Schallwand-Frequenzgang von Boxsim nicht in Übereinstimmung mit Edge und Vituix

[Timo]

Bitte wende dich direkt an Uwe, er ist der Programmierer.

[UweG]

Ich habe mal eine Simulation mit zwei identischen Hochtönern gemacht, G20SC. Der Erste (blaue Linien) sitzt auf einer unendlichen Schallwand, hier macht die Schallwand also nichts. Der zweite (grüne Linien) sitzt mittig auf einer 20x25cm großen Schallwand. Die Differenz ist also der Schallwandeinfluß. Ich finde das Ergebnis völlig plausibel. Zu hohen Frequenzen macht die Schallwand nahezu nichts - weder mit Frequenzgang noch mit Phasengang.




Wenn Du andere Ergebnisse hast, lade bitte ein Projekt hoch und schreib, was dir daran fragwürdig erscheint.

Viele Grüße
Uwe

[KaiZ9k]

Hier ein kleines Beispiel :

Eine kleine Box mit 112x177 mm Breite und Höhe, ein Chassis mit 68 mm Dia. bei Position (56,56) mm.
Der Baffle Step mit Mikrofon in 1 m Abstand vor der Kolbenmitte bei Edge und VituixCAD sowie mit Boxsim:

Edge und Vituix zeigen oberhalb des Step (>=5kHz) geringfügige Phase, Boxsim läuft zu ~ -170° bei 20 kHz.

Bei Edge und Vituix kann man die Mikrofon-Position einstellen. Wenn es auf die Höhe des oberen Randes der Schallwand geschoben wird, kommt dies raus:

Die Phasenverläufe sind nun ähnlich, aber Edge und Vituix zeigen oberhalb 5 kHz einen Pegelabfall, der bei Boxsim nicht vorkommt.
Letzteres liegt an der tatsächlichen Entfernung von 1 m bei Edge und Vituix im Gegensatz zu Boxsim.
Wenn man bei Edge und Vituix auf sehr große Entfernung wechselt (99,9 m bei Vituix) verschwinden die Pegelabfälle.

Das letzte Bild unten könnte zur Annahme verleiten, die Phase bei Boxsim käme von einer Mikrofon-Position auf Höhe der Oberkante der Schallwand.
Verschiebt man aber bei Edge und Vituix das Mikrofon auf große Entfernung, verschwindet dort auch wieder die Phasendrehung.

Die Phasendrehung von Boxsim bleibt mysteriös.
[Die Projekt-Definition sollte in Test.BPJ enthalten sein.]

Ich habe auch noch mal das Verhalten von Edge und Vituix bei kleinem Mikrofon-Abstand kontrolliert:
Bei Edge nimmt der Baffle-step unterhalb ~5 kHz ab, aber auch der mittlere Pegel, was nicht mit der Realität übereinstimmt. Oberhalb 5 kHz nimmt der Abfall zu.
Bei Vituix wird der Baffle-step kleiner. Leider ist die minimale Entfernung aber auf 100 mm begrenzt. Der Step verschwindet erst bei viel geringerer Entfernung.
............................
Es gibt Lautsprecherbauer im Internet, die die Frequenzgänge ihrer Werke zusammensetzen aus einer ge-gateten Impulsmessung für den Bereich oberhalb einiger hundert Hz und einer Gleit-Ton Nahfeld-Messung im Bassbereich. Bei letztere fehlt dann (je nach Entfernung des Mikrofons) der oder ein Teil des Baffle-step.
Wie bei Bassreflexboxen Nahfeld-Messungen am Bass-Chassis und der Reflex-Öffnung zu einem Bass-Frequenzgang zusammengesetzt werden, bleibt meist Geheimnis des Gesamt-Kunstwerks.

[walwal]

"Bei Edge und Vituix kann man die Mikrofon-Position einstellen. Wenn es auf die Höhe des oberen Randes der Schallwand geschoben wird, kommt dies raus:"

Natürlich zeigt Boxsim da etwas anderes, ist aber richtiger. Wer misst schon auf
Höhe der Oberkante?

test.bpj ist leer....

[KaiZ9k]

Guck mal auf die Phase im letzten Bild.
Ich habe das Mikrofon bei edge und vituix für die zweite Rechnung mal auf die Höhe der Oberkante der Schallwand verschoben, weil dann alle drei Programme etwa den gleichen Phasengang ausgeben. Von "Natürlich zeigt Boxsim da etwas anderes" kann also ausnahmsweise mal keine Rede sein.
Du hast entweder das Bild nicht angeschaut oder die Erläuterung übersprungen oder nicht verstanden.

Test.bpj ist nicht leer, sondern 1551 Bytes lang und enthält eine ausreichende Beschreibung.
Anscheinend bist du mit Boxsim weniger vertraut als ein Neuling wie ich.
Ein Tipp: Du findest bei Boxsim die berechnete Grafik unter "Einzelchassis", allerdings nicht den der "Schallwand pur".

Du siehst offenbar nur das, was du sehen möchtest.
Unvoreingenommene Befassung mit den beobachteten Differenzen geht anders.

[Timo]

wo ist das eingegebene Chassis, ... bitte greife nicht Forenfreunde an die mehr Erfahrung haben, wie jeder andere hier. Gerade im Umgang mit Boxsim.

[Timo]

ich habe die testsimulation mit einem Chassis bestückt und zusätzlich die erforderliche Außendimensionen der Box hinzugefügt. und auch die Schallwandposition:

[VISATON]

...Anscheinend bist du mit Boxsim weniger vertraut als ein Neuling wie ich.
...
Du siehst offenbar nur das, was du sehen möchtest.
Unvoreingenommene Befassung mit den beobachteten Differenzen geht anders.

In unserem Forum gibt es gewisse Regeln. An oberster Stelle steht der respektvolle und freundliche Umgang miteinander.
Ich würde dich daher bitten, derartige Anschuldigungen und unfreundlich Kommentare zu unterlassen. Dankeschön

[KaiZ9k]

Wenn jemand einen oberflächlichen Kommentar schreibt, der auch noch in sich unlogisch ist, muss man das auch kritisieren dürfen. Ebenso, wenn ganz falsches behauptet wird.

Nochmal: Für das zweite Doppelbild wurde die Mikrofon-Position auf die Höhe der Oberkante der Schallwand verschoben, weil sich dann die nahezu gleiche Phase wie beim Ergebnis von Boxsim einstellt.
Das wurde kommentiert mit "Natürlich zeigt Boxsim da etwas anderes". Falsch, genau das tut es bei der Phase nicht. Weiter geht der Kommentar mit "ist aber richtiger": Wie kann etwas bei fast gleichem Phasenverlauf richtiger sein ? Weiter geht der Kommentar mit "Wer mißt schon an der Oberkante ?": Ich würde nicht auf die Idee kommen, siehe die Simulationsergebnisse im ersten Doppelbild, basierend auf zur Membran axialer Mikrofon-Position. Mit Boxsim bekommt man aber eine Phase, die stark mit Positionierung auf Höhe der Oberkante übereinstimmt.
Mit der Logik im Kommentar zu den Simulations-Ergebnissen hapert es also gewaltig.

Die Behauptung, Test.bpj sei leer, war unbestreitbar falsch.
Das benutzte Chassis ist im File beschrieben, wie man an der Kopie in Beitrag #21 sehen kann.
Von dieser Beschreibung werden für die Berechnung des Schallwand-Frequenzgangs aber nur Durchmesser und Position der Membran in der Schallwand benötigt. Alles andere ist dazu nicht nötig.
Das Chassis ist unter "Chassis & Einbau" in "Chassis 1." zu finden. Von all den dort unter "Chassisdaten" stehenden Werten wird überhaupt nur die Membranfläche benötigt, weil sich aus ihr deren Durchmesser ergibt. Die Maße der Schallwand und die Position der Membran findet man unter "Schallwand und Position".
Weitere Angaben sind zur Berechnung des Schallwand-Frequenzgangs nicht nötig.
Wenn jemand diese Daten nicht im File bzw. nach Laden des Projektes im Programm findet, zeugt das dann für seine Vertrautheit mit dem Programm ?
Wenn man aber Vertrautheit annimmt, was bleibt dann noch als mögliche Erklärung für die falsche Behauptung ?

Falsche Behauptungen und unlogische Kommentare empfinde ich nicht als "respektvollen und freundlichen Umgang miteinander" sondern als das Gegenteil.

[UweG]

Die Merkwürdigkeit, die KaiZ9k aufzeigt, ist für mich nachvollziehbar. Auch wenn das Projekt unvollständig ist und daher nicht komplett durchrechnet, wird die Schallwandsimulation durchgeführt. Exportiert man nun die Ergebnisse, ergibt sich eine Phasenlage des Schallwandfrequenzgangs die zu hohen Frequenzen nicht gegen 0 läuft. Das erscheint merkwürdig.

Es ist aber so, dass dieses Verhalten auch dann auftritt, wenn man auf unendlicher Schallwand simuliert, also ohne Kantenbeugung.
Ursache hierfür ist, dass der Schallwandfrequenzgang sich auf die Schallwandebene bezieht und nicht auf den angenommenen Ort der realen Schallabstrahlung, der bei einer Konusmembran von 6,8cm Durchmesser etwa 8mm hinter der Schallwand liegt. Für das Endergebnis spielt das keine Rolle, weil es ja auch bei der Schallwandrücksimulation (der Schallwand in der gemessen wurde) so ist. Für die Kantenbeugung aber sehr wohl. Wenn der Schall (etwas) hinter der Schallwand entsteht, dann beträgt die Laufzeitdifferenz des gebeugten und des Direktschall nicht mehr exakt die Schalllaufzeit der Entfernung Chassis(-mittelpunkt) zu Kanten, sondern ist kürzer. Das kann auch ein Grund dafür sein, dass andere Simulationsprogramme (die möglicherweise von Kolbenstrahlern mit Membran bündig zur Schallwand ausgehen), die Schallwand immer etwas größer erscheinen lassen als Boxsim. Zusätzlich erscheint eine Schallwand natürlich auch größer, wenn das Mikro näher dran steht..

Ich gebe zu, es wäre sinnvoller gewesen, nicht den intern verwendeten Schallwandfrequenzgang, sondern die Differenz zum Schallwandfrequenzgang auf unendlicher Schallwand zu exportieren, aber ich glaube, KaiZ9k bist einer der ersten die diese Funktion nutzen.

P.S.: Kommt mal wieder runter.

[KaiZ9k]

Hallo,
ich habe gerade eben, ohne den vorigen Beitrag von UweG schon gesehen zu haben, ein zweites Beispiel erzeugt.
Dazu habe ich die zweite Schallwand / Treiber-Konfiguration aus der klassischen Arbeit
"Application of the Geometrical Theory of Diffraction at the Edges of Loud-speaker" von R.M. Bews & M. J. Hawksford, Oct. 1986"
verwendet. Das ist ein Quadrat mit den Dimensionen 600 x 600 mm und ein zentraler Treiber mit 100 mm Radius.

Dafür werden diese Simulations-Ergebnisse gezeigt (leider nur runter bis 100 Hz, die Phase in rad):

Dafür liefern Edge, Vituix und Boxsim dieses (Pegel oberhalb des step auf 0 dB verschoben):

Die Rechts-Verschiebung der roten Kurve liegt an der großen Mess-Entfernung von Boxsim.
Stellt man bei Edge 100...1000 m Abstand ein, rutscht der Dip von ~ 880 Hz auch knapp über 1000 Hz.
Boxsim zeigt wieder eine sehr große Phase, hier jenseits -180° bis etwa -502°,
während Vituix (rechnet laut Doku mit einfachem ray-tracing) rechts nahe 0° liegt,
und bei Edge die Phase zu etwa -58° läuft.
Erhöht man bei Edge die Mess-Entfernung, schrumpft die Phase bei 10 m auf ~ -5°, bei 100 m auf nahezu 0°.
Aus Neugier habe ich in Boxsim mal den Treiber-Durchmesser sukkzessive erhöht:
Bei 30 cm dreht die Phase bis -753°, bei 38 cm auf -954°.
Ist das als korrekt verstehbar ?

[UweG]

Ich glaube, ich hab's verstanden.
Was mir beim Studium des Quelltextes noch auffiel: Wenn man als Membranform nicht Konus sondern Kalotte eingibt, simuliert Boxsim keine zusätzliche Laufzeit des Direktschalls.

[KaiZ9k]

Danke für den Hinweis, dass Boxsim bei Konus-Membran mit Schallabstrahlung von einer Position hinter der Schallwand rechnet.
Ich gehe davon aus, dass die anderen Programme das nicht tun.
Nun ist ein Konus aber in einfachster Näherung ein Trichter. Die Schallabstrahlung der Mebran wird üblicherweise nicht durch eine Punktquelle im Zentrum, sondern durch etliche (zB 37) über die Membran-Fläche verteilte Punktquellen approximiert (im Geometrie-Bild von Edge durch kleine Quarate markiert). Bei Bews & Hawksford gibt es auch ein Bild mit markierten Punktquelllen auf der Membranfläche. Die äußeren Punktquellen müßten dann eigentlich zunehmend näher an der Öffnung der Membran positioniert werden.
Kann man die Tiefe der angenommenen Quelle auf der Seite "Schallwand und Position" von Chassis 1 mittels "Position Schallaustritt im Raum" nach vorn verlegen, zB in die Schallwand-Oberfläche ?
Welchen Sinn haben da "horizontal" und "vertikal", wenn die Position des Chassis bereits mit den Maßen "a" und "b" definiert wurde ?
Verwendest Du wirklich nur eine Quelle?
In die Realitäts-Nähe der Ergebnisse geht auch der am Rand der Schallwand angenommene Reflektions-Faktor ein.

Magst Du verraten, ob Du GTD oder eines der neueren Beschreibungsmodelle für die Schall-Beugungs-Effekte verwendest ?
In der Edge Doku ist von GTD die Rede, bei Vituix von ray-tracing, SoundEasy bezieht sich auf GTD nach Bews & Hawksford und die Arbeit von Tore Skogberg (2006).
Letzterer hat einiges bis dahin bekannt gewordenes ausprobiert und mit Messungen verglichen.
Die Ergebnisse von Vituix erscheinen mir weniger zutreffend als die von Edge.
2004 gab es eine Arbeit von Urban et al. über ein gegenüber GTD verbessertes Verfahren mit Abkürzung DED (Distributed Edge Dipol).
Aus Norwegen gibt es eine seit circa 1998 bis in die Gegenwart geflegte "Edge Diffraction Toolbox" von P. Svensson, deren Anfänge unter J. Vanderkooy entstanden.

PS.: Wie ergibt sich i.A. der beim Konus angenommene Ort der Schallabstrahlung aus dem Membran-Durchmesser ?

[UweG]

Boxsim verwendet auch keine Punktquelle, sondern integriert mit einer analytischen Formel (nicht numerisch) über eine runde Fläche. Die Anzahl der Integrationspunkte ist damit sozusagen unendlich. Bei der Membranform Kalotte wird zusätzlich ein Ringstrahler überlagert. Das habe ich gemacht, damit die Berechnungen besser mit Messungen bei Visaton übereinstimmten. Ob die Mitte der Kalotte irgendwie weniger Bewegung macht? Ich weiß es nicht.

Die Tiefe der Schallquellen relativ zur Schallwand kannst Du nicht beeinflussen. Die Position des Chassis im Raum wird benutzt um die Phasenlage der verschiedenen Chassis zueinander für die jeweilige Richtung zu berechnen. Für das Einzelchassis ist sie irrelevant, außer dass sie natürlich den Phasengang beeinflusst.
Abmessungen der Schallwand und Position auf der Schallwand werden für die Beugungsberechnung verwendet.

Das Modell dahinter ist recht simpel und ursprünglich von mir erdacht, inspiriert von dem was ich mal zu Edge gelesen habe und in diversen JAES papers. Die Arbeit von Urban et. al. habe ich erst später gelesen.
In Boxsim werden auf den Schallwandkanten 960 Punkte so verteilt, dass sie vom Chassismittelpunkt aus in gleichem Winkelabstand (0,375°) stehen. Diese emittieren in Summe -6dB des Direktschalls, sonst wäre der Bafflestep nicht -6dB. Für 0° sind alle Punkte gleich gewichtet. Für die verschiedenen Winkel werden sie unterschiedlich gewichtet. Die Gewichtungsfunktionen sind experimentell bestimmt anhand von Messungen bei Visaton. Sie sind sicher nicht wirklich "richtig".
Boxsim hat bis Version 1.2 für alle 250 Frequenzen und alle 30 Richtungen alle 960 Integrationspunkte aufintegriert und verrechnet. Ab Version 2.0 habe ich das Verfahren numerisch optimiert. Es ist damit quasi ergebnisgleich aber wesentlich schneller. Seit Boxsim 2.0 ist die Schallwandsimulation nicht mehr der Schritt mit der höchsten Rechenzeit.

[KaiZ9k]

Danke für die Erläuterung.

Habe ich richtig verstanden, dass die Position "horizontal", "vertikal" und "vorn" nichts mit der tatsächlichen Lage in der Schallwand zu tun hat und für ein Einzel-Chassis völlig irrelevant ist, weil sie nur die relative Lage zwischen mehreren Chassis beschreiben soll ?

Mir ist nicht einsichtig, wieso die relative Lage des effektiven "Schallzentrums" eines Chassis zu den Kanten-Reflektionen der Schallwand nicht genauso berücksichtigt werden müßte.
Oder wird das in Boxsim über Unter-Schallwände/Gehäuse in einer/m Gesamt-Schallwand/Gehäuse möglich ?

Werden bei Kanten mit spezifizierter "Fase" jeweils zwei Kanten mit unterschiedlichem Reflektionsfaktor angenommen ?

Ergänzung:
Ich habe mal die Phasendrehung bei 20 kHz für 12 Membran-Durchmesser von 100 - 380 mm ausgewertet. Es ergibt sich daraus eine fiktives Schallzentrum, das ~12 % des Durchmessers hinter der Schallwand liegt. (Die Werte variieren nur zwischen 11,95 ...11,97 %).
Sind übliche Membran-Kegel-Formen so standardisiert ?

Ist es möglich, Bass-Chassis zu simulieren, die klassisch hinter der (~2 cm dicken) Schallwand montiert sind ?