Chassis mit Metallmembranen - subharmonische Resonanzen im Übertragungsbereich?

[F.H.]

Eines muss man noch berücksichtigen: Kalotten aus steifem Material schwingen zwar kolbenförmig bis in den Bereich 20 kHz (wie fabi schon geschrieben hat), haben aber keinen konstanten Frequenzgang. Ohne Diffusor (besser Resonator genannt) vor der Kalotte fällt der Frequenzgang schon bald deutlich ab. Aus dem Gedächtnis weiß ich nicht genau, wann es z.B. mit der KE 25 SC abwärts geht. Bei 10 kHz sind es vermutlich schon -6 dB. Der Resonator, der sehr genau dimensioniert werden muss, hebt den Pegel sehr stark an.

Warum haben Gewebekalotten einen geraden Frequenzgang bis 20 kHz auch ohne Resonator? Es ist kaum bekannt, dass Gewebekalotten im oberen Frequenzbereich nicht mehr kolbenförmig schwingen sondern mit zunehmender Frequenz nur der ringförmige Bereich um die Schwingspule schwingt. Dadurch nimmt die bewegte Masse immer weiter ab, und der Pegelabfall wird kompensiert. So erkläre ich mir das.

[Fosti]

So einen Diffusor wie die hat der TAF27plus auch, der DXT meine ich nicht, der hat aber trotz Metallmenbran keinen Difusor. Zumindest konnte ich keinen entdecken.

Lösen die gängigen Messsystem im kHz Bereich tatsächlich mit 0,2 Hz auf???

[fabi]

Fosti, das kommt nur auf die Länge des FFT Fensters an.

Wenn du mit 22kHz bei 256k FFT länge misst, dann hast du ein 11 Sekunden langes Meßfenster - kein Problem im reflexionsarmen Raum. Das entspricht einer Frequenzauflösung von 0.09Hz.

[Chaomaniac]

…
Lösen die gängigen Messsystem im kHz Bereich tatsächlich mit 0,2 Hz auf???

Arta:
maximale FFT-Länge bei 2^18 (abzüglich der 300 Samples am Anfang plus einige wenige zum Impuls), ergibt zusammen mit einer Samplerate von 44,1 kHz ungegatet eine Auflösung von 0,169 Hz.

P.S. fabi war schneller…

[fabi]

Eins noch: Die Frequenzauflösung sagt nur, wieviele "Container" man anlegt, um die Energie zu verteilen. Würde tatsächlich schmalbandig sehr viel Energie abgestrahlt, würde man sie sowohl im Freifeldfrequenzgang als auch im Leistungsfrequenzgang sehen. Die Vorstellung, dass man 0.5Hz daneben liegt und dann nichts mehr messen kann, stimmt nicht.

[Fosti]

Besten Dank Chao und Fabian,

das war mir so nicht bewusst!

Viele Grüße,
Christoph

[Mr.E]

Welcher Zusammenhang besteht zwischen den 11s und den 0,09Hz? Ich hab’s mal gewußt, war das nicht irgendwas Reziprokes?

Soweit ich weiß, verwendet auch Geithain Metall-HTs ohne Kringel.

[Chaomaniac]

Die Messauflösung ergibt sich aus Samplefrequenz÷FFT-Länge.
Bei Fabis Beispiel ist es also:
22050 Hz ÷ 2^18=0,084114075 Hz

Die Dauer des Messzykus ist genau anders rum, nämlich FFT-Länge÷Samplefrequenz.
Also 2^18÷(22050×1/s)=11,88861678 Sekunden

[UweG]

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.

Ich habe meine Erinnerung mal mit Sahm: "Hifi-Lautsprecher" aufgefrischt.
Der Strahlungwiderstand in unendlicher Schallwand wächst bis ka=1 mit 12 dB/okt, darüber ist der konstant.

Meiner Meinung nach ergibt sich damit unter der Annahme, dass die Grundresonanz (fs, fc) eines Lautsprechers weit unter ka=1 liegt und der Einfluss der Schwingspuleninduktivität (Lvc) erst weit über ka=1 wirklich relevant wird, was bei Hochtönern näherungsweise so sein dürfte:

unter fc
Schwingspulenhub konstant, Strahlungswiderstand wächst quadratisch mit Frequenz also +12 dB/okt. Frequenzgang auf Achse +12dB/okt, Energiefrequenzgang auch +12 dB/okt.
fc bis ka=1
Schwingspulenhub quadratisch abnehmend -12 dB/okt., Strahlungswiderstand wächst quadratisch mit Frequenz also +12 dB/okt. Frequenzgang auf Achse konstant, Energiefrequenzgang auch konstant.
ka=1 bis 2*pi*f*Lvc=Rdc
Schwingspulenhub quadratisch abnehmend -12 dB/okt., Strahlungswiderstand konstant. Frequenzgang auf Achse konstant, Energiefrequenzgang -12 dB/okt.
über 2*pi*f*Lvc=Rdc
Schwingspulenhub abnehmend mit -18 dB/okt., Strahlungswiderstand konstant. Frequenzgang auf Achse -6dB/okt., Energiefrequenzgang -18 dB/okt.

Nehmen wir mal realistische Werte für einen Hochtöner. Wenn rm = 25mm, Rdc = 6 Ohm und Lvc = 50µH, dann ist ka=1 bei 4393 Hz und 2*pi*f*Lvc=Rdc bei 19100Hz. Unter der Annahme einer frequenzunabhängigen Schwingspuleninduktivität, einer unendlich steifen und unendlich flachen Membran würde sich der Achsenfrequenzgang erst bei 19,1 kHz um 3 dB abgesenkt haben.
Der recht lineare Frequenzgang oberhalb 4,4 kHz ist damit schon plausibel. In der Realität dürfte der Achsenfrequenzgang von Metallkalotten deshalb schon früher als erst bei 19 kHz abfallen, weil die Membran eben nicht so unendlich steif ist und die Membranmitte einen Phasenversatz gegenüber dem Rand bekommt. Kurz vor der Membranresonanz erreicht dieser Versatz 180° und es kommt zu dem oft beobachbaren tiefen Einbruch im Frequenzgang vor dem Peak bei der Reso.

Wie Andreas subjektiver Höreindruck zu erklären ist, weiß ich allerdings auch nicht. Unterschiede im Frequenzgang?

[AH]

Eines muss man noch berücksichtigen: Kalotten aus steifem Material schwingen zwar kolbenförmig bis in den Bereich 20 kHz (wie fabi schon geschrieben hat), haben aber keinen konstanten Frequenzgang. Ohne Diffusor (besser Resonator genannt) vor der Kalotte fällt der Frequenzgang schon bald deutlich ab. Aus dem Gedächtnis weiß ich nicht genau, wann es z.B. mit der KE 25 SC abwärts geht. Bei 10 kHz sind es vermutlich schon -6 dB. Der Resonator, der sehr genau dimensioniert werden muss, hebt den Pegel sehr stark an.

Hallo,

dank an Friedemann Hausdorf. Leider weiß ich nicht mehr, in welchem Akustik-Lehrbuch der Freifeld-Frequenzgang des idealen Kolbenstrahlers dargestellt ist. Nach meiner Erinnerung fällt der Freifeld-Frequenzgang oberhalb ka = 1 mit 6 dB pro Oktave. Wenn das so ist, was ich vermute, dann fragt man sich, wie so etwas zustandekommt:

Warum wir Diamant als Kalottenmaterial für Hochtöner einsetzen? Es mag extravagant erscheinen, aber es ist einfach ein weiterer Schritt hin zum perfekten Lautsprecher. Ein wesentlicher Punkt in unserem Streben nach dem Besten besteht in der Weiterentwicklung von Chassis, die dem Signal weder etwas hinzufügen noch wegnehmen. Für einen Hochtöner benötigen wir dazu eine Kalotte, die steif bleibt und bis zu einem möglichst hohen Frequenzbereich über ein nahezu kolbenförmiges Verhalten verfügt. Am besten sind dafür Materialien geeignet, die ein hohes Steifigkeits-/Dichteverhältnis haben. Und hier kommt der Diamant ins Spiel.

http://www.bowers-wilkins.de/Entdeck...%C3%B6ner.html

Eine 25 mm - Kalotte mit einem bis zu einem möglichst hohen Frequenzbereich nahezu kolbenförmigen Verhalten ist nach meiner Ansicht einfach kein Hochtöner. Ich habe aber auf der Website von B&W weder bei deren Aluminium-Kalotten noch bei den Diamantkalotten einen Resonator gesehen, der den Hochtonfrequenzgang erweitert. Wie macht B&W das? Ich habe den Verdacht, daß es sich bei beiden B&W-Kalotten um eine Form von Biegewellenwandlern handelt, die fälschlich als Kolbenschwinger beworben werden. Da die innere Dämpfung von Aluminium und Diamant gering ist, bleibt die Frage, wie der Freifeld-Amplitudenfrequenzgang eines solchen Lautsprechers in einer ungeglätteten Sinus-Messung aussieht. Biegewellenwandler funktionieren, klebt man eine Schwingspule an eine Schaufensterscheibe klingt es recht "normal", Friedemann Hausdorf hat dies ja auch am Beispiel eines Kontrabasses demonstriert. Nur wie mißt es sich? Gibt es schmalbandige Resonanzen hoher Güte, die das Gehör schädigen?

Liebe Grüße

Andreas

[Peter K]

Hallo,

Meiner Meinung nach ergibt sich damit unter der Annahme, dass die Grundresonanz (fs, fc) eines Lautsprechers weit unter ka=1 liegt und der Einfluss der Schwingspuleninduktivität (Lvc) erst weit über ka=1 wirklich relevant wird, was bei Hochtönern näherungsweise so sein dürfte:

Das folgende von dir (endlich mal) soweit richtig dargestellt, ein paar Anmerkungen müssen dennoch sein.

unter fc
Schwingspulenhub konstant, Strahlungswiderstand wächst quadratisch mit Frequenz also +12 dB/okt. Frequenzgang auf Achse +12dB/okt, Energiefrequenzgang auch +12 dB/okt.

exakt trifft das aber nur bei Qts(c) von exakt 0,707 zu, bei Qts(c) >0,707 ist der Anstieg steiler (plus einen Überschwinger), bei Qts(c) <0,707 ist der Anstieg flacher.

fc bis ka=1
Schwingspulenhub quadratisch abnehmend -12 dB/okt., Strahlungswiderstand wächst quadratisch mit Frequenz also +12 dB/okt. Frequenzgang auf Achse konstant, Energiefrequenzgang auch konstant.

korrekt..

ka=1 bis 2*pi*f*Lvc=Rdc
Schwingspulenhub quadratisch abnehmend -12 dB/okt., Strahlungswiderstand konstant. Frequenzgang auf Achse konstant, Energiefrequenzgang -12 dB/okt.

Auch korrekt, wobei der Achsenfrequenzgang nun durch zunehmende Bündelung konstant gehalten wird (werden kann)

über 2*pi*f*Lvc=Rdc
Schwingspulenhub abnehmend mit -18 dB/okt., Strahlungswiderstand konstant. Frequenzgang auf Achse -6dB/okt., Energiefrequenzgang -18 dB/okt.

Auch (theoretisch) richtig, dennoch gibt es in der Praxis Hochtöner, die dort auf Achse nicht abfallen, sondern dort sogar noch einen Anstieg "hinlegen".
Offensichlich kann man da bei der Konstruktion eines HT's noch was "reissen".

Nehmen wir mal realistische Werte für einen Hochtöner. Wenn rm = 25mm, Rdc = 6 Ohm und Lvc = 50µH, dann ist ka=1 bei 4393 Hz und 2*pi*f*Lvc=Rdc bei 19100Hz. Unter der Annahme einer frequenzunabhängigen Schwingspuleninduktivität, einer unendlich steifen und unendlich flachen Membran würde sich der Achsenfrequenzgang erst bei 19,1 kHz um 3 dB abgesenkt haben.
Der recht lineare Frequenzgang oberhalb 4,4 kHz ist damit schon plausibel. In der Realität dürfte der Achsenfrequenzgang von Metallkalotten deshalb schon früher als erst bei 19 kHz abfallen, weil die Membran eben nicht so unendlich steif ist und die Membranmitte einen Phasenversatz gegenüber dem Rand bekommt. Kurz vor der Membranresonanz erreicht dieser Versatz 180° und es kommt zu dem oft beobachbaren tiefen Einbruch im Frequenzgang vor dem Peak bei der Reso.

Sehr steife Metaller zeigen das ja nicht so ausgeprägt, die Verhalten sich aber dann bei dem von dir beschriebenen Hochtonabfall eher "schulbuchgemäß" und bedürfen daher fast durchgängig eines Resonatorelements vor der Membran, um den oberen Hochtonbereich anzuheben.

Wie Andreas subjektiver Höreindruck zu erklären ist, weiß ich allerdings auch nicht. Unterschiede im Frequenzgang?

Vielleicht eher Abstrahlverhalten/Energiefrequenzgang ??
Ist ja nicht unbekannt, dass sich Lautsprecher unter Freifeldbedingungen (RAR) auf identischen Achsenfrequenzgang entzerrt trotz unterschiedlicher Konstruktionsweisen klanglich nicht auseinender halten lassen.
Die gleichen, immer noch entzerrten Lautsprecher im normalen Hörraum unterscheiden sich dann wieder z.T. deutlich, das ist dann aber nur noch mit dem unterschiedlichen Abstrahl/Energieverhalten erklärlich.

Gruß
Peter Krips

[FoLLgoTT]

bei meinen Hörtests schnitt ein Hochtöner mit Metallmembrane (Seas TAF 27 plus) im Gegensatz zur Gewebekalotte schlecht ab.

Waren beide Hochtöner identisch entzerrt?

[fabi]

Andreas,

Eine 25 mm - Kalotte mit einem bis zu einem möglichst hohen Frequenzbereich nahezu kolbenförmigen Verhalten ist nach meiner Ansicht einfach kein Hochtöner.

Das haben wir doch schon mehrmals geschrieben. Der Frequengzgang auf Achse ist sehr glatt aber fällt zu hohen Frequenzen hin leicht ab wegen der Induktivität. Eine 19mm Aluminiumkalotte üblicher Stärke bricht so um 25...30kHz auf, eine 25mm Kalotte zwischen 19...25kHz, je nach Kalottenhöhe, Schwingspulenträger und Klebstoff zwischen Kalotte und Spulenträger.

Was muss man dir zeigen, damit du es glaubst?

[ropf]

Was muss man dir zeigen, damit du es glaubst?

Na - die Subraumresonanzen

[fabi]

Andreas,
ich habe letztens vielleicht einen interessanten Effekt für Dich gemessen. Er hat mit dem Frequenzgang im Übertragungsbereich nichts zu tun, wohl aber mit der Hauptresonanz einer Metallmembran.

Ich habe einen 19mm Kalottenhochtöner aus Metall, der einen sehr glatten und zu hohen Frequenzen hin gleichmäßig abfallenden Frequenzgang hat, wie es sich für einen Kolbenstrahler gehört. Misst man aber statt bis 20kHz bis 40kHz, sieht man, dass es bei 30kHz zu einer starken Überhöhung von etwa 15dB durch das Aufbrechen der Membran kommt. Gleichzeitig messe ich bei 10kHz eine Klirrspitze für K3. Wie kommt es zu Verzerrungen bei niedrigeren Frequenzen?!

Dabei musste ich an dich denken! Subharmonische? K3 bei 10kHz heißt, dass ein Anregungssignal bei 10kHz auch ein wenig 30kHz zur Folge hat. Meine Erklärung ist jetzt so: Bei 10kHz wird - wie bei jedem Lautsprecher - ein klein wenig K3 produziert, nicht mehr und nicht weniger als etwa bei 9kHz oder bei 11kHz. Der K3 Klirrfaktor bei 10KHz regt nun aber die Resonanz bei 30KHz an und - da es eine Resonanz ist - reicht ein klein wenig Energie um die Membran in starke Schwingungen zu versetzen: der gemessene Pegel bei 30kHz bei Anregung von 10kHz ist also vergleichsweise groß, und damit der Messwert für K3.

Trotzdem ist das ziemlich sicher unhörbar. Nicht umsonst misst man den Klirrfaktor K2 oft nur bis 10kHz, K3 nur knapp unter 7kHz.

Für Mitteltöner mit Metallmembran und geringer, mechanischer Dämpfung in der Membran kann das aber durchaus ein Problem sein, auch wenn der Frequengzang elektrisch steilflankig getrennt wird.

Viele Grüße!
fabi