Benutzer:MichaelFrey/Membranvorauskorrektur

Die Membranvorauskorrektur (engl. TPS=Transducer Preset-System) ist eine Technik zur Korrektur von Wiedergabefehlern bei Lautsprechern.

Grundidee

Die Grundidee der Membranen-Vorauskorrektur ist es, die Wiedergabefehler des Gesamtsysteme aus dem Eingangssignal und den Parametern des Systemes mit umgekehrten Vorzeichen zu erzeugen und an einer geeigneten Stellle, z.B. Vorverstärker, zum eigentlichen Audiosignal hinzu zufügen.

Der Namen Membran-Vorauskorrektur ergibt sich daraus, dass der Fehler vor dem entstehen, also der Schallwandlung, kompensiert wird.

Technisch gesehen handelt es sich um eine Steuerung, da keine Rückkopllung vom Systemausgang (Schall) zum Systemeingang (elektrisches Signal) vorliegt.

Die nötigen Steuerungsparameter werden beim Einmessen bestimmt.

Mathematische Grundlagen

Bei der Membran-Vorauskorrektur von Peter Pfleiderer wird das dynamische Chassis als exakt lineares System betrachtet. Dieses ist dann in seit langem bekannter Weise durch seine Pol-Nullstellen-Konfiguration bestimmt. Aus der Regelungstechnik ist ebenfalls seit langem bekannt, dass ein Vorfilter diese Pol- und Nullstellen kompensieren kann, indem auf jeden Originalpol eine Nullstelle gesetzt wird bzw. auf die Originalnull eine Polstelle. Dadurch sind die linearen Eigenschaften des Chassis kompensiert. Es ist nun nötig, die gewünschten Pol-Nullstellen hinzuzufügen, jedes Chassis muss einen Bandpasscharakter haben, damit die Gesamtverstärkung endlich bleibt . Durch diese elektronische Vorfilterung kann das Chassis im Rahmen der Linearität fast beliebige Eigenschaften verliehen bekommen, wie es von der Theorie des Filterentwurfs bekannt ist. Es gibt z. B. Behauptungen, dass Rechtecksignale möglichst unverfälscht durch das Chassis wiedergegeben werden sollen, dies lässt sich einfach durch konstante Gruppenlaufzeit beim Filterentwurf erreichen. Wichtig ist auch, dass Amplitudenfehler per Vorfilter korrigiert werden können, z. B. ein zu früher Abfall nach den tiefen Frequenzen hin.

Limitationen

Die Membran-Vorauskorrektur kann nicht beliebig grosse Fehler kompensieren, also aus einem schlechten schmalbandigen Lautsprecher kein Hifi-System machen. Für eine Membran-Vorrauskorrektur ist also ein gutes Grundsystem erforderlich.

Die Methode hat Limitationen. Zum einen kann je nach Chassis und gewünschter Übertragungsfunktion eine hohe Ordnung des Vorfilters nötig werden. Es kann auch auftreten, dass die Gesamtverstärkung stellenweise sehr hohe Werte aufweist, was zu sehr hoher Leistungsaufnahme im Chassis führt (die Leistung wächst mit dem Quadrat der Verstärkung). Damit einhergehen auch große Auslenkungen. Dies führt zum prinzipiellen Problem, dass nichtlineare Artefakte gar nicht angegangen werden können. Ungeeignete Kombinationen von Chassis und Vorfilter können extreme nichtlineare Verzerrungen hervorbringen. Das Vorfilter macht aus einem schlechten Chassis kein besseres - aber es klingt besser, weil die Vorfilterung nach der Einmessung angepasst wird an das Chassis. Auch ändert sich nichts an der Tatsache, dass hohe Schalldruckpegel, oder schon mittlere Pegel im Freien oder in großen Räumen nicht mit Einzelchassis verzerrungsarm wiedergegeben werden können. Vielmehr werden mehrere Chassis für verschiedene Frequenzbereiche nötig sein (meist 3 bis 4). Jedes einzelne ließe sich zwar per Vorfilter entzerren, ihre Kombination im Strahlungsfeld jedoch nicht, da je nach Aufpunkt andere Koeffizienten nötig wären. Schließlich ist zu bemerken, dass wie oben gezeigt der Hörraum mit seinen Reflexionen extremen Einfluss auf Amplitudengang und Gruppenlaufzeit hat. Im Diffusfeld ist es deshalb schwierig, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Korrekturmaßnahme zu messen, während die im Freifeld ohne weiteres gelingt.

Bei entsprechend leistungsfähigem Bass-Chassis und entsprechender Verstärkerleistung ist die Vorfilterung jedoch eine probate Methode, einen Tiefbass mit minimaler Gehäusegröße zu realisieren.

Weblinks

• phasenentzerrte Lautsprecher durch Membran-Vorauskorrektur-Service für musikalischere Impulstreue