Digitale Frequenzweiche als reine Softwarelösung.

Grundlagen:
In Lautsprechern werden sogenannte Frequenzweichen zur Signalaufteilung verwendet.
Sie teilt auf in verschiedene Bänder, je nachdem, wie viele unterschiedliche Lautsprecher sich in der Box befinden.
Bei zwei Wegen bedarf es eines Tiefpasses und eines Hochpasses. Ab 3 Wegen kommen noch Bandpässe dazu. Die Weiche wird bei hochwertigen Lautsprecherboxen immer wie ein Maßanzug designed. Flachere Filter klingen dynamischer als steile. Also ein 6db Filter erhält mehr von der ursprünglichen Dynamik der Musik, als ein Filter 2er oder 3er Ordnung und verändert die Phasenlage nicht so stark.
Je schlechter oder "komplizierter" ein Chassis ist, desto aufwendiger muß die Weiche konstruiert werden. z.T. mit Saug und Sperrkreisen.
Der Klang wird beeinflußt von der Architektur der Weiche, wie auch von der Qualität der verwendeten Bauteile. Betrachtet man z.B: den Preis eines (High-End) Jensen Kupferfolien Kondensators in der Größe von 15uF, welcher bei ca: 480 US Dollar liegt, gehen schnell mal mehrere Tausender über die Ladentheke (oder heut zu Tage: Internet-Theke), wenn man wirklich "das Beste" vom Besten haben möchte. Und selbst dann sind trotzdem noch phyikalische Bauteile (wenn auch hochwertige) im Weg, die Verluste aufweisen. Außerdem: bei nachträglichen Frequenzweichenänderungen, weil man z.B: den Hochtöner in der neuen Wohnung im Pegel etwas absenken möchte, muß man erneut teure Bautele kaufen.
Aktive Frequenzweichen haben hier theoretisch einige Vorteile, da weniger verlustbehaftete passive Bauteile verwendet werden; trotzdem kommen hier aktive Bauteile zum Einsatz, deren Qualität auch hier den Klang beeinflusst (z.B: Operationsverstärker). Dazu kommen Geräte-Verbindungsstecker für die Ein- und Ausgänge, sowie die notwendigen Verbindungskabel. All diese Nachteile hat das digitale Konzept nicht. Alle Bauteile wie Stecker, Buchsen und Kabel entfallen. Netzteile für Aktivweichen entfallen. Neue Bauteile für nachträgliche Änderungen an der Weiche entfallen.

 

 

 

Wie funktioniert die digitale Frequenzweiche?

Die digitale Frequenzweiche ist eine reine Softwarelösung mit phasenstarren Finite Impuls Response Filtern (FIR). Natürlich lassen sich auch IIR Filter verwenden. Beliebig viele Wege sind realisierbar. 2 Wege bis x Wege.
Damit sind weit mehr Filtersteilheiten realisierbar als mit Passiv oder Aktivlösungen: dort werden i.d.R. 6-24dB Filter eingesetzt.
Bei der digitalen Lösung können praktisch bis 1 bis 384dB Steilheiten erreicht werden, ohne das Signal dynamisch "tot" zu machen. Messungen der digitalen Filter zeigen zwar, dass- je steiler die Filter sind erhöhte Einschwingzeiten an den Flankenenden beobachtet werden können. In Hörtests konnten aber keine Unterschiede von verschiedenen Filtersteilheiten gehört werden.
Betrachtet man kritische Lautsprecherchassis, die nicht gleichmäßig im Frequenzgang sind, nicht gleichmäßig abfallen oder gar extreme Resonanz-Peaks aufgrund ihres Membranmaterials in der abfallenden Flanke haben, können diese steilere Filter notwendig machen, um symmetrische Filterflanken zwischen den einzelnen Wegen zu erreichen, oder störende Resonanzen in den Griff zu bekommen. Alternativ löst man solche Probleme mit Sperrkreisen.

 

 

Beispiel: 12dB Weiche


Hier die Umsetzung einer 12dB Weiche für 2-Wege Lautsprecher, bei einer Übergangsfrequenz von 1500Hz.
Zu beachten ist die gleichzeitige Möglichkeit zur Entschärfung eines Frequenzpeaks zwischen 9-10 kHz im Hochtonbereich (Sperrkreis).
Theoretisch lassen sich beliebig viele solcher Peaks absenken oder auch erhöhen (Saugkreis)

 

 

Beispiel: Subwoofer Weiche bei 50Hz

Hier ein extremes Besispiel, um zu veranschaulichen, was möglich ist: Filtersteilheit ca. 150dB. Flanke ist bei 52 Hz bereits um 24dB abgefallen.
In der Realität folgen echte Messungen nicht ganz den theoretischen Filtern, besonders, wenn es um extreme Steilheiten geht.
Bei üblichen Steilheiten bis 24db machen die Filter exakt, was sie sollen
Ein elektrisches Filter hat hier deutlich weniger Optionen.

 

 

Beispiel: 3-Wege Weiche

ReaFIR is a EQ and dynamics plug-in that includes an FFT spectrum analysis window.
Amongst other things it can be used as a precision EQ, a gate, a fast attack/release precision compressor, a noise reduction tool.

 

 

Wer kann davon profitieren?

Alle, die ihre Lautsprecher aktivieren wollen, diejenigen, die eine preislich deutlich günstigere Alternative zu teuren Bauteilen, bei gesteigerter Flexibilität - oder einfach jene, die ihre High-End Lautsprecher selbst designen möchten.
Alle Einstellungen oder Änderungen an einer solchen digitalen Frequenzweiche lassen sich einfach am PC mit der Maus in wenigen Momenten erledigen.
Komplette Einstellungen können abgespeichert werden, bevor neue Änderungen gemacht werden.
Komplett unterschiedliche Frequenzweichen-Einstellungen können im laufenden Musikbetrieb angehört werden. Das ist mit Passiv oder Aktivweichen nicht denkbar.