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Berechnung der Baßreflex-Abstimmfrequenz

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  • UweG
    Registrierter Benutzer
    • 29.07.2003
    • 5653

    Berechnung der Baßreflex-Abstimmfrequenz

    Nicht schon wieder das gleiche Thema, werden viele von euch denken, wo doch auch in letzter Zeit viel darüber geschrieben wurde.
    Ich habe mir aber den größten Teil der alten Threads angesehen und bin zu dem Schluß gekommen, dass eine geschlossene Darstellung irgendwie trotzdem noch fehlt. Da ich gerade dabei bin, Boxsim in dieser Richtung ein wenig aufzuschlauen, wollte ich mal den aktuellen Stand meiner Erkenntnisse hier darlegen:

    Basis ist folgende Formel in Si-Einheiten:
    Lv = c^2 / (4 * pi^2) * A / (fb^2*Vb) - k * 4*A/U
    Lv: Kanallänge
    A: Kanalquerschnittsfläche (pi/4*D^2 für runden Kanal)
    U: Umfang des Kanals (pi*D für runden Kanal)
    k = 0,614 für beidseitig freistehenden Kanal
    k = 0,732 für einseitig freistehenden Kanal
    k = 0,850 für beidseitig bündigen Kanal
    oder k = k1 + k2 mit k1,2 = 0,307 für freistehendes und 0,425 für bündiges Ende
    c: Schallgeschwindigkeit (344 m/s)

    Obige Gleichung umgeformt unter Verwendung von
    C1 = c^2 / (4 * pi^2)
    ergibt
    fb = Wurzel( C1 * A / ( Vb * (Lv+k*4*A/U) ) )

    Für runde Kanäle dürfte diese Formel kaum strittig sein, für rechteckige ist sie anders als üblicherweise diskutiert wird.
    Der Korrekturfaktor wird mit dem hydraulischen Ersatzdurchmesser (=4*A/U) multipliziert und nicht mit dem des flächengleichen Rohres. Meiner Auffassung nach kann es einfach nicht sein, dass ein schmaler Schlitz vom 30x1cm den gleichen virtuelle Längenzuwachs erfährt, wie ein Rohr von 6,18cm Durchmesser. Der virtuelle Längenzuwachs wird bestimmt durch eine Größe, die mit dem mittleren Abstand eines Flächenaustrittspunkts zu der Kanalkante zu tun hat und nicht einfach nur durch die Fläche.
    In älteren Diskussionen fand ich übrigens, dass unser geschätzter Forumskollege maha diese Auffassung auch schon vertreten hat, nur nicht, dass einer glaubt, ich hätte hier etwas neues erfunden. Ist alles alter Kaffee, aber halt so nicht beachtet.

    Die obige Formel ist meiner Auffassung nach auch anwendbar für Kanäle die an der Wand anliegen. In diesem Fall zählt allerdings nur der nicht an der Wand anliegende Teil des Umfangs.

    Für eine einigermaßen universelle Implementierung in ein Berechnungsprogramm bleiben mit obiger Formel aber noch einige Fragen offen:
    1. Mit welchem Anteil wird das Kanalvolumen in Vb berücksichtigt?
    2. Wie gehen Schalllaufzeiten, die nicht auf den Helmholtzresonator zurüückzuführen sind, in das Ergebnis ein?
    3. Wie ist zu verfahren, wenn der Kanal dicht vor einer Wand endet?
    4. Welchen Einfluss hat es, wenn ein Kanal nahe einer Wand oder nahe eines zweiten Kanals verläuft?
    Ich habe die Fragen durchnummeriert, damit sich jemand direkt auf eine bestimmte Frage beziehen kann, ohne den ganzen Salmon zitieren zu müssen.

    zu 1. hätte ich eine Idee. Berechnet man die Resonanz einer offenen Pfeife, so ist diese f=c/4l. Bei hinreichend langem Kanal, wenn der virtuelle Längezuwachs keine Rolle mehr spielt, liefert die obige Formel das gleiche Ergebnis, wenn 63,66% des Kanals (=2/pi) als Vb gesetzt werden.

    zu 2. hätte ich die Idee, eine Art mittleren Schallweg in der Box zu bestimmen und die korrigierte fb zu bestimmen mit
    fbneu = 1 / ( 1 / fb + 4*msib / c )
    mit c = Schallgeschwindigkeit und msib = mittlerer Schallweg in der Box
    msib könnte man beispielsweise aus einem "Mittelwert" aller Entfernungen des Kanalaustritts zu z. B. den Eckpunkten oder den Wandmittelpunkten abschätzen. Mit "Mittelwert" ist hier definitiv nicht das arithmetische Mittel gemeint, sondern beispielsweise der Quotient aus der Summe der Entfernungsquadrate und der Summe der Entfernungen. Vielleicht wieß jemand wie diese Art der Mittelwertbildung mathematisch richtig heißt.

    zu 3. hatte ich die Idee sozusagen zwei Kanäle hintereinander zu schalten, da muss ich aber noch an der Formelei basteln. Noch sind die Ergebnisse etwas unplausibel.

    zu 4. habe ich noch keine Idee.

    So stelle ich mir die Eingabemaske vor:


    Boxsim ... wenn Lautsprechersimulation gelingen soll.
  • callehome
    Registrierter Benutzer
    • 20.07.2005
    • 73

    #2
    Hallo Uwe,

    Zu 1. habe ich etwas im Lautsprecher-Handbuch von 1989 gefunden.

    -> Das Gehäusevolumen stellt eine akustische Nachgiebigkeit dar und wird wegen seiner federnden Rückstellkräfte benötigt ....

    -> Das Volumen des Bassreflexkanals wird als akustische Masse benötigt, die zusammen mit der akustischen Nachgiebigkeit des Volumens eine zweite Resonanz erzeugt ....

    -> Obwohl es sich in beiden Fällen um Volumina handelt, haben sie doch jeweils getrennte akustische Funktionen ....

    ->Damit ist auch klar: Das Tunnelvolumen gehört nicht zum Gehäusevolumen.

    Wie gesagt, das Ganze ist von 1989, ob es neue Erkenntnisse gibt weiss ich nicht!

    Gruss
    Karl-Heinz
    Es gibt nur zwei Zeitpunkte im Leben eines Mannes, an denen er eine Frau nicht versteht.

    Kommentar

    • UweG
      Registrierter Benutzer
      • 29.07.2003
      • 5653

      #3
      Die Erkenntnisse sind nicht neuer, nur die Betrachtung ist genauer. Die Funktion des Kanals ist "Masse", deshalb kann er aber trotzdem federn, sonst hätte ein einseitiges Rohr ohne zusätzliches angekoppeltes Volumen fb=unendlich. Bei einer normalen BR-Box ist diese Frage nicht sehr relevant, dafür hat der BR-Kanal zu wenig Volumenabteil, zur Entwicklung einer universellen Berechnungsmethode scheint mir die Frage aber doch relevant, da erwarte ich genauere Ergebnisse als mal eben per Taschenrechner abschätzbar.
      Boxsim ... wenn Lautsprechersimulation gelingen soll.

      Kommentar

      • maha
        Registrierter Benutzer
        • 22.10.2001
        • 1664

        #4
        Hi UweG!

        Noch eine Frage.

        Spielt das Verhältnis Kanalfläche zu (kanalnahem) Boxenquerschnitt eine Rolle?

        Beispiele:

        a.) Vox. Kanalfläche ungefähr 180cm², Boxenquerschnittsfläche etwa 900cm² ....... --> Verhältnis 5:1
        Die vom Kanal verdrängte Luft kann nur nach oben weg.
        b.) normale Kompaktbox. Reflexrohr nicht wandnah. Rohrfläche etwa 50cm², Boxenquerschnittsfläche 750cm² ....... --> Verhältnis 15:1
        Die vom Kanal verdrängte Luft kann nach allen Seiten weg.

        Bei der Vox bewegt sich die masselos angenommene Gehäuseluft wesentlich mehr als bei der Kompaktbox. (blöder Satz, ich weiß)

        Idee: Erstellt man ein Geschwindigkeitsprofil der "Luftfeder", so sollte deren Auswirkung als ReflexkanalZusatzmasse abschätzbar werden. Woraus sich letztendlich die Korrekturlänge ergäbe. Unabhängig von Form, Lage und Fläche des Reflexports.

        Gruß, maha
        -------------------------------


        Edit: obiger Gedanke ist ein Schnellschuß, daher vollkommen unausgegoren.
        Zuletzt geändert von maha; 29.01.2006, 21:11.

        Kommentar

        • UweG
          Registrierter Benutzer
          • 29.07.2003
          • 5653

          #5
          Erstellt man ein Geschwindigkeitsprofil der "Luftfeder", so sollte deren Auswirkung als ReflexkanalZusatzmasse abschätzbar werden. Woraus sich letztendlich die Korrekturlänge ergäbe.
          Ganz genau meine Meinung. Allerdings sind für die verschiedenen Fälle vermutlich doch unterschiedliche Betrachtungen nötig und die Erstellung eines exakten Geschwindigkeitsprofils ist mit einfachen Mitteln nicht möglich, deshalb wird man mit Näherungen (Korrekturfaktoren) leben müssen.

          Die Sache mit dem Boxenquerschnitt glaube ich beantworten zu können. Anhand der Grundformel ergibt sich, dass die Länge mit 1/A zu gewichten ist, solange das durchströmende Volumen noch identisch ist (also in Kanalnähe). Weiter entfernt vom Kanal würde ich aufgrund der enthaltenen Energie davon ausgehen, dass eine Abnahme mit dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit stattfindet.
          Boxsim ... wenn Lautsprechersimulation gelingen soll.

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          • VISATON
            Administrator
            • 30.09.2000
            • 4490

            #6
            Ich habe mal kurz gesucht, aber leider die Messungen, die wir für Tomtom gemacht haben, noch nicht gefunden. Zu Punkt 3 kann ich aus der Erinnerung etwas sagen:

            Eine senkrechte Wand lenkt den Luftstrom um. Die Rückwand bei der VOX 253 stört also nicht; der Tunnel wirkt so, als ob die Rückwand sehr weit entfernt wäre.

            Interessant ist, dass bei der VOX 200 das kleine senkrechte Brettchen kaum eine effektive Verlängerung des Tunnels bewirkt. Man könnte es auch weg lassen. Bei dieser Problematik stelle ich mir immer bildlich vor, wie die Luftströmung aussieht. Wenn sie durch eine konstruktive Maßnahme weiter geführt wird, gibt es eine Verlängerung, sonst nicht. Die Wirkungslosigkeit des kleinen Brettchens erkläre ich mir damit, dass die Luft an der Rückwand geführt wird und durch das Brettchen kaum beeinflusst wird.
            Admin

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            • maha
              Registrierter Benutzer
              • 22.10.2001
              • 1664

              #7
              HI!

              Weiter entfernt vom Kanal würde ich aufgrund der enthaltenen Energie davon ausgehen, dass eine Abnahme mit dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit stattfindet.

              Das mit der "quadratischen Abnahme" hab´ ich mir nicht zu schreiben getraut.
              -----------------------------------------------------

              Interessant ist, dass bei der VOX 200 das kleine senkrechte Brettchen kaum eine effektive Verlängerung des Tunnels bewirkt.

              Klar! *gg*

              Gruß, maha

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              • UweG
                Registrierter Benutzer
                • 29.07.2003
                • 5653

                #8
                Die Rückwand bei der VOX 253 stört also nicht;
                Der Querschnitt bleibt in der Umlenkung aber eng. Es sollte also schon eine Verringerung der Abstimmfrequenz bewirken und zwar eigentlich eine sehr deutliche, weil die einzige begrenzende Kante des Kanals dann ja 90° zur Austrittfläche steht und nicht, wie bei weit hinten stehender Rückwand, 180° dazu.
                Boxsim ... wenn Lautsprechersimulation gelingen soll.

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                • jhohm
                  Registrierter Benutzer
                  • 24.09.2003
                  • 4527

                  #9
                  Hallo Uwe,

                  so aus dem Bauch heraus, und ohne es begründen zu können, denke ich, das die Güte des BR-Ports immer geringer wird, jemehr sich der Port vom Runden bzw Quadratischen ins Rechteckige verändert...Die Reibung der Luft in dem schmaleren Schlitz ist höher; also wirdder wirksame Bereich des Ports größer, dafür nimmt die Stärke der Wirkung ab - so als ob der Port mit Dämmung gefüllt wird (nur nicht so extrem stark) . Deshalb wird die Länge des Rohres verkürzt, um die Resonanzfrequenz des Ports nach oben zu schieben und den "Wirkungsgrad" des Ports zu erhöhen...

                  Wie gesag, so habe ich mir das mal zusammengereimt...

                  Gruß Jörn
                  ...Gruß Jörn

                  Kommentar

                  • UweG
                    Registrierter Benutzer
                    • 29.07.2003
                    • 5653

                    #10
                    Hallo Jörn,
                    in einem früheren Simulationsprogramm habe ich mit einigen Formeln aus der Strömungslehre mal eine maximal erzielbare Resonanzgüte des Resonators errechnet. Dort wurde auch berücksichtigt, dass schmale Schlitze einen anderen Strömungswiderstand haben als breitere oder runde Rohre. Der (rechnerische) Vorteil der schmalen Schlitze ist aber ihre damit auch niedrigere Reynoldszahl bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit. Die Strömung schlägt, zumindest rechnerisch, also nicht so schnell ins turbolente um, was den Strömungswiderstand nämlich rechnerisch so stark erhöht, dass der BR-Effekt praktisch vorbei wäre.
                    Ein Problem hat die ganze Rechnerei aber und deshalb habe ich es auch wieder gelassen. Diese ganzen Formeln gelten für stationäre Strömungen. Spätestens seit meiner Lektüre von Vance Dickason weiß ich jedoch, dass der Turbolenzumschlag bei instationärer Strömung wohl nicht schlagartig, sondern sehr kontinuierlich passiert. Dickason hat auch bei Rohren in denen klar laminare Strömung herrschen müsste eine pegelabhängige Impedanzveränderung gemessen und damit turbolente Anteile nachgewiesen (auch wenn er das nicht so schreibt).
                    Boxsim ... wenn Lautsprechersimulation gelingen soll.

                    Kommentar

                    • Niwo
                      Registrierter Benutzer
                      • 15.07.2005
                      • 887

                      #11
                      Hallo alle

                      Könnte man nicht mal den umgekehrten Weg gehen und nicht noch eine neue Theorie aufstellen, sondern mal alle in der Praxis gesammelten Messungen zusammentragen und daraus einen Zusammenhang ableiten?
                      Normalerweise kann sowas kein einzelner leisten, aber das Forum ist ja kein einzelner!
                      Bei der Menge an Messungen an den verschiedensten Boxen die da überall getätigt werden, müsste doch eine verlässliche Datenbasis herauskommen.
                      Eine Art Forums-kollektiver Brainstorm!

                      Nur so eine Idee

                      Niwo
                      Ich baue schöne Boxentürme; Bässe massieren eure Seele, ich bin die Abrissbirne für die deutsche Szene! (Peter Fox)

                      Kommentar

                      • We-Ha
                        Moderator
                        • 26.09.2001
                        • 12244

                        #12
                        Tja, und so wie es aussieht, wird doch scheinbar das Ergebniss solcher Arbeit angezweifelt ?!?
                        Tipps & Tricks für alle Wastels in Wolfgangs Bastelkeller , denn wie der Schreiner kann es keiner
                        Ich habe Probleme für alle Lösungen !!! .-- ....

                        Kommentar

                        • jhohm
                          Registrierter Benutzer
                          • 24.09.2003
                          • 4527

                          #13
                          Original geschrieben von We-Ha
                          Tja, und so wie es aussieht, wird doch scheinbar das Ergebniss solcher Arbeit angezweifelt ?!?
                          Nein Wolfgang,

                          es wird angezweifelt, ob z.B. der Korrekturfaktor bei Verwendung eines Kanals, der 3 Gehäuseseiten berührt, sowohl bei einer Vox als auch bei einem würfelförmigen Lautsprecher identisch ist...
                          Oder wurde das damals auch untersucht?

                          Gruß Jörn
                          ...Gruß Jörn

                          Kommentar

                          • We-Ha
                            Moderator
                            • 26.09.2001
                            • 12244

                            #14
                            Das weiss ich eben nicht.
                            FH möchte ja nachschauen, (hat er wohl im Ansatz schon gemacht) aber was Tomtom damals aus den Messungen für Schlüße gezogen hat, weiss wohl nur er selber.
                            Seine Aussage war wohl (sinngemäß), das sich aufgrund der Messreihen die Werte nur minimal verändert hätten, so das man mit den 'ursprünglichen' Werten (die er durch vergleichende Rechnungen ermittelte?) weiterarbeiten könnte.
                            Soviel dazu.
                            Anzumerken wäre, das ich natürlich immer die Volumina des BR Kanals (Einheit) separat berechnet habe und eben die BR Länge auf Mittelachse gesetzt habe, wobei das nun auch unklar ist, ob das in den Korrekturfaktor mit einbezogen wurde.
                            Tipps & Tricks für alle Wastels in Wolfgangs Bastelkeller , denn wie der Schreiner kann es keiner
                            Ich habe Probleme für alle Lösungen !!! .-- ....

                            Kommentar

                            • Sabbelbacke
                              Registrierter Benutzer
                              • 27.05.2007
                              • 6

                              #15
                              Ich erlaube mir mal diesen doch sehr alten Thread wieder zu beleben, da es IMHO . hier am besten rein passt. Gibt es denn neue Erkenntnisse, in wie weit sich z.B. ein rechteckiger Port genau dann verhält, wenn sein Ende im Gehäuse sich immer näher einer Gehäusewand nähert? Der klassische PA-Port (wie z.B. in einem PS-Bass).

                              Ich frage deshalb, weil der Gehäusrechner in Boxsim an sich ja ein super Sache ist, nur weiss ich überhaupt nicht, in wie weit er zuverlässig rechnet. Gebe ich explizit z.B. ein 80 Liter Gehäuse ein mit eine 8,4 Liter Port, sagt der Gehäuserechner das seien 3,xx Liter...
                              Das machte erst mal stutzig, ob das überhaupt sein kann, was da rauskommt..
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