Ergebnisse des Workshops auf der Hifi-Music-World 2011

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1 und definiteaudio GmbH Ergebnisse des Workshops auf der Hifi-Music-World 2011 Messungen und Bearbeitungen der Box Mammut und deren digitale Korrektur mit Audiovolver

2 Dokumentation der Messergebnisse der Mammut auf der HMW, definiteaudio GmbH Peter-Vischer-Str.2 D Erlangen Tel: Fax: Web: Umsatzsteueridentnummer: DE HRB Fürth Tel/Fax: Mail: Seite 1

3 Inhalt Inhalt...2 Messausrüstung...2 Hörraum...3 Anlagenausstattung...3 Grundeinstellung und erste Messung...4 Erste Messungen...4 Amplitudenfrequenzgang...4 Impulsantwort...5 IACC...5 Sprungantwort...6 Korrektur mit AudioVolver...7 Amplitudenfrequenzgänge im Vergleich...7 Amplitudenfrequenzgänge rechts/links nach der Optimierung...8 Nachhallzeiten im Vergleich...9 Sprungantworten im Vergleich...11 Zusammenfassung...13 Messausrüstung Die Messung wurde mit einem, auf das M30BX Messmikrofon der Firma Earthworks kalibrierten Messmikrofon durchgeführt. Die Messergebnisse wurden mit Acourate visualisiert. Die Messung erfolgte mit einem logarithmischen Sinus (60s Sweep). Aus dem gemessenen Signal wurde mittels Faltung mit der Inversen des logarithmischen Sinus die Impulsantwort errechnet. Tel/Fax: Mail: Seite 2

4 Hörraum Die Messung erfolgte im Raum 202 des Commundo Tagungshotels Stuttgart. Es ist ein rechteckiger Raum mit 88qm und ca. 6m Breite. Die Lautsprecher standen an der Schmalseite des Raumes. Der Raum war bestuhlt und mit Besuchern gefüllt. Die Akustik wirkte nicht auffällig hallig oder bedämpft. Abbildung 1: Hörraum und Anlagenausstattung Anlagenausstattung Als Lautsprecher kommt der Gewinner des DIY-Lautsprecher-Contests 2011 zum Einsatz, die Mammut. Es ist ein sehr ungewöhnliches Lautsprecherkonzept. Ein, mit einem Lowther / FS PM4A (Voxativ) bestücktes Horn strahlt nach oben. Über dem Horn ist eine Plexiglasplatte montiert, die den Schall nach vorne umlenkt. Im Bass kommen zwei SP10A / 302 PA von IMG Stage Line zum Einsatz, die in ein gefaltetes Horn montiert sind. Die Hornkonstruktion ist auf eine untere Grenzfrequenz von 50Hz abgestimmt. Als Antrieb diente der Digitalverstärker S30 von SUMOH mit 2 x 30W Leistung. Er konnte wegen des sehr hohen Wirkungsgrades der Lautsprecher mühelos den großen Raum beschallen. Als Musikquelle (Streaming) und als Raumkorrektur kam ein AudioVolver-Basic zum Einsatz, der über ein S/PDIF Kabel mit der Endstufe verbunden war. Die Lautstärkeregelung erfolgte verlustfrei über den AudioVolver. Tel/Fax: Mail: info@definiteaudio.de Seite 3

5 Grundeinstellung und erste Messung Erste Messungen Gerd Lommersum von ASE führte erste Messungen an der Box durch und stellte aufgrund einer starken Amplitudenverringerung bei 500Hz eine Verpolung des Lowther-Treibers fest. Vor den anschließend im Raum durchgeführten Messungen wurde diese Verpolung korrigiert. Amplitudenfrequenzgang Die Darstellung des Amplitudenfrequenzgangs erfolgt geglättet. Als Glättungsverfahren kam FDW von Acourate zum Einsatz. Der Amplitudenfrequenzgang ist relativ, nicht absolut aufgetragen. Abbildung 2: Amplitudenfrequenzgang Original: Rot = Linker Kanal, Grün= Rechter Kanal Die Mammut ist ein Lautsprecher, der eine starke Bündelung der Schallkeule aufweist. Geringste Fehler bei der Einwinkelung führen daher zu einer deutlich sichtbaren Verringerung des Hochton-Pegels. Aus Zeitgründen wurde auf eine 100% korrekte Einwinkelung verzichtet und der etwas leisere Hochtonbereich der rechten Box oberhalb von 10kHz akzeptiert. Schön zu sehen ist, dass das Bass-Horn eine Grenzfrequenz von ca. 45 Hz hat. Der Amplitudenfrequenzgang bis 500Hz ist geprägt von Raumeinflüssen und unter Umständen auch von der Geometrie des Basshorns. Er ist sehr unregelmäßig mit Schwankungen von über 6dB. Oberhalb von 500Hz wird das Verhalten etwas gleichmäßiger. Tel/Fax: Mail: info@definiteaudio.de Seite 4

6 Impulsantwort Abbildung 3: Impulsantwort Original 10ms: Rot = Linker Kanal, Grün= Rechter Kanal Störende Reflexionen treten in den ersten 10ms praktisch keine auf. Innerhalb der ersten Millisekunde ist das Signal etwas unruhig, was auf Reflexionen im Schalltrichter des Lowther hindeutet. Auffällig ist jedoch, dass bereits vor dem Hauptimpuls kleinere Vorschwinger zu sehen sind. Sie resultieren vom Schall, der um die Enden des senkrecht nach oben strahlenden Horns nach vorne gebeugt wird. Nachdem diese Anteile nicht über den Reflektor laufen, sind sie früher am Messpunkt als der über den Reflektor abgestrahlte Hauptimpuls. Es handelt sich hierbei um Anteile niedriger Frequenz. IACC Je geringer der Unterschied zwischen den Impulsantworten des rechten und des linken Kanals am Hörplatz ist, umso besser gelingt einem HiFi- Wiedergabesystem die akustische 3D-Raumdarstellung. Der IACC-Wert (Interaural Cross Correlation, Wertebereich 0% bis 100%) berechnet sich aus dem Unterschied zwischen den Messungen der linken und der rechten Impulsantwort. Er ist das Maß für die Qualität der erzielbaren 3D- Raumdarstellung eines HiFi-Wiedergabesystems. Folgende Tabelle gibt Auskunft über die Klassifizierung des IACC-Wertes. < 60% schlecht > 60% gut > 70% sehr gut > 80% exzellent > 90% spektakulär Tel/Fax: Mail: info@definiteaudio.de Seite 5

7 In Wohnräumen ist unter besten Bedingungen allerhöchstens ein Wert von 75% erreichbar. In einem akustisch behandelten Studio kann man jedoch unter guten Bedingungen IACC-Werte von über 90% erreichen, was sich dann in einer überwältigenden 3D-Raumdarstellung äußert. Die durchgeführte Messung liefert einen guten IACC-Wert von 72,0%. Der Wert des IACC im Nahbereich (bis 10ms) ist mit 82,3% allerdings noch einmal höher. Sprungantwort Abbildung 4: Sprungantwort Original 10ms: Rot = Linker Kanal, Grün= Rechter Kanal Die ideale Kurvenform der Sprungantwort wäre ein steiler Sprung nach oben und ein expotenzieller Abfall innerhalb der ersten 10ms. Dieses Verhalten ist bei der durchgeführten Messung nicht sichtbar. Vielmehr zeigt sich zunächst eine kleine Erhebung von den gebeugten Schallanteilen am Horn, dann der Doppelsprung des Lowther (wegen der beiden Konusse sieht man zunächst das Signal des inneren und dann das des äußeren Konus) und erst ca. nach 3ms wird das Ergebnis des Basshorns sichtbar. Akustisch führt die gemessene Sprungantwort dazu, dass sich punktuelle Ereignisse, wie z.b. das Anzupfen einer Kontrabasssaite oder das Anschlagen einer Trommel, immer etwas verwaschen anhören. Tel/Fax: Mail: info@definiteaudio.de Seite 6

8 Korrektur mit AudioVolver Aus der oben präsentierten Messung wurde mit Acourate ein Optimizer berechnet der Frequenz- und Zeitverhalten der Lautsprecher - Raumkombination unter Hinzunahme des AudioVolvers optimiert. Zur Erzielung eines etwas volleren Basses wurde die Zielkurve (braun in Abbildung 5) unterhalb von 100Hz leicht angehoben. Der IACC-Wert konnte durch den Optimizer auf 76,9% erhöht werden, im entscheidenden Bereich bis 10ms sogar auf 86,7%. Amplitudenfrequenzgänge im Vergleich Abbildung 5: Amplitudenfrequenzgang: Rot = Linker Kanal mit Optimizer, Türkis= Linker Kanal Original Es wird deutlich, dass beim linken Kanal mit dem AudioVolver ein sehr ausgeglichener Amplitudenfrequenzgang erzeugt werden kann. Der unruhige Amplitudenfrequenzgang im Bass konnten nahezu vollständig geglättet werden. Auch der ungleichmäßige Amplitudenfrequenzgang über 500Hz konnte deutlich verbessert werden. Der Höhenabfall oberhalb von 15kHz wurde bewusst nicht korrigiert. Ein ganz ähnliches Bild ergibt sich auch für den rechten Kanal. Tel/Fax: Mail: info@definiteaudio.de Seite 7

9 Abbildung 6: Amplitudenfrequenzgang: Grün = Rechter Kanal mit Optimizer, Schwarz= Rechter Kanal Original Amplitudenfrequenzgänge rechts/links nach der Optimierung Abbildung 7: Amplitudenfrequenzgang mit Optimizer: Rot = Linker Kanal, Grün = Rechter Kanal Insgesamt ergibt sich nach der Optimierung mit dem AudioVolver ein nahezu perfekter Amplitudenfrequenzgang, der sich weitestgehend innerhalb eines 2dB Bandes bewegt und bei dem sich beide Kanäle nahezu identisch verhalten. Die untere Grenzfrequenz (-3dB) des Gesamtsystems liegt bei 41Hz. Tel/Fax: Mail: info@definiteaudio.de Seite 8

10 Nachhallzeiten im Vergleich Die Optimierung mit dem AudioVolver nimmt Einfluss auf die Anregung des Raumes über die Lautsprecher und wirkt sich damit automatisch auf die Nachhallzeiten aus, die beim Abspielen von Musik über die Lautsprecher hörbar sind. Aus den beiden folgenden Abbildungen wird ersichtlich, wie der AudioVolver die Nachhallzeiten bei tiefen Frequenzen deutlich verringert. So konnte die lange Nachhallzeit unter 250Hz um ca. 0,2s reduziert werden. Die Reduzierung der Nachhallzeit äußert sich in einer sehr viel natürlicheren und trockeneren Basswiedergabe. Es ist jedoch anzumerken, dass trotz der mit dem AudioVolver erzielten Verbesserungen, die Nachhallzeit im Bass nur noch knapp im Toleranzbereich für diesen Raum liegt. Dagegen ist der Mitteltonbereich zu trocken. Der Raum ist daher nicht wirklich ideal zur Demonstration von Lautsprechern geeignet. Abbildung 8: Nachhallzeiten im Vergleich: Rot = Linker Kanal Original, Grün= Linker Kanal mit Optimizer Tel/Fax: Mail: info@definiteaudio.de Seite 9

11 Abbildung 9: Nachhallzeiten im Vergleich: Rot = Rechter Kanal Original, Grün= Rechter Kanal mit Optimizer Abbildung 10: Nachhallzeiten mit Optimizer : Rot = Linker Kanal, Grün= Rechter Kanal Tel/Fax: Mail: info@definiteaudio.de Seite 10

12 Sprungantworten im Vergleich Wie man Abbildung 4 entnehmen kann, ist die Sprungantwort geprägt von dem deutlich nach dem Hochtöner einsetzenden Bass-Horn. Abbildung 11: Sprungantwort 10ms: Rot = Linker Kanal mit Optimizer, Blau= Linker Kanal Original Durch den Einsatz des AudioVolvers hat sich die Sprungantwort dem Ideal stark angenähert. Der Anstieg der Treiber fällt nun perfekt zusammen, so dass sich eine saubere Sprungflanke ergibt. Der nachhängende Bass ist jetzt perfekt in die Sprungantwort integriert und die zu früh kommenden Signale durch die Beugung nahezu verschwunden. Tel/Fax: Mail: info@definiteaudio.de Seite 11

13 Abbildung 12: Sprungantwort 10ms: Grün = Rechter Kanal mit Optimizer, schwarz= Rechter Kanal Original Abbildung 13: Sprungantwort mit Optimizer 10ms: Rot = Linker Kanal, Grün = Rechter Kanal Ab dem Sprung sind in den ersten 3ms die Signale des linken und des rechten Kanals nahezu gleich. Was eine perfekte 3D Abbildung garantiert. Tel/Fax: Mail: info@definiteaudio.de Seite 12

14 Zusammenfassung Die Herausforderungen bei dieser Optimierung war wegen seiner Größe weniger der Raum. Spannend war, ob die Linearisierung des Amplitudenfrequenzgangs und die Optimierung des Zeitverhaltens dieser außergewöhnlichen Box gelingen. Mit Hilfe des AudioVolvers konnte beides zu einem Grad erzielt werden, der ein außergewöhnlich gutes Hörergebnis ermöglichen sollte. Die Unregelmäßigkeiten im Amplitudenfrequenzgang konnten praktisch in einem Bereich von 2dB gehalten werden. Erfreulich war, dass die Optimierung des Zeitverhaltens so perfekt funktioniert hat und dass sogar die, durch die Beugung entstehenden frühen Signalanteile nahezu vollständig eliminiert werden konnten. Durch seine Zeitoptimierung gelingt dem AudioVolver die Erzeugung eines nahezu perfekten Sprungs und damit die elektronische Ausrichtung der Treiber in einer akustischen Ebene. Der nachhängende Bass wird durch die Zeitkorrektur perfekt in das Gesamtergebnis integriert. Anmerkung des Autors: Das Akustische Ergebnis bestätigte in jeder Hinsicht die messtechnisch nachgewiesenen Verbesserungen. Selten habe ich bei den inzwischen über 170 Optimierungen mit dem AudioVolver einen derart dynamischen und korrekt klingenden Lautsprecher vor mir gehabt. Meine Gratulation gilt dem Entwickler dieses wirklich außergewöhnlichen Schallwandlers, der mit dem AudioVolver zu ungeahnten Höhenflügen ansetzen kann. Für mich war es Gänsehaut pur! Tel/Fax: Mail: Seite 13