Horn/Waveguide für planare Welle

[raphael]

Hallo!

Diese Frage richtet sich wohl eher an die PA-Spezialisten und die Hörnerfreaks.
Gibt es eigentlich solche Hörner/Waveguides die eine ebene Wellenfront erzeugen? Ich weiß, daß es von BMS soetwas gibt. Allerdings ist hier Treiber mit dem Waveguide festverschraubt und der Preis ist tödlich (ca. 470/Stk.), wenn man bedenkt, daß die Dinger für LineArrays gedacht sind und man davon mehrere benötigt. Allerdings eht aus der Beschreibung hervor, daß die einfach nur zwei ihrer "normalen" Treiber genommen haben und einen entsprechenden Waveguide bzw. Horn davor gesetzt haben. Daher die Frage, weiß jemand, wie soetwas aussehen müßte oder wie man das berechnen kann? Und um von der Theorie zu Praxis zu kommen, kann man soetwas auch selber bauen?

MfG,

Raphael

P.S. Bevor die Bedenken nach dem Sinn der ganzen Sache kommen, es geht mir eher um den Lernfaktor als um eine Supersparlösung und einfach das fertige Ding zu kaufen, davon lernt man nicht, achja und von Visaton gibt es soetwas nicht, soweit ich weiß.

[Farad]

Hallo raphael,

die Entwicklung ist sehr schwierig. Die Wirkungsgradsteigerung durch ein Horn ist kaum von interesse, ist die plane Wellenfront erstmal erzeugt kann ein einfaches Exponentialhorn vorgeschaltet werden.

Auch das BMS-Gerät wird garantiert keine plane Wellenfront erzeugen. Würde es dies schaffen würde die 10x10cm große Wellenfront wie eine Kanonenkugel aus dem Horn schießen und mit der Entfernung nur durch Luftdämpfung abnehmen. Sowas ist auch für Line-Arrays nicht das Ziel.

Deutlich einfach wäre die Geschichte im Bassbereich. Man bekommt vom Chassis selbst quasi eine ebene Wellenfront wenn man an einen Zylindrischen Fortsatz koppelt. Im Hochtonbereich hat man erstmal die Kalottenform klassicher Hochtöner die einer ebenen Wellenfront prinzipiell shcon entgegenspricht. In einer Bass-TML sind quasi-parallele Wellenfronten. Damit kommt man aber nicht weiter weil der Stahlungsimpedanzsprung dann eben am TML-Ende passiert und man sich ausser der Reso nichts "einfängt". Der Übergang zum offenen Wellenfeld ist so also nicht zu schaffen!

Es bleibt also nur der kontinuierliche Übergang, die Entdeckung des Hornes, erstmals formuliert von Webster. Ihm ging es um das verkürzte Exponentialhorn. Das Konushorn ist prinzipiell deutlich günstiger und hat bis auf den Hornhals deutliche Ähnlichkeit mit dem Waveguide von Geddes. Solche Konstrukte funktionieren, müssen aber riesig groß sein. Was man damit erreicht sind aber auch keine PLANEN Wellenfronten. Man bekommt nur schöne Bündelungswinkel hin.

Das Entwicklungsziel kann also meiner Meinung nach nur das erstellen einer planen Wellenfront am HornHALS sein. Dies ist durch augeklügelte Phaseplugeinrichtungen evtl zu schaffen. Ob man dann ein Exponentialhorn oder was auch immer anflanscht um die Wellenfront wieder definiert auseinaderdivergieren zu lassen ist zweitrangig.

Ein solches Phaseplugkonstrukt kann nicht ohne Horn entwickelt oder vermessen werden. Ohne weiteren Forsatz existiert die ideale Wellenfront nur wenige Zehntel Millimeter, weil der Strahlungswiderstand natürlich nicht reell ist sondern nur der Realteil zur Mitte hin zunimmt. Man bekommt also sofort wieder die klassische Kugelwelle.

Prinzipiell braucht man einen Treiber der aufgrund seiner baulichen Eigenschaften auf und innerhalb der Membran weitestgehend linearphasig arbeitet. Von jedem Membranpunkt muß fast zwingend eine kohärrente Elementarwelle ausgesandt werden. Dann kann über Rechnung und Versuch ein Phasenkorrekturelement konstruiert werden das die Laufzeit (und somit auch die Phasenunterschiede) bedingt durch die unterschiedlichen Weglängen ausgleicht und eine kohärrente Wellenfront am Hornhals erzeugt.

Die Ansätze der Hersteller sind vielseitig. Wie gut sie in der Praxis tatsächlich funktionieren kann ich dir nicht sagen. Oft überschätzt man die Entwicklungsarbeit aber auch!! In vielen Studioboxen sind "Waveguides" eingebaut die ihren Namen eigentlich nicth verdienen. Es gibt weder eine Rechengrundlage die die Form rechtfertigen würde, noch bestätigen Messungen die Funktion.

Die erste Adresse ist hier wohl das JAES mit sämtlichen Beiträgen und Veröffentlichungen über Phaseplugs und ähnliche Konstruktionen. Bevor man die nicht komplett durchgearbeitet hat lohnt es sich wohl kaum selbst Versuche oder Rechnungen anzustlelen. Die Mühe muß man sich ja nicht machen! Das Problem ist, dass die Papers ziemlich teuer und schwer zu bekommen sind. Der Richtige Weg wäre hier in einer amerikanischen Uni nachzusehen ob man die Papers irgendwie einsehen kann. Bei uns ist es zum Beispiel auch kein Problem DIN-Normen anzusehen, die ja prinzipiell auch schweineteuer sind.

Einfach mal die Drechselmaschine und die Bandsäge zu schwingen ist glaube ich nicht sinnvoll. Alles was über den normalen Phaseplug hinausgeht sollte doch durchdacht sein.

Wiedermal gilt aber: Das Konzept selbst ist entscheidend. Ich denke andererseits eben auch wieder, dass man mit wenigen Elemente schöne Bündelugsmaße hinbekommen kann.

Die Frage ist eben auch, was das letztendliche Entwicklungsziel denn sein soll. "Interessehalber" ist immer schwierig, weil rein theoretisch. Du solltest dir einen konkreten Anwendungsfall ausdenken auf den hin du entwickeln willst.

Wenn ich mit 3D-Cad und Amplitudengangmessung oder ähnlichem helfen kann kannst du mich gerne anmailen. Die erforderliche Mathe werde ich leider nicth drauf haben...

MfG, farad

[raphael]

Ok, dann machen wir das ganze mal konkreter:
Ich rede von diesem Ding hier:
http://www.bmspro.com/products/la102nd.html
Liest man sich den Text durch, so fällt auf, daß eben aus der sphärischen Wellen eines Kompressionstreibers eine zylindrische (=planare) Welle mit Hilfe einer Umformung durch einen Waveguide erzeugt wird. Wenn ich das richtig verstanden habe sind die Teile dafür gedacht, daß da anschließend noch ein Horn vorgeschraubt wird. Außerdem glaube ich, daß dieses Konstrukt nur ein Zwischenschritt ist hin zu dem anderen Line-Array-Treiber, der gleich so eine planare Welle erzeugt, der 4510ND. Dieser wird ebenfalls mit vorgesetzten Horn dann in den Coda-LineArray-Elementen verwendet.
Aber zurück zu dem LA102. Wenn man es hinkriegen würde, so einen Waveguide selber herzustellen, dann wäre das ja eine u.U. kostengünstige Lösung, ebefalls so einen LineArray-Treiber zu bauen, zumal es ja auch günstigere Treiber gibt.
Als letztendliches Endziel könnte ich mir vorstellen, durchaus mal so ein LineArray zu bauen, das Beschallungszwecken stand hält, das wäre aber ein absolutes Fernziel und muß nicht in den nächste 2 Monaten geschehen. Mit Eigeninteresse meine ich auch, daß es nicht Zielvorgabe ist, daß Ding dann auch professionel zu verleihen oder so, ok, wenn s funktioniert und der Verleih sich ergibt, warum nicht, aber darauf will ich gar nicht schielen, es geht mehr eher um die Sache an sich halt. Hoffe, Du kannst so verstehen, was ich meine: Es soll Hobby mit Lerneffekt sein.

Raphael

[raphael]

Noch was: An die JAES-Papers kann ich rankommen über unsere Unibibliothek. Wenn ich weiß, welchen Artikel ich haben will, dann kann ich den als Kopie bestellen. Ist sogar relativ günstig. Und die Artikelsuche müßte über die AES-Homepage möglich sein.
Btw. mit Artikeln aus der SpeakerBuilder hat das schon geklappt.

Raphael

[Frank]

Für alle, die sich nichts unter einen Ebenen Welle vorstellen können:

[Farad]

@raphael

ich werde dir bald eine Liste der Papers posten.

farad

[raphael]

Jo, mach mal.

[Ollie]

Naja, die Papers sind maeesig brauchbar. Viel wurde nicht gemacht.

Zur ebenen WF: Der interessanteste Ansatz ist noch der von irgendsoeinem Franzosen (Heil?), der ueber Reflektoren eben WF erzeugt. Wird optisch-geometrisch gerechnet. Google mal nach Nexo (das ist die Firma) und Geo Tech waveguide. Sollte ein pdf hochkommen namens "GEO_Tech_Ovu_Prnt.pdf".

Geistert hier meine Liste durchs Netz?

Cheers,
Ollie

[Farad]

noch geistert nix! soll sie nicht?

[Farad]

nochwas, bevor wir ich mich an zig seiten Diskussion beteilige (das ist ja ausnahmsweise mal wieder ein Thema das mich wirklich interessiert!!)

raphael, hast du vor das wirklich umzsetzen? Ich helfe wo ich kann, leider sind so Überlegungen hier für meinen Geschmack doch oft zu theoretisch....

gruß, farad

PS: Das ist genau so gemeint wie ich es geschrieben habe und soll bloß kein Angriff an dich oder sonst irgendjemanden sein!

[raphael]

@Farad: Habe das auch nicht als Angriff wahrgenommen.
Ja, habe wirklich vor, soetwas zu bauen. Das soll aber auf einer soliden Grundlage geschehen, einfach so in den blauen Dunst hinein drauf loszubauen möchte ich nicht, daher habe ich mir auch keinen Zeitplan oder so gesetzt, bis wann ein funktionierendes Teil vorhanden sein soll, soll heißen, wenn die dafür nötigen theoretischen Überlegungen und das Wissenaneignen zwei Monaten dauert macht nichts, dauert es 4 Monate ist auch nicht schlimm. Wie gesagt, das ganz soll Hand und Fuß haben, und es soll etwas solides bei rauskommen.

Raphael

[raphael]

@Ollie: Jup, habe das PDF gefunden. Werde mir das mal in Ruhe durchlesen.

Raphael

[Ollie]

@Farad: Doch, doch, lass' geistern, bis der Router quitscht; find ich gut, wenn's hilft. Ich hab sie ja auch nur zusammenkopiert (Originale liegen im audioasylum).

Cheers,
Ollie

[raphael]

Bzgl. Waveguides habe ich hier jetzt zwei Artikel aus JAES vorliegen:
"Acoustic Waveguide Theory" Earl R. Geddes
"Acoustic Waveguides - In Practice" P. D. Bauman, A.B. Adamson und E.R. Geddes
Die scheinen sehr ergiebig zu sein zumindestens was Theorie und Mathematik angeht. Werde die mal durcharbeiten, sind einige Seiten, aber schon in der Einleitung wird die Frage angeschnitten, um die es in den Artikeln geht: Welche Form muß der Waveguide haben, um die gewünschte Wellenfront zu erzielen. Das ist ja im Grunde genomme genau die Frage, um die es auch bei uns hier geht.

Raphael

[Farad]

Hallo,

wenn du aus den Papers schlau wirst, lass mich wissen was drinsteht. Ich hab die einige Male versucht zu verstehen, ohne wirklich auf ein Ergebnis zu kommen. Was ich mir habe drehen lassen hat nicht funktioniert obwohl es genau nach Formel berechnet war. Alles andere ist derart verzwickte Mathe dass ich abends beim Glas Wein nie Bock hatte mich da vollends mit rumzuschlagen. Noch dazu dass WEDER ein Line-Array noch ein Wave-Guide eine plane Wellenfront erzeugt. Glaube mir das bitte. Sie alle formen das Bündelungsverhalten aber erzeugen keinen Abstrahlwinkel von 0°.

Was willst du jetzt also? Einen Line-Array Treiber mit definiertem Abstrahlverhalten Dann müßten erst die einzusetzenden Bässe definiert werden und ein Versuchsaufbau her damit man weiß auf welche Bündelung hin man überhaupt hinentwickelt. Oder willst du wirklich versuchen plane Wellenfronten hinzubekommen?!

Für ein Line-Array ist die Bündelung prinzipiell egal. Der Theorie nach muß das Chassis KUGELFÖRMIG abstrahlen. Durch die Anordnung innerhalb der Wellenlänge kommt es dann Vertikal zur Aufsummierung der Elementarwellen zu einer Zylinderwelle, horizontal zu breiter Abstrahlung was zum -3dB/Entfernungsverdopplung-Gesetz führt.

Für ein unendlich langes Line-Array funktioniert dies theoretisch. Für die praktischen Umsetzungen haben sich leicht eingeschränkte Bündelungswinkel durchgesetzt weil oft nur 8 Elemente eingesetzt werden. Ich sage es nochmal: Das Ziel ist eine Zylinderwelle, keine ebene Welle. Das Bündelungsmaß im Hochtonbereich noch größer zu machen ist nicht sinnvoll! Man kann weder Mittel-noch Tiefton mit vertretbarer Gehäusegröße derart richten, so daß schon in wenigen Metern Entfernung ein unausgewogenes Verhältnis zwischen Hoch und Mittelton entsteht.

Das einzige was man also schaffen muß ist die Hochtonquelle so zu unterteilen, dass einzelne kleine Elementarwellen enstehen die nicht miteinander interferferieren sondern eine vollständige Zylinderwellenfront aufbauen. Der für den Selbstbauer sinnvollste Ansatz kommt meiner Meinung nach von ElectroVoice. Man muß den Weg des Treiber vom Hornhals bis zum Hornmund in minimal kleine Segmente unterteilen die am Hornmund zu einer Welle aufsummiert werden. Also Öffnungsfunktion würde ich die Tractrixfunktion vorschlagen wenn das Bündelungsmaß nicht allzustark sein soll. Das kommt jetzt stark auf die Trennfrequenz an. Ansonsten würde ich ein Konushorn in der Horizontalen (vertikale konstant) mit großzügiger Hornhalsabrundung versuchen. Es ist eine gute Näherung des Waveguides von Geddes in eine Richtung. Die Abstrahlung vertikal ist fast egal, weil ohnehin nicht viel gelenkt werden kann. Am Hornmund enstehen ja wieder Kugelwellen. In wie weit diese theoretischen Überlegungen in der Praxis umgsetzt werden können muß man messen.

Das Problem am Line-Array-Elementen besteht darin, dass man sie alleine nicht vermessen kann. Man muß fast zwangsläufig 8, besser 16 Elemente aufbauen um dann eine einzige Messung durchzuführen. Man muß bei großen Lautstärken messen um das reale Verhalten zu erfassen. Die Linienlänge ist entscheidend für den Strahlungswiderstand des einzelnen Elements.

Um ehrlichzusein halte ich die Entwicklung eines Line-Arrays für eine Privatperson unmöglich. Der Aufwand ist enorm! Wozu? Muß man als Prvatperson oft mehr als 5.000 Menschen beschallen? 10.000 mach ich dir noch mit ner klassischen guten Hornanlage und es klingt bei leibe nicht schlecht. Setzt man Delay-Lines ein ist der Sound oft sogar besser und homogener als bei Line-Array. Sie lohnen eigentlich nur wenn man schnell und einfach wirklich große Massen an Leuten beschallen muß. Für die großen Hallen macht man die Einstellung einmal und hat sie von da an im Controller, der Aufwand für das erneute Aufbauen ist minimal....

Theorie okay, die ist soweit da. Die habe ich in den Beiträgen hier und weiter oben hoffentlich verständlich rübergebracht. Das praktisch aber umzusetzen ist sehr, sehr aufwendig. Angefangen bei fertigen der Hörner....

gruß, farad