Schallwandeinfluss: das Positive und das Negative.

[harry_m]

Über Schallwand einfluss ist viel geschrieben worden. Sehr oft ist zu lesen "... und dazu schone breite Schallwand..."

Der Beitrag von UweG im Classic200 mit AL130 Thread bewegte mich dazu, diesen Thread aufzumachen. Hier ging es um den sog. "Bafflestep".

[i]...Nemhen wir an, wir hätten eine 34cm breite und 34cm hohe Schallwand und in der Mitte ein Chassis mit hinreichend kleiner Membran, so dass das Chassis nicht bündelt. Die vom Chassis abgestrahlte Welle wird bein Erreichen der Schallwandkante gebeugt. Die gebeugte Welle hat nach vorn hin -6dB Pegel gegenüber der Originalwelle und negative Phase. Betrachten wir beispielhaft einige Frequenzen:

10 Hz: Lambda = riesig.
Der Schall ist vom Chassis aus nur einen Bruchteil der Wellenlänge gelaufen, wenn er gebeugt wird. Die gebeugte Welle wirkt also in alle Richtungen voll ==> 6dB Bafflestep

1000 Hz: Lambda = 34cm.
Der Schall ist genau 1/2 Lambda vom Chassis aus gelaufen, wenn er gebeugt wird, also 180° phasenversetzt. Die eigentlich destruktive gebeugte Welle wird konstruktiv. Auf Achse gibt es Verstärkung. Ausserhalb der Achse wirken die gebeugten Wellen nur schwach, weil die erzeugende Geometrie (Quadrat von 34cm Kantenlänge) bei 1000Hz schon heftig bündelt.

2000 Hz: Lambda = 17cm.
Der Schall ist genau 1 x Lambda vom Chassis aus gelaufen, wenn er gebeugt wird, also 360° phasenversetzt. Die destruktive gebeugte Welle wird wieder destruktiv. Auf Achse gibt es Abschwächung. Ausserhalb der Achse wirken die gebeugten Wellen nur schwach, weil die erzeugende Geometrie (Quadrat von 34cm Kantenlänge) bei 2000Hz schon sehr heftig bündelt.
==> Genau hier gehört eine Trennfrequenz hin, die die in den Raum abgestrahlte Energie reduziert.

Höhere Frequenzen: Lambda 10cm oder kleiner
Die Laufzeitunterschiede der Schallwelle auf der Schallwand bis zum jeweiligen Schallwandende bewirken, dass die gebeugte Welle an verschiedenen Stellen der Schallwandkante zunehmend Phasenversatz gegen gebeugte Wellen an anderen Stellen aufweist. Die Signale addieren sich nicht mehr und der Einfluß nimmt mehr und mehr ab. Wir nähern uns der unendlichen Schallwand. [/B]

Den Ausführungen mit der Summenbildung kann ich nicht ganz folgen: nehmen wir das Beispiel bei 2000Hz: mit 360° musste es doch wieder eine Überhöhung geben? Wir gehen vom eingeschwungenen Zustand aus, und Signale mit 360° Verschiebung müssten sich addieren?

Das ist aber nur so 'ne Frage am Rande.

Auf eine viel interessantere Überlegung brachte mich Volker in unserem Telefongespräch: die viel beschworene "Schallwandunterstützung" muss doch die "Schallquelle" vergrößern, nicht wahr?!

[UweG]

die viel beschworene "Schallwandunterstützung" muss doch die "Schallquelle" vergrößern, nicht wahr?!

Das ist stark vereinfacht und nur für tiefe Frequenzen gültig. Zu hohen Frequenzen hin verhält sich ein kleiner Strahler auf einer großen Schallwand ganz anders als ein größerer Strahler.


Zu den 2000Hz: Stimmt genau. 360° ist in Phase, aber was war 360° gedreht? Der Schall der an der Kante ankommt, nicht die gebeugte Welle die dort entsteht, die ist gegenphasig zum ankommenden Schall und 6dB schwächer.

[harry_m]

Tiefe Frequenzen? Um welche Frequenzen reden wir denn?

Ich will ein Wenig ausholen: Volker berichtete, dass eine MT-Kalotte alleine und ohne Schallwand eine hervorragende Ortung ermöglichte (Volker korrigiere mich, wenn ich den Sinn Deiner Aussage falsch wiedergebe).

Das bewegte mich darüber nachzudenken, und mir viel auf, dass es viele annerkant gute Boxen gibt, die eine sehr schmale oder überhaupt keine Schallwand haben. Am bekanntesten dürften wohl die B&W 800/801 und die noch berühmtere "Nautilus" gelten: die letzte ist das Beispiel einer Box ohne Schallwand. Die Liste lässt sich weiter führen, auf Anhieb denke ich z.B. an die "Matrix".

[UweG]

Das geht mir jetzt etwas durcheinander.
Ich meinte: Die Abstrahlcharakteristik zu tiefen Frequenzen sind nahezu unabhängig von der Membrangröße und nur abhängig von der Schallwandgröße. Tiefe Frequenzen sind etwa die deren halbe Wellenlänge nicht auf die Schallwand passt. Von Ortung habe ich nichts gesagt.

Probiert doch mal unterschiedliche Membrangrößen auf gleicher Schallwand und gleiche Membrangröße auf unterschiedlich großen Schallwänden in Boxsim aus, dann seht ihr was passiert.

[Volker]

Stimmt Harry, aber was meinst Du mit alleine?

[harry_m]

@Volker:

"alleine" war wohl keine gelungene Formulierung... Du hast ihn doch ohne Schallwand spielen lassen?!

@UweG:

Richtig, es sind auch mehrere Aspekte, die gleichzeitig wirken...

"Tiefe Frequenzen sind etwa die deren halbe Wellenlänge nicht auf die Schallwand passt." Das ist sehr schöne Formulierung - damit ist die Frage auch beantwortet.

¹Probiert doch mal unterschiedliche Membrangrößen auf gleicher Schallwand und gleiche Membrangröße auf unterschiedlich großen Schallwänden in Boxsim aus, dann seht ihr was passiert."

- Genau das hatte ich vor, als ich mit der Simulation meiner Centerbox begann: ich wollte ursprünglich nur eben diese Veränderung ansehen...

[AH]

Auf eine viel interessantere Überlegung brachte mich Volker in unserem Telefongespräch: die viel beschworene "Schallwandunterstützung" muss doch die "Schallquelle" vergrößern, nicht wahr?!

Hallo,

das ist nicht richtig. Die Schallwand verhält sich wie ein Spiegel. Da der Strahler selbst in der Spiegelebene liegt, sind Original und Spiegelbild identisch. Die Schallquelle wird nicht "vergrößert".
Ein Problem entsteht erst, wenn sich der Strahlungswiderstand an Gehäusekanten sprunghaft ändert.

Gruß

Andreas

[UweG]

Gibt es schon ==> hier
So werden Visaton-Chassis gemessen. Ausnahme: Neue Messungen von Hochtönern und MT-Kalotten sind in der DIN-Schallwand in 1 m Abstand gemacht.

Das mit dem "Boxsim verwenden" könnte aber den Haken haben, dass außer Visaton und mir z. Zt. niemand Chassisdateien erzeugen kann. Diese Diskussion ist aber schon geführt.

[AH]

Hallo,

mich würde ja immer noch eine Erklärung interessieren, warum Visaton die Messungen in einem so wenig reproduzierbaren, so wenig aussagekräftigen Verfahren macht.

Normalerweise wird man Lautsprecher in einer unendlichen Schallwand messen, wenn man eine Aussage über den Lautsprecher (und nur den Lautsprecher) haben will. Diese Methode sollte, wo immer möglich, angewendet werden, weil Gehäuseartefakte sehr weitgehend vermieden werden. Meinetwegen kann man auch noch eine DIN-Schallwand nehmen, weil die zumindest immer denselben Fehler produziert.

Aber diese komischen, völlig individuellen Visaton-Testboxen..... da kann man stattdessen doch gleich würfeln! Schallwand-Artefakte bei Frequenzen in der Nähe des Bafflestep sind von Artefakten der Strahler selbst kaum zu unterscheiden. Aber die Messungen sind ohnehin so stark geglättet, daß ein allenfalls illustrativer Charakter überwiegt.
Es ist sicherer, sich den Frequenzgang aus den TSP auszurechnen, bis ka = 1 (Strahlerumfang = Wellenlänge) kommt das sehr gut hin. Bei höheren Frequenzen, wo die Strahler Artefakte (lineare Verzerrungen) erzeugen, hat man leider keine Informationen.

Gruß


Andreas

[UweG]

Es gibt einen gewichtigen Grund für die Messung in der Visaton-Testbox, der allerdings inzwischen Historie ist: Die Unfähigkeit der Simulationsprogramme, eine reale Schallwand nachzubilden.
Die Visaton-Testbox stellt tatsächlich eine sehr artefaktarme Nachbildung einer realen Wohnzimmerbox dar.
Wenn man mit den Messwerten aus der Testbox ohne Berücksichtigung der Schallwandeinflüsse simuliert, kommt man so nah an die Realität dran wie unter keinen anderen Meßbedingungen.

[harry_m]

Original geschrieben von AH
...warum Visaton die Messungen in einem so wenig reproduzierbaren, so wenig aussagekräftigen Verfahren macht...

Das mit den wenig reproduzierbaren Messergebnissen stimmt. Alleine schon weil weder K&T noch die HH-Redaktion über einen annähernd ähnlichen Messraum verfügen. Wie viele Messräume wird es in Deutschland geben, die diese Messungen reproduzieren können? Man denke nur an den schon sprichwörtlichen Buckel in den K&T-Messungen, der durch Reflektionen an der Turnhallendecke entsteht...

Wenn schon, denn schon...

Auf der anderen Seite befindet sich Visaton hier in bester Gesellschaft: denn ich kann mich an keine zwei Messungen von einem Chassis erinnern, die von zwei verschiedenen Messinstanzen gemacht wurden und 100%tig gleich waren. Meistens schaut man hin und erkennt: ja, ja - hier ein Buckel, da eine Resonanz. Wird schon der xxx sein...

Und Visaton ist mit dem aktuellen Zustand auch nicht zufrieden. Erst vor kurzem klagte Admin darüber, dass die Zunft sich überhaupt nicht einigen will. In Anbetracht dieser Tatsache kann man es Visaton nicht übel nehmen, dass sie ein Verfahren verwenden, dass ihnen am meisten nützt.

[AH]

Hallo Uwe,

Die Visaton-Testbox stellt tatsächlich eine sehr artefaktarme Nachbildung einer realen Wohnzimmerbox dar.
Wenn man mit den Messwerten aus der Testbox ohne Berücksichtigung der Schallwandeinflüsse simuliert, kommt man so nah an die Realität dran wie unter keinen anderen Meßbedingungen.

Was ist denn die Realität? Als "Realität" wird unausgesprochen eine Box mit linearem Freifeldfrequenzgang angenommen, d.h. eine volle Entzerrung des "Baffelstep" um 6dB.
Ich habe nun schon einige Boxen gebaut und die Betriebsschallpegelkurve in einigen Räumen gemessen. Das Ergebnis war regelmäßig, daß der Bafflestep allenfalls zur Hälfte (d.h. 3dB) oder meist sogar gar nicht (!) entzerrt werden sollte, um zu einer möglichst linearen Betriebsschallpegelkurve am Hörplatz zu kommen.
Eine volle Kompensation führt (je nach Lage des BS) zu einem schrecklich verfärbten Wummerklang aufgrund zuviel unteren Mitten in der Betriebsschallpegelkurve und aufgrund der richtungsbestimmenden Blauertschen Bänder zu einem viel zu nahen Klangbild mit unzureichendem Entfernungseindruck.

Fast immer wäre man aus meiner Sicht beser gefahren, in Unkenntniss des Schallwandeinflusses/Bafflestep diesen einfach zu "übersehen". Der im reflexionsarmen Raum gemessene Freifeld-Amplitudenfrequenzgang ist dann zwar unschön, aber der wird als Hörraum wohl nur selten genutzt.

Gruß

Andreas

P.S. @ Harry: Das Raumproblem existiert eigentlich nur bei tiefen Frequenzen, da man mit einem Zeitfenster agieren und so Raumreflexionen bei mittleren und hohen Frequenzen ausblenden kann.
Den Frequenzgang bei tiefen Frequenzen (Strahler klein gegen die Wellenlänge) kann man ganz gut errechnen oder im Nahfeld messen. Die Nahfeldmessung hat den Vorteil, das es gleichgültig ist, in was für eine Schallwand der Strahler eingebaut wurde.

Ich weiß nicht, was in der Branche diskutiert wird, aber aus meiner Sicht ist eine Messung von Einzelstrahlern bündig in einer unendlichen Schallwand (reflexionsarmer Halbraum) die einzig sinnvolle Methode.

[VISATON]

@ AH: Uwe hat schon erklärt, warum wir mit einer geschlossenen Messbox (mit 500 l netto) messen. Auf eine Feststellung lege ich aber großen Wert: Alle neuen Messungen für BoxSim sind nicht geglättet. Es wird mit 250 Messpunkten von 20 Hz - 20 kHz gearbeitet.

Für die Datenbank wären Messungen in der unendlichen Schallwand sicher optimal. Aber die Realsierung ist in einem Vollraum, den wir für Boxenmessungen brauchen, gar nicht so einfach. Wo sollen wir die große Wand mit einem sehr großen geschlossenen Volumen (z.B. für 15"er) herkriegen? Uwes Umrechnung von unserer Messbox auf andere genormte Einbausituationen funktioniert so erstaunlich gut, dass wir da keine besonderen Anstengungen machen müssen. Wenigstens sehe ich das im Moment so. Wenn andere Hersteller wenigstens im Halbraum, der ja viel einfacher zu realisieren ist, messen würden, wären wir schon viel weiter.

@ Harry: Ich habe eine Messung derselben Box (NF 200) in unserem Raum und im Raum von Beyerdynamik in Heilbronn. Die Ergebnisse sind sich so ähnlich, wie man es sich wünschen kann. Wenn ich mal Zeit habe, werde ich die Messungen hier veröffentlichen. Damit man mal sieht, dass akustische Messungen auch vergleichbar sein können. Aber ich gebe Dir prinzipiell Recht: Ich traue auch keinem Frequenzschrieb, den ich nicht selbst manipuliert habe. Nee Quatsch, es gibt tatsächlich übereinstimmende Messungen. Z.B. wenn "Production Partner" in der RWTH Aachen unsere Lautsprecher misst, erkenne ich sie wieder. Oder auch Messungen von JBL konnte ich schon in unserem Raum nachvollziehen.

[UweG]

@AH: Der immense Anstieg der abgestrahlten akustischen Leistung zu tiefen Frequenzen hin der bei einigen (freifeldentzerrten) Boxen zu beobachten ist, wird in Simulationen wie Boxsim tatsächlich nur unzureichend dargestellt. Ganz ohne Bafflestep-Entzerrung klang es mir aber bei meinen Boxenbauprojekten bisher immer zu dünn.

[AH]

Hallo Uwe,

hast Du denn jeweils die Betriebs-Schallpegelkurve am Hörplatz gemessen? Das es Dir ohne Kompensation "zu dünn" klang, kann auch daran liegen, daß Dein Gehör falsch konditioniert ist. Dies ist gar nicht so unwahrscheinlich, weil fast alle kommerziell erhältlichen Lautsprecher diesen Fehler haben und daher zuviel untere Mitten in der Betriebsschallpegelkurve erzeugen - ich habe einige Betriebsschallpegelkurven in Wohnzimmern gemessen und die Fehler sind typisch (oft kommt es sogar vor, daß von Hörern bemängelte "Raumresonanzen" in Wahrheit ein Übermaß an Grundton sind). Leider ist eine saubere Aufstell-Entzerrung im Heim bisher nicht üblich, obwohl dringend notwendig. Solche Lautsprecher klingen ohne Einmessung wirklich nur draußen im Garten oder auf der Terasse halbwegs richtig.
Wer nicht regelmäßig Originaldarbietung und Tonaufnahme (meint konventionelle Aufnahme mit Hauptmikrophon und ggf. Stützen) vergleichen kann, der hat überhaupt kein Vergleichsnormal und gewöhnt sich an den Fehler. Wenn das aber der Fall ist, kann er einem sämtliche Freude an Musikwiedergabe nehmen.

Gruß

Andreas