Lichtorgel

 
 

Aufteilung des Frequenzspektrums und Zuordnung der Lampenfarben

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  Sinnvoll ist eine Lichtorgel (LO) mit 3 oder 4 Kanälen. Mehr Kanäle sind zwar möglich, erfordern aber entsprechend steilflankige Filter, wenn nicht immer mehrere Lampen im nahezu gleichen Rhythmus leuchten sollen.


Bei früheren LOs begann der oberste Frequenzbereich oft schon bei ca. 2kHz, was angesichts damaliger Musik - meist von Schallplatten mit begrenzten Höhen - sicher nicht verkehrt war. Bei einer 3-Kanal-LO kann man das auch heute noch machen, bei 4 Kanälen werden die unteren Kanäle dann allerdings relativ schmal. Da moderne Musik meist gut mit hohen Frequenzanteilen gesegnet ist spricht nichts dagegen, bei einer 4-Kanal-LO den obersten Frequenzbereich erst oberhalb von 3kHz beginnen zu lassen.


Relativ einfach ist die Aufteilung des Niederfrequenzspektrums in 4 gleich große Bereiche:
Betrachtet man den Bereich zwischen 20Hz und 20kHz als hörbaren Frequenzbereich und geht davon aus, dass sehr niedrige und sehr hohe Frequenzen nur selten auftreten, dann bleibt als sinnvoller Frequenzbereich etwa 25Hz bis 16kHz (ca. 9,5 Oktaven). Auch im Hinblick auf mp3-Dateien, deren obere Grenzfrequenz sowieso nur 16kHz beträgt, ist die Berücksichtigung noch höherer Frequenzen nicht erforderlich.
Mit Hilfe von 4-Dekaden-Logarithmenpapier und einem Lineal kann man aus dieser Vorgabe 4 gleich große Bereiche abmessen und erhält somit die "Übergangsfrequenzen" der einzelnen Bereiche.

Beim Entwurf von Filterschaltungen wird mit sog. Grenzfrequenzen gearbeitet.
Als Grenzfrequenz eines Filters bezeichnet man üblicherweise die Frequenz, bei der ein Signal beim Übergang in den Sperrbereich auf ca. 71% seines ursprünglichen Wertes abgesunken ist. Im logarithmischen Maßstab entspricht eine Absenkung auf 71% einem Abfall um 3dB und deshalb spricht man auch von einer 3dB - Grenzfrequenz.
Betrachtet man die oben ausgemessenen "Übergangsfrequenzen" als Grenzfrequenzen, dann kennt man praktisch die erforderlichen Grenzfrequenzen der einzelnen Filter. Im vorliegenden Fall betragen sie 126Hz, 632Hz und 3180Hz - die (obere) Grenzfrequenz des Tiefpasses fgo TP ist gleich der unteren Grenzfrequenz des ersten Bandpasses fgu BP1 , die obere Grenzfrequenz des ersten Bandpasses fgo BP1 ist gleich der unteren Grenzfrequenz des zweiten Bandpasses fgu BP2 usw.

Die Grenzfrequenzen sind somit die Frequenzen, bei denen sich die Filterkurven benachbarter Kanäle schneiden und wie bereits erwähnt ist ein Signal in diesem Punkt auf ca. 71% des ursprünglichen Wertes abgesunken. Daraus folgt, dass ein Signal mit exakt der Frequenz einer Grenzfrequenz in beiden benachbarten Kanälen noch zu 71% erscheint und um diesen Punkt herum praktisch keine Kanaltrennung mehr erkennbar ist. Deshalb ist es umso wichtiger, möglichst steilflankige Filter zu verwenden, um die Überlappung zweier Frequenzbereiche zu minimieren.


Eine andere Alternative wäre, die Schnittpunkte der Filterkurven nicht auf -3dB, sondern z. B. auf -6dB zu setzen (siehe nebenstehende schematische Darstellung).

Ein Abfall um 6dB entspricht einer Absenkung auf 50% des ursprünglichen Wertes und eine solche Frequenz erscheint in benachbarten Kanälen dann nur noch jeweils zur Hälfte. Zwischen den unteren und oberen 3dB - Grenzfrequenzen benachbarter Kanäle gibt es in diesem Fall eine Lücke und diese ist abhängig von der Flankensteilheit und der Filtercharakteristik. Da die Berechnung von Filtern allgemein aber auf 3dB - Grenzfrequenzen basiert, ist dieses Vorgehen insgesamt komplizierter.

Ob solche Filter tatsächlich einen sichtbar positiven Effekt auf die Kanaltrennung haben, wurde deshalb bisher nicht untersucht - es wäre aber ein Projekt für die Zukunft.
Filterkurven
Frequenzverhalten von Filtern 2. Ordnung


Hinsichtlich der Zuordnung von Tonhöhen und Lampenfarben mag es unterschiedliche Ansichten geben, bei professionellen Geräten findet man aber häufig den physikalisch bedingten Zusammenhang über die Wellenlänge.
Niedrige Frequenzen haben eine lange Wellenlänge, und bezogen auf langwelliges (sichtbares) Licht entspricht das der Farbe rot. Umgekehrt haben hohe Frequenzen eine kurze Wellenlänge, und bezogen auf kurzwelliges (sichtbares) Licht entspricht das der Farbe blau.
Tiefe, mitteltiefe, mittelhohe und hohe Frequenzen wären somit den Farben rot, gelb, grün und blau zuzuordnen.


Die räumliche Anordnung der Lampen bietet viel Spielraum für eigene Kreativität.
Befestigt man die Lampen nebeneinander an einer Leiste, dann könnte man sich z. B. an einer Klaviatur orientieren - links ist der Bass bzw. die rote Lampe und rechts die Höhen bzw. die blaue Lampe. Bei einer solchen Anordnung kann zudem das Zusammenspiel von Frequenzen und Farben besonders gut beobachtet werden, allerdings sollten die Lampen dann einen gewissen Abstand voneinander haben.

Auch die Verteilung der 4 Lampen in den Ecken eines Raumes ist sicher effektvoll, erhöht den Aufwand für die Verkabelung allerdings deutlich.


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