Chassis mit Metallmembranen - subharmonische Resonanzen im Übertragungsbereich?

[AH]

Hallo,

bei meinen Hörtests schnitt ein Hochtöner mit Metallmembrane (Seas TAF 27 plus) im Gegensatz zur Gewebekalotte schlecht ab. Das Glockenspiel von der SQAM-CD klang zu nah und unsauber, während die Gewebekalotte Peerless KO 10 sehr gut reproduzierte.

Eine Frage: Wie kann es sein, daß Metallmembranen oberhalb ka = 1 (Durchmesser = Schallwellenlänge) eingesetzt werden können? Der Freifeld-Frequenzgang eines idealen Kolbenstrahlers fällt oberhalb ka = 1 im Freifeld mit 6 dB/8ve, im Diffusfeld mit 12 dB/8ve, soweit ich die Lehrbücher richtig in Erinnerung habe.

Nach meiner Rechnung ist ka = 1 für einen Strahler mit 14 cm Durchmesser ca. 780 Hz(3,143*0,14m = 0,44m und 343 m/s geteilt durch 0,44 m = 779 1/s [Hz]).
Bei einer 25 mm Kalotte entspricht ka = 1 einer Frequenz von ca. 4,4 kHz.

Die Metallmembrane kann also bei Frequenzen oberhalb ka =1 nicht kolbenförmig schwingen, wenn die Lehrbuchangaben über den idealen Kolbenstrahler richtig sind. Aufgrund der hohen Schallgeschwindigkeit in Metall könnten es nur subharmonische Resonanzen sein (z.B. Lambda/4, Lambda/8 usw.), die den Metall-Konus oder die Metall-Kalotte oberhalb ka = 1 einen linearen Freifeld-Frequenzgang annehmen lassen.

Nun halte ich es für möglich, daß subharmonische Resonanzen bei Hartmembranchassis für Peaks im Freifeld-Frequenzgang auch im Nutzbereich sorgen, die sich nur in einer hoch aufgelösten Sinus-Messung nachweisen lassen. Immerhin haben Metallmembranen eine schwache innere Dämpfung, so daß Resonanzen hoher Güte entstehen können. Diese Peaks im Freifeld-Frequenzgang wären nach meiner Einschätzung gefährlich für das Gehör, da einzelne Frequenzen sehr laut wiedergegeben werden. Ähnliches findet man bei Elektrostaten oder DML bzw. NXT-Lautsprechern, die über schmalbandige Maxima und Minima im Amplitudenfrequenzgang verfügen.

Kann Visaton eine sehr fein aufgelöste, vollkommen ungeglättete Sinusmessung bei Metallchassis zeigen, um diese Fragestellung zu beantworten?

Liebe Grüße

Andreas

[Lui]

Lautsprecher sind ja immer kompromißbehaftete Kisten. Und es geht darum, die besten Kompromisse zu machen. Metallmembranen sind meistens in einem bestimmten Spektrum Kolbenstrahler, um dann gnadenlos aufzubrechen.

Aber sauber gefiltert sollte das doch kein Problem sein. Oder?

Grüße Lutz

[Chaomaniac]

Hallo,

bei meinen Hörtests schnitt ein Hochtöner mit Metallmembrane (Seas TAF 27 plus) im Gegensatz zur Gewebekalotte schlecht ab. Das Glockenspiel von der SQAM-CD klang zu nah und unsauber, während die Gewebekalotte Peerless KO 10 sehr gut reproduzierte.

Du hast genau darauf geachtet, dass die Abstimmungen messtechnisch deckungsgleiche Ergebnisse lieferten? Und zum Vergleich zwei bis auf den Hochtöner identische Boxen(-Paare), auf gleichen Pegel eingestellt und ohne Zeitversatz umgeschaltet?

…
Nach meiner Rechnung ist ka = 1 für einen Strahler mit 14 cm Durchmesser ca. 780 Hz(3,143*0,14m = 0,44m und 343 m/s geteilt durch 0,44 m = 779 1/s [Hz]).
Bei einer 25 mm Kalotte entspricht ka = 1 einer Frequenz von ca. 4,4 kHz.

Die Metallmembrane kann also bei Frequenzen oberhalb ka =1 nicht kolbenförmig schwingen, wenn die Lehrbuchangaben über den idealen Kolbenstrahler richtig sind.

Das kapier ich nicht. Wieso sollte die Kalotte da nicht mehr kolbenförmig schwingen können?
Oder ist da die Annahme der Luftschallgeschwindigkeit (343 m/s) vielleicht die falsche?
Das Heranziehen des Parameters ka=1 konnte ich bisher auch noch nie nachvollziehen, bzw. es konnte mich noch niemand richtig darüber aufklären. Da hab ich absolut ein Defizit…

Aufgrund der hohen Schallgeschwindigkeit in Metall könnten es nur subharmonische Resonanzen sein (z.B. Lambda/4, Lambda/8 usw.), die den Metall-Konus oder die Metall-Kalotte oberhalb ka = 1 einen linearen Freifeld-Frequenzgang annehmen lassen.

Wie passen Resonanzen in der Größenordnung Lambda/4 oder Lambda/8 in eine gometrische Oberflächenform? Lambda/4 kenn ich bisher nur vom Prinzip der gedackten Orgelpfeife

Kann Visaton eine sehr fein aufgelöste, vollkommen ungeglättete Sinusmessung bei Metallchassis zeigen, um diese Fragestellung zu beantworten?

Warum machst Du das nicht selber?
Messtechnik sollte ja eigentlich vorhanden sein, um die beiden oben genannten Hochtöner überhaupt richtig vergleichen zu können, oder?

[Azrael]

Aber sauber gefiltert sollte das doch kein Problem sein. Oder?

Falls es tatsächlich so ist:

Bei einer 25 mm Kalotte entspricht ka = 1 einer Frequenz von ca. 4,4 kHz.

...was sollte da oberhalb der 25 mm Kalotte denn übernehmen?

Viele Grüße,
Azrael

[Fosti]

Juuungs,

AH sagt, dass ein idealer Kolbenstrahler (bedeutet, dass er kolbenförmig schwingt), wenn er groß gegen die Wellenlänge wird (das passiert etwa bei ka=1, AH hat es vorgerechnet) mit 6 dB/Oktave abfallen müsste (wegen: http://www.visaton.info/vb/showpost....&postcount=427) wenn er denn tatsächlich kolbenförmig schwingen würde. Wenn das ein Chassis nicht tut (mit 6dB/Okt abfallen), schwingt es demzufolge auch nicht mehr kolbenförmig. So, das war ein weißer Schimmel, aber ich hoffe es ist deutlich geworden, was Andreas meint.

Unsere Home-Messysteme können die schmalen von Andreas vermuteten Resonanzen eben nicht auflösen, sonnst hätte er schon längst selbst gemessen.

Grüße,
Christoph

[Chaomaniac]

Das Verständnisproblem dabei ist:
Welcher Frequenzgang fällt ab dieser Frequenz um 6 dB/Oktave ab?
Simulationsprogramme, die auf idealen Kolbenstrahlern beruhen, zeigen beim axialen Frequenzgang nämlich keinen solchen Abfall.
Das uns allen bekannte Boxsim zeigt zusätzlich zum axialen noch einen Energiefrequenzgang.
Davon ausgehend, dass dieser nicht völlig falsch berechnet wird, zeigt sich aber auch bei diesem noch keine Identifikationsmöglichkeit der Frequenz c÷(Pi×2r). Da bilden sich Werte von weniger als - 1 dB vom axialen Frequenzgang.
Erst bei der doppelten Frequenz c÷(Pi×r) sieht man's dann. Hier gibt es einen -3 dB-Punkt, der sich zur Kennzeichnung von Grenzfrequenzen eher durchgesetzt hat.

Folgende Grafik zeigt einen idealisierten Treiber in unendlicher Schallwand mit rein ohmschen Impedanzverlauf und Membrandrchmesser 21,84 cm, was einen ka=1-Wert [c÷(Pi×2r)] von 500 Hz ergibt:


Klanglich konnte ich noch keine Zusammenhänge von dem Parameter ka identifizieren. Für mich ist das eher ein Strohhalm, an den sich mancher klammert, wenn er anderweitig mit dem Latein am Ende ist oder sich relevanteren Parametern verschließt.
Relevant wäre dieser Parameter sowieso nur in sehr großer/unendlicher Schallwand, was wohl eher selten im Lautsprecherbau zutrifft.

…
Unsere Home-Messysteme können die schmalen von Andreas vermuteten Resonanzen eben nicht auflösen, sonnst hätte er schon längst selbst gemessen.

Wie fein soll's denn sein?
Reicht eine Auflösung von besser als 0,2 Hz nicht?
Sprechen wir hier von Resonanzen mit fünfstelligen Gütewerten?

[F.H.]

Kann Visaton eine sehr fein aufgelöste, vollkommen ungeglättete Sinusmessung bei Metallchassis zeigen, um diese Fragestellung zu beantworten?

Ich habe sicher schon hunderte (wenn nicht viel mehr) völlig ungeglättete Sinusmessungen im Visaton-Messraum gemacht und nicht die Spur von Resonanzen dieser Art festgestellt. Wenn die vorhanden wären, würde man außerdem bei langsam laufendem Sinussweep sehr starke Störungen hören.

[fabi]

Richtig ausgelegte Hartmembranhochtöner schwingen vollständig kolbenförmig bis weit über 20kHz. Ich habe viele Hochtöner mit dem Laser von Klippel gescannt, der eine Auflösung im Mikrometerbereich hat. Wenn die Out-of-Phase Komponente klein ist, ist alles in Ordnung.
Man kann sich in FEM Simulationen das Verhalten auch im Material ganz genau anschauen - der Frequenzgang und das Abstrahlverhalten können recht genau simuliert werden.

[Chaomaniac]

Hallo Fabi, ist es denn nicht eigentlich die Sicke und der Spulenträger, die eine Reso überhaupt in die Nähe der magischen 20 kHz runter zieht?
Die Schallgeschwindigkeiten der gängigen hartem Mebranmaterialien würden für sich alleine doch noch sehr viel höher liegende Resonanzen hervorrufen, oder?
Bei einer Alumembran (Scahllgeschwindigkeit 3100 m/s) mit 25 mm Durchmesser komme ich auf eine niedrigste Resonanzfrequenz im Bereich um 39,5 kHz (ganze Welle am Umfang), die nächste wäre dann nicht unter 55 kHz zu finden (halbe Welle über den Durchmesser bzw. über die Kuppel).
Resonanzen kleinerer Ordnung (subharmonische?) passen geometrisch nicht mehr rein.
Durch das Ankleben von Sicke und Schwingspule mit niedrigerer innerer Schallgeschwindigkeit entsteht quasi ein Compound-Material mit neuer Schallgeschwindigkeit, was die Reso runter zieht. Bei der KE liegt diese dann zum Beispiel bei 24 kHz, was einer Schallgeschwindigkeit von 1885 m/s entspräche.
Kommt das ungefähr hin?

[Lui]

Hab hier eine Messung von einem 8" mit Alumembran von Seas im Gehäuse. Der verhält sich ja eigentlich, wie er soll.
Richtig Resonieren tut er aber erst ab 3Khz, was man auch im Impedanzverlauf erkennt.
Natürlich ist das alles allein durch dern Import nach Boxsim stark geglättet.




Grüße Lutz

[AH]

Richtig ausgelegte Hartmembranhochtöner schwingen vollständig kolbenförmig bis weit über 20kHz. Ich habe viele Hochtöner mit dem Laser von Klippel gescannt, der eine Auflösung im Mikrometerbereich hat.

Hallo Fabi und FH,

es bleibt für mich eben die Frage, wie ein vollständig kolbenförmig schwingender Strahler einen linearen Freifeldfrequenzgang oberhalb ka = 1 haben kann - laut Lehrbuch geht das physikalisch nicht. Aber das Lehrbuch kann natürlich falsch sein. Wie ich schon früher geschrieben habe, nimmt der Realteil des Strahlungswiderstandes oberhalb ka = 1 nicht mehr zu, laut Lehrbuch, der Strahlungswiderstand hat keinen Imaginärteil mehr. Die Membranamplitude nimmt nach meiner Erinnerung mit steigender Frequenz ab, da die Membranbeschleunigung bei gleicher Krafteinprägung gleich bleibt.

Ein linearer Freifeld-Frequenzgang oberhalb ka = 1 ist also mit der Lehrbuch-Theorie des idealen Kolbenstrahlers nach meiner Erinnerung nicht in Übereinstimmung zu bringen. Daher habe ich Resonanzen vermutet. Vielleicht ist die Auflösung des Klippel-Systems unzureichend. Auch kann FH´s Sinus-Sweep zu schnell gewesen sein. Ich bin ja kein Chassis-Entwickler. Meine Frage bleibt leider offen.

Reicht eine Auflösung von besser als 0,2 Hz nicht?
Sprechen wir hier von Resonanzen mit fünfstelligen Gütewerten?

Eine Auflösung von 0,2 Hz könnte wesentlich zu gering sein. Die Güten der Resonanzen könnten äußerst hoch sein, da die innere Dämpfung von Metall sehr schlecht ist.


Liebe Grüße

Andreas

[Chaomaniac]

…
Eine Auflösung von 0,2 Hz könnte wesentlich zu gering sein. Die Güten der Resonanzen könnten äußerst hoch sein, da die innere Dämpfung von Metall sehr schlecht ist.

Denk mal nach:
Güten im fünfstelligem Bereich???
Wenn ich mich nicht verrechnet hab, sind 0,2 Hz bei 10 kHz nur etwas mehr als 1/35000 Oktave…

Wie sollen die vermuteten Resonanzen in die Membranform passen?
Ich denke, mit Deiner Mutmaßung bezüglich subharmonischer Resonanzen bist du auf dem Holzweg. Zumal noch nicht mal geklärt ist, wie der Vergleich stattgefunden hat, der zu den oben beschriebenen unterschiedlichen Wahrnehmungen der beiden Hochtöner geführt hat. Ich halte es für eher wahrscheinlich, dass da irgendwo ein Faktor vergraben liegt, der eine aussagekräftige Vergleichbarkeit ausschließt…

[ropf]

Ein linearer Freifeld-Frequenzgang oberhalb ka = 1 ist also mit der Lehrbuch-Theorie des idealen Kolbenstrahlers nach meiner Erinnerung nicht in Übereinstimmung zu bringen. Daher habe ich Resonanzen vermutet...

Hmm - so ein Chassis ist (u.A.) ein Tiefpass 1.Ordnung durch R und L der Schwingspule. Gleichen sich die Schalldruckzunahme durch Bündelung und der Abfall durch die Tiefpassfunktion evtl auf Achse aus? Zumindest bereichsweise? Nur so als Erklärungsansatz.

[fabi]

AH, ich bin nicht ganz sicher, was du mit subharmonischen meinst. Die Eigenfrequenzanalyse aus FEM und Messung stimmen sehr gut überein. Der Eigenfrequenzalgorithmus würde jede Resonanz finden, es gibt keine Auflösung. Das Aufbrechen hat mit ka=1 erstmal nichts zu tun, die Radialresonanz ist immer dominant. Das heißt, der Rand der Kalotte und der Schwingspulenträger verformen sich radial und nehmen die weiche Sicke mit. Je nach Membranmaterial, Dicke und Geometrie passiert das bei einer unterschiedlichen Frequenz. Es stimmt, dass der Spulenträger, der Klebstoff und die Sicke einen erheblichen Einfluß haben. Die Sicke hat tatsächlich Resonanzen im Übertragungsbereich, die stören können, wenn die innere Dämpfung nicht hoch genug ist.

Linearer Freifeldfrequenzgang geht schon, weil die Bündelung zunimmt, wie bereits richtig geschrieben. Linearer Leistungsfrequenzgang geht nicht, und das sieht man auch bei Leistungsmessungen im Hallraum oder berechnet aus dem Abstrahlverhalten.

Freauenzgang, Abstrahlverhalten und Leistungsfrequenzgang hängen entscheidend von der Geometrie der Kalotte ab. Zwar bewegen sich alle Kalottenteile in Phase unterhalb der ersten Radialresonanz aber das Schallfeld ändert sich durch die Laufzeitunterschiede für unterschiedliche Winkel. Je höher die Kalotte, desto mehr Pegel verliert man auf Achse, was das Abstrahlverhalten relativ gesehen breiter macht.

Viele Grüße!
Fabian

[Peter K]

Hallo,

Hallo Fabi und FH,

es bleibt für mich eben die Frage, wie ein vollständig kolbenförmig schwingender Strahler einen linearen Freifeldfrequenzgang oberhalb ka = 1 haben kann - laut Lehrbuch geht das physikalisch nicht.

kann es sein, daß du da einem Missverständnis aufsitzt ?
Soweit ich mich an entsprechende Aussagen meiner Lehrbücher erinnere, fällt oberhalb K=1 die Schallenergieabgabe mit 6 dB, der Schalldruck auf Achse bleibt durch Bündelungseffekte aber weitestgehend kontant, zumindest bei einem idealisierten Kolbenstrahler.

Gruß
Peter Krips