Digitale Signalverarbeitung für Lautsprecher

Müller, Swen; Vorländer, Michael (Thesis advisor); Hill, Bernhard (Thesis advisor)

Aachen (1999)
Doktorarbeit

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 1999

Kurzfassung

Die Signalaufbereitung aktiv angesteuerter Mehrwegelautsprecher mit digitalen Mitteln ist Thema dieser Arbeit. Neben einer Betrachtung der dazu erforderlichen AD- und DA-Wandler nebst Softwaremethoden zur Verbesserung ihres Dynamikumfangs ist das Hauptaugenmerk auf die Filtertechnik gerichtet. IIR-Filter fanden nur in Form einer vorgeschalteten parametrischen Equalizerbank Einzug in die konkrete Umsetzung. Die eigentliche Trennung in die unterschiedlichen Frequenzbereiche und deren Linearisierung wird hingegen von FIR-Filtern wahrgenommen, deren Erzeugung anhand von Messungen der Einzelwege dementsprechend breiter Raum gewidmet wird. FIR-Filter erzielen im nachrichtentechnischen Sinne erheblich bessere Resultate als IIR-Filter, die allerdings leider kaum mit einem verbesserten Höreindruck koinzidieren. Eine Revolution der Wiedergabequalität von Lautsprechern fand deshalb durch den Einzug der Digitaltechnik nicht statt. Unumgänglich im Bereich der Großbeschallung und wünschenswert im häuslichen Bereich ist ein wirkungsvoller Überlastungsschutz der Lautsprecher. Die dazu erforderlichen nichtlinearen Signalmanipulationen werden anhand eines aufwendigen Spitzenwert- und eines einfacheren Dauerleistungsbegrenzers vorgestellt. Die zugrunde gelegte Meßtechnik linearer, zeitinvarianter Systeme wird mit einer knappen Gegenüberstellung der verschiedenen gängigen Verfahren beschrieben. Dabei werden auch praktische Probleme durch die tatsächlich in der Akustik stets mehr oder minder vorhandenen Nichtlinearitäten und Zeitvarianzen sowie das räumliche Abstrahlverhalten betrachtet. Den Abschluß bilden einige Hörtests, die zur Klärung der Klangunterschiede gleichermaßen linear entzerrter Lautsprecher durchgeführt wurden. Allem Anschein nach begründen unterschiedliche Richtcharakteristiken und mutmaßlich auch unterschiedliche Wellenfeldgeometrien der verschiedenen Lautsprecher nachweisbar divergierende Amplitudenfrequenzgänge am Trommelfell. Phasenfehler und nichtlineare Verzerrungen scheinen hingegen eine untergeordnete Rolle zu spielen.