supercardiod

Die untersuchte Schallwandbreite von 20cm scheint mir hier im betrachteten Frequenzbereich für solche Effekte aber vernachlässigbar....

ach - probier's aus ... wie kommt's sonst zu einem "angepassten" delay? ausserdem sollte der thread seiner absicht nach sich um den unteren mittelton winden, und bei dem ist der genannte effekt von entscheidender bedeutung. im allgemeinen genügt bereits die laufzeit des rückwärtigen filters, um die kardioide auch im delay zu realisieren.

[Fosti]

Die untersuchte Schallwandbreite von 20cm scheint mir hier im betrachteten Frequenzbereich für solche Effekte aber vernachlässigbar....

Ergebnisse zu Versuchen mit einem aktiv angesteuerten Kardioid ... mit frequenzabhängigem Delay ...

das ist ein irrtum, auf den Oliver schon hingewiesen hat. durch die beugung um die schallwandkante herum werden pegel und phasen gedreht, sodass der idealisierte ansatz mit separierten einzelquellen nicht gültig ist. dann funktionieren auch die daraus abgeleiteten delays etc nicht mehr. im allgemeinen scheint zu genügen, den rückwärtigen treiber zu filtern, und daran anschließend experimentell ein geeignetes delay zu finden, das die auslöschung maximiert.

die herstellung eines kardioid ist meiner einschätzung nach nicht die große herausforderung. unklar ist vielmehr, was man damit anfangen will, wenn man denn einen hat. pegelverluste, klirrungen aus dem aufbau ungeachtet des verschiebevolumens, und ganz zuerst, ein zu berücksichtigender wandabstand.

[Fosti]

ich persönlich habe sie nicht gemacht, aber ja, die Messungen sind von draußen.

... hast Du die Messungen draußen gemacht ?



Grüße Oliver

[Fosti]

Hallo Oliver,

leider nein, hatte auch schon danach gesucht... Es wird wohl aber eine der der Frequenzen des Polardiagramms des Cardioids sein.

Viele Grüße,
Christoph

EDIT: Messabsstand waren 2,5m zur Mitte der Box.

Hallo Fosti,

kannst Du sagen, für welche Frequenz das Bild "Cardio3" gültig ist ?


Grüße Oliver

[Fosti]

Zur Messung:
(EDIT: 0° ist hinten, 180° ist vorn)

[Fosti]

Ergebnisse zu Versuchen mit einem aktiv angesteuerten Kardioid aus 3 WS17E (2 nach vorne, einer nach hinten, Tiefe der Box: 54cm). Die Polardiagramme beruhen auf Messwerten(keine Simulation!!!) a) nur vorne bzw. hinten b) mit frequenzabhängigem Delay per DSP: 60Hz mit 4,17ms, 82Hz mit 3,05ms, 100 Hz mit 2,5ms:
(EDIT: 0° ist hinten, 180° ist vorn)

Kardioid: Nutzbare höchste Frequenz unter "Constant Directivity" Gesichtspunkten

Bündelungsfreie Membranen und Schallwände (reiner Kardioid):

Mit einem "zugedrückten Auge" kann (D/Lambda min) etwa 0.33 (vergl. [2]) werden
(Dipol Pfadlänge entspricht dann ca. 1/3 der abgestrahlten Wellenlänge) damit
die Abstrahlcharakteristik noch konstant bleibt. Geht man auf 0.25 so ist
diese Bedingung noch nahezu in Perfektion erfüllt.

Wenn man eine Bündelung der Schallwand und der Membran der vorderen Teilschallquelle
hingegen gezielt mit einplant, dann kann man einen Kardioid-Aufbau auch zu höheren
Frquenzen ( D / Lambda min > 0.33 ) betreiben und sprunghafte Änderungen
im Bündelungsmaß vermeiden: Man nutzt dann für hohe Frequenzen gezielt die
inhärente Bündelung der vorderen Teil-Schallquelle.


Vergleich "Resistance Box" mit Reflexgehäuse

Wenn man Monopol und Dipol vergleicht, dann wird man den Monopol deshalb durch ein
geschlossenes Gehäuse darstellen, weil die so gefundenen Unterschiede im benötigten
Verschiebevolumen rein abstrahlungsbedingt sind.

Ein BR-Gehäuse kann an seiner Abstimmfrequenz fb das jeweils benötige Verschiebevolumen
mit reduziertem Membranhub aufbringen. Je nach Abstimmung und Gehäusegüte Qb kann das
Verschiebevolumen des Treibers z.B. auf 1/4 oder noch weniger gegenüber dem insgesamt
wirksamen (inkl. Port) reduziert sein:

Hat man den Anspruch, mit einer Resistance Box als Kardioid den gleichen Schalldruck
wie eine als Monopol betriebene BR-Box an ihrer Abstimmfrequenz abzustrahlen, dann
kann das oben tabellierte Verschiebevolumen bei 0.5 x Feq leicht vom 2-fachen
auf z.B. das 8-fache anwachsen.

Dies hat jedoch nichts mit einem Vergleich "Kardioid/Dipol vs. Monopol" zu tun:

Im PA-Bereich werden z.B. Kardioide auch aus getrennt angesteuerten
(z.B. via Loudspeaker Management System eingestelltem rel. Pegel und Delay)
und aufgestellten BR-Boxen als vorderer und rückwärtiger Teil-Schallquelle aufgebaut.

Diese profitieren natürlich genauso von der Reduktion des treiberseitig benötigten
Verschiebevolumens wie eine BR-Box, die als Monopol betrieben wird.

Der Vergleich "Kardioid" vs. "Bassreflex" ist also quasi ein "unzulässiger"
Vergleich über Kategoriegrenzen hinweg:

Bei der Frage "wie bekomme ich den größten Schalldruck bei tiefen Frequenzen
aus einem gegebenen Chassis mit gegebenem Verschiebevolumen" wird ein Reflexgehäuse
immer das Mittel der Wahl sein, geeignete TSP und BR-Abstimmung vorausgesetzt.

Bei einer Resistance Box muss man vielmehr vorher die Frage stellen "Wie stelle ich
das benötigte verzerrungsarme Verschiebevolumen bereit ?"

Das wirkt sich natürlich bereits auf die Auswahl der Chassis aus: Membranfläche,
Auslegung des Antriebssystems und der Aufhängungen für verzerrungsarmen Hub, TSP ...
Soll es ein größeres Chassis sein oder lieber mehrere kleine ? usw. usw.

Im PA-Bereich sind durch Stacking von Subwoofern zu Arrays die wirksamen
Dimensionen von Schallwänden und Membranflächen der vorderen Teil-Schallquellen
oft schon so groß, dass selbst bei sehr tiefen Frequenzen die rückwärtige
Schallquelle des Kardioids mit deutlich verringertem Pegel gefahren werden kann,
um eine hohe Rückwärtsdämpfung zu erreichen.

Der "Kardioid Zuschlag" beim insgesamt bereitzustellenden Verschiebevolumen
fällt dann entsprechend geringer aus.


Verzerrungen am Fließwiderstand der Resistance Box

Damit der als rückwärtige Schallquelle fungierende Fließwiderstand verzerungsarm
arbeitet, darf das poröse Material

- sich nicht unter dem Wechseldruck bewegen

- muß die wirksame Porengröße unabhängig vom Hub bleiben
(kein Zusammenpressen oder Aufweiten, kein "Flattern" mit Spaltbildung u. dergl.).

Mögliche Ansätze sind z.B.

- Steifere Gewebe (Teppichboden), die Ihrerseits auf perforierten oder
geschlitzten Gehäusewänden innig aufgeklebt sind.

- Stofflagen, die zwischen perforierten Metallblechen oder Gestricken
fixiert sind (Strukturen können zur Versteifung gekrümmt sein ..)

- Metallfilz oder andere Poröse Strukturen aus dem Filterbereich, die
durch geeignete Fixierung an Deformation und Mitschwingen gehindert werden.

In den Aufbau solcher Dinger wird speziell für große Verschiebevolumina schon
ein bisserl. Know How investiert.

Auch bekannte Hersteller wie z.B. MEG binden nicht jedem auf die Nase, wie sie
den Fließwiderstand aufbauen, sondern bleiben bewusst vage, wenn sie z.B. in
HiFi Zeitschriften danach gefragt werden ...

Dipol / Kardioid (Cardiod) vs. Monopol im Bass- Mittelton

... wie dem lanime schon geschrieben (s/u) soll das "prinzip" zunächst seine überlegenheit nach maß und zahl zeigen. erst dann kann im sinne eines kompromisses abgewogen werden, ob sich die kardiologie lohnt. hart aber herzlich (sic!).

Hallo Krabat, lanime, alle zusammen,

ihr zeigt ja hier ziemlich Durchhaltevermögen beim Experimentieren, Hut ab !

Links:

[1] www.linkwitzlab.com/spl_max1.xls

[2] http://www.musicanddesign.com/Dipole...n_baffles.html
> siehe u.a. Figur 3

Verschiebevolumen: Monopol vs. Dipol:

Bezüglich des obigen Zitats:

Wenn man sich die Kosten/Nutzen Relationen von Dipolen u. Kardioiden vor Augen
führen will, so ist dafür kein Experimentieren notwendig:

Die "Kosten" im Hinblick auf das benötigte lineare Verschiebevolumen
- und damit den max. linearen Hub bei gegebener Membranfläche - sind bekannt.

Der "Nutzen" besteht darin, mit einer Struktur/Bauform, die sehr viel kleiner
als ein Viertel der Wellenlänge in Richtung ihrer größten Ausehnung sein kann,
eine deutliche Richtwirkung zu erreichen und das potentiell mit einer über
einen weiten Frequenzbereich sehr gleichförmigen Abstrahlcharakteristik
(vergl. [2]).

Für Superkardioide und Kardioide kann man m.E. durchaus den Dipol als
"pessimistische" Abschätzung hernehmen (bei Xmax Angaben von Chassis wird
ohnehin manchmal geschönt ...), wenn es um das Verschiebevolumen geht.

Benötigte Verschiebevolumen von Monopol und Dipol bei jeweils gegebener
Dipol Pfadlänge können u.a. mit [1] abgeschätzt und verglichen werden.

Bei einem Vergleich Monopol vs. Dipol gibt es eine Freqenz Feq, bei der beide
mit gleichem Verschiebevolumen auch jeweils den gleichen Schalldruck auf Achse
erzeugen (Raumeffekte erstmal außen vor gelassen).

Dieser Gleichstand zw. Dipol und Monopol tritt ein, wenn die wirksame
Dipol-Pfadlänge etwa das 0.17 fache der vom Dipol abgestrahlten Wellenlänge
beträgt.

Bei höherer Frequenz (kleineren Wellenlängen) erzeugt der Dipol höheren
Schalldruck als ein Monopol, bei niedrigerer Frequenz (größeren Wellenlängen)
jedoch geringeren Schaldruck bei jeweils gleichem Verschiebevolumen.

Unterhalb Feq benötigt der Dipol für jede Oktave, die es tiefer herunter
gehen soll den 8 fachen Hub, der Monopol jedoch "nur" jeweils den 4 fachen.

Unterhalb Feq "kostet" also jede Okave beim Dipol eine Verdopplung des zu
installierenden Verschiebevolumens gegenüber einer geschlossenen Box.

Will man unterhalb Feq bei vergleichbar geringen Verzerrungen wie bei der
geschlossenen Box denselben Schalldruck erzeugen, dann muss man das benötigte
Verschiebevolumen beim Dipol/Kardioid mit entsprechend geringen Verzerrungen
bereitgestellt werden.

Ich habe zur Abschätzung für angestrebte untere Grenzfrequenzen
0.5 x Feq, 0.33 x Feq, 0.25 x Feq die Tabellen 1, 2 , 3 siehe unten
eingestellt (grobe Abschätzungen ohne Gewähr):

Der Aussagegehalt ist nicht anders als in [1], jedoch kann man sich auf einen
Blick die Auswirkungen verschiedenener Auslegungen auf die nutzbare Bandbreite
(untere Grenzfrequenz) und mögliche Dimensionierungen der Pfadlänge ansehen.

Konstruktionen wie offene Schallwand, Resistance Box u. dergl. nutzen dabei
vorder und Rückseite der Membran zur Schallabstrahlung.

Wird der Dipol oder Kardioid aus getrennten Schallquellen (vergl. PA Bereich)
aufgebaut (Membran nur "1-seitig" genutzt), dann verdoppelt sich das
benötigte Verschiebelolumen
- welches treiberseitig installiert werden muss -
bei tiefen Frequenzen nochmals gegenüber dem Monopol.

Dafür können bei offenen Dipol-Konstruktionen wie z.B. Linkwitz W-Frame oder
Ridthaler "Ripol" (welche die Membranen 2-seitig nutzen) nicht allzu
große Dipol-Pfadlängen realisiert werden, da störende lambda/4 Resonanzen im
Gehäuse die nutzbare Bandbreite zu höheren Frequenzen begrenzen.

So, ein etwas steiferes Gehäuse, macht dann im Vergleich zum selben Treiber in 25L CB gar keine soooo schlechte Figur ...

der prächtige anstieg von hd3 um 100hz ist wie ich finde unübersehbar. und dann steigere man den pegel auf das, was man mit geschlossenen kisten - meint auch reflex, lässig aus dem ärmel schüttelt. ein immer lauter gedrehter ton auf der klirrspitze wird viel viel viel eher durch den klirr unangenehm als durch den durchdringenden ton selbst, ganz im gegensatz zu geschlossenen. das wäre mein punkt an dieser stelle, rein praktisch gedacht und - empfunden.

nun könnte man die kardioide auf den tonbereich beschränken, wo sie nur wenig mehr klirrt. aber wo bleibt dann die nützlichkeit? ich will die 100hz haben, damit ein subwoofer zur ergänzung genügt. mein verdacht richtet sich gegen das dämpfungsmateral. das gehäuse war auch mein erster kandiat, weil noch zweifelnd mit der sorgfalt zurückhaltend aufgebaut. es ist aber das fluffeln in der dämpfung, so bei mir.

[lanime]

So, ein etwas steiferes Gehäuse, macht dann im Vergleich zum
selben Treiber in 25L CB gar keine soooo schlechte Figur,
muss mir das am WE noch etwas genauer ansehen evtl. auch noch
am Gehäuse etwas ändern.

Offenes Gehäuse:


25Liter closed:


Grüße lanime

[lanime]

die un-superkardioide weist groteske hd3-verzerrungen auf, weil das dämpfungsmaterial nicht will.

...und wie viel davon führst du auf dein vermutlich "windiges" testgehäuse
zurück?
Bei mir schaut's ähnlich aus, aber da liegt es wirklich an der zusammengeschusterten Obstkiste. Werde dem TT am Wochenende etwas
steiferes gönnen und dann nachmessen.

die ergebnisse sind so la la.

nun also die längst fällige vergleicherei. reflex versus superkardioid, gleiche schallwandgröße, 20cm treiber.

abb#1: reflex 50cm wandabstand (grün 00°, türkis 60°, blau 90°) und 30cm wandabstand (rot, orange, pink).
abb#2: superkardioid wie oben.

diskussion der wirren kurvenschar:

zunächst einmal muss für die messung ein hinreichend langes gate gewählt werden. hier per ground plane ermöglicht. das habe ich dummerweise zuvor vernachlässigt.

dann ergibt sich für die reflex eine bündelung, die den simulationen per spiegelquellen halbwegs entspricht. bei 30cm wandabstand ist alles eine schiere katastrophe. bei 50cm wandabstand wird die bündelung ab etwa 600hz nennenswert. auffällig sind die kerben bei 150hz (00°), 250hz (60°) und 300hz (90°). da wandert die erste reflektion von der wand mit ...

wandabstand 50cm, die superkardioide bündelt auch. aber schon ab 250hz, und halbwegs gleichmäßig. die mitwandernde erste reflektion hält sich zurück. bei 30cm wandabstand ruscht das ganze auf 350hz hoch - und wird richtig schlecht.

man beachte den pegelunterschied. die reflex ist 10..15db lauter! das heisst, die superkardioide braucht die 10..30fache verstärkerleistung. so sehen dann auch die verzerrungen aus. reflex abb#3, superkardioid abb#4, un-superkardioid mit mehr dämpfung abb#5, grün hd2, rot hd3, pink hd4.

wie man an den mitteltonverzerrungen sieht, ist der im kardioid verbaute treiber von haus aus ein sahnestückchen der spitzenobersuperklasse. hier bleibt davon nichts übrig. der reflexte ist eintopf mit hyperstraffer aufhängung gegen anschlagen im rauen p/a-einsatz. das kostet geschmeidigkeit, aber er benimmt sich, solange er vom reflexgehäuse kontrolliert wird. die un-superkardioide weist groteske hd3-verzerrungen auf, weil das dämpfungsmaterial nicht will.

ich hoffe das motiviert, einmal auf die eigenen daten zu schauen. bei mir hapert es noch gehörig.