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Sensor Control

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Auf Grund von nichtlinearen Verzerrungen, die von Subwoofern selbst erzeugt werden, ist die Wiedergabe von Subwoofern unvorhersehbar, insbesondere bei hohen Leistungen. CODA Audio hat Subwoofer entwickelt, die dieses Problem überwinden. Die Schallwandler der Sensor Control Subwoofer von CODA Audio enthalten einen integrierten Sensor, der die Bewegung der Tieftonmembran in Echtzeit misst und mit dem anliegenden Audio-Eingangssignal vergleicht. Diese proprietäre, Sensor Control Technologie ist eine selbstoptimierende, geschlossene Gegenkopplungsschleife, die präzise bestimmt, mit welcher Leistung der Lautsprecher betrieben werden muss, um das ursprüngliche Audiosignal präzise zu reproduzieren. Alle vom Lautsprecher oder dem Gehäuse verursachten Verzerrungen werden dadurch unmittelbar korrigiert.
Das Ergebnis ist eine Reihe von hochwertigen und leistungsstarken CODA Audio Subwoofern, die es dem Systemdesigner ermöglichen, die Tieftonwiedergabe mit dem gleichen Detailreichtum, der gleichen Raffinesse und dem gleichen Vertrauen anzugehen, wie er es bei allen anderen Bereichen des Audiospektrums kann.

 


CODA Audio Sensor Control Technologie

 

GESCHICHTE
Moderne Pro-Audio-Subwoofer sind beinahe ausnahmslos port- oder horngeladen. Die Idee der Regelung von Lautsprechern durch Gegenkopplung ist jedoch nicht neu. 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 wesentliche Unterschied zwischen der MFB und der Sensor Control Technologie von CODA Audio besteht darin, dass die Messung bei MFB mit einem Piezo-Sensor erfolgt, während CODA Audio einen zum Patent angemeldeten elektrodynamischen Sensor verwendet. Er misst das Ansprechverhalten der Schwingspule und bietet folgende Vorteile:

Der Piezo-Beschleunigungssensor ist weniger präzise, insbesondere bei hohen Auslenkungen, was wiederum zu starken Verzerrungen führt.
Lautsprecher erzeugen in Abhängigkeit von der Position der Schwingspule variable magnetische Wechselfelder, die bei Pro-Audio-Treibern mit hoher Leistung und großer Auslenkung sehr stark sind. Störende externe Geräuschquellen stören dabei die Funktion des Piezosensors. Der elektrodynamische Sensor von CODA Audio misst das Verhalten der Schwingspule mit einer Toleranz von nur 0,1 % bei 60 mm Hub. 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.

SIGNALVERARBEITUNG
Konventionelle Lautsprecher benötigen eine externe Bearbeitung, um ihren Frequenzgang zu optimieren. Bei allen port- oder horngeladenen Subwoofern sind mindestens folgende Signalbearbeitungen notwendig:
Hochpassfilter (HPF), Tiefpassfilter (LPF) une ein oder mehrere parametrische Equalizer.
Während der LPF verwendet wird, um die Einbindung des Subwoofers in das Hauptsystem zu realisieren, wird der HPF verwendet, um den Treiber vor Überauslenkung zu schützen. Der EQ wird benötigt, um den geringeren Wirkungsgrad bei sehr tiefen Frequenzen zu kompensieren.
Diese Bearbeitung erhöht die Gruppenlaufzeit und verändert somit die Impulsantwort des Systems.

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

Der SC8 Sensor Control Subwoofer wurde 5 cm vor dem Lautsprechergehäuse gemessen, um Raum Reflexionen zu vermeiden. Nur die beiden vorderen 18” Lautsprecher wurden betrieben, die hinteren beiden 18”er waren außer Betrieb um Raumeinflüsse zu minimieren. Keine Signalverarbeitung außer einem Tiefpassfilter (LPF 90Hz 24dB Link/Riley) wurde verwendet.

Der konventionelle Bassreflex Subwoofer ist ein leistungsstarker, großer Pro-Audio-Subwoofer mit 2 x 18″ Bestückung. Er ist auf 32 Hz abgestimmt ist wurde 5 cm vom Port entfernt gemessen, um Raumreflexionen zu vermeiden. Ein solches System ist nahe am Maximum dessen, was mit herkömmlichen portgeladenen Pro-Audio-Subwoofern erreicht werden kann. Es wurde eine typische Bearbeitung angewendet: HPF30Hz/24dB-But, LPF90Hz/24dB-Link/Riley PEQ35Hz+8dB. Die Frequenzgangkurve zeigt nur den untersten Frequenzbereich, der vom Port wiedergegeben wird.


Frequenzgang

Fig. 8.1 SC8 Sensor Control Subwoofer inkl. LPF 90HZ 24dBLink/Riley Frequenzgang, gemessen 5 cm vorm Lautsprecher

Fig. 8.2 Konventioneller Bassreflex Subwoofer mit Signalbearbeiteten Frequenzgang, gemessen 5 cm vorm Lautsprecher


Impulsantwort

Fig. 9.1 SC8 Sensor Control Subwoofer inkl. LPF 90HZ 24dBLink/Riley Impulsantwort, gemessen 5 cm vorm Lautsprecher

Fig. 8.2 Konventioneller Bassreflex Subwoofer mit Signalbearbeitung Impulsantwort, gemessen 5 cm vorm Lautsprecher


Gruppenlaufzeit

Fig. 10.1 SC8 Sensor Control Subwoofer inkl. LPF 90HZ 24dBLink/Riley Frequenzgang, gemessen 5 cm vorm Lautsprecher

Fig. 10.2 SC8 Sensor Control Subwoofer vs. konventioneller Bassreflex-Subwoofer Gruppenlaufzeit, gemessen 5 cm vorm Lautsprecher


Wasserfall

Fig. 11.1 SC8 Sensor Control Subwoofer inkl. LPF 90HZ 24dBLink/Riley Wasserfall, gemessen 5 cm vorm Lautsprecher

Anmerkung: Es ist schwierig, den Frequenzgang eines Lautsprechers im Tieftonbereich zu messen (selbst in einem schalltoten Raum), da er sehr stark von der Umgebung remittiert wird. Die SC8 Wasserfallmessung zeigt eine geringe Menge an Reflexionen aus dem Raum im Bereich von 20 Hz – 40 Hz.

Fig. 10.2 SC8 Sensor Control Subwoofer vs. konventioneller Bassreflex-Subwoofer Wasserfall, gemessen 5 cm vorm Lautsprecher


INTERPRETATION DER MESSUNGEN
Es zeigt sich, dass der rückkopplungsgeregelte Subwoofer deutliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Verstärker/Subwoofer-Lösungen hat.

Frequenzgang
Die sensorgesteuerte Technologie hat keine Grenzfrequenz. Während der Komparator so eingestellt ist, dass er das Ansprechverhalten des Systems bis 25Hz (-3dB) / 20Hz (-6dB) optimiert (Abb.8.1), kann er bei Bedarf leicht auf ein flaches Ansprechverhalten bis 10Hz oder noch tiefer eingestellt werden.
Das konventionelle portgeladene Gehäuse ist ein großes Pro-Audio 2 x 18″ System, das auf 32Hz abgestimmt ist und 5cm vom Port 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 Verhaltensweise des Systems in Abhängigkeit von 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 42Hz- 100Hz. Unterhalb von 42Hz steigt die Gruppenlaufzeit leicht auf [email protected] an und erreicht ihr Maximum von [email protected] Tatsächlich erzeugt das sensorgesteuerte System das gesamte Spektrum akustisch in der gleichen Zeit, da eine solche Gruppenlaufzeit unterhalb der Grenze menschlicher Wahrnehmungsfähigkeit liegt.
Der konventionelle Subwoofer (Abb. 10.2 – rote Linie) bietet eine erhöhte Gruppenlaufzeit vonganzen 44ms @34Hz. 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
Obwohl die Wasserfallmessung des SC8 (Abb. 11.1) eine geringe Menge an Reflexionen aus dem Raum im Bereich von 20Hz-40Hz zeigt, bestätigt sich, was bereits in der Impulsantwort zu sehen war – ein sehr schnelles und sauberes Ansprechverhalten, das Homogenität und Präzision der Klangwiedergabe gewährleistet.
Der konventionelle Subwoofer mit Bassreflexöffnung (Abb. 11.2) hat die typische lange Resonanz um die Abstimmfrequenz des Gehäuses und die Tendenz, Geräusche/Störungen um die gegebene Resonanz herum zu akzentuieren.

Fazit
Während herkömmliche Subwoofer-Konstruktionen aus jahrelanger Praxis bekannt sind und sich als ausreichend funktional erwiesen haben, ermöglicht die Sensor Control Subwoofer-Technologie einen entscheidenden neuen Schritt hin zu einem wirklich vollständigen und kohärenten Lautsprechersystem-Setup, das einen erweiterten Tieftonbereich mit flachem Frequenz- und Phasengang für eine perfekte Musikwiedergabe mit außergewöhnlicher Genauigkeit und Definition bietet.