Akustische Impedanz am Hals?

[20Hertz]

Hallo zusammen,

bei AJ-Horn gibt es ja die Möglichkeit, sich die "akustische Impedanz am Hals" anzeigen zu lassen. Bisher habe ich allerdings nie darauf geachtet, weil sich bei normalgroßen Boxen so gut wie gar nichts in diese Richtung tut.

Interessant wird die Geschichte eigentlich erst bei relevanten Mundflächen (sei es nun ein Hornmund oder der "Mund" einer größeren Anzahl von direktstrahlenden Chassis ), alles andere ist nur Luftschieberei.

Ich glaube, daß ich ungefähr verstanden habe, was es mit der akustischen Impedanz überhaupt auf sich hat. Wer es aber in einfachen, mir verständlichen Worten nochmal erklären will, den möchte ich nicht aufhalten. In der Anleitung von AJ-Horn steht dazu nur:

Dieser durch Messungen schlecht zugängliche Wert ist ein Maß für die abgestrahlte akustische Leistung. In der fundamentalen Literatur über Akustik und in theoretischen Betrachtungen wird jedoch auf diese Größe Bezug genommen, so dass sie hier der Vollständigkeit auch zum Vergleich mit Literaturwerten angeführt wird. Der Realteil ist durchgezogen und der Imaginärteil gestrichelt dargestellt.

Nunja ... damit die nicht AJ-Horn Jünger auch mal sehen wie sowas aussieht, nachfolgend ein paar Beispiele:

1.) schwarze Kurve = 1 einzelnes URPS-Böxli; rote Kurve = 20 URPS-Böxlis auf einem Haufen:



Man sieht schön, daß bereits bei tiefsten Tönen der Strahlungswiderstand laaangsam ansteigt. Jetzt stellt sich natürlich die Frage, wie sich dieser Effekt in der Praxis auswirkt (daß es lauter geht als ein einzelnes Element ist klar, aber das kann ja nicht alles sein?)

2.) ein "etwas" größeres FL-Horn:



Auch hier schon ein Anstieg bei tiefsten Frequenzen. Allerdings mit deutlichen Schwankungen, und vor allem steigt die Impedanz bei den Spitzen auf deutlich über 1! Was hat das zu bedeuten?


3.) eine halbwegs wohnraumtaugliche TML (nein, nicht der TL-Sub). Dieses Bildchen nur deshalb, weil hier der Realteil der Impedanz bei ca. 30Hz (= Abstimmfrequenz der TML) deutlich negativ wird Was hat das nun wieder zu bedeuten? Die TML strahlt bei 30Hz jedenfalls deutlich Schall ab.




Was soll nun das Ganze? Keine Ahnung, mir ist einfach nur langweilig!

Also liebe mahas und Tthorstens, strengt Euch an!


Grüße
Matthias

[ichse1]

Die akustische Impedanz beschreibt den Widerstand den der Treiber sieht.

Dabei wird der Imaginärteil durch die angekoppelte Luftmasse gebildet. Imaginär deshalb, weil hier nur Energie von einer Form in die Andere "hin und hergeschaufelt" wird. Dem System geht also keine Energie verloren.

Der Realteil wird tatsächlich als Energie abgestrahlt. Er geht dem System verloren und das ist auch gut so, denn das ist der SChall den wir hören.
Dieser Teil wird auch als Strahlungswiderstand oder Strahlungsdämpfung bezeichnet.

Normiert wird das ganze wahrscheinlich auf roh*c von Luft, das weiß ich aber nicht.

Was sagt uns das Alles?

Großer Strahlungswiderstand ist immer zu bevorzugen.
Großer Strahlungswiderstand ist bei tiefen Frequenzen nur durch große Strahlerflächen erreichbar.
Großer Strahlungswiderstand erspart großen Hub.
Ein großer Strahlungswiderstand beim Horn zeigt an, dass die Trafo funktioniert.
usw....

Die neg. Strahlungsimpedanz in der TML ist interessant. An der Rohrreso wird der Treiber von der Luft im Rohr "gezogen"!
Das sollte möglichst vermieden werden, aber wie? Der Resonator schwingt ja phasenversetzt. Hoffen wir mal, dass die Elektrik da hilft...

[20Hertz]

Danke Stefan, so eine Definition habe ich mir gewünscht.

Aber was ist nun, wenn der Strahlungswiderstand stellenweise >1 wird, wie z.B. beim Horn?

Und was wäre z.B. mit einem 20x 8" URPS Stack, wie er im ersten Bild gezeigt wird? Verhält sich "sowas" schon bösartig, oder findet "nur" eine Addition der Membranflächen statt (was unterhalb etwa 50Hz nicht besonders spektakulär wäre)?


Grüße
Matthias

[Farad]

>2 heißt einfach Überanpassung.

Die Strahlungsimpedanz von Luft beträgt 408Ns/m³, die Treiberimpedanz mit Lufmasse und Horn kann teilweise Auch Werte um 600Ns/m² annehmen, bezogen auf rho*c (das stimmt, ichse) ist dies dann in etwa das 1,5 fache.

Bei 408Ns/m³ herrscht Leistungsanpassung und maximale Energieabstrahlung bzw rein reelle Abstahlung, der Phasenwinkel zwischen Schalldruck und Schallschnelle ist Null.

Die Addition der Membranflächen ist das eine, die Strahlungsimpedanz steigt einerseits wie man es von einer größeren Membran erwartet, andererseits steigt aber insbesondere der Realteil noch weiter, was zu einer größeren abgestrahlten Energie führt.

Alles weitere wird jetzt sehr schwierig "mal so eben" in einem Beitrag zu schreiben, vor allem wenn man selbst nicht so ganz recht weiß was man sagt, weil man es nicht gelernt hat. Hier sind wir nunmal ganz klar im Bereich von Physik und Elektroakustik.

Wenn du dich mit dem ganzen aber noch nicht so befasst hast, kann ich dir mein pdf mal ans Herze legen, da steht schon eine ganze Menge halbwegs verständlich drin.

http://www.farad.abi05.info/akustik.pdf

gruß, farad

PS: (wenn mir das mal noch einer richtig sauber erklären könnte, wäre ich auch sehr dankbar Die Sache mit der gesteigerten Leistungsabstrahlung ist mir auch nach mehrmaligem Mailen mit maha überhaupt nicht klar. )

[ichse1]

Hallo Farad,

Kommen die Werte >1 von einer Art Druckkammer?

Wie kann die Strahlungsimp. größer als roh*c werden?
Mehr abstrahlen geht doch nicht, oder? Wo geht die Energie dann hin?

[20Hertz]

Original geschrieben von Farad
Die Addition der Membranflächen ist das eine, die Strahlungsimpedanz steigt einerseits wie man es von einer größeren Membran erwartet, andererseits steigt aber insbesondere der Realteil noch weiter, was zu einer größeren abgestrahlten Energie führt.

Genau das ist der Punkt! Ab wann (welche Membranfläche) wird es "ernst"?
Oder anders gefragt: wann wird aus der Kinderzimmerbeschallung eine ernsthafte Beschallung für´s anspruchsvolle Heimkino. Ich denke mal, daß eine handvoll 10" nie und nimmer ausreicht, sondern einfach nur schrecklich ineffizient ist.

Reicht ein halber qm Fläche?
Reicht ein ganzer qm Fläche?

Original geschrieben von Farad
Wenn du dich mit dem ganzen aber noch nicht so befasst hast, kann ich dir mein pdf mal ans Herze legen, da steht schon eine ganze Menge halbwegs verständlich drin.

http://www.farad.abi05.info/akustik.pdf

Hab ich gelesen und z.T. sogar verstanden. *g*
Ein sehr schöner Beitrag, Kompliment!

Original geschrieben von Farad
PS: (wenn mir das mal noch einer richtig sauber erklären könnte, wäre ich auch sehr dankbar Die Sache mit der gesteigerten Leistungsabstrahlung ist mir auch nach mehrmaligem Mailen mit maha überhaupt nicht klar. )

Genau!

Grüße
Matthias

P.S.: Welche Chassis hast Du eigentlich damals für Deinen URPS verwendet?

[Mr.E]

Original geschrieben von Farad
Bei 408Ns/m³ herrscht Leistungsanpassung und maximale Energieabstrahlung bzw rein reelle Abstahlung, der Phasenwinkel zwischen Schalldruck und Schallschnelle ist Null.

Null? Bis jetzt kann ich mir nicht vorstellen, daß die Phase einen anderen Winkel als 90° annehmen kann...

[ichse1]

Mr.E:
Es ist tatsächlich nicht ganz leicht vorstellbar, die Phase zwischen Druck und Schnelle kann aber jeden Winkel annehmen, auch Null.

[Mr.E]

Auch bei einem Sinus?

[ichse1]

ja.

Hat mit der Signalform überhaupt nichts zu tun. Wird eine ebene Welle abgestrahlt, dann sind Druck und Schnelle in Phase. Bei einer Kugelwelle nicht.

bei ebener Welle gilt:
Druck=Schnelle *408Ns/m³

[Farad]

Hm.

@20Hz

Es gibt keine Grenze ab der es "ernst" wird. Man kann mit jeder Membran jede beliebige Tonfrequenz erzeugen. Man kann jeden sinnvollen Schalldruck mit einer definierten Membranfläche erzeugen. Das Problem wird also immer sein, einen Kompromiss aus Größe, Preis und Pegel zu finden.

Tatsache ist, dass Membranfläche mehr als Hub bringt. Auch wenn in der einfachen Formel für Pak erstmal beides gleich eingeht, steigt die abgestrahlte Leistung bei zwei Chassis um mehr als das doppelte.

Eine Handvoll 10" ist schon sehr mächtig. Es kommt nicht nur auf das Verschiebevolumen an, sondern eben insbesondere auf die kohärrent schwingende Membranfläche und letztendlich auch um die Leistung die effizient umgesetzt wird. Selbstverständlich sind auch 10" im Rudel noch schrecklich ineffizient, aber damit muß man sich in der Elektroakustik eben abfinden. Auch große Basshörner haben einen gesamtwirkungsgrad von selten mehr als 10%. Das ist relativ zu dem 1% einer geschlossenen Box doch schon sehr ordentlich.


Für meinen Urps hab ich sehr billige Chassis verwendet. Das Rückkammervolumen durfte nicht zu klein sein. Der erste Versuch war eigentlich ziemlich erfolgreich, die Chassis haben nur rein elektrisch zu wenig ausgehalten.

"Normale" Chassis sind nicht dafür ausgelegt, dass sie nur wenig Hub machen, sondern sind auf großen Hub und zwangskühlung ausgelegt. Man bräuchte für einen weiteren Versuch Chassis mit Schwingspulenunterhang und eben eine ganze Menge anderer Parameter die ich inzwischen so ungefähr im Kopf hab. Mir ist bisher aber kein bezahlbares Chassis begegnet und überhaupt ist mir die ganze Bassgeschichte reichlich egal geworden.

Wenn man sich ein wenig in die Sache reingefuchst hat merkt man, dass es ohne große Boxen einfach nicht geht. Irgenwoher muß der große Realteil der Strahlungsimepdanz halt kommen. Es bleibt einfach nur ne große Strahlerfläche. Ob man die jetzt durch viele kleine oder durch ein großes Horn erzeugt ist für die Heimwiedergabe erstmal ziemlich egal.

Aber wozu denn? Man braucht die Pegel zu Hause einfach nicht.

Wenn du Platz und Lust hast, probier doch mit Urps mal rum. Wenn du was wissen willst, einfach mailen. Bin leider immernoch einer der Wenigen, die die Sache tatsächlich mehreremale aufgebaut haben.

Aus Erfahrung kann ich dir sagen: Wenn man RICHTIG Schalldruckpegel im Nutzbass braucht muß man schon SEHR viele Chassis stacken um auf den Pegel zweier Hörner zu kommen. Bau dir zwei BEC1 und leg sie in der Mitte nebeneinander. Oberton, B&C, EV (gebraucht). 16 10" verlieren um Längen gegen ein BEC1. 4 18" BR-Subs eines namhaften Herstellers verlieren um Längen gegen zwei BEC1.

Das Bassproblem ist das kleinste. Der Mittelhochtonbereich muß stimmen.


@Ichse

rho*c ist der Wert für eine forschreitende Welle. In einer Druckkammer kann sich keine Welle ausbreiten, der Schalldruck ist an jeder Stelle im Raum gleich. Luft ist ein kompressibles Medium. Man kann SEHR viel Arbeit an einem Lufvolumen verrichten, bevor die Moleküle aufeinandersitzen. Mehr als die Luft bei einer forschreitenden Welle "verträgt". Ums anschaulich zu machen. Energieerhaltung ist selbstverständlich erfüllt.

Druck wird "beliebig" groß, Schnelle bleicht gleich, also steigt Z. Anders gesprochen: Die Dichte der Luft in der Druckkammer ist höher. Tatsächlich steigt natürlich dadurch die Schnelle an der Öffnung ganz gewaltig und kann später durch das Horn wieder in Druck "umgewandelt" werden. Das ist prima.

Die Strahlungsimpedanz ist tatsächlich eine IMPEDANZ. Sie ist komplex. (du weißt das, aber vielleicht liest ja noch jemand mit) Im Idealfall ist für maximale Leistungsübertragung Innenwiderstand der Quelle (Halsimpedanz) gleich der Verbraucherimpedanz (Raumluftimpedanz, 408Ns/m²)

@all

Ich versuchs mal nochmal mit der Leistungsabstrahlung.
Man mißt vor einem Kugelstahler 0. Ordnung im Freifeld in einem Meter Abstand einen Schalldruckpegel von 80dB. Dies entspricht einem Schalldruck von 0,2Pa und einer Leistung von 1,23*10^-3W.

Stellt man jetzt einen zweiten Schallstrahler dazu, so mißt man einen um 6dB erhöhten Schalldruckpegel. Einerseits schwingt die doppelte Membranfläche, andererseits wird die Eingangsleistung verdoppelt. Der Schalldruckpegel kann einfach addiert werden, wir kommen also auf 86dB. Die entspricht einem Schalldruck von 0,4Pa (oh Wunder, das doppelte, anschaulich klar) und einer Schalleistung von 4,9*10^-3W. Die abgestrahlte Leistung ist also um rund das 4-Fache gestiegen.

Nehmen wir jetzt 4 Schallstrahler dann haben wir einen Schalldruckpegel von nochmals 6dB mehr, also von 92dB. Die entspricht wiederum ganz anschaulich dem vierfachen Schalldruck von rund 0,8Pa. Die Schalleistung steigt auf das 16-Fache, nämlich rund 1,97*10^-2W.

Die Schalldruckveränderung kommt einem noch recht logisch vor, vier Chassis erzeugen den vierfachen Schalldruck bzw 12dB mehr Schalldruckpegel, die Leistung steigt bei 4 Strahler aber auf das 16-Fache, bei vierfacher Eingangsleistung.

Der Wirkungsgrad hat durch das stacken also ganz gewaltig zugenommen. Die Betrachtungen gelten natürlich immer nur, solange die Strahlergröße klein ist gegen die Wellenlänge, bzw der Abstand der Strahler nicht größer als 0,5*lambda ist.

Durch die größere Stahlergröße kommt es aber ausserdem zu einer Erhöhung der Bündelung. Das Bündelungsmaß steigt und aus den vier Kugelstrahlern 0. Ordnung wird je nach Anordnung ein großer Kugelstrahler (was nicht sinnvoll ist und in der Praxis kaum durchführbar) oder eine Fläche (was man in aller Regel anstrebt) oder eine Linienquelle. (was je nach Einsatzgebiet gewünscht sein kann).

Auf der Hauptabstahlachse erhöht sich der Schalldruckpegel auf grund der Bündelung also auch schon bei zwei Chassis um MEHR als die 6db.

In wie weit das jetzt für zu Hause interessant ist, kann ich nicht so ohne weiteres sagen.

In der ganzen Betrachtung wird völlig ausser acht gelassen, wie stark die Chassis beansprucht werden und was die Strahlungsimepdanz im Raum so macht. Ecken, Kanten und Wände haben starke Einflüsse, Bassreflexrohre, Absorber (erwünscht oder unerwünscht). Ausserdem wird von einem perfekten Kolbenstrahler ausgegangen. Bei sehr tiefen Frequenzen und "normaler" Belastung der Membran mag das stimmen. Werden die Frequenzen aber höher (-> 100HZ) und wird die Membran im Strahlugsimpedanzbereich der Leistungsanpassung betrieben geht der Hub zurück (man stackt im Hifibereich normalerweise keine Bassboxen), die Schwingspule wird nichtmehr so stark gekühlt. Die Membran bricht außerdem in Partialschwingungen auf. Die Steifigkeit ist wichtig.

Will man stacken und Tiefbasspegel erzeugen braucht man also ganz im Gegensatz zum "Einzelbetrieb" keine schweren Membrane, sondern kleine, steife Membranflächen mit sehr starkem Antrieb. Die Srahlungsimpedanz kommt allein durch die Membranfläche, der Hub spielt dann eine untergeordnete Rolle. Er muß natürlich vorhanden sein, spielt sich aber im Millimeterbereich und nichtmer im Zentimeterbereich ab. Der Wirkungsgrad ist wie bereits erwähnt bei guter Anpassung rund 10x so hoch, bei gleicher Fläche kann der Hub also auf ein Zehntel abnehmen. Durch Schwingspulenunterhang kann die Spule gut gekühlt werden. Leider ist die Leiterlänge dann sehr begrenzt, die Erfahrung zeigt aber, dass man mit kurzen Leichten Spulen und dementsprechend leichten Schwingeinheiten höhere Wirkungsgrade erzielen kann. Leiterlänge und Strom scheiden bei kleiner, leichter Spule aus, es bleibt also nur das Magnetfeld. Tja, und schon haben wir ihn, den Urps/Horntreiber.

gruß, farad

sorry, ist länger geworden als gedacht, aber wenns n paar Leute ne Ecke weiterbringt....

[Ollie]

Mr. E:

Nur ganz kurz: Phasenwinkel 0 Grad bzw. Vielfache von 360 Grad: die beiden Groessen sind in Phase: beim ohmschen Widerstand sind U und I in Phase (und bei Gleichstrom auch). Hast doch Abitur jetzt, oder?

Farad:

Ueberanpassung: man faengt irgendwann mal an, Stossfronten in der Luft zu erzeugen - spaetestens wenn die Schallschnelle die Schallgeschwindigekeit im Medium erreicht. Bereits lange vorher verbiegt man die Signalform, weil die Luftkennlinie stark in die Nichtlinearitaet geht.

Cheers,
Ollie

[ichse1]

Hallo Farad,

Danke für den Erklärungsversuch. In der Druckkammer eines Hornes ist es ja anschaulich verständlich. Die Simu zeigt aber auch Impedanz >1, wenn Ah=Sd gewählt wird. Dann versteh ichs nicht mehr.

Ein Erklärungsversuch:
Wenn man sich aber überlegt, dass die Mebran die Luft im Nahfeld stärker als roh*c verdichtet und diese sich dann wieder entspannt um als Welle mit den "natürlichen" roh*c fortzuwandern, dann ist da eigentlich nix seltsames mehr dran.

( ich meine mit Nahfeld nicht den Hallradius, sondern den Bereich vor der Membran in dem die Druckerhöhung entsteht. Dort ist noch keine Welle ausgebildet!)

...80dB. Dies entspricht einem Schalldruck von 0,2Pa und einer Leistung von 1,23*10^-3W.

Wie hast du die Leistung berechnet?


Ollie:

Die SChnelle ist selbst bei seeehhhr großen SChalldrücken um ein Vielfaches kleiner als die SChallgeschwindigkeit.

ebene Welle: Schnelle = Druck /roh*c
probiers aus!

[maha]

Guten Morgen!

Na da habt ihr euch ja heftig angestrengt........

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Die ak Impedanz der Membranvorderseite eines Direktstrahlers steigt quadratisch an. Das passt wunderbar mit der Mechanik zusammen.... der Hub sinkt nämlich quadratisch mit zunehmender Frequenz. Daraus folgt: Die Membrangeschwindigkeit sinkt linear mit zunehmender F.. Die Membrangeschw. geht aber quadratisch in die abgestrahlte Leistung ein. Daher gleicht sich der (quadratische) Anstieg der Str.Imp mit der linearen Verringerung der Membrangeschw. aus. Es ergibt sich eine (halbwegs) konstante Ak. Leistung über die Frequenz. Natürlich nur in jenem F-Bereich, in dem die Str.Imp quadratisch ansteigt.

Die ak Impedanz der Membranvorderseite eines FL-Horntreibers weist "Welligkeiten" auf, schwankt aber nur rund um einen bestimmten Wert. Den Bereich des quadratischen Anstiegs der Str.Imp. gibt´s nicht mehr! Der Treiber ist aber massebehaftet. Daher will er mit zunehmender Frequenz den Hub verringern.
Und jetzt wirds schwierig. Besser gesagt: Ein funktionierendes Horn ist schwierig hinzukriegen.

Stacking von Direktstrahlern. Farad meint: "... leichte Membranen..." . Klar! Denn die Str.Imp eines Stacks von Kickbässen kann schon im "Konstantbereich" zu liegen kommen. Daher müssten die Treiber über den Einsatzbereich eine konstante "Membrangeschw." aufweisen. Tun sie aber nicht, da sie massebehaftet sind. (siehe oben). Bei "leichten" Membranen ergibt sich ein besserer Wirkungsgrad. Und nur dieser zählt!
Dazu könnte man jetzt viel schwafeln.

Stacking von URPSen:
URPSe verhalten sich lustig.
--> der Hub bleibt wegen des Unterresonanzbetriebs fast frequenzunabhängig. Er sinkt also nicht mit zunehmender Frequenz.
--> Da ein UR-Woofer IMMER (bei jeder Frequenz) Leistung in die starke Luftfeder pumpen muss, ist ihm die Membranmasse weitestgehend egal........
Auch dazu könnte man viel schwafeln.

Gruß, maha

PS: alles nur meine Meinung!!!

[ichse1]

Hallo Maha,

Du gibst mir immer wieder zu denken. Danke!

Direktstrahler ist ja bekannt, aber die Sache mit dem FL Horn hab ich so noch nicht gesehen.

Die Impedanz ist f-konstant, also sollte auch die Membranschnelle f-konstant sein um einen lin. Fgang zu erzeugen. Die SChnelle unseres Treibers arbeitet aber nie wirklich f-konstant. Unter der Reso steigt sie, darüber fällt sie. Und dazwischen? Da regiert die Dämpfung und genau da müssen wir ansetzen. Die Reso eines Horntreibers im Gehäuse muss also in die Mitte des zu übertragenden Frequenzbereichs und sie muss sehr stark bedämpft werden um eine flache SChnelle hinzukriegen. Wie sollen wir sie aber bedämpfen? Der Horntrichter sollte groß genug sein um am Hals eine ebene Welle wirken zu lassen und eine Unterstützung der Elektrik wäre auch nicht verkehrt. Wo führt das hin? Zurück zu Bekanntem: Hörner müssen riesig sein und die Treiber brauchen mächtige Antriebe!

URPS:

Ein richtiger URPS muss auch riesig sein, um eine f-konstante Impedanz zu erhalten. Dadurch braucht man nur mehr 6dB zu entzerren um auf einen linearen Fgang zu kommen.