Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik WT2003H4 mit akzeptabler Soundqualität


von Paul (paul-h)


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Hallo zusammen

ich habe ein Projekt, bei dem ich einen ATtiny1614 verwende, um ein 
Tonsignal auf dem WT2003H4-16s-Chip auszulösen. Der Ton ist ein 
einfacher Glockenklang, der als MP3-Datei auf dem WT2003H4 gespeichert 
ist.

Ich habe verschiedene Lautsprecher getestet: 8 Ω 0,5 W, 8 Ω 3 W und 4 Ω 
3 W Modelle. Alle Lautsprecher haben einen Durchmesser von weniger als 
36 mm, da dies die maximale Größe ist, die in mein Gehäuse passt.

Zunächst habe ich den PWM-Ausgang vom WT2003H4 verwendet und die 
Lautsprecher direkt an den WT2003H4 angeschlossen. Die Lautstärke war 
akzeptabel, aber die Klangqualität war relativ schlecht – insbesondere 
bei tiefen Frequenzen war der Klang sehr rauschend.

Ich vermutete, dass der interne Verstärker des WT2003H4 möglicherweise 
nicht leistungsstark genug ist, also bin ich auf den DAC-Ausgang 
umgestiegen und habe einen externen Verstärker hinzugefügt. Ich habe 
mehrere Verstärker-ICs ausprobiert (NS4150B, PAM8302A und LM4890). Diese 
habe ich gemäss den jeweiligen Datenblättern angeschlossen und den 
WT2003H4 auch auf den DAC-Ausgangsmodus eingestellt. Dennoch war der Ton 
extrem leise – kaum hörbar. So leise, dass ich noch nicht einmal sagen 
kann, ob der Ton besser ist als mit dem internen Verstärker.

Ich habe auch versucht die MP3 Datei als ganzes hochzudrehen. Beim PWM 
Ausgang sind dann die Lautsprecher beinahe explodiert, aber beim 
DAC-Ausgang mit dem externen Verstärker war der Ton nach wie vor sehr 
leise.

Hat jemand schon mit dem WT2003H4 gearbeitet und es geschafft, eine 
anständige Klangqualität zu erzielen?
Oder kennt jemand einen vergleichbaren MP3 Chip (ungefähr selbe Grösse, 
mit internem Flash Speicher), mit der ich eine anständige Soundqualität 
bekomme?

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Paul schrieb:
> und den WT2003H4 auch auf den DAC-Ausgangsmodus eingestellt. Dennoch
> war der Ton extrem leise
In solchen Fällen verhindert ein Oszilloskop tagelangen Blindflug. Hast 
du Zugriff auf so ein Gerät?

> Alle Lautsprecher haben einen Durchmesser von weniger als 36 mm
> ... aber die Klangqualität war relativ schlecht – insbesondere
> bei tiefen Frequenzen war der Klang sehr rauschend.
Wie hört sich das an?

Und ja: "36mm" und "tiefe Töne" schließen sich direkt aus. Akustisch 
nachvollziehbar, dass andere solche Durchmesser für den obersten 
Hochtonbereich verwenden.

von Harald K. (kirnbichler)


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Lothar M. schrieb:
> Und ja: "36mm" und "tiefe Töne" schließen sich direkt aus.

Naja, bei gutem akustischen Design ist da zumindest in der 
Nahfeldbeschallung einiges erreichbar - sonst könnten Kopfhörer, die ja 
das absolute  Extrem der Nahfeldbeshallung darstellen, auch nicht 
funktionieren.

Und die Basswiedergabe mancher Notebooks ist für davorsitzende Person 
durchaus ausreichend.

Paul schrieb:
> insbesondere
> bei tiefen Frequenzen war der Klang sehr rauschend.

Was auch immer "rauschend" in diesem Kontext heißen soll. Rauschen ist 
hochfrequentes Störgeräusch.

: Bearbeitet durch User
von Paul (paul-h)


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Lothar M. schrieb:

> In solchen Fällen verhindert ein Oszilloskop tagelangen Blindflug. Hast
> du Zugriff auf so ein Gerät?

Leider steht mir ein solches Gerät nicht zur Verfügung. Aber du hast 
recht, vielleicht sollte ich mich darum bemühen ein solches zu 
organisieren.



>> bei tiefen Frequenzen war der Klang sehr rauschend.
> Wie hört sich das an?

rauschend ist vielleicht das falsche Wort, eher verzerrt und der Ton 
überschlägt sich.


> Und ja: "36mm" und "tiefe Töne" schließen sich direkt aus. Akustisch
> nachvollziehbar, dass andere solche Durchmesser für den obersten
> Hochtonbereich verwenden.

Wie wird das bei einem Smartphone gemacht? die Lautsprecher dort sind 
noch bedeutend kleiner.

von Gunnar F. (gufi36)


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Paul schrieb:
> Wie wird das bei einem Smartphone gemacht? die Lautsprecher dort sind
> noch bedeutend kleiner.

DAS habe ich mich auch schon gefragt, weil ich von der Physik dahinter 
sehr überzeugt bin, was Lothar beschrieb. Aber so viele schwärmen von 
ihren Amazon-Brüllwürfeln und Soundbars, die ja soo super Tiefbass 
liefern.
Da sind psychoakustische Signalveränderungen im Spiel. Suchwort 
Residualhören. Kurz gefasst: Tiefe Frequenzen werden bewusst verzerrt. 
Das Ohr empfängt die Obertöne und "dichtet" die nicht vorhandene 
Grundwelle dazu. Dasselbe passiert bei vielen Instrumenten, wo die 
Grundwelle nur minimal vertreten ist.

von Andreas M. (amesser)


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Paul schrieb:
> Ich habe verschiedene Lautsprecher getestet: 8 Ω 0,5 W, 8 Ω 3 W und 4 Ω
> 3 W Modelle.

Lautsprecher haben mehr Parameter als Watt und Ohm. Es kommt ganz auf 
die Einbausituation an, was der beste Lautsprecher für den Zweck ist. Du 
hast den Lautsprecher zum Probehören hoffentlich nicht nur einfach auf 
den Tisch gelegt sondern da eingebaut wo er später hin soll? Kein 
Lautsprecher der Welt kann tiefe Frequenzen vernünftig ohne Gehäuse 
wiedergeben.

Paul schrieb:
> Wie wird das bei einem Smartphone gemacht? die Lautsprecher dort sind
> noch bedeutend kleiner.

Ich habe noch kein Smartphone gesehen was tiefe Töne anständig 
wiedergibt. Die Chassis sind dort einfach zu klein, der Impedanzsprung 
für tiefe Frequenzen zu groß. Man kann zwar versuchen das durch mehr 
Leistung etwas zu kompensieren, aber Physik lässt sich nun mal nicht 
umgehen.

Gunnar F. schrieb:
> Aber so viele schwärmen von
> ihren Amazon-Brüllwürfeln und Soundbars, die ja soo super Tiefbass
> liefern.

Die Lautsprecher darin haben meist eine extrem weiche Aufhängung und 
einen großen Hub. Dazu noch eine oder mehrere Passivmembranen und ein 
ausgeklügeltes Program im DSP welches die Unzulänglichkeiten der 
Konstruktion versucht auszubügeln. Da ist dann das komplette Programm an 
Multi-Band Equalizer, Phasenkorrektur, frequenzabhängige 
Leistungsbegrenzung, etc. drinnen und wie Du schon sagtest auch eine 
Menge Wissen über das Menschliche Gehör.

von Harald K. (kirnbichler)


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Paul schrieb:
> Wie wird das bei einem Smartphone gemacht? die Lautsprecher dort sind
> noch bedeutend kleiner.

Die klingen ja auch nur bei absoluter Nahbeschallung erträglich, und 
schon bei Abständen ab 1 m werden sie zu grässlich verzerrenden Quäken, 
die mehr Schmerzen bereiten als daß sie klingen würden. Wird gerne 
zigtausendfach jeden Tag von Leuten vorgeführt, die zu doof sind, ein 
Telephon zu bedienen und es sich bei eingeschaltetem "Lauthören" vor den 
Kopf halten -- und dabei die Umgebung mit blechernem Geschepper 
beschallen, damit auch wirklich jeder was davon hat.

Mit "Psychoakustitk" hat das nichts zu tun, denn wie das von mir schon 
erwähnte Kopfhörerbeispiel zeigt, ist bassreicher Klang bei extremster 
Nahbeschallung auch mit 60er-Jahre-Technik möglich.

: Bearbeitet durch User
von Gunnar F. (gufi36)



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Harald K. schrieb:
> Mit "Psychoakustitk" hat das nichts zu tun, denn wie das von mir schon
> erwähnte Kopfhörerbeispiel zeigt, ist bassreicher Klang bei extremster
> Nahbeschallung auch mit 60er-Jahre-Technik möglich.

Warum sprichst du von (extremster) Nahbeschallung? Der TO fragt nicht 
danach. Und warum behauptest du, was ich über die Psychoakustik 
schreibe, stimme nicht? Die 60er sind darauf bezogen finsteres 
Mittelalter!

Quellen:
Beigefügtes Dokument, Abschnitt 3.2.
https://de.wikipedia.org/wiki/Residualton
https://wiki.analog.com/resources/tools-software/sigmastudio/toolbox/ADIAlgorithms/SuperBass

Alle mir bekannten, modernen, etwas "höherwertigen Brüllwürfel" 
verwenden das Konzept. Ich mag so was auch nicht, mir käme das für HiFi 
nicht in Frage, aber es hat mich (und den TO) halt interessiert, warum 
so ein kleiner BT-Lautsprecher so "gut" Bass wiedergeben kann. Soundbars 
sind aktuell weitere Beispiele, die aus kleinen Gehäusen verblüffende 
Effekte erzielen. Siehe oben!
Und klar: Was da in einem Handy eingebaut wird, da sind extreme Grenzen 
gesetzt in Bezug auf "Hubraum/displacement".

von Paul (paul-h)


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> Du hast den Lautsprecher zum Probehören hoffentlich nicht nur einfach auf
> den Tisch gelegt sondern da eingebaut wo er später hin soll? Kein
> Lautsprecher der Welt kann tiefe Frequenzen vernünftig ohne Gehäuse
> wiedergeben.

Doch das habe ich, ich konnte mir nicht vorstellen, dass es einen so 
grossen unterschied macht. Wenn man einen Lautsprecher in ein Gehäuse 
baut, worauf genau kommt es da an, dass der Ton gut ausgegeben werden 
kann?

von Paul (paul-h)


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Wie sieht es bezüglich der Frage mit dem Verstärker aus? Woran kann es 
liegen, dass dieser so leise ist?

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Paul schrieb:
> Doch das habe ich, ich konnte mir nicht vorstellen, dass es einen so
> grossen unterschied macht.
Ohne Schallwand hast du einfach einen pneumatischen/akustischen 
Kurzschluss: der Lautsprecher pumpt die Luft vorne raus und die geht 
einfach nur "180° ums Eck" nach hinten. Fazit: die Membran bewegt sich, 
aber es wird kaum Schall abgestrahlt. Frequenzen deren Wellenlänge 
kleiner ist als der Membrandurchmesser werden durch den Kurzschluss 
stark gedämpft.

> Wenn man einen Lautsprecher in ein Gehäuse baut, worauf genau kommt es
> da an, dass der Ton gut ausgegeben werden kann?
Im Idealfall baust du den Lautsprecher in eine "unendliche" Schallwand 
ein.

Das sind elementare Grundlagen:
- https://de.wikipedia.org/wiki/Lautsprechergehäuse

Paul schrieb:
> Wie sieht es bezüglich der Frage mit dem Verstärker aus? Woran kann es
> liegen, dass dieser so leise ist?
Meist am zu geringen Eingangspegel. Hast du einfach mal eine andere, 
definierte Tonquelle ausprobiert, ob da ein lauterer Ton rauskommt? Wenn 
ich kein Oszi hätte, dann würde ich den DAC-Ausgang einfach an ein 
Mischpult anschließen und schauen, wie dort der Pegel ankommt. Aber: 
ohne Oszi sind solche Basteleien eh' irgendwie immer das Stochern in der 
trüben Brühe.

: Bearbeitet durch Moderator
von Lotta  . (mercedes)


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Schließe nen Kopfhörer direkt am Chip an und teste,
ob Verzerrungen auftreten.
Der Lautsprecher muß in ein Gehäuse, bei industriellen Glockenspielen
in der Reha hat er 15 cm Durchmesser und strahlt nach unten.
Der Verstärker hat 2 Watt.

Denke an ne stabile Stromversorgung, wenn die zu schwach ist,
gibts auch Verzerrungen!

mfg

von Andreas M. (amesser)


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Paul schrieb:
> Doch das habe ich, ich konnte mir nicht vorstellen, dass es einen so
> grossen unterschied macht. Wenn man einen Lautsprecher in ein Gehäuse
> baut, worauf genau kommt es da an, dass der Ton gut ausgegeben werden
> kann?

Da liegen Welten dazwischen, warum haben andere ja bereits beschrieben. 
Am besten ist es wirklich, den Lautsprecher da einzubauen, wo er auch 
später hinsoll. Nur so kann man das vernünftig bewerten.

Ansonsten als Experiment: Nimm einfach mal eine leere 
Toilettenpapierrolle (oder ein Stück Pappe und schneide da mittig ein 
Loch passender Größe rein). Kleb den Lautsprecher da dran, so dass die 
Vorderseite und Rückseite des Lautsprechers durch die Pappe getrennt 
sind, (Die Toilettenpapierrolle darf auf der anderen Seite gerne offen 
bleiben)

Ich hab das mal mit so einer 8 Ohm PC-Gehäuse Quäke gemacht, die 
klangliche Verbesserung ist nicht zu verachten...

von Paul (paul-h)


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> Schließe nen Kopfhörer direkt am Chip an und teste,
> ob Verzerrungen auftreten.
> Der Lautsprecher muß in ein Gehäuse, bei industriellen Glockenspielen
> in der Reha hat er 15 cm Durchmesser und strahlt nach unten.
> Der Verstärker hat 2 Watt.
>
> Denke an ne stabile Stromversorgung, wenn die zu schwach ist,
> gibts auch Verzerrungen!

danke für die Tipps 👌

von Paul (paul-h)


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> Ansonsten als Experiment: Nimm einfach mal eine leere
> Toilettenpapierrolle (oder ein Stück Pappe und schneide da mittig ein
> Loch passender Größe rein). Kleb den Lautsprecher da dran, so dass die
> Vorderseite und Rückseite des Lautsprechers durch die Pappe getrennt
> sind, (Die Toilettenpapierrolle darf auf der anderen Seite gerne offen
> bleiben)

Ich habe es ausprobiert. Du hast recht, der unterschied ist enorm. Ich 
hatte keine Ahnung dass das Gehäuse eine so zentrale Rolle spielt. Es 
sieht so aus als könne ich da noch viel raus holen. Danke

von Spess53 .. (hardygroeger)


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Hi

>Ich hatte keine Ahnung dass das Gehäuse eine so zentrale Rolle spielt.

Tja das ist ein Wissenschaft für sich. Da gibt es massenhaft 
Doktorarbeiten drüber.

MfG Spess

von Gunnar F. (gufi36)


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Spess53 .. schrieb:
> Da gibt es massenhaft Doktorarbeiten drüber.

... und jede Menge (gutverdienende) Voodoo-Priester!

von Andreas M. (amesser)


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Denjenigen, die sich für das Thema interessieren, kann ich die folgende 
Seite empfehlen. Dort werden in einem Blog-Artigen Stil verschiedenste 
Projekte vorgestellt, zum Teil auch mit Maßen etc für den Nachbau. Beim 
Lesen der ganzen Beiträge bekommt man dann eine gute Ahnung, was da 
alles so reinspielt, angefangen von der Positionierung der Chassis auf 
der Frontplatte, Einfräsungen, Fasen an den Gehäusekanten, 
Frequenzweichen. Alles schön erläutert, mit Frequenzgängen untermauert 
usw.

https://www.donhighend.de/

von Spess53 .. (hardygroeger)


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Hi

>... und jede Menge (gutverdienende) Voodoo-Priester!

Besser als Dummschwätzer!

MfG Spess

von Rbx (rcx)


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Gunnar F. schrieb:
> ... und jede Menge (gutverdienende) Voodoo-Priester!

Die dürften in der Minderheit sein. Früher gab es sogar eine Zeitschrift 
für den Lautsprecherbau, die hieß Klang und Ton. Eine regelmäßige 
Abteilung da war der Cheap Trick, also ein möglichst billig aufgebauter, 
aber gut klingender Lautsprecher.

Auch im Elektor gab es regelmäßig den ein oder anderen interessanten 
Lautsprechervorschlag zum Nachbauen.

Eine andere Sache sind noch die Chassis selber. Hier könnte man auf 
bewährtes, aber auch vielleicht PA-taugliches achten.

von Gunnar F. (gufi36)


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Rbx schrieb:
> Gunnar F. schrieb:
>> ... und jede Menge (gutverdienende) Voodoo-Priester!
>
> Die dürften in der Minderheit sein. Früher gab es sogar eine Zeitschrift
> für den Lautsprecherbau, die hieß Klang und Ton. Eine regelmäßige
> Abteilung da war der Cheap Trick, also ein möglichst billig aufgebauter,
> aber gut klingender Lautsprecher.
>
> Auch im Elektor gab es regelmäßig den ein oder anderen interessanten
> Lautsprechervorschlag zum Nachbauen.
>
> Eine andere Sache sind noch die Chassis selber. Hier könnte man auf
> bewährtes, aber auch vielleicht PA-taugliches achten.

Definiere Minderheit: Maximaler Umsatz bei minimalen Effekt? Ne, ich 
meine so Typen, die sich meterhohe Exponentialhörner aus 
damengeschliffenem Messing mit Epoxi-Finish hinstellen (lassen) und dann 
schwören, dass sie die 7.Geige in zweiter Reihe einen Hauch klarer 
erkennen können.
Ich selbst (habe auch schon professionell ein Lautspechersystem 
entwickelt)
verfolge eine ähnliche Strategie wie das, was Du vom Elektor 
beschreibst: Mit  erschwinglichen Mitteln, aber sauberer Auslegung einer 
aktiven Frequenzweiche und deren individuelle Anpassung an die 
Box/Chassis ein sehr gutes Ergebnis bei geringem Materialeinsatz zu 
erreichen. Ich glaube, das gelingt mir auch, aber ich träume noch von 
der Umsetzung einer Membran-Positionsregelung aka Backes und Müller. 
Habe da Ideen im Hinterstübchen, die in meiner Rentnerzeit mal getestet 
werden können.

von Rbx (rcx)


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Gunnar F. schrieb:
> Ne, ich
> meine so Typen, die sich meterhohe Exponentialhörner aus
> damengeschliffenem Messing mit Epoxi-Finish hinstellen (lassen) und dann
> schwören, dass sie die 7.Geige in zweiter Reihe einen Hauch klarer
> erkennen können.

Ja, es gab ja auch noch diese HiFi-Zeitschriften mit entsprechendem 
Vokabular. Tatsächlich ist das ziemlicher Quark, man sollte sich seine 
Abhöre nach Möglichkeit selber anhören - und dann noch, wenn es geht 
Zuhause.
Allerdings hatte sich eine dieser Zeitschriften mal dazu herabgelassen, 
eine CD herauszugeben, mit Tracks drauf um verschiedenen Eigenschaften 
der Lautsprecher zu testen. Die fand ich recht nützlich, stellte aber 
später fest, dass ich für meinen Geschmack (Synthesizer) durchaus 
bessere Testtracks finden konnte.
Grundsätzlich profitiert Synthmusik (und der Hörbarkeit der Effekte da) 
sehr von sauberer linearer Wiedergabe.

Ich habe noch eines dieser Klinger-Bücher, wo auch 
Basslautsprecher-Konstruktions-Theorien vorgestellt wurden, oder dann 
gab es darin auch eine Abbildung, wo jemand (beim Hausaufbau) seine 
Lautsprecher direkt in die Hauswände bauen lässt.
Ein Nebenaspekt dieser Geschichte war dann noch, die Lautsprecherwände 
hohl aufbauen, und die Zwischenräume mit Sand aufzufüllen. So waren die 
Lautsprecher zwar ziemlich schwer - aber die Basswiedergabe, sofern man 
diese überhaupt realisieren konnte dafür recht trocken und prägnant.

Hinsichtlich des letzten Punktes hilft aber auch schon viel Volumen (60L 
z.B. oder noch mehr) und natürlich ein größerer resonanzarmer Raum.
Bei so einer 6m^2 Bude macht vielleicht ein Subwoofer etwas mehr Spaß.

von Gunnar F. (gufi36)


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Rbx schrieb:
> Grundsätzlich profitiert Synthmusik (und der Hörbarkeit der Effekte da)
> sehr von sauberer linearer Wiedergabe.

Das ist genau mein Standpunkt. Erst eine saubere, lineare Wiedergabe 
erreichen, und dann nach Geschmack noch nachbessern. Nur bei meiner 
einen professionellen Entwicklung mußte ich mich eines anderen belehren 
lassen: Mehr Bass! Ich wollte mehr Transparenz und Präzision: Mehr Bass! 
Dann kamen die Spezialisten mit ihrem Stück "Insomnia" und wenn es 
richtig prügelte, waren sie zufrieden. Ich musste mich dann da 
rausnehmen.

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