Lautstärke sackt bei Dreieckswelle ab

Dieses Thema im Forum "SyntheTisch!" wurde erstellt von Globoflexia, 29. September 2015.

  1. Hallo,
    vor kurzem habe ich begonnen, mich mit meinem Arturia Microbrute in das rießige Feld der Klangsynthese einzuarbeiten. Beim Herunprobieren habe ich etwas seltsames bemerkt. Ich versuche, das Problem mit meinem noch nicht besonders ausgereiften Fachwissen und Gehör zu beschreiben:

    Wenn ich meinen Oszillator eine reine Dreieckswelle ausgeben lasse (keine Filter, LFO etc.) dann scheint die Lautstärke ab einer gewissen Frequnz stark abzufallen. Töne knapp überhalb einer Frquenz von ca 600 Hz, z.B. das c'' (523Hz) klingen noch schön laut und satt, aber wenn ich dann zum Vergleich ein f'' (4 Töne darunter, 698 Hz) spiele, scheinen dem Ton einige Komponenten (möglicherweise Obertöne?) zu fehlen und er erklingt nur noch sehr leise und kläglich. Es klingt nicht gut, wenn ich eine Phrase spielen möchte, die sich in diesen Tonhöhen bewegt.
    Wenn ich stattdessen eine andere Wellenform wie z.B. Sägezahn verwende, tritt dieser Effekt nicht auf.

    Möglicherweise liegt es auch an meiner Tonausgabe. Der Microbrute ist an einen mittelguten Stereoanlagen-Verstärker angeschlossen, an dem normale Boxen hängen. Aber auch wenn ich (Aktiv-)Kopfhöhrer direkt an den Microbrute anschließe tritt der Effekt bei der Dreieckswelle auf.

    Kommt jemandem dieser Effekt bekannt vor? Wie kann ich das lösen? Wie kann ich der Sache weiter nachgehen?

    Vielen Dank für eure Hilfe!
     
  2. Cyborg

    Cyborg bin angekommen

    Hallo
    eine Dreiecks-Wellenform hat im Vergleich zu anderen Wellenformen nur wenige, hörbare Obertöne
    Im Vergleich:
    Sägezahn: Alle Obertöne (ganzzahlige, vielfache der Grundfrequenz) , Obertondämpfung: 1/n (n steht für die "Nummer" des Obertons.
    Beispiel: Grundfrequenz 100Hz, Obertöne: 200Hz, 300Hz, 400Hz ....usw bis zur Hörgrenze
    Jede Obertonamplitude wird niedriger nach der Funktion 1/n, die 3. hat also 300Hz aber hat nur noch ein Drittel der "Lautstärke" der Grundfrequenz

    Rechteck: Nur ungeradzahlige, ganzzahlige Obertöne, Obertondämpfung wie beim Sägezahn: 1/n
    Beispiel: Grundfrequenz 100Hz, Obertöne 300Hz, 500Hz, 700Hz...... usw.


    DREIECK: hier sind die gleichen Obertöne vorhanden wie beim Rechteck, also alle ungeradzahlig, ganzzahligen (300, 500, 700Hz usw)
    Die Amplitudendämpfung ist aber dramatisch höher, sie steigt nämlich im Quadrat.
    Der Oberton mit 500Hz hat dann nur 1/25tel und der mit 700Hz nur 1/49tel der Grundwellenamplitude

    Fazit: weil beim Dreieck die höheren Obertöne so schnell schwächer werden, hört man weniger von denen und deshalb klingt das Dreick auch dumpfer. Je höher die Grundfrequenz wird, umso mehr verstärkt sich der Effekt weil dann zusätzlich auch das Gehör nach und nach die hohen und dann sehr leisen Obertöne nicht mehr wahrnehmen kann. Was Du hörst ist ja immer die Summe aller Harmonischen und wenn die geringer wird, erscheint es leiser.
    Ganz normal also: Nochn Beispiel: Grundfrequenz 5000Hz, Obertöne: 15.000 Hz bei 1/9tel Amplitude, 25.000Hz (sowieso nicht mehr hörbar)

    Ganz nebenbei ist das mit der Amplitudendämpfung der Grund weshalb tiefe Töne "fetter" klingen, man hört einfach mehr Obertöne ..

    Siehe auch:
    http://www.cyborgs.de/synthesizer/workshop/skurs3.htm
     
  3. Max

    Max bin angekommen

    Du musst evtl. "Keyfollow" etwas aufdrehen... (Knopf "KBD Tracking")
     
  4. Cyborg

    Cyborg bin angekommen

    Du meinst jetzt Filtereinstellungen. Das hat mit dem VCO nichts zu tun und ist abhängig vom jeweiligen Patch. Es ging um das Signal vom VCO - ohne Filter usw.
     
  5. rolfdegen

    rolfdegen Tach

    Hallo Globoflexia

    Ich sage immer... Falls ihr den Tönen nicht traut, dann mache sie zu Bildern. Du kannst die Amplituden mit einem Scope (Oszilloskop) analysieren. Falls du kein Scope zur Hand hast geht als Ersatz auch deine Soundkarte vom PC und eine Software-Scope. Du brauchst nur den Audioausgang deines Gerätes mit dem Mikrofoneingang deiner Soundkarte zu verbinden.

    Links zu Scope Software: http://www.mikrocontroller.net/topic/256147

    Gruß Rolf
     
  6. Cyborg

    Cyborg bin angekommen

    ..und Du meinst, das die Soundkarte 1:1 ohne Veränderungen weiterreicht? Tut sie nicht. Ich würde da eher den Tönen trauen bzw. den physkalischen Grundlagen ;-)
    Abgesehen davon, das Anschauen einer Wellenform bringt uns hier nicht weiter, hier müsste man genau messen können.
    Für eine Analyse, wie Du sagst, müsste man die Wellenformen in ihre Bestandteile zerlegen können und dazu ist ein Oszilloskop, selbst ein richtiges, nicht das richtige Werkzeug,
    dazu bräuchte man einen Spektrum-Analyzer und zwar einen guten der das Eingangssignal nicht verändert
     
  7. psicolor

    psicolor Busfahrer und Bademeister

    Genau was Cyborg erklärt hat!

    Wenn der Effekt bei unterschiedlichen Tonhöhen unterschiedlich stark ausgeprägt ist, liegt das höchstwahrscheinlich daran, dass der Synth einfach nicht über mehrere Oktaven eine stabile Wellenform zusammenbringt. Das Dreieck soll eigentlich dünn klingen, aber sobald die Wellenform unsymmetrisch wird oder irgendwelche Zacken drin hat, kommen wieder Obertöne dazu und das Ding kling fälschlicherweise "satt". Ich könnte mir gut vorstellen, dass das der Fall ist. Cheapo Synths sind grad in Mode. Über die Klangerzeugung beim Analog Four könnte ich mich jeden Tag aufregen, aber das is grad nid das Thema.. Trotzdem wäre es interessant, wenn noch jemand anders das mal überpüfen kann. Dann weis ich wenigstens um welchen Synth ich auf jeden Fall einen großen Bogen machen sollte. Mich regt sowas echt auf. Die Oszillatoren sind der Kern eines Synths und da zu Pfuschen find ich echt scheisse.

    Beitragen zu dem Effekt kann aber auch der restliche Weg bis zu deinem Ohr. Also Lautsprecher, Raum und Ohrenschmalz. Den Einfluss des Verstärkers kannst du idR vernachlässigen (es sei denn du spielst über nen Gitarrenamp...).
     
  8. @cyborg: danke für die Antwort! Was du geschrieben hast, habe ich verstanden und merke es mir. Aber für mein Problem hilft es mir tatsächlich aus folgenden beiden Gründen nicht weiter:

    1. Bei mir ist es der tiefere Ton, der leise und kläglich klingt. Eigentlich sollte ja genau der tiefere ton mit seinen vielen höhrbaren Obertönen satter klingen.
    2. Der Effekt verschwindet mit einer Squarewave (genauso wie mit einer Sägezahnwelle).

    Oder habe ich etwas falsch verstanden?

    Ich werde mal versuchen, die Töne mal mit einer Software und Soundkarte anschauen, wie ihr vorgeschlagen habt. Vielleicht entdecke ich was komisches.
     
  9. psicolor

    psicolor Busfahrer und Bademeister

    Du kannst auch einfach mit irgend einer Software aufnehmen und dir dann die Wellenform ansehen. Wie auch immer, es wäre cool, wenn du gleich ein paar Bildchen hier zeigen könntest.
     
  10. maffyn

    maffyn Tach

    globoflexia: editiere mal dein eingangsposting.....

    irgendwas kann da ja jetzt nicht stimmen. das f" ist oberhalb des c"... ich gehe auch davon aus, daß du jetzt die klassische bezeichnung mit zweigestrichenem c etc. meinst. die midinoten sind ja wieder anders.
     
  11. Das Problem ist nicht die Wellenform per se, sondern Deine Abhörmöglichkeit. Das Dreieck besteht fast nur aus der Schwingung der Grundfrequenz und kaum aus Obertönen. Die Grundfrequenz ist aber so tief, dass sie sich im Raum nicht adequat ausbreiten kann. Ggf kann sie auch Dein Lautsprecher nicht wiedergeben.
    Beim Sägezahn oder Dreieck sind die Obertöne vergleichsweise viel lauter. Nun ist unser Gehör so schlau, dass es die Grundfrequenz auch aus den Obertönen rekonstruieren kann. Deswegen meinst Du, dass Du den Grundton der obertonreichen Wellenformen besser hören kannst. Tatsächlich hörst aber nur die Obertöne.
     
  12. psicolor

    psicolor Busfahrer und Bademeister

    Florian, hast du realisiert, dass es hier um nen Bereich zwischen 500 und 700 Hz geht (wo sogar ein Toter noch gut hört) und der Fragende die Sache auch mit Kopfhörern quergecheckt hat?
     
  13. swissdoc

    swissdoc back on duty

    Weiter kommt noch dazu, dass das Gehör nichtlinear ist und Lautstärken je nach Pegel und Frequenz recht stark variieren, siehe auch Kurven gleicher Lautstärkepegel nach geltender Norm ISO 226:2003 oder traditionell nach Fletcher-Munson. Das sind zwischen 100 und 1000 Hz locker 10 bis 15 dB Unterschied, je nach Pegel. Obertonreiche Waveforms sind davon weniger betroffen, weil die Schallenergie sich über einen grösseren Spektralbereich verteilt. Bei Dreieck steckt eben am meisten Energie in der Grundwelle und die Obertöne fallen im Pegel stark ab.

    [​IMG]

    https://de.wikipedia.org/wiki/Geh%C3%B6 ... t%C3%A4rke
     
  14. Du hast völlig recht, entschuldigung. Es geht um die Töne c (130,8 Hz) und F (87,3 Hz). Das F ist im Verhältnis zum c viel zu leise.
    Sorry Leute, ich hab mich irgendwie verschrieben. Leider finde ich keine Button, um den Ausgangspost zu editieren. Geht das wirklich nicht oder stelle ich mich zu blöd an.
     
  15. Ah, ok, und damit stimmt dann auch mein Posting. Es geht um akustische Frequenzdarstellung und nicht um ein elektrisches Problem. Etwas platt ausgedrückt: Geh mit Deiner Dreiecksschwingung an eine dicke PA in einer großen Halle, und plötzlich ist das Dreieck der Killerbass und der Sägezahn quäkt irgendwie rum.

    Nein. Das ist so. Die Postings stehen nur eine gewisse Zeit zum Nachbearbeiten offen.
     
  16. psicolor

    psicolor Busfahrer und Bademeister

    Dann hat Florian recht. Du bewegst dich da in nem Gebiet, wo eine normale HIFI Anlage, Kopfhörer und auch viele professionelle Studiomonitore einfach zu schwächeln anfangen. Und Swissdoc hat auch Recht, dass da unten nochdazu dein Gehör abkackt.

    Mich beruhigt es außerdem sehr, dass das da unten passiert und nicht die Oszillatoren vom Microbrute in den unteren Mitten schon absaufen.

    Florian: An dieser Redewendung, dass ein Ton in den Raum passen muss, damit man ihn hört, haben wir hier neulich rumgeschüttelt. Mangels theoretischer Erklärung und dank einem einfachen Experiment konnten wir das Ding umschmeissen. Willst du als alter Studiohase noch irgendwas zur Ehrenrettung dieser Theorie sagen.
     
  17. Der Vollständigkeit halber hier noch die Oszillator-Aufnahmen der beiden Töne:
    Das F (tieferer Ton):

    Das c (höherer Ton):

    Schauen ja eigentlich ganz gut aus. Also:
    Ich dachte immer, dass meine Kopfhöhrer Töne um die 100Hz ordentlich wiedergeben könnten. Zumindest steht in den Herstellerangaben, sie hätten ein Frequenzspektrum von 20-20.000Hz. Kann man solche Angaben also gleich vergessen?
    Außerdem finde ich es sehr interessant, dass Ohren den Grundton aus den Obertönen rekonstruieren können! Weiß jemand wie man das nennt bzw. wo ich mehr darüber erfahren kann?
     

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  18. psicolor

    psicolor Busfahrer und Bademeister

    Zumindest is das ne wertlose Information. Klar kommt bei 20Hz noch irgendwas aus den Kopfhörern, aber wieviel das is und ob davon am Ohr noch was ankommt ist ne andere Frage. Manche Hersteller bringen so Bode-Diagramme mit, die zeigen immerhin an, wie stark die Dämpfung bei welcher Frequenz ist. Und dann kommt eben noch der Punkt von Swissdoc ins Gewicht: Selbst wenn da wirklich was an deinem Ohr anliegt, heist das noch lange nicht, dass es das Signal auch noch bis zu deiner Wahrnehmung schafft. Von allen Komponenten die bei der Musik beteiligt sind, ist das Gehör mit Sicherheit die schlechteste!

    Dieser vom Gehirn erzeugte Grundton wird "Residualton" genannt. Wikipedia is da sicherlich ein guter Startpunkt
     
  19. Die Dreiecke allein besagen ja nichts. Interessant wäre der Vergleich mit dem Sägezahn und dem Rechteck bei gleicher Frequenz und gleicher Lautstärkeeinstellung am Synth, bzw VCO-Mixer.
     
  20. dbra

    dbra Weltenbummler - Superstar - Frauenheld

    Wieso? Man sieht, daß die Amplituden gleich groß sind.
     
  21. Der Thread ist mir jetzt zu lange, wo sind da die postings, um die es geht?

    [König Alfons muss mal weghören, weil ich jetzt dauernd von Wellen rede]
    Grundlegend ist in dem Satz "ein Ton muss in den Raum passen, damit man ihn hört" ein Fehler: hören wird man ihn immer. Die Frage ist, ob man in mir der tatsächlichen Lautstärke hört, die man im Freifeld wahrnehmen würde.
    Zunächst, genügt es wenn der Raum irgendeine Dimension mit einem Viertel der Wellenlänge hat, denn es genügt sozusagen dem Ohr, wenn es ein Wellenmaximum mitbekommt - und das erste haben wir nach einem Viertel der Wellenlänge. Allerdings muss man sich dann direkt an die Wand stellen, um die korrekte Lautstärke zu hören (wir nehme hier immer einen theoretischen Raum ohne Reflektion an!). Wo anders in dem Raum hört man diese Frequenz leiser.
    Wellenbeugung/Reflektion kann man vernachlässigen, weil die negativen Effekte die dabei durch Auslöschungen entstehen das ganze ziemlich relativieren - von Phasenlagensachen und Ortungsdefizit mal ganz zu schweigen.

    Ich würde sagen, die Faustregel könnte lauten, ab 1,5fache Wellenlänge = Raumdiagonale (ecke unten rechts <-> ecke oben links) wird man einigermaße korrekte Lautstärkewahrnehmung haben; drunter wird es erst ziemlich unregelmäßig und weiter unten im Frequenzspektrum, dann auch immer schwächer.


    Was die Grundfrage zum Kopfhörer aus dem anderen Thread angeht: Nimm einen Sinus-Testtongenerator; stell bei 1kHz den Testton so laut, dass Du ihn noch erträglich findest, und dreh dann die Frequenz runter auf 50Hz. Dann wirst Du nichts mehr hören. Und das liegt nicht nur an den Herrn Fletcher und Munson, sondern auch an der Schallphysik: Man kriegt halt viel weniger Druck bei der geringen Entfernung zur Membran.
     
  22. psicolor

    psicolor Busfahrer und Bademeister

    Genau! Und man sieht vorallem, dass beides ungefähr Dreiecke sind. Ich hätte nach dem ersten Posting erwartet, dass der hohe Ton irgendwie unsymmetrischer ist, also steilere Flanken und damit stärkere Obertöne besitzt. Dass dem nicht so ist, sieht man hier gut.
     
  23. Ja, aber er meint, dass er beim Rechteck den Pegelunterschied nicht so wahrnimmt. Erst wenn wir das vergleichen können, dann können wir sagen, ob es am VCO liegt, oder an seiner Abhörsituation
     
  24. psicolor

    psicolor Busfahrer und Bademeister

    HÄ??? Das widerspricht sich meiner Meinung nach.
    Wenn du einen theoretischen Raum ohne Reflexion (also mit 100%iger Absorption) hast, dann bewegen sich die Wellenmaxima mit der Zeit durch den Raum. Ob du dein Ohr dann an die Membran oder sonstwohin hälst ist dann völlig egal, du hörst den Ton immer und die Lautstärke fällt auch (unabhängig von der Frequenz) immer mit dem Abstand zum Lautsprecher ab. Ich finde es auch unabhängig von Physik ziemlich anschaulich, dass es keinen Unterschied machen sollte, ob man in einem unendlich großen Raum ohne Wände steht oder in einem (beliebig kleinen) Raum mit 100% absorbierenden Wänden.

    Wenn ich so drüber nachdenke, glaube ich aber sogar das Problem verstanden zu haben. Du hast dich einfach nur genau falschrum ausgedrückt. Ich versuchs mal so: "Wenn ich in einem realen Raum bin, der reflektierende Wände hat, die weniger als 1/4 der Wellenlänge von der Schallquelle entfernt sind, dann löscht die Reflexion das Originalsignal an allen Punkten im Raum (weitgehend) aus". Haut das hin? Klingt das in euren Ohren plausibel? Man sollte dazu wissen, dass Schall wegen irgendwelchen Erhaltungssätzen an einer Wand immer gegenphasig reflektiert wird. Ich mein prinzipiell macht das für mich Sinn, allerdings würde sich dann die Frage stellen, wie man die Frage nach diesem lästigen Energieerhaltungssatz beantwortet. Aber zur Not gibts einfach Abwärme im Lautsprecher ;-)

    Wenn das so richtig ist, heist das aber auch andersrum, dass ich das Problem mit dem kleinen Raum einfach lösen könnte, indem ich eine Reflexion an der gegenüberliegenden Wand mit fetten Absorbern verhindere. Jetzt stellt sich wieder die Frage: Passen die Absorber in den Raum rein? ;-)
     
  25. Hier die Rechteckwellen bei sonst gleichen Einstellungen am Synth:
    Das F:

    Das c:


    Leider habe ich nicht genau verstanden, warum diese Wellen jetzt interessant sind. Was kann man jetzt daraus erkennen?

    Eine weitere Beobachtung: Wenn ich an meinem Microbrute den Schalter für Dreieckswelle auf 100% drehe, entsteht ja eine "übertriebene" Dreieckswelle, bei der die Amplitude viel größer ist und die fast schon eher sinusförmig ist. (Möglichst saubere Dreieckswellen und Rechteckwellen entstehen, wenn ich den Schalter auf 50% drehe, so ist es auch in den Bildern.)
    Nun habe ich bemerkt, dass mein Effekt, also dass das F im Vergleich zum c zu leise klingt, stärker wird, wenn ich die Dreieckswelle auf 100% drehe. Könnt ihr damit noch etwas anfangen?
     

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  26. Man kann daraus erkennen, dass die Rechteckwelle bei der niedrigere Frequenz mehr Pegel hat als bei der höheren Frequenz.
    Die hohe Frequenz geht von -1.0 bis +1.3. Die niedrigere Frequenz von -1.2 bis +1.4. Warum das so ist, kann ich Dir nicht erklären - ich kann nur vermuten, dass sich da das Steiner-Parker Filter des Microbrute irgendwie seltsam verhält.

    Die schon vorher geposteten Dreieckswellen haben bei beiden Frequenzen den gleichen Pegel. Es ist also offensichtlich so, dass nicht das Dreieck zu leise ist, sondern das Rechteck zu laut.
     
  27. maffyn

    maffyn Tach

    fanwander/psicolor: kann es sein, daß florian sich auf "natürlich bildende wellen von bezieht" und du auf schallabstrahlung durch LS?
    ersters wäre ich mit flroian dáccord: eine orgelpfeife könnte in einem zu kleinen raum (kleiner als 1/4 wellenlänge) diese frequenz nicht merh hervorbringen, abder lautsprecher liefert ja die welle quasi "aus sich heraus, d.h. daß druckmaximum schiebt sich wie du schreibst, eben dann durch den raum, wenn der LS das abstrahlt.
     
  28. Cyborg

    Cyborg bin angekommen

    Ich finde, die sehen aus wie Haifischzähne. Dreieck sieht normalerweise anders aus
     
  29. psicolor

    psicolor Busfahrer und Bademeister

    Du hast du meinen letzten Beitrag nicht gelesen, kann das sein?
    Falls nicht, versuch ich's etwas anschaulicher: An der Wand wird eine Schallwelle immer gegenphasig reflektiert. Eben so, dass die Summe des ankommenden Signals und des reflektierten Signals an der Wand genau 0 ergibt. Wenn die Wand jetz "ganz nah" am Lautsprecher ist (Abstand Wand <-> Lautsprecher << viertel Wellenlänge), dann hast du im gesamten Bereich zwischen Lautsprecher und Wand Stille! Der Elektromagnet im Lautsprecher versucht die Membran zu bewegen aber das "Echo" wirkt dem entgegen.
     
  30. maffyn

    maffyn Tach

    psicolor: also evtl. gibts da halt etwas dämpfung, aber stille?? nö.... da dürftest du doch in so kleinen miniabhörräumchen überhaupt keine bässe im nahfeldmoni abhören können....
     

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