UKF-3   Universal-Korrekturfilter für Schallwandbreite und Zeit/Phase Zeitkorrektur: Zum korrigieren des Zeitversatzes zwischen Subwoofer und Satelliten oder in einer Aktivbox zwischen zwei Lautsprecherchassis z.B. im 3-Wege-System zwischen Mittel- und Hochtöner und im 2-Wege-System zwischen Hoch- und Tieftöner (+/-180°). Schallwandkorrektur: Zum korrigieren der Beugungs-Einflüsse der verschiedenen Schallwandbreiten auf den Frequenzgang eines Mitteltöners (3-Wege), oder Tieftöners (2-Wege). Zeit- und Schallwandkorrektur bestehen aus jeweils zwei getrennten Kanälen, die einzeln betrieben, oder auch hintereinander geschaltet verwendet werden können.

Sprungantworten
Ein ideales, lineares, verzerrungsfreies Übertragungssystem gibt nach Ablauf der Laufzeit einen Einheitssprung am Eingang ohne Überschwingungen unverzerrt am Ausgang wieder. Seine normierte Sprungantwort erhält den Wert 1. Wird dieser Gedanke sinngemäß auf eine aus Einzelfiltern bestehende Frequenzweiche übertragen, so muss gefordert werden, dass die Summe der Sprungantworten der einzelnen Filter den Wert 1 hat, um ein fehlerfreies Impulsübertragungsverhalten zu gewährleisten. Ist diese Bedingung erfüllt, so werden alle in einem Signal vorhandenen Teilschwingungen in richtiger Amplitude und Phase wiedergegeben.
Mit anderen Worten: Das Frequenzgemisch eines einmaligen Impulses wird durch ein Filter in zwei Frequenzbereiche aufgeteilt. Dieser Impuls kann sich auf dem Schallausbreitungsweg zum Ohr nur dann zum Original zusammenfügen, wenn beide Chassis das zusammengehörige Frequenzgemisch zeitgleich abstrahlen. Ansonsten starten beide Frequenzgemische zu verschiedenen Zeitpunkten, wodurch der Impuls völlig verändert werden kann. Da in den Anschlägen von Instrumenten (Hüllkurve) bereits alle Informationen über das Instrument vorhanden sind, ist dies ein sehr wichtiger Aspekt.

Eingeschwungene Zustände, d.h. Dauer-Sinuskurven, die meist bei Phasenmessungen in Hörvergleichen verwendet werden, zeigen so gut wie keine hörbaren Phasenverzerrungen, solange dafür gesorgt wird, dass die entstandenen Amplitudensenken ausgeglichen werden. Genau dieser Zusammenhang wird aber oft als Beweis dafür herangezogen, dass Phasenverzerrungen immer unwichtig sind, solange der Amplitudenfrequenzgang glatt ist.
Auffallend ist hierbei, dass diese Feststellungen oft mit einem gewissen Ausschließlichkeitsanspruch gemacht werden.
Da sich Phasenverzerrungen also hauptsächlich auf die wichtigen einmaligen Vorgänge auswirken, kann eine genaue Beurteilung der Klang-Beeinflussung nicht immer vorrausgesagt werden. Sie hängt von dem komplexen Frequenzgemisch eines Impulses ab und wie wichtig dieser für das Klanggeschehen ist.
Laut eingehenden Versuchen, die bereits in den 70er Jahren durchgeführt und dokumentiert wurden, darf aber grob gesagt werden, dass Phasenverschiebungen von weniger als 3°/Okt. unhörbar und größer als 60°/Okt. auf jeden Fall wahrnehmbar sind.
Die Sache verliert aber an Bedeutung, je niedriger die Trennfrequenzen (< 200 Hz) sind. So genügt es wohl völlig, die Auswirkung der Zeitverschiebung zwischen Tief- und Mitteltöner nur amplitudenmäßig auszugleichen.

Das Filter UKF-3 bewirkt, dass die Zeitkorrektur nicht nur auf der elektrischen Seite erfolgt, sondern mithilfe geeigneter Messgeräte die Chassis mit einbezieht. Eine messtechnische Überprüfung ergab, dass die theoretischen Überlegungen in vollem Umfang bestätigt werden. Die akustische Addition von Hoch- und Tiefpass weist im gesamten Übernahmebereich keinen Phasenfehler mehr auf.

Hörtests an unserer umschaltbaren Aktivbox bestätigen, dass einmalige Vorgänge, wie das Anblasen eines Instrumentes, Pop-Laute der Lippen, wie am Beginn des Buchstaben "P", der Moment des Loslassens einer Gitarrensaite, der Anschlag eines Klavieres - jedoch nicht der Ausklang, teils drastisch deutlicher dargestellt werden.
Diese Vorgänge treten umso deutlicher hervor, je größer der Phasenfehler einer Box vorher war.
Das Entdecken weiterer Feinheiten, die vorher entgangen sind, werden zu einem neuen Erlebnis der Musikaufnahmen führen.

Arbeitsweise und Einstellung der Zeitkorrektur Nebenstehende Skizze zeigt schematisch, wie die Zeitverschiebung zwischen zwei Chassis zustande kommt. Dargestellt ist ein Mittel- und Hochtöner, kann aber auch genauso auf Subwoofer und Satellit angewendet werden, die räumlich auseinander stehen. Das Beispiel geht von der Trennfrequenz aus, die mit verringertem Pegel von beiden Chassis gleichlaut wiedergegeben wird, um in der akustischen Addition wieder den Grundpegel zu ergeben. Der Schall entsteht ungefähr in der Gegend der Schwingspule. Der Mitteltöner ist aber nicht immer deshalb nacheilend, weil die Spule weiter hinten angeordnet ist, auch die prinzipbedingte geringere Schnelligkeit trägt zu einem schwer vorhersehbaren Verzögerungs-Faktor bei. Der Filterzweig "Zeitkorrektur" des UKF-3 wird in den Ausgang des Hochpasses der Aktivweiche geschaltet. Mit einem Jumper wird vorgewählt, ob eine Voreilen (0 bis +180°) oder ein Nacheilen (0 bis -180°) eingestellt werden soll, je nachdem, welche Verschiebung die Messung ergibt. Mit steckbaren Kondensatoren (liegen bei) wird der grobe Frequenzbereich vorgewählt, ein Poti übernimmt die Feinarbeit.

Was geschieht bei einer Zeitverschiebung ohne Korrektur?
Wenn bei einer Frequenzweiche die elektrische Summe von Hoch- und Tiefpass an jeder Stelle des Übernahmebereiches lehrbuchmäßig "Eins" ist, so stimmt das oft akustisch nicht, wenn die Chassis deutlich "zeitverschoben" sind. Die Ursache ist darin zu finden, dass nur zwei sich zeitlich deckende Sinussignale an jeder Stelle die gleiche Summe bilden. Zwei um 180° verschobene würden sich theoretisch akustisch auslöschen, alle Winkelgrade dazwischen ergeben Werte zwischen Null und Eins. Somit wäre bei der obigen Skizze ohne Zeitkorrektur eine Amplitudensenke im Übernahmebereich die Folge, die normalerweise durch eine Überlappung der Trennfrequenzen (in Passivweichen ohnehin üblich) oder sonstigen Pegel-Anhebung in der Senke ausgeglichen wird, wodurch aber nicht die Phasenverzerrung aufgehoben wird.
Wie stelle ich die Zeitkorrekur ein?
Wer über ein Mess-System verfügt, das Zeitmessungen ermöglicht, ist fein raus. Aber es geht auch mit einfachen Pegelmessgeräten:
Auf das System wird genau die Trennfrequenz gegeben und mit dem Mikrofon in kurzem Abstand genau auf der Mittelachse zwischen den beiden Chassis der Pegel gemessen. Dazu wird ein Chassis umgepolt und mit dem Poti die maximale Auslöschung des Signals eingestellt. Anschließend das Chassis wieder richtig gepolt anschließen.
Diese Methode kann ähnlich auf einem räumlich getrennten Subwoofer angewandt werden. Wenn die anschließend beschriebene Schallwandkorrektur nicht zusätzlich benötigt wird, empfehlen dafür aber das Modul VKF-3, da man dort zusätzlich die Volumenkorrektur verwenden kann. Die Zeitkorrektur des VZK-3 ist identisch.

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Mit der Schallwand-Entzerrung des UKF-3 ist es mit einfachen Akustik-Mess-Systemen möglich, diese Korrektur selbst vorzunehmen, wenn man das Filter in den Ausgang des Bandpasses einer 3Wege-Aktivweiche schaltet (oder Tiefpasses einer 2-Wege-Weiche). Nebenstehende Skizze soll zeigen, dass die Amplitude gleichbleibt, solange die Wellenlänge kleiner ist, als die Schallwandbreite (1), jedoch durch Beugung nach tiefen Frequenzen hin abnimmt, wenn die Wellenlänge größer wird, als die Schallwandbreite (2). Natürlich entsprechen die gezeigten Sinusformen nicht der tatsächlichen Wellenausbreitung vor einer Schallwand, sie erleichern aber so das bessere Verständnis der Zusammenhänge. Der Eckpunkt der Frequenz wird hauptsächlich von der Schallwandbreite bestimmt, der Grad der Abnahme wird auch von Richtwirkung und Korbdurchmesser des Chassis bestimmt. (Allerdings kann es noch andere Einflüsse geben, wie z.B. ungünstige Gehäusekanten, von vornherein kein lineares Abstrahlverhalten, usw. Solche Fehler müssen unter Umständen mit einem zusätzlichen parametrischen Equalizer ausgeglichen werden).

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1. Variante: Shelving-Anhebung des Tieftonbereiches (3dB/Okt) Das eigentliche mathematische Gegenbild des Tiefenabfalls eines Chassis durch die Schallwand mit 3dB/Okt und daher die gebräuchlichste Variante mit der einfachsten Einstellung. Wird eingesetzt bei schwachen bis normalen Signalpegeln (bis 2 Vs Eingang). So kann man ein etwas besseres Rauschverhalten erwarten, da man bei der zweiten Variante nachverstärken müsste. Mit einem Kondensator wird die Frequenz am +3dB Punkt eingestellt (ca. < 1/2 Wellenlänge der Schallwandbreite). 2. Variante: Shelving-Absenkung des Hochtonbereiches (bis 6dB/Okt) Die Höhenabsenkung bietet Vorteile, wenn der Pegel sehr hoch ist (> 2Vs Eingang). Bei der ersten könnte es dabei zu Übersteuerungen kommen. Die Kurve ist bei stärkerer Absenkung auch steiler als die der Tiefenanhebung und stellt bei Vollanschlag einen gewöhnlichen Tiefpass von 6dB/Okt dar. Diese Variante kann nur bis ca. 3dB/Okt. zur Schallwandkorrektur eingestezt werden. Darüber hinaus ist sie noch für andere Erfordernisse geeignet. Mit steckbaren Kondensatoren (liegen bei) wird die Eckfrequenz  gewählt; Pegeleinstellung mit Poti

Die Zeitverhältnisse der beiden Varianten sind im Übergang zum Hochtöner nicht gleich, was aber durch die Zeitkorrektur ohnehin angepasst werden kann.
Es können auch beide Filter gleichzeitig benutzt werden, wodurch man bei Bedarf einen sehr breiten aber flachen Verlauf einstellen kann.

Stehen beide Filter-Potis auf Null, befindet sich kein frequenzbestimmendes Element mehr im Signalweg, so dass in diesem Falle keine Signalbeeinflussung stattfinden kann.

(Die 2. Variante ist wie eine Zugabe, da hierfür keine weitere OP-Amp-Stufe nötig ist, sondern lediglich das Einfügen eines Potis und eines Kondensators ).

Weitere Variante. In einer 2-Wege Box kann man für die Schallwandkorrektur des Tieftöners die Höhenabsenkung benutzen und die Tiefenanhebung für eine einfache Basskorrektur von max +3dB/Oct. Dann wäre der gehäusebedingte Tiefenabfall von 12dB/Oct nur noch 9dB/Oct, was auch ein wenig mehr Bassvolumen bringt. Oder man setzt die Frequenz höher ein, so dass eine Bass-Anhebung stattfindet. Anschließend könnte man das Signal durch die Zeitkorrektur führen, so dass der Hochtöner gar keine zusätzlichen Filter im Signalweg hat.

UKF-3H Potis von oben einstellbar

UKF-3V Potis seitlich einstellbar

Es sind zwei Modul-Varianten verfügbar. Horizontal-Trimmpotis (liegend, von oben einstellbar), oder Vertikal-Trimmpotis (stehend, seitlich einstellbar).
Außerdem sind entsprechende Drehpotis für Frontplatten-Einbau lieferbar, die nach Entfernen der Trimmpotis über Kabel angeschlossen werden können. So sind viele Gehäusevarianten möglich.

3-Wege Aktivweiche (SAW-30 empfohlen) mit anschließender umfangreicher Korrektur Hochtöner mit Zeitkorrektur Mitteltöner mit Schallwand-Entzerrung Tieftöner mit Bass- und Zeitkorrektur	Aufbaubeispiel wie Skizze links Weitere Aufbau-Vorschläge mit Korrekturfiltern in Aktiv-Modulen	2-Wege Aktivweiche (SAW-20) mit anschließender umfangreicher Korrektur. Tieftöner mit Bass- und Zeitkorrektur Die SAW enthält bereits eine Schallwand-Entzerrung (umfunktionierte Subbass-Anhebung) Hochtöner hier keine Korrekturen erforderlich

Low-Cost Stromversorgung für die Filter-Module >