Gruppenlaufzeit

Was ist die Gruppenlaufzeit?

Die Gruppenlaufzeit beschreibt, wie lange ein schmaler Frequenzbereich braucht, um ein System zu durchlaufen. Rechnerisch ist sie die negative Ableitung des Phasengangs nach der Kreisfrequenz, angegeben meist in Millisekunden — und aussagekräftig ist sie erst, wenn man sie über die Frequenz hinweg vergleicht.

Eine Anlage verzögert den Ton immer ein wenig, und das allein merkst Du nicht — solange alle Tonhöhen gleich lange brauchen. Interessant wird es, wenn tiefe Töne länger unterwegs sind als hohe: Dann kommt ein Schlag nicht mehr als ein Ereignis bei Dir an, sondern zieht sich in die Länge. Wie stark das im Wohnzimmer wirklich zu hören ist, ist allerdings umstritten, und der Raum selbst verzerrt die Zeitverhältnisse meistens deutlich mehr als das Gerät.

Ausführliche Erklärung

Hörbar ist nicht der Betrag der Gruppenlaufzeit, sondern ihre Änderung über der Frequenz. Ist der Phasengang linear, die Gruppenlaufzeit also über den ganzen Übertragungsbereich konstant, kommt das Signal später an, aber unverändert in seiner Form — das entspricht einer reinen Verzögerung, wie sie ein Delay im Prozessor bewusst erzeugt. Erst wenn einzelne Frequenzbereiche länger brauchen als andere, verschiebt sich die zeitliche Struktur des Signals. Dieses Auseinanderziehen heißt Dispersion und ist die eigentliche Größe hinter der Diskussion.

Vier Quellen tragen im Wohnraum dazu bei.

Der Hochpasscharakter der Basswiedergabe. Jeder Lautsprecher gibt unterhalb einer Grenze nichts mehr ab, und je steiler dieser Abfall ausfällt, desto mehr Gruppenlaufzeit sammelt sich in seiner Nähe an. Ein Bassreflexsystem fällt dabei steiler ab als ein geschlossenes — es wirkt als Hochpass vierter statt zweiter Ordnung — und zeigt um die Abstimmfrequenz herum entsprechend höhere Werte. Was daraus für die Bauformwahl folgt und warum die verbreitete Zuschreibung „geschlossen klingt trockener" so nicht stimmt, behandelt die Wissensseite zu den Subwoofer-Bauformen.

Frequenzweichen. Jede Trennung dreht die Phase, und mit steigender Ordnung wächst die Gruppenlaufzeit im Übergangsbereich. Das gilt für passive wie für aktive Weichen.

Filter im DSP. Übliche parametrische Entzerrer arbeiten minimalphasig: Ihre Phasendrehung hängt fest am Amplitudengang. Solange die zu korrigierende Ursache selbst minimalphasig ist, wird mit dem Frequenzgang auch das Zeitverhalten mitkorrigiert. Filter mit endlicher Impulsantwort können die Gruppenlaufzeit dagegen konstant halten, kaufen das aber mit Latenz und mit einem Vorschwingen ein, das im Signal vorher nicht enthalten war.

Der Raum. Angeregte Raummoden schwingen nach, und im Gruppenlaufzeitverlauf erscheinen sie als kräftige Spitzen bei ihren Frequenzen. Diese Beiträge liegen in Wohnräumen regelmäßig über dem, was das Gerät selbst mitbringt, weshalb eine Diskussion über Bauformen ohne Blick auf den Raum an der Sache vorbeigeht.

Häufiges Missverständnis

Ein hoher Gruppenlaufzeitwert wird oft gelesen wie eine Verzögerung, die das ganze System träge macht — „zwanzig Millisekunden Gruppenlaufzeit" klingt nach einem hörbaren Nachhinken. Das trifft die Größe nicht. Eine über alle Frequenzen gleiche Verzögerung ist als Klangveränderung schlicht nicht wahrnehmbar; sie fällt nur dort auf, wo etwas Gleichzeitiges verlangt ist, etwa im Lippensynchronbezug zum Bild oder zwischen mehreren Lautsprechern. Beurteilt wird deshalb nie der Absolutwert, sondern der Unterschied zwischen den Frequenzbereichen — und der ist in vielen Datenblattdiagrammen kleiner, als die Spitzenwerte vermuten lassen.

Nicht zu verwechseln mit

Delay: Die gewollte, gleichmäßige Verzögerung eines Kanals zum Ausgleich unterschiedlicher Abstände. Sie ist genau der Fall, in dem eine konstante Gruppenlaufzeit erwünscht ist.
Latenz: Die Verzögerung der Übertragungskette insgesamt, etwa bei Funkstrecken. Sie ist ein Betriebswert, keine Frequenzeigenschaft.
Phase: Der Winkel bei einer einzelnen Frequenz. Die Gruppenlaufzeit entsteht erst aus ihrem Verlauf über die Frequenz.
Modales Ausschwingen: Das Nachklingen einer Raummode. Es hinterlässt Spuren im Gruppenlaufzeitverlauf, ist aber eine Eigenschaft des Raums und nicht des Geräts.

In der Planung

Ein Kunde möchte eine linearphasige Filterlösung, weil die Gruppenlaufzeit seines aktuellen Subwoofers im Datenblatt ungünstig aussieht. Die Messung am Hörplatz zeigt jedoch zwei kräftige Modenspitzen, die den Beitrag des Geräts deutlich überschreiben.

Sieh deshalb zuerst nach, was am Hörplatz überhaupt das Zeitverhalten bestimmt. Erst danach ist die Verfahrensfrage sinnvoll: Aufstellung und Modenbehandlung wirken hier auf die dominante Ursache, während eine linearphasige Filterung am Gerät den kleineren Anteil adressiert und Latenz mitbringt, die bei Bild und Ton wieder ausgeglichen werden muss. Die Gerätefrage steht zuletzt und fällt kleiner aus, als sie zu Beginn wirkte.

Verknüpfte Inhalte

Die zugrunde liegende Winkelgröße behandelt Phase, die gewollte Verzögerung der Eintrag zu Delay. Warum sich minimalphasige Anteile mitkorrigieren lassen, steht bei Minimalphasigkeit; das Nachklingen im Raum bei modalem Ausschwingen. Die Bauformdiskussion im Bass führt die Wissensseite zu Subwoofer-Bauformen.

Quellen

Definition und Einordnung folgen Toole, Möser sowie Fastl und Zwicker.