Gruppenlaufzeit einfach erklärt

Jeder der sich mit der Lautsprechermesstechnik beschäftigt, hat sich die Frage: Wie kann man sich die Gruppenlaufzeit vorstellen? bereits gestellt. Der Name sagt es eigentlich schon: „Der Energieschwerpunkt einer Frequenzgruppe verzögert sich.“ Folgende Abbildung veranschaulicht das ( entnommen aus -PA-Anlagen Messung: Betrag, Phase und Laufzeit-Anselm Goertz) .

Aber ehrlich gesagt, so richtig klar ist mir das immer noch nicht. Versuchen wir einfach mal eine eigene Messung zu deuten:

Interessant ist das schon, wir haben hier zwei Messungen von Gruppenlaufzeiten, die sich ähnlich aussehen. Die grüne Messung überschreitet allerdings den Grenzwert von 2 ms (bei 1000 Hz). Der Lautsprecher wird wohl fürchterlich klingen. Eigenartigerweise ist das ein und der gleiche Lautsprecher sohl mit der roten als auch mit der grünen Messung.

Also nehmen wir uns doch eine einfachere Definition vor: “ Einfach ausgedrückt ist bei einem Lautsprecher die Gruppenlaufzeit die Zeitspanne, die vergeht, um das ankommende elektrische Signal in ein akustisches Signal zu wandeln. “ (Neumann GmbH). Die Flugzeit des Schalls vom Chassis bis zum Mikrofon ist hier jedoch nicht enthalten. Da diese Information aus der Impulsantwort berechnet wird, müsste der Rechner die Flugzeit kennen und rausrechnen. Wie wird also die Flugzeit rausgerechnet? Der Rechner kann das nicht, sondern der Nutzer legt das Gating oder Zeitfenster fest. Im folgenden Bild der Impulsantwort wurde der Anfang der Messung zuerst auf 0,5 ms (grüne Kurve) und danach auf 2,5 ms (rote Kurve) gelegt.

Davon leitet sich ab, dass der Verzögerungswert der Gruppenlaufzeit kein zwingendes Qualitätskriterium für einen Lautsprecher sein kann, da ein Anteil Flugzeit enthalten ist. Dieser statische Anteil ist wie ein Delay zu betrachten. Ein wirkliches Qualitätsmerkmal ist eine über weite Bereiche lineare Gruppenlaufzeit.

Eines bleibt damit ungeklärt, wie kommen starke Schwankungen der Gruppenlaufzeit zustande? Dazu müssen wir die Definition der Gruppenlaufzeit etwas verfeinern: “ Die Gruppenlaufzeit ist die Zeitspanne, die ein schmalbandiges elektrische Eingangssignal zum Durchlaufen des Lautsprechersystems benötigt“. Das Signal gliedert sich wiederum in eine Komponente linearer und eine Komponente höherer Ordnung.

Die lineare Phasenverschiebungskomponente wird in einen konstanten Wert umgewandelt (der die durchschnittliche Verzögerung darstellt).
Die Phasenverschiebungskomponente höherer Ordnung wird in Abweichungen von der konstanten Gruppenverzögerung (oder Gruppenverzögerungswelligkeit) umgewandelt.
Die Abweichungen in der Gruppenverzögerung verursachen eine Signalverzerrung, ebenso wie Abweichungen von der linearen Phase eine Verzerrung verursachen. Siehe Bild ( http://na.support.keysight.com/pna/help/latest/Tutorials/Group_Delay6_5.htm )

Bei einer nicht konstanten Gruppenlaufzeit werden einzelne Frequenzen verzögert, z.B. bei der Ladung eines Kondensators. Durchläuft die Frequenzgruppe das System dann kann der Energieschwerpunkt der Gruppe durchaus vom Impuls für die Messung abweichen. Eine Tatsache, die wir so nicht wollen, da einzelne Frequenzen eine längere Laufzeit als andere aufweisen. Dies tritt insbesondere bei hoher Flankensteilheit der Filter auf.

Die Hörbarkeitsschwelle der Gruppenlaufzeit ist frequenzabhängig und wurde nach Wkipedia mit folgenden Werten ermittelt (https://de.wikipedia.org/wiki/Gruppenlaufzeit):

Eine präzise Beschreibung dazu liefert Prof. Felusch unter: http://www.felusch.de/?p=2153