Cardioid Subwoofer

[Lebrichon]

Vor einiger Zeit ist hier im Forum mal das Cardioid Subwoofer Prinzip aufgekommen. Da ich mich auch gerne mal auf Konzerten blicken lasse (und mich jedes zweite Mal über die Akustik aufrege ), die Cardioid Anordnung dort sehr oft genutzt wird, dachte ich mir: Wir bauen das mal nach.

Kurz zum Verständnis:
Cardioid Aufbau im PA Bereich bedeutet einfach ausgedrückt: 2 Subwoofer werden frontseitig ausgerichtet, 1 Subwoofer rückseitig und um 180° phasenverpolt ausgerichtet.
Der Sinn dahinter ist die optimierte Richtwirkung (herzförmige Abstrahlcharakteristik) des Basses, sowie die teilweise reduzierten Schalldruckpegel in Richtung Bühne. Im Internet kann man einiges zu Cardioid Subwoofern nachlesen.

Nach einigen Simulationen mit BoxSim habe ich mich für folgendes entschlossen:
2x TIW 250 XS nach vorne
1x TIW 250 XS nach hinten (180° verpolt angeschlossen)
geschlossenes Prinzip, jeweils 30 l und mit 3 Matten Polyesterwolle bedämpft. Zusätzlich werden die vorderen Chassis mittels eines 330 µF Kondensators hochpassgefiltert.

Warum TIW 250 XS?
Kurz gesagt: Für diese Anwendung fand ich das Verhältnis Hub / Membranfläche / Gehäusevolumen am besten, um am Ende noch einigermaßen kompakte Gehäusemaße zu haben.

Warum 330 µF?
Interessanterweise wurde damit die Phase der Frontchassis so angepasst, dass sie mit dem um 180° verpolten rückwertigen Chassis bis etwa 35 Hz eine deutlich nach vorne gerichtete Abstrahlung erzeugt und danach einen Dipolcharakter hat. Hinzukommt die niedrige untere Grenzfrequenz von immerhin 22 Hz (- 10 dB) -> geschlossen wohl bemerkt!


Hier mal der Aufbau des Gehäuses:


und hier eine Zeichnung dazu:


sowie der "Anschlussplan":


Ebenfalls dazu die Messergebnisse unter Freifeldbedingungen:
Frequenzgang (1W/1m), aktiv tiefpassgefiltert bei 59 Hz (BUT24)


Richtdiagramm:


Zunächst mal sei gesagt: Ja, es funktioniert. Und ja, die Simulation stimmt nahezu perfekt überein.

Aber:
Wie sich das ganze im Raum schlägt, ob wirklich Sinn für zu Hause dahintersteckt und ob man nicht lieber ein Bass-Array für vorne und hinten aufbauen sollte (immerhin 3x TIW 250 XS -> ziemlich teuer), sei erstmal dahingestellt. Ich wollte nur zeigen, dass dieses Prinzip funktioniert und die Ergebnisse für spezielle Anwendungen (vor allem im Freifeld oder in sehr großen Räumen) deutliche Vorteile bringen können.

Anhören muss ich mir das ganze nochmal in Ruhe.

Grüße
Sebastian

[walwal]

Interessant.

Ist halt die Frage, was mit Wänden passiert. Und die Kennempfindlichkeit ist mickrig.

[krabat]

... Messergebnisse unter Freifeldbedingungen:
...
Aber:
Wie sich das ganze im Raum schlägt, ...

Im Raum erscheint der "Nahbesprechungseffekt" analog zu den Nierenmikros. Die schöne Cardioide läuft breit und übrig bleibt ein lediglich abgeschwächter (!) Bass ohne besondere Richtwirkung. Ich hatte mal ein Skript, das den Effekt einer nahstehenden Rückwand berechnen ließ (Spiegelquellen). Um zwei Meter Abstand sollten es schon sein bei 40Hz - oder so ähnlich. Ich mag mich nur noch an das auch für mich enttäuschende Ergebnis erinnern, dass der Aufwand keinesfalls lohnen würde. "DBA" funktionieren auch nur unter unrealistisch idealen Voraussetzungen. Zur Zeit laufen bei mir 4 Subs zuzüglich tiefbassfähiger Hauptlautsprecher. Das geht mit also 6 Quellen recht gut und glatt. Die 4 Subs brauchen nich mal eine gesonderte Entzerrung. Lediglich der peak um 40Hz bekommt ein deftiges Filter vorgesetzt - -12dB, verglw. breitbandig!

[fabi]

Die Richtwirkung erfolgt bei zu tiefen Frequenzen. In normalen Räumen und bei normaler Musik sind 20Hz ziemlich egal - und das bei 65dB Kennschalldruck.

Durch hinzufügen eines Delays oder eines sehr flachen Allpassfilters (der Kondensator ist nicht ideal) kann die Wirkung nach oben verschoben werden. Auch ohne FIR-Filterung bekommt man im Idealfall eine Oktave mit bis zu 24...25dB Rückwärtsdämpfung unter reflexionsfreien Bedingungen. Für 40...80Hz ist der Effekt deutlich hörbar. Der nach hinten abstrahlende Subwoofer addiert (!) sich bei richtiger Auslegung auf Achse nach vorne.

Ich widerspreche daher erheblichst, nein, das hier vorgestellte "funktioniet nicht" und ist weit weg von hervorragend funktionierenden Cardioidanordnungen im Beschallungsbereich.

[markus7]

"DBA" funktionieren auch nur unter unrealistisch idealen Voraussetzungen.

? http://www.avsforum.com/t/837744/dou...n-bass-concept

Zur Zeit laufen bei mir 4 Subs zuzüglich tiefbassfähiger Hauptlautsprecher. Das geht mit also 6 Quellen recht gut und glatt.

Wie glatt? Bin immer an Bildchen interessiert, am besten mehrere Einzelmessungen innerhalb der Hoerzone.

[krabat]

? http://www.avsforum.com/t/837744/dou...n-bass-concept

Messbedingungen, Raumgeometrie und Einrichtung?

Wie glatt? Bin immer an Bildchen interessiert, am besten mehrere Einzelmessungen innerhalb der Hoerzone.

Anbei: plus/minus rund 1.2Meter um die "Hörzone", also 2.4m Breite, respektive Tiefe. Die violette Kurve ist in deutlich erhöhter Walzer-Position genommen - sowas ist für die Praxistauglichkeit nicht ohne Bedeutung! So bringt man nörgelnden Nestlebauerinnen den Wert der Musikanlage näher.

+/- 2.5dB im Tiefbass finde ich hervorragend. Die destruktive Interferenz bei 120Hz aus der Rückwandreflektion der Hauptlautsprecher schlägt durch, wie immer ....

[markus7]

Messbedingungen, Raumgeometrie und Einrichtung?

Du sprachst von "unrealistisch idealen Voraussetzungen". Ich kenne nicht wenige, die unter derartig "unrealistisch idealen Voraussetzungen" hoeren/sehen.

Anbei:

Mach doch bitte mal das 1/3-Smoothing aus, sonst sieht man ja nix.

[krabat]

Du sprachst von "unrealistisch idealen Voraussetzungen". Ich kenne nicht wenige, die unter derartig "unrealistisch idealen Voraussetzungen" hoeren/sehen.

Mein Hörraum ist insofern ideal, dass ich gerne drin wohne ... . Er hat einen großen 3-fenstrigen Erker. DBA wäre wohl kaum sinnvoll. Solange ich das Problem anders gelöst bekomme maure ich den nicht zu. Als Lösung gilt auch Verzicht auf stereologische Optimalität. Das Gesamtkonzept muss stimmen ;-)

Mach doch bitte mal das 1/3-Smoothing aus, sonst sieht man ja nix.

Man diskutiert auch für den Mittel/Hochton, ob nicht eine 1/3-oktav-Glättung ausreichend genau ist, um den "Klang" eines Wiedergabegeräts auf Ausgewogenheit beurteilen zu können. Im Tiefbass dürfte das sowieso gegeben sein. Ich erinnere nur ganz zaghaft an den Fall eines Monosignals, das nicht ganz genau auf der Mitte gehört wird. Wer kennt nicht die übermäßigen, zum Teil überraschend breitbandigen Interferenzmuster? Hört man aber nicht!

Hier liegt über alle Positionen im Raum ein einigermaßen gleichmäßig verteiltes Spektrum vor. Das reicht für mich. Wie sagt der Anstreicher: "Fertig ist fertig!"


Um zum Thema zurückzukommen. Ich verwende letztlich 6 Tiefbassquellen. Weil die Positionen im Raum halbwegs richtig gewählt sind, kann ich alle Quellen parallel laufen lassen. Der Vorteil ist, es findet nicht schon in den Quellen selbst eine Reduktion der Schallausbeute statt wie beim Dipol oder Cardioid. Die Hubfähigkeit der Treiber wird auch tatsächlich genutzt, statt weg-interferiert zu werden. Das Einstellen einer bestimmten Richtcharakteristik, für das man die destruktiven Interferenzen in Kauf nimmt, kann in einem Wohnraum ohnehin nichts werden, weil die Raumbegrenzungen viel zu nah an den Schallquellen sich befinden. Erst bei PA üblicher Verwendung scheint ein Cardioid - dann allerdings sehr - sinnvoll zu sein.

[markus7]

Mein Hörraum ist insofern ideal, dass ich gerne drin wohne ... . Er hat einen großen 3-fenstrigen Erker. DBA wäre wohl kaum sinnvoll. Solange ich das Problem anders gelöst bekomme maure ich den nicht zu. Als Lösung gilt auch Verzicht auf stereologische Optimalität. Das Gesamtkonzept muss stimmen ;-)

Ist grundsaetzlich nichts gegen einzuwenden, aber das "Problem" bleibt durch die vorgeschlagene Herangehensweise ungeloest.

Man diskutiert auch für den Mittel/Hochton, ob nicht eine 1/3-oktav-Glättung ausreichend genau ist, um den "Klang" eines Wiedergabegeräts auf Ausgewogenheit beurteilen zu können. Im Tiefbass dürfte das sowieso gegeben sein. Ich erinnere nur ganz zaghaft an den Fall eines Monosignals, das nicht ganz genau auf der Mitte gehört wird. Wer kennt nicht die übermäßigen, zum Teil überraschend breitbandigen Interferenzmuster? Hört man aber nicht!

Hier liegt über alle Positionen im Raum ein einigermaßen gleichmäßig verteiltes Spektrum vor. Das reicht für mich. Wie sagt der Anstreicher: "Fertig ist fertig!"

Ah geh, das ist doch Quatsch. Kommst Du mal zu mir auf's Sofa und ich demonstriere Dir den Unterschied zwischen dem:



...und irgendwas ±2,5dB-1/3-Geglaettetem.

Natuerlich wird dabei kein Walzer getanzt. Vielleicht spaeter, wenn man danke der guten Wiedergabe das Liedchen verinnerlicht hat.

Um zum Thema zurückzukommen. Ich verwende letztlich 6 Tiefbassquellen. Weil die Positionen im Raum halbwegs richtig gewählt sind, kann ich alle Quellen parallel laufen lassen. Der Vorteil ist, es findet nicht schon in den Quellen selbst eine Reduktion der Schallausbeute statt wie beim Dipol oder Cardioid. Die Hubfähigkeit der Treiber wird auch tatsächlich genutzt, statt weg-interferiert zu werden. Das Einstellen einer bestimmten Richtcharakteristik, für das man die destruktiven Interferenzen in Kauf nimmt, kann in einem Wohnraum ohnehin nichts werden, weil die Raumbegrenzungen viel zu nah an den Schallquellen sich befinden. Erst bei PA üblicher Verwendung scheint ein Cardioid - dann allerdings sehr - sinnvoll zu sein.

Diese Behauptungen halte ich fuer einigermassen gewagt. Vielleicht verstehe ich aber auch die Formulierung "Positionen im Raum halbwegs richtig gewählt" nicht richtig? Bitte um Aufklaerung.

[krabat]

Ah geh, das ist doch Quatsch. Kommst Du mal zu mir auf's Sofa ... Vielleicht verstehe ich aber auch die Formulierung "Positionen im Raum halbwegs richtig gewählt" nicht richtig? Bitte um Aufklaerung.

"Jeder Jeck is anners." Mir sieht die gezeigte Messung auch recht glatt aus. Vieleicht kommt die Glättung auch nur implizit zustande durch eine geringe Abtastrate der FFT in MLSSA oder einen zu kurzen sweep?!

Man kann die Basskisten dumm und weniger dumm hinstellen. So ist das gemeint. Wer versucht, die Kisten an und für sich zu optimieren wird daran scheitern, dass die Raumwände nicht weit genug weg sind. Sind Wände in der Nähe agiert ein Dipol nämlich nicht wie ein Dipol und ein Cardioid nicht wie ein solcher. So lauten die Regeln der angewandten Physik.

[markus7]

"Jeder Jeck is anners." Mir sieht die gezeigte Messung auch recht glatt aus. Vieleicht kommt die Glättung auch nur implizit zustande durch eine geringe Abtastrate der FFT in MLSSA oder einen zu kurzen sweep?!

Ja, die gelbe Linie koennte ein Hinweis auf etwaige Unstimmigkeiten sein...oder sprichst Du von meinem Bildchen? 10s Sweep, Aufloesung 1Hz. Sieht gut aus, gell? Neben dem ganzen Modengedoens gibt's halt auch noch das Nahfeld.

Man kann die Basskisten dumm und weniger dumm hinstellen. So ist das gemeint. Wer versucht, die Kisten an und für sich zu optimieren wird daran scheitern, dass die Raumwände nicht weit genug weg sind. Sind Wände in der Nähe agiert ein Dipol nämlich nicht wie ein Dipol und ein Cardioid nicht wie ein solcher. So lauten die Regeln der angewandten Physik.

Eben. Aber Moden machen halt auch Probleme oberhalb der "Modal Region". Die Grenzen sind ja bekanntlich fliessend. Aber "da oben" kann man die Kisten dann halt nicht mehr beliebig im Raum verstreuen.

[PeterG]

Hi Lebrichon,

ich finde es sehr gut, das Ihr Euch, bzw nur Du , mit diesem thema beschäftigt!!!

Mit Fabis Einwand kann man das sicher noch verbesern!

MfG
Peter

[Lebrichon]

@ markus7 & Krabat: Bitte schweift hier nicht schon wieder vom Thema ab, sonst bin ich gezwungen, eure Beiträge zu löschen.
Edit (13.12.): Vielleicht habe ich hier etwas zu unfreundlich reagiert und möchte daher den Satz umformulieren: Ich möchte euch bitten, beim Thema zu bleiben. Wir kommen sonst komplett ab vom eigentlichen Thema. Danke

@ fabi:
Zunächst danke für deine Anregungen. Ich möchte auf einige Punkte eingehen.

Die Richtwirkung erfolgt bei zu tiefen Frequenzen. In normalen Räumen und bei normaler Musik sind 20Hz ziemlich egal - und das bei 65dB Kennschalldruck.

Das stimmt. Normalerweise werden solche Varianten ja auch nicht in Wohnräumen benutzt. Die Abstimmung war aber so bei mir beabsichtigt, weil ich wissen wollte, was an Richtwirkung bei solch tiefen Frequenzen machbar ist. Ob es Sinn macht oder nicht, habe ich ja schon anfangs erwähnt.
Die 65 dB bei 1W/1m bei 20 Hz finde ich jetzt nicht sooo schlimm. Schau dir mal Martins Konstruktionen an . Nee, Spaß bei Seite. Ein Wirkungsgradwunder ist die Konstruktion bestimmt nicht. War aber auch so nicht angedacht.

Durch hinzufügen eines Delays oder eines sehr flachen Allpassfilters (der Kondensator ist nicht ideal) kann die Wirkung nach oben verschoben werden. Auch ohne FIR-Filterung bekommt man im Idealfall eine Oktave mit bis zu 24...25dB Rückwärtsdämpfung ...

Das ist interessant zu wissen. Hier werde ich nochmal rumprobieren.

Der nach hinten abstrahlende Subwoofer addiert (!) sich bei richtiger Auslegung auf Achse nach vorne.

Das stimmt. Konnte ich ebenfalls feststellen. Auch wenn es eine Fehlauslegung ist: Ich hatte vor, eine Addition bis etwa 30 Hz zu erreichen und danach einen allmählichen Übergang zur typischen Dipolcharakteristik zu bekommen. Einen wirklichen Grund dahinter gibt es nicht. Vorerst sollte nur bewiesen werden, dass das Prinzip funktioniert und dass die Simulation ebenfalls mit einer Messung übereinstimmt.

Ich widerspreche daher erheblichst, nein, das hier vorgestellte "funktioniet nicht" und ist weit weg von hervorragend funktionierenden Cardioidanordnungen im Beschallungsbereich.

Der "echte" Beschallungsbereich kann mit 25ern eh nicht erreicht werden. Bei einem Satz muss ich dir jedoch widersprechen: Es funktioniert! Aber wirklich Sinn im aktuellen Status macht es nicht... das ist wohl war.

Grüße
Sebastian

[IFF]

Trotzdem finde ich es klasse, dass man sich bei Visaton mit so etwas beschäftigt! Eine kommerzielle Absicht steckt bei so einem Nischenprodukt sicherlich nicht dahinter, sondern das Interesse an der Sache selbst. Wenn dann beim ersten Wurf kein fertiger, sinnvoller Bauvorschlag entsteht, finde ich das überhaupt nicht tragisch - es wäre eher seltsam, wenn das gleich alles 100% fertig wäre. Ich sehe das aktuell als Machbarkeitsstudie und experimentelles Herantasten und hoffe, dass Lebrichon an dem Thema dranbleibt.

Danke und Grüße,
IFF

[zxlimited]

...
Die 65 dB bei 1W/1m bei 20 Hz finde ich jetzt nicht sooo schlimm. Schau dir mal Martins Konstruktionen an . ...

He! Nicht frech werden
Ich glaube kaum, dass der Vergleich mit einer meiner Kreationen für Fabi als positives Argument zählt...

Ich finde die Sache auf jeden Fall interessant und würde sie mir gerne mal anhören. Leihst Du ihn mir mal aus wenn Du ihn grad mal nicht mehr brauchst?

Man darf im Heimkino keine PA Maßstäbe ansetzen. Ein sehr viel geringerer Pegel ist doch völlig o.k., eine sehr viel geringere untere Grenzfrequenz sogar erwünscht und wichtig. Unter 40Hz machts erst so richtig Spaß Mich würde wirklich mal interessieren, wie sich sowas gegen einen "normalen" Dipol schlägt. Evtl. ähnlich, aber mit weniger Abstand zur Rückwand möglich? Das wäre echt nicht verkehrt. Würd ich echt mal gern ausprobieren.

Halt uns auf dem Laufenden, wie sich das Teil im Kino schlägt!

Grüßle, Martin