Hallo!
Ich hätte ein Frage zur Gruppenlaufzeit bei verschiedenen Filtern. Mir
ist klar was die Gruppenlaufzeit ist und dass die phasenlaufzeit über
einen bestimmten frequenzbereich konstant sein soll (= Gruppenlaufzeit),
damit es zu keinen Signalverzerrungen kommt.
Jetzt besitzen z.B. TSchebyscheff Filter stark unkonstante
Gruppenlaufzeiten, d.h es wird zu Signalverzerrungen kommen. Was gibt es
für Anwendungen, wo diese Signalverzerrungen keine Rolle spielen? Warum
kann man solche Filter überhaupt verwenden, man will doch nie
Verzerrungen haben? Welche Anwendungsbeispiele gibt es, wo dies egal
ist? Und welche Anwendungsfälle gibt es, wo dies definitiv wichtig ist,
dass es keine Verzerrungen gibt?
Ich verstehe den Unterschied, mit fehlen aber die Anwendungen dahinter -
falls jemand einen Input hat bitte um Info :)
Danke!
Heinz St. schrieb:> Was gibt es> für Anwendungen, wo diese Signalverzerrungen keine Rolle spielen?
alle, bei denen kein Frequenzgemisch unverfälscht übertragen werden
soll, wie z.B. bei Musik oder nicht sinusförmigen Signalen.
> Warum> kann man solche Filter überhaupt verwenden, man will doch nie> Verzerrungen haben?
Es gibt keine idealen Filter, also muß man mit den realisierbaren
Systemen klar kommen, indem man von den störenden Bereichen nur weit
genug weg bleibt. Beim oben genannten Filter also weit genug weg von der
Grenzfrequenz.
>Welche Anwendungsbeispiele gibt es, wo dies egal> ist?
Wenn nur ein sinusförmiges Signal übertragen wird.
Oder:
Bei nur geringen Anforderungen an die Übertragungsgüte, z.B. Telefon.
Und welche Anwendungsfälle gibt es, wo dies definitiv wichtig ist,
> dass es keine Verzerrungen gibt?
Wenn Impulse und/oder steile Flanken nach dem Übertragungsweg/Filter
wieder genauso aussehen sollen im Zeitbereich wie vorher.
Wer möchte, kann hier noch ein paar Häppchen Mathematik zu sich nehmen:
https://www.eit.hs-karlsruhe.de/mesysto/teil-b-zeitdiskrete-signale-und-systeme/frequenzgang-zeitdiskreter-systeme/interpretation-des-phasengangs-eines-systems-und-linearer-phasengang/gruppenlaufzeit-eines-systems.html
hier noch am Beispiel Audio:
https://www.felusch.de/?p=2153
mfg
@Heinz:
Ich störe mich ein wenig an der Verwendung des Ausdrucks „Verzerrung“.
Von nichtlinearer Verzerrung spricht man, wenn durch nichtlineare
Effekte neue Frequenzen, i.A. Harmonische (Klirr) oder Mischprodukte,
entstehen.
Bei Filtern, auch solche mit nichtkonstanter Gruppenlaufzeit, passiert
primär eben dies nicht.
Die Gruppenlaufzeit wird interessant in der Impulstechnik.
Gruppenlaufzeit-Effekte können die Kurvenform eines Signals verändern,
ohne dass neue Frequenzen entstehen.
Gruppenlaufzeitverzerrungen spielen dann eine Rolle, wenn in dem zu
übertragenen Signal eine Frequenz oder Phasenmodulation enthalten ist.
Eine reine Amplitudenmodulation ist hingegen unkritisch.
Also SSB und AM Signale können auch Filter eingesetzt werden, welche
keine konstante Gruppenlaufzeit im Durchlassbereich besitzen.
Allerdings verursachen Gruppenlaufzeitverzerrungen bei Morsesignale
Klingeln
Bei FM oder bei AM erhöhen Gruppenlaufzeitschwankungen die Verzerrungen
des demodulierten Signals.
FBAS Signale mögen auch keine Gruppenlaufzeitverzerrungen, weil der
Farbton in der Phase des Farbhilfträgers gegenüber dem Burst versteckt
ist.
Bei NF Signale streiten sich die Götter ob man
Gruppenlaufzeitverzerrungen hört oder nicht.
Ralph Berres
Heinz St. schrieb:> Was gibt es für Anwendungen, wo diese Signalverzerrungen keine Rolle> spielen?
Bei Sinussignalen führt das nicht zu Signalverzerrungen.
Immer wenn du daran interessiert bist, spektral zu filtern, die steile
Flanke im Frequenzgang wichtig ist und die Welligkeit im
Durchlassbereich nicht stört, kann ein Tschebyscheff-Filter die passende
Wahl sein.
Für Pulse ist eher ein Bessel-Filter angesagt.
Heinz St. schrieb:> Ich verstehe den Unterschied, mit fehlen aber die Anwendungen dahinter -
Wenn Du mit einem Audiosignal ein Schaltsignal erzeugen willst, und
willst dafür nur eine bestimmte Frequenz aus einem Signalgemisch
ausfiltern und schalten lassen, dann ist die Qualität des Signals
vollkommen wurscht.
Grob gesagt ist für Audioanwendungen die Gruppenlaufzeit egal. Digitale
Übertragungen oder Video können dagegen empfindlich reagieren.
Unser Gehör kann sehr genau Phasenunterschiede zwischen beiden Ohren
feststellen. Das ist für das Richtungshören entscheidend. Ob der
Säbelzahntiger hinter dem rechten oder linken Gebüsch lauert war für
unsere Vorfahren überlebenswichtig.
Phasenverläufe über der Frequenz sind dazu unwichtig.
Vielen Dank für all eure Antworten!
Ich verstehe es aber trotzdem noch nicht ganz: Warum sollten bei
Sinussignalen die "Verzerrungen" keine Rolle spielen? Wenn ich z.B. ein
beliebiges, analoges Audiosignal habe, das sich aus etlichen Frequenzen
zusammensetzt, und ich schicke das durch ein Filter mit nicht konstanter
Gruppenlaufzeit, dann werden doch die unterschiedlichen Frequenzen
unterschiedlich schnell durch das Filter gehen - d.h. das Ausgangssignal
sieht am Ausgang anders aus. Das muss sich doch im Signal auswirken,
oder nicht?
Christoph db1uq K. schrieb:> Grob gesagt ist für Audioanwendungen die Gruppenlaufzeit egal
och nö!
Laufzeiten, und damit auch Gruppenlaufzeiten spielen in der
Mehrkanaltontechnik (z.B. Stereophonie) eine wichtige Rolle.
Die Diskussion wird eher bei Gruppenlaufzeitverzerrungen interessant. Zu
deren Hörbarkeit siehe auch:
https://de.wikipedia.org/wiki/Gruppenlaufzeit#Akustik
Kutte R. schrieb:> Christoph db1uq K. schrieb:>> Grob gesagt ist für Audioanwendungen die Gruppenlaufzeit egal>> och nö!
Bitte nicht schon wieder Sandförmchen! Ich jedenfalls bin raus.
Heinz St. schrieb:> Warum sollten bei> Sinussignalen die "Verzerrungen" keine Rolle spielen?
Dasda hat keine "Gruppe" und nicht viele Frequenzen als Gemisch. Die
Verzerrungen sind "linear".
> Wenn ich z.B. ein> beliebiges, analoges Audiosignal habe, das sich aus etlichen Frequenzen> zusammensetzt,
Dasda ist eine "Gruppe" und hat viele Frequenzen. Dazu ist es nicht
statisch und hat viele Amplituden und Frequenzen inne.
_______________________________
Du wirfst alles durcheinander. Ein Sinussignal hat nur die eine
Frequenz, die auf der Verpackung des Sinus drauf steht, bevor man ihn
raus läßt. z.B. steht auf der Verpackung drauf: Sinus mit 780 Hz, dann
hat der Sinus genau 780 Hz, wenn er raus kommt und nichts was noch hinzu
kommt.
Nicht hier gucken, denn da wird erklärt, wie man ein Rechtechsignal aus
vielen überlagerten Sinussignalen zusammen setzen kann (unteres
Drittel):
https://de.wikipedia.org/wiki/Fourierreihe
oder:
https://www.youtube.com/results?search_query=fourier+rechteck
mfg
Christian S. schrieb:> Dasda ist eine "Gruppe" und hat viele Frequenzen. Dazu ist es nicht> statisch und hat viele Amplituden und Frequenzen inne.
Hallo Christian,
genau darauf will ich ja hinaus - mir ist schon klar dass einzelne
Sinussignale keine Frequenz"gruppen" sind und nur aus einer Frequenz
bestehen.
Ich meine aber analoge Signale, die sich aus vielen Sinussignalen
zusammensetzen (z.B. auch ein beliebiges, analoges Audiosignal). D.h.
das Signal ist ein Gemisch aus sehr vielen Frequenzen und Amplituden,
wie du schon beschrieben hast - meine Frage ist, warum sollten bei so
einem Audiosignal unkonstante Gruppenlaufzeiten egal sein? Das Signal
wird doch ganz anders aussehen (und wohl auch klingen), wenn es durch
einen Filter geht, der eine nicht konstante Gruppenlaufzeit in diesem
Frequenzbereich besitzt - oder etwa nicht?
Danke!
Heinz St. schrieb:> Das Signal> wird doch ganz anders aussehen (und wohl auch klingen), wenn es durch> einen Filter geht, der eine nicht konstante Gruppenlaufzeit in diesem> Frequenzbereich besitzt - oder etwa nicht?
Ja, es sieht ganz anders aus. Aber zumindest in Mono hörst bei
Audiosignalen du keinen Unterschied.
Mach mal einen Versuch mit einer DAW-Software. Generiere mehrfach drei
oder fünf Oberwellen eines Sinussignals mit unterschiedlichem Delay und
hänge die aneinander. Wenn zwischen den Schnipseln eine Pause ist, wirst
du keinen Klangunterschied wahrnehmen.
Die beiden Screenshots entstanden durch Sinussynthese eines Rechtecks
bis zur 13. Oberwelle. Beim zweiten wurden einfach die Oberwellen
unterschiedlich in der Phase geschoben; beim Anhören gibt es keinen
Unterschied.
Hallo Hilde!
Perfekt, danke für diese Info! Es war mir nicht klar, dass sich das
Signal trotzdem gleich anhört, obwohl es anders aussieht (zumindest bei
Mono)... und dadurch es tatsächlich egal ist für solche Anwendungen...
mir fehlte hier der Anwendungsfall...
Danke!
Un dim anderen Fall, wenn eine konstante Gruppenlaufzeit gefordert ist
(z.B. Bessel filter) - hier wären die Anwendungen bei Impulsen bzw
digitaler Modulation... Wenn man hier Filter mit nicht konstanter
Gruppenlaufzeit verwendet, entsteht ein Fehler in den Daten, ist das
korrekt?
Heinz St. schrieb:> Es war mir nicht klar, dass sich das> Signal trotzdem gleich anhört, obwohl es anders aussieht
Das ist so, weil das Ohr wie ein biologischer Spektrumanalysator
funktioniert und nur die spektralen Anteile wahrnimmt, mal abgesehen vom
Richtungshören. Liegen sie in der gleichen Amplitudenverteilung an, hört
sich das gleich an, auch wenn die Phasenlage der einzelnen Anteile sich
geändert hat.
Das Signal sieht im Zeitbereich anders aus, im Freqenzbereich aber
gleich.
mfg
Heinz St. schrieb:> mir fehlte hier der Anwendungsfall...
Wo es Probleme gibt wurde schon genannt: Wenn du die beiden Bilder
vergleichst, dann wäre das zweite als Datensignal problematisch.
In den Anfängen, früher®, hat z.B. der ZX81 seine Programme auf einem
billigen Kassettenrecorder gespeichert - 300Bd. In der c't wurde damals
ein Patch veröffentlicht, der die Datenrate bis 4800Bd (?) möglich
machte. Hat funktioniert, wenn man am Kassettenrecorder die
HF-Vormagentisierung verstellt hat, so dass man wieder ordentliche
Pulsformen auf dem Audiosignal sah.
Heinz St. schrieb:> Hallo Hilde!
Bleib bei HildeK!
Man kann keine absolute Phase messen, die Angaben sind immer auf eine
Referenzphase bezogen. Wie schon angedeutet war das Richtungshören ein
darwinistischer Vorteil, daher können wir das sehr genau. Das ist immer
ein Phasenvergleich zwischen linkem und rechtem Ohr.
Wir können aber keinen Phasenbezug zwischen einem Grundton und seinen
Harmonischen hören, wie von HildeK gezeigt.
Wenn Stereosignale zwei identische Filter durchlaufen, sollte die Phase
an deren Ausgängen ebenfalls identisch herauskommen.
Gruppenlaufzeitunterschiede zwischen beiden Filtern können wir dann
natürlich hören. Das ist wohl auch im verlinkten Wikipediaartikel
gemeint.
"beispielsweise die Lautsprecher-Frequenzweichen (Crossover), verändern
die Gruppenlaufzeit des Signals".
Christoph db1uq K. schrieb:> Wenn Stereosignale zwei identische Filter durchlaufen, sollte die Phase> an deren Ausgängen ebenfalls identisch herauskommen.>> Gruppenlaufzeitunterschiede zwischen beiden Filtern können wir dann> natürlich hören.
Ich habe dazu zwar noch keine Versuche gemacht, gehe aber davon aus,
dass hauptsächlich die Ortung im Stereobild sich verändert,
frequenzabhängig.
Bei gleichen Filtern im Pfad wird man nichts bemerken.
Kritischer wird sein, wenn bei Mehrweglautsprecheren nahe der
Übergangsfrequenz vom z.B. Mittel- und Hochtöner von den Trennfiltern
unterschiedliche Phasenverschiebungen produziert werden. Da kann es für
einzelne Frequenzen zu Verstärkungen oder Auslöschung kommen. Wobei
dieses Problem auch schon bei der Mikrofonierung auftreten kann.
HildeK schrieb:> Kritischer wird sein, wenn bei Mehrweglautsprecheren nahe der> Übergangsfrequenz vom z.B. Mittel- und Hochtöner von den Trennfiltern> unterschiedliche Phasenverschiebungen produziert werden. Da kann es für> einzelne Frequenzen zu Verstärkungen oder Auslöschung kommen.
Es gibt die Linkwitz Filter und auch die Lipshitz/Vanderkooyfilter,
welches im Übergangsbereich einen exakt gleichen Phasenverlauf zwischen
den einzelnen Lautsprecherpfaden garantiert. Diese Filter haben aber
keine konstante Gruppenlaufzeit.
Linkwitzfilter sind 2 hintereinandergeschaltete Buttertworthfilter
zweiter Ordnung
Das Lipshitz/Vanderkooyfilter ist ein Subtraktionsfilter welches vor dem
Subtraierer einen Allpass angeodnet hat, damit nicht eine 6db Weiche
rauskommt.
https://www.aktives-hoeren.de/viewtopic.php?t=830
Bei einen Allpass im Subtraierer hat man gleiche Phasenverläufe in den
Wegen aber eine schlechte Gruppenlaufzeit. Nimmt man statt
Allpassglieder echte Verzögerungsleitungen dann decken sich die
Phasenverläufe der Wege nicht mehr, dafür ist die Gruppenlaufzeit
konstant.
Beides unter einen Hut bekommt man nur mit FIR-Filtern.
Ralph Berres
> Die beiden Screenshots von "HildeK vom 06.11.2022 09:18" entstanden durch
Sinussynthese eines Rechtecks
> bis zur 13. Oberwelle. Beim zweiten wurden einfach die Oberwellen> unterschiedlich in der Phase geschoben; beim Anhören gibt es keinen> Unterschied.
Für Audio mag der Einfluss der Gruppenlaufzeit klein sein.
Nicht so bei Videosignalen.
Die beiden Bilder der Signale, siehe den Thread, sehen am Bildschirm
ganz anders aus.
Um die Gruppenlaufzeit von Filtern zu korrigieren setzt man Allpässe
ein.
In jedem VCR sind mehrere vorhanden. Auch zum Ausgleich der
Zeit-Differenzen zwischen Chroma und Y-Signal.
Rudi D. schrieb:> In jedem VCR sind mehrere vorhanden. Auch zum Ausgleich der> Zeit-Differenzen zwischen Chroma und Y-Signal.
auch in jeden Pal Farbfernseher.
sonst laufen die roten Socken nämlich neben den Beinen des
Fussballspielers.
Insbesonders bei Fernsehsendern entstehen bei den Restseitenbandfiltern
enorme Gruppenlaufzeitverzerungen, welche mit Allpässen korrigiert
werden müssen. Der Abgleich sowohl des Restseitenbandfilters, als auch
der Allpässe ist alles andere als trivial, auch wenn es nur auf der
ZF-Ebene von 38,9MHz liegt.
Ralph Berres
Christoph db1uq K. schrieb:> Gruppenlaufzeitunterschiede zwischen beiden Filtern können wir dann> natürlich hören. Das ist wohl auch im verlinkten Wikipediaartikel> gemeint.
Diese Darstellung bleibt unvollständig. Die im verlinkten
Wikipediaartikel aufgeführte Tabelle der Hörbarkeit von
Gruppenlaufzeitverzerrungen bezieht sich auf ein Mono-(einkanaliges)
Signal. Das hat nichts mit Laufzeitunterschieden von mehreren Tonkanälen
zu tun. Beachte den Unterschied von GruppenlaufzeitVERZERRUNGEN und
Gruppenlaufzeiten.
Das Problem gibt es grundsätzlich also nicht nur bei Bildsignalen.
