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Zur Asymmetrie in der horizontalen Abstrahlung:

Es zeigte sich, dass diese nicht auftritt, wenn ein Treiber alleine spielt, sondern nur, wenn beide zusammen spielen.

Eine Überprüfung der Importierten Daten zeigt, dass mir ein dummer Fehler unterlaufen ist: Den Pegel unter Winkel habe ich gespiegelt, aber die Phase habe ich vergessen zu spiegeln und sie wurde für negative Winkel konstant auf 0 gesetzt.

Hier eine neue Simulation mit angepasster Phase:

Es zeigt sich, dass sich durch die Korrektur der Directivity-Index und der Energiefrequenzgang geglättet haben:

Weiterhin habe ich den Hochpass des Hochtöners etwas angepasst und mit einem Saugkreis den Pegel zwischen 7 und 10 kHz leicht reduziert:

Laden der Messdaten in VituixCAD:

links: Tieftöner

rechts. Hochtöner

Zuerst eine sehr vereinfachte Weiche mit Brickwall-Hoch(Tief)pass-Filtern bei 2,3 kHz, zwei parametrischen Equalizern und einem Hohpass 1. Ordnung bei 10 kHz um den Abfall bei Hochtöner zu kompensieren:

Hier ein erster Versuch einer passiven Weiche:

-Hoch- und Tiefpass 2 Ordnung für Hoch- und Tieftöner

-Impedanzlinearisierung für den Tieftöner, da sonst der Sperrkreis kein wünschenswertes Ergebis erzielte

-Ein Sperrkreis für den Peak durch den Baffle-Step bei ca. 900 Hz

-Ein Saugkreis um die Membanresonanzen bei 4-7 kHz zu reduzieren

Als störend erscheint mir hier der Peak im Directivity-index bei ca. 2 kHz, der durch die Auslöschungen zwischen Hoch- und Tieföner vertikal unter Winkeln aufritt hervorgerufen wird und der Peak Energiefrequenzgag bei ca. 1,4 kHz.

Seltsam erscheint mir die Asymmetrie in der horizontalen Abstrahlung bei ca. 2 kHz, da ich horizontal nur Messungen in eine Richtung durchgeführt und die Ergebnisse gespiegelt habe.

Ich freue mich auf Kommentare, Anregungen und Hinweise.

Axialer Frequenzgang Tieftöner und Hochtöner:

Es wurden gefensterte Messungen mit einer Länge von 3,6 ms durchgeführt und die Tieftönermessung mit einer Nahfeldmessung nach unten erweitert. Die Korrektur der Nahfeldmessung (Pegel + Baffle-Step) erfolge mit einer vereinfachten Simulation mit einer Membran, die sich kolbenförmig bewegt (Korrigierte Nahfeldmessung = Nahfeldmessung - simulierte Nahfeldmessung + simulierte Messung in 1m Abstand).

Hier das Abstrahlverhalten des Hochtöners

Links: Horizontal, Rechts: Vertikal

Hier das des Tieftöners:

Links: Horizontal, Rechts: Vertikal

Es zeigt sich, dass das Abstrahlverhalten bei sehr hohen Frequenzen erwartungsgemäß deutlich schmaler ist als das des Hochtöners.

Das horizontale Abstrahlverhalten von Tieftöner und Hochtöner stimmen zwischen 2 kHz und 2,5 kHz relativ gut überein. Niedriger als die ursprünglich geplanten 2,5-4 kHz. Möglicherweise wäre ein etwas steilerer Hornverlauf zielführend.

Im nächsten Beitrag folgen aber erstmal ein paar Versuche eine Frequenzweiche mit dem bisherigen Stand.

Nach längerer Zeit hier mal ein kleiner Fortschrittsbericht:

Zuerst eine Simulation des Hochtöners in einem Gehäuse:

Da der Tieftöner relativ hoch spielen soll und sich in dem Bereich nicht mehr kolbenförmig bewegt, habe ich die mechanische Übertragungsfunktion auf verschiedenen radialen Positionen des Tieftöners mit einem Laser-Doppeler-Vibrationssensor gemessen:

(Symbolbild, zeigt die Messung eines anderen Lautsprechers)

Bei einer unendlichen Schallwand funktionierte die Simulation noch sehr gut:

(jedes Kegelelement entspricht hierbei einem Messpunkt mit dem Vibrationssensor)

gestrichelte Linien: akustische Messung auf 1240mmx940mm-Schallwand

durchgezogene Linien: Simulation mit Vibrationssensordaten

Messung/Simulation auf Achse und unter 30° und 60°

Oberhalb des Baffle-Steps zeigt sich eine relativ gute Übereinstimmung

Während sich bei der Simulation auf unendlicher Schallwand die Rotationssymmetrie nutzen ließ, ging das bei der Simulation im Gehäuse nicht:

Hier machte mir aber die Simulationszeit einen Strich durch die Rechnung, da die Membran hier ein sehr feines Gitter erhält und aus 28 unabhängigen schallabstrahlenden Elementen besteht. Die Simulationszeit ist über 2 Tage und die Simulation ist nach mehreren Versuchen nicht ohne Fehlermeldung durchgelaufen. Ich sollte mich irgendwann mal mit der Simulation mittels Klippel-Vib-Files (Akabak kann diese Importieren) und insbesondere dem Formt von den Vib-Files (Damit ich solch eines erstellen kann ohne Klippel SCN-Modul) beschäftigen.

Um Ergebnisse zu erhalten habe ich mich dann entschlossen einen Prototypen aufzubauen:

Und akustische Messungen an diesem durchzuführen:

Die Messergebnisse folgen im nächsten Beitrag

Das mit den Schieferplatten sieht wirklich gut aus

Sind die Standfüße Griffe von Schranktüren? Wie sind die befestigt? Von innen angeschraubt?

Der Pegelunterschied erscheint mir auch reichlich hoch. Ich kann einen Fehler bei der Messung hier nicht ausschließen, aber leider kann ich die Messreihe natürlich auch nicht wiederholen.

Der starke Einbruch bei 15 kHz bei 60° zeigt sich ebenfalls bei der Simulation.

Vllt. sollte ich noch ein wenig an der Waveguide-Kontur pfeilen um das Abstrahlverhalten ein wenig gleichmäßiger zu bekommen. Zunächst laufen aber noch ein paar Simulationen vom Waveguide und TMT im Gehäuse. Dann werde ich erstmal schauen wie gut die Abstrahlverhalten am Übergang zusammenpassen um das Abstrahlverhalten des Waveguides noch ein bisschen besser an den TMT anzupassen, wenn ich sowieso schon an der Waveguide-Kontur arbeite.

Was sich hier aber außerdem gezeigt hat:

Ich hatte mir bisher nur Abstrahldiagramme angesehen, aber nicht die einzelnen Frequenzgänge bei verschiedenen Winkeln.

Der 30°-Frequenzgang zeigt hier nämlich einen unschönen Verlauf. Während er oberhalb von 2kHz fast überall leiser ist als der Frequenzgang auf Achse, zeigt er bei etwa 10 kHz einen Buckel und erreicht dort letzteren. Dies zeigt auch die Simulation:

Hier normiert auf 0°

Wie kritisch ist das?

bzw. generell die Aufweitung des Abstrahlverhaltens ab ca. 5 kHz

Ich bin jetzt dazu gekommen die Waveguides zu verspachteln und zu vermessen:

Um möglichst die einzelnen Faktoren getrennt zu untersuchen habe ich folgende Messungen gemacht:

• Neumessung im unveränderten Zustand
• Aus- und Einbau des Hochtöners im unveränderten Waveguide (Um den Einfluss der Toleranzen beim Einbau abschätzen zu können)
• Verschließen der Ecken und des Übergangs Horn zu Schallwand (Hier waren ein paar Spalte)
• Verspachteln des gesamten Wavegides

Den Aufwand in 10°-Schritten horizontal und vertikal zu messen habe ich mir hierbei gespart und nur jeweils eine 0°-, eine 30°- und eine 60°-Messung in horizontaler Richtung gemacht. Veränderungen sollten auch hier schon deutlich werden.

Hier die Messergebnisse

oben links: Anfangsmessung

oben rechts: Wiederholungsmessung nach ein und Ausbau des Hochtöners

unten links: Verschlossene Kanten und Übergang

unten rechts: vollständig verspachtelt

Der Unterschied durch das Verschließen der Kanten scheint kleiner zu sein als der Durch das Neueinsetzen des Hochtöners (Außer vllt. der leichte Pegelgewinn bei 60° zwischen 2 und 4 kHz, kann aber auch durch eine etwas andere Positionierung des Mikrofons kommen), scheint also vernachlässigbar zu sein.

Das Verspachteln scheint den Pegel zwischen 1 und 10 kHz um bis zu 4 dB angehoben zu haben. siehe hier:

Rot: Verspachtelt

Blau: Anfangsmessung

Wie viel davon jetzt von den glatten nicht porösen Waveguideflanken kommt ist fraglich, da hier noch ein anderer Einfluss zum tragen kommt, den ich vorher nicht bedacht habe.

Die Druckkammer bzw. den Anschluss des Horns an den Hochtöner habe ich der Vollständigkeit halber ebenfalls verspachtelt. Während die durch Verwendung von Spanplatten sehr unsauberen Schnittkanten keinen sauberen Abschluss zum Hochtöner lieferten und damit der Übergang womöglich undicht war ist er es jetzt durch das Verspachteln nicht mehr.

Ob diese Undichtigkeit einen so großen Einfluss haben kann, habe ich durch eine einfache Simulation (Rotationssymmetrisch Simulation um Simulationszeit zu sparen) überprüft:

Auch hier zeigt sich ein nennenswerter Pegelverlust.

Leider lässt sich jetzt aber nicht sagen welchen Einfluss genau das Verspachteln des Hornverlaufs hatte, was eigentlich das Ziel dieser Messreihe war.

Danke für den Hinweis.

Das werde ich mal ausprobieren, allerdings werde ich erst im neuen Jahr dazu kommen.

Mittlerweile bin ich dazu gekommen akustische Messungen des Waveguides durchzuführen und diese auszuwerten:

Hier erstmal ein Foto der Messumgebung:

Die Wechselschallwand mit dem Waveguide ist in eine große Schallwand mit den Abmessungen 2,7m x 2,1m eingesetzt. Die Messungen werden gefenstert durchgeführt, somit kommt das dem ideal der unendlichen Schallwand relativ nah.

Hier die Messungen im Vergleich zu den Simulationen:

Oben: Schalldruckfrequenzgang

Mitte: Horizontales Abstrahlverhalten

Unten: Vertikales Abstrahlverhalten

Links: Messung

Rechts: Simulation

Die y-Achse beim Abstrahlverhalten sollte eigentlich mit -90 - 90° beschriftet sein, aber dies hat mit dem Import in VACS nicht geklappt

Unterhalb von 3kHz zeigt sich eine nennenswerte Abweichung im Schalldruckfrequenzgang. Da dies ohnehin unterhalb des Übertragungsbereichs liegt, ist das nicht von allzu großer Bedeutung.

Oberhalb von 10kHz gibt es ein paar Abweichungen, insbesondere beim Abstrahlverhalten. Dies ist aber weitestgehend von dem Hornanschluss an die Kalotte abhängug und dieser ist mit den Spanplatten recht unsauber geworden. Außerdem ist die Simulation in dem Bereich auch nicht allzu genau, da die Elemente sonst zu klein und die Simulationszeit damit zu groß würde. Außerdem ist die Sicke stark vereinfacht modelliert (Innere Hälfte führt vollen Hub und äußere gar keinen Hub aus)

Zwischen 3 und 10 kHz ist bis auf einen kleinen Schalldruckverlust bei rund 5kHz die Übereinstimmung relativ gut.

Für weitere Optimierungen - insbesondere des Waveguides im Gehäuse - scheint die Übereinstimmung Messung-Simulation gut genug zu sein und ich werde im nächsten Schritt das Waveguide und den TMT im Gehäuse simulieren.

Nachdem es hier seit Monaten nicht weiter ging, habe ich mittlerweile die Zeit gefunden einen Prototypen des Waveguides aufzubauen um in quasi unendlicher Schallwand (ca. 2,7 x 2,1 m Größe) ein paar Messungen zu machen und mit der Simulation zu vergleichen.

Mein Ziel den Waveguide nur mit einer Kappsäge und einer Tischbohrmaschine zu bauen ist dabei aufgegangen, auch wenn ich 1-2 mal leicht falsch gesägt habe, die Spanplatte keine sonderlich schönen Schnittkanten bildet und die verschiedenen verwendeten Reststücke nennenswerte Unterschiede in der Materialstärke hatten. Die tatsächlichen Lautsprecher sollen später aus MDF gebaut werden und möglichst aus einer Platte geschnitten werden.

Zuerst habe ich 4 Blöcke durch zusammenleimen und zurechtschneiden produziert

Diese habe ich dann mit entsprechenden Winkeln zurechtgeschnitten auf die 4 Segmente des Waveguides:

Diese dann zusammengeleimt:

Und gebohrt:

Ich habe leider vergessen ein Foto von der anderen Seite bzw. dem Anschluss der Kalotte zu machen.

Und fertig:

Die Messungen in der "unendlichen" Schallwand folgen in den nächsten Tagen

Das letzte mal als ich eine sehr zappelige Impedanzmessung hatte bestand eine mechanische Beschädigung der Litzen (Kabelbruch. Das würde sich aber auch akustisch deutlich auswirken.

Eine Vergleichsmessung mit z.B. Arta (Limp) könnte aber erstmal interessant sein. Alternativ vllt. auch mit einer anderen Soundkarte.

Wenn das Ergebnis gleich ist, kann man dann weiter nach der Ursache suchen.

Zitat von Y-King66

Man sieht aber, dass der Impuls bei Manuel etwas seltsam aussieht. Eigentlich sollte positiver und negativer Ausschlag in etwa gleich groß sein, bevor es sich langsam beruhigt.

Das stimmt so leider nicht.

Die Impulsantwort eines idealen Lautsprechers mit folgendem Frequenzgang:

Hat folgende Form:

Wenn du über die Kurve Integrierst erhältst du trotzdem einen Wert von 0, also ist der Gleichanteil 0.

Ich habe ein paar Simulation zur Hornkontur des rechteckigen Horns gemacht.

Der Halsdurchmesser wurde dabei auf 25mm festgelegt und die Halslänge auf 1mm

Die Hornkontur wird wieder durch die Parameter pL und pD definiert:

Folgendes hat die Variation der beiden Parameter ergeben:

Frequenzgang, Abstrahlung horizontal, Abstrahlung vertikal

Es zeigt sich bei einem betragsmäßig kleinem p_D (also einem Hornverlauf nah am konischen Verlauf) ein stärkerer Einbruch bei ca. 12 kHz und ein Abfall über 15 kHz.

Bei betragsmäßig größerem pD also einer zum Ende stärker aufweitenden Kontur wird der Frequenzgang gleichmäßigerund auch die Abstrahlung. Den gleichmäßigsten Frequenzgang bekommt man bei einem p_L zwischen 60% und 70% (also Zwischenpunkt der Kontur etwas nach der Hälfte der Hornlänge).

So richtig zufriedenstellend sieht aber noch keins der Ergebnisse aus.

Auf Hinweis von Roul habe ich noch eine Variante ohne Hornhals mit flachem, quadratischem Horneintritt simuliert:

Bis 10 kHz sieht das gar nicht so schlecht aus, aber darüber gibt sich eine unschöne Auslöschung auf Achse zwischen. 15 und 20 kHz, was damit zu einer starken Ausweitung des Abstrahlverhaltens führt. Zwischen 5 und 10 kHz ist die Abstrahlung und der Frequenzgang gleichmäßiger.

Möglicherweise findet sich ein Zwischending zwischen beiden Varianten, die Entweder beide Vorteile oder beide Nachteile vereint. Wir werden sehen.

Eine Abschwächung der Kante durch den 20°-konischen Hals hatte zumindest Besserung ergeben.

Im Hintergrund laufen gerade noch ein paar Simulationen zum Hornverlauf.

Anschließend werde ich noch den rechteckigen Ausschnitt ohne Hals testen

Beim rotationssymmetrischen Horn wäre das in etwa die Variante L_H=0 und D_H=27,5mm. Hier stört der Abfall über 15 kHz ein wenig und die starke Einschnürung zwischen 10 und 15kHz.

Wenn du beim rechteckigen Horn meinst: Ich könnte mal eine Variante mit einem eckigen Ausschnitt in dem der Hochtöner sitzt komplett ohne Hals probieren.

Danke für die Anregung.

Nach einer gefühlten Ewigkeit bin ich dazu gekommen ein wenig weiterzumachen.

Offen war ja noch unter anderem der Anschluss der Kalotte an das Horn.

Nach ein bisschen rumprobieren kam ich auf folgende Geometrie, die ich mit den Werkzeugen, die ich habe fertigen kann:

Mit den Parametern Halsdurchmesser D_H und Halslänge L_H

Eine Variation der Parameter gab folgenden Frequenzgang und Abstrahlverhalten:

Bei Verringerung des Halsdurchmessers zeigt sich zunächst eine Verringerung des Hochtonabfalls was bei einem Horn so erstmal zu erwarten ist. Bei einer weiteren Verringerung verstärkt sich aber wieder der Hochtonabfall. Dies ist durch eine Vergrößerung des Druckkammervolumens zu erklären. Das Optimum liegt hier bei etwa 25mm

Bei der Halslänge gibt es einen weniger deutlichen Zusammenhang. Grob zeigt sich aber, dass die Superhochtonabstrahlung über ca. 15 kHz zum Teil durch eine steigende Halslänge erhöht wird und die Nebenkeulen in der Abstrahlung bei 20 kHz etwas reduziert werden (Möglicherweise weil einfach nur der Pegel auf Achse etwas erhöht wird; ließe sich im nicht normierten Abstrahldiagramm wohl besser beurteile, spare ich mir aber hier). Die Ursache dieses Zusammenhangs ist mir nicht vollständig klar, hängt aber vermutlich damit zusammen, dass die möglichen Richtungen, die der Schall von einem Punkt auf der Kalotte in das Horn eintreten kann, mit steigender Halslänge reduziert werden:

Bei manchen Halsdurchmessern wird der Bereich zwischen 10 und 15 kHz mit steigender Halslänge ein wenig abgeschwächt.

Bei 25mm Halsdurchmesser liegt das Optimum der Halslänge so zwischen 1 und 2mm.

Übertragen auf ein Rechteckhorn ergibt sich folgendes:

Zwischen 5 und 20kHz sieht die horizontale Abstrahlung etwas unruhig aus. Die vertikale Abstrahlung ist ist oberhalb von ca. 8 kHz relativ konstant und nicht wie gewünscht mit leicht zunehmender Bündelung. Oberhalb von 7 kHz nimmt der Schalldruck recht deutlich ab.

Möglicherweise ist die sehr ungleichmäßige Halslänge ein Problem (An den Ecken sehr kurz und oben und unten sehr lang. Die Absenkung zwischen 10 und 15 kHz dürfte sich damit zumindest erklären lassen, da diese auch schon bei obigen Simulation bei Erhöhung der Halslänge festzustellen war). Eine Möglichkeit den Übergang des Hornhalses etwas abzuschwächen (und damit hoffentlich die Probleme zu reduzieren) ist den Hals ein wenig konisch öffnend zu gestalten. Mit einem Schälbohrer dürfte sich ein Öffnungswinkel von etwa 20° erreichen lassen:

Das vertikale Abstrahlverhalten ist schonmal wie gewünscht zu hohen Frequenzen leicht zunehmend bündelnd .

Der Einbruch zwischen 10 und 15kHz wurde deutlich reduziert.

Die horizontale Abstrahlung hat sich nur geringfügig verbessert.

Eine weitere Abschwächung des Übergangs Hals zu Horn lässt sich durch eine Erhöhung der Höhe des Horns erreichen:

Dies hat nichts wirklich irgendetwas verbessert und wird daher verworfen.

Außerdem habe ich noch eine Verringerung der Halslänge in den Ecken auf 0 versucht:

Das ist fast Deckungsgleich mit 1mm Halslänge, wobei 1mm Halslänge minimal besser ist.

Eine Optimierung des horizontalen Abstrahlverhaltens muss wohl über eine Veränderung der Hornkontur erfolgen.

Als kostenlose Alternative zu AJHorn möchte ich noch Hornresp nennen.

Messtechnisch sehen die Lautsprecher wirklich sehr gut aus. Nur scheint mir der mittlere Pegel des Hochtöners minimal höher zu sein als der des Tieftöners (Der mittlere Pegel des Hochtöners liegt etwa auf höhe der Maxima des Tieftöners).

Optisch macht dieses schlanke Design auch was her und die Fichtenleimholzschallwand gefällt mir sehr gut.

Roul: Guter Tipp mit den IKEA-Kissen.

Wow, die sehen richtig gut verarbeitet aus. Dass sie dir zudem klanglich sehr zusagen macht es natürlich noch besser.

Ich bin auf deinen Vergleich mit der VOX 252 gespannt.