Warum haben Lautsprecher Frequenzen über 20.000 Hz?

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4 Antworten

Diese Frequenzangabe ist so überhaupt nichts Wert. Es ist ja nicht so, dass dein Lautsprecher 38.000 zu wiedergibt und 38.001 nicht. Tatsächlich wird ein Ton ab einer gewissen Frequenz einfach immer leider, je höher er wird. wird. Bei einer sinnvollen Angabe büßte da stehen, bei welcher Frequenz die Lautsprecher um wie viel leiser werden.

Wenn die Lautsprechermembran leicht und gut genug ist, Frequenzen im hörbaren Bereich akkurat und verzerrungsfrei wiederzugeben, schafft der Lautsprecher auch mehr als die Hörgrenze. Man will ja nicht, dass der Lautsprecher innerhalb der Hörgrenze schon aus dem letzten Loch pfeift.

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TheStone 03.01.2016, 21:41

Was verstehst du eigentlich unter "normaler Musik?" CD-Qualität kann Frequenzen bis 22kHz speichern. Mp3s ebenso...

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Bluescreenman 04.01.2016, 00:39
@TheStone

Da hat man es ja wieder ....  bis 22k hz wird es gespeichert... meinetwegen auch wiedergegeben aber bringt es was außer meine Katze zu quälen? Normal mein ich das im durchschnitt über Programme oder audio Formate eben hohe Frequenzen rausgerechnet werden um diese Dateien klein zu halten. Ist ja nicht mehr hörbar... 

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TheStone 04.01.2016, 09:25
@Bluescreenman

Die Samplefrequenz einer digitalen Audiodatei hat nicht nur was mit der höchstmöglichen Frequenz zu tun, die wiedergegeben werden kann, sondern auch mit dem Grad an Verzerrung, die die Audiodatei erfährt. 

Stell dir eine Sinusschwingung vor. Diese wird bei der Digitalisierung in CD qualität c.a. 44000 mal pro Sekunde abgetastet. DAs bedeutet, der A/D Wandler guckt sich jede 44000stel Sekunde die Amplitude an (bei einem analogen SIgnal entspricht das der Spannung und der Polarität) und ordnet ihr einen Wert zwischen 0 und 65 535 zu (bei 16 bit, also CD-Qualität).

Bei der Wiedergabe wird wieder jedem Wert eine Spannung zugeordnet (die nach mehreren Umwegen durch diverse Verstärker) die Auslenkung der Lautsprechermembran bestimmt.

Der Computer oder CD-Player oder was auch immer sagt also jede 44tausendstel Sekunde der Lautsprechermembran, wo sie sich hinbewegen soll. Bei einem Ton von 22kHz bedeutet das, dass es genau ausreicht, die Membran zuerst in eine, und dann in die andere Richtung zu bewegen. Das ist die Mindestinformation um um eine Schwingungsperiode darzustellen. Deshalb geht auch nicht mehr als 22kHz.

Nur, allerdings ist das jetzt keine Sinuskurve mehr, sondern eine Rechteckschwingung. Also sehr stark verzerrt.

Und jetzt kannst du mal runterrechnen: Bei 22kHz haben wir zwei Stufen um die Periode einer Sinusschwingung abzubilden, bei 11kHz vier Stufen, bei 5,5kHz acht Stufen, bei 2,75kHz sechzehn Stufen, etc.  Bei 2,75 kHz ist die Sinuswelle immer noch sehr eckig, was bedeutet, dass der Ton relativ verzerrt ist. Bis die Sinuswelle wieder richtig rund aussieht, mußt du bei einer Samplefrequenz von 44kHz schon bedeutend tiefer gehen... 

Daher benutzt man bei der Studioarbeit und für wirklich hochwertige Audiofiles auch eine Samplefrequenz von 96kHz oder sogar 192kHz. Nicht, weils dabei um die höchste speicherbare Frequenz von 48, bzw. 96 kHz geht, sondern damit die Frequenzen im hörbaren Bereich möglichst wenig verzerrt werden.  

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Hallo Bluescreenman,

Jeder Lautsprecher ist für einen bestimmten Frequenzbereich optimiert. Unterhalb oder oberhalb dieses Bereiches strahlt er natürlich auch noch Frequenzen ab, allerdings mit einem entsprechenden Abfall in der Schalldruckkurve.

Wenn ich einen guten Hochtöner konstruiere, dann soll er im Bereich des menschlichen Hörvermögens den oberen Frequenzbereich optimal wiedergeben.

Damit er das kann, muss ich die bewegte Masse so klein wie möglich machen, also Die Masse von Schwingspule, Schwingspulenträger, und Membran muss sehr niedrig sein.

Gleichzeitig soll der Antrieb stark genug sein, um eine ausreichend große Abstrahlfläche so in Bewegung zu setzen, dass eine optimale Energieübertragung vom Hochtöner zum Medium, in diesem Fall also Luft, gewährleistet ist.

Deshalb kann ich die bewegte Masse nicht beliebig klein machen, ich muss also einen optimalen Kompromiss zwischen einem optimalen Ein-und Ausschwingverhalten und notwendiger Belastbarkeit finden (Der Durchmesser des Schwingspulendraht und der Durchmesser der Schwingspule muss muss also groß genug sein, um Leistungsstark sein zu können).

Wenn mir das als Lautsprecherkonstrukteur gelingt, kommt zwangsläufig ein Hochtöner heraus, der also bei 16 bis 20 kHz mit Sicherheit optimal arbeitet....dann ist doch eigentlich vollkommen klar, dass er oberhalb davon auch noch Schallabstrahlen kann, allerdings mit langsam sinkendem Schalldruck bei gleichbleibender Signalstärke.

Da eine Frequenzweiche für den Hochtöner immer als Hochpass ausgelegt ist, begrenzt sie also den Frequenzgang nur zu den tiefen Frequenzen. Hohe Frequenzen können also unbehindert passieren  und wenn ich Töne mit z.B. 5 kHz mit einem natürlichen Musikinstrument erzeuge (Grundton), entstehen gleichzeitig die sogenannten "Harmonischen", also Obertöne, die sich immer zum Grundton addieren und ausschlaggebend sind für die Klangcharakteristik des Instrumentes, das diesen Ton erzeugt. Diese Obertöne gehen locker bis in den Bereich des Ultraschalls, können also weit oberhalb der menschlichen Hörgrenze liegen.

Ist ein Hochtöner nicht in der Lage, diesen Obertonaufbau phasenrichtig und somit zeitlich korrekt wiederzugeben, ist es ein schlechter Hochtöner und du wirst, obwohl du nur je nach Alter bis max. 20 kHz hörst, diesen schlechten Obertonaufbau hören...das Ding klingt schlecht und verfärbt!! Damit er gut klingt, muss er also in der Lage sein, auch höhere Frequenzen wiedergeben zu können.

Ein Hochtöner, der bis 30 oder 40 kHz noch relativ sauber wiedergeben kann, arbeitet bei 20 kHz garantiert noch einwandrfrei, also vom zeitlichen Ein-und Ausschwingverhalten richtig und den Obertonaufbau einwandfrei wiedergebend.

Das sind die Gründe, warum ich in den 45 Jahren, in denen ich  Lautsprecher entwickelt habe, immer Hochtöner verwendet habe, die noch weit oberhalb der menschlichen Hörgrenze Schall "richtig" wiedergeben können.

Alle anderen Argumente, die ich in den Beiträgen gelesen habe, gehen am Thema und deiner Frage vorbei. Du darfst nicht vergessen, dass es vor dem digitalen Zeitalter noch eine lange Zeit der hervorragenden analogen Audiotechnik gegeben hat, die nicht durch Samplingraten beeinträchtigt war...und auch heute noch gibt. Da gab es nach oben keine Einschränkung im Frequenzbereich und eine sehr gute HiFi-Anlage war in der Lage, in der gesamten Übertragungskette Frequenzen im Hochtonbereich unbeschnitten und frei auslaufend wiederzugeben, und mit Garantei bis weit oberhalb 20kHz.

Also noch einmal in der Kurzform:

Wieso? Gibt es dabei einen Hörbaren unterschied?

Ja, den gibt es

Normale Musik hat durch die Komprimierung gar keine Frequenzen von über 18k Hz?!

Normale Musik ist nicht komprimiert!!! Das was du als normal bezeichnest, ist "beschnittene" Musik!!

Normale Musik ist komplett, also nicht datenreduziert und komprimiert, normale Musik ist analog und ist das, was ich in einem Konzert höre....und alles, was diesem Original als Tonkonserve so identisch wie möglich entspricht....das darf dann auch digital sein, aber nicht als mp3 und auch nicht gesampelt mit den Raten einer normalen Audio-CD (44,1 kHz) sondern mit viel höheren Raten wie z.B. 96 kHz oder 192 kHz....das klappt dann...so halbwegs ;-) ....du siehst, ich habe sehr hohe Ansprüche.

Dass digitale Musik, so wie du sie kennst und als normal bezeichnest, alles andere als normal ist, kannst du in diesem Artikel bei wikipedia nachlesen:

https://de.wikipedia.org/wiki/Digitalaudio

da steht nämlich:

Da Menschen nur Signale bis zirka 20 kHz hören, werden Audiosignale für
CDs mit 44,1 kHz abgetastet. Höhere Frequenzen im Audiosignal müssen
vorher (analog) gefiltert werden, da sonst Fehler entstehen. Der
Alias-Effekt würde die zu hohen Frequenzen auf niedrige Frequenzen
„herunterspiegeln“

Höhere Frequenzen im Audiosignal sind also vorhanden ....und da sie stören, werden sie herausgefiltert!

Grüße, Dalko

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TheStone 13.01.2016, 01:47

"Alle anderen Argumente, die ich in den Beiträgen gelesen habe, gehen am Thema und deiner Frage vorbei." Vielleicht hättest du dir die Frage vollständig durchlesen sollen... 

"Normale Musik hat durch die Komprimierung gar keine Frequenzen von über 18k Hz?!" Das ist einfach nicht wahr. DAher hab ich im zweiten Teil meiner Antwort geschrieben, warum das nicht wahr ist.

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TheStone 13.01.2016, 01:50
@TheStone

"Höhere Frequenzen im Audiosignal sind also vorhanden ....und da sie stören, werden sie herausgefiltert!" Das werden sie beim Schallplattenmastering übrigens auch. Ab einem kHz muss die Dynamik auf Schallplatten bereits drastisch reduziert werden und je höher, desto mehr.

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dalko 13.01.2016, 12:11
@TheStone

Hallo TheStone,

Du verwechselst hier etwas. Bei einer Reduktion der Dynamik werden die Frequenzen nicht herausgefiltert oder beschnitten, Dynamikumfang und Frequenzgang bzw. übertragener Frequenzbereich sind zwei vollkommen verschiedene Dinge.

Ich merke, dass es notwendig ist, meine Behauptung 

"Alle anderen Argumente, die ich in den Beiträgen gelesen habe, gehen am Thema und deiner Frage vorbei." 

genauer zu erklären.

Ich wollte darauf hinweisen, dass bereits in der Frage Dinge miteinander verknüpft werden, die nichts miteinander zu tun haben.

Anschließend wollte ich klar machen, dass in den Antworten die Diskussion um flac, Datenkomprimierung und Datenreduktion (zwei verschiedenen Dinge) nichts damit zu tun hat, warum ein (guter) Lautsprecher in der Lage ist, Frequenzen oberhalb des menschlichen Hörvermögens wiederzugeben.

Dann ging es in der Frage um den hörbaren Unterschied

Meine Boxen haben einen Frequenzbereich von 50-38.000 Hz ... Wieso? Gibt es dabei einen Hörbaren unterschied?

Hier ging es mir darum, deutlich zu machen, das es einen hörbaren Unterschied geben kann, der aber nichts mit dem zu tun hat, was in der Frage steht

Normale Musik hat durch die Komprimierung gar keine Frequenzen von über 18k Hz?!

Die Eigenschaft eines guten Hochtöners, Frequenzen bis in den
Ultraschallbereich abstrahlen zu können, ist ein physikalisch zu
begründendes Phänomen und hat nichts mit dem zur Verfügung stehenden Audiomaterial, Aufnahmetechnik, Datenreduktion, Aufnahmeformat und dem menschlichen Hörvermögen zu tun.

Wie du es richtig beschrieben hast,

Wenn die Lautsprechermembran leicht und gut genug ist, Frequenzen im
hörbaren Bereich akkurat und verzerrungsfrei wiederzugeben, schafft der
Lautsprecher auch mehr als die Hörgrenze

geht es um die Genauigkeit des Hochtöners, eine elektrische Schwingung in eine mechanische Bewegung umzusetzen. Wenn er das nicht sehr genau macht, wird er auch nicht weit über 16kHz hinaus abstrahlen können und früh einen Frequenzgangabfall aufweisen.

Ist ein HT in der Lage, eine 20kHz Schwingung sehr genau abzubilden, dann begründen ausschließlich physikalische Größen wie Masse, Kraft, Beschleunigung usw. seine Fähigkeit, auch noch 30kHz oder auch noch viel mehr wiedergeben zu können. Es ist schlichtweg nicht möglich, einen bei 20kHz
gut arbeitenden HT zu bauen, der dann bei 21kHz nicht mehr abstrahlt.

Dass die menschliche Hörgrenze darunter liegt, ist in diesem Zusammenhang vollkommen ohne Bedeutung.

Das heute leider nur noch Tonkonserven angeboten werden, die wie auch immer aufbereitet und worin auch immer beschnitten
sind, ist traurig und kein guter Weg. Das ist aber ein vollkommen
anders Thema und hat mit der Fähigkeit eines guten HT, Frequenzen abzustrahlen, die vielleicht im Audiomaterial nicht mehr enthalten sind, nichts zu tun!!!

Und darauf bezog sich meine Bemerkung, dass die von mir gelesenen Argumente in der Frage und den Antworten am Thema
vorbei gehen...vielleicht hätte ich sagen sollen, dass die meisten, aber nicht alle am Thema vorbei gehen ;-)

Dennoch sind auch Teile deiner Antwort bzw. deiner Kommentare in dem von mir jetzt hoffentlich genau genug beschriebenen Kontext meines Erachtens nicht zielführend.

Grüße, Dalko

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TheStone 31.01.2016, 08:23
@dalko

"Du verwechselst hier etwas. Bei einer Reduktion der Dynamik werden die Frequenzen nicht herausgefiltert oder beschnitten, Dynamikumfang und Frequenzgang bzw. übertragener Frequenzbereich sind zwei vollkommen verschiedene Dinge." 

Das sind nicht zwei völlig verschiedene Dinge, das ist genau das, was ein EQ macht, nämlich die Frequenzen eines Bestimmten Bereichs in der Lautstärke absenken. Und da sind die Höhen knapp unter der Hörgrenze bei einer Schallplatte schon komplett weg, während es auf einer CD keine technische Notwendigkeit gibt, überhaupt irgendwo einen Highcutfilter unter den möglichen 22kHz zu setzen.

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sog Magnetostaten bzw. Bändchenhochtöner oder auch Ribbon Treiber genannt, haben Frequenzgänge über 30.000 Hertz, das stimmt.

Nun hört der Mensch das nicht mehr, die Auflösung ist aber trotzdem wesentlich besser als bei üblichen Hochtönern

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