What Show Jump Response, Group Delay And Phase Response?
Die Sprungantwort eines Lautsprechers wird im Allgemeinen mit dem Aspekt der Zeitrichtigkeit verknüpft. Man kann zwar bei der Sprungantwort, wie auch bei jedem anderen Signal, den Aspekt Zeit mathematisch extrahieren, die Aussagekraft der Sprungantwort auf diesen Aspekt zu reduzieren, geht an der Wirklichkeit jedoch gänzlich vorbei. Die Sprungmessung ist keine Messung des Zeitverhaltens. Sie ist eine Messung des Signalverhaltens. Der Graph der Sprungantwort setzt die aus dem Schalldruck durch die Wandlung per Mikrofon gewonnenen Spannungswerte in Beziehung zu ihrer zeitlichen Folge, gleich so wie bei der Verwendung anderer Signalformen oder von Musikpassagen. Weiterhin gilt: Die Sprungantwort beinhaltet den Frequenzgang des Übertragungssystems, ebenso wie alle anderen extrahierbaren Parameter. Nicht alle Parameter sind optisch differenzierbar, aber sie sind dennoch darin enthalten. Wenn man das Verhalten eines Lautsprechers bei hohen Lautstärken oder unter verschiedenen Abstrahlwinkeln beurteilen will, kann man dies ebenfalls mit Hilfe der Sprungmessung tun.
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Das Wandlerverhalten eines Lautsprechers aus Frequenz- und Phasengang zu interpretieren, ist wesentlich weniger aussagefähig. Das liegt schon in den Annahmen und Ausschlüssen begründet, die diesen Messmodellen zugrunde liegen. Es ist leicht mit jeder beliebigen Signalform / Klangstruktur nachzuweisen, dass ein Lautsprecher mit deformierter Sprungantwort auch andere Signale verzerrt und dass ein Lautsprecher mit einer Sprungantwort ganz nahe dem Idealverlauf auch jedes andere Signal sehr genau wandelt. Unser Trommelfell nimmt durch diese Abweichungen im Druck-Zeit-Verlauf ein dementsprechendes Klangbild wahr.
Die mit Abstand größten Fehler machen Lautsprecher bei der Wandlung einer dynamischen Signalstruktur. Fehler und Nichtlinearitäten, die wir in einem Frequenzgangdiagramm erkennen, spiegeln sich auch in der Sprungantwort wieder. Fehler und Nichtlinearitäten, die wir bei der Messung des Phasenganges oder der Gruppenlaufzeit sehen, spiegeln sich ebenfalls in der Sprungantwort wieder. Und wenn wir genügend Energie in den Sprung geben, sehen wir auch die Kompression und die Verzerrungen eines Wandlers. Das gilt übrigens auch für Verstärker. Hier kann man auch sehr gut das Eingreifen und die Charakteristik von Schutzschaltungen sehen. Aber vor allem steht die Sprungantwort für das Verbindende, für die Gesamtdarstellung vieler anderer Messungen. Ein Lautsprecher mit einer deformierten Sprungantwort hat niemals eine konstante Gruppenlaufzeit oder einen gleichmäßigen Phasenverlauf. Zudem ist die Sprungmessung das einzige Messsignal, das die Wandlerqualität eines Lautsprechers komplex darstellt und zugleich auch noch relativ weit verbreitet ist. Die Sprungantwort ist somit für die Bewertung der großen Zahl an Lautsprechermodellen bestens geeignet.
Jeder Fachmann weiß, dass ein Lautsprecher, der richtig wandelt, zwangsläufig eine korrekte Sprungantwort kann, dass er demzufolge auch jedes beliebige Input-Signal in ein gleiches Output-Signal wandeln kann, egal, ob ein Sinus oder eine andere Signalform. Und wenn der Lautsprecher dies kann, und nur dann, so kann er ein Musiksignal richtig wandeln. Kein Lautsprecher, der eine verzerrte Sprungantwort abliefert, ist in der Lage Input = Output zu erfüllen, das heißt Musiksignale unverzerrt, korrekt wiederzugeben. Die Sprungantwort hat ihren gleichmäßigen Verlauf NUR dann, wenn:
In den genannten Fällen gilt der Umkehrschluss nicht! Ein linearer Frequenzgang weist nicht auf eine richtige Sprungantwort hin. Ein gleichmäßiger Phasengang ebenfalls nicht. Damit ist "richtig wandeln" nicht gewährleistet! ABER: Wenn der Phasenfrequenzgang stimmt (ohne Phasendrehungen an den Übernahmen) und das nicht nur im eingeschwungen Zustand, sondern auch im Einschwingen, dann stimmt auch die Sprungantwort, hat dieselbe Linearität und somit auch die richtige Grundcharakteristik (Rechteck über Hoch- und Tiefpassfilter). Eine kurze Darstellung findet sich bei dem Magazin Fairaudio über die Sprungantwort und die Impulsantwort. Fehler bei der Entwicklung von elektroakustischen Wandlern treten meistens dann auf, wenn das komplexe Ergebnis der Sprungantwort in die genannten Differenzierungen überführt wird und der Entwickler auf dieser differenzierten Modellebene weiter entwickelt und sein Entwicklungsobjekt optimiert. |
Als Entwickler hört man die Schallantworten des Lautsprechers beim Messvorgang und hat somit einen direkten Klangeindruck von dem, was man auf dem Bildschirm sehen kann. Wenn man diese Hörerfahrung nicht hat, braucht es etwas Fantasie, um sich ein Geräusch vorstellen zu können, das aus diesen Schallwellen gebildet wird. Der Lautsprecher liefert bei jeder Anregung mit einem Signal ein im Grundmuster ähnliches Geräusch. Das würde hören können, wer beim Messvorgang dabei wäre. Diese Einschwinggeräusche in ihrer dem Lautsprecher typischen Charakteristik erzeugt der Lautsprecher unabhängig davon, ob wir Klassik, Pop, Rock oder Jazz darüber hören oder ob wir die Soundtracks von Filmen hören oder die Dialoge verstehen wollen. Es ist auch für den Laien leicht vorstellbar, dass die richtige Wiedergabe von Schwingungen zu weniger, aber eindeutigen und in ihren Tonhöhen richtigen Schwingungen führt. Das Klangbild klingt mit einem richtig wandelnden Lautsprecher klarer, dynamischer, weniger mit künstlichen Schwingungen gefüllt und besser verständlich. Es ist ein klarer Raum zwischen den Tönen und Geräuschen, weniger Füllstoff, weniger Verzerrungen. Der ungeübte Hörer würde meinen, es klänge dünner. Das tut es aber vom Energiegehalt her nicht, sondern nur bezogen auf das Nichts zwischen den Tönen! Der Vergleich einer verschmierten, staubigen Scheibe mit einer frisch geputzten Scheibe bietet sich hier förmlich an.
Es gibt Nichtlinearitäten im Übertragungsverhalten von Lautsprechern, die grundsätzlich aus der begrenzten Übertragungsbandbreite resultieren. Diese Grenzen sind bei Lautsprechern mit weitgehend korrekter Sprungantwort auch klar zu sehen.
Grundsätzlich gilt:
Die Sprungantwort startet mit der Anstiegszeit des Hochtöners. Der Hochtöner hat aber seine Grenze in der Anstiegszeit und die Energie, welche eigentlich am Anfang erzeugt werden müsste, wird zumeist leicht verzögert in Schall gewandelt. Dann entsteht eine überhöhte Spitze.
Die tieffrequente Begrenzung des Übertragungsverhaltens macht sich in einem mehr oder weniger starken Abfallen der Kurve bemerkbar.
Fällt die Kurve ab der Spitze steil ab, so kann der Tieftöner die erste Halbwelle im Bassbereich nur schwach ausbilden.
Verläuft der Graph flacher, dann gelingt dies besser.
Ein Lautsprecher sollte natürlich auch unter verschiedenen Hörwinkeln eine ordentliche Sprungantwort aufzeigen.
Das zu schaffen ist jedoch die hohe Kunst. Eine korrekte Sprungantwort auf Hörachse ist allerdings die unbedingte Voraussetzung für die richtige Wandlung der Schwingungen, der Musik. |
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Der PhasengangDie Darstellung des Frequenzgangs erfolgt gelegentlich auch als komplexer Frequenzgang, mit dem der Phasengang abgebildet wird.
Auch dieser Phasengang eines Lautsprechers beschreibt die Zeitbeziehungen im eingeschwungenen Zustand, nicht aber das Impulsverhalten. Die Zeitbeziehungen im Einschwingvorgang unterscheiden sich erheblich von den Zeitbeziehungen im eingeschwungenen Zustand. Selbst Lautsprecher mit invertierten Chassis können einen gleichmäßigen (eingeschwungenen) Phasengang aufweisen. Wenn im eingeschwungenen Zustand gemessen wird, ist selbst der Polaritätswechsel, der bei Transienten zur völligen Verzerrung des Signals führt, nicht als Phasendrehung zu sehen. Die Impulswiedergabe ist dabei trotzdem fehlerhaft.
Insbesondere die ersten Halbwellen des Einschwingvorgangs, die in höchstem Maße die Ortung und die Identifikation eines Schallereignisses bestimmen, werden durch Phasenmessungen nicht dargestellt. Der Phasengang, bezogen auf die ersten Halbwellen, sähe ganz anders aus als der Phasengang bezogen auf nachfolgende Halbwellen. Es kann also keinen Phasengang geben, der allgemeingültig aussagefähig ist. Beispiel: |
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