Beste Lautsprecherweichen-Topologie (aktiv) ?

[Darakon]

Nabend Forum,

das Thema wurde bereits in der Vergangenheit in verschiedenen Foren besprochen. Allerdings meistens zu passiven Weichen, die ja relativ viele Limitierungen besitzen.

Daher meine Frage jetzt im Bezug auf aktive Frequenzweichen:
Welches ist die best-klingende Weichentopologie, wenn man keine Beschränkungen mehr hat?
Heißt, die Filter beliebig steil gewählt werden könnten und linear-phase auch möglich ist ?

Würdet ihr andere Filter-Arten zwischen TT und MT (getrennt bei ca 300Hz) wählen als bei der Trennung zwischen MT und HT (x-over @ ~ 3kHz)


Viele Grüße
Matthias

[Slaughthammer]

Welches ist die best-klingende Weichentopologie, wenn man keine Beschränkungen mehr hat?

Diejenige, welche das beste Abstrahlverhalten erzeugt. Das wiederum ist auch Situationabhängig, von daher ist eine pauschale Antwort nicht möglich.

Gruß, Onno

[mechanic]

Hallo Matthias,
ich gehe i.d.R. mit LR4 an den Start. Und dann kommt es oft anders. Beispiele:

- der tief getrennte Subbass bei 100Hz geht nach oben lustig weiter, also Sprecher 0dB + TP24dB = 24dB akustisch

- oben drüber fällt der MHT aus der Gehäuseabstimmung mit 12dB ab, also LR2, damit Sprecher 12dB + HP12dB = 24dB akustisch

- bei meinen fast echten D´Appos (Pflegefälle) hat am Ende TP und HP 18dB Bessel am besten funktioniert.

Da ich mit analogen Weichen arbeite, ist die Änderung der Charakteristik immer mit Löten verbunden (Trennfrequenz per Steckmodul). Also muss vorher gut überlegt werden ...

[Darakon]

Welches ist die best-klingende Weichentopologie, wenn man keine Beschränkungen mehr hat?

Diejenige, welche das beste Abstrahlverhalten erzeugt.

Gruß, Onno

Achso !  

Zum Glück sehe ich, das wenigstens mechanic meine Frage verstanden hat. 

Vielleicht hätte ich mich aber auch besser ausdrücken müssen:
- Mit welchen Filtern fangt ihr häufig an zu simulieren (zB in VituixCAD) ?
- Und welche Filter geben am Ende (häufig) messtechnisch und vom Höreindruck das beste Resultat?
(klar, können nicht immer die selben sein)

Interessant finde ich, dass viele (ich auch) häufig immer noch auf LR-Filter, Bessel,.. zurückgreifen, die eigentlich aus der analogen Welt kommen und wahrscheinlich hauptsächlich aus Gewohnheit in die digitale Welt übertragen worden sind. 

Das ausprobieren und austüfteln macht mir eigentlich recht viel Spaß. Und gefühlt kommen auch sehr gute Ergebnisse heraus. Nur der Weg dorthin ist viel Trial-and-Error.
Daher frage ich hier, was gerade so 'State-of-the-Art' ist (besonders wenn man alle Möglichkeiten einer DSP hat), um evt. neue Wege auszuprobieren oder um schneller ans Ziel zu kommen.

Ich gehe momentan meistens so vor, dass ich recht viele unterschiedliche Frequenzübergänge mit VituixCAD simuliere und dann die 2 oder 3 Vielversprechensden feintune.
Diese 3 übertrage ich dann auf den DSP und höre sie gegeneinander. Und gehe dann in die nächste Schleife.

[Kalle]

Hallo Matthias,
ich habe zur Zeit nur Zweiwegesysteme, die Simulation mit Vituix-Cad benutze ich dafür nicht. Zuerst beginne ich mit Messungen mit REW und wähle da mir sinnvolle Filterfrequenzen, beginnend mit 24 db LR, um dann oft mit EQ Shelf-Filter den Frequenzgang grob gerade zu bügeln. Jetzt folgt Pobehören, Messungen, weiter EQ Eingriffe und zum Schluß nach weiteren Linearisierung die Frequenzweiche zu ändern bis es passt.
Butterworth, Bessel und LR Filter sind nicht veraltet sondern ganz einfach mathematische Funktionen, die mit DSP immer noch Sinn machen. Bei meinem Hornsystem, FaitalPro 15PR400, JBL 2344 und BMS4550, habe ich mit 1 kHz und 24db LR begonnen, bin von 6db bis 48db gewandert umd schließlich bei 800Hz und Besselfilter zu landen, nach messen und vielem probehören.
Mit FIR habe ich mich noch nicht beschäftigt, weil ich jetzt erst mal das gefundene Setup genieße.
Wichtig ist was Onno oben angesprochen hat, man sollte die Trennfrequenz nach Möglichkeit bei möglichst gleichem Abstrahlwinkel beider Chassis wählen um ein kohärentes Klangbild zu erreichen.
Manche Hornfans klammern sich an den Trennfrequenzen der Treiberdaten fest, die sind aber auf Sicherheit bei größtem Schalldruck ausgelegt. Aber bei mir am Hörplatz wird es schon bei satten 95db kritisch .... und da laufen diese Chassis gerade mal im "Leerlauf". Deshalb gehe ich oft auch auf die akustisch niedrigste sinnvolle Trenfrequenz herunter.
Die mit dem DSP erreichbaren steilen Trennfrequenzen sind für eine PA sinnig, klingen zu Hause aber nicht so gut.
Just meine 4Cent zu diesem Thema.
Auf Wunsch kann ich mal die graphische Darstellung der Filterfunktionen hier als Beispiel hineinsetzen.
Gruß Kalle

[Darakon]

Ich will nicht sagen, dass Butterworth-, Bessel- und LR-Filter veraltet sind, die Bezeichnungen kommen aber aus der analogen Welt.

Ich versuche mal die Filter zu klassifizieren.

Butterworth 1. Ordnung (But6) und 1st order -Filter sind das selbe, nur andere Bezeichnung.
But6 = 1st Order 

Ein 2nd Order Filter mit Q=707 ist das selbe wie ein Butterworth 2. Ordnung (But12)
But 12 = 2nd Order Q=0,707

Butterworth 3. Ordnung (But18) = 1st Order Filter + 2ndOrder Filter mit Q=1
Butterworth 4th order (But24) = 2nd Order mit Q=0,541 + 2nd Order mit Q = 1.31 
Butterworth 5th order (But36) = 1st order + 2nd order mit Q = 0.618 + 2nd Order mit Q of 1.618

2 in Reihe geschaltete 1st order Filter ergeben einen 2nd Order Filter mit Q=0,5, was wiederum identisch ist mit einem Linkwitz-Riley-Filter 2. Ordnung (LR12)
LR12 = LR2 = 2 x 1st Order = 2nd Order mit Q=0,5
LR24 = LR4 = 2x But12 = 2x 2nd Order mit Q=0,707 
LR48 = LR8 = 2x But24

Warum ist das alles wichtig?
Zum einen zeigt sich, dass es gar nicht so viele verschiedene Filter-Typen gibt, sondern nur sehr viele verschiedene Bezeichnungen.
Zum anderen scheint sich so ziemlich jeder klassische Filter mit einer Kombination aus 1st order und 2nd order Filter mit variablen Q nachbauen zu lassen*.
Was wiederum wichtig ist, wenn die DSP, die man benutzt, Butterworth nicht als direkte Eingabe hat.

*zu 'Bessel' hab ich nichts gefunden. Falls wer weiß, wie und ob sich Bessel mit 1st und 2nd order Filtern nachbauen lässt, bitte ergänzen.

[wgh52]

Die Frage nach der besten Topologie läßt sich meiner Erfahrung nach nicht allgemeingültig beantworten. Meine Erfahrung zeigt mir, daß für jede verschiedene Treibernkombination eine andere Topologie optimal sein kann.

Für mein derzeitiges (Schneckentempo-)Projekt plane ich so vorzugehen wie Kalle es andeutet: Die Übergänge werden sich an den Richtwirkungen der Chassis orientieren um auf gleichmäßiges Verhalten auf Achse und unter Winkel zu optimieren. Das zunächst auch mit IIR Weichen, inwieweit mich FIR dann weiterbringt werden spätere Experimente zeigen.

In der Vergangenheit habe ich bereits sehr erfolgreiche Konzepte mit FIR Weichen, FIR Pegel- und Phasenlinearisierung und IIR Raumanpassung gemacht, und zwar mit DEQX PDC-2.6p 3-Weg DSPs. Die FIR Tap Anzahl ist ein wichtiges Kriterium bei FIR Filtereinsatz und da ist miniDSP (Flex und andere), inbesondere bei 96kHz Samplerate dann doch eher limitiert, so daß ich da momentan bei IIR Filterung bleibe.

[Darakon]

Hallo Winfried,

ich hatte auch schon mit linear-phase Filtern als Frequenzweiche einiges ausprobiert.
Ich meine auch, dass es klanglich minimal besser klang als IRR Filter.

Allerdings hatte mich selbst nach Optimierung noch die Latenz gestört (über apoEQ).
Ab ~30ms Latenz empfinde ich diese als störend beim Filme schauen.
Vielleicht gibt es aber auch bessere Wege mit linear-phase Filtern zu arbeiten mit weniger Latenz.

Grüße
Matthias

[wgh52]

Matthias,

Es gibt verschiedene Ansätze zur FIR Filter Latenzreduktion. Eine, die DEQX bisher machte ist, FIR Filter erst ab ca. 400Hz, also oberhalb des für Raummoden relevanten Bereiches einzusetzen. Damit kam ich gut zurecht, weil darunter Raumanpassung mit IIR PEQs gut ging, subjektiv war Lippensynchronität noch gegeben. Geht man mit FIR bis 20Hz herunter bekommt man Latenzen im hunderte Millisekunden Bereich (Beispiel Acourate).

[schrottie]

*zu 'Bessel' hab ich nichts gefunden. Falls wer weiß, wie und ob sich Bessel mit 1st und 2nd order Filtern nachbauen lässt, bitte ergänzen.

Das Handbuch zum Hypex Filter Designer gibt darüber Auskunft.

Für mich ist der Standardfilter schlechthin ein Butterworth Filter 2. Ordnung. Kommt wohl daher, dass er bei analogen Weichen oft einen guten Kompromiss aus akustischem Ergebnis, Notwendigkeiten der Treiber und vertretbarem Bauteileaufwand bedeutet. 

Aktiv nehme ich gerne etwas steiler es, weil in meinem Kopf die Formel steiler=besser existiert - natürlich ohne, dass ich das begründen kann 

[Darakon]

*zu 'Bessel' hab ich nichts gefunden. Falls wer weiß, wie und ob sich Bessel mit 1st und 2nd order Filtern nachbauen lässt, bitte ergänzen.

Das Handbuch zum Hypex Filter Designer gibt darüber Auskunft.

Vielen Dank für den Hinweis!

Das Hypex Handbuch ist tatsächlich die beste Zusammenfassung, die ich bisher gesehen habe, zum Thema klassische Filter <-> Biquads.

In meinen Trial-and-Error Frequenzweichen-Designs in Vituix CAD, hatte ich festgestellt, das zwei 2nd Order Filter mit unterschiedlicher Eck-Frequenz und unterschiedlichen Q's oft gute Resultate bringen auch bzgl der Phasenlage.

Hatte schon gedacht, ich hätte was neues erfunden und könnte es 'Darakon-Filter' nennen. Jetzt weiß ich, dass ich nur zufällig den Bessel-Filter durch wildes ausprobieren noch mal erfunden habe.  

Ich habe die Infos aus dem Handbuch noch mal übersichtlich zusammengefasst, da ich es bisher noch nirgendwo im Netz in diese Form gefunden habe:

   

[Kalle]

*zu 'Bessel' hab ich nichts gefunden. Falls wer weiß, wie und ob sich Bessel mit 1st und 2nd order Filtern nachbauen lässt, bitte ergänzen.

Das Handbuch zum Hypex Filter Designer gibt darüber Auskunft.

In meinen Trial-and-Error Frequenzweichen-Designs in Vituix CAD, hatte ich festgestellt, das zwei 2nd Order Filter mit unterschiedlicher Eck-Frequenz und unterschiedlichen Q's oft gute Resultate bringen auch bzgl der Phasenlage.

Hatte schon gedacht, ich hätte was neues erfunden und könnte es 'Darakon-Filter' nennen. Jetzt weiß ich, dass ich nur zufällig den Bessel-Filter durch wildes ausprobieren noch mal erfunden habe.  

Ich bin durch ausprobieren aller, fast aller, miniDSP Filterfunktionen dahin gekommen. Ich werde demnächst meine Mangerkombi auch über miniDSP ansteuern, ab Werk passiv Bass 18db BW, MSW 6db. Mal sehen wo ich dann lande. Grund, mein SAC analoge Aktiv-Weichen-Verstärker-Kombi spielt immer noch super trennt ungesund zu tief.
Gruß Kalle