Betonhörner

[Ollie]

Hi Bernhard,


Du meinstest schon wirklich echte Hornreflexionen. OK, hoert sich wirklich plausibel an. Kann man auch mit Zirkel und Lineal zeigen. Ich glaube allerdings immer noch nicht, dass Phase Plugs etwas bringen, und zwar aus dem folgenden Grund:

Sei die geometrische Ausdehnung der Membran also tatsaechlich fuer die Interferenzen verantwortlich. Dann kann man diese nur durch Verkleinerung der effektiven Membran (der ebenen Wellefront) vermeiden. Mit einem PP alleine geht das aber nicht; damit wuerde lediglich die Wellenfront (d.h. die Flaeche gleicher Phase) verbogen, aber nicht verkleinert, und die Interferenz wuerde eben unter einem anderen Winkel auftauchen (z.B. axiale Ausloeschung). Da es sich um ein Laufzeitproblem handelt - hinreichend grosse Pfaddifferenzen werden durch (Mehrfach-)Reflexion hergestellt - steht man vor genau demselben Dilemma wie bei der mechanischen Phasenkorrektur durch Versatz z.B. des Hochtoeners. Man kann sich auf den Kopf stellen, es funzt immer nur fuer einen Aufpunkt (bzw. alle Punkte auf einem Kreis, der die akustische Achse des LS als Mittelachse hat).

Stattdessen musst Du den Hornhals (= effektive Membran) kleiner machen. Das geht entweder durch kleinere Treiber: problematisch, weil fs typischerweise zu sehr steigt, es sei denn Du findest/baust Dir eine kleine 19mm-Kalotte mit fs=900Hz, was das Problem um schlappe 20% nach oben schiebt, aber immer noch keine 20kHz ermoeglicht. Die Hornaufladung rettet etwas SPL, aber vielleicht hast Du SPL-max-specs zu treffen?

Oder aber Du gehst den Weg der anderen und baust Dir einen Kompressionstreiber mit einer 10-15mm durchmessenden Halsoeffnung. Damit wird ein Phase Plug (fast) Pflicht, um den WG mit einer ebenen WF gut anzufuettern und um das Druckkammervolumen zu minimieren. (*) Man sieht dann schnell, wieso PA-Treiber typischerweise Inverskalottenmembrane haben (aus dem HiFi-Sektor boeten sich hier ironischerweise die Focal an)
bzw. le Docteur Heil die Reflektoren fuer seine V-DOSCs optisch rechnet.

(*) Es gibt noch den Trick von Bruce Edgar mit dem auf Abstandbolzen (~5mm) montierten Konustreiber, um den Druck in der (unbeabsichtigten) DK abzubauen. Nach Aussagen von Juergen Heinzerling funzt das sehr gut bei MT- und BB-Hoernern, aber geht das auch bei HT?


Vielleicht denke ich aber einfach zu kompliziert. Andererseits ist es ja, wie Du bereits sagtest, ein rein kosmetisches Problem...?


Cheers,
Ollie


PS: Sorry Farad fuer's thread jacking. Aber da dich Phase Plugs auch interessieren... ;-)

[angelralle]

@BN & all:
Gips hält sich sehr lange, man darf nur nicht rühren, dann wird er schnell fest. Also das heisst, nur "einsumpfen". Wasser zuerst in den Eimer oder die Schüssel, dann Gips langsam hineinschütten und nicht rühren! Jetzt kann man "von der Seite" Masse entnehmen, solange der Rest nicht bewegt (gerührt) wird, bleibt er lange geschmeidig. Redet mal mit einem Stuckateur, der kann das sicher noch anschaulicher erklären als ich.

[We-Ha]

Und vor allem muss man das Mischungsverhältniss schon vorher 'im Griff haben', muss man erst mal was nachschütten, kannste es auch vergessen ...

ich habe ein paar Jahre hin und wieder Trockenbau gemacht, die Sch..ss Spachtelei der GK-Fugen habe ich mir auch erst anlernen müssen ...

[angelralle]

Original geschrieben von We-Ha
Und vor allem muss man das Mischungsverhältniss schon vorher 'im Griff haben', muss man erst mal was nachschütten, kannste es auch vergessen ...

Wenn in der "Mttte" ein trockener Kegel stehen bleibt, also wenn man zuviel Gips genommen hat, das rutscht dann nach, macht also auch nix.

[We-Ha]

Ja, is ja gut, gezz mach den Betonthread nich mit Gips zu ...

Ich werde mal, angeregt durch die Giesserei hier, versuchen, einen Waveguide (ich weiss, is kein Horn) für'n HT zu fräsen.

Da ich aber nicht weiss, was ich da überhaupt beachten muss, werde ich einfach drauflosfräsen (aber frach nich,wann das sein wird) und mich darauf verlassen, das mich mein glückliches Händchen nicht verlässt ...

[angelralle]

Original geschrieben von We-Ha
Ja, is ja gut, gezz mach den Betonthread nich mit Gips
zu...

Ich wollte doch nur auch mal was Konstruktives beisteuern, wenn ich schon mal was weiss...

Und hier war doch von Gipstrabbel die Rede.

[Farad]

@all, Threadjackin' ist kein Problem! Passt ja zweilfelsfrei zum Thema. Wenn ihr jetzt wieder anfangen würdet über Autos zu reden fänd ichs schade, aber da passiert ja hoffentlcih nicht.

@Ollie

Zwischen Membran und Phaseplug kommt es zu KEINERLEI Reflexionen. Der Abstand zwischen Membran und Phaseplug ist Zeitabhängig weil sich die Membran bewegt, dadurch verändert sich das Volumen, das duch die Halsöffnung ventiliert ist. Sonst nichts. Die Abmessungen MÜSSEN klein sein gegen die Wellenlänge, sonst ist es kein Phaseplug.

Das ganze gerede von wegen Laufzeitveränderung und pi pa po kann man über Bord werfen, wenn man akzeptiert, dass Schall NUR Luftdruckveränderungen sind. In einer Druckkammer (und das haben wir definitiv, sonst haben wir was falsch gemacht) ist der Druck an jeder Stelle gleich groß.

Ohne Phaseplug ist das NICHT so. Da kommt es tatsächlcih zu den geometrischen Reflexionen die zu Stande kommen wie BN sie beschreibt.

Durch den Phaseplug schafft man eine neue ringförmige Membran deren Elementarwellen alle in Phase sind. Bei einer direktstrahlenden Membran ist das eben gerade nicht der Fall.

gruß, farad

[woody]

Gute Erklärung!

[Saylor]

@Farad

wirklich toll, was du da machst!

Bezüglich Resonanz äh.. Rückmeldung (hier versteht man ja oft was anderes drunter): das Problem ist, dass nicht jeder die Möglichkeiten hat, mit sowas zumzuexperimentieren, für viele ist normales Boxennachbauen schon eine schwierige Sache. (Werkzeuge, Zeit....)
Loben können wir schon (das tun wir auch) aber das bringt dich in deinem Vorhaben auch nicht viel weiter und ist wahrscheinlich auch nicht das, auf das du wert legst.

aber was anderes, seht euch mal die neue Stereoplay (glaub, dass es die ist, hat ne CD-R (speziell für MUSIK *g* ) dabei) an, da ist ne Box drin, die nur aus Hörnern besteht, MT und HT sind Kugelwellenhörner, Bassbereich erledigt ein Eckhorn, wirklich krass, der Preis auch......

lg Alex

[angelralle]

Ähem, Steroplay, da war doch noch was?
Gebt euer Geld lieber bei Broesel für vernünftiges Zeug aus.
Nicht für Flachpresse, das lenkt doch nur von der Substanz ab.

[UweG]

@Farad: Erstmal Kompliment für deine Hörner, schaut sehr professionell aus, soweit ich das als ziemlich Unbedarfter bezüglich Hörner beurteilen kann.
Wenn ich mich an frühere Threads erinnere, war das Ziel doch, das Abstrahlverhalten hin zu höherer und gleichmäßigerer Bündelung hin zu optimieren. Da sehen die Ansätze schonmal nicht schlecht aus. Ist dir die Bündelung aber nicht zu hoch?

Erstaunt bin ich übrigens über die Effekte, die deine MT-Hörner noch zu ganz niedrigen Frequenzen hin bewirken. Da kommt ja selbst bei 200Hz noch 6dB Pegelgewinn heraus. Das hätte ich nicht gedacht bei einem noch so handlichen Horn.

[Saylor]

@ralle

jojo, ich schrieb ja auch, man solle reinschaun, kaufen... wer denkt denn an so was, tststs

bzgl. Brösel kann i dir nur zustimmen, hab diesen Rat auch schon diverse Male beherzigt

[Ollie]

Hi Farad!


Jein. Zwei Sachen: ersten bist Du einem Missverstaendnis aufgesessen: es geht hier im Reflexionen im Horn selbst, nicht am Phase Plug, und ich meine auch nicht Mundreflexionen durch Fehlanpassung. Und zweitens kann man diese Laufzeitgeschichten ganz genau nicht ueber Bord werfen.


Reflexionen: BN schlug als Erklaerung vor, dass die Membran gross gegen die Wellenlaenge wird, nehmen wir mal an Durchmesser d = Wellenlaenge lambda. Mann kann sich sehr leicht per Lineal davon ueberzeugen (1D-Fall), dass unter 90 Grad off-axis die Oberkante der Membran einen Wellenzug entlaesst, der einen um lambda/2 laengeren Weg zuruecklegen muss als derjenige Wellenzug, der aus dem Mittelpunkt der Membran kommt. Man kann aufmalen, dass jeder Wellenzug seinen "lambda/2-Partner" findet: destruktive Interferenz (hier: Einfachspalt).

Bei hoeheren Frequenzen (kuerzeren Wellenlaengen) werden die off-axis-Winkel, unter denen Ausloeschung stattfindet, kleiner bzw. es bilden sich irgendwann mal mehrere Nullstellen aus. Bei runden Flachmembrane sieht das etwas anders aus, weil sich sie "seitliche Ausdehnung" (relativ zur Bezugsachse) auswirkt - deshalb sind im ZZ noch lauter 2pi in den Formeln zu finden; deshalb buendeln Bandchen der Laenge L vertikal staerker als Kalotten gleichen Durchmessers L. Naja, nicht ganz: Es ist ein kolportiertes Problem von Kalottenmembrane, dass sie sich bei hohen Frequenzen immer mehr einem Ringstrahler annaehern, weil der "Mittelteil" rumschlufft. Das buendeln wird irgendwann mal staerker als im Fall einer steifen Kalotte.


Zurueck zum Horn: Sei der Treiber gross gegen die Wellenlaenge bzw. beginne er bereits zu buendeln. Man kann durch simples Aufmalen zeigen, dass sich gewissen Wellenzuege an einem definierten Aufpunkt (Hoerplatz) weginterferieren, wenn sie (z.T. mehrfach!) an den Hornwaenden reflektiert werden, bevor sie in Richtung Hoerplatz weiterlaufen. Wichtig ist zu beachten, dass die Hornwaende ja nicht parallel zueinander sind, was anfaenglich vorhandene Weglaengenunterschiede umso staerker veraendert, je groesser das Horn und Treiber gegen lambda sind bzw. je weiter die Wellenzuege vom Hornhals entfernt sind (weil sich der Oeffnungwinkel des Horns immer staerker aendert).

Etwas vereinfacht: ein Geddes-Waveguide tut nichts anderes als genau diese Reflexionen verhindern, indem die Kontur sich "richtig" aendert. Bei der Tractrix ist die Ueberlegung aehnlich: es soll keine Schnellekomponente normal (senkrecht) zur Hornkontur gehen, immer nur parallel. Das setzt die Annahme einer WF-From voraus (Voigt) bzw. erfordert deren analytische Bestimmung (Geddes), wenn die Annahmen nicht zutreffen.

Solange der Treiber klein ist gegen lambda, wird er Kugelwellen abstrahlen. Da aber nur ein sehr sehr kleiner Raumwinkel "ausgeleuchtet" wird, naemlich der Hornhals, tauchen quasi-ebene Wellenfronten am Hornhals auf: das WG kann definiert arbeiten. (Es gibt auch WG, die z.B. sphaerische WF am Hals aufnehmen und definiert in andere Formen "aendern".)

Wird der Treiber gross gegen lambda, spielen andere Effekte eine Rolle, u.a. seine geometrisichen Eigenschaften: eine Kalotte hat einen Mittelpunkt, dessen Wellenzug gegenueber dem des Rands voraus- (Konvexkalotte) bzw. nachlaeuft (Konkav-/Inverskalotte): die WF ist nicht mehr eben, das WG wird nicht mehr definiert arbeiten. Zusaetzlich wird es zu oben beschriebenen Hornreflexionen kommen. Bei echten Druckkammer(DK-)Treibern kommt ausserdem noch hinzu, dass die geometrische Abmessung der DK dafuer sorgt, dass Wellenzuege, die von unterschiedlichen Teilen der Membran abgstrahlt werden, unterschiedlich lange Laufwege haben: Interferenzen in der DK, wenn DK nicht klein gegen lambda! (Das Luftvolumen (Masse) wirkt nochmal als Hochpass, aber lassen wir das mal beiseite.)

Der Denkfehler ist nun, dass bei hinreichend kleinen Abmessungen der Effekt vernachlaessigbar sei bzw. nicht existierte, wir ihn also im vorliegenden Fall vergessen koennten. Waehrend erstere Annahme uungefaehr zutrifft, so tut es die zweite nicht mehr: Die DK-Bedingung "lambda gross gegen beteiligte Abmessungen" ist eben im HT-Bereich nicht mehr so einfach gegeben. Wir muessen immer noch Stoerungen (Druckunterschiede) betrachten, die sich nun mal mit c im Medium ausbreiten. Ob sich Wellen ausbilden oder nicht, spielt fuer die Laufzeit der Stoerungen von A nach B keine Rolle!

Betrachten wir mal ein lebendes Beispiel. DK-HT-Treiber aus der PA haben typischerweise eine 44mm-Membran, die auf einen 25,4mm (1") Hornhals (schnelle)transformiert wird. Wenn alle Wellenzuege eine gleiche Wegstrecke zuruecklegen muessen, kommt am Hornhals eine WF an, die die Membranform nachbildet, z.B. sphaerisch-konkav. Hm, wollen wir nicht, also muessen wir per Phase Plug die Laufzeit fuer unterschiedliche Membranorte so verbiegen, dass die WF eben wird. Faktisch muss man also eine Wellenfuehrung (einen Wave Guide!) bauen, um den Geddes-WG anzufuettern. Daher hackt Geddes so sehr darauf rum, dass da noch Potential schlummert: was soll man Geld fuer sein Patenthorn bezahlen, wenn der Treiber nicht liefern kann!


Zurueck also zu Bernhards Situation. In erster Naeherung moechte er interne Hornreflexionen per PP unterdruecken. Nun sage ich: man muss da sehr heftig nachdenken, was man fuer einen PP benutzt. Einfach nur die Membran 1:1 auf den Hornhals transformieren ist IMO nicht sinnvoll: Macht man einen Ringstrahler (PP als simpler Konus in die Mitte geklatscht, z.B.), dann muss man den Durchmesser erhoehen, um die Flaeche zu erhalten (soll ja eine 1:1-Abbildung sein). Dadurch wird aber der Treiber noch groesser gegen lambda, als er es ohnehin schon ist.

Bildet man also nicht flaechenerhaltend ab, sagen wir 3:1, damit man bei der 25mm-Kalotte einen 14mm-Hornhals hat (70% kleinere effektive Membran, Kerbe bei 20kHz), dann bekommt man bereits erhebliche Kompressionsraten - selbst im kreisrunden Fall 3:1, mit Ringstrahlern (mehrere konzentrische Ringe) entsprechend mehr -, und man muss DK/PP sehr genau konstruieren, um keinen vorzeitigen Hoehenabfall zu produzieren und gleichzeitig Hornreflexionen zu vermeiden. Denn wie stark Hornreflexionen ausgepraegt sind, haengt im Geddes-Fall massgeblich davon ab, ueber welchen Frequenzbereich die WF eben ist.


Nebenbemerkungen: Die Problemstellung beim WG/PP-Entwurf ist identisch mit der der Wellenoptik, wenn es darum geht, anastigmatische Optiken mit ebenem Bildfeld (Telekope, Mikroskope, Objektive) herzustellen. Man hat in der Akustik mehr Freiheiten, weil man recht einfach eine z.B. parabolische Membran (einen hyperbolischen Reflektor) tiefziehen und pruefen (!) kann und die Abweichungen klein gegen lambda bleiben. Wie gesagt, es hat seinen Grund, dass justemment die Franzosen damit auf den Plan kamen.

In dem Paper "Waveguides in Practice", das ich jetzt gerade nicht finde, zeigt sich uebrigens, dass gut konstruierte CD-Hoerner in den meisten Faellen nicht dramatisch schlechter abschneiden als Geddes-WGs. Tatsaechlich so wenig, dass sich Geddes-WGs nur lohnen, weil man am Reissbrett sagen kann, wie die Directivity aussieht.


Cheers,
Ollie

Korrektur: lambda/2 = Durchmesser (nicht Radius)

[Farad]

@Ollie

ja, da bin ich einem Mißverständnis aufgesessen. Ich dachte es ginge jetzt um den Phaseplug. Da könnten wir eigentlich den Thread für benützen, den ich letztens im allgemeinen erstellt hab. Vielleicht liest ja doch der eine oder andere mehr mit als in der Galerie in der's eigentlich nur um Bildchen geht?

Wie kommst du darauf, dass nach einer Druckkammer Laufzeitunterschiede noch von Interesse sind? Die ventilierte Druckkammer strahlt eine phasengleiche, ringförmige Welle ab, die sich (gemäß Wellennatur) kugelförmig ausbreitet. Sind wir uns soweit einig?

Dies gilt soweit, wie die Druckkammer als Druckkammer wirkt und der Abstand Membran/Phaseplug an jedem Punkt kleiner als Lambda/viertel ist, sich also nirgends eine stehende Welle oder Reflexion ausbilden kann.

Wird die Wellenlänge klein gegen die Abmessungen kommt es mit oder ohne Phaseplug zu Interferenz, keine Frage, Einfachspalt, alles klar.

Etwas vereinfacht: ein Geddes-Waveguide tut nichts anderes als genau diese Reflexionen verhindern, indem die Kontur sich "richtig" aendert. Bei der Tractrix ist die Ueberlegung aehnlich: es soll keine Schnellekomponente normal (senkrecht) zur Hornkontur gehen, immer nur parallel. Das setzt die Annahme einer WF-From voraus (Voigt) bzw. erfordert deren analytische Bestimmung (Geddes), wenn die Annahmen nicht zutreffen.

Ganz genau. Es kommt in einem Tractrixhorn eben gerade NICHT zu diesen Reflexionen die unter anderem für den sprichwörtlichen Hornsound mit scharfen Minima und Maxima verantwortlich sind, wegen der Kontur.

Die geometrische Methode mit Strahlen als Strichen auf Blatt Papier versagt, weil man immer die Vorstellung von Transversalwellen mit planen Wellenfronten im Kopf hat. Tatsächlich laufen aber Longitudinalwellen mit Sphärischer Wellenfront und die laufen wunderschön an der Hornkontur entlang. Solange:
-Die Membran als ganzes strahlt
-Der Membranmittelpunk strahlt (also oberhalb ka=1, auch hier!)
-Die Membran nicht seitlich in Partialschwingungen aufbricht
-Durch einen Phaseplug ein Ring entsteht der konphas schwingt

Die Tractrixkontur läßt nur Kugelwellensegmente zu. Aus dem Hornmund tritt ein Kugelwellensegment aus, dass folglich wie eine normale Kugelwelle im Freifeld mit 6dB pro Entfernungsverdopplung abnimmt. Bei einem Geddes-Waveguide ist die Directivity vorher festlegbar. Daher lohnt es sich schon, hier zu experimentieren, wenn man beispielsweise bei einer 2-Wege-Konstruktion genau das Bündelungsverhalten des Basses bei der Trennfrequenze "erwischen" will. Soll die Bündelung aber nur im Mittelhochtonbereich ähnlich sein, reicht es absolut Hörner (mit höhrere Wirkungsgradsteigerung!!) zu bauen, die der EINFACHE Tractrixfunktion folgen. Das habe ich mit den Messungen gezeigt.

Ich behaupte: Bei der PP-Geschichte muß man erstmal sehr WENIG nachdenken. Auch frühere Messungen im PA-Forum haben oft gezeigt: Bei Exponentialhörnern ist praktisch JEDER Phaseplug besser als kein Phaseplug. Selbst eine einfache 1,5-Liter-Cola-Flasche hat keine schlechte Form. Der Boden ist ausgebeult und stülpt sich prima über die Dustcap des Treibers.

Die Veränderung der Hornkontur ist bei weitem nicht so kritisch wie oft gedacht. Da sich die Wellen in Exponentialhörnern ohnehin nicht so ausbreiten wie die alte Voigt-Theorie sagt (Die Welle hat nunmal keinen Bock auf plane Ausbreitung) macht der Phaseplug die Flächenänderung nur "anders", ob sie unbedingt schlechter wird, sei dahingestellt.

Bei Kugelwellenhörnern sieht die Sache anders aus. Die Kontur stimmt schon garnicht so übel, die Messung unter Winkeln zeigt, dass die Hörner ihren Job sehr gut machen und sich die Wellenfronten demnach schon so in etwa so verhalten, wie man es vorhersagt. Trotzdem glaube ich: Ein Phaseplug ist kein Schaden!

Ein Horn muß zum erreichen seiner unteren Grenzfrequenz mindestens ein Viertel der niedrigsten wiederzuegebenden Wellenlänge aufweisen. Das sagte schon Voigt und Edgar hat rausgefunden, dass es sonst zu "bumpy" sound kommt. Auf jeden Fall ist dies mit der Tractrixkontur und größeren Halsöffnungen nicht zu schaffen. Der 180° Öffnungswinkel ist "zu früh" erreicht. Da es bei der Kontur keine Parameter gibt, muß man es hinnehmen, oder man bedient sich eines Trickes:

Die Membran produziert (ist sie klein gegen die Wellenlänge) nichts weiter als Druckunterschiede, man kann die Elementarwellen getrost vergessen, jeder Membranpunkt hat zum weitest-entferntesten einen Abstand kleiner als lamda/viertel, es ist also auf jeden Fall alles im grünen Bereich. Dieser Druckunterschied pflanzt sich auch in einem Rohr so fort, es kommt zur Ausbildung stehender Wellen, Kund'sches Rohr, TML, wissen wir alle. Wenn man jetzt aber nach einer gewissen Länge das Rohr nach der Tractrixfunktion aufweitet hat man alles erreicht:
Die Halsfläche, die Mundfläche und die Länge. Genau in DIESEN Abschnitt (der bei meinem Mitteltonhorn vorhanden ist, das ist also keine Spinnerei sondern funktioniert) setzt man jetzt den Phaseplug. Für die Hornkontur hat er keinen Einfluß! Man muß an der "guten" Tractrixfunktion nichts verändern. (Ich hatte auch schon daran gedacht, zur jeweiligen Tractrixfläche noch die Phaseplugfläche hinzuzurechnen. Das ist aber Unfug, weil die KONTUR stimmen muß, nicht die Fläche wie beim Expo).

In diesem Rohrbereich kann man also einen Phaseplug einsetzen, der nichts weiter macht als zu komprimieren (was gewünscht ist, bis 2:1 ist das kein Problem, Wirkungsgradsteigerung!) und ausserdem eben diese Ringförmige Wellenfront zu erzeugen und durch die enstehdene Druckkammer den Übertragungsbereich nach oben hin zu erweitern. Nochmal: auf die Kontur hat er keinen Einfluß.

Ich werde das in etwa 2 Monaten messen.

gruß, farad

[ichse1]

Auch von mir recht schönen Dank für diese Messungen.

Was mich sehr freut, der Ti100 "sieht" über ca. 4kHz das Horn fast nicht mehr. Der Fgang ist dem ohne Horn sehr ähnlich. Durch die schon starke Bündelung in diesem Bereich wird das Horn also wirkungslos. Dies sollte also auch einem Breitbänder im FL-Horn sehr entgegenkommen.
Ich werde das im Februar mit dem B200 testen.