Warum bündeln Lautsprecher?

[Peter K]

Hallo,

mal meine 2 Cents dazu...

Alle Schallführungen (WG, Horn, die sind ja eng verwandt...), die von einem Treiber in der Größe der Halsfläche versorgt werden, "kranken" daran, daß ab der zunehmenden Bündelung des Treibers oberhalb seiner Bündelungsfrequenz die Schallführung kaum noch was von den Treiberaktivitäten mitbekommt.
Glücklicherweise bilden sich ausser der mit steigender Frequenz immer schmäler werdenden Abstrahlkeule ausser Achse auch einige (schwächere) Nebenkeulen aus, die doch noch ein wenig von der Schallführung mitbekommen.

Die eigentliche Kunst bei der Gestaltung eines WG dürfte IMHO darin liegen, das im oberen Frequenzbereich durch die Treiberfläche mehr oder weniger vorgegebene Bündelungsverhalten auf den unteren Frequenzbereich zu übertragen.

So gesehen, gibt es DIE ideale WG-Kontour nicht, sie muß genaugenommen immer auf einen bestimmten Treiber angepasst werden.
So gesehen ist es ja auch nicht verwunderlich, daß z.B. der Visaton WG nicht mit allen verfügbaren 25er Kalotten gleich gut funktioniert.

Es bleibt schwierig und ich werde wohl nie versuchen, ein WG zu schnitzen, sondern wenn, bewährte Kombis verwenden...

Gruß
Peter Krips

[krabat]

@Krabat: Ich wollte ja nicht gleich das ganze Ding in Raum und Zeit
geklärt haben, obwohl du natürlich recht hast: absolut coole Sache.
Wie sollte denn die Frage die eine gute Antwort provoziert deiner Meinung nach lauten?

Ich unterstelle der Welle immer noch dass sie keine Ahnung von alledem hat.

Die richtige Frage lautet: welches sind mögliche Randbedingungen für eine vorteilhafte Lösung der partiellen Differentialgleichung?

Weil man die pDGL aber nur per Simulation gelöst bekommt, fehlen ein paar wichtige Zwischenschritte zum Verständnis. Plausible Erklärungen wie etwa für den Effekt, dass eine Kugel maximal starke Eigenschwingungen hat, fehlen demnach. Entsprechend fehlen auch die Umkehrschlüsse: "Wenn ich etwas so und so mache wird dies und das rauskommen." Es sei denn, man hat sehr viel Simulations- und entsprechende Experimentalerfahrung.

Ein ray-tracing a la Rudolf (nix für ungut) hat nur sehr bescheidene Aussagekraft. Es sei denn man integriert, was aber wohl keiner im Kopf kann - ergo: irreführend.

"Die Welle" ist ein mentales Konstrukt, eine Idealvorstellung. Die Welle wird erdacht, sie denkt nicht ;-) Vielfach wird bei solchen Vorgängen wie Wellenausbreitung doch ziemlich naiv spekuliert und alles mögliche durcheinader geworfen. Wie die Simulationen und die vielen Fehlschläge zeigen: es ist komplizierter als man meint.

[Rudolf]

Alle Schallführungen (WG, Horn, die sind ja eng verwandt...), die von einem Treiber in der Größe der Halsfläche versorgt werden, "kranken" daran, daß ab der zunehmenden Bündelung des Treibers oberhalb seiner Bündelungsfrequenz die Schallführung kaum noch was von den Treiberaktivitäten mitbekommt.

Das gilt nicht, wenn Du am Hornhals eine ebene Wellenfront bilden kannst - wie es ein Druckkammertreiber einigermaßen tut. Weil Kalotten als Treiber diese ebene Wellenfront am Hals nicht zustandebringen, ist das Ergebnis immer fehlerbehaftet. Dieser Fehler wirkt sich naturgemäß dort am stärksten aus, wo die Fehlerdimension in die Größenordnung der Wellenlänge kommt.

[Peter K]

Hallo Rudolf,

hat eine ebene Wellenfront nicht maximale Richtwirkung ?
Die müsste doch noch eher durch den Hornverlauf durchpfeifen, ohne das Horn zu tangieren.
Unterhalb der Bündelungsfrequenz der Öffnung des Druckkammertreibers wird sich wellenlängenbedingt doch eine Kugelwelle ausbilden (wollen), oberhalb wird es dann auch bei der scharfen Bündelung bleiben.
Das anstreben einer ebenen Wellenfront hat meines Wissens nach eher den Grund, Laufzeitunterschiede bis zur Druckkammeröffnung zu vermeiden, damit es keine interferenzbedingten Welligkeiten im Schalldruckverlauf gibt.

Ich habe mal das Stereolab 400 Hz 1 Zoll Horn mit dem Celestion Schieß mich tot 1 Zoll Treiber für den Menhir-Klon ausführlich gemessen.
Und da legen die Messunger durchaus nahe, daß der ab ca. 4500-5000 Hz einsetzende stetige Schalldruckabfall mit steigender Frequenz sehr wohl was mit der Bündelungsfrequenz der Treiberöffnung zu tun hat.

Gruß
Peter Krips

[Violoncello]

@krabat: Es gibt keine dummen Fragen, lediglich unpassende Antworten. Und lanimes Frage finde ich nicht im Entferntesten dumm. Dass du mit offenbar nicht ganz richtig verstandenen Fachbegriffen um dich wirfst, hilft der Fragestellung nicht weiter.

@PeterK
Die ebene Welle (für die die Wellengleichung durchaus analytisch lösbar ist) zeichnet sich dadurch aus, dass der Schalldruck ortsunabhängig ist. Natürlich geht die ebene Welle am Hornhals in eine Kugelwelle über. Aber direkt am Hornhals ist beim idealen Druckkammertreiber überall der gleiche Schalldruck, und darauf kommt es laut Rudolf ja an.

In einem muss ich krabat aber recht geben: Zu viel Spekulation führt hier denke ich nicht zum Ziel. Entweder man geht mit professioneller Simulationssoftware an die Sache ran, oder man versucht sich an der echt ekelhaften Mathematik dahinter. Oder man machts wie lanime über Trial&Error bzw. Erfahrung. Funktioniert alles.

[Lui]

Hallo, endlich mal eine ordentliche Diskussion und ein handfestes Thema.
Zu dem ich allerdings mangels Erfahrung mit Waveguides nicht so viel beitragen kann. Ich habe bisher nur eine Kalotte an ein "Horn" geschraubt.

Soweit ich es aber nachvollziehen kann, spielt mal wieder, wie sollte es anders sein, die Wellenlänge eine große Rolle. Wenn man eine Kalotte an ein Horn schraubt, gibt es, wurde ja schon beschrieben, den Punkt, an dem die Kalotte aufgrund ihrer Abmessungen wieder ein Direktstrahler ist. Der Übergang vom Horntreiber zum Direktstrahler ist meiner Vermutung nach der schwierige Teil beim Waveguide. Müsste aber mittels Winkelmessungen gut zu identifizieren sein.

Druckkammertreiber, die ich in den Fingern hatte, besitzen im Treiber noch ein Phaseplug, um ganz oben noch eine Richtwirkung zu erzeugen. Oder wie der Beyma CP350 soetwas wie ein kleines Horn vor bzw. hinter dem eigentlichen Horn.

In diesen Beitrag, den ich interressant fand gab es auch das Problem eines Frequenzgangeinbruchs, dem versucht wurde mit Phaseplug beizukommen:

http://www.hifi-forum.de/viewthread-104-24591.html

Grüße Lutz

[Rudolf]

Hallo Rudolf,
hat eine ebene Wellenfront nicht maximale Richtwirkung?

Ganz recht, hat sie. Und eine Punktquelle hat minimale Richtwirkung. Dazwischen ist alles möglich.

Die müsste doch noch eher durch den Hornverlauf durchpfeifen, ohne das Horn zu tangieren.

Solange das Horn sich nicht weitet, pfeift sie durch. Durch kontrolliertes Öffnen des WG-Verlaufs kann man aber
die Welle führen und formen. Das macht man mit Mikrowellen schon lange. Wichtig dabei ist, dass die Wellenfront immer senkrecht auf der Begrenzungsebene steht. Sonst kommt es zu Reflexionen - und dann ist das Chaos perfekt.

Unterhalb der Bündelungsfrequenz der Öffnung des Druckkammertreibers wird sich wellenlängenbedingt doch eine Kugelwelle ausbilden (wollen),

Nein. Die Kugelwelle wird sich nur ausbilden, wenn Du dem Schalldruck freien Raum lässt. Eben das gestattet ein GUIDE nicht. Er formt die Schallwelle im Übergang vom Hals zum "Trichter" so um, dass sie im Trichter wieder senkrecht auf der Wand steht. Dass sie zwischen linker und rechter Wand dann einen Radius hat, ist selbsterklärend. Geht geometrisch ja nicht anders.

Das anstreben einer ebenen Wellenfront hat meines Wissens nach eher den Grund, Laufzeitunterschiede bis zur Druckkammeröffnung zu vermeiden, damit es keine interferenzbedingten Welligkeiten im Schalldruckverlauf gibt.

Ohne ebene Wellenfront im Beginn des Hornhalses wird es extrem schwierig, den Rest des Schallwegs durch den WG zu kontrollieren.
Die Membran eines Druckkammertreibers ist ja in der Regel deutlich größer als der Treiberhals. Ohne eine Laufzeitregulierung dazwischen gäbe es riesige Phasenunterschiede zwischen der Luft von der Mitte der Membran und der von den Rändern. Wenn ich von "ebener" Wellenfront rede, meine ich auch (oder vor allem) eine "phasengleiche" Wellenfront.

Ein ebenso großes Problem gibt es dann, wenn man den Trichtermund "terminieren" will ...

[krabat]

@krabat: Es gibt keine dummen Fragen, lediglich unpassende Antworten. Und lanimes Frage finde ich nicht im Entferntesten dumm. Dass du mit offenbar nicht ganz richtig verstandenen Fachbegriffen um dich wirfst, hilft der Fragestellung nicht weiter.

Beschwer' dich bei meinen Proffs! Ich fürchte eher, dass die Debatte zu nichts führt, solange man allzu allgemeinverständliche Konzepte überstrapaziert.

[Rudolf]

Ich fürchte eher, dass die Debatte zu nichts führt, solange man allzu allgemeinverständliche Konzepte überstrapaziert.

Ob etwas "zu nichts" führt, hängt davon ab, wie hoch man seine Maßstäbe setzt. Ich kann sogar um 3 Uhr morgens in der Kneipe mit Gewinn debattieren. Aber ich habe auch kein Niveau zu verteidigen.

[markus7]

Beschwer' dich bei meinen Proffs! Ich fürchte eher, dass die Debatte zu nichts führt, solange man allzu allgemeinverständliche Konzepte überstrapaziert.

Na dann liefer' doch 'mal 'was zur Erhellung. Offensichtlich versteht man Dich nicht recht.

[krabat]

Na dann liefer' doch 'mal 'was zur Erhellung. Offensichtlich versteht man Dich nicht recht.

Was soll ich tun? Ein Studium der betreffenden Physik ist im Internet nicht zu leisten. Ich denke an dieser Stelle bleibt nur einzugestehen, dass man nicht so viel weiss wie man gerne möchte. Klingt übel, ist aber so.

Man müsste sich mit den Grundlagen der verwendeten Simulations-Software beschäftigen. Das ist eine halbe Lebensaufgabe. Wie heisst es beim "Mord im Orientexpress" so treffend: "Das ist eine Herausforderung, die mir noch bevorsteht."

[lanime]

Äußerst dumme Geschichte,
was tun wir jetzt? Lassen wir die Lautsprecher eben ihren Schall abstrahlen wie sie wollen oder können?
Oder gibt es doch ein so einfaches Modell zur Wellenausbreitung das auch
ich als Nichtdoktor der Physik es verstehen und anwenden könnte?
Oder pfeifen wir einfach auf irgendwelche Schallführungen, weil es sowieso
auch ohne geht? (Abstrahlverhalten wird sowieso überbewertet, genauso wie
der Hochtonbereich den eh kein Mensch mehr hören kann, oder lineare
Frequenzgänge die charakterlose Boxen eben so haben).
Dann wären aber auch TerraLuna-Konzepte völlig ausreichend und nicht nur
eine nette Abwechslung im HiFi-Dschungel.
Klingt auch alles übel, ist aber so.

Kann man Schallwellen irgendwie sichtbar machen?

[walwal]

Nana, wer wird denn da verzweifeln?

Wichtig ist doch vor allen der untere Frequenzbereich, damit der HT in der Abstrahlung zum MT passt. Ganz oben gibt es Schweinereien, die wohl unvermeidbar sind. Ich halte das nicht für dramatisch. Und mir gefällt die Ke mir allen Macken, die sie im WG obenrum hat besser im Klang als die "bessere" G 25.

Ich habe auch mit dem DSP mal versucht, den Einbruch um 12 kHz anzuheben um 5 dB, ich höre das nicht, obwohl ich noch bis 14 kHz höre. Kann sein, dass es an meinen alten Ohrwascheln liegt und Jüngere das heraushören oder es ist alles nicht so dramatisch, weil diese Frequenzen sowieso x mal reflektiert werden bevor sie "ankommen".

[Lebrichon]

angeblich soll es gehen: http://www.elektor.de/elektronik-new....2393273.lynkx
Da wir aber kein Laservibrometer haben (und die Dinger auch ziemlich teuer sind), lässt sich das schwer überprüfen. Ich habe auch ein bisschen Zweifel an dem obigen Verfahren, da man bei unsymmetrisch aufgebauten Lautsprechern ja quasi nicht "um die Ecke" schauen kann.
Ein Kollege von mir hat Zugang zu einem Laservibrometer. Vielleicht kann er es mal überprüfen.

PS: Die Bündelung eines Kolbenstrahlers wurde ebenfalls in meinem Physikstudium (Vorlesung: Technische Akustik) berechnet und erläutert. Ich habe mir gestern die Unterlagen angesehen und hatte, um ehrlich zu sein, Schwierigkeiten die Formelzusammenhänge wieder zu verstehen. Lang lang ist's her .
Nachdem mir einiges wieder klar wurde muss ich zugeben, dass bis ins kleinste Detail eine einfache Erklärung der Bündelung wirklich schwer ist. Die bisherige theoretische Überlegung der einzelnen "Punktquellen" ist jedoch eine recht gute Erklärung.
Einfach mal bei den üblichen Suchmaschinen nach "Bündelung" und "Kolbenstrahler" suchen.

Gruß
Sebastian

[Torsten]

Äußerst dumme Geschichte,
was tun wir jetzt?

Die einzige Möglichkeit an das Wissen zu kommen das du begehrst, ist sich da rein zu ackern. Mir ist niemand bekannt, der das Simu-Wissen öffentlich geteilt hätte. Wenn du da soweit drin bist, das Simu und Messung am gefrästen Objekt übereinstimmt, hast du ne Menge gelernt und kannst Stolz auf dich sein. Tools findest du hier:

www.randteam.de

Oder pfeifen wir einfach auf irgendwelche Schallführungen, weil es sowieso
auch ohne geht? (Abstrahlverhalten wird sowieso überbewertet, genauso wie
der Hochtonbereich den eh kein Mensch mehr hören kann, oder lineare
Frequenzgänge die charakterlose Boxen eben so haben).
Dann wären aber auch TerraLuna-Konzepte völlig ausreichend und nicht nur
eine nette Abwechslung im HiFi-Dschungel.

Ich will das mal so sagen: Sich in das Thema so weit rein zu ackern, das man auch zu brauchbaren Ergebnissen kommt, ist ein hartes Brot (für den Hobbiesten). Noch härter wird es dadurch, das du dir am Ende wieder anhören musst, dass das je eh kein Schwein braucht.
Der deutlich leichtere Weg ist, irgendwas zu bauen, und weniger genau hin zu gucken. Der leichte Weg lässt sich auch deutlich leichter vermitteln, denn damit bewegst du dich auf einem Pfad, der schon seit Jahrzehnten gut funktioniert...und am Ende muss auch ich gestehen...Musik kommt tatsächlich überall raus, und wenn sie gut ist, sind die Boxen fast egal.