Aktive Hochpassfilterung Bassreflex-Konstruktionen

[Azrael]

Meiner Meinung nach benötigen Bassreflexkonstruktionen einen aktiven, umsichtig konfigurierten Hochpassfilter, sofern sie nicht so tief abgestimmt sind, dass man eingermaßen sichergehen kann, dass unterhalb von fb kein Signal mehr kommt.

So habe ich in meiner Wohnzimmeranlage keinen verwendet, fb der Subwoofer dort liegt bei so 25 Hz, wohingegen ich für die Erdgeschossanlage, bei der die Subwoofer auf so 40 Hz abgestimmt sind, einen HP vewende, einen LR4 bei so 30 Hz, um den Hub unterhalb von fb, wo er ja quasi nutzlos ist, gegenüber dem oberhalb nicht ausufern zu lassen.

Das verleiht den Dingern im Erdgeschoss eine Pegelfestigkeit, die sie ohne HP nicht hätten, und die schon ziemlich beeindruckend ist, finde ich, und das ohne, dass mir im Bassbereich was fehlen würde (außer vielleicht (sic): siehe unten unter "Nachteil").

Nun sind es Subwoofer, aber ich denke, dass auch ein normaler, sagen wir mal 2-Wege-BR-Lautsprecher, der nicht sonderlich tief abgestimmt ist, von so einem HP profitiert, weil er, befreit von nutzlosen Bewegungen bis an seine Hubgrenzen, seinen TMT auch bis in den MT-Bereich IM-Verzerrungsärmer spielen lassen wird.

Nachteil: die schon nicht so niedrige Gruppenlaufzeit im Tiefbassbereich, die BR schon ohnehin zu eigen ist, wird nochmal erhöht.

Nun habe ich mal ein bisschen mit dem Enclosure-Tool von VituixCAD rumsimuliert und habe anstatt mit einem normalen Hochpass mal mit dem, was in VituixCAD LP-Shelf genannt wird, rumexperimentiert, ein bisschen inspiriert durch diesen Artikel.

Und es stellte sich heraus, dass sich bei ungefähr ähnlicher Hubeinsparung nicht wenige Millisekunden Gruppenlaufzeit einsparen lassen.

Hat jemand da auch schonmal rumgeforscht?

Viele Grüße,
Michael

*edit*:
Ich habe die Überschrift ein bisschen angepasst, die war IMHO etwas unpräzise.

[Bizarre]

Stoneeh hat das schon mal getestet an CB, da war ein lowshelf auch deutlich besser bei der GLZ...

[mechanic]

Hallo Michael,
Hochpassfilter mache ich seit ewigen Zeiten, aber 2. Ordnung und dann gleich in B6-Abstimmung mit hoher Güte. So läßt sich nebenbei (bei passenden TSP´s) ordentlich Kistenvolumen einsparen.
Grundsätzlich ist das meine "Idealabstimmung": Kiste auf 35Hz mit -6dB bei der Abstimmfrequenz und dann HP 35Hz / 12dB davor mit Güte 2 (+6dB). Bei analoger Umsetzung des Filters kann man dann per (Stereo) Poti sehr schön stufenlos den 36dB-Abfall an die Aufstellsituation anpassen. Für mich überwiegen die Vorteile die Nachteile ganz klar ...

[Gaga]

Moin Michael,

ich verfolge mit großem Interesse den Thread im DIY Audio Forum hier. Die beziehen sich auch auf den Artikel.

Schön, dass Du das hier aufgreifst - bin gespannt....

Grüße,
Christoph

[Azrael]

Stoneeh hat das schon mal getestet an CB, da war ein lowshelf auch deutlich besser bei der GLZ...

Interessant. Hast du vielleicht einen Link? Mglw. bin ich schonmal darüber gestolpert, aber das Alter......

Hallo Michael,
Hochpassfilter mache ich seit ewigen Zeiten, aber 2. Ordnung und dann gleich in B6-Abstimmung mit hoher Güte. So läßt sich nebenbei (bei passenden TSP´s) ordentlich Kistenvolumen einsparen..

Kannst du vielleicht anhand von WinISD oder besser noch des VituixCAD-Enclosure-Tools (weil da auch LP-Shelvs gehen) mal zeigen, wie du da vorgehtst bzw. wie das funktioniert?

Das Anliegen hier ist nicht unbedingt die Hochpassfilterung an sich, deren Vorteile bei nicht so tief abgestimmten BR-Konstruktionen m.E.n. die Nachteile überwiegen. Es geht hier vielmehr darum, die so dann ja ziemlich ausufernde Gruppenlaufzeit ein wenig einzuhegen. Interessant wäre also, sich bei deinem Ansatz ebendie anzusehen.

Bei analoger Umsetzung des Filters kann man dann per (Stereo) Poti sehr schön stufenlos den 36dB-Abfall an die Aufstellsituation anpassen

Naja, notfalls kurbele ich an einem gut geölten Jog-Dial herum....

Für mich überwiegen die Vorteile die Nachteile ganz klar ...

Die Vorteile einer solchen Hochpassfilterung im Allgemeinen? Absolut.

Was insbesondere deinen Ansatz angeht, weiß ich es halt nicht, darum meine Anfrage.

ich verfolge mit großem Interesse den Thread im DIY Audio Forum hier. Die beziehen sich auch auf den Artikel.

Schön, dass Du das hier aufgreifst - bin gespannt....

Ja, den Thread habe ich auch gesehen. Sehr interessant, auf jeden Fall, auch wenn ein solcher englischsprachiger Thread etwas anstrengender dazu zu bringen ist, in meinen Kopf zu gehen. Das war, um ehrlich zu sein, auch mit ein Grund, diesen Thread zu starten.

Viele Grüße,
Michael

[Bizarre]

Stoneeh / CB : http://www.hifi-forum.de/index.php?action=browseT&back=1&sort=lpost&forum_i d=267&thread=1146

[mechanic]

Der alte Don Keele (damals EV) hat´s anno 1978 (!) erfunden - seine Daumenformeln waren:

f3 = fb = faux = 0,3 x fs/Qts

Vb = 4,1 x Vas x Qts^2

Wenn da für ein Chassis etwas gefälliges rauskommt, gibt es in WinISD unter "Filter" die Variante "Peaking 2nd Order Highpass". In BoxSim nimmt man einfach unter " Verstärker > Aktive Filter" einen Hochpass 2. Ordnung mit f = faux und einem Q von 2 (bzw. niedriger nach Laune).

Mit dieser Methode kriege ich z.B. für einen PAW38 ein f3 von 35Hz in nur 67 Litern BR und die Membran macht auch bei Mörderpegel - NIX ! Da ich bei 100Hz trenne, kann beim Stöpseln und rumprobieren eine Funktionskontrolle nur per Fingertest erfolgen ...

[Azrael]

Stoneeh / CB : http://www.hifi-forum.de/index.php?a...67&thread=1146

Sehr schöner Thread. Den habe ich in der Tat schon mal gelesen und darin als Ezeqiel auch geschrieben.

Nur geht es da um etwas anderes, nämlich um die Tiefbasserweiterung einer CB.

In diesem Thread geht es darum, eine BR-Konstruktion vor allzu großen Hüben unterhalb der Abstimmfrequenz zu schützen. Bisher habe ich das - wo nötig, weil fb vergleichsweise nicht allzu niedrig - immer mit einem Hochpassfilter gemacht. In dem oben verlinkten, von Perry Marshall verfassten Dokument und auch in dem von Christoph verlinkten Thread geht es darum, statt dessen u.a. einen Shelving-Filter zu verwenden.

Da scheint es, dass sich gegenüber meiner bisherigen Methode etliche Millisekunden an Gruppenlaufzeit "einsparen" lassen, ohne dass einerseits die Schutzfunktion nennenswert eingeschränkt wird, und ohne dass andererseits gegenüber meiner Methode die Amplitudenfrequenzgänge groß anders aussehen.

Viele Grüße,
Michael

*edit*:
Klaus' Antwort hatte ich noch nicht gesehen. @Klaus: probiere ich mal aus.

[walwal]

Falls ich schief liege, sagt das bitte:

Hier der Vergleich Hochpass gegen Bassregler (Shelving?)



Hochpass erzeugt mehr GLZ

[Azrael]

(Shelving?)

Möglich wär's, aber keine Ahnung, wie so ein Bassregler arbeitet.

Viele Grüße,
Michael

[mechanic]

Auf jeden Fall erzeugt der "Bassregler" den Peak bei 45 Hz, der Hochpass (welcher Ordnung?) bei 32 Hz, ob das vergleichbar ist?

Mal davon ab, ich habe irgendwann mal gelesen, dass es bei einer Übertragungsfunktion wurscht ist, ob die durch TSP, Gehäusevolumen, Filter, DSP oder sonstwas zustande kommt. Das würde heißen, wenn das Resultat ein identisch steiler Abfall bei der gleichen Frequenz ist (als Summe aller Hochpasscharakteristika) sollte auch die GLZ gleich sein. Ob das stimmt, keine Ahnung.

[Azrael]

Mal davon ab, ich habe irgendwann mal gelesen, dass es bei einer Übertragungsfunktion wurscht ist, ob die durch TSP, Gehäusevolumen, Filter, DSP oder sonstwas zustande kommt.

Yep, das ist auch mein aktueller Stand, halt so lange, wie kein FIR im Spiel ist.

Das würde heißen, wenn das Resultat ein identisch steiler Abfall bei der gleichen Frequenz ist (als Summe aller Hochpasscharakteristika) sollte auch die GLZ gleich sein. Ob das stimmt, keine Ahnung.

Wenn das obige korrekt ist, dann muss das so sein. Krux an solchen Bassreglern wird sein, dass man sie kaum gezielt an welche Boxenkonstruktion auch immer anpassen kann, wenn man nur so ein einfacher Elektronik-Laie ist, wie ich.....

Viele Grüße,
Michael

[walwal]

Was mir auffiel: Die GLZ ist deutlich höher, aber die Flanke "links" ist bei beiden ähnlich, aber auch ich bin kein Fachmann. Aber dass es der GLZ egal ist, ob sie eletrisch oder mechanisch verursacht wird, kann ich bestätigen. Bei Neumann auf der HP findet man Infos zur GLZ im Bass.

[ArLo62]

Aus Wikipedia: Kuhschwanzfilter dienen der Veränderung der Amplituden des Höhen- oder des Tiefenbereiches. Dabei wird der gewünschte Pegel von einer gewissen Frequenz an kuhschwanz- oder peitschenförmig abgesenkt (gedämpft) oder angehoben (verstärkt). Im Falle der Verstärkung ähnelt der Frequenzgang optisch dem Profil eines Festlandsockels: der Pegel wird stetig erhöht und bleibt schließlich auf dem erhöhten Niveau stehen.

Dieser „Sockel“, der durch eine zweite Zeitkonstante gebildet wird, unterscheidet den Gang eines Kuhschwanzfilters von dem eines Hoch- oder Tiefpasses. Im Gegensatz zu diesen wird ein Kuhschwanzfilter zur Frequenzabsenkung und -anhebung verwendet.

https://de.wikipedia.org/wiki/Kuhschwanzfilter?wprov=sfla1

Kann mir nicht vorstellen, dass der Schelf Ursache für die unterschiedliche GLZ sein soll. Oder kann das jemand erklären?

[walwal]

GLZ Vergleich ist nur sinnvoll bei gleichem F-Gang. Und da ist es wurscht, wie man den erreicht.

Neumann schreibt was dazu:

"....Durch Hinzufügen eines Subwoofers lässt sich der Frequenzbereich eines Lautsprechers nach unten erweitern und der Maximalpegel des Systems erhöhen. Der Gruppenlaufzeitanstieg verschiebt generell sich mit fallender unterer Grenzfrequenz zu tieferen Frequenzen hin, wodurch sich gegenüber der Variante ohne Subwoofer eine trockenere Wiedergabe einstellt. Gleichermaßen erhöht sich allerdings durch die Filterung in der hinzugekommenen Frequenzweiche die Gruppenlaufzeit. Der Gesamtverlauf der Gruppenlaufzeit hängt dann maßgeblich von den gewählten Parametern wie Trennfrequenz, untere Grenzfrequenz und Flankensteilheit ab. ..."

[FF]

Falls ich schief liege, sagt das bitte (...)

So richtig vergleichbar ist das aber nicht, oder? Der Peak links liegt bei ca. 45 Hz, rechts bei ca. 35 Hz. Links liegt zwischen Peak und 100 Hz eine Differenz von ca. 4 dB vor, rechts sind es 6-7 dB.

[stoneeh]

Ist mit traditionellen (IIR) Filtern immer ein Kompromiss Schutz vs. Erhöhung der GLZ. Je näher der fb je steiler man den Filter setzt, desto geringer die Huberhöhung unter fb, d.h. desto besser der Schutz; desto größer aber auch der GLZ-Zuwachs im genutzten Frequenzbereich (oberhalb fb). HP vs. Shelv sollte eigtl. bei gleicher Flankensteilheit keinen Unterschied machen.

Mit FIR Filtern ging's ohne Phasendrehung, d.h. ohne GLZ-Erhöhung; bei den niedrigen üblichen Abstimmfrequenzen eines BR wird FIR aber leider unpraktikabel. Weiterer Lösungsansatz für Hublimitierung unterhalb fb ohne GLZ-Erhöhung: DSP mit Excursion-Limiter.


Vll. noch interessant: PA-Anlagen Messung: Betrag, Phase und Laufzeit | Production Partner (production-partner.de)

[walwal]

Ja, ich war etwas schlampig, hier also exakt:



Jetzt ist die Laufzeit fast identisch. Aber der Hochpass hat mehr Phasenverschiebung. Ob das wirklich aussagekrätig ist, weiß ich nicht, zumal die Laufzeit mit dem Bass(Shelving) filter ins negative geht - gibt es so was?

Ich denke, das war nix...

[Azrael]

Ich habe nochmal beide Methoden im VituixCAD-Enclosure-Tool nachgestellt und mal ein paar Screenshots gemacht. Der Filtermethode mit dem LP-Shelv habe ich noch einen 6dB-Hochpass hinzugefügt:

Einstellungen Filterung mit LR4-Hochpass:


Ergebnis Filterung mit LR4-Hochpass:


Einstellungen Filterung mit LP-Shelv und 6dB-Hochpass:


Ergebnis Filterung mit LP-Shelv und 6dB-Hochpass:


Beide Ergebnisse als Overlay übereinandergelegt (gestrichelt zeigt die Filterung mit LP-Shelv und 6dB-HP):


Um mehr sehen zu können macht es Sinn, die Bilder per Kontextmenü in neuen Tabs zu öffnen. Dann kann man auch schön hin- und herflitschen.

Ja, es gibt im Frequenzgang Unterschiede, die sind aber, wie ich finde, geradezu winzig für die Einsparung von hier wohl gut 10 ms Gruppenlaufzeit, fast einem Drittel, wenn ich das richtig sehe.

Viele Grüße,
Michael

[FF]

(...) zumal die Laufzeit mit dem Bass(Shelving) filter ins negative geht - gibt es so was? (...)

Die Gruppenlaufzeit ist die negative Ableitung des Phasengangs, das passt mit deinen neuen Diagrammen zusammen. Danke!