Der Frequenzgang ist das quantitative Maß des Ausgangsspektrums eines Systems oder Geräts als Reaktion auf einen Stimulus und wird verwendet, um die Dynamik des Systems zu charakterisieren. Es ist ein Maß für Größe und Phase des Ausgangs in Abhängigkeit von Frequenz, im Vergleich zur Eingabe. Einfach ausgedrückt, wenn a ihre Wenn eine Welle mit einer bestimmten Frequenz in ein System eingespeist wird, reagiert ein lineares System bei derselben Frequenz mit einer bestimmten Größe und einem bestimmten Phasenwinkel relativ zum Eingang. Auch bei einem linearen System führt eine Verdoppelung der Eingangsamplitude zu einer Verdoppelung der Ausgangsamplitude. Wenn das System außerdem zeitinvariant ist, ändert sich auch der Frequenzgang nicht mit der Zeit. Zwei Anwendungen der Frequenzganganalyse hängen zusammen, verfolgen jedoch unterschiedliche Ziele. Bei einem Audiosystem kann das Ziel darin bestehen, das Eingangssignal ohne Verzerrung wiederzugeben. Dies würde eine gleichmäßige (flache) Antwortgröße bis zur Bandbreitenbegrenzung des Systems erfordern, wobei das Signal bei allen Frequenzen genau um die gleiche Zeit verzögert würde. Dieser Zeitraum kann Sekunden oder bei aufgezeichneten Medien Wochen oder Monate betragen. Im Gegensatz dazu besteht das Ziel bei einer Rückkopplungsvorrichtung zur Steuerung eines dynamischen Systems darin, dem System mit geschlossenem Regelkreis im Vergleich zum unkompensierten System eine verbesserte Reaktion zu verleihen. Die Rückkopplung muss im Allgemeinen innerhalb einer sehr kleinen Anzahl von Schwingungszyklen (normalerweise weniger als einem vollen Zyklus) und mit einem bestimmten Phasenwinkel relativ zum befohlenen Steuereingang auf die Systemdynamik reagieren. Bei einer Rückkopplung mit ausreichender Verstärkung kann ein falscher Phasenwinkel zur Instabilität eines stabilen Open-Loop-Systems oder zum Scheitern der Stabilisierung eines Open-Loop-instabilen Systems führen. Digitale Filter können sowohl für Audiosysteme als auch für Feedback-Steuerungssysteme verwendet werden. Da die Ziele jedoch unterschiedlich sind, unterscheiden sich die Phaseneigenschaften der Filter im Allgemeinen für die beiden Anwendungen erheblich.
In diesem Artikel erkläre ich, was ein Frequenzgang ist, wie er den Klang beeinflusst und wie Sie ihn messen können. Außerdem werde ich einige Tipps geben, wie Sie den besten Frequenzgang aus Ihrem Audiogerät herausholen können.
Den Frequenzgang verstehen: Der Schlüssel zur Leistung von Audiogeräten
Frequenzgang ist ein Begriff, der verwendet wird, um zu beschreiben, wie ein Audiosystem auf verschiedene Frequenzen eines Signals reagiert. Einfach ausgedrückt bezieht es sich darauf, wie gut ein Audiosystem Ton über einen Bereich von Frequenzen wiedergibt.
Wie wird der Frequenzgang beim Design von Audiogeräten angewendet?
Designer verwenden Frequenzgangmessungen, um Audiogeräte zu entwerfen, die linear und vorhersagbar arbeiten. Sie verwenden Filter, Verstärker und andere Schaltungen, um den Frequenzgang zu formen, um einen bestimmten Klang zu erzielen oder um Mängel im System auszugleichen.
Was ist die Fourier-Transformation?
Die Fourier-Transformation ist ein mathematisches Verfahren zur Darstellung eines Signals hinsichtlich seiner Frequenzkomponenten. Es wird verwendet, um ein Signal in seine konstituierenden Frequenzen und Amplituden zu unterteilen, die dann in einer Frequenzgangkurve dargestellt werden können.
Was ist die Beziehung zwischen Frequenzgang und Signalverarbeitung?
Der Frequenzgang ist ein wesentliches Konzept in der Signalverarbeitung, da er beschreibt, wie ein System auf unterschiedliche Frequenzen eines Signals reagiert. Signalverarbeitungstechniken wie Filtern und Multiplizieren werden verwendet, um den Frequenzgang eines Systems zu manipulieren, um einen bestimmten Klang oder Effekt zu erzielen.
Welche Rolle spielt der Frequenzgang bei der Leistung von Audiogeräten?
Der Frequenzgang ist ein kritischer Faktor bei der Bestimmung der Leistung von Audiogeräten. Ein System mit einem flachen Frequenzgang gibt alle Frequenzen gleichermaßen wieder, während ein System mit einem geformten Frequenzgang bestimmte Frequenzen betont oder dämpft. Designer müssen den Wunsch nach einem bestimmten Klang mit der Notwendigkeit einer genauen und zuverlässigen Leistung in Einklang bringen.
Warum der Frequenzgang bei Audiogeräten wichtig ist
Wenn es um Audiogeräte geht, ist der Frequenzgang ein Fachbegriff, der oft herumgeworfen wird, ohne dass die Menschen seine Bedeutung vollständig erkennen. Vereinfacht ausgedrückt bezeichnet der Frequenzgang die Fähigkeit eines Geräts, alle Töne eines Audiosignals wiederzugeben, von den tiefsten Bässen bis zu den höchsten Höhen.
Die Rolle des Frequenzgangs bei der Erzeugung eines guten Klangs
Der Frequenzgang eines Audiogeräts ist entscheidend für die Klangqualität, die am Ende geliefert wird. Ein Gerät mit einem flacheren Frequenzgang gilt als ausgewogener und in der Lage, ein breiteres Klangspektrum zu erzeugen, während ein Gerät mit einem geformten Frequenzgang so ausgelegt sein kann, dass bestimmte Frequenzen betont oder abgeschwächt werden.
Warum ein ausgewogener Frequenzgang wichtig ist
Ein ausgewogener Frequenzgang ist wichtig, da er es dem Gerät ermöglicht, die Klänge verschiedener Instrumente und Musikstile genau wiederzugeben. Beispielsweise kann ein Gerät mit einer starken Basswiedergabe großartig sein, um bestimmte Arten von Musik zu spielen, aber es ist möglicherweise nicht zum Aufnehmen oder Mischen von Stücken geeignet, die viele Klänge im oberen Bereich enthalten.
Wie sich der Frequenzgang auf die Leistung auswirkt
Der Frequenzgang eines Audiogeräts kann auch seine Gesamtleistung auf verschiedene Weise beeinflussen. Beispielsweise kann ein Gerät mit niedrigem Frequenzgang möglicherweise nicht genug Energie durchlassen, um gute Bässe zu erzeugen, während ein Gerät mit hohem Frequenzgang möglicherweise nicht unbedingt gute Bässe erzeugen kann.
Warum der Frequenzgang in einer Studioumgebung wichtig ist
In einer Studioumgebung ist der Frequenzgang sogar noch wichtiger, da er die Qualität der produzierten Aufnahmen beeinflussen kann. Ein Gerät mit einem ausgewogenen Frequenzgang kann dazu beitragen, dass die Aufnahmen präzise sind und auf einer Vielzahl von Wiedergabegeräten gut klingen.
So wählen Sie Audiogeräte basierend auf dem Frequenzgang aus
Beim Kauf von Audiogeräten ist es wichtig, den Frequenzgang im Auge zu behalten. Hier sind ein paar Dinge zu beachten:
- Suchen Sie nach Geräten, die über den gesamten Tonbereich einen ausgewogenen Frequenzgang bieten.
- Berücksichtigen Sie die Art von Musik oder Geräuschen, die Sie produzieren oder hören werden, und wählen Sie ein Gerät, das für diese bestimmten Frequenzen ausgelegt ist.
- Verlieren Sie sich nicht zu sehr in technischen Details oder Spezifikationen. Obwohl es wichtig ist, die Grundlagen des Frequenzgangs zu verstehen, werden die meisten Menschen leichte Unterschiede im Frequenzgang zwischen verschiedenen Geräten nicht hören können.
- Denken Sie daran, dass der Frequenzgang nur ein Faktor ist, den Sie bei der Auswahl von Audiogeräten berücksichtigen sollten. Weitere Faktoren sind die Art der Eingangs- und Ausgangssignale, die das Gerät verarbeiten kann, der Detaillierungsgrad und die Klarheit, die es bietet, und die Gesamtqualität des von ihm erzeugten Klangs.
Messen und Plotten des Frequenzgangs: Die technischen Details
- Die gebräuchlichste Methode besteht darin, ein Testsignal an den Eingang des Audiogeräts anzulegen und das resultierende Ausgangssignal zu messen.
- Eine andere Methode beinhaltet die Verwendung eines Mikrofons, um den von der Ausrüstung erzeugten Ton aufzunehmen und das resultierende Signal zu analysieren.
- Bei beiden Methoden wird normalerweise eine Reihe von Testsignalen mit unterschiedlichen Frequenzen verwendet, um den gesamten Frequenzbereich des Geräts abzudecken.
Darstellung des Frequenzgangs
- Der Frequenzgang wird normalerweise in einem Diagramm mit der Frequenz auf der x-Achse und dem Pegel auf der y-Achse dargestellt.
- Das resultierende Diagramm kann verschiedene Formen annehmen, einschließlich einer glatten Kurve oder einer Reihe rechteckiger Formen.
- Das Diagramm kann auch Informationen über die Phase enthalten, die das relative Timing verschiedener Frequenzkomponenten im Signal ist.
Frequenzbereichsspezifikationen: Durchsetzung von Grenzwerten und Verfolgung von Signalen
Frequenzbereichsspezifikationen sind technische Parameter, die angeben, wie ein System auf Eingangssignale mit unterschiedlichen Frequenzen reagieren soll. Sie erzwingen Grenzen für die Verstärkung, Empfindlichkeit und Dämpfung von Störungen des Systems und verfolgen Signale, um sicherzustellen, dass die Ausgabe dem gewünschten Profil entspricht.
Was ist Systune?
Systune ist ein Softwaretool, das den Prozess der Abstimmung von Frequenzbereichsspezifikationen für Steuersysteme automatisiert. Es verwendet ein Closed-Loop-Skript, um die Parameter des Systems anzupassen und die gewünschte Reaktion zu verfolgen.
Was ist SISO?
SISO steht für „Single-Input, Single-Output“ und bezieht sich auf Systeme, die nur einen Eingang und einen Ausgang haben. SISO-Systeme unterliegen Frequenzbereichsspezifikationen, die ihrer Reaktion auf Eingangssignale mit unterschiedlichen Frequenzen Grenzen auferlegen.
Ist Verstärkung dasselbe wie Gewinn?
Verstärkung und Verstärkung sind verwandt, aber nicht gleich. Verstärkung bezieht sich auf die Gesamterhöhung des Signalpegels, während Verstärkung sich auf das Verhältnis von Ausgang zu Eingang bei einer bestimmten Frequenz bezieht. In einigen Fällen kann es je nach den Anforderungen des Systems vorzuziehen sein, die Verstärkung anstelle der Verstärkung anzugeben.
Was ist Normeinschränkung?
Normeinschränkung ist eine Art von Frequenzbereichsspezifikation, die der Norm der Übertragungsfunktion des Systems Grenzen auferlegt. Dies ist nützlich, um die Gesamtantwort des Systems einzuschränken, anstatt seine Antwort bei bestimmten Frequenzen.
Flacher vs. geformter Frequenzgang: Was ist besser für Ihr Mikrofon?
Geformter Frequenzgang hingegen bedeutet, dass das Mikrofon so konzipiert wurde, dass bestimmte Frequenzen betont oder abgeschwächt werden. Dies kann aus verschiedenen Gründen erfolgen, beispielsweise um die Raumakustik zu kompensieren oder den Klang eines bestimmten Instruments zu verbessern. Einige Beispiele für Mikrofone mit geformtem Frequenzgang sind:
- Das Shure SM7B: Dieses Mikrofon hat einen verstärkten Mittenbereich und einen Abfall in den oberen Frequenzen, was es zu einer beliebten Wahl für Gesangsaufnahmen macht.
- Das AKG C414: Dieses Mikrofon hat mehrere alternative Versionen, jede mit einem unterschiedlich geformten Frequenzgang. Auf diese Weise kann der Benutzer die Version auswählen, die seinen Anforderungen am besten entspricht.
Auswahl des richtigen Frequenzgangs für Ihre Bedürfnisse
Was ist also besser: flacher oder geformter Frequenzgang? Die Antwort ist, es hängt von Ihren spezifischen Bedürfnissen ab. Hier sind einige Dinge, die Sie bei der Auswahl eines Mikrofons beachten sollten:
- Wenn Sie ein Mikrofon wollen, das den Klang der Quelle genau reproduziert, ist ein flacher Frequenzgang der richtige Weg.
- Wenn Sie in einem Raum mit schlechter Akustik aufnehmen, kann ein Mikrofon mit geformtem Frequenzgang helfen, dies auszugleichen.
- Wenn Sie ein bestimmtes Instrument oder einen bestimmten Ton aufnehmen, kann ein Mikrofon mit einem geformten Frequenzgang, der die Frequenzen dieses Instruments oder Tons betont, das resultierende Audio verbessern.
Es ist auch erwähnenswert, dass einige Mikrofone, wie das berühmte Neumann U87, einen leicht angehobenen High-End-Frequenzgang haben. Dies kann zu einem helleren, detailreicheren Klang führen, kann aber auch zu mehr Rauschen führen und eine sorgfältige Verarbeitung erfordern.
Anwendungen der Frequenzantwort
Der Frequenzgang eines Audiosystems ist ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung von Audiogeräten. Ingenieure müssen sicherstellen, dass das System den gewünschten Bereich hörbarer Frequenzen mit ausreichender Genauigkeit und Wiedergabetreue reproduzieren kann. Dies erfordert einen flachen Frequenzgang mit enger Toleranz, was bedeutet, dass das System keine bestimmten Frequenzen dämpfen oder hervorheben sollte. Um dies zu erreichen, können Ingenieure abhängig von den spezifischen Anforderungen des Systems eine Kombination aus analogen und digitalen Filtern verwenden.
Signale messen und analysieren
Der Frequenzgang ist auch wichtig beim Messen und Analysieren von Signalen in elektronischen Systemen. Ingenieure verwenden Frequenzgangkurven, um anzuzeigen, wie gut ein System verschiedene Frequenzen reproduziert oder dämpft. Diese Informationen sind entscheidend beim Entwerfen und Testen elektronischer Komponenten wie Verstärker, Mikrofone und Filter. Durch die Analyse des Frequenzgangs eines Systems können Ingenieure die endliche Impulsantwort (FIR) des Systems berechnen, wodurch sie jeden beliebigen Frequenzgang kompensieren können.
Kommunikations- und Drahtlossysteme
Der Frequenzgang ist auch in Kommunikations- und drahtlosen Systemen wichtig, wie z. B. Funk-, Video- und Vermittlungssystemen. Ingenieure verwenden Frequenzgangkurven, um den Frequenzbereich anzuzeigen, den ein System senden oder empfangen kann. Diese Informationen sind beim Entwerfen und Testen von Antennen und Koaxialkabeln von entscheidender Bedeutung. In drahtlosen Systemen müssen Ingenieure auch die Infraschallfrequenzen berücksichtigen, die durch Erdbeben oder Elektroenzephalographie (EEG)-Signale verursacht werden können.
Betonungs- und Dämpfungsanforderungen
Bei manchen Anwendungen, wie z. B. Audiowiedergabe oder Sprachverständlichkeit, kann ein geformter Frequenzgang erwünscht sein. Beispielsweise kann eine bestimmte Art von Musik eine stärkere Betonung der Bassfrequenzen erfordern, während ein Sprachverständlichkeitssystem möglicherweise eine stärkere Betonung der mittleren Frequenzen erfordert. In diesen Fällen können Ingenieure Filter verwenden, um den Frequenzgang des Systems so zu formen, dass er die spezifischen Anforderungen erfüllt. Es ist jedoch wichtig sicherzustellen, dass die geformte Antwort nicht zu einer schlechten Wiedergabetreue oder Verständlichkeit führt.
Schutz und Benachrichtigung
Der Frequenzgang ist auch wichtig, um elektronische Komponenten vor Beschädigung zu schützen. Beispielsweise kann ein Lautsprecher einen Frequenzgang haben, der sich über den hörbaren Bereich hinaus erstreckt, was den Lautsprecher beschädigen kann, wenn er mit einem Signal betrieben wird, das Infraschall- oder Ultraschallfrequenzen enthält. Um dies zu verhindern, können Ingenieure Filter verwenden, um den Frequenzgang des Eingangssignals zu begrenzen. Darüber hinaus kann der Frequenzgang verwendet werden, um Benutzer über potenzielle Probleme in einem System zu informieren. Beispielsweise kann eine plötzliche Änderung im Frequenzgang eines Systems auf eine fehlerhafte Komponente oder eine lockere Verbindung hindeuten.
Zusammenfassung
Der Frequenzgang ist also das Maß dafür, wie gut ein Lautsprecher oder ein Audiogerät verschiedene Frequenzen wiedergibt. Dies ist ein entscheidender Faktor bei der Auswahl des richtigen Equipments für den gewünschten Sound.
Jetzt wissen Sie also, was ein Frequenzgang ist und wie man ihn misst. Ich hoffe, dieser Leitfaden hat alle Ihre Fragen beantwortet und Ihnen geholfen, mehr über diesen wichtigen Aspekt von Audiogeräten zu erfahren.
Ich bin Joost Nusselder, der Gründer von Neaera und Content-Marketer, Papa, und liebe es, neues Equipment auszuprobieren, wobei die Gitarre das Herzstück meiner Leidenschaft ist, und zusammen mit meinem Team erstelle ich seit 2020 ausführliche Blogartikel um treuen Lesern mit Aufnahme- und Gitarrentipps zu helfen.
