Was sind Verzerrung und deren Einfluss im Tiefstbass?

Einer meiner relativ wenigen Forumsaktivitäten @ CarHiFi soll sich damit Beschäftigen was Klang ist und welche Auswirkungen er im Tiefstbass haben kann. Dieser Beitrag soll in erster Linie für erfahrener HiFi-User interessant sein, und zu neuen, anderen denken einer HiFi-Kette anregen. Für Diskussionen bin ich nachwievor offen.

Wir meinen, dass Instrumente einen Klang habe und unterscheiden darin Klavier von Trompete, Flöte oder anderen Instrumenten.

Warum?

Das liegt darin, dass sie eine Grundresonanz haben und durch verschiedene Oberwellen einen instrumentypischen Klang erzeugen.
Details zu Oberwellen von verschiedenen Instrumenten findet man im WWW. Kann ein Lautsprecher zum Instrument werden?

Für weitere Erklärungen möchte ich mal dieses weniger interessante Instrument Vorstellen:



Eine Fahrradhupe;-)

Diese hat einen Gummiball um den Luftdruck zu erzeugen, eine Verengung mit einem Metalblättchen, dass bei Luftdurchströmung vibriert und einen hyperbolischen Horntrichter um den Schalldruck zu lenken und zu verstärken.

Ermittle ich unmittelbar vor dem Hornmund den Frequenzengang, ergiebt sich folgender Verlauf:



Wir sehen eine Grundresonanz bei 900 Hz und mehrere Oberwellen, welche ein vielfaches der Grundresonanz entsprechen.
Wie man erkennen kann, entsprechen die Resonanzen:
Grundresonanz mal 2
Grundresonanz mal 3
Grundresonanz mal 4
.
.
.
usw.

Daraus ergiebt sich ein bestimmter Klang dieser Hupe.

Das schwächste Glied in einer HiFi-Kette ist der Lautsprecher und der Höhrraum, wobei ich mich hier auf erstes beschränke;-)

Dieser Beitrag soll sich in erster Linie mit den Verzerrungen von Lautsprechern im Tiefstbass beschäftigen und deren Verhalten auf unser "Klangempfinden", bzw. Meinugsbildung.
Ideal gesehen sollte ein Lautsprecher genau das wiedergeben, was das Eingangsignal vorsieht.
Real tut er dieses ebend doch nicht. So kommen verschiedene Klangcharaktere zusammen.

Die interessante Frage in diesem Beitrag soll lauten,
"Kann ein Lautsprecher/Subwoofer bei hohen Anregungspegeln, Verzerrungen erzeugen die ein bestimmtes Klangempfinden auslösen?"

Wenn ich mir CarHiFi-Foren ansehe, finde ich Definitionen von "schnellen Bass", "trockener Bass" usw.
Dieser Eigenschaft werden z.B. höhrbare Verzerrungen zugeschrieben!
Unser Ohr lässt sich leicht täuschen, z.B. Stichwort "akustische Täuschung".

Ein 20 Hz Signal ist normalerweise so gut wie unhöhrbar und bei entsprechender Luftverschiebung nur körperlich warnehmbar.



Trotzdem können wir teilweise solch tieffrequente Signale auch höhren.

Das will ich bei meinen Dipolen zu Hause darstellen.

In einer Nahfeldmessung erzeugt einer meiner Dipole diesen Frequenzgang:




Diese sind also nach oben ziemlich steil flankig getrennt. Der Pegel liegt bei 100 Hz schon bei -40 dB gegenüber dem maximalen Pegel!

Die erste Messung findet mit 20 Hz Sinus und 2 Volt statt.
2 Volt entsprechen hier bei 4 Ohm, einem Watt. Beide Dipole sind so verschalten, dass die gesamte Anschlussimpedanz 4 Ohm entspricht. Das Messmikro steht auf Höhrposition, also 1,8 m von L und 1,5 von R.
In der Wiedergabe sollten also nur die 20 Hz zu erkennen sein;-)



Die Messung sieht soweit auch sehr sauber aus. Mann erkennt sehr gut die 20 Hz Wiedergabe.
Die 60 und 120 Hz Spitze sind meinen PC-Netzteil zu verdanken, welches sich in unmittelbarer Nähe befinden;-(

Gleiches 20 Hz-Signal mit 30 Volt Eingangspannung an den Dipolen, was auch schon knapp über der Grenze der Leistung meines Aktivmoduls liegt.



Die einzelnen Verzerrungskomponenten (40, 60, 80, 100 120, 140, 160, 180, 200,...Hz) sind soweit angestiegen, dass sie bis weit über die eigentlich Trennfrequenz Pegel erzeugen.
Sie liegen damit schon sehr gut im höhrbaren Bereich und entscheiden damit wesentlich über die klanglichen Eigenschaften des Lautsprechers.

Der Hub meiner einzelnen Lautspecher ist dabei schon äusserst enorm, und das Aktivmodul knapp über der Leistungsgrenze.
An solchen Verzerrungskomponenten hat nicht nur die Wiedergabe-Kette Schuld, sondern auch wackelnde oder vibrierente Gegenstände welche sich in unmittelbarer Nähe befinden.

Es ist nicht nur der Frequenzgang am Klangempfinden Schuld.
Die einzelnen Klirrkomponenten sind nicht nur den Lautsprechern zu verschulden, sondern liegen am Gesamtergebnisse von allen Komponenten:
Lautsprecher, Verstärker, Luftkomprimierung, vibrierente Gegenstände,...

Wollen wir einen Subwoofer entwickeln, der frei von eigenen erzeugten Klangeinflüssen/ Verzerrungen ist, sollte man auf jedenfall mit das Verzerrungsverhalten berücksichtigen.
Dazu gibt es teilweise schon verschiedene Ansätze...

[Speed Racer]

schöne darstellung des sachverhalts... das hat mich auch mal wieder etwas weitergebracht!

ja, das mit dem "schnellen/langsamen bass" hält sich hartnäckig, wobei es häufig einfach auch nur ne floskel ist, weil man eben nicht den gesamten sachverhalt erklären kann/will...

meine erfahrung ist, dass die richtige ankopplung des woofers (in bezug auf die trennfrequenz und die laufzeit) an das frontsystem entscheident ist, ob man den woofer als präzise oder eben nicht empfindet.
die "schnelligkeit" wird ja häufig auch eher aus dem "kick" abgeleitet, der ja eher nen effekt im oberbass-bereich ist und entsprechend auch im "mischbereich" mit dem TMT liegt..

[wing]

Schöner Beitrag, jedoch könnte ich mir vorstellen,dass sich manche "Praktiker" auf die Füße getreten fühlen, weils halt doch mitunter schnelle und eher fett spielende Woofer gibt. Flankensteilheit, usw. ausenvor gelassen.

MFG

[Speed Racer]

"fett" und schlank hat nichts mit präzise zu tun... mein ehemaliger Pro300 spielte auch auf den punkt genau, aber halt fett... das würde ich persönlich dem hohen membrangewicht zuschreiben.. also quasi nen einfluss der massenträgheit, der zu ner eher "punchigen" spielweise führt.
meim jetziger Nova MDS hat ne extrem leichte membran und spielt schlanker, aber genauso präzise.
...oder halt eben nicht, wenn er falsch angekoppelt wird!

[Palo]

Also ich verstehe nur Bahnhof xD ne mal ernst ziemlich schwer für mich als Laien das zu verstehen, aber das hast du ja oben auch schon gesagt.

Aber Einwandfrei verfasst. Stark. Ich les einfach mal weiter im stillen mit

[wing]

@ Speedracer
Hatte ja auch nicht behauptet, dass fett gleich unpräzise ist. Das kam aber in dem Beitrag so raus, als wäre da alles nur ne Ankopplungssache.

MFG

Moin, moin

Der Urschleim: Was soll eine Lautsprecher machen?

Er soll ein elektrisches Signal in ein akustisches Signal Umwandeln.
Die Frage dazu kann nicht lauten, wie der Lautsprecher dabei klingt.
Die richtige Frage währe, welche Fehler dieser bei der Umwandlung macht?
Ab wann sind solche Fehler wahrnembar und bis wohin ertragbar?
Für eine gesamte Beurteilung sollten alle Komponenten einzeln und gesamt: Elektronik, Lautsprecher, Raum, Höhrposition berücksichtigt werden
(ja und das ist, wenn man es richtig machen will sehr aufwendig).

Eine Verzerrungsmessung ist dabei ein Kriterium, dass dabei untersucht wird.
Die mir in erster Linie wichtigsten Kriterien sind: Frequenzgang, Klirrfaktor/Verzerrung, Nachhall (wie lange ist der Schall in einem Raum/Höhrposition warnehmbar).
Ich beziehe mich hier erstmal weitestgehend nur auf Verzerrungen.

Deren Zusammensetzung besteht aus mehreren einzelnen Komponenten, welche sich zu einer Gesamten, also k2, k3, k4, etc. zusammensetzten und mit zunehmenden Anregungspegel ansteigen.

"Allgemein anerkannt" gelten Verzerrung als nicht wahrnehmbar, wenn diese kleiner 1% ( -40dB) von dem Anregungssignal betragen.
Sie sollten also mindestens 40 dB kleiner als das Anregungssignal sein.

Für:
10 % = -20 dB
3% = -30 dB
1% = -40 dB
0,3% = -50 dB
0,1% = -60 dB

Es dürfte aber woll den meisten schwerfallen, 40 Hz von 20 Hz zu unterscheiden.
Wirklich interessant werden Verzerrungen, die sich in einen leichter höhrbaren Bereich verschieben.

Bei dem von mir oben abgebildeten Beispiel dürften die unteren Verzerrung woll an die 100 % liegen. Möglich, das die Schwingspule dabei schon komplett aus dem Magnetspalt herausgetretten ist. Angeschlagen sind sie aber nicht;-)

Wie gut man Verzerrungen war nehmen kann, könnt ihr hier mal testen,-)
http://www.klippel-listeningtest.de/lt/startformular.php

Als ich letztens den Artikel "Hochtöner Legenden" in der aktuellen Car&HiFi überflog, war ich doch sehr überrascht. Klirrmessungen, die genau diese Sache hier beschreiben!
Währe schön, wenn sowas beibehalten wird und noch Impedanz und Zerfallmessungen dazu kömmen...

[SlidereR]

Hab den Test bis -21db geschafft, bei -24 hat sich beides gleich angehört.

Natürlich die laustärke nicht erhöht.

Echt verblüffend.

[PhilippJ_YD]

Beim Oktavtest bin ich grade auf -42db vorgerückt. Leider bin ich dann an der -45 gescheitert und dann ne ganze Strecke zurück gefallen. Scheinbar war an vielen Stellen mehr die Intuiton als die Wahrnehmung korrekt.

[SlidereR]

Bis -42 ?

Hast du dann deine LS lauter gemacht?
War wohl viel Glück dabei!