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Liebe Mitleserinnen, Mitleser, Foristinnen und Foristen,

wer sich von Euch in letzter Zeit mit dem Gedanken getragen hat, Mitglied unseres wunderbaren IGDH-Forums zu werden und die vorher an dieser Stelle beschriebene Prozedur dafür auf sich genommen hat, musste oftmals enttäuscht feststellen, dass von unserer Seite keine angemessene Reaktion erfolgte.

Dafür entschuldige ich mich im Namen des Vereins!

Es gibt massive technische Probleme mit der veralteten und mittlerweile sehr wackeligen Foren-Software und die Freischaltung neuer User ist deshalb momentan nicht mit angemessenem administrativem Aufwand möglich.

Wir arbeiten mit Hochdruck daran, das Forum neu aufzusetzen und es sieht alles sehr vielversprechend aus.

Sobald es dies bezüglich Neuigkeiten, respektive einen Zeitplan gibt, lasse ich es Euch hier wissen.

Das wird auch für alle hier schon registrierten User wichtig sein, weil wir dann mit Euch den Umzug auf das neue Forum abstimmen werden.

Wir freuen uns sehr, wenn sich die geneigten Mitleserinnen und Mitleser, die sich bisher vergeblich um eine Freischaltung bemüht haben, nach der Neuaufsetzung abermals ein Herz fassen wollen und wir sie dann im neuen Forum willkommen heißen können.

Herzliche Grüße von Eurem ersten Vorsitzenden der IGDH

Rainer Feile
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  1. #1
    Chef Benutzer Benutzerbild von Gaga
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    Standard Messung von Impedanz und TSP - Diskussion und Abstimmung

    Moin zusammen,

    wie drüben im Thread zu Verzerrungen und IMD angekündigt, hier wie von Heinrich vorgeschlagen...
    ...würde es nicht Sinn machen, die Messung von TSP als eigenständiges Thema zu separieren?
    Mir ist beim Ringversuch aufgefallen, dass man hier noch einiges diskutieren/abstimmen könnte.
    ...der Thread zur Diskussion und Abstimmung von Impedanz- und TSP-Messungen.

    Das Messequipment:
    - LIMP unter VMWare auf einem Macbook pro;
    - Edirol FA-66 FireWire;
    - Messverstärker Monacor AKB-60;
    - Messwiderstand 10,4 Ohm;

    Ich beginne zunächst mit einigen Impedanz-Messungen am Beispiel des PHL1220.

    Die TSP-Daten des PHL1220 aus dem PHL Audio Datenblatt:
    Re = 6.1 Ohm
    Le1k = 0.64 mH
    Le10k = 0.23 mH
    Fs = 45 Hz
    Qms = 3,1
    Qes = 0,27
    Qts = 0,25
    Sd = 143 qcm
    Vas = 30 l
    Cms = 1000 10-6 m/N
    Mms = 12g
    Rms = - kg/s
    B*l = 8,3 N/A

    Die TSP-Daten aus der HH-Messung:
    Re = 6.1 Ohm
    Le = 0.24 mH
    Fs = 64Hz
    Qms = 3,8
    Qes = 0,39
    Qts = 0,35
    Sd = 141 qcm
    Vas = 18 l
    Cms = 0,64 mm/N
    Mms = 10g
    Rms = 1,0 kg/s
    B*l = 7,8 N/A

    Vielleicht sind die unterschiedlichen TSP Datensätze ein ganz guter Einstieg in's Thema. Dass die TSP-Datensätze je nach Messung und Setup recht unterschiedlich sind, fällt ja regelmäßig auf.

    Die Impedanzmessungen, die mit LIMP durchgeführt wurden. Zunächst der Einfluss des Messsignals (Pink Periodic Noise (PPN, schwarz) vs Stepped Sine (SN, grün), Messlage vertikal:

    Das sind - wie schon im anderen Thread am Beispiel des OAExcl7 gesehen - ordentliche Unterschiede. Die gemessenen Resonanzfrequenzen unterscheiden sich um fast 10 Hz.

    Der Einfluss der Messlage, horizontal (schwarz) vs vertikal (grün), beide Messungen mit SN:

    Ebenfalls messbare Unterschiede, jedoch ist der Einfluss nicht ganz so stark wie das Messignal. Allerdings kann das bei anderen Chassis mit schwerer Membran und weicherer Einspannung womöglich anders aussehen.

    Der Einfluss der Signalhöhe oder Messlautstärke. Leiseres Signal grün, lauteres Signal schwarz:

    Hier hatte ich die Messlautstärke nicht bestimmt, da ich einen so starken Einfluss schlicht nicht erwartet hatte. Zumal die Impedanzmessung durchaus auch mit dem Signal des Kopfhörerausgangs direkt gemacht wird / werden kann. Ich schätze, dass das lautere Signal etwa 6dB lauter war, muss dies aber wiederholen und messen.

    So weit zunächst von mir. Heinrich wird sich hier sicherlich auch noch äußern:
    Ok, ich suche derweil mal alle normativen Dokumente zum Thema TSP-Messungen zusammen.
    Und ich hoffe natürlich auf reges Interesse und Beteiligung.

    Gruß,
    Christoph

  2. #2
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    Ich würde bei ARTA nur die Stepped Sine Messung empfehlen. Ich habe nur mit dieser Messung vergleichbare Ergebnisse zu ATB Precision messen können. Ich denke das ATB Precision schon ein Standard gerade bei der TSP und Impedanzmessung ist.
    ================================================== ========
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  3. #3
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    Hallo Franky,
    Ich würde bei ARTA nur die Stepped Sine Messung empfehlen.
    Ds sehe ich auch so - die SN-Messungen liegen deutlich näher an den veröffentlichten Daten, als die PPN-Messungen.

    Ich denke das ATB Precision schon ein Standard gerade bei der TSP und Impedanzmessung ist.
    Weshalb? Was macht ATB Precision zu einem Standard?

    Gruß,
    Christoph

  4. #4
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    Hallo Christoph,

    bei Klippel gibt es eine Application Note die den Einfluss verschiedener Faktoren auf die gemessene Resonanzfrequenz beschreibt:
    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	AN42.PNG
Hits:	185
Größe:	101,2 KB
ID:	47490

    https://www.klippel.de/fileadmin/kli...equency_fs.pdf
    Gruß
    Patrick

  5. #5
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    Hallo Christoph,

    spannendes Thema (wie fast jedes von dir - naja, eigentlich alle )

    Diese Beobachtung treibt mich auch schon eine Weile rum. Hatte aber noch keine Zeit sie mir zu beantworten. Eine erste Vermutung meiner seits war, dass das Ergebnis beim Periodic Noise durch weitere Obertöne verzehrt wird und es so zu einem verfälschtem Ergebnis kommt. Diese unterliegt der Vermutung, dass die Methode Pink Periodic Noise die Impedanzkurve unter der Maßgabe ermitteln, dass es sich um ein lineares System handelt (sicher wird das Wort Fourieranalyse dabei vorkommen). Dahingegen wird der Stepped Sine nur die Amplitude der aktuellen Frequenz ermitteln.
    In wie weit nicht lineare Effekte eine rolle spielen, lässt sich besser abschätzen, wenn man in STEPS die Verzerrungen des Stroms aufgezeichnet hat (wollte ich schon immer mal machen).

    Grüße
    Sven

  6. #6
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    Den größten Einfluß dürfte wohl der Signalpegel haben, der im Fall von PPN um Größenordnungen niedriger ausfällt als bei SN...

    LG, Manfred

  7. #7
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    Ooops, so schnell, damit hatte ich nicht gerechnet

    Hier nun ein paar Hinweise aus der Normung zum Thema:

    ISO/IEC 60268, Teil 5
    12 Vorbereitung
    In einem Lautsprecher können z.B. als Folge der Membranbewegung bleibende Änderungen auftreten. Deshalb sollte der Lautsprecher vor den Messungen mindestens 1 h durch Speisung mit dem simulierten Programmsignal nach IEC 60268-1 mit Nenn-Rauschspannung vorbereitet werden. Bevor die Messungen begonnen werden, muss der Vorbereitungszeit eine Erholungszeit von mindestens 1 h folgen, während der der Lautsprecher abgeklemmt sein muss.

    ISO/IEC 60268, Teil 21 (Entwurf)
    14 Vorbehandlung
    Wenn an das neue DUT zum ersten Mal ein Signal angelegt wird, das eine starke Auslenkung erzeugt, kommt es ggfs. zu zeitweiligen oder dauerhaften Veränderungen. Es muss eine ausreichende Vorbehandlung erfolgen, die der vorgesehenen Verwendung des DUT im Feld entspricht (z. B. Bandbreite).

    ANMERKUNG: Beispielsweise kann es zu erheblichen Veränderungen der mechanischen Eigenschaften der Treiberaufhängung kommen. Ähnliches gilt für die Auswirkung von Erwärmung und Abkühlung des DUT.

    Das DUT muss vor der Durchführung der Messungen vorbehandelt werden, indem für mindestens eine Stunde (bei TT werden 3 Stunden empfohlen) ein Breitbandsignal bei der Hälfte des höchsten Eingangswertes Umax nach Absschnitt 17 angelegt wird. Bevor anschließend mit der Messung begonnen wird, muss der Vorbehandlung eine Erholungsphase mindestens einer Stunde folgen, in der sicherzustellen ist, dass sich die Temperatur der Innenteile wieder an die Umgebungsbedingungen anpasst.

    ISO/IEC 60268, Teil 5
    16.2.2 Messverfahren
    16.2.2.1 Der Lautsprecher wird unter Norm Messbedingungen nach 3.2.2, Bedingungen a), b) und d) betrieben.
    16.2.2.2 Eine konstante Spannung muss angelegt oder ein konstanter Strom eingespeist werden; eine konstante Spannung wird üblicherweise bevorzugt. Der für die Messung gewählte Wert der Spannung oder des Stromes muss klein genug sein, um sicherzustellen, dass der Lautsprecher in einem linearen Bereich arbeitet.

    ANMERKUNG Messungen der Impedanz können durch den Messpegel stark beeinflusst werden. Ist der Pegel entweder zu niedrig oder zu hoch, können die Ergebnisse ungenau sein. Die Messwerte sollten bei verschiedenen Messpegeln auf Folgerichtigkeit geprüft werden, um die besten Bedingungen festzulegen.

    AES 2 - 1984
    5.4 Methods of measurement of Thiele-Small Parameters

    Suspend the driver in free air and supply a variable-frequency sinusoidal signal at a low level (typically 0,1 V). Observe the supply voltage and current with an oscilloscope having an X-Y display and determine the resonance frequency, using a counter, by detecting the zero-phase frequency. Alternatively, a frequencydependent measurement of the complex impedance may be used to determine the zero-angle frequency corresponding to resonance. It is likely to be necessary for the driver to be operated for many minutes before measurements are made, so as to allow the resonance frequency to stop drifting.

    Soweit einiges aus der Normung.

    Das bereits zitierte Klippel-Papier ist auch sehr empfehlenswert.

    @ Franky: Meines Wissens gibt es keinen Standard, der sich (ausschließlich) über das Messsystem definiert. Es ist letztendlich immer der Anwender, der die Messparameter festlegt (siehe auch Normtext). Messsysteme, die diesbezüglich nicht variabel sind, haben in der Regel nur einen limitierten Einsatzbereich.

    Gruß
    Heinrich

  8. #8
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    Die Hersteller halten sich bzgl. der Angabe von Randbedingungen zur TSP-Messung zurück. Selten findet man konkrete Angaben;
    und wenn, dann lediglich ein Hinweis auf die ISO/IEC 60268-5.

    Soweit ich erinnere, hatte SB Acoustics mal eine AN zum Thema (1 Volt bei fs). Wer kennt weitere konkrete Hinweise?

    Gruß
    Heinrich

  9. #9
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    Messt mit einem Pegel, dass das Chassis auch ein wenig ausgelenkt wird. Warum sollte man bei so kleinen Auslenkungen messen, die in der Praxis gar nicht vorkommen?

  10. #10
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    Das frage ich mich auch. Es wird halt immer wieder angeführt, dass die TSP nach Thiele und Small nur für 'kleine Signale' definiert seien. Wie hier im Artikel von Hifi Selbstbau:
    ...Neben dieser "einsichtigen" Erwärmung der Schwingspule passieren aber noch einige andere Dinge beim Betrieb des Lautsprechers. So werden auch die elastischen Teile eines Lautsprechers wie z.B. die Zentrierspinne oder die Sicke durch die Bewegung wärmer und weicher (Stichwort: Walkarbeit). Ein Teil dieses Effektes ist umkehrbar, ein Teil bleibend. Generell sollte man daher den Lautsprecher mit "typischer" Lautstärke und "typischem" Signal "warmfahren", um einen möglichst realistischen Arbeitspunkt für die Messung zu haben. Generell weisen schon A.N. Thiele und R.H. Small darauf hin, dass die TSP nur bei "kleinen" Signalen definiert sind (engl.: small signal analysis = Kleinsignalanalyse). Dort kann man auch die Kennlinien der Steifigkeit der Einspannung und des Antriebes als weitestgehend linear ansehen...
    Quelle: https://www.hifi-selbstbau.de/index....article&id=197

    Dort weiter zu Frage, 'Wie klein ist klein?':
    Aber wie klein ist klein? Ich habe mal bei einem 20er Bass, einem 13er Mitteltöner und einer 25er Kalotte die komplexe Übertragungsfunktion in Abhängigkeit von der Anregungsspannung mit weißem Rauschen gemessen und dabei festgestellt, dass ab einer - für jedes Chassis anderen - Spitzenspannung die Kohärenz zwischen Eingangs- und Ausgangssignal im Bereich der Resonanzfrequenz abnahm, was mit einem "Ausfransen" der Übertragungsfunktion einher ging. Für den Bass betrug die maximal erlaubte Spitzenspannung des weißen Rauschens etwa 3 V, beim Mitteltöner etwa 1 V und beim Hochtöner etwa 0.5 V. Beim Bass- und Mitteltöner waren bei dieser Signalamplitude nur geringe Auslenkungen erkennbar. Soweit zum Thema "Kleinsignalanalyse" . . .
    Und im zweiten Teil des Artkels zu TSP-Messungen (lohnt durchaus komplett zu lesen) nochmals zu den Messpegeln:
    Vor ein paar Jahren habe ich mal im Rahmen eines Vergleichstest die Impedanz von verschiedenen Chassis auch mit einem professionellen Messsystem gemessen. Als Messfunktion wurde eine Übertragungsfunktion gewählt. Neben der Amplitude und Phase der Impedanz wurde dabei auch die sog. Kohärenz bestimmt. Diese Größe gibt Auskunft darüber, wie gut das Antwortsignal (hier: Spannung über Chassis; Vorwiderstand und Chassis in Reihe) durch das Referenzsignal (hier: Spannung über Vorwiderstand und Chassis = Ausgangsspannung des Verstärkers) erklärt werden kann. Bei niedrigen Anregungspegeln war die Kohärenz bei allen Frequenzen fast 100%. Wurde jedoch die Anregung erhöht, brach die Kohärenz um die Resonanzfrequenz herum auf unter 80% ein und die Übertragungsfunktion war in diesem Bereich leicht "verzappelt" und "verbogen". Seitdem führe ich Impedanzmessungen bei recht geringen Pegeln durch um diesen Effekt zu vermeiden!
    Die Messbedingungen von HH und K&T konnte ich leider noch nicht finden. HH schlägt in Ausgabe 04-2002 in einem Artikel zur Messung von TSP mit Multimeter, Sinusgenerator und Frequenzzähler 3V Messspannung am Chassis (TMT) vor.

    Wavecor schreibt zum Beipiel auf diesem Datenblatt:
    Measuring conditions, impedance
    Driver mounting: Free air, no baffle,
    back side open (no cabinet)
    Input signal: Stepped sine wave, semi-
    current-drive, nominal current 2 mA
    Smoothing: No
    Gruß,
    Christoph

  11. #11
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    Standard

    hier die TN von SB Acoustics dazu :
    www.sbacoustics.com/index.php/download_file/-/view/191/

    Grüße Dirk

  12. #12
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    Standard

    Hallo Dirk,

    vielen Dank. Zum Messlevel bei Impedanzmesungen (TSP-Messungen) steht im verlinkten Dokument:
    The next step is to measure the impedance curve (i.e. modulus of the impedance). To do this, you need some kind of measurement system. At SB Acoustics we use a stepped sine sweep with narrow frequency spacing (at least 1/24 oct. is recommended).
    ...

    The voltage that should be applied to the terminals of the drive unit depends on its size/type. For a typical mid-woofer, the voltage should be about 1 V (rms) at the resonance frequency.
    Gruß,
    Christoph

  13. #13
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    Moin,

    zum richtigen Pegel: Messt einfach mal ein kleines Chassis (3 Zoll oder kleiner) mit hohem und mit niedrigem Pegel. Es werden zwei ziemlich unterschiedliche TSP-Sätze heraus kommen.
    Dann baut ihr das Chassis in ein Gehäuse und messt am "lebenden" Objekt mit welchem TSP-Satz ihr die Realität in der Simulation am besten abbilden könnt.

    Gruß, Christoph

  14. #14
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    ISO/IEC 60268, Teil 5: "Der für die Messung gewählte Wert der Spannung oder des Stromes muss klein genug sein, um sicherzustellen, dass der Lautsprecher in einem linearen Bereich arbeitet." Ist im nichtlinearen Bereich das simple TSP-Modell noch gültig?

    Es gibt dazu eine interessante Diplomarbeit von Wolfgang Weissensteiner an der TU Graz. Darin wird u.A. für Kleinsignalparameter LIMP mit dem Klippelsystem verglichen. Das Testobjekt ist eine alter Bekannter (Visaton GF 200). Das Klippelsystem prüft vor der Messung, ob sich das Testobjekt noch im linearen Bereich befindet. Es ist erstaunlich, wie gering die Messspannung ist. Interessant auch der Vergleich zwischen PN und SIN. Mal sehen, evtl. kann ich Ivo überzeugen für "Stepped Sine" Klirr mit anzuzeigen.

    Gruß
    Heinrich

  15. #15
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    Standard

    Ich messe mit dem, was mein Cakewalk UA25EX, ein USB-Audiointerface an Ausgangsspannung an seinen Line-Ausgängen hergibt. Einen extra Messverstärker nutze ich nicht. Verzappelungen hatte ich so auch manchmal, dann allerdings, weil ich draußen im Garten gemessen hatte und Außengeräusche die Messung störten (das Chassis verhielt sich wohl gewissermaßen wie ein Mikro, denke ich).

    Viele Grüße,
    Michael

  16. #16
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    Natürlich besteht die Gefahr, bei großen Messpegeln und ungeeignetem Signal eine "verfranste" Messkurve zu erhalten - spätestens dann, wenn der Messtisch sich entscheidet, kräftig mitzurappeln

    Es geht auch anders: entweder einen schrittweisen oder kontinuierlichen Sweep (aus letzterem über die Impulsatnwort), oder mit Multiton. Ich nehme letzteres, 2,83V RMS am Verstärekrausgang, Crestfaktor ~6 dB, 10 Stützstellen pro Oktave. Dann wird ein Ersatzschaltbild angepasst.

    Mit LIMP müsst ihr dann wahrscheinlich auf einen schrittweisen Sweep zurück greifen, ich könnte mir vorstellen, dass das mit dem Rauschen bei dem Pegel nicht geht.

  17. #17
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    Hallo Michael,

    Ich messe mit dem, was mein Cakewalk UA25EX, ein USB-Audiointerface an Ausgangsspannung an seinen Line-Ausgängen hergibt.
    Das kommt mir gewagt vor. Ich habe nicht nachgeschaut, welche Ausgangsimpedanz und Spannung das UA25EX liefert, würde vorsichtshalber aber eher den Kopfhöhrer-Ausgang des Interfaces für die Impedanzmessung wählen.

    Das LIMP-Manual sagt dazu:
    Im LIMP-Originalhandbuch wird auf zwei Messaufbauten Bezug genommen:
    Impedanzmessung am Kopfhörerausgang der Soundkarte (Bild 2.1.2)
    Impedanzmessung mit Leistungsverstärker (Bild 2.1.5)
    ...

    Als Referenzwiderstand RRef wird im LIMP Originalhandbuch ein Wert von 100 Ohm empfohlen. Je nach Soundkarte sollte der Widerstand Werte zwischen 33 Ohm und 100 Ohm einnehmen.
    Auch das REW-Handbuch meint:
    Good results can be obtained using a headphone output to drive the load, with a 100 ohm sense resistor. If a line output is used the sense resistor typically needs to be much larger as line outputs have high output impedance and limited drive capability, try 1 kOhm but note that the results will have much higher noise levels.
    @Christoph G
    ...zum richtigen Pegel: Messt einfach mal ein kleines Chassis (3 Zoll oder kleiner) mit hohem und mit niedrigem Pegel. Es werden zwei ziemlich unterschiedliche TSP-Sätze heraus kommen.
    Dann baut ihr das Chassis in ein Gehäuse und messt am "lebenden" Objekt mit welchem TSP-Satz ihr die Realität in der Simulation am besten abbilden könnt.
    Ist auf der to-do Liste....

    Oder willst Du einfach andeuten, wie Hifi-Selbstbau schreibt...
    Die Änderung der Nachgiebigkeit der Einspannung hat zwar für die TSP des Chassis alleine sehr große Auswirkungen auf Fs, Qms und Qes, aber für die Kombination Lautsprecher + Gehäuse sind die Einflüsse (zumindest beim geschlossenem und Bassreflex-Gehäuse) erstaunlich gering. Daher ist ein übermäßiges "Weichprügeln" vor der TSP-Messung absolut unnötig!
    Quelle: https://www.hifi-selbstbau.de/index....article&id=197

    ...dass die TSP zwar je nach Messspannung stark abweichen können, jedoch daraus dennoch recht ähnliche Gehäuse-Simulationen resultieren?


    Grüße,
    Chirstoph

  18. #18
    Chef Benutzer Benutzerbild von Azrael
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    Zitat Zitat von Gaga Beitrag anzeigen
    Das kommt mir gewagt vor. Ich habe nicht nachgeschaut, welche Ausgangsimpedanz und Spannung das UA25EX liefert, würde vorsichtshalber aber eher den Kopfhöhrer-Ausgang des Interfaces für die Impedanzmessung wählen.
    Dem werde ich mal nachgehen. Die bisher gemessenen TSP waren aber nie erkennbar abwegig.

    Viele Grüße,
    Michael

  19. #19
    Chef Benutzer Benutzerbild von Christoph Gebhard
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    Zitat Zitat von Gaga Beitrag anzeigen
    ...dass die TSP zwar je nach Messspannung stark abweichen können, jedoch daraus dennoch recht ähnliche Gehäuse-Simulationen resultieren?
    Nein. Ich habe an einem Treiber (Veravox 3) die Erfahrung gemacht, dass zu viel Messspannung und sichtbarer Hub das TSP-Modell zusammen brechen lässt. Es ist auch ein Irrglaube, dass man mit höherem Messpegel das Übertragungsverhalten bei hohem Pegel simulieren kann. Die Simulation funktioniert nur für die vereinfachte Annahme, dass sich ein Lautsprecher ideal linear verhält. Das macht er am ehesten bei kleinen Messspannungen. Seitdem messe ich mit möglichst kleinen Spannungen (die Kurve sollte aber sauber und rauschfrei sein) und habe immer wieder eine gute Übereinstimmung zwischen Simu und Realität feststellen können.

    P.S.: Wegen dem "Weichprügeln" stimme ich HSB aber zu. Ich mache das oft auch nicht mehr. Fünf Minuten das Chassis mit ordentlich Hub geschmeidig machen/aufwecken, reichen und dann direkt im Anschluss messen. Man muss nur aufpassen, dass keine zu große Erwärmung der Spule eintritt und dass man die zweite Messung (mit Masse) im gleichen Zustand macht. Deswegen hube ich vor der Messung mit Masse erneut und starte die Messung dann nach dem gleichen Zeitfenster (meist eine Minute nach Abschalten).
    Geändert von Christoph Gebhard (30.01.2019 um 06:33 Uhr)

  20. #20
    Jonies Papa
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    Zitat Zitat von Christoph Gebhard Beitrag anzeigen
    Nein. Ich habe an einem Treiber (Veravox 3) die Erfahrung gemacht, dass zu viel Messspannung und sichtbarer Hub das TSP-Modell zusammen brechen lässt.
    Kleinsignalparameter.
    Nicht mehr und nicht weniger.

    Ich knete das Chassis ein paar mal durch, hat imho einen besseren Effekt als die künstliche Aufheizerei.

    5 min ordentlich Hub machen eine ordentliche Erwärmung der Schwingspule.

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