Aktiv und digital, Acourate und BruteFIR. Ein Kochrezept am Beispiel von Zoé

[ferryman]

Hallo zusammen,

mit dem folgenden Posting versuche ich der Kritik im Thread zu unserem Contestbeitrag zu entsprechen, und dem interessierten DIYer eine grundlegende Übersicht über das Konzept und die Ausführung von Zoé zu verschaffen.

Das Aktivkonzept schnell und schmutzig skizziert (hab kein Händchen für sowas):



Der Faltrechner...

...bildet den Kern der Ansteuerung, er ist das Äquivalent zur (gängigen) DCX in einem konventionellen Aktivkonzept. Hier wird das Signal (kann aus dem Faltrechner selbst stammen, also Abspielen von Festplatte oder Server, oder alternativ aus einer analogen oder digitalen, am Faltrechner anzuschließenden externen Quelle (CD-Player)) auf die Zweige aufgeteilt und gefiltert, „gefaltet“.
Rot eingezeichnet sind die Gerätschaften, die nur zum Einmessen benötigt werden.

Wir benötigen für unser aktives Süppchen also Folgendes:

1. Den Faltrechner (ab 350€)

1.1. Das Betriebssystem ist Linux, um die Freeware BruteFIR, das entscheidende Programm bei der Filterung, verwenden zu können. Bei der Distribution gibt es reichlich Auswahl. Ich werde mit Ubuntu starten, damit sind wir auch in Köln aufgelaufen. Es gibt aber schmalere Systeme, die mit der Rechenleistung besser haushalten. Das war schon alles was wir an Software benötigen – kostenlos.
1.2. Bei der Hardware ist Linux genügsam. Ein Athlon 900 läuft bei der Filterung von 6 Kanälen und analoger Quelle bei 70% Auslastung, das Abspielen verschlüsselter Dateien von Festplatte macht er dann nicht mehr mit. Meines Erachtens konsequent beim Stand der Dinge ist die Verwendung eines Atom-Boards – Onboardgrafik, passive Kühlung, und der nötige PCI-Steckplatz (Soundkarte). Das Ganze ist für 65 Euro oder günstiger zu erstehen. Das Nötige Drumherum kann vom Schwaben für weit unter 100 Euro zusammengestellt werden. Lärmbefreite Auslegung (lüfterloses Netzteil, SSD) verschlingt natürlich Geld.
1.3. Die Soundkarte: das Herz des Falters. Prinzipiell taugliche ist jede Soundkarte mit ausreichend vielen Ausgängen. Bedingung ist einzig, sie unter Linux ans Laufen zu bekommen.
Meine Wahl fiel auf eine M-Audio Delta 1010LT (etwa 190€), welche unter Linux angeblich problemlos erkannt wird.. Man kann noch deutlich günstiger wegkommen, nach oben gibt es mit Studiosoundkarten und externen Wandlern keine Grenzen.

2. Den Messrechner

2.1. Das Betriebssystem ist Windows (setzte ich als vorhanden voraus. XP gibts günstig bei Ebay), die wesentliche Software ist Acourate (340€).
2.2. An die Hardware gibt es auch hier keine großartigen Anforderungen (auf zu antiken Systemen läuft Acourate nicht, z.B. streikt es bei einem alten Celeron), es kann ohne Weiteres ein gewöhnlicher Bürorechner oder Laptop Verwendung finden (~100€ gebraucht).
Die Filtererstellung ist allerdings ausgesprochen rechenintensiv, das macht die Arbeit mit einem schwachbrüstigen PC langwierig. Die Erstellung von Filtern hoher Auflösung nimmt auf einem etwas in die Jahre gekommenen Dualcore schonmal 7 Minuten in Anspruch.
2.3. Die Soundkarte zur Messung muss nur ASIO-Fähigkeit mitbringen, um mit Acourate zu kommunizieren. Brauchbar ist eine M-Audio Delta 24/96 (etwa 100€), ich verwende eine Audiotrak Prodigy 7.1 Hifi. Auch hier kann man knausern, viele werden schon eine Messsoundkarte besitzen.
3. Endstufen
1. Hierzu ist nicht viel zu sagen. China-Chipamps für 10€, Edelverstärker, oder hochpraktisch: ein AVR. Wichtig sind nur zwei Verstärkerkanäle pro Stereozweig, und dass die Endstufe von der Soundkarte ausgesteuert werden kann.
Ich setze hier auf Gainclones, welche simpel aufzubauen sind und für etwas über 10€ pro Kanal gebaut werden können, und auch jederzeit erweiterbar sind.
4. Messmikro (kalibriert ab 25€)
4.1. Hier wird’s difizil: Das Ergebnis der Raumentzerrung ist direkt von der Qualität der Messung abhängig, jeder Fehler des Mikros findet sich 1:1 im akustischen Ergebnis wieder. Kalibrierung ist Pflicht, Mess-KnowHow unverzichtbar. Ja, das haben wir in Köln gemerkt ;-)
Ich verwende ein Behringer ECM 8000 und Monacor MPA 102, welche zusammen kalibriert wurden (etwa 170€).

Die angegebenen Preise sind natürlich nur als Anhaltspunkte zu verstehen. Jeder Selbstbauer wird das Eine oder das Andere davon zuhause haben, und die ein oder andere alternative Lösung finden.


Was tun wir jetzt damit?

Der im Folgenden beschriebene Arbeitsablauf der Frequenzgangkorrektur stellt nur eine (umrissene) Variante dar, deren Einfachheit (nur zwei wesentliche Schritte) dem Zeitdruck bei der Vorbereitung und der Umsetzung beim Contest geschuldet ist. Auch vom Acourate-Entwickler wird betont, dass es DEN Königsweg nicht gibt. Hier werden die Möglichkeiten von Acourate bei Weitem nicht ausgeschöpft, weiter sind wir aber noch nicht.

1. Filtererstellung mit Acourate

1.1. Vorerst werden nur Crossover erstellt, also Filter welche nur die Trennung der Einzelzweige bei gewählten Trennfrequenzen bewerkstelligen.
Ein Beispiel: 110hz/1500hz Neville-Thiele, 4. Ordnung
Der Tieftöner erhält einen Tiefpass bei 110hz, der Mitteltöner einen Bandpass von 110 bis 1500hz, der Hochtöner wird ab 1500hz von tieferen Frequenzen geschützt.
1.2. Diese Filter werden nun in die BruteFIR-Config eingepflegt (Faltrechner). Jetzt erhält jedes Chassis nur noch die für es bestimmten Frequenzanteile.
1.3. Jetzt folgt eine Messung in hoher Auflösung mit Acourate (ja, Acourate ist ein Messprogramm). Das Anregungssignal ist ein gleitender Sinus, in Köln haben wir mit 30s pro Box gemessen. Der gemessene Frequenzverlauf wird frequenzabhängig gefenstert (periodenskaliert, setze ich also das Fenster auf 10 Perioden fest, ist das Fenster bei 1Khz 10ms groß, bei 100hz 1s).
Das schaut dann Beispielsweise so aus:

1.4. Nun wird die Zielfunktion erstellt, also der Frequenzgang „gezeichnet“, den die Box nach der Filterung haben soll. Dabei sind viele Faktoren zu berücksichtigen, die ich im Moment nicht einmal umreißen kann.

1.5. Aus der Differenz zwischen Zielfunktion und geglätteter Messkurve wird nun ein Korrekturfilter erstellt. Haben wir also bei 500hz in der Messung einen Einbruch um 5db, erhält die Korrekturdatei an dieser Stelle eine Überhöhung um 5db.
Die Auflösung und „Toleranz“ dieser Korrektur ist beeinflussbar, schon durch die Fensterung und Glättung der Messung.
1.6. Diese Korrekturdateien werden nun in BruteFIR anstelle der Crossover geladen, der Lautsprecher ist korrigiert.


Ich hoffe, das geht in die richtige Richtung. Ich werd mein Bestes geben, die sich ergebenden Fragen zu beantworten.

Viele Grüße,
Julian

[Franky]

Vielen Dank und allerhöchsten Respekt! Wahrscheinlich wirst Du Dich aber vor Fragen nicht retten können. Bleib Cool !

[ton-feile]

Hallo Julian,

Informativ und auch für Neulinge gut verständlich!

Vielen Dank und Gruß
Rainer

[hesinde2006]

Ganz ehrlich: Wer nicht mal das Zusammenstellen der Hardware, Software, das Messen und die einfache Variante der Korrektur bzw Filterung hinkriegt is wirklich ein De**.
Denn sogar ich krieg das hin.


Was wirklich interessant wäre sind die Dinge die du nicht erwähnt oder noch nicht selbst verstanden oder durchgeführt hast; Abstrahlverhalten, supersteile Filter, Zielkurve und wie kommt man dazu( im Zusammenspiel mit der Raumakustik), das völlige Aussparen bestimmter Frequenzbereiche z.b weil der Bereich schon linear ist oder dem Target entspricht, wie vermeidet man Preringing, wie hält man die Filter kurz usw usw usw............


Ich weiß das kannst du alles garnicht allein leisten...das ist eine Aufgabe für uns alle....

Aber trotzdem erstmal vielen Dank bis hierhin
Und frohes Basteln noch..........

[Sleepwalker]

Man kanns nicht allen rechtmachen. Lass den Julian doch bitte am Anfang anfangen. Diese Themen verwirren doch erstmal nur.
Es gibt später noch genug Gelegenheiten wo jeder jedem beweisen kann wer mehr Depp ist.

Torsten

[eltipo]

Man kanns nicht allen rechtmachen. Lass den Julian doch bitte am Anfang anfangen. Diese Themen verwirren doch erstmal nur.
Es gibt später noch genug Gelegenheiten wo jeder jedem beweisen kann wer mehr Depp ist.

Torsten

Ich hasse Fullquotes, aber ich kann mich dem nur anschliessen.
Jetzt können sogar

Deppen, die nicht mal das Zusammenstellen der Hardware

hinbekommen, sich eine Vorstellung machen.
Zumindest wissen sie jetzt, wie die Zoe in Grundzügen funktioniert. Selbst ich habs verstanden, wobei ich doch schon vor 4 Monaten immerhin so gerade eben messen konnte...

[hesinde2006]

In Anbetracht dessen dass mein Post wohl falsch rübergekommen ist oder falsch verstanden oder beides, möchte ich folgendes nochmal klarstellen:
Ich habe grossen Respekt vor dem was die beiden geleistet, gemessen,geschrieben oder gebaut haben ohne Ausnahme.

Ich kann nur das Verhalten einiger Leute nich nachvollziehen die einfach alles vorgekaut haben wollen.

Einige Leute in meinem privaten Umfeld werfen mir vor das ich ein Hardliner bin, und ich denke die haben zum Teil Recht, deshalb möchte ich mich hier in aller Form für mein hardlinig und den Leuten entschuldigen den ich auf den Schlips getreten bin.

@ferryman und Shefffield solltet ihr Unterstützung brauchen; Ich bin dabei. Ich würde mich mit all meinen Mitteln und Wissen darum bemühen anderen Leuten eine Weg auf zuzeigen.
Das ist eine meiner Hauptaufgaben auf der Welt und Ziel meines Blogs.

[andras]

Hi, sehr interessant,

eine Frage schonmal, den Zielfrequenzgang, den du eingezeichnet hast, wurde mit absicht mit geringerem Pegel erstellt, um eher den Pegel zu senken als zu erhöhen, oder hab ich was falsch verstanden und du hast die Linie nur zur besseren Erkennbarkeit weiter unten gezogen?

[ferryman]

Hallo Andras,

Das siehst Du völlig richtig. Liegt die Zielfunktion unterhalb, findet an keiner Stelle eine Verstärkung des Signals statt, eine Übersteuerung wird so vermieden.

Das kann man auch zu weit treiben. Auf dem Treffen war der Gain der Korrekturdateien so niedrig, dass wir die Endstufen nichtmehr "genügend" aussteuern konnten, ohne dass der Wandler am Eingang clippte.

Hier kommt man nicht umhin, etwas zu experimentieren.

Viele Grüße,
Julian

[The Alchemist]

Wie habt Ihr denn die Lautstärke geregelt? Über die Quelle oder den FaltPC?

Gruß
The Alc

[ferryman]

Über die Quelle. Angedacht ist digitale Regelung im Faltrechner.

Julian

[tiefton]

Ich finde die beschreibung super so.
Vielen dank!

[The Alchemist]

Habt Ihr auch versucht mit "kurzen" Filtern zu rechnen?

ihr habt ja Quasi die Entzerrung und die Weiche übereinander gelegt. Dadurch werden ja die Filter bzw. die Impulse immer länger.
Wenn man "Überalles" entzerrt und dann verteilt bleiben die Impulse, die man benötigt kurz, die DSPlast (wird bei mir von JACK angezeigt) kleiner. So zumindest meine Erfahrung.

Gruß
The Alc

[Kripston]

Hallo,
habe ich das richtig verstanden ?
Ihr habt zunächst eine "irgendwie-Weiche" angewendet und den dann zwangsläufig noch nicht idealen Summenfrequenzgang dann glattgezogen ?

Ich kenne aus zwei Projekten (eines war ein Vortrag von Anselm Görtz an der HDM in Stuttgart) einen anderen Ansatz:
Zunächst werden die EINZELTREIBER bis weit über die Trennfrequenz hinaus linearisiert, Pegel angepasst und erst dann die Filter gesetzt. Ergibt dann auch eine ideale Summierung.
Hat u.A. den Vorteil, daß man (wenn es der Cotroller kann) den Bass z.B. nur minimalphasig entzerren kann und erst bei höheren Frequenzen linearphasig, das drückt die Gesamtlatenz des Systems in deutlich niedrigere Bereiche.

Viele Grüße
Peter Krips

[hesinde2006]

Hat u.A. den Vorteil, daß man (wenn es der Cotroller kann) den Bass z.B. nur minimalphasig entzerren kann und erst bei höheren Frequenzen linearphasig, das drückt die Gesamtlatenz des Systems in deutlich niedrigere Bereiche.

Sehr sehr interessanter Ansatz vielen Dank dafür.

[Physical Lab]

Hallo Peter,

Zunächst werden die EINZELTREIBER bis weit über die Trennfrequenz hinaus linearisiert, Pegel angepasst und erst dann die Filter gesetzt. Ergibt dann auch eine ideale Summierung

So geht es natürlich auch, aber man benötigt in diesem Fall mehrere Filterstufen => Power (wenn Fullrange eingesetzt...)

Die Summierung ist nur ideal, wenn auch das Delay zwischen den Quellen stimmt.

[Sleepwalker]

Zunächst werden die EINZELTREIBER bis weit über die Trennfrequenz hinaus linearisiert, Pegel angepasst und erst dann die Filter gesetzt. Ergibt dann auch eine ideale Summierung.
Hat u.A. den Vorteil, daß man (wenn es der Cotroller kann) den Bass z.B. nur minimalphasig entzerren kann und erst bei höheren Frequenzen linearphasig, das drückt die Gesamtlatenz des Systems in deutlich niedrigere Bereiche.

Viele Grüße
Peter Krips

Durch die extrem steile Trennung wirkt die "über alles" Entzerrung sowieso nur auf den Treiber der in diesem Bereich liegt. Praktisch ergibt sich da nur wenig Unterschied (solange man nicht versucht Auslöschungen die durch den Raum kommen auszugleichen)
Wenn man im Bass mit IIR arbeitet, kann man IMO wirklich gleich ne DCX nehmen, denn genau da hat es ja einen Vorteil wenn ich die Gruppenlaufzeit klein halte. OK, in der Beschallung mit doch noch etwas anderen Anforderungen und Lautsprecherkonzepten kann es auch oben rum Sinn machen.
Warum man das macht wurde hier schon erwähnt: Live kommt es nicht so gut wenn alles verzögert ist. Bei Veranstalltungen hat man auch anderer Raumabmessungen und der Hörplatz ist nicht nur an einem Punkt.
Zu Hause ist das etwas anders. Hier würde man "ohne Not" auf einen grossen Vorteil (der Größte?) verzichten.

Torsten

[Sleepwalker]

Hi,

Ich kann nur das Verhalten einiger Leute nich nachvollziehen die einfach alles vorgekaut haben wollen.

es macht keinen Sinn sich über den "richtigen" Stand der Vorkenntnisse auszutauschen, denn den sieht jeder ganz subjektiv da wo er selbst steht. Wenn alle was lernen sollen, muss man die Leute erstmal auf einen "Stand" bringen. Wers schon weiss kann sich ganz entspannt zurücklehnen und auf den Zeitpunkt warten wo es für ihn dann wieder "neu" wird.

Torsten

[ferryman]

Hallo zusammen,

Ich kenne aus zwei Projekten (eines war ein Vortrag von Anselm Görtz an der HDM in Stuttgart) einen anderen Ansatz:
Zunächst werden die EINZELTREIBER bis weit über die Trennfrequenz hinaus linearisiert, Pegel angepasst und erst dann die Filter gesetzt. Ergibt dann auch eine ideale Summierung.

Peter,
Dieser Ansatz ist mir bekannt.

Vorneweg: Das Delay wurde vorher ermittelt und angewendet, jede Messung findet damit statt.

Die Einzeltreiber vor der Raumeinmessung zu korrigieren, ist natürlich sinnvoll, wir mussten aber die komplette Entzerrung in den 15min Aufbauzeit bewältigen, da war das mehr als ausgeschlossen.

Ihr habt zunächst eine "irgendwie-Weiche" angewendet und den dann zwangsläufig noch nicht idealen Summenfrequenzgang dann glattgezogen ?

Irgendwie ist da garnichts, einfach sinnvolle Trennfrequenzen.
Von Summe ist da fast nicht zu sprechen, da durch die ultrasteilen Filter der Überlappungsbereich extrem klein wird, weshalb wir uns nicht weiter darum gekümmert haben.
Schnell und schmutzig, aber es funktioniert.

Eine andere Vorgehensweise sieht deinen Ansatz vor.

Habt Ihr auch versucht mit "kurzen" Filtern zu rechnen?

Die Filterlänge wählt man bei Acourate aus, wenn man die Crossoverdateien erstellt. 65.xxx oder 13x.xxx. Beim Contest waren es, aus Rücksicht auf die Rechenzeit, kurze Filter mit einer Latenz deutlich <1s.

Viele Grüße,
Julian

PS: Torsten, ich wollte dich nicht wiederholen. Zustimmung!

[The Alchemist]

Mit den langen und kurzen Filtern habe ich mich glaub ich mißverständlich ausgedrückt.

Mit den einfachen Mitteln, die ich zur Verfügung habe, werden die Impulse die ich in Brutefir verwende größer wenn ich sie falte.

Wenn ich also aus Entzerrung und Weichenfilterimpuls einen Impuls schnitze der beides enthält , so ist dieser Impuls doppelt so groß (in kB) wie einer der Einzelimpulse.
Das kostet bei mir Rechenleistung.

OT: In einem Nebensatz erwähnst Du dass die M Audio angeblich erkannt werden soll. Was hast du denn für Schwierigkeiten damit? ( Ich experimentiere gerade mit einer Minimalinstalation von Ubuntu 10.10 auf einem USB Stick, so wie Sheffield es kurz angerissen hat; meine Asus D2 gibt keinen Ton von sich, eine Aureon SKY (mit Via Envy24) spielt nur mit 2 Kanälen obwohl alle 6 angezeigt werden) Ich befürchte da gibt es ein Problem unter Ubuntu 10.10; ich werd nochmal 10.04 testen.

Gruß
The Alc