Illustration av delningsfilter och högtalarelement

[calle_jr]

Illustration av delningsfilter och högtalarelement

 

Bild: Troels

 

(Tråd skapad för att inte störa annan tråd)

 

Sätt tummen på ett membran som vibrerar, tex ett högtalarmembran eller ett grytlock - det ändrar klang direkt när man exciterar det.

Högre ordningens filter får liknande effekt, som jag ser det. Plus att fasen förskjuts stegvis med ändrad frekvens.

Det är nog alltså inte bara så att element drar ifrån varandra klangmässigt vid brant delning, de drar även iväg inom sitt eget register.

Enkelt uttryckt; så fort man påverkar output (med ett filter) så påverkar man också elementets klang och fasgång.

 

 

On 2019-01-23 at 07:28, Engelholm Audio said:

I din analogi måste du ju kompletteras med ett annat grytlock där du (med tårna?) filtrerar bort lågfrekvenser för att de två locken tillsammans ska summera till en helhet. Sen ska du jämföra olika branta delningar mot varandra - hur tydligt du hör skillnader i övergången mellan, låt oss säga borstad rostfritt lock mot lackat lock.

 

 

 

On 2019-01-23 at 07:49, calle_jr said:

Ja, precis

Grottmänskohifi. För att få lite mer hifi-touch kanske man kunde titta på det i en simulering eller mätning?

Man brukar se frekvens- eller fasgång likt den bilden du visade ovan, men det är lite svårt att se vad man hör utifrån det.

Hur skulle det se ut i tidsdomänen om man spelade en not på ett instrument där grundtonen ligger i närheten av delningsfrekvensen om:

Fall 1: 1:a ordningens filter uppåt och neråt?

Fall 2: 3:e ordningens filter uppåt och neråt?

 

 

On 2019-01-23 at 09:38, Engelholm Audio said:

För 99% av alla högtalare ser det illa ut...iaf för ögat! Stegsvar är ju en "liknande" mätning där ögat blir förvånad att vi ens känner igen vilken låt det är:

Input:

 

Exempelbilder:

 

Med några få undantag:

 

Mätningar från Stereophile.

 

 

 

Edited March 17, 2019 by calle_jr
kompletterat titel pga trådens utveckling

[calle_jr]

 

Stegsvar blir tydligt, men man kan opponera sig mot det eftersom det finns väldigt få instrument som liknar ett stegsvar.

Förslag:

Säg att vi har två dynamiska polypropenelement i samma kabinett.
Det ena är en 11" bas som delas uppåt vid 150Hz 100Hz.
Det andra är ett 6" mellanregister som delas nedåt vid 150Hz 100Hz.

 

Hur skulle det då se ut när en cello spelar ett G på andrasträngen såhär...

 

 

 

...och detta spelas upp med denna högtalare som förberetts med två varianter på filter:
a) flackt filter
b) brant filter

Vi kan anta att cellotonen ser ut som den mörkröda linjen.
Den är uppbyggd av en 98Hz grundton (orange linje), plus 1:a överton som är 60% i styrka (grön linje), plus 2:a överton som är 30% i styrka (gul linje), plus 3:e överton som är 15% i styrka (blå linje).

Om vi kan reda ut hur detta låter med de båda lösningarna på filter (a och b), så kan vi till och med skapa en ljudfil och spela upp med en högtalare som inte är delad i regionen 80-200Hz.
Det vore intressant 

 

 

Edited January 25, 2019 by calle_jr
Ändrat delningsfrekvens i exemplet

[calle_jr]

 

Kan @Engelholm Audio visa hur högtalare a och b skulle kunna se ut teoretiskt?

 

[Engelholm Audio]

That's a mouthful!

 

Det är inget jag har något kakrecept på sådär ur rockärmen, men jag tror att t.ex. LSPCad har en funktion för detta.

[calle_jr]

On 2019-01-24 at 08:04, Engelholm Audio said:

That's a mouthful!

Ja, men då kan jag visa det principiellt. Det har ju ingen betydelse för den här övningen.

 

Här är den frekvensgång man kan anta för två kombinerade 1:a ordningens filter med delningsfrekvens 100Hz 150Hz. Det ena är lågpass och det andra högpass:

 

 

 

 

För 2:a ordningen ökar brantheten från 6 till 12dB/oktav.

 

Hur skulle då output se ut i tidsdomänen med ovan filter om input är en G celloton?

I'll be back...

 

 

 

 

Edited January 25, 2019 by calle_jr
Ändrat figur att stämma med beräkning

[calle_jr]

On 2019-01-24 at 16:45, calle_jr said:

I'll be back...

Sådär...

Om vi börjar med flackt delningsfilter av 1:a ordningen.

För att förenkla beräkningen ändrade jag mig och valde delningsfrekvensen lika med grundtonen för den exciterande tonen, dvs 98Hz.

Detta är som sagt bara en illustration för att beskriva fenomenen.

 

Flackt filter

 

Ett 1:a ordningens lågpassfilter:

 

 

Överföringsfunktion för detta filter kan skrivas:

 

 

Där  är delningsfrekvensen. Med   (där ω är den exciterande frekvensen) så blir magnitud och fas:

 

 

Om vi antar att input är cellotonen G och att den kan beskrivas som

…så blir magnitud och fas för överföringen:

 

 

Med grundtonen  blir output:

 

 

Uppritat blir det såhär (där de tunna linjerna anger grund- och övertonerna var för sig):

 

 

 

 

Ett 1:a ordningens högpassfilter:

 

 

Överföringsfunktion för detta filter kan skrivas:

 

På motsvarande sätt som ovan blir då output för högpassfiltret:

 

 

 

Och uppritat ser det ut såhär (med deltonerna i tunna linjer):

 

 

 

 

 

1:a ordningens LP+HP-filter

 

Filterna tillsammans ser då ut såhär:

 

 

 

Kommentarer:

Det ser inte så illa ut. Man ser att vågformen inte bibehålls och man ser också en fasförskjutning. Detta är pga filtrens dämpande effekt, vilket de ju är till för att göra

Eftersom beteendet inte ser ut alls såhär för lägre bastoner och mellanregister så blir det en synlig avvikelse. Men frågan är om det hörs. Det vete tusan, avvikelsen är antagligen helt acceptabel. 

En annan reflektion är att lågpassfiltret ställer till det betydligt mer än högpass. Det beror såklart på att grundtonen råkar ligga precis vid delningsfrekvensen.

Ps. Det förvånar mig inte om det slunkit in fel i beräkningen. Jag är ingen filterbyggare. Vad jag vet är att filter aldrig blir rätt på första försöket  Jag har ju inte tagit hänsyn till de verkliga elementens karaktär (oegentligheter), filterkomponenternas olinjäriteter eller om det ens är möjligt att bygga så bra filter till dem. Återigen, detta är en illustration.

 

[Engelholm Audio]

Läckert, men visst är bilderna på 2'a ordningens filter?

[calle_jr]

16 hours ago, Engelholm Audio said:

Läckert, men visst är bilderna på 2'a ordningens filter?

Nomenklaturen är kanske lite snårig eftersom olika filterkonstruktioner utvecklats efterhand som kanske flyter ihop. Du kan det där mycket bättre än mig.

Men jag avser åtminstone att 1:a ordn filter avtar med 6dB/oktav och har brytfrekvens vid -3dB.

Nästa pilsner är alltså ett 2:a ordn filter som avtar 12dB/oktav och har brytfrekvens vid -6dB.

 

Återkommer till det. Snart.

 

 

Edit:

On 2019-01-24 at 21:21, calle_jr said:

Det förvånar mig inte om det slunkit in fel i beräkningen.

Det hade det såklart  Jag hade räknat fel på fasen vilket påverkar samtliga kurvor.

Fixat nu.

 

Edited January 25, 2019 by calle_jr
Räknefel

[calle_jr]

 

Då kollar vi vidare på ett brantare filter

 

Här är den frekvensgång man kan anta för 2:a ordningens LP+HP-filter med delningsfrekvens 100Hz.

 

 

[calle_jr]

 

 

Brant filter

 

2:a ordningens lågpassfilter

 

Jag hoppas att det är OK med sällskapet att jag antar två passiva kaskadkopplade 1:a ordningens filter för att skapa en 2:a ordningens krets. Det blir enklare att räkna.

 

 

För detta 2:a ordningens LP-filter blir överföringsfunktionen:

 

 

För dämpfaktor  och blir magnitud och fas:

 

 

...(besparar er mellanled)...

 

Då blir output för cellotonen:

 

 

 

 

 

 

2:a ordningens högpassfilter

 

 

På liknande sätt:

 

 

 

Och output för cellotonen:

 

 

 

 

[calle_jr]

 

2:a ordningens LP+HP-filter

 

Filterna tillsammans ser då ut såhär:

 

 

 

Kommentarer:

Låter detta som en cello? 

Fasförskjutningen är dock förvånansvärt liten på det samlade resultatet jämfört med de enskilda deltonerna. Det enda fasförskjutningarna från deltonerna gör är att korrumpera vågformen. Om nu detta är rätt.

 

 

Slutsatser:

För tidigt.

Nu är det som skulle visas på plats. Nu gäller det att avbugga. Sannolikt har det smugits in fler fel. Fråga gärna, det kan hjälpa till med att hitta fel.

Är det av intresse att inte bara se utan att höra hur de olika tonerna låter?

 

[Engelholm Audio]

http://www.drkrupp.se/hifi/filter_kopplings_scheman.html#6db

 

[calle_jr]

On 2019-01-26 at 14:28, Engelholm Audio said:

http://www.drkrupp.se/hifi/filter_kopplings_scheman.html#6db

 

Ja, se där.

Jag är absolut inte rätt person att klarlägga nomenklaturen.

Men i praktiken har man ju alltid en last för ett filter, i detta fallet en driver. Precis som Dr Krupp visar i länken.

Strikt tycker jag dock inte att ordningen bestäms av antalet komponenter utan av antalet poler i kretsen, dvs indirekt hur många reaktiva komponenter kretsen har. Drivern är ju också en komponent

 

[MatsT]

Det går lika bra att beskriva funktionen med RC-filter, glöm Dr krupp så länge.

 

Det är klart intressant att se kurvformsändringarna.

[calle_jr]

On 2019-01-26 at 13:02, calle_jr said:

Är det av intresse att inte bara se utan att höra hur de olika tonerna låter?

Hehe  nu är jag ju inte Brian Eno, så ni får ha lite överseende med mina skills att skapa syntetiska ljud. Tonen vi utgår ifrån låter inte direkt som en cello. Jag kanske borde ha undersökt det lite noggrannare innan alla beräkningar.

 

Men här är det som bekant principerna som ska åskådliggöras, och jämför dessa tre som är skapade direkt från ovanstående diagram:

• 100Hz-Cello-44-1.wav
• 100Hz-Cello-1a-ordn-LPHP-44-1.wav
• 100Hz-Cello-2a-ordn-LPHP-44-1.wav

 

 

De tre spåren ser grafiskt ut såhär i Audacity. Jag valde 100Hz i stället för 98 eftersom det är enklare att arbeta med och kontrollera. Rådata är samplat med 44.1kHz:

 

 

 

Det är klara skillnader när man spelar ursprungstonen och jämför hur den förvanskas med delningsfilter.

Med det flacka filtret är det inte så stor skillnad, helt ok. Men med det branta filtret blir det en helt annan ton.

 

 

 

 

 

Edited January 28, 2019 by calle_jr
Korrigerade för att jag valt fel project rate i Audacity

[calle_jr]

 

Här är ett G spelat med stråke på en cello (© Internet Cello Society):

 

• http://www.cello.org/Sounds/Gstringarco.wav

 

 

 

 

Om man tittar på frekvensinnehållet för en sekund mitt i den tonen (ett par sekunder in där tonen är som renast),

 

 

...så ser man att den innehåller starka övertoner för 200, 300, 400, 500, 600 och 700Hz.

Det är mer och starkare innehåll av övertoner än vad jag antagit i tidigare inlägg.

300Hz är bara 3dB lägre och 600 och 700 är 6dB lägre än grundtonen 100Hz (eller om det nu är 98Hz).

200, 400 och 500Hz är ca 9dB lägre än grundtonen.

Högre övertoner finns där upp till 2,5kHz, men är minst 24dB svagare än grundtonen.

Övertonerna har mindre bandbredd än grundtonen, men man kan anta att Δf/f₀=0,08 vid -3dB för samtliga 200-700Hz.

 

Edit:

Jag skapade en ny ton i Audacity utifrån följande samband:

 

Det låter faktiskt lite mer som en cello om man bortser från anslag och utklingning (jämför med filen "Gstringarco" ovan):

 

• 100Hz-Cello-2nd-try.wav

 

 

 

Edited January 28, 2019 by calle_jr
Ny syntetisk cello

[Apexorca]

@calle_jr!

Jag kan inte höra på klipp nr 2 100Hz-Cello-2nd-try.wav

[calle_jr]

25 minutes ago, Apexorca said:

Jag kan inte höra på klipp nr 2 

Ok, skumt.

Kan du höra de andra klippen?

Du kan inte heller högerklicka och spara filen?

 

Andra som inte kan höra?

[Apexorca]

3 minutes ago, calle_jr said:

Ok, skumt.

Kan du höra de andra klippen?

 

Ja det första funkar bra.

[calle_jr]

12 minutes ago, Apexorca said:

Ja det första funkar bra.

Ja, det är ju en direktlänk till cello.org  

Men de tre wav-filerna i inlägg #15?

Är det en mac/iPad/iPhone?

 

Ps. vår forummjukvara använder skript för dynamiskt innehåll till bilagor. Tyvärr, kan man ibland tycka när det strular på olika plattformar.

 

[Bebop]

Funkar på Android-platta.

[calle_jr]

 

Här har vi som jämförelse den riktiga celloinspelningen, samt samma inspelning med 1:a resp 2:a ordningens 100Hz LP- och HP-filter:

• Gstringarco.wav
• Gstringarco-1a-ordn-LPHP.wav
• Gstringarco-2a-ordn-LPHP.wav

 

Här ser man hur vågformerna ser ut för dessa tre:

 

 

[Lasse]

Ljudfilerna fungerar inte för mig varken på MacOS eller iOS.

[calle_jr]

39 minutes ago, Ampalang said:

Ljudfilerna fungerar inte för mig varken på MacOS eller iOS.

Nu har jag hårdlänkat dem "old style", så nu borde det funka.

 

Ps. Man ska inte förvänta sig höra tydliga skillnader på en telefon eller platta. Det behövs liiite kvalitet och omfång.

 

[Lasse]

Nu funkar det ?

Dubbelkollade mest med paddan och telefonen så det inte var jag som var den felande länken ?

[Apexorca]

Nu funkar det. 

[Bebop]

3 hours ago, calle_jr said:

Här har vi som jämförelse den riktiga celloinspelningen, samt samma inspelning med 1:a resp 2:a ordningens 100Hz LP- och HP-filter:

Jag har svårt att höra skillnad mellan 1:an och 2:an. Om det är skillnad så är den i vart fall inte stor och om vi tänker oss att det skulle handla om t ex ljudet från två olika försteg så skulle jag kunna leva lycklig med båda. Däremot skiljer sig den sista rätt så ordentligt. Ljudet blir tunt och förlorar mycket av cellons karaktäristiska övertoner. Kurvan indikerar också det.

 

(Jag har lyssnat med lurar via paddan).

 

Jag har svårt att inse att detta skulle vara ett "bevis" på att 2:a ordningen skulle medföra sämre ljud. Den effekten som ges måste väl då kompenseras på annat sätt. Det finns ju "state of the art" - högtalare som praktiserar både 6, 12, 18 och 20dB-filter. Så vad säger det egentligen?

[calle_jr]

8 hours ago, Bebop said:

Så vad säger det egentligen?

Det säger att spontant vill man skära bort så fort som möjligt för att få en snygg frekvensgångsmätning och minimal distorsion.

Men branta filter ger oönskade eftergifter för musik. Ju fortare man skär bort desto större fel påförs musiksignalen.

Om vi bara spelade rena testtoner hade problemet inte funnits. Men eftersom instrument ger sammansatta toner som spänner över dekader så kommer branta filter att sabba de toner som ligger i närheten av filtrets delningsfrekvens.

 

Inläggen är tänkta att visa elektrotekniskt, grafiskt och med ljudfiler hur ett ljud som vi alla känner igen påverkas av filter. Jag kan inte se hur det kan åskådliggöras tydligare, men man blir lätt hemmablind.

 

Det du kallar "1:an" är den ofiltrerade inspelningen i inlägg #22, och det du kallar "2:an" är 1:a ordningens filter. Skillnaden mellan dessa är liten både grafiskt och hörbart. "Den sista" är 2:a ordningens filter och så vill man väl inte att en cello ska låta i ett hifisystem?

 

Filterkonstruktioner kan vara komplexa, enkla, geniala, idiotiska och allt möjligt, så det går inte (här heller) att vara kategorisk. Men som jag ser det vinner man tveklöst på att använda enkla, flacka filter som påverkar signalen minimalt. Även om frekvensgången inte blir spikrak. Gäller "bara" att använda drivers som inte distar för snabbt

 

[MatsT]

45 minutes ago, calle_jr said:

Filterkonstruktioner kan vara komplexa, enkla, geniala, idiotiska och allt möjligt, så det går inte (här heller) att vara kategorisk. Men som jag ser det vinner man tveklöst på att använda enkla, flacka filter som påverkar signalen minimalt. Även om frekvensgången inte blir spikrak. Gäller "bara" att använda drivers som inte distar för snabbt

 

Håller med helt, jag har hört bra resultat med väldigt olika tekniker men den riktigt magiska realismen brukar vara lättare att få fram med enkla (eller inga) filter. Priset man får betala brukar vara sämre förmåga att spela högt. Det är mindre känsligt i vissa frekvensregister och placeringen av elementen påverkar mycket också hur det uppför sig vid delningen.

[calle_jr]

 

Jag vill undvika för många beräkningsexempel eftersom det förvirrar läsare, men säg att delningsfrekvensen i stället hade varit 300Hz. Då hade både 2:a ordn HP och LP haft stor inverkan på cellotonen, eftersom övertonerna hamnar i bandstoppzonen för båda filter.

 

Ännu värre , om man har en trevägare med branta delningar vid tex 300Hz och 3kHz, och samma cello spelar G₂ och sedan E₆