Sensor Control

This post is also available in: English (Englisch)

Die Klangqualität von Subwoofern kann aufgrund der vom Subwoofer selbst verursachten nichtlinearen Verzerrung unvorhersehbar sein, insbesondere bei hoher Leistung. CODA Audio hat Subwoofer entwickelt, die dieses Problem geschickt überwinden. Die Schallwandler in den sensorkontrollierten Tieftonelementen von CODA enthalten einen integrierten Geschwindigkeitssensor, der die Bewegung der LF-Membran in Echtzeit misst und mit dem eingehenden Audiosignal vergleicht. Diese proprietäre Sensor Controlled Technologie ist ein selbstoptimierender, geschlossener Regelkreis, der präzise ermittelt, wie viel Leistung der Schallwandler benötigt, um das ursprüngliche Audiosignal genau wiederzugeben. Jede vom Schallwandler oder Gehäuse verursachte Verzerrung wird sofort korrigiert.
Das Ergebnis ist eine Reihe von hervorragend funktionierenden, hochauflösenden und leistungsstarken CODA-Subwoofern, die es dem Systemdesigner ermöglichen, die Verstärkung tiefer Frequenzen mit derselben Detailtreue, Raffinesse und Zuversicht anzugehen wie den Rest des Audiospektrums.

CODA Sensor Controlled Tieffrequenz-Element

GESCHICHTE Das erste Patent wurde 1933 von Smythe angemeldet und in den frühen 70er Jahren entwickelte Philips ein Lautsprechersystem namens Motional Feedback (MFB), ein Rückkopplungssystem für HiFi-Tieftöner, das auf einem Piezo-Beschleunigungssensor basierte. Aus verschiedenen Gründen konnte sich diese Technologie im HiFi-Markt nicht durchsetzen. Auch heute noch verwenden einige Hersteller von High-End-HiFi-Geräten die MFB-Technologie in ihren Produkten (Linn, SilberSand etc.). Durch technische Einschränkungen, insbesondere bei hohen Leistungen, erwies sich die MFB-Technologie jedoch als ungeeignet für den Einsatz in Pro-Audio und wurde daher nie verwendet.

Der Hauptunterschied zwischen MFB und der Sensor Controlled Subwoofer Technologie von CODA Audio besteht darin, dass MFB die Beschleunigung mit einem Piezo-Sensor misst, während CODA Audio einen patentierten elektrodynamischen Sensor verwendet, der die Geschwindigkeit der Schwingspule misst und folgende Vorteile bietet:

Der Piezo-Beschleunigungsmesser ist insbesondere bei hohen Auslenkungen weniger präzise und erzeugt starke Verzerrungen. Störende externe Geräuschquellen stören dabei die Funktion des Piezosensors. The CODA Audio electro-dynamical sensor measures the velocity of the voice coil with a 0.1 % tolerance at 60 mm of travel. Er ist gegen externe Störquellen abgeschirmt und auch bei extrem hohen Pegeln hochgenau.

Ziel ist es, eine negative Rückkopplungsschleife zur Steuerung und Stabilisierung des Lautsprechers zu verwenden. Wenn der Meßsensor nicht präzise ist oder die Messung gestört wird, kommt es zu einer positiven Rückkopplung, die zu zusätzlichen Verzerrungen führt. Dies geschieht insbesondere bei hohen Leistungswerten und ungenauer Messquelle wie z. B. beim Einsatz von Piezo-Sensoren.

Processing
Herkömmliche Lautsprecher benötigen eine externe Signalverarbeitung, um ihren Frequenzgang zu optimieren. Die Mindestanforderungen an die Signalverarbeitung für jeden Port- oder Horn-Subwoofer sind:
Hochpassfilter (HPF), Tiefpassfilter (LPF) und ein oder mehrere parametrische Equalizer.
Während der LPF zur Implementierung des Subwoofers in das Hauptsystem verwendet wird, dient der HPF zum Schutz des Schallwandlers vor Überauslenkung und der EQ wird benötigt, um die geringere Effizienz bei sehr niedrigen Frequenzen auszugleichen.

Der CODA Audio Sensor Control Subwoofer benötigen keine dieser externen Verarbeitungen (außer LPF, um ihn in das Hauptsystem zu implementieren). Es handelt sich um einen geschlossenen Regelkreis und damit um ein sich selbst optimierendes System, bei dem der Treiber selbst genau die Leistung festlegt, die er benötigt, um das ursprüngliche Audiosignal exakt wiederzugeben.

MESSUNGEN

Frequenzgang

Impulsantwort

Gruppenlaufzeit

Wasserfall

Interpretation der Messungen
Es ist ersichtlich, dass der über eine Rückkopplungsschleife geregelte Subwoofer klare Vorteile gegenüber herkömmlichen Verstärker-/Subwoofer-Lösungen aufweist.

Frequenzgang
Die sensorgesteuerte Technologie hat keine Grenzfrequenz. Der Komparator ist zwar so eingestellt, dass er die Systemantwort bis hinunter zu 25 Hz (-3 dB) / 20 Hz (-6 dB) optimiert (Abb. 8.1), kann jedoch bei Bedarf leicht auf einen linearen Frequenzgang bis hinunter zu 10 Hz oder sogar noch tiefer eingestellt werden.
Das herkömmliche portbeladene Gehäuse ist ein großes Pro-Audio-System mit 2 x 18 Zoll, das auf 32 Hz abgestimmt ist und 5 cm vom Port entfernt gemessen wird, um Raumreflexionen zu vermeiden. Es wurde eine typische Bearbeitung angewendet: HPF30Hz/24dB-But, LPF90Hz/24dB-Link/Riley PEQ35Hz+8dB. Die Frequenzgangkurve zeigt nur den untersten Bereich, der vom Port übernommen wird (Abb. 8.2). Der Frequenzbereich ist in der Regel durch die Abstimmfrequenz des Ports begrenzt, die bei solchen Systemen die Grenzfrequenz darstellt. Ähnlich wie bei horngeladenen Systemen werden portgeladene Subwoofer extrem groß, wenn ein erweiterter Tieftonbereich erforderlich ist. Während die Ausgangsleistung beider Systeme bei 36 Hz identisch ist, hat der SC8 bei 25 Hz 12 dB mehr Ausgangsleistung und bei 20 Hz sogar eine um 23 dB höhere Ausgangsleistung als das konventionelle System.

Impulsantwort
Die Impulsantwort beschreibt die Reaktion des Systems als Funktion der Zeit. Das sensorgesteuerte System (Abb. 9.1) liefert eine perfekte Impulsantwort, während das konventionelle System eine erhöhte Gruppenlaufzeit und eine veränderte Impulsantwort aufweist, die durch verzögerte Töne vom Anschluss (Ergebnis der Resonanz) und der Audioverarbeitung verursacht werden (Abb. 9.2). Eine solche Impulsantwort ist sehr typisch für port- oder horngeladene Systeme. Der SC8 Subwoofer bietet eine äußerst kontrollierte Impulsantwort, die eine unverfälschte Klangwiedergabe gewährleistet.

Gruppenlaufzeit
Das sensorgesteuerte System (Abb. 10.1) hat eine Gruppenlaufzeit von nahezu Null im Bereich von 42 Hz bis 100 Hz. Unterhalb von 42Hz steigt die Gruppenlaufzeit leicht auf 8ms@34Hz an und erreicht ihr Maximum von 11ms@25Hz. Tatsächlich erzeugt das sensorgesteuerte System das gesamte Spektrum akustisch gleichzeitig, da diese Gruppenverzögerung unterhalb der Grenze unserer Wahrnehmungsfähigkeit liegt.
Der herkömmliche Subwoofer (Abb. 10.2 – rote Linie) bietet eine erhöhte Gruppenverzögerung von 44 ms bei 34 Hz. Bei einer schnellen Abfolge von Transienten kann es zu Unsauberkeiten mit unpräziser Abbildung kommen. Beim sensorgesteuerten Subwoofer werden die Transienten mit der gleichen zeitlichen Liaison wie das Eingangsaudiosignal erzeugt. Dies bedeutet, dass eine schnelle Folge von Transienten deutlich hörbar ist.

Wasserfall
Auch wenn die SC8-Wasserfallmessung (Abb. 11.1) eine geringe Anzahl von Reflexionen aus dem Raum im Bereich von 20 Hz bis 40 Hz zeigt, wiederholt sie das, was wir bereits in der Impulsantwort gesehen haben – eine sehr schnelle und saubere Antwort, die Homogenität und Präzision der Klangwiedergabe gewährleistet. Der herkömmliche portbeladene Subwoofer (Abb. 11.2) liefert die typische lange Resonanz um die Abstimmfrequenz des Gehäuses und neigt dazu, Geräusche/Störungen um die gegebene Resonanz herum zu verstärken.

Fazit
Während herkömmliche Subwoofer-Konstruktionen aus langjähriger Praxis bekannt sind, ermöglicht die sensorgesteuerte Subwoofer-Technologie einen entscheidenden neuen Schritt in Richtung einer wirklich vollständigen und kohärenten Lautsprecherkonfiguration, die einen erweiterten Tieftonbereich mit flachem Frequenz- und Phasengang für eine perfekte Musikwiedergabe mit außergewöhnlicher Genauigkeit und Definition bietet.