Phasengang von Lautsprecher-Systemen

Erstellt 6 Antworten7 Beiträge
Startbeitrag#1
Hallo!
Ich habe ein Verständnisproblem beim Phasengang über die Frequenz nach Betrag betrachtet, bei dem mir google nicht helfen konnte. Vielleicht ihr?
a) Eine lineare Phase über den gesamten Frequenzbereich würde bedeuten, dass alle Frequenzbereiche ohne jegliche Gruppenlaufzeit erscheinen würden? (Natürlich nicht realistisch, Frequenzweichen, Filter, ...)
b) Ich habe leider nirgends Phaseninformation über die All-, Hoch-, Tief-, und Bandpassfilter gefunden. Deshalb meine Frage, Vermutung:
Ein z.B. Hochpassfilter 1. Ordnung erzeugt eine Phasenverschiebung, sodass sich pro Oktave ein 6dB Abfall im Pegel ergibt, wobei die Eckfrequenz den 3dB Punkt darstellt. 2. Ordnung entspricht 12db, 3. Ordnung 24 db, ...
Verstehe ich das richtig so?
Was ich nicht verstehe: Wenn die Phaselage -180° erreicht, dann ist doch die Frequenz-Amplitude -unendlich, oder?
Nun mal den realistischen Fall gegeben, ein Lautsprechersystem mit Subwoofer und Topteil (also 3wege). Es wird mit 24dB Flankensteilheit bei 80Hz (Subwoofer zu Mitteltöner) und mit 12dB Flankensteilheit bei 4kHz (Mitteltöner zum Hochtöner) getrennt.
Subwoofer zu Mittetöner: 24dB --> 12dB Hoch- und Tiefpass, entspricht somit 3. Ordnung?
Mitteltöner zu Hochtöner: 12dB --> 6dB Hoch- und Tiefpass, enspricht somit 2. Ordnung?
Nun, also ergibt sich insgesamt zwischen Subwoofer und Hochtöner doch durch die Phasenverschiebung schon von Grund auf ein sehr hohes Delay, oder?
Habt ihr vielleicht Unterlagen, wo ich den Zusammenhang zwischen Phase und Filter besser verstehen kann?
Die angefügte Grafik habe ich von einem LS gemessen. Was sagt mir das nun? Ich würd mal sagen: 360° Phasendrehung vom Bass-Bereich bis zu 1,5kHz. Wie kann ich daran die Trennfrequenz zw. Tief- und Hochtöner und die "Ordnung" des Filters feststellen?
Was sagt mir der Bereich zw. 2 und 8kHz, der in der Phase um -90° verschoben ist?
Der Lautsprecher ist natürlich ohne Equaliser direkt mit rosa Rauschen beschickt worden.
Danke für eure Hilfe,
Hermann
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Antwort#2
Hallo Hermann,
Zum Phasengang gehe mal ins Mikrofonbuch von Jörg Wuttke:
http://www.schoeps.de/D/PDFs/Mikrofonbuch_Kap7.pdf
In Abbildung 1 b sieht man deutlich, wie die Phase sich mit der Frequenz ändern muss.
Es gibt Ingenieure, die vom idealen Phasengang erwarten, dass er so konstant waagerecht verläuft wie der Amplitudenfrequenzgang. Das trifft niemals
zu.
Ein Filter 3. Ordnung hat eine Flankensteilheit von 18 dB/Oktave. Ein Filter 4. Ordnung hat eine solche von 24 dB/Oktave, ist also je Ordnung 6dB/Oktave steiler.
Bei einem RC-Glied mit der üblichen Flankensteilheit von 6 dB/Oktave, also bei einem Filter 1. Ordnung, ist bei der Grenzfrequenz fc immer eine Phasendrehung von genau 45° vorhanden. Es gibt Lautsprecher-Mehrwegesysteme, bei denen sind die Tieftöner extra verpolt angeschlossen.
Gruß
Didi
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Antwort#3
Hallo Didi!
Erstmal Danke für Deine Antwort!
Beim Lesen Deiner Nachricht hab' ich gerade daran gedacht:
Das mit der Auslöschung bei 180°, wie ich sie beschrieben habe, ist natürlich Müll, denn Auslöschen täte sich ja die Welle nur, wenn eine zweite, die relativ zu dieser 180° Phasenlage hätte.
Bei einem Tiefpass-Filter 1. Ordnung bei 100Hz würde das nun bedeuten:
+45° bei 100Hz
+135° bei 50Hz
+225° bei 25Hz
Heißt es nun, dass z.B. die 25Hz (Lambda: 40mS, 13.72m) Welle um 225° (enspricht bei 25Hz: (40mS/360)*225° = 25mS) nun 25mS "zu spät" ertönen?
Da dieses Filter bei 100Hz +45 Grad hat bewegt es sich auch nach "oben" im Frequenzbereich aus, oder? D.h.
-45° bei 200Hz
-135° bei 400Hz
-225° bei 800Hz
-315° bei 1600Hz
...
Müßte ich im Phasengang nicht auch eben deshalb nach oben hin eine absteigende Kurve sehen mit eben diesen Gradangaben?
Die Box, die ich gemessen habe, hat einen direktstrahlenden Tieftöner (angeblich sind die (alle?) 2. Ordnung). Wieso ist im oberen Bereich keine Fortsetzung der Kurve in den Minus-Bereich zu sehen?
Noch eine dumme Frage: Wenn das Display von +180° auf -180° "springt", dann kann ich mir die Kurve virtuell "weiterdenken", oder?
Danke,
Hermann
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Antwort#4
Hallo Hermann,
ich denke der unten angegebene Link könnte recht hilfreich sein. Im Internet gibt es sonst kaum etwas Handfestes zu Laufzeit und Phase.
Natürlich ist das wieder mal von ebs.
Der Zusammenhang zwischen dem Phasenwinkel phi-Bogen im Bogenmaß und der Laufzeitdifferenz ∆ t ist:
Phi-Bogen = ω x ∆ t = 2 x pi x f x ∆ t
∆ t = Phi-Bogen / ω = Phi-Bogen / 2 x Pi x f
Phi in Grad: Phi° = 360 x f x ∆ t
Die Laufzeit: ∆ t = Phi° x 360 x f
Bei der Grenzfrequenz ist die Phasenverschiebung 45° und das müsste Pi/4 sein und bei Pi wäre dann "Verpolung" und 2 Pi ist der Vollkreis 360! = 0°.
Urs



Laufzeitdifferenz und Phasenverschiebung
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Antwort#5
Ich frage mich: Wie kann die Betrag der Phase denn negativ sein?
Positiv: OK, da ensteht eine Laufzeit in einem Bereich.
Negativ: Ist der Lautsprecher ein Hellseher (oder Hellhörer)?
Ich hab versucht mit dem EQ künstlich Phasengänge zu "zeichnen" (mit Parametrischen- und HPF), allerdings schaffe ich niemals mehr als +- 180°, mit Frequenzweichenfilter scheint das zu funktionieren, wieso?
Fragen über Fragen...
Danke im voraus,
Hermann
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Antwort#6
Negativer Phasengang heißt, daß die Phase nacheilend ist. Der Sprung von -180 auf +180 ist in Wirklichkeit kein Sprung, weil 180° sowohl als voreilend als auch als nacheilend definiert werden kann.

MfG
Rainer
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Antwort#7
Zu meinem Posting um 17.02 Uhr:
Das Meßgerät kann nur bis zu einer Phase von 180° messen. Darüber hinaus, definiert es einen Phasenwinkel wieder voreilend.
Beispiel: Ein Winkel von 179° nacheilend wird auch als -179° dargestellt. Aber ein Winkel von 181° nacheinlend, wird wieder als "+179°" vom Meßgerät dargestellt. Solange ein periodisches Signal vorliegt wie ein Sinus, kann man ja eine tatsächliche Laufzeit und damit Phasenwinkel größer 180° bzw. 360° nicht mehr erkennen, wegen der Periodizität der Sinusfunktion.
Daher ist auch die Umkehrfunktion des Sinus - der Arkus-Sinus - unendlich vieldeutig.

MfG
Rainer
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