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Unter welchem Winkel Weiche optimieren?

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  • poor but loud
    Registrierter Benutzer
    • 09.11.2006
    • 546

    Unter welchem Winkel Weiche optimieren?

    Frequenzweichen werden gern so abgestimmt, dass der Amplitudenfrequenzgang axial einigermaßen ausgeglichen ist und spätestens unter einem Winkel von 45 Grad fallende Tendenz zeigt. Die durch Schallwand-Interferenzen verursachten Störungen werden i. d. R. nicht korrigiert und sind unter einem Winkel von etwa 20-30 Grad ohnehin meist verschwunden.

    Manche Box wird sogar so abgestimmt, dass eine Ausrichtung auf die Hörposition Sinn macht. Dann sollten besagte Störungen korrigiert werden, so dass der Frequenzgang außeraxial stets ungleichmäßiger ist als axial. Vor allem, wenn der Hochtöner einen frühen Frequenzgangabfall hat, ist dies sinnvoll. Mitunter wird die Box sogar so abgestimmt, dass der Frequenzgang bereits axial fallende Tendenz hat.

    Nun zeigt Boxsim aber auch den Energiefrequenzgang an, und Hobby HiFi hat diesem in einem Bericht einige Bedeutung zugemessen. In einem anderen Artikel dagegen beruft sich Timmermanns wieder auf andere Entwickler, die ihren Boxen einen unter 30 ° optimal glatten und bereits axial nicht mehr ansteigenden (mitunter sogar leicht fallenden) Frequenzgang angedeihen lassen, und folgt dem auch bei seinem eigenen, alles andere als flüchtig und lieblos konstruierten Projekt (Excel W12CY001, Seas Noferro, Schallwand mit nach oben hin zunehmender Abrundung (beste Voraussetzung zur Eliminierung von Interferenzen unter allen Winkeln), amerikanisches Nussbaumwurzelfurnier, nur der Austausch aller MDF-Platten gegen Granit fehlt noch).

    Ich weiß jetzt gar nicht mehr, unter welchem Winkel ich meine Boxen abstimmen soll. Axial liefern sie die durch die Schallwand bedingten Interferenzen, die sich am besten bekämpfen lassen, wenn der Hochtöner recht hoch angekoppelt wird. Außerdem ist dann natürlich jeglicher seitlich abgestrahlter Schall "verbogen". Der Energiefrequenzgang ist dann ebenfalls entsprechend wellig und fällt außerdem schon ab dem Grundtonbereich allmählich ab.

    Optimiere ich die Weiche unter einem Winkel von 30 °, so sind die Interferenzen nur noch axial (sowie unter geringem Winkel) sichtbar. Da nun alle Kurven etwas höhenreicher und fast alle auch etwas glatter verlaufen, sieht der Energiefrequenzgang ebenfalls besser aus, fällt also nicht so stark ab und verläuft glatter. Andererseits sinkt die obere Grenzfrequenz auf 15-16 kHz.

    Noch extremer wird die Angelegenheit, wenn ich die Weiche auf glatten Energiefrequenzgang hin optimiere. Der Energiefrequenzgang zeigt kaum Höhenabfall, weniger noch als die 30-Grad-Kurve. Wechsele ich in die Kleinansicht, um festzustellen, welche Kurve einigermaßen der Energiefrequenzgangkurve entspricht, so stelle ich fest: Die 90-Grad-Kurve kommt am ehesten hin. Doch ist die Höhenwiedergabe unter diesem Winkel völlig unbrauchbar (kein Wunder, gleicht doch eine Schwingeinheit mit 26,2 mm Durchmesser = 13,1 mm Radius unter diesem Winkel einem 13,1 mm tiefen Membrantrichter, was bezogen auf eine Frequenz von 13 kHz schon eine Phasendifferenz von 180 ° ausmacht). Schon unter 60 ° ergibt sich ein Kammfiltereffekt mit einer 28 dB tiefen Senke bei 15 kHz und einer oberen Grenzfrequenz von nur noch 12 kHz.

    Die Asymmetrie meines Hörraums macht die ganze Sache noch schwieriger. Aus der Außenwand ist ein Vorsprung in Form eines rechtwinkligen Dreiecks mit dem ungefähren Seitenverhältnis 11:27:29 herausgearbeitet, dessen Hypotenuse an den übrigen Raum angrenzt, der an beiden Enden noch etwa einen halben Meter weiter geht. Am anderen Ende des Raumes schließt sich ein rechteckiger Vorsprung an, der mit einer der Seitenwände bündig ist und durch einen Vorhang vom Flur getrennt ist. Die Fensterfront befindet sich in der längeren der beiden Katheten. Die Gardinen enden oberhalb der Scheitelhöhe eines sitzenden Zuhörers.

    Stelle ich die Boxen 80 cm von den Seitenwänden entfernt auf, dann ist die eine 70 cm weiter von der Fensterfront entfernt als die andere. Abgesehen davon, dass die Raumaufteilung dann etwas unpraktisch wird. Immerhin sind die Seitenwände akustisch halbwegs gleichwertig, und der rechteckige Vorsprung liegt weit außerhalb der optimalen Hörzone.

    Am besten kann ich den Raum ausnutzen, wenn ich die Stereoanlage vor die fensterlose Kathete stelle, die eine Box dicht an den spitzen Winkel des Dreiecks (zwischen Balkontür und Mauerwerk) und die andere etwas aus dem rechteckigen (durch Textil abgeschlossenen) Vorsprung herausgerückt. Andererseits könnten die Arbeitsbedingungen für linke und rechte Box nicht weiter auseinander liegen.

    Entferne ich das Sofa aus der Mulde neben der fensterlosen Kathete und stelle ich dort die Schrankwand so auf, dass die 50 cm tiefe Stufe in der Wand von ihr verdeckt wird, dann fehlt nur noch eine auf die Tapete aufgeklebte Fensterscheibe, um zu einem akustisch nahezu symmetrischen, sich zur Hörposition hin verjüngenden Hörraum zu kommen. Andererseits habe ich dann wieder keinen vernünftigen Platz für die Stereoanlage.

    Am sinnvollsten erscheint es mir deshalb, linke und rechte Box gleich, auf ein typisches deutsches Wohnzimmer hin, abzustimmen und die Schwächen des Hörraums evtl. durch Trennwände, Vorhänge usw. auszugleichen. Aber unter welchem Winkel sollte ich die Boxen optimieren? Wie wichtig ist der Energiefrequenzgang?
    Zuletzt geändert von poor but loud; 13.11.2007, 00:40.
    Moden kommen und gehen. Manche Moden kommen sogar wieder. Nur die Raummoden sind unsterblich.
  • jhohm
    Registrierter Benutzer
    • 24.09.2003
    • 4527

    #2
    Hallo,

    Du hast da ein schwieriges Problem angesprochen.....

    Bei Breitbändern ist es imho einfach; da optimierst Du die Box auf einen gleichmäßig verlaufenden Energiefrequenzgang und hörst auf Achse - das passt eigentlich immer gut. Der Vorteil dieser Methode ist m.M. das Du viele Probleme umgehst, wenn Du einen modern eingerichteten Raum hast - also mit wenigen Möbeln und vielen "nackten" Wänden. Dann stört der Difusschall nicht so sehr; dafür hast Du nur einen kleinen Bereich, in dem Du einen optimalen Klang hast - Sweetspot....

    Ansonsten ist es vorallem bei Mehrwegern evtl besser, einen möglichst geraden Energie-F-Gang zu haben - Achtung, auf Achse ist dann oft im Bereich um die 2 - 3- kHz ein Bereich, der zwar linear ist, aber ingesammt wird dort zuviel Energie abgegeben, was unter Winkel unangenehm durch eine Überhöhung auffällt, so daß Du diesen Bereich auf Achse evtl absenken mußt - und die Boxen dann parallel zu den Wänden aufstellst, was einer 30° - Abstimmung entspricht.
    Besonders in einem klassisch eingerichteten Raum hast Du dann einen relativ großen Bereich mit gutem Klang...

    Es ist wie so oft der große Vorteil des DIY das man sich die Box auf seinen Hörraum hin abstimmen kann...

    Gruß Jörn
    ...Gruß Jörn

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    • Timo
      Registrierter Benutzer
      • 22.06.2004
      • 9608

      #3
      Hallo, sehr gut erklärt und ich bin voll dabei, aber einen zusatz, seitdem ich die fFunktion in Boxsim gesehen habe, ENERGIEFREQUENZGANG bin ich mir sicher dass dieser auch bei Mehrwegern eine große Rolle spielt.

      Ich habe mich in der Vergangenheit bei Breitbändern und auch bei Zweiwegerichen sehr häufig gefragt warum die Teile in verschiedenen Räumen so unterschiedlich gut oder schlecht geklungen haben. heute weiß ich dass der Energiefrequenzgang dran schuld ist.

      Ich habe bei meiner neusten Entwicklung bei der VIB 130CB und Hypo eine Simu gewählt welche zum Hochton hin ansteigender Amplitudenfrequenzgang hat. der Energiefrequenzgang fällt nur leicht ab,
      Das Mittel beider Kurven ist nahezu eine Konstante.

      Die Boxen sind parallel zu den Wänden aufgestellt und der Abhörwinkel ist vielleicht zwischen 15 und 30 Grad. Erst in diesem Projekt habe ich die Notwendigkeit (für "NORMALE RÄUME") dieser Vorgehensweise begriffen. Breitbänder habe ich im Hochton schon eine ganze Weile angehoben, ab dem jetzigen Zeitpunkt hebe ich generell alle meine Boxen nach dem Oben beschriebenen Verfahren an.

      Fazit, die Boxen die ich entwickle haben eine Hochtonanhebung eingebaut von ca. 2 bis 3 dB sodass unter winkel nicht zu viel Hochton verlorengeht.

      Dein letzter satz finde ich überaus wichtig, gerade wir selbstbauer können unsere Boxen so abstimmen wie es uns gefällt und wie es in unseren Hörräumen gut klingt. das ist doch genau der Vorteil unseres DIY-Hobbys.

      gruß Timo

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      • poor but loud
        Registrierter Benutzer
        • 09.11.2006
        • 546

        #4
        Also meint Ihr auch, ich sollte die Boxen in etwa wie folgt optimieren?



        Trennfrequenz ist 2,4 kHz, Schallwandkanten nicht abgerundet, Einbruch axial bei ca. 4 kHz, unter 30 ° ausgeglichen mit waagrechter Hüllkurve und nur minimal fallendem Durchschnittspegel (von ca. 80 auf 79,5 dB), obere Grenzfrequenz ca. 17 kHz, Energiekurve mit leichtem Abfall zwischen 400 Hz und 2 kHz.

        Sollte der Energiefrequenzgang ein zu dunkles Klangbild bewirken, so kann ich die Boxen leicht zur Hörposition anwinkeln und unter einem Winkel von ca. 15-20 ° hören.
        Moden kommen und gehen. Manche Moden kommen sogar wieder. Nur die Raummoden sind unsterblich.

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        • pico
          Registrierter Benutzer
          • 14.09.2004
          • 894

          #5
          Hi poor but loud,

          unser Senf zu diesem Thema steht im 6. Teil der Artikelserie "Weichentricks" (s. http://www.hifi-selbstbau.de/text.php?id=217&s=read)
          Gruß Pico

          <<< Studieren UND Probieren >>>

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          • poor but loud
            Registrierter Benutzer
            • 09.11.2006
            • 546

            #6
            Interessant. Also, bei mir liegt äußert sich der Bafflestep in einem Wendepunkt bei ca. 250 Hz und einer Anhebung des Frequenzbereichs zwischen 850 Hz und 3,5 kHz. Das versuche ich immer vollständig zu korrigieren. Zwischen 250 und 6000 Hz bekomme ich zwar einen linearen Frequenzgang hin; der Energiefrequenzgang läuft aber ab 400 Hz nicht mehr parallel zum Direktschall, sondern fällt die nächsten zwei Oktaven ab - muss er ja auch, da er bei höheren Frequenzen 5 dB unterhalb der 30-Grad-Kurve verläuft. Zwischen 1,6 und 9 kHz laufen die Kurven dann parallel, aber wie gesagt mit 5 dB Abstand.
            Moden kommen und gehen. Manche Moden kommen sogar wieder. Nur die Raummoden sind unsterblich.

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            • pico
              Registrierter Benutzer
              • 14.09.2004
              • 894

              #7
              Hi Jobst,

              ja, da wünsche ich mir auch noch eine höhere Auflösung. Horizontal sind 30° Schritte akzeptabel, aber vertikal sollten es zumindest innerhalb von +/- 30° doch 5° Auflösung sein. Wobei das für den Energiefrequenzgang gar nicht so viel ausmacht, da die Abstrahlung unter 0° energetisch betrachtet eher ein unbedeutender Sonderfall ist.

              Aber für den Klangeindruck bei verschiedenen Sitzhöhen ist das entscheidend . . .
              Gruß Pico

              <<< Studieren UND Probieren >>>

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              • pico
                Registrierter Benutzer
                • 14.09.2004
                • 894

                #8
                Hi Jobst,

                wie verdreht man denn die Box um 45°? Um 90° würde ich verstehen (Chassis auf die Seite) . . .
                Gruß Pico

                <<< Studieren UND Probieren >>>

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                • poor but loud
                  Registrierter Benutzer
                  • 09.11.2006
                  • 546

                  #9
                  Original geschrieben von pico
                  wie verdreht man denn die Box um 45°? Um 90° würde ich verstehen (Chassis auf die Seite) . . .
                  Man bohrt einen Tunnel quer durch das Haus, zieht eine lange Eisenstange hindurch, die an den beiden Nachbarhäusern verankert wird, befestigt die Box daran, verankert den Mikrofonständer gewissenhaft im Fußboden und dreht einfach das ganze Haus. Kommt aufs Gleiche raus.

                  Nee, ich würde sagen, es reicht aus, das Mikrofon mit 100 % Steigung gegenüber der Box anzubringen und auf diese auszurichten.

                  Original geschrieben von jobst
                  -vermutlich lässt sich die 5db Senke @ 4kHz auf Achse durch eine geschicktere HT-Position etwas einebnen
                  Ich habe die Erfahrung gemacht, dass sie vor allem breiter, also weniger steilflankig wird. Schließlich ist der Hochtöner immer noch von 3 Schallwandkanten fast gleich weit entfernt.

                  Zu Beginn waren es etwa 67,5 mm zwischen Hochtönerachse und Deckel und 75 mm zur Seitenwand. Wenn ich den Hochtöner einsenke, muss ich auf jeden Fall noch etwas Luft zur Schallwandkante lassen, so dass den Abstand zum Deckel allenfalls im Verhältnis 8:9 verkürzen kann (die Schallwand endet also 6 cm oberhalb der Hochtönerachse). Je nach Volumenbedarf des Tieftöners kann ich auch noch den seitlichen Abstand vergrößern, aber mehr als einen Zentimeter bringt das nicht. Insgesamt ändert sich das Längenverhältnis allenfalls von 9:10 auf 5:7.
                  Moden kommen und gehen. Manche Moden kommen sogar wieder. Nur die Raummoden sind unsterblich.

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                  • poor but loud
                    Registrierter Benutzer
                    • 09.11.2006
                    • 546

                    #10
                    Habe jetzt mal die entsprechende Simulation durchgeführt. Der Schuss ging voll nach hinten los. Der in allen Kurven zu sehende Buckel bei 1,3 kHz nimmt um 1 dB zu, die Senke nur um 0,5 dB. Obendrein wird der Frequenzgang in den Höhen schlechter. Die Senke bei 4 kHz sollte also besser ignoriert werden.
                    Moden kommen und gehen. Manche Moden kommen sogar wieder. Nur die Raummoden sind unsterblich.

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                    • UweG
                      Registrierter Benutzer
                      • 29.07.2003
                      • 5653

                      #11
                      Die Beobachtung von jobst ist völlig korrekt. Die begrenzte Anzahl an Raumrichtungen, die Boxsim zur Errechnung des Energiefrequenzgangs (und des Bündelungsmaßes) benutzt, erlaubt nur begrenzte Genauigkeit.
                      Für ein etwa rotationssymmetrisches Abstrahlverhalten (Membrandurchmesser bündelt) kommt das etwa hin, solange das Bündelungsmaß nicht zu hoch wird.
                      Bei Doppelchassis wird es problematisch, wenn der Chassisabstand zu groß wird in Relation zur Wellenlänge. Wenn schon 5° oberhalb der Achse eine Senke vorhanden ist, Boxsim aber erst inm 30°-Winkel den nächsten Integratonspunkt findet, wird es ziemlich grob falsch. Die 45°-Anordnng ist auch ein Problemfall, weil hier horizontal und vertikal das gleiche Abstrahlverhalten vorliegt, in jeder anderen Ebene aber ein anderes.
                      Boxsim ... wenn Lautsprechersimulation gelingen soll.

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                      • poor but loud
                        Registrierter Benutzer
                        • 09.11.2006
                        • 546

                        #12
                        So genau wusste ich das nicht.

                        Was mein eigenes Projekt und die nicht mehr zu vernachlässigende Präsenzsenke anbetrifft: Ich habe mal den Hochtöner mit einem Impedanzkorrekturglied versehen und ihm einen Sperrkreis vorgeschaltet, der den Buckel zwischen 10 und 15 kHz glättet. Der Sperrkreis muss durch einen Widerstand bedämpft werden. Sowohl der Widerstand als auch das Zobelglied sind erforderlich, weil der Sperrkreis sonst am unteren Ende seines Einsatzbereiches übel resoniert und somit eine Überhöhung statt einer Dämpfung hervorruft. Ferner wird das ganze Hochtonfilter durch einen Bypasskondensator überbrückt. Zum Schluss habe ich die ganze Box (Außenmaße und Chassispositionen) nahezu maßstäblich vergrößert und den dadurch lauter werdenden Mitteltonbereich durch Anpassung der Weiche korrigiert, wobei ich mich auf eine Vergrößerung der beiden Tiefpass-Spulen beschränken konnte.
                        Moden kommen und gehen. Manche Moden kommen sogar wieder. Nur die Raummoden sind unsterblich.

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                        • poor but loud
                          Registrierter Benutzer
                          • 09.11.2006
                          • 546

                          #13
                          Hier das Ergebnis der geänderten Hochtöner-Beschaltung:




                          Vergrößerte Box mit demselben Weichenprinzip:




                          Die 3 Frequenzweichen:

                          Moden kommen und gehen. Manche Moden kommen sogar wieder. Nur die Raummoden sind unsterblich.

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                          • poor but loud
                            Registrierter Benutzer
                            • 09.11.2006
                            • 546

                            #14
                            In der zweiten Simulation wird der Präsenzbereich außeraxial deutlich lauter, was den axialen Einbruch zum Teil kompensiert. Die Welligkeiten im Energiefrequenzgang verschieben sich zu höheren Frequenzen hin.

                            Die letzte Simulation zeigt außeraxial einen noch etwas glatteren Frequenzgang, weil die Präsenzüberhöhung hier um 0,5 dB geringer ausfällt. Allerdings bündelt diese Konstruktion viel stärker; ich handele mir bei 6 kHz einen ausgeprägten Zacken ein. Die Welligkeit beträgt nun 6,5 dB gegenüber den in der zweiten Simulation zu sehenden 4 dB. Dies schlägt sich auch im bei gleicher Kurvenform minimal welligeren Energiefrequenzgang nieder.

                            Bezüglich der axial auftretenden Präsenzsenke befinde ich mich offenbar in guter Gesellschaft. Einige mit höherwertigen Chassis aufgebaute und ansonsten vergleichbare Konstruktionen der Fachpresse zu Paarpreisen zwischen 380 und 675 Euro, die von den jeweiligen Autoren ausdrücklich als High-End-Projekte eingestuft wurden, verhielten sich in dieser Hinsicht nicht besser.

                            Auffällig ist das Reaktanzverhältnis der Serienglieder. Beim Tiefpass liegt es zwischen 5 und 9, beim Hochpass in den beiden letzten Simulationen bei 4,25. Die Lehrbücher sehen hier den Wert 3 vor, der auf eine Butterworth-Charakteristik hinweist. Mit dieser allerdings kommt man oft nicht weit. Die meisten Tieftöner-Tiefpass-Kombinationen zeigen für das unbeschaltete Chassis einen bis über die geplante Trennfrequenz hinaus ansteigenden Amplitudenfrequenzgang. Dies lässt sich am einfachsten dadurch kompensieren, dass man unterhalb der Frequenz trennt, ab der die Kurve wieder abfällt, und statt eines Saug- oder Sperrkreises einfach das vordere Serienglied mit einem rechnerisch viel zu hohen Blindwiderstand ausführt.

                            Der Hochtöner zeigt nach der Beschaltung mit dem Sperrkreis ein zu typischen Tieftönern einigermaßen spiegelbildliches Verhalten - schlimmer noch, statt eines kontinuierlichen Abfalls finden wir hier 2 Plateaus und einer knapp unter 6 kHz deutlich geknickten Kurve:



                            Will man das nicht mit einem zweiten Sperrkreis kompensieren, so bleibt nur die Alternative, dafür zu sorgen, dass von dem höheren Plateau möglichst wenig übrig bleibt. Ich habe die Trennfrequenz deshalb auf dessen ungefähre Mittenfrequenz (3 kHz) gelegt.

                            Bei einfacheren Weichendesigns ergeben sich für die Serienglieder des Hochpasses andere Reaktanzverhältnisse. Je nach Chassiskombination habe ich bei axialer Optimierung Werte zwischen 1,45 und 2 und bei außeraxialer Optimierung Werte zwischen 2 und 3 erhalten.
                            Moden kommen und gehen. Manche Moden kommen sogar wieder. Nur die Raummoden sind unsterblich.

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                            • poor but loud
                              Registrierter Benutzer
                              • 09.11.2006
                              • 546

                              #15
                              Original geschrieben von jobst Wie wär's mit einer 2cm breiten Fase links und rechts ?
                              Die Idee hatte ich auch schon, und Deine Ausführungen konnte ich nachvollziehen. Allerdings gibt es Probleme mit der Verwirklichung.

                              Ich bin handwerklich nicht so geschickt und möchte die Gehäuse deshalb von einem Schreiner bauen lassen. Hier kosteten Fasen extra, vor allem, wenn das Gehäuse furniert werden soll. Eine Alternative wäre es, aus der fertig furnierten Platte die eigentliche Schallwand und zwei Dreikantleisten herauszusägen, was außerdem die Möglichkeit der Verwendung mitgebrachter Furnierspanplatten bietet. Aber auch das hört sich nicht gerade einfach an.

                              NACHTRAG:
                              Ich habe noch ein paar Massivholzplatten sowie Viertelkreisstäbe auftreiben können. Die werde ich probeweise mal beizen und dann prüfen, ob mir der Farbton gefällt. Die Platten werde ich mit Spanplatte aufdoppeln und evtl. von hinten Holzschrauben reindrehen, damit das Massivholz sich nicht im Laufe der Jahre verzieht und abplatzt.

                              Original geschrieben von jobst Müsste auch mit FR10 (...but loud ?) gerade so hinkommen.
                              Ja, mein Nickname klingt im Zusammenhang mit diesen Boxen sehr merkwürdig. Ich habe ihn vor Jahren gewählt, als ich mich bei einem Musikerforum anmeldete. Für jemanden, der so ziemlich alle Blues-Klischees (Scheidungswaise, Entziehungskur, Arbeitgeber ist pleite) erfüllt, passt das ganz gut.
                              Zuletzt geändert von poor but loud; 23.11.2007, 01:00.
                              Moden kommen und gehen. Manche Moden kommen sogar wieder. Nur die Raummoden sind unsterblich.

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