Hallo Forumsmitglieder, ich versuche gerade die sogenannten phased arrays zu verstehen. In der Antennentechnik ist mir das anschaulich klar, dort wird das Signal über geringe zeitliche Verzögerungen, abhängig vom Abstrahlwinkel der Wellenfront, an die einzelnen Punktstrahler ausgegeben, damit auch im Abstrahlwinkel die Wellenfront senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung ist. Bei Induktionsschleifen kann man signalschwache Bereiche (unmittelbar über den Leitungen) durch Überlagerung mit weiteren Schleifen und einer Phasenverschiebung des akustischen Signals von 90 Grad in der überlagerten Schleife überbrücken. In Indukionsschleifen wird ja ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches mit der Frequenz der Tonsignale schwingt. Wie verschiebe ich nun die Phase? Nehmen wir der Einfachheit halber an, am Verstärker wird ein Ton mit einer festen Frequenz von 1 kHz eingespeist, der eine Dauer von 1 s haben möge. Wie wird bewerkstelligt, daß das Signal so auf zwei Wege (= 2 Induktionsschleifen) aufgeteilt wird, daß die Amplituden um 90 Grad versetzt sind? Hier kann ich das Tonsignal ja nicht einfach zeitlich versetzen wie bei Antennen. Gruß Sculla
Fred S. schrieb: > Hier kann ich das Tonsignal ja nicht einfach zeitlich versetzen wie bei > Antennen. > Gruß > Sculla Und warum kann man das Tonsignal nicht einfach zeitlich versetzen?
Fred S. schrieb: > Phasenverschiebung des akustischen Signals von 90 Grad In üblicher Weise verteilt man das Signal auf zwei Zweige. In einem verschiebt man um + 45° und im anderen um - 45°. Worin besteht denn überhaupt dein Problem dabei?
https://de.wikipedia.org/wiki/Schallgeschwindigkeit#Klassisches_ideales_Gas Schallgeschwindigkeit(Luft), abhängig von Temperatur und Luftdruck) 343,5 m/s ergibt nach λ =c/f für 1 kHz eine Wellenlänge von 0,3435 m. (Für elektromagnetische Wellen wären das etwa 870 MHz). https://de.wikipedia.org/wiki/Phased-Array-Antenne Die einfachste akustische Anordnung wären zwei identisch gespeiste Lautsprecher nebeneinander, einer leicht zurückversetzt. Die Bündelung üblicher Lautsprecher ist allerdings nicht sehr scharf. Für eine Frequenz bündelt das tatsächlich die Abstrahlung in einem bestimmten Winkel weg von der Mittellinie. Aber der ist frequenzabhängig. Für tiefe Frequenzen klein, für hohe groß. Man müsste also die Speisung eines der beiden Lautsprecher frequenzabhängig zeitverschieben, um alle Frequenzen im gleichen Winkel abzulenken. Den Lautsprecher einfach zu drehen ist wesentlich einfacher. Für den Leslie-Rotor wird das auch so gemacht. https://de.wikipedia.org/wiki/Leslie-Lautsprecher
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Fred S. schrieb: > Wie wird bewerkstelligt, daß das Signal so auf zwei Wege > (= 2 Induktionsschleifen) aufgeteilt wird Christoph db1uq K. schrieb: > Die einfachste akustische Anordnung wären zwei identisch gespeiste > Lautsprecher nebeneinander, einer leicht zurückversetzt. Im Ernst? Es wird vorgeschlagen, über Lautsprecher in Induktionsschleifen ein zu speisen? Wie seltsam.
Fässerschieber schrieb: > Christoph db1uq K. schrieb: >> Die einfachste akustische Anordnung wären zwei identisch gespeiste >> Lautsprecher nebeneinander, einer leicht zurückversetzt. > > Im Ernst? Es wird vorgeschlagen, über Lautsprecher in > Induktionsschleifen ein zu speisen? Wie seltsam. In Christophs Beitrag lese ich nichts von induktiver Verschiebung und der TE dürfte die Spulen in den Lautsprechern meinen, nehme ich mal an. So oder so, egal wie induktiv oder kapazitiv der Sender ist - man kann analog wie digital das Speisesignal verschieben. Wo ist da das Problem? Bei Lautsprechern macht es freilich einen Unterschied, ob ich sie geometrisch versetze oder signaltechnisch die Wellen verschiebe, weil es Gehäuseeffekte wie Resonanzen und Beugung gibt und zudem es mitunter schwierig wird, mit jedem beliebigen Filter phasenlinear alle Frequenzen gleich zu verschieben. Die in der Weiche haben ja einen bestimmten Frequenzgang. Um das verkürzend zu beantworten: Man macht das gerne digital, weil man durch Verzögerungsglieder und FIR-/IIR-Kennlinien beides recht unabhängig voneinander steuern kann. Vollständig mechanisch gibt es diese Ablenkeffekte bei akustischen Diffusoren in Tonstudios: http://www.96khz.org/oldpages/quadraticresduediffusers.htm
Jürgen S. schrieb: > In Christophs Beitrag lese ich nichts von induktiver Verschiebung Nein, der TE hat von der Speisung von Induktionsschleifen geschrieben. Das wird er wohl auch so gemeint haben. Jürgen S. schrieb: > der TE dürfte die Spulen in den Lautsprechern meinen, nehme ich mal an. Der TE hat nicht von Lautsprechern geschrieben, sondern von mehreren Induktionsschleifen, die überlappen. Da macht es durchaus Sinn, jeweils 2 mit 90 Grad Verschiebung zu speisen.
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Dann müsste man nochmal darüber nachdenken, wie man dann überhaupt zu
einem Schall kommen möchte, der eine ..
>Akustische Phasenverschiebung
... hat.
In der Akustik jedenfalls geht es über Welleninterferenz. Am Beispiel
eines Diffusors, der feste mechanisch verschobene Reflektionen liefert,
bauen sich die Wellen in jeder Richtung neu zusammen und es kommt zu
einem Streueffekt: Je nach Ort kommt es zu Maxima und Minima und somit
zu einer Fächerbildung und Ablenkung der Wellen zwischen -180 und +180
Grad, die in der Oktave am Intensivsten ist, in der die Summe der Tiefen
der Elemente der Periode entspricht.
Ordnet man die Tiefen streng parabolisch kann man das für eine Frequenz
optimieren und für die anderen verstreuen. Das möchte man eigentlich bei
phased arrays nicht - jedenfalls nicht bei Beschallung von Publikum.
Daher sollte der TE vtl nochmal seine Intention kundtun.
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Das Wort Induktionsschleifen hatte ich glatt übersehen. Wie Jürgen schon schrieb kann ich mir auch keinen Reim draus machen, was das mit Akustik zu tun hat. Induktionsschleifen sind simple Transformatoren, Primärseite ist die große Schleife, Sekundärseite die kleine Schleife im Hörgerät. Keine elektromagnetischen Wellen, reine Induktion durch ein magnetisches Wechselfeld. Das Magnetfeld lässt sich natürlich durch die Anordnung der Schleife bündeln, man kann auch mehrere gespeiste Schleifen benutzen, die sich gegenseitig örtlich auslöschen oder verstärken.
Das ist natürlich alles nur ein lustiges Themen Raten hier. Christoph db1uq K. schrieb: > Das Magnetfeld lässt sich natürlich durch die Anordnung der Schleife > bündeln, man kann auch mehrere gespeiste Schleifen benutzen, die sich > gegenseitig örtlich auslöschen oder verstärken. Das kann ein Problem sein, muss es aber nicht. Wie gesagt: Fässerschieber schrieb: > [TE schrieb] von mehreren > Induktionsschleifen, die überlappen. Da macht es durchaus Sinn, jeweils > 2 mit 90 Grad Verschiebung zu speisen. Durch die orthogonale Speisung von benachbarten, bzw. überlappenden Induktionsschleifen wird das "örtlich Auslöschen oder Verstärken" praktisch vermieden. Beim Übergang von einer Schleife zur Nächsten dreht nur die Phase kontinuierlich ein Wenig. Vielleicht ist mit dem "akustischen Signal" ein anschliessend akustisch wieder zu gebendes NF-Signal gemeint? Ich weiss es nicht. Ist ja nur ein Ratespiel. Vielleicht hat der TE noch Interesse am Thema und präzisiert mal seine Fragestellung und sagt, wofür das anwendbar sein soll und unter welchen Rahenbedingungen das funktionieren soll.
Christoph db1uq K. schrieb: > Den Lautsprecher einfach zu drehen ist > wesentlich einfacher. Für den Leslie-Rotor wird das auch so gemacht. > https://de.wikipedia.org/wiki/Leslie-Lautsprecher Das ist 80 Jahre alte Bühnentechnik, aus Zeiten, in denen man ohne digitale Signalverarbeitung auskommen musste. Richtschall lässt sich heutzutage besser mit parametrischen Lautsprechern (Ultraschallgeber-Arrays) erzeugen. https://www.elektormagazine.de/magazine/elektor-201103/3764 https://ultrasonic-audio.com/wp-content/uploads/2016/11/digpos022014OldenburgPokornyDRUCK.pdf
Christoph db1uq K. schrieb: > Induktionsschleifen sind simple Transformatoren, Primärseite ist die > große Schleife, Sekundärseite die kleine Schleife im Hörgerät. Keine > elektromagnetischen Wellen, reine Induktion durch ein magnetisches > Wechselfeld. Exakt. Die große Schleife baut ein magnetisches Wechselfeld auf, welches in einer winzigen separaten Spule, der sogenannten Telefonspule (T-Spule), im Hörgerät wieder einen Strom induziert. Dieser speist dann die Lautsprecherspule im Hörgerät. Vielleicht nicht ganz so simpel wie hier dargestellt, aber dem Prinzip nach. Ich versuche mal, in einer Zeichnung die Situation darzustellen, damit ihr das Problem seht, welches ich habe. Grundsätzlich tue ich mich deshalb mit der Phasenverschiebung schwer, weil es hier um einen Winkel und nicht um eine Zeiteinheit geht. D.h. nach meinem Verständnis ist eine Phasenverschiebung nicht das Gleiche wie die zeitliche Verschiebung einer Welle, die z.B. bei Lautsprechern durch das bereits erwähnte geometrische Versetzen erreicht werden kann. Wie angedeutet, geht es nicht um eine einzelne (Sender-)Schleife, sondern um zwei sich teilweise überlappende Schleifen. Es gibt hier Bereiche, in in denen das Magnetfeld aus beiden Schleifen sich teilweise oder ganz aufhebt. Durch eine Phasenverschiebung kann dieser Effekt abgeschwächt oder verhindert werden. Wie gesagt, mit einer Zeichnung wird es vielleicht deutlicher, ich hoffe, sie kurzfristig anfertigen zu können.
Fred S. schrieb: > Wie angedeutet, geht es nicht um eine einzelne (Sender-)Schleife, > sondern um zwei sich teilweise überlappende Schleifen. Es gibt hier > Bereiche, in in denen das Magnetfeld aus beiden Schleifen sich teilweise > oder ganz aufhebt. Durch eine Phasenverschiebung kann dieser Effekt > abgeschwächt oder verhindert werden. OK, dann habe ich das ja richtig erraten und beantwortet: Fässerschieber schrieb: > mehreren > Induktionsschleifen, die überlappen. Da macht es durchaus Sinn, jeweils > 2 mit 90 Grad Verschiebung zu speisen. Fässerschieber schrieb: > Durch die orthogonale Speisung von benachbarten, bzw. überlappenden > Induktionsschleifen wird das "örtlich Auslöschen oder Verstärken" > praktisch vermieden. Beim Übergang von einer Schleife zur Nächsten dreht > nur die Phase kontinuierlich ein Wenig. Warum gehst du nicht darauf ein? Fred S. schrieb: > nach meinem Verständnis ist > eine Phasenverschiebung nicht das Gleiche wie die zeitliche Verschiebung > einer Welle ... Du hast recht, du musst nicht alles um die selbe Zeitdifferenz verschieben, sondern jede Frequenz um 90° Phase, was unterschiedlichen Zeitdifferenzen entspricht. Das hast du richtig erkannt. Also nochmals die selbe Frage an dich, wie schon weiter oben gestellt: Worin besteht jetzt das Problem dabei für dich?
Das Problem für mich ist: **wie** wird die Phase geschoben? Mit einfachen LC-Gliedern doch nicht, oder? Ist sicherlich Grundlagenwissen und bei einer festen Frequenz leuchtet mir das auch ein. Aber bei einem Frequenzspektrum wie bei Sprache und Musik tue ich mich schwer.
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Fred S. schrieb: > **wie** Das macht man mit Allpässen. Suche nach: Allpass Phasenschieber. Der Hilbert Transformator ist auch eine der Möglichkeiten, das ist noch ein Suchwort zu deinem Thema. Die Fragestellung wird u. a. oft und ausführlich unter SSB Modulation und SSB Demodulation behandelt. Damit solltest du zunächst ausreichend informativen und spannenden Lesestoff finden.
Beitrag "Re: Direktmisch-Empfänger: ungewolltes Seitenband passiv unterdrücken" da hatte ich mal alte Veröffentlichungen zum analogen Phasenschieben gezeigt. Ein "Polyphasen-Netzwerk", das taucht immer mal wieder auf, auch wenn man das heute digital viel schöner kann.
Fässerschieber schrieb: > Das macht man mit Allpässen. Suche nach: Allpass Phasenschieber. > > Der Hilbert Transformator ist auch eine der Möglichkeiten, das ist noch > ein Suchwort zu deinem Thema. > > Die Fragestellung wird u. a. oft und ausführlich unter SSB Modulation > und SSB Demodulation behandelt. Christoph db1uq K. schrieb: > Beitrag "Re: Direktmisch-Empfänger: ungewolltes Seitenband passiv > unterdrücken" > da hatte ich mal alte Veröffentlichungen zum analogen Phasenschieben > gezeigt. Ein "Polyphasen-Netzwerk", das taucht immer mal wieder auf, > auch wenn man das heute digital viel schöner kann. Danke für die Hinweise! Das sind genau die Themen, die ich gesucht habe. Damit wäre meine Frage beantwortet, der Thread kann geschlossen werden. Gruß Sculla
Der breitbandige 90 Grad Phasenschieber lässt sich auch zum breitbandigen Schieben mit beliebigem Winkel 0...360 Grad erweitern. An den beiden Ausgängen haben wir dasselbe Signal mit 0 und 90 Grad (beliebige Bezeichnung, es gibt keinen vernünftigen Zusammenhang zur Eingangs-Phasenlage). Mit zwei invertierenden OP kann man daraus noch die Signale 180 und 270 Grad gewinnen. Am einfachsten lässt sich das folgende mit einem exotischen Bauteil erklären, einem Sinus/Cosinus-Potentiometer. Das wird man heutzutage natürlich durch eine analoge Schaltung oder eine DSP-Berechnung ersetzen. Das Doppelpoti mit gemeinsamer Achse hat je eine kreisförmige Widerstandsbahn mit zwei festen Einspeisepunkten und einem Schleifer, wie jedes Poti. Diese Einspeisungen liegen beim eine Poti bei 0 und 180 Grad, beim anderen bei 90 und 270 Grad. Der Widerstandsverlauf ist nicht linear oder logarithmisch sondern sinusförmig. Beispiel: https://www.megatron.de/produkte/sin-cos-potentiometer-nicht-linear/sinus-cosinus-potentiometer-scx50.html Die 0 und 180 Grad kommen an die Einspeisungen des einen Potis, die 90 und 270 an das andere. Die beiden Schleifersignale werden aufaddiert (Operationsverstärker-Grundschaltung). Am Ausgang erhält man ein stufenlos von 0 bis 360 Grad einstellbare Phasenlage, bezogen auf den 0 Grad Ausgang.
Angehängte Dateien:
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SinCosShifter.png
28 KB
Als digitales Poti kann man auch einen multiplizierenden DA-Wandler verwenden. Hier eine Schaltung, die ein XY-Signal auf einem Oszilloskop "rotieren" kann, dasselbe könnte man auch für den einstellbaren Phasenschieber benutzen. Ein Mikrocontroller muss die passenden sin und cos Werte aus einer Tabelle einstellen. Die Schaltung ist eine Analogrechnerschaltung zur Koordinatentransformation, Drehung um einen digital einstellbaren Winkel https://de.wikipedia.org/wiki/Koordinatentransformation#Beispiel hier stehen die damit berechneten Gleichungen für x' und y'
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https://www.analog.com/en/products/ad5544.html Ein vierfacher multiplying DAC mit 16 Bit Auflösung, gibt es auch Digitalpotis mit 16 Bit? Mit ein paar OP dazu (Schaltbeispiel im Datenblatt) wird das ganze sogar bipolar, also 4-Quadranten. Für einen einzelnen kontinuierlich einstellbaren Phasenschieber braucht man nur die halbe Schaltung. Eingang X-in und Y-in aus dem Hilbert oder Polyphasennetzwerk, Ausgänge sind X-out (oder Y-out) und X-in. Die Schaltung hat kaum Verzögerung, aber der Hilbert kann einige Millisekunden brauchen, je nach unterer Grenzfrequenz. Schlecht wenn man zu einem Videobild einen zeitverzögerten Ton bekommt, aber da ist nichts zu machen.
Christoph db1uq K. schrieb: > Die Schaltung hat kaum Verzögerung, aber der Hilbert kann einige > Millisekunden brauchen, je nach unterer Grenzfrequenz. Schlecht wenn man > zu einem Videobild einen zeitverzögerten Ton bekommt, aber da ist nichts > zu machen. Das wäre auch bei Höranlagen (die ja u.a. aus der oder den besprochenen Schleifen besteht) ein Problem. Die Hörgeräteträger versuchen ja immer, dem Sprecher vom Mund abzulesen, der Ton aus der Höranlage kommt unterstützend hinzu (klingt, als wäre es Nebensache, ist aber unbedingt notwendig). Wenn eine Phasenschiebung den Ton gegenüber dem Mundbild des Sprechers verschiebt, wird das Ablesen schwierig bis unmöglich, es können Millisekunden zum Nichtverstehen reichen. Ist eine Phasenverschiebung immer mit einer Zeitverzögerung verbunden?
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Ja die ist etwas schwierig zu rechnen.
Ein FIR-Hilbert besteht aus einem speziell berechneten FIR-Filter und
der zweite Zweig ist oft eine simple Verzögerung der halben FIR-Länge.
Wenn es beispielsweise ein FIR mit 256 Stufen ist ("Tap" sagt man auch
dazu), dann beträgt die Verzögerung 128 Sampletakte des verwendeten
AD-Wandlers. Der ist in Grenzen wählbar, ebenso wie die FIR-Länge.
Nehmen wir die allernötigste NF-Bandbreite 300Hz-3kHz, dann kann der
AD-Wandler vielleicht schon mit 8 kHz Samplefrequenz laufen. Das ergibt
16 msec Verzögerung.
Will man unten tiefere Frequenzen haben dann wird das eher mehr.
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