Subsonic-Filter berechnen

Moin Olaf,

lass den Begriff "Güte" bitte mal außen vor - das hat nichts mit "gut" zu tun. Die physikalisch/elektrische Einheit "Q" ist nur der Kehrwert der Dämpfung "d". Und diese bezieht sich immer(!) auf das Gesamtsystem Chassis/Gehäuse/Filter.

Ein LR-Filter eignet sich nur(!) für geschlossene Boxen - nicht für BR.
Du brauchst für BR einen "überschwingenden" HP 2.Ordnung.
Sehr schön simulieren lässt sich das mit WinISD alpha - findest Du kostenlos im Netz.
Dort wird Dir auch die resultierende GLZ etc. angezeigt.

Detlef

Hi,


vielen Dank, habe mir WinISD herunter geladen und ein bisschen simuliert.

Butterworth sieht besser aus als LR, da gebe ich dir Recht.
Wieso meinst du, 12db wäre ideal?

Wäre beim 24db Butterworth die Gruppenlaufzeit zu hoch
Das wären ja ca. 11ms bei 40hz durch das Filter...
Zu der GLZ des Bassreflex-Gehäuses...
Ist das dann schon hörbar als "langsamer Bass" ?

Moin,

die Filtersteilheiten etc. lass bitte auch mal außer acht!

Grundlagen: (jeweils ohne zusätzlichen Filter)
Ein CB hat eine untere "Flankensteilheit" von 12dB/oct.
Ein BR hat eine untere "Flankensteilheit" von 24dB/oct.

Warum Siggi Linkwitz seinen Subsonic-Filter für CB als 12dB/oct dimensioniert hat, kannst Du hier nachlesen.

Detlef

Moin,

also obwohl mein Englisch ok ist, verstehe ich ehrlich gesagt nur Bahnhof bei Linkwitz-Seite...
Habe es versucht, aber ich kann keine brauchbaren Schlüsse daraus ziehen...

Mein BR-Gehäuse fällt mit 24db ab... warum ist hier nun ein HP 2. Ordnung besser als eines 4. Ordnung?

Moin Olaf,

den Siggi brauchst Du nicht zu verstehen - der hat ja auch NT studiert ...
Für Deinen Fall gab es ein kleines Projekt im Forum, die Grundlagen kannst Du Dir dort erlesen.

Detlef

Hi,

Klangfreak (Beitrag #1) schrieb:

... Haben LR-Filter eigentlich immer einen Q von 0,49 ? ...

Ja,
es sind exakt 0.50 (1/2).
Q-Werte sind nur für Filter 2. Ordnung (12 dB/8ve) definiert.
LR-Filter 4. Ordnung bestehen aus 2 Filtern 2. O. mit je Q = 0.707 (1/Wurzel2).

LR-Abstimmungen sind originär nicht als Filter erfunden (Hochpass = Subsonic, Tiefpass, Bandpass, Sperre),
-- da sind sie "schlechter" (weniger ideal) als z.B. Butterworth --,
sondern als Crossover zwischen zwei verschiedenen Kanälen.

Die ganzen "idealen Abstimmungen" sind zwar theoretisch richtig - jedoch domiminieren in typischen Einsatzbereichen von Subwoofern die Raumeinflüsse so stark, dass diese lediglich als Startpunkt brauchbar sind. Statt eines fixen Subsonic-Filters würd ich statt dessen irgendeine Form von DSP empfehlen, und eine optimale Einstellung sozusagen "erspielen".

Eine klassische "Idealabstimmung" ist die Bassreflexbox 6.Ordnung. Hier wird vor die BR-Box (4.Ordnung, 24db/Oct) noch ein Hochpass 2.Ordnung (12db/Oct) mit einer Güte von etwa 2 geschaltet - der auf der Abstimmfrequenz die zugeführte Leistung nahezu vervierfacht. Das ist möglich, weil hier die Membran praktisch kaum Hub macht. Darunter fällt der elektrische Input mit 12db/Oct, der akustische Output mit 36db/Oct ab.

Nur - damit eine definierte Gesamt-Charakteristik (zb Butterworth) herauskommt - muss die Box selbst ebenfalls auf bestimmte Werte abgestimmt sein - die jedoch anders sind, als die "normalerweise" verwendeten. Deshalb auch aus dieser Sicht ein Plädoyer für den DSP.

detegg (Beitrag #6) schrieb:

Für Deinen Fall gab es ein kleines Projekt im Forum, die Grundlagen kannst Du Dir dort erlesen. Detlef

Danke für den Link!
Ich sehe in dem Thread überwiegend Beiträge zur technischen Umsetzung des Filters, allerdings bin ich bei Elektronik absoluter Laie und auf fertige Produkte angewiesen.
Ich habe mir ehrlich gesagt nicht alle 20 Seiten durchgelesen, aber ich konnte jetzt keine Passage finden, wo begründet wird warum ein Subsonic 2. Ordnung "besser" ist als eines 4. Ordnung?
Aber auch bei deinem Filter ist das Subsonic anscheinend mit einem recht hohen Q realisiert, was eine starke Überhöhung nahe des Filterpunktes generiert.
Wozu braucht man das bei BR - Lautsprechern, die spielen doch meistens recht linear herunter... Oder ist das für CB gedacht?
Bringt das nicht eher Nachteile bei der Gruppenlaufzeit?

Mwf (Beitrag #7) schrieb:

LR-Abstimmungen sind originär nicht als Filter erfunden (Hochpass = Subsonic, Tiefpass, Bandpass, Sperre), -- da sind sie "schlechter" (weniger ideal) als z.B. Butterworth --, sondern als Crossover zwischen zwei verschiedenen Kanälen.

Danke für die Erklärung. Spricht ja "eindeutig" nach Butterworth in meinem Fall...

ropf (Beitrag #8) schrieb:

Eine klassische "Idealabstimmung" ist die Bassreflexbox 6.Ordnung. Hier wird vor die BR-Box (4.Ordnung, 24db/Oct) noch ein Hochpass 2.Ordnung (12db/Oct) mit einer Güte von etwa 2 geschaltet - der auf der Abstimmfrequenz die zugeführte Leistung nahezu vervierfacht. Das ist möglich, weil hier die Membran praktisch kaum Hub macht. Darunter fällt der elektrische Input mit 12db/Oct, der akustische Output mit 36db/Oct ab.

Kannst du mir sagen, warum BR als 6. Ordnung ideal ist? Wo ist der Vorteil gegenüber 8. Ordnung?
Ich dachte bislang, dass gerade BR-Boxen ein sehr steiles Hochpassfilter benötigen, da sie unter ihrer Abstimmfreq. quasi kaum noch eigene Dämpfung besitzen....
Und mein Chassi verträgt nur ~4mm Hub...

Bekommt man durch eine Güte von 2 des Hochpasses nicht eine extreme, unlineare Überhöhung im Amplitudengang? Würde das nicht eine "boomige" bzw. "dröhnige" Abstimmung provozieren?
Es geht mir ja schließlich nicht um den maximal erreichbaren Pegel...

Ps. Einen DSP möchte ich nicht, auch wenn er viele Vorteile bietet...
Pps. Der Höhrraum spielt natürlich die Größte Rolle, keine Frage. Den versuche ich mit großen porösen Absorbern einigermaßen zu linearisieren.... Allerdings geht es mir bei dem Subsonic auch primär um den Schutz meiner recht kurzhubigen Basslautsprecher, als um eine akustische Gestaltung.

Rein von den Simulationen mit WinISD, würde bei mir ein "Peaking 2nd Order" mit +2db @40hz am besten passen.

Welchem Q Wert würden die +2db entsprechen?

Klangfreak (Beitrag #9) schrieb:

Kannst du mir sagen, warum BR als 6. Ordnung ideal ist? Wo ist der Vorteil gegenüber 8. Ordnung? Ich dachte bislang, dass gerade BR-Boxen ein sehr steiles Hochpassfilter benötigen, da sie unter ihrer Abstimmfreq. quasi kaum noch eigene Dämpfung besitzen.... Und mein Chassi verträgt nur ~4mm Hub... Bekommt man durch eine Güte von 2 des Hochpasses nicht eine extreme, unlineare Überhöhung im Amplitudengang? Würde das nicht eine "boomige" bzw. "dröhnige" Abstimmung provozieren?

Ich meinte "ideal" nicht im Sinne von besonders gut, sondern ideal Prototypencharakteristik entspechend - zB eben Butterworth. Das funktioniert idR nur mit bestimmten Kombinationen von Q und F der Einzelfilter, wobei die Reihenfolge teilweise vertauschbar ist. Bei einer BR-Box 6.Ordnung gleicht die Überhöhung des Subsonicfilters den Abfall der Box selbst aus, damit sich ein insgesamt linearer Amplitudengang ergibt. Die Box selbst muss natürlich daraufhin ausgelegt werden.

Eine Reihe verschiedener BR-Abstimmungen (und Vieles mehr) findest du in Schwammkrug/Römers "Lautsprecher - Dichtung und Warheit", das es HIER zum kostenlosen Download gibt.

Natürlich kann man noch steiler trennen und noch stärker überhöhen, um noch ein Quentchen mehr Tiefbass rauszuquetschen - aber je "spitzer" die Abstimmung, desto empfindlicher reagiert sie auch auf kleine Abweichungen - und wenn sich dann bei hoher Auslenkung zB. das BL-Produkt ändert - kann es dir passieren, dass sich die Box daran quasi verschluckt .

Und ja - mit steigender Ordnung steigt auch die Gruppenlaufzeitverzerrung. Inwieweit das stört, wird wohl ein ewiger Streitpunkt bleiben - persönlich bevorzuge ich geschlossene Boxen (=2.Ordnung).

Für Filter 2.Ordnung entspricht die Überhöhung an der Eckfrequenz übrigens der Güte. Für +2db brauchst du also ein Q von ~1,26 (= 10^(2/20))

Gegen die tiefsten Raummoden wirst du mit porösen Absorbern recht wenig ausrichten. (imho)

Klangfreak (Beitrag #10) schrieb:

... Welchem Q Wert würden die +2db entsprechen?

Für ein Filter 2. Ordnung Q = ~1.13
Mit dem peak von +2 dB auf 45 Hz gesetzt,
ergeben sich noch ca. +1 dB bei 35 Hz und -3 dB bei 27 Hz.

(gerechnet nach der originalen Analysis von R.H. Small 1972 )

ropf (Beitrag #11) schrieb:

Bei einer BR-Box 6.Ordnung gleicht die Überhöhung des Subsonicfilters den Abfall der Box selbst aus, damit sich ein insgesamt linearer Amplitudengang ergibt. Die Box selbst muss natürlich daraufhin ausgelegt werden. Für Filter 2.Ordnung entspricht die Überhöhung an der Eckfrequenz übrigens der Güte. Für +2db brauchst du also ein Q von ~1,26 (= 10^(2/20)) Gegen die tiefsten Raummoden wirst du mit porösen Absorbern recht wenig ausrichten. (imho)

Vielen Dank für deine Erklärungen und deine Berechnung!

Die Absorber funktionieren natürlich nur bis 60-70hz wirklich effektiv, stimmt schon...

Mwf (Beitrag #12) schrieb:

Für ein Filter 2. Ordnung Q = ~1.13 Mit dem peak von +2 dB auf 45 Hz gesetzt, ergeben sich noch ca. +1 dB bei 35 Hz und -3 dB bei 27 Hz. (gerechnet nach der originalen Analysis von R.H. Small 1972 )

Auch dir vielen Dank!

Zunächst verwirrt es mich, dass ich ein 45hz Subsonic bei einem auf 40hz abgestimmten Gehäuse verwenden soll.
Normalerweise wählt man das Subsonic ja gleich hoch bzw. eher tiefer...
Aber wenn man einen Q-Faktor über >1 hat, gilt das so vermutlich nicht mehr, korrekt?
Da ja nun eine Erhöhung um die Eckfrequenz generiert wird und der eigentliche Abfall erst deutlich unter der Eckfrequenz abfällt!??
Daher "muss" man bei höherem Q-Faktor quasi über der Tuning-Frequenz der Box trennen, damit überhaupt hoch genug abgesenkt wird....!?

Klangfreak (Beitrag #13) schrieb:

... Zunächst verwirrt es mich, dass ich ein 45hz Subsonic bei einem auf 40hz abgestimmten Gehäuse verwenden soll ...

Ich habe mich mit einem Hochpass 2.Ordnung bei bestmöglichem Kompromiss zwischen Anhebung und Subsonic-Filterwirkung an deine Wünsche angenähert.

Ob man dieses Filter jetzt mit
-- 45 Hz (= flaches Anhebungsmaximum),
-- 36 Hz (= Kenn- oder Abstimm-Frequenz, wo der Pegel gleich dem Qt-Wert ist, wie von Ropf angemerkt, aber falsch zugeordnet),
-- 33 Hz ( = die 0 dB-Linie wird gekreuzt)
oder
-- 27 Hz (dem -3 dB-Punkt des Hochpasses, gelegentlich auch als Eckfrequenz bezeichnet)
benennt, kann man diskutieren ...

Wenn diese Frequenzen dichter beeinander liegen sollen, muss ein Filter höherer Ordnung her.

Bei üblichen Filtern ohne Anhebung (= Butterworth) gibts diese Unterscheidungen nicht, für LR ist allerdings der -6 dB Punkt als Eckfrequenz definiert.

Mwf (Beitrag #14) schrieb:

Ich habe mich mit einem Hochpass 2.Ordnung bei bestmöglichem Kompromiss zwischen Anhebung und Subsonic-Filterwirkung an deine Wünsche angenähert. Ob man dieses Filter jetzt mit -- 45 Hz (= flaches Anhebungsmaximum), .... -- 27 Hz (dem -3 dB-Punkt des Hochpasses, gelegentlich auch als Eckfrequenz bezeichnet) benennt, kann man diskutieren ...

Vielen Dank.
Ich denke auch, dass es schon ganz gut passen könnte.

Mwf (Beitrag #14) schrieb:

Wenn diese Frequenzen dichter beeinander liegen sollen, muss ein Filter höherer Ordnung her.

Wenn das Filter 4. Ordnung wäre und +2db bei ~40hz generieren sollte, wie wäre dieses definiert?
Über den Q-Faktor geht das nicht mehr, oder?

Ich könnte mir nämlich vorstellen, dass -3db bei 27hz wie beim 12db-Filter etwas zu wenig filtern würde, da der Treiber nur +-4mm Hub verträgt....

Hier ist übrigens mal der Frequenzgang meines Gehäuses:
http://www.lansinghe...5-everest/page10.jpg

Klangfreak (Beitrag #15) schrieb:

... Wenn das Filter 4. Ordnung wäre und +2db bei ~40hz generieren sollte, wie wäre dieses definiert? Über den Q-Faktor geht das nicht mehr, oder? ...

Analog-Filter 4. Ordnung werden praktischerweise aus 2 hintereinandergeschalteten Filtern 2. Ordnung mit jeweils eigenem Q generiert.
Die klassische Berechnung kennt für Filter mit gewünschter /erlaubter Welligkeit sog. "Tschebyschef"-Filter, die allerdings bei 4.O. auf zwei Peaks mit dip dazwischen hinauslaufen.

Geschlossene Formeln für Kurven mit nur 1 peak wurden für Baßreflexgehäuse (= Systeme 4.O.) entwickelt ("BB4" n. Hoge /AES), die sind aber hier nicht direkt anwendbar.
Prinzip ist es, ein stark peakendes Filter mit einem dämpfenden Filter so zu kombinieren, sodass ein einzelner rel. schmaler, gedämpfter Peak zurückbleibt, aber die Steilheit beider Filter sich summiert.

Leider kenne ich keine flexiblen online tools für 4.O. ,
Aber 2.O. lassen sich schön hier simulieren:
http://sim.okawa-denshi.jp/en/OPseikiHikeisan.htm

("Sallen-Key High-Pass";
zur Beschleunigung Frequenzgrenzen eingeben z.B. 15 - 500 Hz und ausschließlich "Frequency analysis" und "Bode diagram" anwählen).

und dann per Hand zusammenrechnen.

Das hab ich mal gemacht (*),
mit - einfachheitshalber - den Konstanten für beide Filter:
-- fc = ~36 Hz
-- C1 = C2 = 470n (Farad)

1. das "dämpfende" Filter mit L-R Charakteristik (Q = 0.50) und R1 = R2 = 9.4k (Ohm), ergibt bei 40 Hz ca. -5.4 dB

2. das peakende mit R1 = 2.0k, R2 = 44k (Ohm),
ergibt Q = 2.34 mit 40 Hz = +7.4 dB

Voila !

-----------
(*) = als Altersrentner habe ich für solche Spielchen gelegentlich Zeit,
quasi "con amore" ,
aber wie willst du das als Laie realisieren, mit -- PA-gemäß -- symmetrischen Ein- und Ausgängen etc. ?
Da kommt heutzutage doch ein Fertiggerät mit DSP in Frage und dann:
Highpass bei 35 od. 40 Hz plus EQ-Boost um 45 Hz ... fertig.

Vielen Dank erstmal für deine ganze Mühe!!

Vorweg; das Filter würde ich mir bauen lassen, ich selbst kann so etwas nicht. Ich muss demjenigen nur die Trennfreq. etc. nennen...
Das ganze wird auch unsym. ausgelegt, da meine Anlage eh auf Chinch basiert...



Zwei unterschiedliche Filter 2. Ordnung so zu kombinieren, dass der gewünschte Amplitudengang heraus kommt funktioniert ganz gut.
Selbst mit WinISD....
Habe dort einfach folgende zwei Filter kombiniert:
* Butterworth mit -3db @ 40
* Peaking 2. Order HP mit +4db @ 40hz und -3db @ 25hz
-------------------------------------------------------------------------------------
Ergibt zusammen +2db bei 40hz und -3db bei 32hz


Aber die viel wichtigere Frage; wie klingt so ein zusammen gebasteltes Filter überhaupt am Ende!?
Ich meine, dass eine Filter hebt an wo das andere absenkt. Die Filter arbeiten teilweise "gegeneinander"... gibt das nicht richtige Phasenprobleme oder andere Nachteile

Klangfreak (Beitrag #17) schrieb:

... Die Filter arbeiten teilweise "gegeneinander"... gibt das nicht richtige Phasenprobleme oder andere Nachteile :?

Nein.
Weil das ganze rein auf der Signalverarbeitungsebene (Line-Level) erfolgt, nicht im Power-Bereich, sind Probleme (interner Overload, Rauschabstand) mit etwas Umsicht schad- /nachteils-los lösbar.

Phasen- /Zeit-Probleme gibts nicht bzw. nicht unerwartet /geheimnisvoll und auch gehörmäßig (noch) nicht relevant, da die Filter hintereinander (additiv/subtraktiv) arbeiten.
Eine Audio"kette" wie sonst auch, wo z.B. die Klang-Eigenschaften einer Komponente durch eine andere spiegelbildlich neutralisiert werden können.
(das gilt aber eher nicht für Lautsprecher - Raumakustik)

Alles klar, vielen Dank!

Ich weiss, die Frage wird konträr diskutiert...
Aber macht sich die um etwa ~20ms erhöhte Gruppenlaufzeit durch das Filter akustisch bemerkbar? Also "hinkt" der Bass dadurch hinterher?

Bei zu tief angesetzten Tiefpassfiltern von Subwoofern hatte ich dieses Problem immer... dürfte beim Hochpass/Subsonic bei meinen Standboxen ja eigentlich nichts anderes sein, oder!?

Welches (einfach aufgebaute) OP Amp Filter hat bitte schön 20ms ???
20ns, das kommt eher hin

Und selbst wenn, 20ms entsprechen genau einer Periode einer 50Hz Schwingung... Diesen zeitlichen Versatz wirst du, gerade in einem Raum, nicht feststellen können. Die Wellenlänge liegt dabei nicht selten so (un-)passend genau zusammen mit einem der Raummaße, sodass durch Moden etc. der Klang eh total versaubeutelt wird...

Ein zu tief angesetztes TPF macht nur eines: Eine Lücke zu den Tops, da merkt man dann tatsächlich dass etwas "fehlt". Aber hinterher hinken sollte da eigentlich nichts.

Was sind das denn für Subwoofer und welche Weiche hängt dran?

Aber die viel wichtigere Frage; wie klingt so ein zusammen gebasteltes Filter überhaupt am Ende!?

nicht vorhersagbar,
da letzlich in die Übertragungsfunktion der Raum/Aufstellung/Hörplatz mit hineinspielen.
zB
Wenn du einen Raum mit einer Resonanz in der Gegend von 40Hz hättest,
könnte das 'Q' des Gesamtsystem auch über 10 liegen.
In dem Fall würde man eher oberhalb von 40Hz filtern und Anhebungen
in den Bereich zwischen die untere und der am nächsten drüberliegende Resonanz legen.

Ein einstellbares Filter wäre also von Vorteil.

edit:
Konstruktion von BR 6. Ord. bitte mal nach Jörg Panzer suchen

http://audiocreativ....ath=59&product_id=80