Maximalpegel eines BR-Ports

[fabi]

Grüß Dich Uwe,

Zum Strahlungswiderstand: Der Luftpfropf im Bassreflexkanal schwingt und muss aus der vergleichsweise kleinen Öffnungsfläche akustische Leistung abstrahlen. Der Wind ist doch nur Blindanteil. Jede Bassreflexöffnung ist auch nichts anderes als ein Hornmund und da ist der Strahlungswiderstand sehr wohl relevant. Wo mache ich den Denkfehler?
Im Ersatzschaltbild sind Luftmasse und Öffnungsfläche äquivalent zu Sd und Mms bei der Passiv-Membran - sie arbeitet eindeutig gegen den Strahlungswiderstand.
Exponential öffnende Bassreflexkanäle sind deutlich effizienter, das sieht man bei vielen Beschallungsboxen. Hängt das also tatsächlich nur mit den Verlusten zusammen? Und die PA-Subwoofer haben eigentlich gar keine exponentiellen Bassreflexöffnungen für besseren Strahlungswiderstand, sie sind nur "verrundet" und komprimieren daher weniger bei großem Pegel?

Ich habe Salvatti's Paper nicht im Detail durchgearbeitet. Aus Erfahrung kann ich aber sagen, dass so stark geöffnete Kanäle die Tuningfrequenz ziemlich stark nach oben schieben. Also muss man den Kanal länger machen um zu kompensieren. In der Mitte muss er also doch wieder eng und lang sein und die Verluste steigen wieder. Im schlimmsten Fall muss man ihn deswegen nochmal knicken und es wird alles noch ärger.

Grüße!
fabi

[Timo]

ich habe keinen direkten link zu messergebnissen von ports, ...
was ich habe sind meine eigenen gedanken die ich mir über jahre mache. (dies war im apparatebau eins der wichtigsten themen in meinem studium, ist halt schon mehr als 20 jahre her)

eins ist in diesem zusammenhang klar dass es weder eine umfassende numerische noch eine experimentelle ganzheitliche untersuchung gibt in diesem speziellen falle: "BR-Rohr".

https://d-nb.info/994365837/34

meine aussagen: die luftgeschwindigkeit hat einen erheblichen einfluss auf eine laminare oder turbulente strömung (somit auf den maxinmal möglichen pegel), die form des ports entscheidet über die reynoldszahl, der durchmesser und die gesamtlänge hat einen erheblichen einfluss (aus meiner sicht neben der form der wichtigste einfluss), dann sind da die eingangs und austrittsgeometrien (trompetenförmig oder einen kantigen übergang), auch die randrauhigkeit sollte eine rolle spielen (im bereich zwischen 10 und 20 prozent, haifischhaut), ...

turbulent bedeutet in unserem zusammenhang, dass nicht mehr so viel luft durch das rohr strömt und somit das rohr mehr oder weniger blockiert, was, wie schon beschrieben, zu einem versagen der BR-Abstimmung sorgt, es geht dann in grober richtung auf CB zu, ... und hat einen langen übergang in der KU.

es gibt keine faustformel wann es von BR in KU übergeht und wann das rohr komplett blockiert, der grund ist dass die Reynoldszahl von sehr vielen faktoren abhängig ist, ... diese reynoldszahl entstand aus einer numerischen abschätzung wann eine strömung anfängt turbulent zu strömen, ... dies zur numerik, ... aber was passiert bei diesem übergang, es entstehen nicht wenige störgeräusche, die man dann als klirr wahrnimmt. eine maßnahme wäre den BR-Port hinten anzuordnen, die beste maßnahme wäre wohl eine passivmembran einzusetzen.

alles sehr interessante themen welche man "ganzheitlich" untersuchen sollte.

gruß timo

[ropf]

... und wenn wir davon ausgehen, dass die Schallgeschwindigkeit im BR-Rohr eine absolute Grenze setzt, bewegen wir uns in der Relativitätstheorie der Akustik

Sorry - den konnte ich mir nicht verkneifen. Einen schönen Sonntag Allen.

[peacok]

Die ARU BR Abstimmungen sind dann das schwarze Loch

[Yves]

Ein Indikator für eine mehr oder weniger turbulente Strömung ist sicher die Reynoldszahl, jedoch ist der aus der Rohrströmung bekannte Grenzwert (2000..2320) viel zu niedrig. Eher muss man von 25000..100000 ausgehen. [...] Mein Ansatz ist nun, zunächst einen Gütewert zu errechnen, ...

So ein Indikator ist relativ anschaulich abzuleiten. Dazu habe ich das unten gezeigte Diagramm erstellt. Es zeigt U/D_hyd über B/H, jeweils für eine Rund- und Rechteckrohrgeometrie des BR-Kanals.



U/D_hyd ist das Verhältnis aus Umfangslänge U zum hydraulischen Durchmesser D_hyd. Letzterer ist der für reibungsbehaftete, strömungsmechanische Vorgänge relevante Durchmesser und berechnet sich bekanntlich zu D_hyd = 4A/U = 4BH/U. Je größer nun das Verhältnis U/D_hyd, desto größer sind die Reibungsverluste bezogen auf den wirksamen Querschnitt.

Dieses Verhältnis ist über dem Aspektverhältnis B/H aufgetragen, also dem Verhältnis aus Breite zu Höhe des BR-Kanals.

Wie man erkennen kann, liefert die (Rund-)Rohrgeometrie den geringsten Wert von U/D_hyd in Höhe der Zahl Pi. Bei einem Recheckkanal mit B/H = 4 resultiert U/D_hyd = 6,25.

Ob so ein Indikator letztlich dazu geeignet ist, den Maximalpegel eines BR-Kanals zu berechnen, weiß ich nicht. Aber der oben genannte Teilaspekt könnte zunächst die Vorstellung zur Frage erleichtern, wie sich die Wandreibung bei runden und rechteckigen Kanälen tendenziell unterscheidet. Bei turbulenten Strömungen muss der hydraulisch wirksame Durchmesser immer berücksichtigt werden, wenn es sich um nicht kreisrunde Querschnitte senkrecht zur Strömungsrichtung handelt.

Der Begriff Turbulenz beinhaltet die zeit- und richtungsabhängige Schwankung des Strömungsfeldes, also von Geschwindigkeit und Druck. Ob es sich bei schwingenden Systemen wie einer Luftsäule im BR-Kanal aber um eine Strömung in diesem Sinne handelt, bin ich mir nicht so sicher.

[UweG]

Hallo Fabi,
die Betrachtung des Strahlungswiderstands ist ja nicht falsch, aber sie hilft nicht weiter. Für einen sich bewegenden Kolben ist der Strahlungswiderstand allein vom Durchmesser abhängig. Wenn der feststeht, dann ist auch "Mms" fest, denn sonst stimmt die Abstimmfrequenz nicht mehr. Ein Horn dass bei 34Hz, also 10m Wellenlänge, nennenswert etwas ändert, also die Kopplung zwischen BR-Kanal und Umgebung anpasst, müsste Außmaße im Meterbereich haben.

Und die PA-Subwoofer haben eigentlich gar keine exponentiellen Bassreflexöffnungen für besseren Strahlungswiderstand, sie sind nur "verrundet" und komprimieren daher weniger bei großem Pegel?

Ja. Wenn man Salvatti folgt, dann bringt die ganze Verrunderei am meisten bei Pegeln, die noch Reserve zum GAU haben. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit / Reynoldszahl zu hoch wird (ca. Re > 50000..100000), dann wird es wohl trotz Verrundung so hoch turbulent, dass eine nur ganz kleine Verrundung auch nicht mehr schlechter ist. Da darf der gut funktionierende Port nicht hin, deshalb sind wohl auch bei PA-Boxen die Ports so groß.

Hallo Timo,

eins ist in diesem zusammenhang klar dass es weder eine umfassende numerische noch eine experimentelle ganzheitliche untersuchung gibt in diesem speziellen falle: "BR-Rohr".

Das ist leider sehr wahr und für mich sehr erstaunlich, wenn man bedenkt, dass die Arbeiten von Thiele und Small rund 50 Jahre alt sind.

Hallo Yves,

Bei turbulenten Strömungen muss der hydraulisch wirksame Durchmesser immer berücksichtigt werden, wenn es sich um nicht kreisrunde Querschnitte senkrecht zur Strömungsrichtung handelt.

Volle Zustimmung. Reynoldszahl wird immer mit Dersatz = 4*A/U bestimmt.

@Alle:
Die Reynoldszahl alleine ist wohl auch deshalb nicht ganz der richtige Indikator, weil die Strömung im Übergangsbereich nicht spontan nach turbulent umschlägt, sondern eine Weile braucht. Da müsste dann irgendwie noch die Periodendauer / Abstimmfrequenz hinein oder man müsste einen Korrekturfaktor einführen der zu niedrigeren Frequenzen Rkrit absenkt.

[Der_Axel]

Hallo Miteinander!
ich bin mir nicht ganz sicher und möchte deshalb nur meine Bedenken in den Raum stellen, ob denn der Weg über die Reynoldszahl der richtige ist. Meines Wissens gilt diese nur für gleichgerichtete Strömungen. Wir haben es hier aber mit oszillierenden Luftbewegungen (bei einer bandbegrenzter Frequenz) zu tun. Das führt meiner Überzeugung nach bereits bei kleinen Bewegungen zu turbulentem Verhalten. Allerdings stammt mein Wissen aus 40Jahre alten Verfahrenstechnik Vorlesungen.
Als Daumenwert ist mir aus der Vergangenheit in Erinnerung, dass die BR-Öffnung 20-25% von Sd betragen sollte. Bereits hiermit kommt man aber schnell zu praxisfremden BR-Rohrlängen.

Ich wünsche Allen ein gesundes und erfolgreiches 2018 !!

[UweG]

Der Einwand ist vollkommen berechtigt. Wir haben nur nicht wirklich etwas viel Besseres um geometrisch ähnliche BR-Ports mieinander zu vergleichen.

[Fosti]

Gut ich habe das Problem nicht, weil ich schon seit längerem nix anderes mehr baue, als CB (aktiv entzerrt) oder Axel's RiPol. Nichtsdestotrotz finde ich es super, dass sich Uwe der Sache annimmt.

Axel's Tipp war ziemlich gut!

Ich meine von JBL gibt es dazu auch eine "technical note"...ich suche...

EDIT: Ist nicht viel aber mit Messungen... S.4 Port Turbulence) http://www.jblpro.com/ProductAttachm...L.tn_v3_2A.pdf

[mechanic]

Wenn ich das richtig deute, ist bei einem Lautsprecher mit 90dB Empfindlichkeit und 10 Watt Eingangsleistung (realistisch fürs Wohnzimmer) der Unterschied zwischen geradem Rohr und "gekurvtem" gerade mal 1dB beim Verzerrungslevel. Bei 400 Watt ist der Unterschied deutlicher (4,4dB), aber was soll`s ...

Ich würde als Auslegungsregeln einfach pragmatisch festlegen:

- Mindestfläche prozentual vom Basschassis, das sind typisch für ein 70mm Rohr bei einem 8"-Chassis etwa 15%

- davon ausgehend im Durchmesser so groß, wie es in die vorgesehene Kiste reinpasst (mit zur Not einem Knick ?)

Selbst wenn man das in der Simulation rechnen kann, dominiert hier leider die Realität

Ansonsten hat Fosti absolut recht, was spricht eigentlich für BR? Ich sehe (auch ohne aktive Entzerrung) nur die Anwendungsfälle Basschassis mit ungeschickten TSP´s oder Verwendung von schwachen Verstärkern (Class A oder single ended). Schaut euch doch die Auslegung der Vision BS als GHP an - wer braucht da BR ???

[UweG]

Die postiven Aspekte von BR (geringere Verzerrungen, mehr Tiefgang, ..) sind in der Tat am Schrumpfen, wenn die Hubfähigkeit der Chassis immer größer wird und die sinnvollen Abstimmfrequenzen immer tiefer. Daher kommt auch ein wenig die Motivation, die Grenzen aufzuzeigen. Eien FRS8 in 3,5 Litern auf 60 Hz abzustimmen ist kein Problem. Der kann eh nur leise und so richtig tief auch nicht. Einen W130X im gleichen Volumen auf 40Hz und viel mehr Pegel ist eine ganz andere Nuss. Ich halte es nicht für ausgeschlossen, dass VISATON sich des Themas Passivmembranen mal annehmen muss.

W130X gefolgt von TIW200XS sind meiner Meinung nach die kritischsten Chassis im VISATON-Programm. Danach kommen die anderen hochpreisigen Tieftöner ab 20cm. Die W-Chassis sind unkritischer, weil sie weniger Pegel können.

Das BR25.50 scheint mir eine gute Konstruktion. Ich glaube sowas brauche ich in diesem Jahr noch.

Transmissionlines haben das Problem auch etwas weniger, aber da ist die Auslegung schwieriger.

[aurelian]

Gottseidank baue ich auch keine Bassreflex und erspare mir damit jede Menge Probleme und Arbeit beim Bauen und der 18"er fühlt sich in 100L wohl statt in den für BR nötigen 150L aufwärts (weniger Holz, weniger Gewicht, weniger Verstrebungen, weniger WAF-Probleme).
Zudem gebe ich zu bedenken, dass bei großen Chassis BR sowieso zuviel Bass macht, wenn der Lautsprecher am Boden und in Wandnähe steht....
(und wenn nicht, besorgt es die Aktivweiche..... )

[GallileoMK2]

Hallo Uwe,
ich habe heute bei Deutschlandfunk zufällig über Laminare Strömungen in Rohrleitungen gehört, das hat mich an deine Frage hier erinnert. Bei www.schweizer-fn.de unter Strömungstechnik und dort unter dem Punkt Rohrreibung findet man neben Tabellen auch Formeln. Vielleicht hilft es beim Puzzle etwas weiter. Viele Grüße Leonard

[Der_Axel]

Hallo Gallileo,
mit laminaren Strömungen haben wir es hier sicher nicht zu tun, schon wegen der oszillierenden Bewegung. Deshalb sind ja auch die Reynolds - Überlegungen nur in Teilaspekten zutreffend.

Bei meinen RiPolen kenne ich das Phänomen der hörbaren Strömungsgeräusche auch, kann das aber nur beobachten bzw. hören wenn ich sehr tiefe Frequenzen (z.B. 10-15Hz) die man nicht mehr hören kann mit ordentlich Hub abspiele. Verrundete Kanten mi R~10mm reduzieren diesen Effekt bereits deutlich.

Leider ist die Realität oft der Feind der Theorie. In unserem Fall haben wir Glück. Wenn die BR-Öffnung nich all zu klein ist, werden die Srömungsgeräusche vom Musikpegel deutlich übertönt und sind als solche nicht mehr wahrnehmbar.
Deshalb halte ich den Ansatz von BR-Öffnung=20% bis 25% von Sd für praxistauglich. Überstönkanten etwas abrunden und dann sehen ob die Länge noch in das Gehäuse passt. Gegebenenfalls Br-Öffnung verkleinern oder eine PM einsetzen.

[mechanic]

W130X gefolgt von TIW200XS sind meiner Meinung nach die kritischsten Chassis im VISATON-Programm. Danach kommen die anderen hochpreisigen Tieftöner ab 20cm. Die W-Chassis sind unkritischer, weil sie weniger Pegel können.

Kritisch heißt, dass Passivmembran sinnvoll wäre, richtig? Man könnte ja ohne viel Aufwand zunächst diese beiden Chassis auch ohne Magnete ins Programm aufnehmen (Gewichtsjustage durch Muttern + Silikon innen auf der Dustcap).

Wäre die Aufnahme dieser Passivmembranen mit Berechnung der Zusatzmassen in BoxSim nicht vielleicht sinnvoller als die Optimierung der Bassreflexrohre

P.S. Da ich gerade den W130X-Sub für unter den Beifahrersitz umstricke - strömungstechnisch schlimmer geht es wohl nicht !