Korrektur
gemessener Frequenzverläufe
Ausgehend von gemessenen Frequenzverläufen sollen aktive Korrekturfilter zur Begradigung der Frequenzverläufe entwickelt werden.
Die
erste Messreihe soll das Ausgangs-Verhalten des Autoradios und des
installierten Audio-Interfaces im Tiefbassbereich untersuchen. Der
Subwoofer wird mit "weissem Rauschen" angeregt das einmal einer CD
im Autoradios entspringt und im anderne Fall einer Soundfile auf
dem Laptop, dessen Soundkarte direkt am Endverstärker des Subwoofers
angeschlossen ist. Da es sich um eine reine Vergleichsmessung
handelt, ist keine Kompensation des Messkettenfehlers erforderlich. Das
Mikrophon befand sich während beider Messungen an identischer Position
in der Nähe des Lankrades.
Erkennbar
ist, dass die rechten Flanken der Signale vom Tiefpassfilter des
Subwoofer-Endverstärkers bestimmt wird. Die rechte Flanke
des Signals "CD-Spieler CDC40 Opera" besitzt eine etwas höhere
Grenzfrequenz. Die Ursache dafür liegt in der unvollständigen
Stummschaltung der Tür- und Armaturenbrettlautsprecher. Diese waren
lediglich "leise gedreht" Das ist
bei dieser Messung aber nicht weiter von Belang.
Entscheidend sind die
linken Flanken beider Signale. Deren Differenz entspricht zwischen ca.
10 Hz und 100 Hz der Ausgangscharakteristik des Autoradios.
Offensichtlich
wird das Autoradio und das Audio-Interface im Tiefbassbereich mit einem
Filter 2. Ordnung (12 dB/Oktave) und einer -3 dB Grenzfrequenz von ca.
35 Hz
begrenzt. Dies korreliert mit der subjektiven Wahrnehmung und dient
vermutlich als Subsonic-Filter im Seriensystem. Für die geplante
Anwendung muss dieses Verhalten durch ein entsprechendes Filter in
einer kommenden Version
des Audiointerfaces korrigiert werden
Das Übertragungsverhalten des Subwoofers im Innenraum des Autos wurd schon untersucht (Tieftöner). Die Ergebnisse werden an diese Stelle übernommen.
Es sind deutlich zwei Raumresonanzen, eine bei 50 Hz und eine bei 100
Hz, erkennbar. Noch
mehr als der tiefe Graben zwischen beiden Spitzen stört vor allem der Abfall
im Tiefbassbereich unterhalb von 40 Hz. Letzterer muss durch ein entsprechendes Filter in einer kommenden Version
des Audiointerfaces korrigiert werden.
Die
erste Korrekturstufe wirkt nur auf Audiosignale, die vom Autoradio
erzeugt werden. Sie verschiebt die Grenzfrequenz des Hochpassfilters
des Autoradio-Ausganges um 20 Hz auf ca. 15 Hz.
Die
zweite Korrekturstufe wirkt auf alle dem Endverstärker zugeführten
Audiosignale. Sie kompensiert die Unzulänglichkeiten des Subwoofers
und die Raumeinflüsse bei der Schallausbreitung im Tiefbassbereich
unterhalb 50 Hz.
Durch das Öffnen eines Fensters ergibt sich im korrigierten
Frequenzverlauf eine leichte Überhöhung im Bereich zwischen 20 und 30
Hz.
Das
Zusammenwirken beider Korrekturstufen auf Audiosignale, die vom
Autoradio erzeugt werden, ergibt sich durch Addition der einzelnen
Filteranteile.
Das
Ergebnis der Filtersynthese wird simulationsgestützt verifiziert. Die
Simulationen werden mit dem SPICE-kompatiblen Schaltungssimulator
"LTspice" - ein kostenloses Designtool der Firma "Linear
Technology" (http://www.linear.com/designtools/software)
- durchgeführt.
Um
im Vorfeld einen akustischen Eindruck von den Auswirkungen der Filter
zu bekommen, gibt es in LTspice die Möglichkeit, die Schaltung mit dem
Signalverlauf zu stimulieren, der in einer beliebigen .wav-Datei
gespeichert ist. Das Ergebnis der Berechnung kann wieder als .wav-Datei
gespeicht werden
Das
folgende Bild zeigt das Ergebnis einer Berechnung, die mit einem
Sinus-Sweap (blau) stimuliert wurde. Die Amplitude des
Ausgangssignals (grün) korreliert mit den Frequenzgangverläufen der
Filter.
Natürlich können auf diese Weise auch normale Musikdateien bearbeitet
werden, die anschliessend auf CD gebrannt, und im Autoradio abgespielt
werden. Der dargestellte Techno-Titel startet mit sphärischen
Klängen, bis ab der 28. Sekunde der Bass einsetzt.
