DBA - Double Bass Array / e-trap / Anti-Mode

[karumba]

Kannst du das bitte erklären? Oder reden wir aneinander vorbei? Ich meine mit 2.0 ein Stereofullrangesystem und mit 2.1 nicht Stereo mit LFE (gibts sowas?), sondern Stereo mit Subwoofer als unterster Weg, nur in mono. Wenn wir also mit 2.0 das gleiche meinen, wie passt da ein DBA rein?

wir meinen beide das selbe. 2.0 + DBA würde ich mir so vorstellen, dass man das gleiche 2.0 system nochmal gespiegelt an die hinterwand stellt (tiefpassgefiltert).

 

[gurkey]

@karumba
Filter sind sicherlich nicht beliebig steilflankig, wobei digitale FIR Filter, wie heute in vielen Systemen gang und gäbe, problemlos 24 db / Oktave (im Bassbereich) ohne Phasendrehung usw. bewerkstelligen.

Die Ortungungsproblematik von Frequenzen wurde nun ja seit fast einem 3/4 Jahrhundert (!) systematisch (und wissenschaftlich) erforscht und ohne jetzt alles wiederholen zu wollen, sind je nach Anordnung / Aufstellung des Subs in den diversen Studien monophone Schallquellen / Frequenzen bis hinauf 150 Hz nicht verortbar gewesen, vorausgesetzt Abstände und Phase wurden eingehalten / angeglichen. Auf Grund der Fletscher-Munson Kurvenscharen (oder besser wohl Robinson-Dadson Kurvenscharen) ist die Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs im Bassbereich sowieso stark eingeschränkt. Zusammen mit einem 24 db Abfall bei 120 Hz bleibt da nicht mehr viel übrig, da ja auch gleichzeitig die zugehörigen LS überschneidend zum Sub Frequenzanteile in diesem (Bass-)Bereich in abgeschwächter Form abstrahlen. Das Filterkonstrukt wirkt ja nicht nur in eine Richtung...

Speziell auch, weil bei den Infrage kommenden Wellenlängen diese um den Kopf herumgebeugt werden (und deshalb kein Hindernis darstellen und auch keine Abschattungseffekte auftreten) und auch der Phasenversatz linkes / rechtes Ohr bei winkelversetzter Abstrahlung bei diesen tiefen Frequenzen an oder unter der Hörbarkeitsschwelle liegt und meist auch dann nur durch mehrfache Kopfdrehung im Einzelfall verbessert werden kann/konnte.

Diverse Studien, die z.T. schon Jahrzehnte zurück liegen haben dabei aufgezeigt, dass dann eine monophone Bassschallquelle im Bereich der Fronts nicht mehr lokalisierbar ist (blind tests). Wenn man natürlich den Sehsinn mit einbezieht oder andere Tricks benutzt, ist solch ein Vergleich sicherlich nicht mehr wissenschaftlich signifikant aussagekräftig.

Nach allem, was bis jetzt über diesen langen Zeitraum erforscht und bekannt wurde, kann eine Ortbarkeit dann auftreten, wenn dem (Test-)Signal signifikante höherfrequente Signalanteile (Klirr, Rauschen, Intermodulation, Obertöne) beigemischt werden oder bauartbedingt vorhanden sind, weil diese vom Gehör überwiegend zur Ortbarkeit herangezogen werden.

Da aber zu diesem Thema "Ortbarkeit von Frequenzen" bereits ellenlange Listen von Fachliteratur existieren, kann man das sicherlich sehr viel präziser formuliert in aller Ausführlichkeit (auch im Internet) nachlesen.

 

[karumba]

@karumba
Filter sind sicherlich nicht beliebig steilflankig, wobei digitale FIR Filter, wie heute in vielen Systemen gang und gäbe, problemlos 24 db / Oktave (im Bassbereich) ohne Phasendrehung usw. bewerkstelligen.

FIR filter im bassbereich? das pre-ringing eines 24dB/oct filters ist gigantisch in diesem frequenzbereich!

Die Ortungungsproblematik von Frequenzen wurde nun ja seit fast einem 3/4 Jahrhundert (!) systematisch (und wissenschaftlich) erforscht und ohne jetzt alles wiederholen zu wollen, sind je nach Anordnung / Aufstellung des Subs in den diversen Studien monophone Schallquellen / Frequenzen bis hinauf 150 Hz nicht verortbar gewesen, vorausgesetzt Abstände und Phase wurden eingehalten / angeglichen. Auf Grund der Fletscher-Munson Kurvenscharen (oder besser wohl Robinson-Dadson Kurvenscharen) ist die Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs im Bassbereich sowieso stark eingeschränkt. Zusammen mit einem 24 db Abfall bei 120 Hz bleibt da nicht mehr viel übrig, da ja auch gleichzeitig die zugehörigen LS überschneidend zum Sub Frequenzanteile in diesem (Bass-)Bereich in abgeschwächter Form abstrahlen. Das Filterkonstrukt wirkt ja nicht nur in eine Richtung...

80Hz ist als grenzwert die gängige aussage wenns darum geht die *richtung* im freifeld (nicht *abstand* in einem raum mit interferenzen, das ist ein unterschied!) zu bestimmen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Lokalisation_(Akustik)

"Frequenzen unterhalb von 80 Hz sind nicht mehr in ihrer Richtung zu lokalisieren. Daraus zu schließen, dass man deshalb für die Stereo- oder Surroundwiedergabe nur noch einen Lautsprecher braucht, ist unrichtig, denn man benötigt für die Wiedergabe der tiefen Frequenzen, die für das Räumlichkeitsgefühl und die Umhüllung zuständig sind, mindestens zwei Lautsprecher. Richtungslokalisation und Räumlichkeitsgefühl sind nicht gleichzusetzen."

 

[engineer]

Diesem Zitat möchte ich teilweise widersprechen: Man kann mit einem EQ zwar nicht alles gradebiegen, aber gerade reine Modenprobleme im Bassbereich gehen ziemlich gut. Das Schwingverhalten einer reinen Mode und eines minimalphasigen IIR-EQ sind identisch, d.h. wenn eine solche Mode abgesenkt wird und dabei alle Parameter exakt getroffen werden, wird auch das Zeitverhalten korrigiert.

Hast Du das schon praktisch probiert? Richtig eingestellt regst Du die MODE mit dem EQ ja nur weniger an, aber das senkt nicht automatisch zu lange Nachhallzeiten.

Wie ich an anderer Stelle schrieb, plädiere ich ich für einen FIR-basierten MBC. Damit lassen sich der grundsätlziche EQ-Verlauf vom Zeitverhalten trennen und man kann verschiedenen Frequenzen unterschiedlich behandeln. Auch damit besteht das o.g. Problem weiter, aber die Überbetonung der Frequenz durch Anregung + MODE kann auf das Niveau der nachklingenden MODE gesenkt werden, wenn die Anregung durch den MBC gänzlich unterdrückt wirkt. Und: Es lässt sich leicht einstellen. Sowohl die Wirkungsfrequenz, als auch das Kompressorverhalten. Habe mir sowas in meine FPGA-Workstation reinprogrammiert.

Zu der Frage der Verzögerungen des TE:

Es gibt modulare Ansteuerschaltungen für line arrays, die auf kanalweiser Verzögerung basieren. Vielleicht ist sowas eine Möglichkeit. Wenn Du es Producer-seitig machen kannst / willst: Einige SSL-DSP-Karten haben solche Optionen der kanalweisen Verzögerung der Eingänge und Ausgänge. Meine alte Soundscape Mixtreme z.B. kann das auch.

 

[karumba]

Hast Du das schon praktisch probiert? Richtig eingestellt regst Du die MODE mit dem EQ ja nur weniger an, aber das senkt nicht automatisch zu lange Nachhallzeiten.

Wie ich an anderer Stelle schrieb, plädiere ich ich für einen FIR-basierten MBC. Damit lassen sich der grundsätlziche EQ-Verlauf vom Zeitverhalten trennen und man kann verschiedenen Frequenzen unterschiedlich behandeln. Auch damit besteht das o.g. Problem weiter, aber die Überbetonung der Frequenz durch Anregung + MODE kann auf das Niveau der nachklingenden MODE gesenkt werden, wenn die Anregung durch den MBC gänzlich unterdrückt wirkt. Und: Es lässt sich leicht einstellen. Sowohl die Wirkungsfrequenz, als auch das Kompressorverhalten. Habe mir sowas in meine FPGA-Workstation reinprogrammiert.

raumoden sind mixed phase, d.h. manche regionen sind minimum phase (& können EQed werden, was auch die nachhallzeit reduziert, wie bccc1 schon geschrieben hat) und andere sind nicht minimum phase & können sehr schlecht oder garnicht EQed werden.

FIR bringt im raumakustikbereich IMO garnichts.

 

[engineer]

Hm, ich habe das Gefühl, dass wir mit FIR nicht unbedingt dasselbe meinen. Fangen wir daher nochmal einen Schritt weiter vorne an:

Raummoden bilden sich immer durch eine Zusammensetzung aus Direktschall und Reflektionsschall. Wie und wo siehst Du hier die Möglichkeit, diese mit (allein) einem EQ zu behandeln und inwiefern ist ein Filter auf Basis eines IIR dazu (besser) geeignet?

 

[gurkey]

Zudem sind die heutzutage designten FIR Filter fast nie symmetrisch aufgebaut, so dass dahingehend kein hörbares Pre-Ringing mehr stattfindet, oder es sind "windowed" FIR-Filter, die den überwiegenden Teil des Pre-Ringing ausblenden.

Es ist zudem auch kein"gigantisches" Pre-Ringing per se, da wurde wohl etwas übertrieben (Zitat) >>...It is a tendency of the filter to output a small signal of increasing amplitude just prior to the main “step” of the signal, and then after that step has passed, ring a little at the new output level...<<

und weiter

>>...
A compromise is possible: a filter can be designed as linear phase, and hence having a symmetrical impulse response, but the coefficient list can be ‘shaped’ by what is called a ‘window’ function. This window function suppresses pre-ringing to a certain degree, but the more it suppresses pre-ringing, the more it compromises the action of the filter. That is, the more the filter fails to block the signals it is trying to stop. Such filters that apply window functions to filter coefficients in order to reduce pre-ringing are sometimes called Apodizing filters. The word means “to remove the foot”.
...
<<

Da in der digitalen Domäne heutzutage IIR-Filter eher nur noch selten zum Einsatz kommen, sondern fast nur noch die etwas komplexeren FIR-Filter, dürfte das genannte Problem keine ausreichende Signifikanz mehr zu haben.

 

[Black_Bender]

selbst die studiodesigner kollegen entzerren wenn dann nur im bassbereich und nie mit FIR immer IIR
FIR ist so ein typisches rundfunkding. in rundfunk-regiesituationen ist die akustik oft mies und auch unsymmetrisch und daher das ergebnis mit FIR filtern der bessere kompromiss und oft einfach auch notwendig. wenn überhaupt etwas eine komplexe unsymmetrie ausbügeln kann dann FIR.

in tonstudios die für uns relevant sind ist der bessere kompromiss eine grundsolide konventionelle raumakustik + letzter schliff mit IIR

den technischen unterschied kausal zu den vor und nachteilen kann karumba besser erklären.

für kollegen und mich ist in einem musikproduktionsstudio, mixing und masteringstudio wie wir sie nutzen FIR der schlechtere kompromiss bzw wer FIR braucht der sollte unbedingt sein design überdenken

 

[karumba]

Hm, ich habe das Gefühl, dass wir mit FIR nicht unbedingt dasselbe meinen. Fangen wir daher nochmal einen Schritt weiter vorne an:

Raummoden bilden sich immer durch eine Zusammensetzung aus Direktschall und Reflektionsschall. Wie und wo siehst Du hier die Möglichkeit, diese mit (allein) einem EQ zu behandeln und inwiefern ist ein Filter auf Basis eines IIR dazu (besser) geeignet?

IIR ist besser (oder überhaupt) geeignet gerade weil es die phase mit berücksichtigt.
hätte ein raum nur eine mode (z.b. längsmode), dann wäre diese 100% minimumphase & könnte mit einem IIR EQ "zurückgedreht" werden. durch die überlagerungen von verschiedenen moden entstehen aber interferenzmuster. dadurch kann es zu lokalen auslösungen kommen die dann nichtmehr minimalphasig sind (denn eine auslöschung kann man nicht zurückdrehen, da das signal bzw. die frequenz an dieser stelle 0 ist). das ist der grund warum es gerade im bassbereich (lokale) minimalphasige frequenzbereiche gibt (idR berge) & welche die es nicht sind (idR täler).
hier etwas lektüre:
http://www.roomeqwizard.com/wizardhelpv5/help_en-GB/html/minimumphase.html
http://www.roomeqwizard.com/wizardhelpv5/help_en-GB/html/iseqtheanswer.html

 

[karumba]

Zudem sind die heutzutage designten FIR Filter fast nie symmetrisch aufgebaut, so dass dahingehend kein hörbares Pre-Ringing mehr stattfindet, oder es sind "windowed" FIR-Filter, die den überwiegenden Teil des Pre-Ringing ausblenden.

Es ist zudem auch kein"gigantisches" Pre-Ringing per se, da wurde wohl etwas übertrieben (Zitat) >>...It is a tendency of the filter to output a small signal of increasing amplitude just prior to the main “step” of the signal, and then after that step has passed, ring a little at the new output level...<<

und weiter

>>...
A compromise is possible: a filter can be designed as linear phase, and hence having a symmetrical impulse response, but the coefficient list can be ‘shaped’ by what is called a ‘window’ function. This window function suppresses pre-ringing to a certain degree, but the more it suppresses pre-ringing, the more it compromises the action of the filter. That is, the more the filter fails to block the signals it is trying to stop. Such filters that apply window functions to filter coefficients in order to reduce pre-ringing are sometimes called Apodizing filters. The word means “to remove the foot”.
...
<<

Da in der digitalen Domäne heutzutage IIR-Filter eher nur noch selten zum Einsatz kommen, sondern fast nur noch die etwas komplexeren FIR-Filter, dürfte das genannte Problem keine ausreichende Signifikanz mehr zu haben.

unter FIR verstehe ich linear phase. klar, man kann auch minimum phase mit convolution/FFT implementieren, aber dann kann man auch gleich IIR nehmen und spart sich das processing delay - welches im bassbereich bei entsprechender auflösung schnell recht groß werden kann. oder willst du ne knappe sekunde (32k FFT bei 44khz) auf den sound warten? das macht spätestens beim mischen/schneiden auf bild garkeinen spass.

fensterung: die bringt nicht viel da sie nur die ganz äußeren kanten glättet. fenstert man extrem stark, leidet die filterqualität, sprich: dein FIR design hat 24db/oct & nach starker fensterung landest du bei 3dB/oct. die fensterung macht das filter auch nicht weniger symmetrisch. und wenns davor nicht symmetrisch war, ists halt minimalphasig (oder eine mischung) & wir sind wieder beim obigen punkt. ich habe solche filter mit den gängigen fenstern selbst schon implementiert. lies dir mal die 2 lektüren im post darüber durch, dann wird auch schnell klar, dass man die zugehörige "phasenrückdrehung" in der akustik dringend braucht & weshalb dann eben IIR das mittel der wahl ist. filtern ist immer ein geben & nehmen - umsonst gibt es nichts

 

[engineer]

Die Frage scheint mir, welche FIR-Struktur man hier mit dem IIR vergleicht. Fensterung bringt nicht notwendigerweise eine Verschlechterung der Filterwirkung - im Gegenteil: Durch ein optmiertes Window, (das i.d.R ja den gesamten TAP-Bereich überspannt und nicht auf eine Periode des Signals beschränkt sein muss) kann die Welligkeit von Filtern mit limitierten TAP-Zahlen durchaus verbessert werden. Die Berücksichtigung der Phase gelingt standardmässig mit IQ-Prozessierung, also einem komplexen Filter mit zwei Zweigen. Dem Prinzip nach lässt sich bekanntlich jede IIR-Response mit einem FIR emulieren, ist nur eine Frage des Rechenbedarfs.

Ich gebe Dir natürlich Recht, dass ein konventionelles (analoges) IIR diesbezüglich im Vorteil ist, sofern sich damit der Wunschkompensationsverlauf herstellen lässt.

Praktisch ist es nun aber doch so, dass in einem realen Raum mehrere Aktoren befindlich sind, diese unterschiedliche Resonanz- und Dämpfungsparameter haben und damit eine Kette von IIR-Systemen, die das kompensieren möchte, schnell in instabile Zustände gerät, sofern sie überhaupt darstellbar ist. Ein dafür wirksames IIR-Filter erhält man dagegen durch mehr oder weniger simple Überlagerung der notwendigen Koeffizienten. Situationsgerecht optimierte Filter für geringe Frequenzen sind aber als FIR schon eine Herausforderung, da ist durchaus was dran.

 

[karumba]

Die Frage scheint mir, welche FIR-Struktur man hier mit dem IIR vergleicht. Fensterung bringt nicht notwendigerweise eine Verschlechterung der Filterwirkung - im Gegenteil: Durch ein optmiertes Window, (das i.d.R ja den gesamten TAP-Bereich überspannt und nicht auf eine Periode des Signals beschränkt sein muss) kann die Welligkeit von Filtern mit limitierten TAP-Zahlen durchaus verbessert werden.

die welligkeit ist mehr ein problem bei zu wenigen taps. gerade für den bassbereich brauchst du aber sehr sehr viel taps.
nimm mal ein sehr steilflankiges filter & mach dann die fensterung & schau dir den response erneut an. das filter wird danach weniger steil sein, je nachdem wie stark gefenstert wurde, vergleiche z.b. mal rechteck (quasi garnicht) vs. hamming (weniger stark) vs blackmann (sehr stark: http://de.wikipedia.org/wiki/Fensterfunktion

Die Berücksichtigung der Phase gelingt standardmässig mit IQ-Prozessierung, also einem komplexen Filter mit zwei Zweigen. Dem Prinzip nach lässt sich bekanntlich jede IIR-Response mit einem FIR emulieren, ist nur eine Frage des Rechenbedarfs.

genau das hatte ich ja oben schon geschrieben. ist alles schön und gut aber mit einem IIR filter kann ich auch jeden IIR-response erreichen - ohne den nachteil der verzögerung. wozu also FIR?

Ich gebe Dir natürlich Recht, dass ein konventionelles (analoges) IIR diesbezüglich im Vorteil ist, sofern sich damit der Wunschkompensationsverlauf herstellen lässt.

das tut es ja. und wenn ich ein lokales loch habe, weil sich 2 signale auslöschen bringt mich auch kein FIR filter der welt weiter, denn wo nichts ist, kann man nichts anheben.
(nur zu sicherheit: ich rede natürlich von digitalen IIR filtern.)

Praktisch ist es nun aber doch so, dass in einem realen Raum mehrere Aktoren befindlich sind, diese unterschiedliche Resonanz- und Dämpfungsparameter haben und damit eine Kette von IIR-Systemen, die das kompensieren möchte, schnell in instabile Zustände gerät, sofern sie überhaupt darstellbar ist.

mir ist in der praxis kein fall bekannt wo ein IIR filter in der raumakustik instabil (selbstresonanz?) geworden ist. was genau meinst du mit "schnell in instabile Zustände gerät"?
und weiter oben schreibst du, dass du mit FIR ein IIR filter implementieren willst. das könnte dann aber gleichermaßen instabil werden (denn ob ich FIR/convolution mache oder über biquads gehe ist beim endresultat "IIR" dann ja nur die art der implementation).

 

[technoreinhard]

Ich bin das Thema durchgegangen und sehe, dass er hier in die Details der Filtertechnik geht. Abgesehen davon, welche der beiden Typen jetzt besser ist, würde ich gerne noch etwas zu dem bouble Bass Array fragen:

Warum sollte man diese überhaupt tiefpassfiltern wie weiter vorne bemerkt?Nur der Verzögerungen wegen?