Klan­g­op­ti­mie­rung per DSP – Fein­schliff für das Heim­ki­no

Nach­dem man den Hör­raum akus­tisch mit Hil­fe von Ab­sor­bern und Dif­fu­so­ren an­ge­passt und stun­den­lang die Laut­spre­cher an ei­ne akus­tisch per­fek­te Po­si­ti­on ver­scho­ben hat, ste­hen sie im Weg. Und nun? Per­fek­ter Klang oder ein gang­ba­res Wohn­zim­mer? Ab­hil­fe scha

Der Fachhandler - - Inhalt - Erik Scho­ber, Ste­fan Go­e­de­cke

Di­gi­ta­le Si­gnal­pro­zes­so­ren (DSP) kön­nen Auf­ga­ben über­neh­men, die ana­log nur schwer oder gar nicht lös­bar wä­ren und sol­len nicht nur als Er­satz für ei­ne auf­wen­di­ge ana­lo­ge Fil­ter­tech­nik die­nen. Zu die­sem Auf­ga­ben­ge­biet ge­hö­ren zum Bei­spiel Rausch- und Echoun­ter­drü­ckung oder auch Im­ple­men­tie­rung von Ef­fek­ten wie Echo oder Hall. Müs­sen Da­ten zur di­gi­ta­len Wei­ter­ver­ar­bei­tung kom­pri­miert wer­den, kön­nen die DSP auch das be­werk­stel­li­gen. Im Ge­gen­satz zu ei­nem Haupt­pro­zes­sor in ei­nem Com­pu­ter ist der DSP nicht da­für ge­dacht, al­le Ar­ten von Be­rech­nun­gen zu über­neh­men. So­ge­nann­te MAC-Be­feh­le er­lau­ben die gleich­zei­ti­ge Mul­ti­pli­ka­ti­on und Ad­di­ti­on (wie A’= A+ B * C) so­wie den mehr­ma­li­gen Zu­griff auf den Spei­cher in ei­nem Zy­klus. Die op­ti­mier­te Kon­struk­ti­on und Ar­beits­wei­se füh­ren so zu ei­ner viel hö­he­ren Ef­fi­zi­enz. Leis­tungs­auf­nah­me und Wär­me­ab­ga­be sind da­durch mi­ni­miert. Die Da­ten kom­men über se­ri­el­le Schnitt­stel­len, wie USB, Et­her­net oder Fi­re­wire. Se­ri­ell bedeutet da­bei nichts an­ders, als dass die di­gi­ta­len Bits nach­ein­an­der und ver­lust­frei über ei­ne Lei­tung über­tra­gen wer­den.

Ge­schich­te

In den frü­hen 1970er Jah­ren ent­stand der ers­te di­gi­ta­le Si­gnal­pro­zes­sor. Die ers­ten Mo­del­le be­stan­den noch aus meh­re­ren 1 000 in­te­grier­ten Schalt­krei­sen (ICs). IC ist ei­ne elek­tro­ni­sche Schal­tung, die auf ei­nem klei­nen Plätt­chen auf­ge­bracht ist. Sie be­inhal­tet Bau­ele­men­te wie Tran­sis­to­ren und Di­oden. Heut­zu­ta­ge kön­nen ICs meh­re­re Mil­li­ar­den Bau­tei­le um­fas­sen. Schal­tun­gen wie Mi­kro­pro­zes­so­ren und Spei­cher­chips wer­den im Na­no­me­terBe­reich ge­baut und sind da­durch rich­tig klein. Doch wie­der zu­rück zur Ge­schich­te. Die ers­ten DSP-Chips wur­den in den An­fän­gen der 1980er Jah­re ver­kauft. Durch die Ver­brei­tung von Mul­ti­me­di­aIn­hal­ten fan­den sie spä­ter den Weg in

Desk­top-CPUs, denn Da­ten­for­ma­te wie MP3, MPEG2 oder JPEG er­for­dern ei­ne Ko­die­rung oder De­ko­die­rung, de­ren Be­rech­nung ei­ne klas­si­sche Auf­ga­be ei­nes di­gi­ta­len Si­gnal­pro­zes­sors ist. Wei­te­re An­wen­dungs­ge­bie­te sind Misch­pul­te (Hall, Echo), di­gi­ta­le Equa­li­zer, MP3-Play­er und Sound­kar­ten in PCs. Des Wei­te­ren wer­den sie in ei­ni­ge Hi­Fi-Ak­tiv-Laut­spre­cher ein­ge­baut und sind von Werk aus vor­ein­ge­stellt.

Ar­beits­wei­se

Ein di­gi­ta­les Si­gnal­ver­ar­bei­tungs­sys­tem nimmt als Ein­gang ei­ne kon­ti­nu­ier­li­che Schall­wel­le auf, speist sie zum Bei­spiel über ei­nen ana­lo­gen Tief­pass­fil­ter (ei­nen An­ti-Alia­sing­fil­ter), um al­le Fre­quen­zen über die Hälf­te der Ab­tast­ra­te zu ent­fer­nen (sie­he Nyquist’s Sam­pling Theo­rem). Der Ana­log/Di­gi­tal-Wand­ler (ADC) ana­ly­siert und fil­tert die Wel­len­am­pitu­de in gleich­mä­ßi­gen Zeit­in­ter­val­len und er­zeugt ei­ne ein­fa­che Lis­te von ge­ord­ne­ten Ab­tast­wer­ten. Die­se wer­den un­ter Ver­wen­dung von ei­ner An­zahl von Bits co­diert, die die Ge­nau­ig­keit der Mes­sung be­stim­men. Je hö­her die An­zahl der Bits (Sam­pling­tie­fe) sind, um­so fei­ner sind die ge­mes­se­nen Wer­te; je hö­her die Ab­tast­ra­te (Sam­ple­ra­te) ist, um­so mehr Mes­s­er­geb­nis­se gibt es. Am Bei­spiel er­klärt, bedeutet dies, dass bei 16 Bit die Am­pli­tu­de Wer­te von –2 hoch 15 bis 2 hoch 15 an­neh­men kön­nen. Das sind rund 65 536 Wer­te. Um so­ge­nann­tes Clip­ping, al­so Ab­schnei­den, zu ver­mei­den, wird bei den Auf­nah­men oft ei­ne hö­he­re Ge­nau­ig­keit in der Sam­pling­tie­fe ver­wen­det, als man am En­de für den Ver­kauf der Mu­sik braucht. Aus die­sem Grun­de ist es mög­lich, al­te Auf­nah­men in High-Res-Qua­li­tät auf den Markt zu brin­gen, die nicht nur hoch­ge­rech­net wur­den. Das Ein­gangs­si­gnal be­sitzt durch ei­ne Fil­te­rung wie Hoch­o­der Tief­pass sprung­haf­te Un­re­gel­mä­ßig­kei­ten, die im Si­gnal­pro­zes­sor ent­fernt und aus­ge­gli­chen wer­den. Dies er­folgt un­ter an­de­rem durch ei­ne ma­the­ma­ti­sche Fal­tung. Hier­zu wird der Durch­schnitt von zwei oder meh­re­ren Ab­tast­wer­ten ge­bil­det. Die neu­en Wer­te er­zeu­gen ei­nen glei­ten­den Durch­schnitt und die klei­nen Aus­rei­ßer nach oben oder nach un­ten sind aus­ge­löscht. Man er­hält ein neu­es, ge­glät­te­tes Si­gnal.

Wenn das Si­gnal durch den Di­gi­tal/Ana­log-Wand­ler (DAC) wie­der in ein Au­dio­si­gnal um­ge­wan­delt wird, gibt es er­neut Un­re­gel­mä­ßig­kei­ten, die die­ses Mal auf die Quan­ti­sie­rungs­feh­ler (be­grenz­te Ab­tast­ra­te) zu­rück­zu­füh­ren sind. Die­se lie­gen je­doch über der Nyquist-Fre­quenz, so dass das neue ana­lo­ge Si­gnal ei­nen wei­te­ren Tief­pass­fil­ter am Aus­gang be­nö­tigt, da al­les ober­halb der Nyquist-Fre­quenz ein ver­rausch­tes Ar­te­fakt ist.

PWR-ICE125

Nun zum Ei­gent­li­chen. Der uns von Om­nes Au­dio zur Ver­fü­gung ge­stell­te Laut­spre­cher, der DXT Ex­clu­si­ve 6, liegt uns in der ak­ti­ven und pas­si­ven Va­ri­an­te vor. Im ers­te­ren wer­kelt ein Ver­stär­ker in­klu­si­ve di­gi­ta­len Si­gnal­pro­zes­sor. Die­ser kommt von der Fir­ma Mi­niDSP und hört auf den Na­men PWR-ICE125.

Der Ver­stär­ker mit DSP be­sitzt zwei ana­lo­ge Cinch-Ein­gän­ge und ein Vo­lu­men-Reg­ler. Zu­sätz­lich hat er noch ei­nen Et­her­net-An­schluss, mit des­sen man den DSP an dem PC an­schlie­ßen und die oben be­schrie­be­nen Ein­stel­lun­gen vor­neh­men kann. Au­ßer­dem be­sitzt er noch zwei ana­lo­ge XLR-Ein­gän­ge, von den ei­ner auch als di­gi­ta­ler Ein­gang (AESEBU) fun­giert. Das Be­son­de­re an die­sem Di­gi­tal-Si­gnal­pro­zes­sor ist, dass man ihn mit Hil­fe ei­ner ein­fa­chen gra­fi­schen Ober­flä­che am PC selbst kon­fi­gu­rie­ren kann und da­durch ei­ne per­fek­te klang­li­che, auf den ei­ge­nen Hör­raum an­ge­pass­te, Wie­der­ga­be er­hält. Bis Da­to war es meist nur durch Aus­pro­bie­ren der Auf­stel­lungs­po­si­ti­on der Laut­spre­cher mög­lich, die op­ti­ma­le Stel­le zu fin­den, wo sie am Bes­ten klin­gen. Durch Re­fle­xio­nen an den Wän­den ent­ste­hen so­ge­nann­te Raum­mo­den, al­so Aus­lö­schun­gen von Wel­len, oder auch Ver­stär­kun­gen. Dies macht sich in der Laut­stär­ke der Wie­der­ga­be be­merk­bar. Der ein­ge­bau­te DSP des PWR-ICE125 er­mög­licht es, dass man die Laut­stär­ken

der kri­ti­schen Fre­quen­zen im Raum ein­stel­len kann. Wie schon in un­se­rem Hin­ter­grund­be­richt „Die Ver­mes­sung des Wohn­zim­mers“in der Aus­ga­be 08/2016 be­schrie­ben, kön­nen die Laut­spre­cher und der Raum mit Hil­fe ei­nes Mi­kro­fons ge­mes­sen wer­den. Da­zu ver­wen­den wir das Pro­gramm Room EQ Wi­zard. Des­sen Mes­sun­gen kann man spei­chern und in den DSP la­den. So wer­den au­to­ma­tisch die kri­ti­schen Fre­quen­zen an­ge­passt: Sie kön­nen mit ei­nem Equa­li­zer ent­we­der in der Laut­stär­ke er­höht oder ge­senkt wer­den, so dass ein gleich­mä­ßi­ger Fre­quenz­gang an der Hör­po­si­ti­on ent­steht. Der PWR-ICE125 ist eben­falls ein Ver­stär­ker-Mo­dul, das in je­den be­lie­bi­gen 1- oder 2-We­ge-Laut­spre­cher ar­bei­ten kann. Vor­aus­ge­setzt na­tür­lich – er passt in die­sen hin­ein. Ver­wen­det man ihn in ei­nem Sub­woo­fer, stellt er dem ei­nen Trei­ber bis 450 Watt zur Ver­fü­gung oder aber wie in un­se­rem Mo­dell (dem DXT Ex­clu­si­ve 6) treibt er den Hoch- und den Mit­tel/Tief­tö­ner mit je­weils 120 Watt an. Mit ent­spre­chen­der Soft­ware kann man so­gar die Über­gangs­fre­quenz der bei­den Trei­ber fest­le­gen. Eben­so ist es mög­lich, den Hoch- und Tief­pass der ein­zel­nen Schall­ge­ber ein­zu­stel­len, al­so bei wel­cher Fre­quenz und mit wel­cher Flan­ken­steil­heit ab­ge­rie­gelt wird. Hier kann man aus 12, 24, 36 oder 48 dB pro Ok­ta­ve wäh­len. Die Soft­ware für den DSP ist für ver­schie­de­ne PC-Be­triebs­sys­te­me er­hält­lich. So­gar mit dem Smart­pho­ne soll es steu­er­bar sein, so­lan­ge sich bei­de im glei­chen Netz­werk be­fin­den. Die Ein­stel­lungs­mög­lich­kei­ten sind groß­ar­tig, je­doch nicht so um­fang­reich, als dass man da­vor Angst ha­ben müss­te. Der Qua­li­täts­ge­winn durch den hoch­wer­ti­gen, be­reits ein­ge­bau­ten Ver­stär­ker und dem selbst pro­gram­mier­ba­ren DSP sind enorm. Be­son­ders die An­pas­sung an un­se­re Rä­um­lich­kei­ten und die da­mit ver­bun­de­ne Re­du­zie­rung der Raum­mo­den ha­ben sich be­merk­bar ge­macht – und dies ob­wohl wir be­reits ei­nen klang­lich na­he­zu op­ti­ma­len Hör­raum nut­zen. Das Ver­schie­ben der Über­gangs­fre­quenz zwi­schen bei­den Trei­bern führ­te zu in­ter­es­san­ten Klang­er­leb­nis­sen. Im Grun­de ha­ben wir mit dem PWRICE125 in­klu­si­ve DSP (Preis: et­wa 350 Eu­ro das Stück) al­les in der Hand, was ein Laut­spre­cher­ent­wick­ler, wenn er die Trei­ber fer­tig hat, zur Fein­ab­stim­mung braucht: ver­än­der­ba­re Über­gangs­fre­quen­zen und Flan­ken­steil­heit, Equa­li­zer, Kom­pres­sor. So kann man den Laut­spre­chern den letz­ten Fein­schliff ge­ben, um den op­ti­ma­len Klang in den ei­ge­nen vier Wän­den her­aus­zu­ho­len.

Das Pro­gramm zur Steue­rung des DSP ist sehr ein­fach und über­sicht­lich ge­hal­ten. Es gibt auch die Mög­lich­keit, bis zu vier Kon­fi­gu­ra­tio­nen zu spei­chern

Im Fens­ter Band­pass kann man die Über­gangs­fre­quenz und die Flan­ken­steil­heit für je­den Trei­ber fest­le­gen. In un­se­rem Bei­spiel liegt die Trenn­fre­quenz bei 2 000 Hz

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