Ich möchte mir eine aktive Frequenzweiche mit 50Hz Übernahmefrequenz bauen. Das ganze soll in der Sallen-Key Struktur passieren. Koeffizienten habe ich jetzt schon ausgerechnet für einen Bessel- Filter mit 6dB Dämpfung bei 50Hz (je Hoch- und Tiefpass). Ich habe auch schon die Bauteilwerte für die Sallen Key Filter berechnet und das ganze auch mit LTSpice simuliert- sieht gut aus.
Der Tiefpass hat eine Gruppenlaufzeit von ca. 9ms- der Hochpass nicht ;) Sollte man das noch korrigieren (nachdem, was ich bis jetzt über Allpass- Filter gelesen habe bräuchte man da eine recht hohe Filterordnung)?
"Heiko Lechner" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mid.dfncis.de...
Du mußt bedenken, daß der Sattelit auch eine untere Grenzfrequenz hat, wahrscheinlich die 50Hz. Zusammen mit dem schlappen 6dB Filter ergibt sich dann ein Hochpass von wenigstens 3. Ordnung, wahrscheinlich aber 5. Ordnung, wenn der Satellit eine Bassreflex Konstruktion ist. Das paßt dann mit der phasenlage noch schlechter und es gibt Überhöhungen/Auslöschungen in einem großen Bereich. Besser wäre es die Reflexöffnung zu schließen und bei der nun wesentlich höheren Resonanzfrequenz mit einem Linkwitz-Riley Filter 4.Ordnung zu trennen. Dabei wird der Hochtöner einen HP 2. ordnung bekommen, der zusammen mit der Übertragungsfunktion des Lautsprechers arbeitet, und den Sub mit 2 kaskadierten Butterworth Tiefpaß-Filtern 2.Ordnung abzutrennen. Das ergibt ein symmetrisches Filter mit glattem Amplitudenspektrum.
das macht keinerlei Unterschied bei der Betrachtung.
Je nach Boxentyp hat man es mit zusätzlichen Polen in der Übertragungsfunktion (Filterordnungen) zu tun.
- geschlossen: HP 2. Ordnung
- BR-Box: HP 4. Ordnung
- BR-Box mit Hochpass davor (gibt es glaube ich nur aktiv): HP 6. Ordnung
Dieser Hochpass wird automatisch Teil der Auslegung und die aktive Weiche damit boxenspezifisch. Vernachlässigen kann man das ganze nur, wenn die übergangsfrequenz der Weiche wenigstens bei 3*fc der Box liegt. Aber das will niemand.
Empfohlene Vorgehensweise:
- BR-Öffnungen der Boxen (falls vorhanden) verstopfen.
- Thiele-Small-Parameter vom Bass im eingebauten Zustand messen.
- Daraus (Resonanz und Güte) einen äuqivalenten HP 2. Ordnung berechnen.
- Diesen Hochpass als Filter modellieren, aber nicht bauen.
- Einen weiteren Hochpass 2. Ordnung modellieren und später bauen.
Das wird der eigentliche Hochpass der aktiven Weiche.
- Den Tiefpass als 4. Ordnung modellieren und später bauen. Das gibt den Zweig für den Sub.
- Den Sub muss man ebenfalls ausmessen und dessen Hochpass mit modellieren. Dieser erzeugt nämlich zusätzliche Gruppenlaufzeit im Übergangsfrequenzbereich. Und nichts für ungut: für 50Hz Übergangsfrequenz müsste der Sub schon >300 Liter haben, damit dieser Hochpass nicht über alle Maßen stört. Auch Passivmembranen retten hier nicht, weil sie ordentlich Gruppenlaufzeit erzeugen.
- Die Abstimmung der Filter (mit Ausnahme der simulierten Box) so lange ändern, bis ein vernünftiger Übergang im Frequenzbereich +- eine Oktave statt findet.
- Es gilt dabei Koeffizienten zu finden, die zusammen mit dem HP2 der Box ein vernünftiges Filter bilden. Dabei ist sinnvollerweise auch die Übergangsfrequenz eine (in Grenzen) freie Variable.
- Vernünftig ist bei einer Sub-Weiche erstens Phase-Match, zweitens halbwegs gleiche Intensität über der Frequenz. Die Intensität bitte verktoriell berechnen, also mit Phase.
- Ich würde bei der Auslegung des Filters von Bessel Abstand nehmen. Damit bekommt man das Phase-Match nicht gut hin. Im Ergebnis arbeiten Sub und Boxen gegeneinander. (Das ist das Spiel mit der Gruppenlaufzeit) Ein Butterworth-Filter verhält sich hingegen gutmütig. Es liefert bei identischer Übergangsfrequenz von HP und TP einen nahezu idealen Übergang. Da allerdings der implizite Hochpass des Subs auch mitmischt, wird es selten so schön einfach.
- Ein steileres Filter hat einen schmaleren Übergangsbereich und macht damit den Bereich in dem die Phase passen muss schmaler.
- Aufgrund der durch die Boxen und durch den Sub vorgegebenen Hochpässe wird man bei der Abstimmung Kompromisse machen müssen.
- Eine ähnlich große Gruppenlaufzeit der beiden Filterzweige ist eine notwendige aber nicht hinreichende Bedingung. Die Gruppenlaufzeit könnte auch gleich sein, wenn die beiden komplett in Gegenphase arbeiten.
- Von 50Hz Übergangsfrequenz würde ich ebenfalls Abstand nehmen. Das ist unnötig tief. Wenigstens 70-80Hz macht die Sache gutmütiger und entlastet die Satelliten. Allerdings wird mit steigender Frequenz auch die Raumaufstellung des Subs kritischer.
- Wenn sich der HP 2. Ordnung der Boxen überhaupt nicht vernünftig in ein Filter integrieren lässt, weil seine Güte viel zu hoch ist, oder aber die Frequenz gar nicht passt, packt man in den HP-Zweig zusätzlich ein ->Linkwitz-Transformationsfilter rein. Damit wird der HP 2.Ordnung der Boxen durch Pole-Zero-Cancelation annulliert und durch einen neuen, maßgeschneiderten Hochpass 2. Ordnung ersetzt. Dies hebt auch eventuelle Gruppenlaufzeiten der Boxenauslegung auf.
- Wenn das alles immer noch nichts hilft, verpasst man auch dem Sub-Zweig ein Linkwitz-Transformationsfilter und verlängert ihn auf 19Hz mit Q=0,7 oder so. Dann kriegt man die Buttwerworth-Auslegung ziemlich nach Lehrbuch mit Pahse-Match hin.
- Wenn man das Phase-Match nicht einigermaßen hinbekommt (±20° im gesamten Übergangsbereich), wird das Ergebnis irgendetwas zwischen erbärmlich und schlecht. Da baut man sich besser hinreichend große BR-Boxen, die auch ohne Sub auskommen. Das ist um Klassen einfacher.
- Das geeier mit Allpassfiltern würde ich, wenn irgend möglich, lassen. Irgendwann wird nämlich auch der Absolutwert der Gruppenlaufzeit hörbar. Und das ist schlecht. Man kann das manchmal bei Bandpass-Gehäusen hören. Dann lieber ein Linkwitz-Transformationsfilter. Das bietet viel mehr Möglichkeiten und hat ggf. auch eine negative Gruppenlaufzeit.
- Beim Vergleich der Filtertypen hilft u.U.
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Da sieht man auch, dass die Gruppenlaufzeit von Butterworth-Filtern bei Hoch- und Tiefpass vollkommen synchron läuft.
Ok, ich wollte da eigentlich keine Lebensaufgabe draus machen.
Das Teil soll nur bei Filmen ein wenig mehr Bums geben- für Musik bleibt der sowieso aus.
Mein (bald ausgemusterter) DVD- Player hat z.B. einen Subwoofer Ausgang und im Menü kann man dann noch einstellen, ob die Hauptboxen groß, mittel oder klein sind. Es ist schon lange her, aber ich meine, dass das auch bei Musik funktioniert (also ohne LFE- Track). Da kam auch kein kleiner Mann raus und hat erstmal alles ausgemessen ;) So etwas in der Art wollte ich halt direkt einschleifen.
Der Subwoofer ist schon recht stattlich (Magnat Omega 380)- der stammt noch aus früheren Zeiten. Die Boxen haben aber auch ordentlich Tiefgang (Canton Ergo RCL), aber ich will nichts wegschmeißen (ok, der Subwoofer ist auch ein prima Blumenständer :) ).
Naja ist wohl eher eine Spielerei...
Danke für deine ausführlichen Ausführungen- das werde ich mir auf jeden Fall auch durch den Kopf gehen lassen.
man muss halt höllisch aufpassen, dass Boxen und Sub nicht in Gegenphase arbeiten. Sonst hat man nachher weniger oder zumindest nicht mehr Bass als vorher. Dummerweise ist das Ganze dann Frequenzabhängig.
Und die Boxen brauchen wirklich einen Sub? OK, viel Pegel machen die untenrum sicher nicht. Aber bei 50Hz würde ich die trotzdem nicht abtrennen. Vielleicht hat man bei 100Hz Glück und die Gruppenlaufzeit ist fast bei null, dann muss man sich nicht viel Mühe geben. Ein Linkwitz-Filter sehe ich bei den LS eher nicht.
Der Sub hat allerdings schon eine aktive Weiche drin. Da müsste man wissen, wie die Ausgelegt ist (Güte), dann kann und sollte man sie mit benutzen. Wenn er zum Zuspielen für nicht sonderlich abgestimmte Auslegungen gedacht ist, dürfte es Linkwitz-Riley 4. Ordnung sein. Das ist natürlich nicht sonderlich steilflankig, aber dafür ist die Gruppenlaufzeit gutmütig. Da kann man noch ein LR4-Filter für die Satelliten dazu hängen und gut ist es - jedenfalls, wenn man die Übergangsfrequenz hoch genug wählt. Bei 100Hz Übergangsfrequenz läuft der Sub bei LR4 natürlich noch bis knapp über 200Hz hörbar mit. Das kann man schon orten. Aber nur um mal Heimkino zu gucken ist das allemal gut. Die allermeisten Heimkinosysteme sind viel, viel schlechter.
Man muss nur mit den Übergangsfrequenzen bei LR4 aufpassen, die müssen leicht unterschiedlich sein. Näheres dazu gibt es auf der Homepage von Siegfried Linkwitz. Ich glaube, der -6dB Punkt muss gleich sein, nicht der -3dB-Punkt wie bei Butterworth.
Viel Spaß beim Basteln! Wenn man gut weg kommt reicht ja ein zweistufiger Sallen-Key Hochpass 4. Ordnung für die Satelliten.
Ich würde es wohl messen. Geht übrigens ganz gut mit dem PC, selbst mit räudiger Soundkarte. Und wenn man nur Phase-Match ausmessen möchte, tut es nahezu jedes beliebige Elektret-Mikro, was bei diesen Frequenzen noch etwas tut. Man will ja schließlich nur die /relative/ Phase. Die Messung muss man nur im Garten machen, um Raumeinflüsse weitgehend zu vermeiden.
Da ich nicht in einem "Tempel" wohne ist die Tiefbasswiedergabe erwartungsgemäß eh nicht so toll.
Nicht wirklich, aber es ist nun mal einer da ;)
Och, geht, s.u.
Die Boxen sind (von Haus aus) aktiv entzerrt- da ist so eine kleine Box, die man in die "Verstärkerkette" einschleift, bei. Dadurch gehen die schon etwas tiefer als die "normalen" Ausführungen der Boxen.
Es muss eigentlich immer der 6dB- Punkt sein, denn dort ist die Spannung ja um die hälfte abgesunken (gleiche Phase vorausgesetzt).
Linkwitz ist IMHO eine Reihenschaltung von zwei Butterworth Filtern um auf die -6dB an der Grenzfrequenz zu kommen.
Muss man IMHO aufpassen mit dieser Pauschalisierung. Um Butterworth- filter höherer Ordnung zu kriegen kaskadiert man Butterworth- Filter gleicher Eckfrequenz, aber unterschiedlicher Güte.
Kaskadiert man einfach zwei gleiche 2polige-Butterworth-Filter erhält man irgend was, was messtechnisch schwer von einem 4 poligen Bessel zu unter- scheiden ist. Die Grenzfrequenz ist allerdings dann anders (sqrt(2) oder so was), dafür hat man Überschwingen in der Pulsantwort, Laufzeitverzer- rungen usw., sodass ich da lieber gleich ein Besselfilter genommen hätte. Hier bin ich anderer Meinung als Marcel.
Schon ein 4 Poliges LP-Butterworth-Filter hat über 10% Überschwingen und kräftige Exkursionen in der Laufzeit in der Gegend der Eckfrequenz, wobei die Laufzeit tendenziell eh schon doppelt so gross ist wie bei Bessel.
Den Hype um Linkwitz versteh ich eh nicht ganz. Ist eigentlich ein
1 poliges Linkwitzfilter nicht einfach ein RC-Filter?
negativ. Es ist eine Reihenschaltung von zwei Linkwitz Filtern 2. Ordnung.
Naja, Bessel ist eigentlich nur beim Tiefpass schön. Beim Hochpass ist es schlimmer wie Butterworth. Im Prinzip ist Q=0,577 beim HP sowieso nichts besonderes, denn die Bedingung mit der konstanten Gruppenlaufzeit zieht da nicht. Das mit dem Überschwinger stimmt schon, aber die Phasenanpassung ist halt bei Bessel halt sauschwer. Un das muss man beim Sub eben Kompromisse machen. Die meisten BR-Boxen schneiden in der Disziplin aber auch jämmerlich ab.
2*Ack.
Das viel gescholtene Tschebyscheff-Filter ist noch eine Alternative. Wenn es auf die Dämpfung weit ab von der Übergangsfrequenz nicht so an kommt, legt ein Tschebyscheff 2. Ordnung mit 0,5dB Ripple ganz gut vor. Die Gruppenlaufzeit ist auf dem Level von Bessel-4 und bis ca. -17dB trennt es sogar besser als Bessel-4. Vor allem kann man das auch gut in passiven Weichen verwenden. Nur die Impedanz geht dabei etwas in den Keller. Allerdings ist die Phasenanpassung auch bei Tschebyscheff nicht ohne.
Huch? AFAIK ist Butterworth immer flach im Durchgangsbereich. Oder was meinst du mit "Überschwingen"? Sprungantwort?
Die Idee ist wohl, den Phasengang bei der Übernahmefrequenz soweit anzugleichen, daß es keine Interferenz zwischen den Lautsprechern gibt. Die Amplitudenbedingung kann man anders auch einhalten, man muß Hoch- und Tiefpaß nur soweit auseinanderschieben, daß sie bei der Trennfrequenz jeweils 6dB Dämpfung haben.
Bei meinen Exkursionen ins Reich der Aktivfilter im Audiobereich habe ich gelernt, daß ich zwischen Bessel und Butterworth keinen Unterschied höre. Seit 8-polige SC-Filter einfach erhältlich sind, nehme ich allerdings im Zweifel Bessel. Die sind dann schon steil genug und haben das schönere Laufzeitverhalten.
"Rolf Bombach" schrieb im Newsbeitrag news:hkmotl$pah$ snipped-for-privacy@news.eternal-september.org...
Er hat aber recht, zwei kaskadierte 2.Ordnung Filter mit Q=0.71 ergeben ein L-R Filter 4.Ordnung , wenn man davon einen tief- und hochpaß summiert ergibt sich ein glatter Frequenzgang, Mit der Phase sieht es nicht ganz so gut aus, wir haben bei 50 Hz schon eine ziemliche Gruppenlaufzeit von 26ms, Ein 4-pole Besselfilter würde nur 15ms haben. Butterworth hat immer die Güte 1/sqrt2. Schau mal in den Tietze Schenk.
Ein RC-filter heißt aber Butterworth filter erster Ordnung.
Das zweite "Butterworth" in meiner Aussage war natürlich zuviel, sollte aber aus dem Zusammenhang klar sein. Ich versuchs zu wiederholen: Ein 4-pol Butterwort-Filter wird i.a. durch Kaskadieren zweier
2-Pol-Filter erreicht, wobei keins von beiden Butterworth ist.
Ja. Das Überschwingen bei Butterworth nimmt mit der Polzahl kräftig zu. Sieht/ahnt man auch an den Güten der Einzelfilter bei Kaskadierung. Bei Bessel passiert das nicht.
Ich bin immer wieder fasziniert von Fach(hoch)schule[1]-Diplom- Elektronikern, welche zwar aus der Lameng Fourier resp. Laplace rumtransformieren können, aber beim ersten tatsächlich selber gebauten Butterworth-Filter (oft erst nach dem Diplom, dann in der Praxis) aus allen Wolken fallen, wenn sie das Überschwingen sehen.
[1]heisst jetzt sicher University of applied sciences oder so.
Hmf, 8 pol Butterworth TP gibt 16% Überschwingen, Bessel nur Nullkommawas. Ob man das hört, keine Ahnung, ich mittlerweile eh nicht mehr. Aber ich seh es und es stört mich ;-).
Nein, nicht wirklich, kommt ja auf die Aufgabe drauf an.
Würde mich aber interessieren, welche SC Filter du meinst, alldieweil du so nonchalant Autio und SC in einem Zug nennst ;-). Ich bin nie über LMF100 rausgekommen. OK, die Idee, damit ein 8-pol Tschebyscheff abstimmbar über 2 Dekaden zu bauen war schon etwas, äh, challenging. Man müsste da tracking Analogfilter danach hängen um den Switching-Müll wegzukriegen. Mit den Stufen hoher Güte hatte ich dann zusätzlich mit seeded oscillator Problemen zu kämpfen.
Ich bin jedenfalls zum Schluss gekommen, nie wieder SC. Falls heikle Filteraufgaben anstehen, werde ich wohl einen Praktikanten verheizen müssen, der das mit DSP erledigt. Davon versteh ich dann hinreichend wenig ;-]
Solche Praktikanten will ich auch! ;-) Hier kommen sie mitten aus der Schule und müssen erstmal gezeigt bekommen, wo beim Lötkolben das heiße Ende ist. Ok, ganz so schlimm ist es nicht, aber schon die Tatsache, dass Elkos richtig herum angeschlossen werden müssen, ist meist jenseits des aktuellen Kenntnisstands. Nein, ich beklage deswegen nicht den Untergang des Abendlands. Aber solche Randbedingungen erhöhen den Betreuungsaufwand schon beim Brainstorming, was man sie sinnvollerweise zwei Wochen lang machen lassen kann.
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Universität Hannover, Inst. für Quantenoptik fax: +49-511-762-2211
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GPG key: http://pgp.mit.edu:11371/pks/lookup?search=Knaak+kmk&op=get
Das ist im nicht-akademischen Bereich beinahe das gleiche. Wir suchen fuer einen Kunden an der Ostkueste einen Analogix, im Prinzip einen der so aehnliche Sachen macht wie ich, analog, mixed-signal, etwas IC Kram, Noise et cetera und ein groesseres Projekt von mir vor Ort in Festanstellung betreuen kann. Bisher ziemlich Pustekuchen :-(
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Gruesse, Joerg
http://www.analogconsultants.com/
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