So gehts: Line-Array dimensionieren

[Sideshow]

Vorerst, die Eröffnung dieses Themas ist eine Hommage an Oliver Mertineit von dipol-audio.de. Dieser Mann hat physikalische Gesetzmäßigkeiten auf Lautsprecher übertragen die wie ich finde in der Gemeinde relativ unbekannt sind. Von dem her will ich die Thematik aus der Versenkung holen...

Als Einleitung verlinke ich mal auf Seine Seite: http://www.dipol-audio.de/dipol08_sketch.html

Um Chassis auf einer Schallwand nach dem Prinzip der Golomb-Linealen zu positionieren, braucht man kein Mathegenie sein. Ein Lineal der Ordnung 4 und Länge 6 ergibt noch relativ kompakte Schallwandimensionen. Bei mehr als 6 Chassis ist das Prinzip für Wohnräume unpraktikabel.

Na dann zeig ich Euch mal ein paar Simulationsergebnisse von Boxsim. Als Treiber wurden jeweils 4Stk. FRS 8 M 8Ohm in jeweils 2L geschlossenem Gehäuse eingesetzt. Ohne Weiche etc. Die Schallwand hat immer dieselbe Größe mit 80cm x 17cm. Selbstverständlich sollen die Schallwände vertikal aufgestellt sein, nicht wie im Bild horizontal. Aber egal, das ganze ist sowieso Fiktion.

Hauptaugenmerk liegt bei den Abstrahlwinkeln 30°(rot), 60°(grün) und 90°(blau)
Die Diagramme für die horizontale Abstrahlung sind untereinander sehr ähnlich und werden der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt
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Gewöhnlich werden die Treiber auf das Maximum zusammengerückt. Deutlich zu sehen sind die heftigen Kammfiltereffekte welche das Ohr über Boden und Decke als "erste schallstarke Reflexion" erreichen.




Ok, jetzt ziehen wir die Treiber gleichmäßig auseinander und sehen was dann passiert:




Jetzt bringen wir ein wenig Unordnung ins Geschehen!
Chassi 2 und 3 werden jeweils um 10cm nach links (also nach oben) verschoben:




Zu guter letzt verschieben wir Chassi Nr. 3 um 10cm nach rechts:

Nanu, sieh sich einer diese gleichmäßige 30°-Abstrahlung an Das ist doch mal eine kohärente Wellenfront!
Wie man es sich wünscht, eine gleichmäßige Dämpfung um ca. 6dB unter 30° von 1kHz - 10kHz

Die Theorie bewahrheitet sich, jeder Abstand zwischen den Chassis untereinander kommt nur einmal vor. Dadurch werden die Interferenzen signifikant reduziert.
Ordnung im Chaos. So einfach! Solomon W. Golomb sei Dank

PS.: Praktische Umsetzung ist in Arbeit, dauert aber noch!

MfG
Gabriel

[ALler]

Halli Sideshow,

... interessante Sache !

Aber mal angenommen, die Vertikalen wurden mit Bezugspunkt "die Mitte zwischen Treiber 2 und 3" simuliert.

Und wenn man jetzt als Bezugspunkt die Mitte zwischen 3 und 4 (oder 1 und 2) nimmt:

bleibt dann der Vorteil erhalten ?

Also insofern auch noch besser, als hätten alle Chassis kleinen und gleichen Abstand ?

Weißt`wie ich meine ?

Grüße von
ALler

[Sideshow]

Ja ich verstehe absolut wie du das meinst, das habe ich mich auch gefragt.
Ich kann Dir die Frage aber leider nicht beantworten. Dazu müsste man den virtuellen Messpunkt bei BoxSim variieren können. Geht das

Vorerst ist das ganze noch graue Theorie. Isofern muss man sich natürlich auch die Frage stellen inwieweit der Raum und speziell in diesem Fall, Boden und Decke als Spiegelschallquellen, Einfluss nehmen.

Habe gerade mit Arta eine einfache "Live"-Messung an der Testschallwand gemacht.
(Dipol mit anderen Chassis) 180°, 1m radius um das Zentrum der Schallwand. Sowie die von Dir angesprochenen Positionen. Schwankungsbreite ca. +/- 6dB. Der Diffusschall ist zu stark um eindeutige Aussagen machen zu können.
Sowas müsste man Professionell machen...

[Chaomaniac]

Den Simulationspunkt bei Boxsim ändern geh nicht.
Das Programm summiert die Frequenzgänge der Einzelwege/Chasssis in quasi unendlicher Enfernung, also jedes Chassis für sich komplett auf der 0°-Achse.

Interesante Sache das mit dem Golomb-Lineal. Da kommt mir gleich eine Idee mit einer Anordnung in der Ordnung 6 mit linienförmigem Hochtöner (Langes Bändchen oder entsprechendes HT-Linearray) zwischen Position 4 und 10…

[Peter K]

Tja Gabriel,

aus den Simulationen kann man aber vor allen Dingen eins erkennen:

Die Grenzen der Simulationsfähigkeiten von Boxsim.
Boxsim simuliert bekanntlich auf unendliche Entfernung und skaliert das Ergebnis dann auf 1 m herunter.
Das geht aber bei so einem speziellen Array, das man ja üblicherweise im Nahfeld (2-3m) anhört, böse in die Hose:

Hier mal ein paar Simulationen mit einem anderen Programm:

Auf Null Grad in 20 m Entfernung in 2-D Darstellung:



Noch alles im Lot

Nun auf 2 m simuliert, ebenfalls Null Grad:



Sieht nicht mehr so schön aus....

Nun 30 Grad in 20 m Entfernung:



Nun 30 Grad in 2 m Entfernung:




Das ganze noch in 3-D-Darstellung bis +-30 Grad:

20 m Entfernung:



Und in 2 m Entfernung:



Simulationsachse ist Mitte des Arrays, allerdings ohne Schallwandeinfluss bzw unendliche Schallwand

Insbesondere kann man erkennen, daß das Array nicht symetrisch abstrahlt und sich auf übliche Abhörentfernungen betrachtet "geringfügig" anders verhält als uns Boxsim glauben lassen will.....

Meiner bescheidenen Meinung nach macht dieses Array Fullrange nicht wirklich Sinn.

Deutlich besser wäre da mit 2 zusätzlichen Treibern ein 7er Bessel-Array (bei dem fällt der mittlere Treiber weg)

Viele Grüße
Peter Krips

[Sideshow]

Peter, Hut ab und Danke das Du das nochmal durchgekaut hast.
Die Grafik: 30° 2m, schockiert mich jetzt nicht. Hat grobe ähnlichkeiten mit Boxsim, großer Einbruch bei ca. 700 Hz, Abfall ab 10kHz, größere Welligkeit ja! So mancher Dreiweger macht da größere Sauereien. Die letzten beiden Grafiken muss ich morgen mal versuchen zu lesen...

MfG

[Sideshow]

Mahlzeit,

aus den Simulationen kann man aber vor allen Dingen eins erkennen:

Die Grenzen der Simulationsfähigkeiten von Boxsim.

Das erkenne ich jetzt leider auch. Wäre doch zu schön gewesen!

Sieht nicht mehr so schön aus....

10dB Einbruch, das ist schon heftig. Bei der Testschallwand konnte ich das gerade nachmessen allerdings nicht ganz so heftig und nur in einem sehr schmalen Bereich von +/- 1,5cm in der vertikalen auf 1m Abstand. Das ist natürlich nicht schön wenn man beim Musikhören genau an diesem Punkt sitzt. Ob man es realisiert sei mal dahingestellt.

Meiner bescheidenen Meinung nach macht dieses Array Fullrange nicht wirklich Sinn.

Du sollst wissen ich respektiere deine Meinung. Mit der Zeit wird sich vielleicht zeigen ob deine Meinung zur Tatsache wird.
Die beiden 3D-Darstellungen kann ich leider nicht interpretieren. Dazu fehlt mir der Bezug zum Programm und dann noch die komprimierte Grafik. Aber es sieht chaotisch aus Was ist das für ein Programm?

Ich hoffe dennoch das sich ein paar positive Impulse ergeben. Vielleicht kann der ein oder andere produktives dazu beitragen.

Interesante Sache das mit dem Golomb-Lineal. Da kommt mir gleich eine Idee mit einer Anordnung in der Ordnung 6 mit linienförmigem Hochtöner (Langes Bändchen oder entsprechendes HT-Linearray) zwischen Position 4 und 10…

Ordnung 6 und Länge 21:



Bei einem mindesttreiberabstand von 10 cm ergäbe das einen maximalabstand von 2,1 m! Willst Du das wirklich

[Niwo]

Man kann das in Boxsim näherungsweise simulieren, indem man die tatsächlichen Abstände zu jedem Chassi berechnet und dann die oberen und unteren Chassis entsprechend weiter nach hinten versetzt.
Also wenn bei 200cm Abstand die Chassis ober und unterhalb 201cm entfernt sind und die nächsten 202cm,
einfach bei Schallwand+Position, nach vorn: -1 und -2cm eingeben.
So kann man auch die Änderung der vertikalen Position simulieren, indem man, wenn man auf Höhe des unteren sitzt, diesen auf 0 lässt, den nächsten auf -1, -2 usw.


Grüsse

[Chaomaniac]

…
Meiner bescheidenen Meinung nach macht dieses Array Fullrange nicht wirklich Sinn.
…

Das sehe ich genauso. Im Hochton sind dafür zu viele Schweinereien, deshalb auch meine Idee mit integriertem Hochtonweg.

…
Bei einem mindesttreiberabstand von 10 cm ergäbe das einen maximalabstand von 2,1 m! Willst Du das wirklich
…

Schau Dir mal die Tabelle in Wikipedia an. Die kürzeste Möglichkeit für die Ordnung 6 liegt bei 17. Als Treiber dachte ich an Faital 3Fe20, mit denen ein einfacher Abstand von 80 mm möglich ist. Das ergibt eine Mindestbauhöhe von etwa eineinhalb Metern pro Box, das wirkt für mich noch realistisch. Außerdem gibt es bei der Ordnung 6 mit der Länge 17 mehrere (4) ideale Anordnungen, lass sie uns mal GRA (Golomb Ruler Array) nennen. Bei zweien davon wäre zwischen 4 und 10 genug platz für ein Hochtonarray.

Man kann das in Boxsim näherungsweise simulieren, indem man die tatsächlichen Abstände zu jedem Chassi berechnet und dann die oberen und unteren Chassis entsprechend weiter nach hinten versetzt.
…

Das bringt nur für die axiale Analyse etwas. Die Winkelfrequenzgänge sind dann aber noch weniger verwertbar als mit nicht versetzten Chassis…

[Sideshow]

Niwo, ich hab das so gemacht, ist kein Ding! Das Ergebniss hat mich dann gleich mal vorzüglich deprimiert.
Es leuchtet ein das ein Array unter Winkeln allgemein sauereien erzeugen muss. Vorallem kommen die Signale nicht mehr Zeitrichtig. Könnte verwaschen klingen.

Chaomaniac, da hast du Recht, hab die Tabelle nicht so ausführlich beachtet, mich wunderts das Ordnung 6 Länge 21 darin gar nicht vorkommt. Seis drum, gut wenns kompakter wird. Ist natürlich eine feine Sache wenn man zwischen 4 Positionsmöglichkeiten wählen kann, das gestaltet die HT-platzierung flexibler!

Den/Die Hochtöner betrachte ich als Defibrilator fürs GRA-Projekt!


Nachtrag 07.Okt.: Projekt wurde vorerst getötet!

[Niwo]

Das Ergebniss hat mich dann gleich mal vorzüglich deprimiert.
Es leuchtet ein das ein Array unter Winkeln allgemein sauereien erzeugen muss. Vorallem kommen die Signale nicht mehr Zeitrichtig. Könnte verwaschen klingen

Ich denke aber nicht, daß das so heiß gegessen wird wie gekocht.

Du kannst ja mal eine Pentaton nachsimulieren wo 3 Treiber bis 10kHz laufen. Das dürfte theoretisch auch nicht gehen. Tut´s aber scheinbar.

Grüsse

[LineArray]

Hallo,

beim "Dipol 08" wird die Geschichte mit dem Zeitversatz dadurch
abgemildert, daß ab dem Khz Bereich die unteren 3 Treiber
ausgeblendet werden, das Array schrumpft also quasi mit der Frequenz.

Mit geringer Glättung sehen die Amplitudenfrequenzgänge trotzdem im
Hochton relativ ruppig aus.

Auch bei Abhörwinkeländerungen in der Vertikalen verändert
sich der Frequenzgang - aber er verändert sich eben "gutmütig"
es entstehen weniger scharfe Peaks und Einbrüche als dies
bei einem äquidistanten Array im Hochton der Fall wäre,
gleiche Treiber vorausgesetzt.

Der Punkt ist, dass auch mit gleichen Treiberabständen im Hochton
mit vergleichbar großen Breitbändern wie sie bei "Dipol08"
verwendet wurden keine "echte" Linienschallquelle im Hochton
aufgebaut werden kann:

1) Die Membranzentren wären selbst bei rel kleinen Chassis
von ca 10cm Membrandurchmesser praktisch im gesamten
Hochtonbereich mehr als eine halbe Wellenlänge voneinander
entfernt. (lambda/2 für 2Khz ist ca. 8,5cm mit lambda=c/f)

Bei Montage eines Chassis mit 12,5cm Korbdurchmesser
(wie z.B. dem CSS FR125SR) in einem konventionellen
Line Array wird ein Abstand der Membranzentren
von einer halben Wellenlänge bereits oberhalb ca. 1360Hz
überschritten. Je nach Definition ist das noch innerhalb
des oberen Mitteltonbereiches ...

Man sollte sich also bezüglich des Aufbaus von "ernsthaft
angenäherten" Linienschallquellen mittels Breitbandchassis
keinerlei Illusionen hingeben und sich stattdessen mit der
Wirklichkeit der erwartbaren Abstrahlcharakteristik
auseinandersetzen.

2) Auch die "aktive Flächenbedeckung" sinkt weit unter die
empfohlenen 80% einer "echten" Linienschallquelle weil

- Die Membranen kreisförmig sind

- Im Hochtonbereich i.A. nur noch ein kleiner Anteil der
vorhandenen Membranfläche rund um das Zentrum schwingt,
je nach Partialschwingungsverhalten der verwendeten Membran.

All dies muss auch bei Simulationen realer Line Arrays
berücksichtigt werden. Für die Relevanz einiger dieser Effekte
mag dies Paper als Orientierung dienen:

James R. Griffin, "Design Guidelines for Practical Near Field Line Arrays"

http://www.diy-audio.narod.ru/litr/nflawp.pdf

Kammfiltereffekte durch Interferenz sind also im Hochton bei
Breitbändern nahezu aller praktikablen Größen in Arrays
unvermeidlich, daher gibt es keinen Grund zur Trauer über
ein ohnehin mit einem jeweils gegebenen realen Chassis
- auch bei äquidistanter und möglichst dichter Montage -
unerreichbares Ideal.

Es geht hier vielmehr darum, Interferenzeffekte innerhalb eines
Fensters von wahrscheinlichen Abhörwinkeln statistisch
so zu "gestalten", dass sie möglichst nicht als Verfärbungen
auffällig werden.

Dabei muss man alle infrage kommenden Konstruktionen im gleichen
"realitätsnahen" Kontext s.o. vergleichen. Es macht keinen
Sinn, etwa bei einer Variante (z.B. Golomb Lineal) das Überschreiten
des lambda/2 Abstandes zu monieren und bei den anderen
Varianten (z.B. Line Array mit gleichen Abständen, optional als
Bessel Array gewichtet) so zu tun als seien Idealbedingungen
noch erfüllt.(Denn sie wären es nur mit wesentlich kleineren
Chassis und bei perfekt kolbenförmer Membranbewegung ...)

Natürlich könnte man in eine Lücke des Arrays auch einen Hochtöner
oder ein kleineres Array aus Hochtönern einfügen und somit ein
"echtes" Mehrwege System aufbauen.

Eine weitere Möglichkeit wäre die Anzahl der Strahler nicht nur
von "6 auf 3" (wie bei "Dipol 08"), sondern von "6 auf 3 auf 1"
mit steigender Frequenz zu reduzieren. Das benötigte Filter müsste
dann wohl vorzugsweise aktiv realisiert werden, denn das einzelne
Chassis würde im Hochton eine deutliche Anhebung benötigen.

Die "6 auf 3" Lösung ließ sich im Beispiel "Dipol 08" auch passiv
sehr gut realisieren (Grundansatz hier: Reihenschaltung der unteren
und oberen 3er Treibergruppe, Bypass der unteren Gruppe durch
Kondensator bzw. RC-Glieder.) Im Tiefton ist die Gewichtung
(Eingangsspannung) aller 6 Chassis gleich, was zum maximal nutzbaren
Verschiebevolumen im Bass führt:

Hier musste ich herausholen was geht, damit ein Subwoofer unter 100Hz
mit dem Dipol Line Array als Satellit eingesetzt werden kann.
Die Übernahmefrequenz zum Subwoofer sollte als Entwicklungsziel
deutlich unterhalb der Schröderfrequenz üblicher Wohnräume liegen.
Somit kann mit "Dipol08" auch ein Mono-Subwoofer eingesetzt werden.

Bei einer Auslegung als Bessel Array würden jeweils die Chassis mit
maximaler Eingangsspannung die mechanische Grenze des Hubs(Xmax) für
das Gesamtsystem bestimmen, das wäre nur bei einer höheren
Übernahmefrequenz sinnvoll oder würde eine entsprechende
Überdimensionierung der Membranfläche erfordern, was ebenfalls nicht
in dieses Konzept passt, denn die Breitbänder sollen ja mittel-hochton-
tauglich bleiben.

Die "6 auf 3" Lösung klingt allerdings im Hochton trotz "messtechnischer
Ruppigkeit" sehr ausgewogen. Selbst Hörer, die vor dem LS Kniebeugen
machen (Abstand >2m) sagen sinngemäß: "Ich höre keinen Unterschied".

Im obersten Hochton >8Khz ist allerdings eine deutliche Richtwirkung in
der vertikalen vorhanden. Für kleine Hörer auf einem niedrigen Sofa
kann das ein Problem sein, wenn die Abhörentfernung zu klein wird.

Leichtes Kippen des Arrays nach vorn (oder einen Tick verkleinert bauen
...) können hier Abhilfe schaffen.

Die Hochtonwiedergabe ist beim "Dipol 08" trotz des "radikalpragmatischen"
Ansatzes sehr gut. Sie klingt keinesfalls "verwaschen" und verfügt
durch eine geeignete Hochtonanhebung auch über ausreichend "Glanz" am
oberen Ende. Die Qualität der eingesetzten Fullranger ist hier
mit entscheidend.

Ein möglicher Qualitätsgewinn durch einen spezialisierten einzelnen
Hochtöner müsste evt. durch Abstriche bei der klanglichen Homogenität
erkauft werden (z.B. durch Diskontinuitäten im Rundstrahlverhalten an
der Übernahmefrequenz). Sicherlich ließe sich aber auch dieser Ansatz
optimieren.

Meine bevorzugte Option einer Weiterentwickung wäre allerdings der
6-3-1 Ansatz, eventuell mit ein wenig digitaler Feinkorrektur der
jeweiligen Fullrange Chassis oberhalb des Mittelton.

Das "1" Chassis wäre dann z.B. das 2te von oben.

Nebenbei: Ich habe hier die Chassis für den Hochton selektiert,
auch paarweise für die jeweiligen Positionen, denn die verwendeten
Chassis hatten hier merkliche Streuungen.

Viele Grüße

[LineArray]

Bibliographie Golomb Lineale

http://www.research.ibm.com/people/s...bib.html#grapp


Zu Golomb Linealen

http://www.patent-de.com/20101118/DE102010012388A1.html

"...
Eine kennzeichnende Eigenschaft der Lineale ist es, dass bei beliebigen Verschiebungen der Lineale sich immer nur maximal ein Punkt mit einem verschobenen Punkt trifft. Dies entspricht der Formulierung, dass die aus einer so angeordneten 0/1 Folge berechnete Autokorrelationsfunktion außer bei Verschiebung 0 nie grösser als 1 ist. Dies wiederum ist damit äquivalent, dass die Nebenmaxima der Richtkeule einer so aufgebauten Antenne minimal sind.
..."


http://kevingong.com/Math/GracefulGraphs.html

"...
The accuracy of the source-angle computation is greatest if each antenna pair records a different phase difference; this condition is achieved by in effect placing the antennas on the marks of a Golomb ruler.
Okay, so if you didn't get all that mumbo-jumbo, in essence this is what it says: if radio antenna are placed on the marks of a Golomb ruler, then they get more accurate results. So the search for Golomb rulers does have significance.
..."


http://cgm.cs.mcgill.ca/~athens/cs50...stinColannino/



Beispielartikel zu Beamforming u. spärlich besetzten (Antennen-) Arrays

http://de.scribd.com/doc/28069387/A-...Thesis-Revised

http://www.et.byu.edu/~bjeffs/public...ahy_TAP_91.pdf

http://redshift.vif.com/JournalFiles...F/V15N1RAT.pdf

"...Many researchers have investigated the design of sparse 1D arrays
that use non-random spacing between elements [11-14]. However, Steinberg
[15] has shown that these algorithms produce sparse arrays that are
no better, and often worse, in terms of average secondary side lobe
level, than sparse arrays with randomly selected elements.
..."

http://folk.uio.no/sverre/papers/98_NORSIG.pdf


Viele Grüße