FIR Filter

[capslock]

Bild 2 und 4 zeigen das Horizontale Abstrahlverhalten von 0° bis 180° (in 10° Schritten).

Bild 1 und 3 sind eine Art Zusammenfassung.
Von oben nach unten:
schwarz = on axis
orange = predicted in room responce
dunkel blau = sound power
Rot: Sound Power DI

Die Aussage von Nubert, warum <1kHz kritischer sein soll, verstehe ich auch nicht.
Wenn ich zB einen Übergang von TT zu MT bei 350 Hz habe, ist die Wellenlänge beim Übergang ca 100cm = ~3ms. Gerade hier halte ich einen "Versatz" von 0,03ms eher unkritisches.
Allerdings würde ich auch hier mit DSP korrigieren, weil die TT häufig räumlich wesentlich tiefer angeordnet sind als der MT und das Schallzentrum aufgrund der Chassis-Geomterie noch weiter hinten liegt.
Ist natürlich auch Abhängig von der Abhörentfernung.
Beispiel: TT und MT sind 50cm in der Höhe versetzt. Hörentfernung beträgt 2,5 Meter. Dann beträgt der Laufzeitunterschied des TT gegenüber dem MT ~5cm.

Danke, und rosa?

Ja, ich würde beim Nubert argumentieren, dass die berühmten 0,5 ms bei tieferen Frequenzen auch noch weniger Perioden sind. Ich würde also erwarten, dass die Hörbarkeitsschwelle in ms ausgedrückt zu tiefen Frequenzen hin ansteigt. Dahinter steckt meine vielleicht naive Vorstellung, dass der jeweilig zuständige Bereich der Hörschnecke immer die gleiche Anzahl von Perioden braucht, bis er anspricht.

[Darakon]

Ich will mich keinesfalls über andere "erheben"!
Seine Bausätze sehen für mich schon sehr ausentwickelt aus.
Die Weichenbauteile, die in seinen Kits dabei sind, fallen für mich halt in eine Kategorie, bei der der ich Zweifel an der Sinnhaftigkeit habe.
Aber er muss ja schließlich auch von was leben. Und es sei ihm gegönnt!
Die Entwicklungskosten und auch der Prototypenbau müssen bei ihm ja ordentlich zu Buche schlagen.

ja, sehe ich auch so. 

______________________________________________________-

Noch mal zurück zum Thema FIR vs IIR vs IIR mit Zeitkorrektur:

Ich habe noch mal mal ein wenig simuliert.

Jedes mal der selbe 3-Wege Lautsprecher.
Jedes Mal als Trennung MT zu HT ein Bessel-Filter bei 3 kHz akustisch.
MT mit Bessel 24dB. HT mit Bessel 18dB

1) IIR-Filter ohne Zeitkorrektur zwischen HT und MT. 
Annahme: HT sitzt aufgrund seiner Einbaulage 15mm weiter vorne als der MT
   
Hier sieht man deutlich die typische Einschnürung oberhalb der Trennfrequenz in der horizontalen Abstrahlung. 
Auch der On-Axis hat einen leichten Abfall im x-over-Bereich gezeigt (ca -1,5dB mit Q=1). Diese Senke habe ich aber per PEQ in der Abbildung bereits korrigiert für eine bessere Vergleichbarkeit mit den anderen Bildern.

2) Selbe wie 1) aber mit Zeitkorrektur, um ein gleichmäßiges hor. Abstrahlverhalten zu erreichen
   
Ergebnis: deutlich besser. Zumindest wenn Constant Directivity gewünscht ist.  
Phasenlage der einzelnen Treiber matched jetzt auch besser.

3) Selbe wie 2) aber diesmal mit linearen FIR-Filter statt IIR-Filtern
(Invertierung des HT konnte aufgehoben werden)
   

Ergebnis: wenig Unterschied zu 2) außer, dass die Phase ein / zwei Zacken weniger aufweist.

4) wie 3) aber mit zusätzlicher FIR-Bessel-Phasen-Linearisierungs-Filter über MT und HT.
   

Ergebnis: Wenig Unterschied zu 2) und 3)

Falls wer Interesse hat, kann ich auch noch die Impulsantworten dazu posten.

[JFA]

Die Aussage von Nubert, warum <1kHz kritischer sein soll, verstehe ich auch nicht.
Wenn ich zB einen Übergang von TT zu MT bei 350 Hz habe, ist die Wellenlänge beim Übergang ca 100cm = ~3ms. Gerade hier halte ich einen "Versatz" von 0,03ms eher unkritisches.

Das deckt sich zumindest teilweise mit den Ergebnissen von Blauert und den anderen Papern. Da ist zwar 2 kHz/4 kHz der empfindlichste Bereich, aber grundsätzlich geht es darüber wieder hoch mit den akzeptablen Werten. Und dann, ganz wichtig, steigen die benötigten "Perioden pro Hörbarkeit" massiv. 

Apropos, Perioden, das erklärt das mit bei Frequenzen unter 1 kHz. Da geht es auch nicht um den akustischen Versatz, sondern um das allgemein allpasshaltige Verhalten eines Lautsprechers.

[JFA]

Dahinter steckt meine vielleicht naive Vorstellung, dass der jeweilig zuständige Bereich der Hörschnecke immer die gleiche Anzahl von Perioden braucht, bis er anspricht.

Es hilft, sich die Hörschnecke wie einen Messempfänger vorzustellen: ein frei durchstimmbarer Bandpassfilter. Dabei ist die "Empfängerbandbreite" (RBW, hier spricht der EMVler  ) nicht gleichmäßig und mit dem Pegel nicht-linear. In der Psychoakustik nutzt man den Begriff "Equivalent Rectangular Bandwidth (ERB)". Dann ist die Sache mit den Perioden zumindest ganz gut vorstellbar. 

Die weitere Auswertung, wie die Tonhöhenerkennung, findet später statt, das ist dann afaik eine neurologische Sache.

[Chlang]

Ich habe noch mal mal ein wenig simuliert.

Danke für die gut gemachte Simu!

Für mich ziehe ich 2 Sachen raus (auch, nachdem ich schon bei der Chlang3 anno 2014 mit "schönen" Sprungantworten experimentiert hatte):
- wenn sich das Abstrahlverhalten ändert, kann man's hören
- wenn die Phasenlage im Übernahmebereich der Chassis passt, hat man das Wesentliche schon erreicht

Und insgesamt Danke für die interessante Diskussion hier! Ich lese gerne mit.

Grüße
Chlang

[JFA]

1) IIR-Filter ohne Zeitkorrektur zwischen HT und MT. 

2) Selbe wie 1) aber mit Zeitkorrektur, um ein gleichmäßiges hor. Abstrahlverhalten zu erreichen

Und während du das tust, wird der Achsfrequenzgang ganz anders. Wenn du dir noch die Mühe machen willst dann pass den Filter 1) so an, dass die Summe genauso aussieht wie in 2). Und zwar nicht ein Über-alles-EQ, sondern die Filterflanken an sich anpacken. 

Im dem Zuge werden die Klangunterschiede von "erheblich" in Richtung "kaum noch wahrnehmbar" gehen. 

Das ein Zeitkorrektur den Prozess vereinfachen kann ist klar, allerdings ist das in der Praxis nicht mehr so einfach umsetzbar, da kommt dann auch viel händisches Ausprobieren zum Einsatz.

[Darakon]

Ich habe noch mal mal ein wenig simuliert.

Danke für die gut gemachte Simu!

Für mich ziehe ich 2 Sachen raus (auch, nachdem ich schon bei der Chlang3 anno 2014 mit "schönen" Sprungantworten experimentiert hatte):
- wenn sich das Abstrahlverhalten ändert, kann man's hören
- wenn die Phasenlage im Übernahmebereich der Chassis passt, hat man das Wesentliche schon erreicht

Und insgesamt Danke für die interessante Diskussion hier! Ich lese gerne mit.

Grüße
Chlang

Danke. Freut mich, wenn es irgendwie hilfreich ist. Mir hilft es jedenfalls immer fürs eigene Verständnis solche Sachverhalten über eine Simulation in VituixCAD nachzuvollziehen. Zumal man die Ergebnisse schön visuell in Echtzeit dargestellt bekommt. 
Heißt aber nicht, dass das was ich hier zeige die absolute Wahrheit ist. Ist auch nur selbst beigebracht. Und das "Wissen" steckt in der Simulation. Ich kann nur hoffen, dass ich die Simulation richtig bediene.

Falls jemand die Möglichkeiten hat:
Wäre interessant die theoretischen Ergebnisse hinsichtlich Delay und IIR/FIR mal mit Messungen (und einem DSP) zu validieren.

[capslock]

Dahinter steckt meine vielleicht naive Vorstellung, dass der jeweilig zuständige Bereich der Hörschnecke immer die gleiche Anzahl von Perioden braucht, bis er anspricht.

Es hilft, sich die Hörschnecke wie einen Messempfänger vorzustellen: ein frei durchstimmbarer Bandpassfilter. Dabei ist die "Empfängerbandbreite" (RBW, hier spricht der EMVler  ) nicht gleichmäßig und mit dem Pegel nicht-linear. In der Psychoakustik nutzt man den Begriff "Equivalent Rectangular Bandwidth (ERB)". Dann ist die Sache mit den Perioden zumindest ganz gut vorstellbar. 

Die weitere Auswertung, wie die Tonhöhenerkennung, findet später statt, das ist dann afaik eine neurologische Sache.

Was ist dann Dein Fazit? Unterhalb 1 kHz immer längere tolerable Zeiten, weil es proportional zur Periodendauer geht? Also in Perioden ausgedrückt konstante tolerable Perioden an Verzögerung?

Wieso frei durchstimmbar? Es ist doch eher so, dass verschiedene Orte eine unterschiedliche Resonanzfrequenz haben, also eher eine Ansammlung von unterschiedlichen Filtern.

Auch eine Ansammlung von Bandpassfiltern sollte doch LTI sein, woher dann die Pegelabhängigkeit?

[walwal]

@ Darakon

Die Impulsantworten interessieren mich.

Ein paar Gedanken zum Themamit Bitte um Korrektur, wenn ich falsch denke:

Wenn ein Chassis vorauseilt, hat das einfluss auf die Phasenbeziehung. Man kann das Chassis geometrisch zurücksetzen, aber dann wirkt die Korrektur nur auf Achse, unter horizontalen Winkeln immer weniger, bei 90 Grad ohne Wirkung. Das ist ein weiterer Nachteil.

Korrigiert man das durch ein elektrisches Delay (zB IIR) wirkt das unter allen horizontalen Winkeln (bei Coax unter allen Winkeln).

Aber es ist nicht zeitrichtig, nur phasenrichtig. 

https://forum.visaton.de/forum/messtechn...post730389
https://forum.visaton.de/forum/messtechn...post730394

Mit FIR wird es auch zeitrichtig. Ob das besser klingt, soll hier nicht beantwortet werden.

Die Bündelung/Abstrahlung ändert sich durch FIR im Vergleich zu IIR nicht.

---

Das gab es schon mal:

https://www.diy-hifi-forum.eu/showthread.php?tid=18684

[Chlang]

Korrigiert man das durch ein elektrisches Delay (zB IIR) wirkt das unter allen horizontalen Winkeln (bei Coax unter allen Winkeln).

Leider nein: Wenn das Problem geometrisch bedingt ist ("Schallentstehungsort liegt unterschiedlich tief in der Schallwand") kann man sich gut vorstellen, dass die Zeitkorrektur zwar auf Achse funktioniert (Hochtöner wird verzögert, weil "Schallentstehungsort" näher am Empfänger liegt), unter Winkeln aber wieder ein Problem hat (unter 90° liegen die "Schallentstehungsorte" dann auf einer Ebene in Bezug auf den Empfänger und der Hochtöner kommt jetzt "zu spät").

Grüße
Chlang

[walwal]

Danke für die Richtigstellung.

[JFA]

Was ist dann Dein Fazit? Unterhalb 1 kHz immer längere tolerable Zeiten, weil es proportional zur Periodendauer geht? Also in Perioden ausgedrückt konstante tolerable Perioden an Verzögerung?

Ja, wobei die Messdaten darauf hindeuten, dass das Verhältnis bei tiefen Frequenzen abflacht, also während es bei 1kHz noch 2 Perioden braucht sind es bei 500 Hz nur 1,8 oder so. Hängt eventuell mit der Kurve der ERB zusammen? Die hat ein ähnliches Verhalten (oben logarithmisch, unten linear).

Wieso frei durchstimmbar? Es ist doch eher so, dass verschiedene Orte eine unterschiedliche Resonanzfrequenz haben, also eher eine Ansammlung von unterschiedlichen Filtern.

Jeder Ton erzeugt auf der Basilarmembran ein Resonanzmaximum an einer bestimmten Stelle. Das meine ich mit frei durchstimmbar. Das passt auch zur Maskierung: ein Ton (schmalbandiges Rauschen) erzeugt eine Maskierung nach oben und unten, weil er eben auch andere Bereichen anregt (die daneben).
Interessant sind dann noch die Frequenzgruppen, die darauf hindeuten, dass da dann doch etwas mit "festen" Frequenzbereichen existiert*. Das ist, so viel ich weiß, aber auf neurologischer Ebene.

Auch eine Ansammlung von Bandpassfiltern sollte doch LTI sein, woher dann die Pegelabhängigkeit?

Ich nehme an, dass da ja alles in allem erstmal in mechanisches System ist, daher die Nichtlinearität.

* Ich glaube sogar inzwischen, dass man bei der Messung den Frequenzgang über diese Bereiche mitteln sollte, und nicht stumpf mit relativer Bandbreite.

[Darakon]

Korrigiert man das durch ein elektrisches Delay (zB IIR) wirkt das unter allen horizontalen Winkeln (bei Coax unter allen Winkeln).

Leider nein: Wenn das Problem geometrisch bedingt ist ("Schallentstehungsort liegt unterschiedlich tief in der Schallwand") kann man sich gut vorstellen, dass die Zeitkorrektur zwar auf Achse funktioniert (Hochtöner wird verzögert, weil "Schallentstehungsort" näher am Empfänger liegt), unter Winkeln aber wieder ein Problem hat (unter 90° liegen die "Schallentstehungsorte" dann auf einer Ebene in Bezug auf den Empfänger und der Hochtöner kommt jetzt "zu spät").

Grüße
Chlang

Guter Punkt. Ich weiß nicht, ob ich das ausreichend genau in der Simulation betrachtet habe. Bzw ob VituixCAD da überhaupt einen Unterschied macht.

In VituixCAD kann man an zwei stellen einen Versatz bzw ein Delay einstellen:
1) Unter der Weiche bei den Parametern der einzelnen Treiber:

  Versatz hochtöner.jpg (Größe: 3,94 KB / Downloads: 131)
2) Unter der Definition der einzelnen Treiber:

  Delay.jpg (Größe: 2,86 KB / Downloads: 131)

Bei 1) würde ich von einem geometrischen Versatz ausgehen.
Bei 2) von einem Delay, das sich an einer DSP einstellen lässt. Das Delay wird wird automatisch in cm umgerechnet.

Das erste, was mit auffällt: 
Ich würde eigentlich davon ausgehen, dass ich einen Versatz von -20mm unter 1) mit einem Versatz von +20mm unter 2) ausgleichen kann.
Dem ist allerding nicht so. Um -20mm unter 1) auszugleichen, muss ich unter 2) beim Delay auch -20mm eingeben (siehe Bilder)
Da scheint für mich die Richtung des Koordinatensystems nicht durchgängig. Habe ich einen Denkfehler oder sollte ich Kimmo auf den Fehler hinweisen?
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Edit 06.02.: Mein Fehler! Hatte das Delay für HT und MT vertauscht => Kein Fehler in VituixCAD. Ist alles richtig, so wie es ist.
Die Aussage zum Verhalten unter Winkel sollte trotzdem stimmen.
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Allerdings scheint Vituix CAD tatsächlich zwischen physischen Versatz und Delay zu unterscheiden.

Hier einmal HT und MT in "Nulllage" (ohne Versatz) und ohne Delay mit linear-Phase Filtern:
   

Und hier zum Vergleich mit 20mm Versatz und diesen Versatz mittels Delay kompensiert (mit den Werten aus den Bildern weiter oben):
   

Wie von Chlang vorhergesagt zeigt sich unter Winkeln eine Abweichung.
Insgesamt ist der Energieverlauf und das Abstrahlverhalten bei der Variante ohne physischen Versatz gleichmäßiger.

[TomBear]

Hi zusammen.

Gibt es einen Anhaltspunkt bis welchen Versatz man ausgleichen kann ohne das es unter Winkeln zu größeren Problemen kommt? 
Und noch zwei Fragen.
Es wird ja gesagt das man FIR nicht im Bassbereich nutzen sollte wegen den auftretenden Latenzen. Da ich gerne Konzertvideos schaue würde mich interessieren ab wo das kritisch wird.
Und macht das einen Unterschied ob ich ein Fertiggerät mit einer bestimmten Anzahl von Taps habe, oder einen guten PC mit 8 Kernen und 32 GB Ram?

Gruß Tommi

[Darakon]

Zitat von google-KI
"Die Latenz bei FIR-Filtern (Finite Impulse Response) hängt direkt von der Anzahl der Filterkoeffizienten (Taps) und der Abtastrate ab.
Sie beträgt typischerweise die Hälfte der Taps, was besonders bei linearphasigen Designs zu signifikanten Verzögerungen (oft >10-60 ms) führen kann.
Hohe Steilheit erfordert mehr Taps und erhöht die Latenz. 
Wichtige Aspekte der FIR-Latenz: 
Berechnung: Die Verzögerung in Abtastwerten ist oft \(\frac{N-1}{2}\), wobei \(N\) die Anzahl der Taps ist.
Bei 44,1 kHz können 3000 Taps über 60 ms Latenz bedeuten.Linearphasige Filter: Diese erzeugen eine konstante Gruppenlaufzeit über alle Frequenzen, verursachen aber eine feste Latenz, da der Impuls auf die Mitte der Taps zentriert wird.
Minimierung der Latenz: Durch Wahl von Minimalphasen-FIR-Filtern (statt linearphasig) kann die Latenz drastisch reduziert werden, da das Pre-Ringing entfällt.Einsatzgebiete: Während hohe Latenzen in der Studiotechnik oder bei PA-Systemen oft akzeptabel sind, erfordern Live-Anwendungen (Bühnenmonitoring) oft extrem kurze Latenzen (<3-5 ms)"

Meiner Erfahrungen nach sind Latenzen von 20ms bis 30 ms für Konzerte oder Filme noch akzeptabel (entspricht einer virtuellen Schall-Quellen-Entfernung von ca 8 Metern).
Das andere Problem ist das Pre-ringing, das bei linear Phase-Filtern auftritt (je tiefer und je steiler, desto mehr pre-ringing):
https://www.youtube.com/watch?v=vosxeF33upQ

Inwiefern minimum phase Filter Vorteile bringen gegenüber Linear Phase und wie man diese in eine DSP integriert, weiß ich nicht.

Ich meine mich an eine Diskussion hier zu erinnern, bei der rauskam, dass IIR Filter besser für Raum-Moden-Korrektur geeignet sind als FIR-Filter

[JFA]

Es wird ja gesagt das man FIR nicht im Bassbereich nutzen sollte wegen den auftretenden Latenzen. Da ich gerne Konzertvideos schaue würde mich interessieren ab wo das kritisch wird.

https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec...!PDF-E.pdf
Ganz am Anfang, Satz g): 45 ms Ton vor Bild und 125 ms Bild vor Ton sind Wahrnehmbarkeitsschwellen, bis 90 ms/180 ms ist es noch akzeptabel. Aber Vorsicht, da geht es um Lip Sync, das kann bei Musik anders sein (ich tippe da auf größere Schwellen). 

Und macht das einen Unterschied ob ich ein Fertiggerät mit einer bestimmten Anzahl von Taps habe, oder einen guten PC mit 8 Kernen und 32 GB Ram?

Wenn beide die gleiche Anzahl an Taps haben wird das "Fertiggerät", sofern es sich dabei um einen DSP handelt, immer gewinnen, weil er keine internen Puffer füllen muss.

[TomBear]

Hi Darakon.

Danke für die Antwort, nur leider bin ich bei mathematischen Berechnungen schon seit einigen Jahren raus. Muss ich wohl mal auffrischen.
Konkret höre ich Musik über Foobar mit 96/24, da ist die Latenz egal. Konzertvideos laufen über den VLC-Player. Ich frage mich nur ob man da FIR ab ca. 200Hz einsetzen kann.
Deiner Antwort entnehme ich schon mal das es keinen Unterschied zwischen Fertiggerät und PC wegen der Rechengeschwindigkeit gibt.

Gruß Tommi

P.s.: Will es mit REAPER und FIR-Filter versuchen, was Du vor ca. 3 Jahren mal hier im Forum empfohlen hast.
Danke für den Tipp.

---

Hi Jochen.

Soweit ich weiss ist bei der PC-Lösung die Anzahl der Taps um ein vielfaches höher.
Und  da mehr Prozessorleistung und RAM wohl auch etwas ´´geschmeidiger´´.
Und danke für den Link. Gucke ich mir mal an . Aber 125ms Bild vor Ton hört sich nach einem guten Puffer an.

Gruß Tommi

[walwal]

Zitat von google-KI
.....

Ich meine mich an eine Diskussion hier zu erinnern, bei der rauskam, dass IIR Filter besser für Raum-Moden-Korrektur geeignet sind als FIR-Filter

Ja, so habe ich das auch gelesen.

Latenzen kann doch der AVR ausgleichen mit Lip.Sync, oder reicht das nicht?

[JFA]

Zitat von google-KI
"Die Latenz bei FIR-Filtern (Finite Impulse Response) hängt direkt von der Anzahl der Filterkoeffizienten (Taps) und der Abtastrate ab.
Sie beträgt typischerweise die Hälfte der Taps, was besonders bei linearphasigen Designs zu signifikanten Verzögerungen (oft >10-60 ms) führen kann.
Hohe Steilheit erfordert mehr Taps und erhöht die Latenz. 

Nicht KI fragen, Jochen fragen. Sag ich auf der Arbeit auch immer.

Die intrinsische Latenz von FIR ist in Anzahl von Samplen
- bei direkter Berechnung: 0
- bei der Berechnung über die schnelle Faltung (iFFT(FFT(x)*FFT(filter)), naiv umgesetzt, gleich der FFT-Länge (die man sinnvollerweise auf die Anzahl der Taps setzt)
- bei der Berechnung über die schnelle Faltung, clever umgesetzt, gleich der verwendeten Blocklänge (FFT-Länge/Anzahl der Blocks)
Dazu kommt noch die Systemlatenz wenn wie bei PCs mit Puffern gearbeitet werden muss

Linearphasige Filter sind immer zeitsymmetrisch, und weil das sonst kausal schief geht (negative Zeit ist nicht) haben die also immer N/2 Latenz (Hinweis: Filter, die das Gesamtsystem phasenlinearisieren, müssen nicht symmetrisch sein und deswegen können die dann auch kürzere Latenzen haben; aber das Gesamtsystem, das ist dann wieder zeitsymmetrisch, also macht das am Ende des Tages nichts.

Ich meine mich an eine Diskussion hier zu erinnern, bei der rauskam, dass IIR Filter besser für Raum-Moden-Korrektur geeignet sind als FIR-Filter

Der Aufwand für FIR ist halt bei tiefen Frequenz sehr hoch, also lässt man es besser bleiben, vor Allem weil es ja auch mit IIR gut geht.

[TomBear]

Was man schon hat und wieder vergisst.

Hatte ich mal gefunden und abgespeichert, aber nie gelesen:

https://www.static.tu.berlin/fileadmin/w...h_MasA.pdf

Ist eine Masterarbeit über einen Monitorlautsprecher mit DSP. FIR kommt da auch drin vor.
Einer der Gutachter ist Anselm Goertz, dürfte also interessant sein.

Viel Spass beim lesen, Tommi

P.s.: Wegen Lipp-Sync. Hab kein AVR.