ob eine Verzögerung hörbar ist. Alternativ wäre auch vorstellbar die Klippel Hörtest Systematik zu kopieren. Also die Unterschiede zwischen richtig und falsch zuerst gross und dann immer kleiner werden zu lassen.

cu,
Stefan

[Thilo Maurer]

Leider hatte ich bisher keine Zeit Selbsttests durchzuführen...

IMHO schätze mal, dass das Ohr seine Verspätung von einer viertel Wellenlänge nicht mehr auflösen kann.

Damit ergäben sich ein maximal akzeptables Group Delay von T=1/4f. Das wären etwa

20 Hz: 12,5 ms
40 Hz: 6,25 ms
80 Hz: 3,12 ms
160 Hz: 1,56 ms

Was meint Ihr dazu? Gibt es Subwoofer, die an diese Werte herankommen?

[Thilo Maurer]

Keine Antworten?
Keiner kennt sich aus?
Niemand hat auch nur den gringsten Verdacht?

Das ist aber schade.

[teite]

Hallo,

Leider hatte ich bisher keine Zeit Selbsttests durchzuführen...

IMHO schätze mal, dass das Ohr seine Verspätung von einer viertel Wellenlänge nicht mehr auflösen kann.

Damit ergäben sich ein maximal akzeptables Group Delay von T=1/4f. Das wären etwa

20 Hz: 12,5 ms
40 Hz: 6,25 ms
80 Hz: 3,12 ms
160 Hz: 1,56 ms

Ich glaube das kann man nicht so statisch sagen. Im Mittel- und Hochtonbereich sind jedenfalls mehrere komplette Phasendrehungen nicht hörbar. Solange es nicht mehr als 2ms sind.

Was meint Ihr dazu? Gibt es Subwoofer, die an diese Werte herankommen?

Schwierig, sämtliche BR und BB Subs scheiden da sowieso schon aus. Ein gut konzipierter CB Sub kann es schaffen, aber die übliche AVR-Subtrennung bei 80Hz (24db/okt) brummt einem schon mal 12.5ms auf.

Mit FIR Filtern kann man aber das elegant lösen und hat dann sehr wenig Group Delay.

Man muss sich aber auch im klaren sein das jede Änderung im Amplitudengang sich im Phasengang auswirkt.

cu,
Stefan

[bony]

Hallo Thilo,

hast du vielleicht schon mal versucht, "so frech zu sein", F. Klemm, US, AH, Malte, G. Nubert , (wen habe ich vergessen?) direkt per PN anzusprechen? Die haben sich alle schon mehr oder weniger ausführlich über dieses Thema ausgelassen, sind in den HiFi-Foren aber leider nicht mehr besonders aktiv. Vielleicht hätte dir jemand von ihnen ein Literaturtipp (ggf. auch einschlägige Diplomarbeiten oder Dissertationen).

Gruß
Christoph

[Kingping]

"D. Leckschat: Verbesserung der Wiedergabequalität von Lautsprechern mit Digitalfiltern, Aachen 1992"

die quelle wird immer genannt. ob da allerdings mehr drin steht, als teite schon geschrieben hat, weiss ich auch nicht.

ich trenne bei 120hz. laut winisd simu sollten meine subs bis 35hz unter 10ms bleiben.
mit linkwitz transform sogar gänzlich unter der hörschwelle, allerdings weiss ich nicht, wo man sowas herkriegt.

[Thilo Maurer]

Schaltungen zum (IMHO genialen) Linkwitz-Transform findet man auif der Seite des OberGURUs selbst: http://www.linkwitzlab.com, und auch noch gut erklärt.

Hallo,
Schwierig, sämtliche BR und BB Subs scheiden da sowieso schon aus. Ein gut konzipierter CB Sub kann es schaffen, aber die übliche AVR-Subtrennung bei 80Hz (24db/okt) brummt einem schon mal 12.5ms auf.

BR und BB: klar.
CB: ja, 12.5ms sind schon sehr viel, dann noch plus subsonic, plus ungereimtheiten im chassis, plus plus plus....

Ich denke eine abtrennung von 24dB ist sowieso übertrieben. Momentan habe ich eine abtrennung von 6dB bei 40Hz und dann die 18dB bei 80Hz vom Subwooferausgang des Verstärkers. Die geringen welligkeiten, die im idealfall bei 6dB entstünden, gehen in dem Raummoden sowieso unter.

[Inder-Nett]

Keine Antworten?
Keiner kennt sich aus?
Niemand hat auch nur den gringsten Verdacht?

Das ist aber schade.

Vielleicht hast Du auch einfach nur die falsche Frage gestellt ?!?
Wenn Einer schon in der Fragestellung die relevanten (bzw. für diese Thematik eben gerade nicht relevanten) Fachbegriffe durcheinanderwirft, dann wird sich wohl kaum Einer die Mühe machen, hier öffentlich einen Grundkurs in Vierpol-Theorie zu geben!

Schwierig, sämtliche BR und BB Subs scheiden da sowieso schon aus.

BR-Subs scheiden nicht grundsätzlich aus. Eine gut ausgelegte BR-Box stellt für den Lautsprecher eher sowas wie einen akustischen Saugkreis geringer Güte dar, wobei die "Bass-Abstrahlung durch das Bassrohr" keine ernsthafte Rolle mehr spielt.
Dadurch wird das Phasenverhalten und die Impulstreue ggf. sogar geringer beeinflusst, als durch eventuelle Kompressions- und Resonanzeffekte in der geschlossenen Box (von Downfire oder Bandpass ganz zu schweigen).

Ein gut konzipierter CB Sub kann es schaffen, aber die übliche AVR-Subtrennung bei 80Hz (24db/okt) brummt einem schon mal 12.5ms auf.

Mit FIR Filtern kann man aber das elegant lösen und hat dann sehr wenig Group Delay.

Eben genau DAS ist es, was ich mit die relevanten (bzw. für diese Thematik eben gerade nicht relevanten) Fachbegriffe durcheinanderwerfen meinte.

Ein 24dB/okt-Tiefpass hat keinesfalls eine Verzögerung von X ms, sondern wirkt ausschließlich auf Sinustöne an der Trennfrequenz im eingeschwungenen Zustand mit einer definierten Phasenverschiebung, welche lediglich bei oberflächlicher Betrachtung wie eine Verzögerung aussieht (und welche meines Wissens geringer ist, als der von Dir genannte Wert vermuten lässt).
Die Unsinnigkeit dieser Betrachtungsweise wird offensichtlich, wenn man den Hochpass betrachtet, welcher in der gleichen Situation eine negative Phasenverschiebung erzeugt ... im Sinne des Group Delay wäre das fast sowas wie eine Zeitmaschine
Mit anderen Worten: Das Phasenverhalten eines jeden analogen, passiven Filters (oder IIR-DSP) ist eine Funktion, welche sich nur bei schmalbandiger Filterauslegung (d.h. Filter-Bandbreite <<< Signalfrequenz, deshalb nur auf Sinus-Signale anwendbar) auf eine "Gruppenlaufzeit" vereinfachen lässt.
Für breitbandige Filter (wie es NF-Frequenzweichen grundsätzlich sind) ist das Phasenverhalten immer eine Funktion der Frequenz.

Mit einem FIR-DSP hingegen lassen sich zwar phasenneutrale Filter realisieren, das allerdings auf Kosten einer relativ hohen konstanten Signal-Laufzeit im Filter (und auf Kosten eines nicht sauber definierbaren Frequenzganges!).
Diese Signal-Laufzeit im Filter (hier tatsächlich ein Delay) wiederum ist überhaupt kein Problem, wenn man in einem digitalen Lautsprecher-Management-System (wo FIR-DSPs clevererweise eingesetzt werden) dafür sorgt, dass alle Lautsprecher- und Frequenz-Zweige mit dem gleichen Gesamt-Delay arbeiten.

[Thilo Maurer]

Vielleicht hast Du auch einfach nur die falsche Frage gestellt ?!?
Wenn Einer schon in der Fragestellung die relevanten (bzw. für diese Thematik eben gerade nicht relevanten) Fachbegriffe durcheinanderwirft, dann wird sich wohl kaum Einer die Mühe machen, hier öffentlich einen Grundkurs in Vierpol-Theorie zu geben!

Ich dachte immer genau dafür wäre ein Forum da? Die Gurus (in diesem Fall du) helfen den Idioten (in diesem Fall mir).

Schwierig, sämtliche BR und BB Subs scheiden da sowieso schon aus.

BR-Subs scheiden nicht grundsätzlich aus. Eine gut ausgelegte BR-Box stellt für den Lautsprecher eher sowas wie einen akustischen Saugkreis geringer Güte dar, wobei die "Bass-Abstrahlung durch das Bassrohr" keine ernsthafte Rolle mehr spielt.
Dadurch wird das Phasenverhalten und die Impulstreue ggf. sogar geringer beeinflusst, als durch eventuelle Kompressions- und Resonanzeffekte in der geschlossenen Box (von Downfire oder Bandpass ganz zu schweigen).

Pro: Bei Maximalausteuerung arbeiten selbstverständlich offene Woofer genauer. Nicht umsonst verwenden aktuelle Hochleistungssubwooferhersteller (aka Velodyne usw...) aktive Filter zur Klirrkompensation.
Contra: Zitat: Bass-Abstrahlung durch das Bassrohr ... keine ernsthafte Rolle mehr spielt. Komisch, ich dachte immer genau dass sei das Zeil eines Bassreflexoofers. Die Zeitdauer des Enschwingens stellt Delay Nummer 1 dar. das Asschwingen ein meistens noch größeres Delay Nummer 2. Das Problem an deiner <<Argumentation>> liegt darin begründet, dass (siehe Minimal-Phasen-Filter) das Chassis etwa im Bereich 40 - 120 Hz arbeitet, ausserhalb abfällt (daher krümmung im Amplitudengang -> Gruppenlaufzeit). Dazu addiert sich das (quasi vollig getrennt arbeitende) Bassreflexrohr im Bereich 20 - 40 Hz (sehr schmalbandig -> noch höhere Gruppenlaufzeit). Ingesamt ergibt sich ein übles Group Delay.

Ein gut konzipierter CB Sub kann es schaffen, aber die übliche AVR-Subtrennung bei 80Hz (24db/okt) brummt einem schon mal 12.5ms auf.

Mit FIR Filtern kann man aber das elegant lösen und hat dann sehr wenig Group Delay.

Eben genau DAS ist es, was ich mit die relevanten (bzw. für diese Thematik eben gerade nicht relevanten) Fachbegriffe durcheinanderwerfen meinte.

Ein 24dB/okt-Tiefpass hat keinesfalls eine Verzögerung von X ms, sondern wirkt ausschließlich auf Sinustöne an der Trennfrequenz im eingeschwungenen Zustand mit einer definierten Phasenverschiebung, welche lediglich bei oberflächlicher Betrachtung wie eine Verzögerung aussieht (und welche meines Wissens geringer ist, als der von Dir genannte Wert vermuten lässt).

Achso, ich dachte immer es wäre folgendermaßen:

Abgebildet ist ein minimalphasiger 24dB Linkwitz Riley Filter (das dedeutet Q1=Q2=1/sqrt(2)) bei 80 Hz, Hoch und Tiefpass. Oben Amplitude/GLZ unden Impulsantwort.



Deutlich erkennen lässt sich eine identische GLZ beider Filter, im Tieftonbereich von etwa (entgegen teite) 6 ms.

Völlig entgegen deiner <<Argumentation>> lässt sich jeden Signal mittels einer Fouriertransformation in voneinander unabhängige Sinus Wellen zerlegen, die den Filter unabhängig durchlaufen und jeweils die oben abgebildete GLZ der korrespondierende Sinuswelle erfahren. Danach erfolgt die Rücktransformation (Addition der resultierenden Signale).

Dies macht die Gruppenlaufzeit zu einem nichtlokalen (im Frequenzraum) Phänomen. Hier sollte sich jemand noch mals genauer mit dem komplementären Eigenschaften von Ortsraum und Frequenzraum beschäftigen: Ein Paukenschlag bestehend auf Frequenzen von z.B. 40 bis 60 Hz wird durch die Gruppenlaufzeit des Filters so beeinflusst, dass die Komponenten bei 40Hz eine (je nach Filter) andere GLZ erhalten als die Komponenten bei 60 Hz. Dies führt du einen Verbreiterung (oder Verschmälerung) des Paukenschlags im Ortsraum. Das resultierende Signal klingt dann entweder breiig (BR) oder knackig (CW).

Die Unsinnigkeit dieser Betrachtungsweise wird offensichtlich, wenn man den Hochpass betrachtet, welcher in der gleichen Situation eine negative Phasenverschiebung erzeugt ... im Sinne des Group Delay wäre das fast sowas wie eine Zeitmaschine
Mit anderen Worten: Das Phasenverhalten eines jeden analogen, passiven Filters (oder IIR-DSP) ist eine Funktion, welche sich nur bei schmalbandiger Filterauslegung (d.h. Filter-Bandbreite <<< Signalfrequenz, deshalb nur auf Sinus-Signale anwendbar) auf eine "Gruppenlaufzeit" vereinfachen lässt.
Für breitbandige Filter (wie es NF-Frequenzweichen grundsätzlich sind) ist das Phasenverhalten immer eine Funktion der Frequenz.

Contra: Vollkommener Käse.
Wie oben gezeigt gesitzt der Hochpass die identischen GLZ-Eigenschaften des Tiefpasses. Selbst wenn der Hochpassfilter eine Zitat: negative Phasenverschiebung erzeugt ist das nicht im geringsten aussagekräftig. Die Phase ist nicht hörbar (fast unphysikalisch). Lediglich die GLZ ist hörbar. Diese ist die Steigung der Phase. Selbst wenn die Phase negativ ist, muss die Steigung dies nicht auch sein. Diese ist nach dem fundamentalen Kausalitätsprinzip der Physik in der realen Welt (wieder Minimal-Phasen-Filter) immer positiv. (Selbstverständlich sind Zeitreisen derzeit nicht möglich). Im Computer lassen sich auch selbstverständlich "negative Group Delay Filters" erzeugen.

Mit einem FIR-DSP hingegen lassen sich zwar phasenneutrale Filter realisieren, das allerdings auf Kosten einer relativ hohen konstanten Signal-Laufzeit im Filter (und auf Kosten eines nicht sauber definierbaren Frequenzganges!).
Diese Signal-Laufzeit im Filter (hier tatsächlich ein Delay) wiederum ist überhaupt kein Problem, wenn man in einem digitalen Lautsprecher-Management-System (wo FIR-DSPs clevererweise eingesetzt werden) dafür sorgt, dass alle Lautsprecher- und Frequenz-Zweige mit dem gleichen Gesamt-Delay arbeiten.

Contra: Der Frequenzgang eines FIR Filter ist (entgegen deiner <<Argumentation>>) sehr wohl sauber definiert. Bei einer gerigen Anzahl von Taps (etwa 8192 oder weniger) ergeben sich natürlich unerwünschte Schwankungen im Filterspektrum. Bei einer genügend großen Anzahl von Taps (mehr als 65536) lassen sich diese auf ein unhörbares Minimum reduzieren. Heutzutage sind Filterlängen von 65536*8 kein Problem mehr.

Was haben wir daraus gelernt?

Zusatz: Dass wir beide keinen so rechten Plan haben.