Line-Array

[eoh]

damit man sich erst gar keinen kopf um hörabstand und reflektionen machen muss: einfach bis zur decke hochziehen das ganze.
turboomegas frage habe ich auch eher allgemein verstanden als auf breitbänder bezogen.

wie kceenav schon geschrieben hat, decke und boden sollen doch als akustischer spiegel herhalten.

[tiki]

Hallo,

im Raum herrschen gerade für Array ganz andere Verhältnisse als im Freien, deshalb bin ich nicht so sicher mit dem Gültigkeitsbereich der Zylinderwellenapproximation.
Fabian, sieh Dir mal Deine Easera-Array-Simulation von links unten nach rechts oben an, die geometrische Ähnlichkeit ist Dir bestimmt schon längst aufgefallen. Daraus läßt sich ableiten, daß man in Abhängigkeit von der Arraylänge ab bestimmten Wellenlängen durchaus einen nahezu konstanten Schalldruck über die Arraylänge erreichen kann, hier bei 2m Arraylänge etwa ab 200Hz, entsprechend 1,7m.

Fakt ist, daß im Freifeld eine gedachte Wellenfront zu den Enden hin an Pegel verliert (im Raum jedoch?). Jeder Punkt einer Linienquelle strahlt als Kugelquelle, im eingeschwungenen Zustand (ist die Simulation nicht so?) führt dies zu einem Pegelmaximum im Lot der Linienquelle, weil sich hier die meisten Überlagerungen ergeben, an den Enden dagegen je die Hälfte der abgestrahlten Energie nicht zum Schalldruck auf Achse(!) beiträgt.

Goertz dazu in "Theoretische Grundlagen und die praktische Anwendung von Line-Arrays in der Beschallungstechnik...":
"Die Form des Hauptmaximums auf der Mittelachse bei 0° ist identisch zum diskreten Array. Nebenmaxima treten hier jedoch nicht auf, worin der entscheidende Unterschied liegt. Zusammenfassend wäre somit festzuhalten, dass ein diskretes Line-Array aus
Einzelquellen unterhalb der kritischen Frequenzen sich nahezu genau so verhält wie eine echte Linienquelle."

Die Messungen in dieser Veröffentlichung bestätigen den Unterschied zwischen diskreten und kontinuierlichen Linienquellen. Leider verliert man bei den Polardiagrammen allzuschnell den Bezug zwischen vertikalem Winkel und dem Lot auf die Arrayfront in der Hinsicht, welcher Bereich denn noch vollständig abgedeckt wird.

Gruß, Timo

edit:
Ich erlaube mir noch, ein Diagramm einzufügen zur Kopplung von mehreren Quellen mit zu großem Abstand (Magnetostaten), welches mir freundlicherweise Dr. Michael Makarski zur Verfügung stellte:

Zitat Makarski:
"Die Membran ist ungefähr 15x3.5cm groß, die Frontplatte ist aber deutlich größer. Um das zu einer Linienquelle zusammenzubauen, ist der Treiber also eigentlich nicht perfekt geeignet. Die Kopplung im HF-Bereich funktioniert deswegen nicht 100%ig (s. Messung, Directivity von 6 Treibern mit 0° Curving)."

[maha]

Sehr lustig!

Zylinderwelle im "Bass". (Tiefbass geht mit dem FRS8 kaum)
VD = 25 * 32cm² * 0,15cm = 120cm³

120cm³ VD kann jeder bessere 10zöller. Allerdings nicht als Zylinderwelle.

Gruß, maha

[kceenav]

Original geschrieben von kceenav
Ich glaube, ich muss zur Veranschaulichung der Problematik der Bodenreflektionen mal eine Simu einstellen - mit Basta! geht das sehr schön ...

Für einen Mikroabstand von 2,3m und eine Höhe von 1m für Strahler (20cm-Bass) und Mikro simuliert Basta! folgendes:



Die glatte Kurve ist der Direktschall-FG, die Kammfilterkurve das Resultat der Überlagerung von Direktschall und Bodenreflektion - unter der Annahme, dass eine 100%ige Reflektion stattfindet, was sicher in der Praxis nicht ganz zutrifft.

Wie man sieht, ist vor allem die - von links nach rechts gesehen - erste Kerbe recht breitbandig, daher erscheint sie mir am problematischsten. Und sie ist bei so tiefen Frequenzen angesiedelt, dass kein wohnraumtauglicher Waveguide dagegen etwas wird ausrichten können ...

Bei nicht-vollständiger Reflektion sieht es natürlich nicht ganz so übel aus. Auch ändern sich die Positionen von Einbrüchen und Überhöhungen je nach geometrischer Anordnung; für praxistypische Aufbauten verschiebt sich das Ganze wohl tendenziell eher zu ETWAS höheren Frequenzen hin.

Zu geringfügig allerdings, um die Probleme - wenn es denn wirklich welche sind.. - nennenswert abzumildern.

[raphael]

@tiki: Darf man auch erfahren (evtl.per PN), um welches Linearray es sich da handelt? Mit Magnetostaten würde mir derzeit nur eins einfallen, bzw. nur eine Firma...

Raphael

[Farad]

Hallo.

@kceenav

das sieht in Simulation und Messung immer schlimmer aus, als es ist. Alles was innerhalb einer Aufnahmedauer am Mikrofon ankommt, wird als ein Block verarbeitet und kommt als ganzes in die FFT. In der Praxis läuft die Musik aber ja weiter. Einbrüche dieser Tiefe wären sofort hörbar! Gehe in einen reflexionsarmen Raum und ziehe mit einem parametrischen Equalizer den Kammfilter nach. Es wird sich garantiert anders anhören als in einem Halbraum.

@eevilobihoernchen

das bringt nichts. Die Seitenkeulen werden dennoch ausgebildet.

@tiki

Die Darstellung von Isobarendiagrammen ist irreführend, wenn nicht absolut klar ist, was da wie gemessen wurde. Wahrscheinlich ist die Diagramm in 8m Entfernung durch eine Bodenmessung entstanden. Welche Relevanz hat dies für den Wohnraum? Bei Line-Arrays ist es schlichtweg sinnvoller, das RÄUMLICHE Abstrahlverhalten zu zeigen. Auch hier kann man sich einen Frequenzgang unter Winkeln denken.

Die einzelnen Quellen strahlen eben gerade NICHT als Kugelstrahler. Im Bassbereich ja, aber da koppelt sowieso immer alles. Das Problem ist, dass die einzelnen Breitbänder einen irgendwie gearteten Abstrahlwinkel haben. Im Beschallungsbereich setzt man auf einen Winkel von +-3°, der Breitbänder hat sicherlich deutlich mehr.

farad

[tiki]

Hallo,
ich glaube nicht, daß es geheim ist, da die Treiber wohl sowieso nicht im Handel zu bekommen sind, auch nicht für OEM-Kunden. Ich vermute dem Namen nach diesen Hersteller.
Es gibt noch diverse andere Hersteller, die verschiedene Magnetostaten einsetzen, von Alcons angefangen, über MAD bis hin zu Sonus, ich kenne davon nur die wenigsten.
Gruß, Timo

[raphael]

Ja, an genau die (SLS) hatte ich auch gedacht. Aber wie kommst Du über den Namen des Menschen darauf? Und Du wirst lachen, die Hochtontreiber kannste bekommen. Für das ganz kleine Array ist das B&G Neo 3, den großen Treiber habe ich noch letzte Woche bei einem amerikanischen Versenden gesehen. Da waren die ganz offiziell als Ersatzteil gelistet, das kleine Horn für die Studiomonitoren konntest Du extra kaufen. Die Preise haben einem die Tränen in die Augen getrieben. Mit 800Eur war man dabei (für eine Box wohlgemerkt).
Ja stimmt, Alcons gibts auch noch. Bauen die inzwischen ganz offiziel Linearrays? Hatte die nur als Bändchenhersteller (Hulk) in Erinnerung.

Raphael

[kceenav]

Original geschrieben von Farad
@kceenav

das sieht in Simulation und Messung immer schlimmer aus, als es ist. Alles was innerhalb einer Aufnahmedauer am Mikrofon ankommt, wird als ein Block verarbeitet und kommt als ganzes in die FFT.

Ich bin mir nicht sicher, ob ich das verstehe. Kommt mir aber so vor, als hätten wir dies Argument gerade erst gehabt, das war doch die Sache mit den 2, 3 oder 4 ms ... Meiner Rechnung zufolge dürften real vorkommende Verzögerungen der Bodenreflexion <= 2 ms sein, und damit wäre zunächst zu vermuten, dass sie fürs menschliche Gehör NICHT ohne weiteres als Reflektion erkennbar ist.

In der Praxis läuft die Musik aber ja weiter. Einbrüche dieser Tiefe wären sofort hörbar!

Gibt es irgendeinen Grund, warum man annehmen sollte, dass der simulierte Einbruch im Grundtonbereich - der zumindest.. - in der Realität nicht auftritt? Höchstens tritt er nicht ganz in der Stärke auf, abhängig von den Reflektionseigenschaften des Bodens bei so tiefen Frequenzen; ein Teppich z.B. wird darauf allerdings keinen großen Einfluss haben ...

Gehe in einen reflexionsarmen Raum und ziehe mit einem parametrischen Equalizer den Kammfilter nach. Es wird sich garantiert anders anhören als in einem Halbraum.

Das wäre noch zu prüfen.

Ich gehe allerdings auch davon aus, dass "Einbrüche in dieser Tiefe sofort hörbar" SIND. Nur ist man eben sowohl von realen, alltäglichen Schallereignissen als auch von der Wiedergabe mit herkömmlichen Lautsprechern an solche Kammfiltereffekte gewöhnt.
Vielleicht werden sie sogar ausgewertet, um anhand der konkreten Struktur Anhaltspunkte zum Schallentstehungsort zu gewinnen.

Inwieweit das Phänomen nun bei Lautsprecherwiedergabe schädlich ist, scheint insofern tatsächlich nicht so leicht einschätzbar. Ich halte aber die Vermutung für naheliegend, dass die Vermeidung solch markanter Störungen des Direktschalls - bzw. dessen, was das Gehör als "Direktschall" interpretiert - einen nicht zu unterschätzenden Beitrag zur Erzeugung der gesuchten "Authentizitäts"-Illusion leisten könnte. Und auch die Bedeutung für eine korrekte Klangfarbenwiedergabe würde ich ohne weitere Untersuchungen (die es vielleicht schon gibt..) nicht so schnell als bedeutungslos abtun.

[Farad]

Hallo.

@kceenav
Der Unterschied liegt darin, dass du mit der FFT den Eingeschwungenen Zustand erfaßt. Das meinte ich mit, "die Musik läuft weiter". Ja, mir sind die 2ms auch als "Schätzgrenzwert" in Erinnerung. Sie sind aber garantiert eine sehr "weiche" Grenze, wie immer in der Akustik. Der Klangeindruck ändert sich nicht schlagartig, wenn du dich mit dem Bürostuhl auf die Box zu rollst.

Wenn diese 2ms zum Direktschall hinzugerechnet werden würden, müßte man sie im Halbraum entzerren können. Die einzige Reflexion die es gibt, ist die Bodenreflexion. Die Löcher wären mit Hilfe von parametrischen Equalizern problemlos auszugleichen. Man würde der Box also sehr schmalbandig Filter von +15dB aufhalsen. Du behauptest, dass sich dann eine lineare Übertragungsfunktion am Ohr ergeben würde?

Nie im Leben! Sorry für die unwissenschaftliche Antwort, aber da spricht nun wirklich die Erfahrung dagegen. Ich habe zum Messen schon oft einen starken Absorberklotz auf den Fußboden gelegt und hatte nicht das Gefühl, dass sich der Klangeindruck beim anschließenden Hören maßgeblich geändert hat. Nochmal: Wir reden hier von Einbrüchen um 15dB!

farad

PS: Das ist sicher nicht der Grund, warum Line-Arrays in der Praxis eingesetzt werden.

[raphael]

Guten Morgen,

vielleicht habe ich es auch uebersehen, aber kann mir mal jemand sagen, mit welcher Laenge bei welcher Samplingfrequenz die FFTs hier ausgefuehrt werden? Ohne diese Angaben finde ich das naemlich eher weniger informativ, weil der mittlungsprozess durch die FFT dadurch verschleiert wird.

Raphael

[Farad]

@kceenav

ich habe mich gestern Abend noch ein wenig mit dem Thema beschäftigt. Verzögert man das komplette Signal um 2ms und spielt es parallel zum Original ab, kommt es tatsächlich zu deinem grausamen Frequenzgang, den man auch so hört. Die beiden Signale sind dann gleich laut.

Aus früheren Freifeldmessungen habe ich ein paar Impulsantworten, auf denen die Bodenreflexion zu sehen ist, teilweise sind es auch Messungen in Räumen. Die Bodenreflexion ist gegenüber der ersten Anregung meist um 25...30dB gedämpft, in einem Waveeditor kann man sich das schön ansehen.

Die Idee war jetzt folgende: Man hört sich einmal ein bekanntes Musikstück über den Kopfhörer an, und dann faltet man die Impulsantwort mit diesem Musikstück zu einer Art Auralisation. Das funktioniert ganz hervorragend und habe ich an der Uni mehrere Male mit WaveLab gemacht. Zu Hause habe ich nur leider kein solches Programm.

Das Ergebnis könnte man dann als .mp3 zur Verfügung stellen, dann könnte man sich das anhören. Naja, egal.

farad

[kceenav]

Original geschrieben von Farad
Die Bodenreflexion ist gegenüber der ersten Anregung meist um 25...30dB gedämpft, in einem Waveeditor kann man sich das schön ansehen.

25 - 30 dB? Es würde mich SEHR wundern, falls so hohe Dämpfungswerte tatsächlich typisch für gebräuchliche Böden wären, jedenfalls bei "tiefen" Frequenzen unter etwa 500 Hz - ich muss aber zugeben, dass ich im Grunde keine Ahnung habe, wie es sich genau verhält; bisher gehe ich da mehr "nach Gefühl" ... Wer weiß hier genaueres?

Nach Gefühl würde ich auch annehmen, dass es genaugenommen nicht zulässig ist, pauschale Werte für die Absorptions-/Reflexionseigenschaften von Böden/Decken anzusetzen. Ein Holzboden im Fachwerkhaus dürfte sich doch wohl erheblich anders verhalten als ein gefliester Betonboden.

Wiederholt man die weiter oben eingestellte Basta!-Simu mit lediglich geänderter Stärke der Bodenreflektion - minus 6 dB (= Dämpfung), zusätzlich zu den rund 3 dB die sich ohnehin durch die längere Laufstrecke ergeben -, so ergibt sich folgendes Bild:



Immerhin liegt die Schwankungsbreite jetzt "nur noch" bei rund +/- 3 dB.
Von einem so gestalteten Freifeldfrequenzgang würde aber wohl immer noch jeder erwarten, dass er sich im Klang durch deutlichen "Charakter" bemerkbar macht ...

Wobei mich das an die seinerzeitige Diskussion um die "Fiesta 25" erinnert. Da wurde schließlich auch darauf verwiesen, dass man den massiven Einbruch, der sich in der K+T "Standard"-1m-Messung bei 500 Hz auftat, in der Praxis "so" nicht heraushören könne.

Tja, so ist es eben mit dem "untrüglichen" Gold-Gehörsinn auch erfahrener HiFi-isten - mit normal unkritischem Musikprogramm ist die Toleranz für/Gewöhnung an auch drastische tonale Wiedergabe-"Fehler" erstaunlich hoch ...

Aber zurück zu den Bodenreflektionen: die Bewertung/Einschätzung der klanglichen Auswirkungen anhand persönlicher Erfahrungswerte mit HiFi-Hören ist natürlich äußerst schwierig, da in 99% aller Hörräume zu den Boden-/Deckenreflektionen noch alle möglichen anderen Raumeinflüsse dazukommen und letztlich die sogenannte Betriebsschallpegelkurve bestimmen. AH könnte Recht mit seiner Ansicht haben, dass eben jene Betriebschallpegelkurve mindestens so entscheidend für die Klangwahrnehmung der tonalen Balance ist wie der Freifeldfrequenzgang - und das, obwohl naturgemäß der weitaus größte Teil des Raumeinflusses mit viel größerer Verzögerung am Hörplatz eintrifft als läppischen 2 ms ...

[Farad]

Hallo kceenav,

Ich habe gerade eine Messung gemacht, deine Schätzwerte sind sehr gut. Die Impulsantwort, mit der ich gestern Abend herumprobiert hatte, war von einem Beschallungslautsprecher mit Hornhochtöner. Durch die stärkere Richtwirkung und die Messung in geringerem Abstand ergeben sich tatsächlich deutlich größere "Störabstände".

Gemessen habe ich die Classic 200 bei mir im Raum, also incl. ALLER Reflexionen, Wandreflexion und Bodenreflexion haben einen sehr ähnlichen Laufweg. Zur Realistischen Betrachtung macht das aber ja nichts aus, so wird ja schließlich auch gehört.



Der Abstand wurde mit 1,95m so gewählt, dass die Reflexion exakt 2ms später am Mikrofon eintrifft.

Die Werte lassen sich in Arta gut ablesen. Die Dämpfung der Reflexion beträgt...

L=20*log(95,35mV/42,49mV)=7dB



Die rote Kurve zeigt die Betriebsschallpegelkurve am Hörplatz, die blaue Kurve die gefensterte Messung (gültig ab etwa 400Hz aufwärts). Man sieht deutlich, wie der seitlich abgestrahlte Schall bis zu den Höhen hin zu einer Pegelerhöhung führt. Die Kurve ist nur mit 1/6 geglättet, bei 1/3 Glättung kommt man auf eine Schwankungsbreite von ziemlich gut +-3dB oberhalb des modendominierten Bassbereichs. Im Bereich der starken Richtwirkung durch die Strahlergröße des Hochtöners, kommt es praktsich zu keiner Beeinflussung durch den Raum mehr.

Die Nachhallzeit des Raumes beträgt etwa 1s im Bassbereich, 0,4s im Mitteltonbereich, und fällt zu den Höhen hin auf knapp unter 0,3s hin ab.


Was ist das Ergebnis?

In Räumen mit relativ hoher Nachhallzeit sollte der Hörabstand unter 2m betragen. Bündelnde Lautsprecher, insbesondere gleichmäßig bündelnde Lautsprecher sind im Vorteil, was die Betriebsschallpegelkurve am Hörplatz angeht. Line-Arrays aus Breitbändern sind hier NICHT geeignet, da der Frequenzgang am Hörplatz stark abfällt. Sowohl Horizontal, als auch Vertikal kommt es zur Einschnürung.

ausserdem: Mit +-3dB (gemessen!) kann man offensichtlich gut Musik hören, wenn der Freifeldfrequenzgang stimmt. Ein Entzerren führt zu "komischem" Klang. Im Extremfall des Dodekaeders habe ich das schoneinmal ausprobiert. Der Betriebsschallpegel am Hörplatz ist konstant, der Freifeldfrequenzgang wild verbogen. Hier würde nun AHs "teilweise" Entzerrung ansetzen.

ausserdem: Auch diese Betrachtung geht wieder davon aus, dass Direkt- und Reflexionsschall gleichermaßen wahrgenommen wird. 2ms ist aber gerade die (weiche!) Grenze. Wahrgenommen werden also sicherlich weniger als die +-3dB Schwankungsbreite.

Zu Entzerren wären also vielleicht 1...2dB. Hier sind wir wieder bei den berühmten db-chen um die man sich wirklich nicht streiten sollte.

Kann jemand Impulsantworten falten? Ich kann ihm die gerne als .wav-Datei zuschicken, dann kann man sich den Unterschied mal direkt anhören.

gruß, farad

[Farad]

... um dem Titel des Thread mal wieder etwas mehr gerecht zu werden....

Die folgende Grafik zeigt das vertikale, räumliche Abstrahlverhalten eines sehr gut funktionierenden Beschallungs-Line-Arrays. 4 Elemente strahlen das Oktavband um 8kHz ab. Der Waveformer funktioniert bei diesen Frequenzen einwandfrei, der Abstand der einzelnen Lautsprecherboxen ist sehr gering. Die Abmessungen sind groß gegen die Wellenlänge. Insgesamt sind es deutlich bessere Bedingungen, als man sie bei einem Array aus Breitbändern antreffen wird, da die Breitbänder bei 8kHz garantiert keine Linienquelle mehr darstellen.


Simulation auf Basis gemessener Balloondaten.


Dennoch bilden sich hier deutlich sichbare Nebenkeulen aus und es kommt durch die unterschiedlichen Strahlungsimpedanzen an Rand und Mitte des Arrays zur Strahlbildung. Die Fortführung des Arrays bis an Decke und Boden bringt keinen wirklichen Vorteil. Die Begrenzungsflächen können als eine Art "Horn" angesehen werden, da die Abmessungen aber riesig (Raum!) gegenüber der Wellenlänge sind, kommt es zu keiner Wellenführung, sondern zu Reflexionen, wie man sie genauso bei größerem Wandabstand hat.

Nun aber genug davon.

farad