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.
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. |
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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.
Bei einer in der Grundcharakteristik richtig geformten Sprungantwort erkennt man den direkten Zusammenhang zwischen Frequenzganglinearität und Ausformung der Sprungantwort sofort.
Bei einer in der Grundcharakteristik falsch geformten Sprungantwort erkennt man den direkten Zusammenhang zwischen Frequenzganglinearität und Ausformung der Sprungantwort praktisch nicht mehr, obwohl er sich auch hier darstellt.
Die Sprungantwort hat ihren gleichmäßigen Verlauf NUR dann, wenn:
- der Frequenzgang auf Achse linear ist, dessen Grenzbereiche auch sehr gut zu erkennen sind. Entsprechendes gilt unter Winkel.
- die Gruppenlaufzeit linear ist, oder auch der Phasengang.
- die linearen und nichtlinearen Verzerrungen minimal sind.
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).
Phase und Amplitude stehen in einer Wechselwirkung, jedoch lässt sich der Amplitudengang auch bei gleichzeitiger Verschlechterung des Phasengangs verbessern. (Dafür gibt es viele Beispiele von Lautsprechern mit Filtern 2. oder 3. Ordnung etc.) Und zwar dann, wenn das Messsignal den Lautsprecher in einen eingeschwungenen Zustand versetzt und die Auswertungen deshalb nur Aussagen darüber zulassen. Für die Sprungantwort ist aber die Phase im Einschwingen, in der Impulsdynamik, von Bedeutung!
Eine kurze Darstellung über die Sprungantwort findet sich bei dem Magazin Fairaudio.
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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. Grundsätzlich gilt:
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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.
Tief-, Mittel- und Hochtöner haben bezüglich des zeitlichen Ursprungs keine relevante immanente Latenz. Und wenn sie doch vorhanden ist, dann müssen die Startpunkte trotzdem zeitlich deckungsgleich sein. Die Maxima von Hüllkurven sind zur Beurteilung des Zeitverhaltens bezüglich der Impulse ungeeignet. Deshalb sagen Gruppenlaufzeiten auch nur etwas über den eingeschwungenen Zustand aus. Auch verzerrte (in sich verformte) Wellengruppen können das Maximum der Einhüllenden an der gleichen Stelle haben (z.B. wenn sich eine innerhalb des Chassis oder seiner Umgebung ausbreitende Welle zu kurzzeitig als Reflexion zurück kommt und die Wellengruppe verzerrt, u.v.m. typische Nichtlinearitäten).
Die Einschwingvorgänge (besonders die Impulse) können in einer Wellengruppe verzerrt sein und sind es bei "nicht-zeitrichtigen Lautsprechern" auch! Wir haben es dann mit Energieverschiebungen, z.B. von der ersten Halbwelle auf die zweite und folgende, zu tun, die nicht zwingend das Maximum betreffen müssen, da es noch andere Ereignisse gibt, siehe Reflexionen, die das Maximum bewirken.
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. 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: |
Datei:35226580.jpg Myro Amur D Black Diamond |
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