Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Aktiver Tiefpass-/Hochpassfilter für aktive Frequenzweiche


von Paul H. (powl)


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Hi,

in meinem Auto werden demnächst Hochtöner und Tiefmitteltöner separat 
angesteuert. Die Filter in der Endstufe lassen sich leider nur im 
Bereich bis 200Hz einstellen und das reicht bei weitem nicht. Gewünscht 
wäre ein Tiefpass und ein Hochpass, der bei ca. 2kHz arbeitet.

Nun dazu ein paar Fragen:
- Welche Steilheit sollte dieser denn besitzen um ein vernünftiges 
Verhältnis zwischen Aufwand und Nutzen zu gewährleisten?
- Welche Filterabstimmung sollte man wählen?
- Wie schaut es mit der klanglichen Beeinflussung die Verzerrung des 
Phasengangs aus?
- Ist es möglich einen einstellbaren Filter zu bauen, der die 
gewünschten Eigenschaften erfüllt, ohne sich in die ganze 
Berechnungsmaterie vollständig einzuarbeiten? (Geht auch nicht, meine 
Mathekenntnisse reichen dazu noch nicht aus)

lg PoWl

von Fralla (Gast)


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Du könntest auch überlegen ein Radio/CD-Player mit Frequenzweiche und 
mehreren (meist 6) Preouts zu kaufen. Ist meiner Meinung nach eine 
Sinnvolle anschafung wenn man die Lautsprecher Vollaktiv betreibt. Ein 
zb 788RUSB ist gar nicht so teuer.

von Paul H. (powl)


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Ich verwende einen Car-PC ;) In der Tat bin ich noch auf der Suche nach 
einer Lösung, wie ich den Sound vom PC am besten zum Verstärker bring. 
Leider sind externe DSPs die ich mit dem Audiostream von PC füttern kann 
sündhaft teuer.

von Klaus D. (kolisson)


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mach es dir bloss nicht so kompliziert.
Eine abstimmbare Lösung ist eher kompliziert und dann eher interessant
als gut.
orientiere dich an den Frequenzbereichen der LS-Chassis und lege die
Trennung nicht unbedingt in den Stimmenbereich.
3.5 khz wäre nicht schlecht ( so als Hausnummer)
Dann machst du einfache 12db Linkwitz Reiley Filter mit Gain = 1.
Aus meiner Erfahrung ist das ganz gut.

Gruss Klaus

p.s.

wegen der Phasendrehung musst du dann einen von beiden Tönern
umgekehrt anschliessen  (also + wird Minus am LS Chassis)

von Ralph B. (rberres)


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Es gibt von Texas Instruments ein Filterprogramm zum kostenlosen 
download.
Es nennt sich Filter pro

Damit kann man Sallen&Key Filter bis zur 10 Ordnung berechnen lassen.
Sowohl als bessel, butterworth als auch Thebyshef Filter.

Für Audioanwendungne würde ich ein Besselfilter eventuell auch ein 
Butterworthfilter 2Ordnung empfehlen. Das sollte ausreichen.

Den Übergangsbereich würde ich bei einer 3 Weg Box so bei 200Hz bis max 
300Ht im Tieftonbereich ansiedeln und beim Hochtöner so zwischen 3 und 4 
KHz. Um Gotteswillen nix zwischen dem Bereich 300Hz -3KHz ansiedeln. Das 
ist der wichtigste musikalische Bereich.

Eventuell kann man die Weiche auch als Subtraktionsfilter aufbauen.
Das heist man hat nur einen Tiefpass, und gewinnt den Hochpass durch 
subtraieren von Eingangsignal und tiefpassgefilterten Signal. Das hat 
den Vorteil, das man Gruppenlaufzeitprobleme umgeht.

Der Aufwand ist nicht groß

Ralph Berres

von User (Gast)


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Paul Hamacher schrieb:
> Ich verwende einen Car-PC ;) In der Tat bin ich noch auf der Suche nach
> einer Lösung, wie ich den Sound vom PC am besten zum Verstärker bring.
> Leider sind externe DSPs die ich mit dem Audiostream von PC füttern kann
> sündhaft teuer.

Wenn du eine Lösung mit DSPs möchtest; schau dir 'mal die miniDSP Teile 
an. Das Stück (2 Kanäle) für knappe 100 USD. Ansonsten gab es auch mal 
ein Projekt, dass sich die Alipine/ Audyssey Lösung zu nutzen gemacht 
hat um einen eigenständigen DSP ohne Radio daraus zu basteln. Vorteil; 
du hättest recht günstig FIR-Filter und die entsprechende Entzerrung, 
Nachteil; die Trennung beim Sub ist hart bei 100 Hz fest eingestellt, 
Anpassungen nach eigenen Wünschen sind hier nicht drin.

Ansonsten würde ich zumindest einstellbare Filter empfehlen, wenn das 
ganze wirklich etwas werden soll. Baupläne sollte es entsprechend im 
Netz geben.

Klaus De lisson schrieb:
> mach es dir bloss nicht so kompliziert.
> Eine abstimmbare Lösung ist eher kompliziert und dann eher interessant
> als gut.

Nun, wenn er schon ein vollaktives System will, warum soll er dann beim 
Wichtigsten sparen beziehungsweise nicht das rausholen, was man könnte? 
Gerade im Auto benötigt man einige Anpassungen bis es wirklich passt, da 
ist mit pi mal Damen nicht so einfach etwas zu holen. Kommt natürlich 
auch auf die Ansprüche an, aber wenn hier nach einem vollaktiven System 
gefragt wird, gehe ich davon aus, dass er sich nicht mit den 40€ Conrad 
Car-"HiFi" Set und irgend einem hingeworfenem Filter zufrieden gibt.

> Dann machst du einfache 12db Linkwitz Reiley Filter mit Gain = 1.
> Aus meiner Erfahrung ist das ganz gut.

Wenn er schon aktiv fährt würde ich eher 24db vorschlagen, erst Recht im 
Auto. Außerdem gibt es keine Abstimmung, die man der Erfahrung wegen 
immer verwenden kann, es muss eine abgestimmte Lösung erfolgen.

Wenn man ein vernünftiges Ergebnis will, läuft die Entwicklung eher so:

Messung aller wichtigen Parameter (inklusive Phasengang, etc) -> 
Simulation des Ganzen (nach Möglichkeit mit Einbezug von Frequenz und 
Phasengang) -> Messung der Weiche mit Lautsprecher -> Anpassung der 
Filter -> Messung...

> wegen der Phasendrehung musst du dann einen von beiden Tönern
> umgekehrt anschliessen  (also + wird Minus am LS Chassis)

Bei Standlautsprechern mag das bei 12dB meist so sein; im Auto sieht's 
dann wieder anders aus. Kommt dann auf die Position der Lautsprecher und 
die Entfernung zum Hörer untereinander an.

@Paul: Ich würde dir nach Möglichkeit zu einer der DSP Lösungen raten, 
am Besten ist es, wenn du Laufzeiten einstellen kannst. Alternativ eben 
einstellbare Filter, falls die DSP-Lösungen zu teuer sind.

Dann am Besten schauen, ob du jemanden kennst, der ein entsprechendes 
Messsystem hat, oder notfalls selber einarbeiten. Inzwischen gibt es 
einige freeware/ Testprogramme die mit Soundkarte und Mikro auskommen 
(z.B. Hobbybox), für die grundlegenden Sachen sollte es reichen, 
jedenfalls ist es zig mal besser als ohne Möglichkeit zu messen. Dann 
das Ganze mittels Messungen und Gehör abstimmen, bis du ein 
entsprechende zufriedenstellendes Ergebnis herausbekommen hast. Bei der 
Imprint Lösung entfällt das natürlich, dafür hast du kaum eigene 
Anpassungsmöglichkeiten.

von Paul H. (powl)


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Alles über einen externen DSP direkt am PC betreiben zu können wäre mir 
ehrlich gesagt auch am liebsten. Allerdings kosten DSP-Lösungen mit 
5Kanal-Ausgang + USB-Eingang ODER Toslink+USB-Adapter ja schon ein 
kleines vermögen.

So wie ich das nun verstanden habe bräuchte ich ja diesen 2x4MiniDSP für 
4 Kanäle, dann noch diesen MiniDIG für 2 zusätzliche Kanäle und noch den 
MiniStreamer um das ganze als USB-Soundgerät zu benutzen. (Stimmt das 
überhaupt so?)

Dann bin ich bei 99$ + 70$ + 55$ = 224$ = 160€... hm.. das ginge ja 
noch!


ANSONSTEN:
8-Kanal-Soundkarte an den PC und den dann eben die DSP-geschichte machen 
lassen. Kostenpunkt 150€. Bis ich das jedoch alles programmiert und 
konfiguriert und bla hab vergeht noch eine ganze Weile. Bis dahin 
brauche ich eben eine aktive Frequenzweiche.



Btw: Messsystem ist in Planung! Wird kommen wenn ich den DSP-Kram am 
laufen hab.

von Fralla (Gast)


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Es gibt auch HUs welche DSP funktionen haben. Pionerr P88RSII oder 
Clarion 788RUSB welches glaub ich 270€ kostet, mit 6-Preouts 
(Vorverstärkerausgänge mit 6V Pegel), 3-Wege-Weiche (2xBandpass für Sub 
und TMT, 1x Hochpass für HT, Flankensteilheit einstellbar, FIR -> 
lineare Phase), Kanalgetrennter Equalizer (parametrisch oder Band) und 
LZK (Laufzeitkorrektur).
Mit einem externen DSP ist man sicher noch flexibler.
Mit 24db trenne ich Sub und TMT, aber TMT/HT würde ich nicht so steil 
trennen.
MFG

von Paul H. (powl)


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Ich denke auch, dass TMT und HT nicht so steil getrennt werden müssen. 
Sub und TMT schon eher, aber die werden ja dann später digital getrennt, 
da kümmer ich mich zunächst mal nicht drum.

HU fällt weg da Car-PC. Noch ne zusätzliche HU mit DSP-Funktion möchte 
ich auch nicht, da ich da dann wieder per Toslink oder - noch schlimmer 
- analog reinmuss. Dann hab ich ne Wandlung von Digital (PC) -> Analog 
-> Digital (DSP) -> Analog... nene

von User (Gast)


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Paul Hamacher schrieb:
> Allerdings kosten DSP-Lösungen mit
> 5Kanal-Ausgang + USB-Eingang ODER Toslink+USB-Adapter ja schon ein
> kleines vermögen.

Darum eben die miniDSP, sind die günstigsten, soweit mir bekannt.

> (Stimmt das
> überhaupt so?)

Nein, du bräuchtest zwei mal das 2x4, dazu dann die entsprechenden 
Optionen, z.B. digitale Eingänge.

> 8-Kanal-Soundkarte an den PC und den dann eben die DSP-geschichte machen
> lassen. Kostenpunkt 150€.

Wobei ich hier schon eine mit potentem DSP nehmen würde, die sin dann 
i.d.R. auch etwas teurer.

Der Vorteil an der Lösung mit dem externen DSP wäre der, dass du den 
dann direkt bei den Endstufen verbauen könntest. Damit minimierst du das 
Problem von Störungen und sparst dir die teuren langen Chinchkabel, die 
bei 6 Kanälen schon etwas ausmachen. Und man könnte auch noch einfach 
eine Abkopplung von der PC-Masse erreichen (z.B. optischer USB Isolator, 
Toslink)

> Btw: Messsystem ist in Planung! Wird kommen wenn ich den DSP-Kram am
> laufen hab.

Würde ich in jedem Fall empfehlen.

Fralla schrieb:
> Es gibt auch HUs welche DSP funktionen haben.

Lies mal weiter oben, er möchte einen CarPC ganz ohne HU verwenden ;-)

von User (Gast)


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Paul Hamacher schrieb:
> Ich denke auch, dass TMT und HT nicht so steil getrennt werden müssen.
> Sub und TMT schon eher, aber die werden ja dann später digital getrennt,
> da kümmer ich mich zunächst mal nicht drum.

Wenn du wirklich nur Sub <-> Frontsystem digital trennen möchtest, 
kannst du auch nur einen miniDSP verwenden. Aber wenn du schon 3 
Endstufen verwendest, würde ich auch gleich alle Kanäle aktiv/ digital 
trennen.

von Paul H. (powl)


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Das wäre 2x MiniDSP+MiniDigi, dann bin ich schon bei 230€ und da ist 
dann der USB-Toslink-Adapter noch nicht dabei :( Mit wie viel Euros muss 
ich bei dem dann rechnen?

Der Rattenschwanz dieses Car Hifi Projekts nimmt einfach kein Ende.

von Fralla (Gast)


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>Lies mal weiter oben, er möchte einen CarPC ganz ohne HU verwenden ;-)
Ja jetzt hab ichs auch gesehen.

>Ich denke auch, dass TMT und HT nicht so steil getrennt werden müssen.
>Sub und TMT schon eher
Bei mehreren Anlagen  ist mit aufgefallen dass eine steile TMT/HT 
Trennung nicht klingt, bzw trotz LZK die Bühnenblildung leidet. Sub/TMT 
trenn ich meist so steil wie möglich.

>Der Vorteil an der Lösung mit dem externen DSP wäre der, dass du den
>dann direkt bei den Endstufen verbauen könntest
Stimmt, das ist ein großer Vorteil.
Denk auch das die Lösung mit dem miniDSP in Sachen Preis/Leistung das 
beste sein wird.

> Btw: Messsystem ist in Planung! Wird kommen wenn ich den DSP-Kram am
> laufen hab.

Das Messmikro von Audio System mit der mitgelieferten "Praxis" 
Auswertesoftware kann ich empfehlen, für den Preis unschlagbar. Ohne 
Messen ist meines erachtens eine Anlage nicht abstimmbar (bzw ich würde 
es niemals schaffen). klar gibts bessere Mikros aber für den Anfang eine 
Kostengünstige Lösung.


Und trenn jedenfalls alles aktiv, die Amp Kanäle hast du ja. Ansonsten 
rüstest du das später sowieso nach. LZK zwischen Sub/TMT/HT ist ja nur 
so möglich und früher oder später willst du das;)

@Paul: Nur aus interesse, wie sieht der Rest des Systems aus? Also 
LSP/Amps/Strom ?

MFG Fralla

von Paul H. (powl)


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> @Paul: Nur aus interesse, wie sieht der Rest des Systems aus? Also
> LSP/Amps/Strom ?

Canton QS 2.160 ODER Pioneer TS-E 170Ci (hab beides hier, mal gucken was 
mir besser gefällt)
Genesis Stereo 60 für die HT
Genesis Stereo 100 für die TMT
Beides an einem gemeinsamen 16mm² Kabel direkt zur Batterie mit 
MiniANL-Sicherung
0,5F Pollin-Kondensator

Hertz ES300 Subwoofer im 33L Gehäuse, Geschlossen
Hifonics NX-400 Endstufe
25mm² Kabel direkt zur Batterie mit MiniANL-Sicherung
2x 0,5F Pollin-Kondensator

müsst passen :)

CarPC:
10" Atom Netbook
8" VGA Touchscreen

von User (Gast)


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Paul Hamacher schrieb:
> Das wäre 2x MiniDSP+MiniDigi, dann bin ich schon bei 230€ und da ist
> dann der USB-Toslink-Adapter noch nicht dabei :( Mit wie viel Euros muss
> ich bei dem dann rechnen?

Alternativ könntest du noch das 2x8 Kit nehmen, kostet dich mit den 
digitalen Eingängen 10€ mehr. Dafür hätte es den Vorteil, dass du noch 
zwei weitere Kanäle hast (wenn du doch mal irgendwann etwas ergänzen 
willst ;-)) und 4V Ausgangspegel.

Bei dem Toslink Adapter kannst du z.B. so etwas ( 
http://cgi.ebay.de/HA-INFO-USB-Optical-Converter-USB-Toslink-/260800898094?pt=Audio_Zubeh%C3%B6r&hash=item3cb8f1e42e 
)nehmen. Da hier nahezu kein Einfluss auf die Audioqualität vorhanden 
ist, muss es nichts teureres sein, vor allem, da du die hier verwendeten 
Chips auch in den teureren Lösungen vorfinden wirst. Außer du willst 
eine höhere Auflösung/ Samplingrate, dann wird es tatsächlich teurer. 
Wobei das bei eBay Teil der CD Auflösung entspricht ;-)

Zusätzlich solltest du noch ein kleines Netzteil mit Schutzbeschaltung 
für den DSP vorsehen. Der läuft zwar mit 12 Volt, aber um die 14..V + 
Spannungsspitzen/ -einbrüche im Autonetz abzufangen, sollte man hier 
möglicherweise etwas einplanen (oder nochmal auf deren Website schauen, 
was die genauen Anforderungen an die Eingangsspannung sind) oder die 12V 
von dem PC System nehmen. Die Boards verfügen über ein eigenes Netzteil 
um aus den 12V +-15 und 5V zu machen, also sollten die Störungen nicht 
so stark ins Gewicht fallen. Zumindest die 2x8 haben Remoteeingänge für 
den Autobereich, eventuell kommen die dann auch direkt mit der 
Versorgung über das Autonetz zurecht.
Aber es gibt schon einige Projekte mit dem DSP im Auto, da sollten die 
entsprechenden Infos und Erfahrungsberichte zu finden sein.

Was du noch einplanen musst sind die Softwareplugins. Ein paar sind 
dabei (afaik bei dem 2x8 mehr als bei dem kleineren), die anderen kosten 
extra für verschiedene Funktionen. Ich kenne jetzt die genauen Preise 
nicht, aber ich schätze, dass 300-350€ für den DSP Kram, also incl. 
Toslink<->USB, Versand, Netzteil, Plugins bei rauskommen sollten, wenn 
du die miniDSPs nimmst. Vergleicht man das mit den DSP-basierenden 
Aktivweichen oder DSPs von Helix, Alpine usw. finde ich es aber nicht 
wirklich teuer ;-)

> Der Rattenschwanz dieses Car Hifi Projekts nimmt einfach kein Ende.

Das ist hier leider meistens so :-( Aber wenn es dann am Ende 
entsprechend klingt, weiß man wieder, warum man so viel Geld und Arbeit 
rein steckt ;-)

von Ina (Gast)


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>in meinem Auto werden demnächst Hochtöner und Tiefmitteltöner separat
>angesteuert. Die Filter in der Endstufe lassen sich leider nur im
>Bereich bis 200Hz einstellen und das reicht bei weitem nicht. Gewünscht
>wäre ein Tiefpass und ein Hochpass, der bei ca. 2kHz arbeitet.

Trenne etwas höher, wenn es geht. Oder ist der Membrandurchmesser des 
Tiefmitteltöners schon zu groß?

>Nun dazu ein paar Fragen:
>- Welche Steilheit sollte dieser denn besitzen um ein vernünftiges
>Verhältnis zwischen Aufwand und Nutzen zu gewährleisten?

Filter zweiter Ordnung sollten es mindestens sein. Besser noch dritter 
oder vierter Ordnung. Dann aber wohl aktiv.

>- Welche Filterabstimmung sollte man wählen?

Linkwitz-Riley-Filter haben sich bewährt. Sind etwas schlapper als 
Butterworth-Filter, was dem Phasengang zu gute kommt.

>- Wie schaut es mit der klanglichen Beeinflussung die Verzerrung des
>Phasengangs aus?

Mit Linkwitz-Riley-Filtern gut.

Du darfst aber nicht vergessen, daß es nicht nur den Phasengang der 
Weiche zu beachten gilt, sondern auch noch den der Chassis 
untereinander. Und eine Weiche mit passiven Phasenschiebern an konkrete 
Lautsprecher anzupassen ist schon eine Kunst für sich!

Einfacher geht das aktiv, mit Allpaßfiltern, die sich leicht einstellen 
lassen und keinerlei Wechselwirkung mit den komplexen Impedanzen der 
Chassis haben. Eingestellt werden kann das durchaus mit dem Gehör.

>- Ist es möglich einen einstellbaren Filter zu bauen, der die
>gewünschten Eigenschaften erfüllt, ohne sich in die ganze
>Berechnungsmaterie vollständig einzuarbeiten? (Geht auch nicht, meine
>Mathekenntnisse reichen dazu noch nicht aus)

Es gibt sehr einfache und schöne aktive Geschichten. Oder du nimmst eine 
Fertigweiche von Visaton, o.ä., und probierst dein Glück damit. Den 
Phasengang kannst du damit zwar nicht einstellen, aber vielleicht reicht 
das ja schon. Man kann die Chassis übrigens auch leicht gegeneinander 
versetzen, um mit dem Laufzeitunterschied beider Chassis den Phasengang 
bei der Übernahmefrequenz zu "korrigieren". Das Ergebnis bleibt aber oft 
unbefriedigend.

von Paul H. (powl)


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ich glaube ich bastel mir nun einfach mal eine 0815 aktiv-weiche 
zusammen und guck einfach mal, wie mir das gefällt.

wenn ich dann die nächsten monate wieder ein bisschen kohle über hab 
kann ich mir ja noch einen DSP kaufen.

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