Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Frage zu ARTA HB-D2.3
Hallo zusammen,
ich habe da eine Frage an die Messprofis:
Nach dem Durcharbeiten der ARTA-Doku HB-D2.3 Seite 92 von Heinrich steht zunächst geschrieben, dass für die Freifeldbedingung Messabstand> 3 mal größe Abmessung der Quelle gilt. Daraus ergeben sich massiv unpraktikable Messabstände.
Wie kann man jetzt eine derartige Vereinfachung machen in dem man sagt, dass man die Abmessung der Quelle mit dem Chassisdurchmesser gleichsetzt? :( Da sind doch Faktoren dazwischen? Ich versuche mir gerade, möglichst genau die Grenzen im Bild 6.2.3 Seite 89 zu erarbeiten. Klar kann ich durch mehrere Messungen und Abstandsverdopplung im individuellen Fall das Fernfeld ermitteln, aber die Ermittlung eines schlüssigen Anhaltspunktes an Hand einer Formel wäre schon praktisch.
Sicherlich hab ich da irgendwas nicht kapiert. Kann mir irgendwer helfen, das zu verstehen?
Violoncello
01.10.2012, 10:04
Nach dem Durcharbeiten der ARTA-Doku HB-D2.3 Seite 92 von Heinrich steht zunächst geschrieben, dass für die Freifeldbedingung Messabstand> 3 mal größe Abmessung der Quelle gilt. Daraus ergeben sich massiv unpraktikable Messabstände.
Das ist in der Theorie durchaus so zu verstehen, wie du das interpretierst: Bei der größten Abmessung der Schallquelle sind auch Gehäusekanten mit zu berechnen. Die Beschränkung auf die Chassisgröße führt für (weitgehend) "echte" Fernfeldbedingungen zu weit. Und du hast recht, damit ergeben sich z.B. bei Standboxen äußerst unpraktikable Messabstände.
Allerdings muss man dabei ja immer im Auge behalten, wie "perfekt" die Messung sein muss. So ist z.B. bei einer Standbox die Kantenreflexion an der Unterkante wegen der großen Entfernung nicht wirklich von Belang, somit kann man sich für die größte Abmessung der Schallquelle meist getrost auf die Schallwandbreite beschränken (wenn man die Treiber einzeln misst). Und damit ist man schon in deutlich praktikableren Gefilden.
Chaomaniac
01.10.2012, 10:24
Das ist eine nicht ganz einfache Angelegenheit.
Das kommt eigentlich darauf an, welchen Effekt der Gehäusebreite Du in der Messung ausreichend genau dargestellt haben möchtest.
Ist es der Bafflestep (also der Übergangsbereich vom Vollraum- zu einem annähernden Halbraumstrahler), dann genügen auch relativ kurze Messabstände, die man dann auch mit Nahfeldmessungen noch gut fügen kann.
Geht es aber um die exakte Position und Aufsormung der Kantendiffraktionen (Welligkeiten im oberen Frequenzgang), ist ein etwas größerer Messabstang angesagt. Wenn man zu nah rangeht, ist die Gehäusekante sonst relativ zum Lautsprecherchassis etwas weiter weg.
Das verursacht zwei Effekte in der Messung.
Einmal werden die Kanteneffekte leicht gemildert dargestellt, da die Sekundärschallquellen durch die etwas weitere relative Messentfernung etwas leiser aufgenommen werden,
einmal werden diese Effekte auf der Frequenzskala wegen der leicht erhöhten relativen Laufzeit etwas zu tiefere Frequenzen verschoben.
Jetzt heißt es, Experimente machen. Miss mal einen LS in 2 m Entfernung, setz das Gate so, dass ein reflexionsfreier Frequenzgang entsteht, mach ein Overlay. Dann geh auf einen sehr viel kürzeren Messabstand, vielleicht 50 cm. Vergleich die beiden Frequenzgänge, aber ohne Veränderung des Zeitfensters Edit: die gegatete Zeit und somit die Frequenzauflösung soll sich nicht verändern, die Position des Gates soll natürlich schon an den Anstieg der Impulsantwort der näheren Messungng angepasst werden!) der 2 m-Messung!
Dann kannst Du die Unterschiede direkt ablesen und Dir ein Bild darüber machen, wie viel solche Messfehler ausmachen.
P.S.
als kleiner Gedankenanstoß: bei Standboxen ist die untere Gehäusekante bezüglich der Kanteneffekte völlig belanglos. also muss als größte abmessung der Quelle bestimmt nicht die ganze Boxenhöhe herhalten. Nimm eher den Mittenabstand des Chassis zur am weitesten entfernten relevanten Kante mal 2.
Bei Tieftönern in Mehrwegern sind die Kantendiffraktionen meist eher unwichtig. Also geht da auch ein etwas kürzerer Messabstand. Bei Hochtönern sind die tiefen Töne unwichtig, also geht auch ein weiterer Messabstand mit kürzerem Gate. Bei Mitteltönern gilt es einen praktikablen Kompromiss zu finden.
Übrigens: je größer die Mebran, desto geringer fallen die Kantendiffrktionenaus. Ein großer Breitbänder ist also deutlich unkritischer diesbezüglich, als ein Hochtöner mit 20er Schwingspule…
P.P.S.
Vio war viiiiiiel schneller
Hi Jonathan und (Nachtrag) Chaomaniac
Dann gilt also nach annähernd für das Freifeld:
Messabstand > 3 mal Schallwandbreite, was ich schon mal eher verstehe, da die Schallbeugung ja nicht vom Chassisdurchmesser abhängt sondern dann vom Gehäuse.
So wie ich es verstehe, bezieht die Freifeldmessung die Beugung des Schalls mit ein, da im 4PI-Raum. Die Messentfernung muß also hinreichend hoch sein, damit der Schalldruckverlust auf Grund der Beugung noch vollständig mitgemessen wird.
Es ist im Bild 6.2.3 noch ein anderer mathematischer Zusammenhang beschrieben für die Freifeldbedingung (oder auch Fernfeld):
'Lambda > Abmessungen der Quelle (oder besser auch Schallwandbreite)'
Jetzt versuche ich mir mal das näherzubringen: Die Wellenlänge Lambda ist zunächst mal frequenzabhängig. Interessant sind außerdem nur Frequenzen oberhalb z.B. ca 340Hz, da wir alles in etwa darunter ja schon durch eine Nahfeldmessung kennen (Im 0 Abstand messen, auf 4PI Freifeldabstand umrechnen und BaffleStep einrechnen), Lambda wäre daher jetzt also kleiner als ca. 1Meter. Die Quellenabmessungen (jetzt Schallwandbreite) dürfen für eine Freifeldmessung oberhalb 340Hz weniger als 1 Meter sein, was IMHO auch einem praktischen Messabtand enstpricht. Würden wir eine Freifeldmessung bis 100Hz herunter machen, so wäre Lambda ca. 3,4 Meter und ist bestimmt größer als die größte Wohnzimmerbox also auch OK. Wenn wir allerdings bei 1kHz messen, so ist Lambda 0,34 Meter und das ist häufig definitiv kleiner als die Schallwandbreite. Das würde ja bedeuten, dass wir hier kein Freifeld vorfinden? Was ist denn mit der :dont_know:Formel los? Ist das wohl ein Tippfehler und größer/kleiner wurden vertauscht?
Miss mal einen LS in 2 m Entfernung, setz das Gate so, dass ein reflexionsfreier Frequenzgang entsteht, mach ein Overlay. Dann geh auf einen sehr viel kürzeren Messabstand, vielleicht 50 cm. Vergleich die beiden Frequenzgänge, aber ohne Veränderung des Zeitfensters der 2 m-Messung!
Dann kannst Du die Unterschiede direkt ablesen und Dir ein Bild darüber machen, wie viel solche Messfehler ausmachen.
Hmm, versaut da nicht die erste Reflexion die Messung?
Die müsste doch wesentlich deutlicher in der 2. Messung zu sehen als die Kanteneffekte, die du sehen willst.
Gruß
Ulf
Chaomaniac
01.10.2012, 11:33
…
Wenn wir allerdings bei 1kHz messen, so ist Lambda 0,34 Meter und das ist häufig definitiv kleiner als die Schallwandbreite. …
Das hab ich oben gemeint mit Übergang zwischen Vollraum- und Halbraumstrahler. Ab einer bestimmten Frequenz, die von der Schallwandbreite abhängt, beugt sich der Schall nicht mehr um das Gehäuse rum, sondern wird durch die Schallwand zu einem großen Teil abgeschattet. Relevant ist aber hier nicht die gesamte Schallwandbreite, sondern der Abstand Mitte Lautsprecherchassis zur entsprechenden Gehäusekante (es sind ja häufig nicht alle Abstände zu allen relevanten Gehäusekanten gleich). Die oben zitierte Formel geht vereinfacht davon aus, dass das Chassis mittig auf der Schallwand sitzt. Ich rechne aber mit der halben Schallgeschwindigkeit und dafür Chassismitte-zu-Gehäusekantenabstand.
Ab einer Frequenz von etwas weniger als
[172÷2÷Abstand Chassismitte zu Gehäusekante mit der geringsten Entfernung]
kann näherungsweise von einem Halbraumstrahler ausgegenagen werden, allerdings mit zu hohen Frequenzen hin kammfilterförmig auftretenden Peaks und Senken (Kantendiffraktionen).
Etwa 2 Oktaven unter der berechneten Frequenz kann näherungsweise von einem Vollraumstrahler augegenagen werden. Der Übergangsbereich dazwischen ist unter dem Begriff Bafflestep bekannt. Die Mitte des Bafflesteps ist dabei näherungsweise bei
[172÷4÷Abstand Chassismitte zu Gehäusekante mit der geringsten Entfernung]
zu finden.
P.S.
Mit Edge kann man den zu erwartenden Messfehler ganz gut darstellen.
Simuliert hab ich hier eine quadratische Schallwand mit 20×20 cm und einem Treiber mit Membrandurchmesser 10 cm.
Die simulierten Messabstände sind 20 cm (grün), 50 cm (lila) und 2 m (rot).
Während der Messfehler bei der 50 cm-Messung noch gering bleibt (5facher Messabstand der Distanz Chassismitte zur Schallwandkante), wird's bei 20 cm schon eher kritisch, aber, so lange es sich nicht um einen Hochtöner handelt, auch nicht wirklich dramatisch:
http://www.diy-hifi-forum.eu/forum/picture.php?albumid=36&pictureid=9628
Hmm, versaut da nicht die erste Reflexion die Messung?
…
Bitte meinen Beitrag nochmals lesen.
Hi Chaomaniac (Nachtrag: Dein voriger Post kam genau vor meinem jetzigen. Jetzt auch Danke für die EDGE Simu, bei den man allerdings kaum einen Fehler von +-0,5dB bis zu 10kHz festellen kann, obwohl schon dramatische Unterschiede im Mesabstand vorliegen)
Ich glaub das hab ich jetzt verstanden: Unterhalb einer bestimmten Frequenz beugt sich der Schall um die Box. Man kann also zunehmend von einem 4PI Feld sprechen. Oberhalb einer bestimmten Frequenz stützt die Schallwand und damit strahlt der Schall vorwiegend in den Halbraum. Die Berechnung 'der' Frequenz siehe Deine Anmerkungen. So weit so gut und vielen Dank für Deine genaue Abschätzung.
Aber wieso 'definiert' das Bild 6.2.3 in der Doku das Fernfeld mit Lambda> 'Abmessung' (zumindest die ist ja jetzt geklärt) Damit können ja dann wohl nur die tiefen Frequenzen gemeint sein, also die gebeugten, die in den 4PI Raum abgehen. Was ist mit den höheren Frequenzen? Hier tritt keine Beugung auf und der Schall strahlt zunehmend in den 2PI Raum. Die Definition vom Freifeld lautet IHMO möglicherweise logischer wie in WIKI: Direktschall bzw. Vollzogener Wechsel von 4Pi auf 2Pi. Wenn ich die Lamba>Abmessung hernehme wäre das Wechsel von 2Pi auf 4Pi, also genau umgekehrt! Das verstehe ich nicht!
http://www.diy-hifi-forum.eu/forum/picture.php?albumid=685&pictureid=9629
Bitte meinen Beitrag nochmals lesen.
ok, an dieser Stelle steige ich hier wieder aus und lass mir erstmal die Grundlagen des Messens erklären.
Chaomaniac
01.10.2012, 13:34
Aaah, jetzt. Das Bild 6.2.3 gibt's mindestens zwei mal im Kompendium…
Das was Du meinst, hat mit der Lautsprechermessung unter Verwendung von Zeitfenstern nicht soooo viel zu tun (zumindest bei „herkömmlichen” Boxen). Da gehts um die einzelnen Schallfeldarten im Raum. Fernfeld ist in dem Zusammenhang der Bereich zwischen dem Nahfeld und dem Hallradius, der raum- und frequenzabhängig ist. Befindet man sich außerhalb des Hallradius, ist der Diffusschall (also nicht nur einzelne Reflexionen, sondern das chaotische Reflexionengemisch/Hall) der dominante Teil des gemessenen Schalles, weshalb sich bei eine Abstandsverdoppelung zur Schallquelle auch nicht mehr der Pegelabfall von 6 dB zu verzeichnen ist, wie man ihn im Freifeld erwartet. Das Freifeld ist auch von der Ausdehnung der Schallquelle abhängig, denn große Abmessungen verhindern einen Abfall von 6 dB pro Abstandsverdoppelung. Als praktischer Anwendungsfall sei die Linearray genannt, die in ihrem wirksamen Frequenzbereich (der von der Arraylänge abhängt) pro Abstandsverdoppelung theoretisch nur 3 dB abfällt. Ein Pegelabfall von 6 dB pro Abstandsverdoppelung tritt erst bei sehr großen Abständen auf (wieder abhängig von der Arraylänge), das Nahfeld geht also viel weiter. Hier wird dann von der Reichweite solcher Konstruktionen gesprochen.
Ob dieser Effekt für eine eigene Konstruktion eine nenneswerte oder gar gravierende Rolle spielt, klärt auch das Experiment mit unterschiedlichen Messabständen mit gleichem Zeitfenster/Messauflösung.
Zu sehen ist die Problematik auch in dem Edge-Screenshot weiter oben. Geht man zu nah ran, verbiegt sich ab einer bestimmten Frequenz der Frequenzgang, wird falsch zu niedrig angezeigt. Die Brisanz des Effektes ist aber in erster Linie nicht von der Gesamtabmessung der Schallwand, sondern von der Membranfläche und -Geometrie des zu messenden Treibers. Bei Hochtönern mit deutlich kleinerer Membran, tritt diese Art des Messfehlers erst bei deutlich höheren Frequenzen auf.
Dazu ein Screenshot mit Schallwand 20×20 cm, Messabstand 20 cm und zwei unterschiedlichen Membrandurchmessern (10 cm rot und 2,7 cm lila) sowie 2,7 cm Membrandurchmesser bei einem Messabstand von 2 m (grün):
http://www.diy-hifi-forum.eu/forum/picture.php?albumid=36&pictureid=9630
Man beachte bitte auch die Frequenzen!
Miss mal einen LS in 2 m Entfernung, setz das Gate so, dass ein reflexionsfreier Frequenzgang entsteht, mach ein Overlay. Dann geh auf einen sehr viel kürzeren Messabstand, vielleicht 50 cm. Vergleich die beiden Frequenzgänge, aber ohne Veränderung des Zeitfensters der 2 m-Messung!
Dann kannst Du die Unterschiede direkt ablesen und Dir ein Bild darüber machen, wie viel solche Messfehler ausmachen.
…
ok, an dieser Stelle steige ich hier wieder aus und lass mir erstmal die Grundlagen des Messens erklären.
Bitte jetzt nicht beleidigt sein!
Aber Du hast die entsprechende Stelle ja schon zitiert…
Das was Du meinst, hat mit der Lautsprechermessung unter Verwendung von Zeitfenstern nicht soooo viel zu tun (zumindest bei „herkömmlichen” Boxen).
Wieso? Im Kompendium wird darauf verweisen, dass zusätzlich zu einer Nahfeldmessung ca.<300Hz (Abstand klar direkt vor der Membran) eine gefensterte Freifeldmessung ca. >300Hz erfolgt (Abstand nicht ganz so klar, hab nur die Regel mit dem 3-fachen Schallwand und jetzt noch Deine genauere), dann die Nahfeldmessung über den ARTA BaffleStep Umrechner (ja wie genau ist der eigentlich, wohl bestimmt nicht so genau wie EDGE) und per Abstandsformel in das 4Pi-Freifeld umgerechnet wird und dann beides zusammengefügt wird.
Also mach ich mich als Anfänger zunächst mal auf die Suche nach dem gültigen Fernfelddefinition und hoffe dann möglichst genau abschätzen zu können, mit welchem Abstand ich denn mit ziemlicher Sicherheit auch im '-6dB bei Abstandsverdopplungsbereich' = Freifeld bin wo ich messen kann (kein Array).
Da verwirrt mich einfach die Bedingung von Lambda > Abmessung für die Definition des Frei/Fernfeldes.
Ich nehms wahrscheinlich zu genau, aber bei der Komplexität der Materie kann man es eigentlich gar nicht genau genug nehmen? Besonders interessant ist natürlich die Frequenz bei der die Nahfeldmessung mit der Freifeldmessung gefügt wird, in dem Bereich gibt es IHMO die größte Messungenauigkeit mit dem in der Doku geschilderten Verfahren.
Bitte jetzt nicht beleidigt sein!
Aber Du hast die entsprechende Stelle ja schon zitiert…
Keine Sorge, ich bin nicht beleidigt.
Aber wenn ich eine reflexionsfeie Messung in 2m mache, dann setze ich den Marker doch so, dass die erste Reflexion gerade eben nicht drin ist.
Wenn ich den Messabstand verkürze, dann kommt auch die erste Reflexion früher und ist dann im Fenster mit drin. Oder liege ich da falsch?
Wenn man bei der 2m Messung das Fenster so legt, dass auch die 50cm Messung reflexionsfrei wäre, würde ich dir folgen können. Dann sind alle Messungen frei von Reflexionen der Wände. Und die Effekte an den Gehäusekanten in beiden Messungen (aber unterschidlich...) drin.
Gruß
Ulf
Chaomaniac
01.10.2012, 14:40
Im Kompendium werden gelegentlich die gleichen Begriffe für unterschiedliche Sachen verwendet.
Nahfeld, Freifeld und Diffusfeld in dem von Dir genannten Zitat sind eher akustische Parameter. Für die Messung an sich ist Nahfeld noch viel näher und Freifeld einerseits der Bereich, in dem bei Abstandsverdoppelung ein Pegelverlust von 6 dB eintritt, andererseits die Messfehler bezüglich Gehäusekanten gering bleiben. Das Diffusfeld interessiert hier nicht, es wird ja gegatet.
Wenn Du im Kompendium etwas weiterliest, wird darauf eingegengen, wie man eben diese Probleme durch das Gaten und Fügen umgeht.
Bei der Pegelanpassung von Nahfeld, und Quasi-Freifeldmessung kannst Dir die Berechnung übrigens sparen. Schaust einfach wie weit die beiden Kurven im Fügebereich auseinanderliegen und skalierst diesen Betrag.
Die Formel liegt nämlich gelegentlich leicht daneben, da wird dann auch die Nahfeldmessung einfach so lange verschoben, bis sie im Fügebereich deckungsgleich mit der Quasi-Freifeldmessung liegt.
Jetzt geh aber mal Messen und Erfahrungen sammeln!
Was der eine zu wenig liest, informiert sich der andere zu viel. Oft kann man manche Sachen aus den Anleitungen erst nachvollziehen, wenn mal ein eigener Anwendungsfall vorliegt.
Zu viel theoretiesieren bringt am Anfang nicht viel. Das muss Hand in Hand mit der praktischen Anwendung gehen.
Und Pausen machen, ganz wichtig, um den Kopf zwischendurch wieder zurückzusetzen!
Chaomaniac
01.10.2012, 14:50
Keine Sorge, ich bin nicht beleidigt.
Aber wenn ich eine reflexionsfeie Messung in 2m mache, dann setze ich den Marker doch so, dass die erste Reflexion gerade eben nicht drin ist.
Wenn ich den Messabstand verkürze, dann kommt auch die erste Reflexion früher und ist dann im Fenster mit drin. Oder liege ich da falsch?
…
Ja, da liegst Du leider falsch.
Rechne mal durch:
2 m Messabstand, angenommen 1 m Abstand zum Boden.
Der Direktschall legt einen Weg von 2 m zurück. Der vom Boden reflektierte Schall legt einen längeren Weg zurück, der sich wie folgt berechntet:
2×√{(Messabstand÷2)²+Bodenabstand²}
Davon den Direkten Weg abgezogen erhalte ich bei 2 m Messabstand einen Umweg von etwa 0,82 m.
Bei einem Messabstand von 0,5 m dann aber 1,56 m!
Andersrum wäre es ja viel angenehmer, dann könnte man bei längeren Messdistanzen das Gate länger setzen und hätte nicht immer diese Probleme…
Vielleicht hab ich mich auch etwas missverständlich ausgedrückt.
Die gegatete Zeit soll jedenfalls zwischen den beiden Messungen nicht verändert werden.
So gesehen hast Du natürlich recht. Bei der 2 m-Messsung käm die erste Reflexion nach obigen Vorgaben nach einem Weg von 2,82 m, bei der Halbmetermessung bereits nach 2,06 m.
Ulf, Du machst mich fertig, jetzt kapier ich gar nix mehr....wenn Du näher rangehst mit dem Mikrofon und mit dem selben Fenster kommt die Reflektion doch später (weiterer Weg von der reflektierenden Wand zum Mikrofon), dann ist sie doch auf jeden Fall ausgeblendet wenn sie es bei grösserem Abstand war:confused:
Lupo, wer misst misst Mist:o
Violoncello
01.10.2012, 15:02
Nochmal zur Bedingung Lambda>Abmessung:
Das kommt mir (abgesehen davon dass diese Grafik, für die Messpraxis nicht besonders relevant ist) durchaus etwas spanisch vor.
Diese Bedingung macht in keiner Form eine Aussage zum Abstand zur Schallquelle - so ist mir schleierhaft, was die mit der Definition des Fernfelds zu tun haben soll.
Die gängige Faustregel für die "Grenze" (die es natürlich als solche nicht gibt) zwischen Nah- und Fernfeld ist im Prinzip die Zeile darüber: Lambda≈Abstand. Also Nahfeld bei Abstand<Lambda und Fernfeld für Abstand>Lambda. Und natürlich mit fließendem Übergang.
Diese Betrachtung ist aber eine sehr theoretische und gilt für die ideale Punktschallquelle. Insofern hat das, wie gesagt, für unsere Belange wenig Bedeutung. Wie von Markus erwähnt, haben da gewisse Begrifflichkeiten gerne mehrere Bedeutungen.
Daher das obige schnell wieder vergessen oder im Hirn unter "Graue Theorie" vermerken.
Merke dir da lieber die Formel für das Fernfeld:
Messabstand > 3x größte relevante Abmessung der Quelle
Nochmal zur Bedingung Lambda>Abmessung:
Das kommt mir (abgesehen davon dass diese Grafik, für die Messpraxis nicht besonders relevant ist) durchaus etwas spanisch vor.
Diese Bedingung macht in keiner Form eine Aussage zum Abstand zur Schallquelle - so ist mir schleierhaft, was die mit der Definition des Fernfelds zu tun haben soll.
Jaaa, jetzt ich bin zumindest nicht der Einzige, der diesen Ausdruck 'schleierhaft' findet. Jetzt kann ich guten Gewissens den guten Rat vom Chaomaniac befolgen und weitermachen bzw. weitermessen. Danke Euch beiden!
Ich werde wohl nicht nur Messgrundlagen sondern auch noch Geometrie pauken müssen... Oje.
Hallo zusammen,
ich hab mich mal daran gemacht und versucht die Abstandsregel für den Abstand einer Freifeldmessung (= 3 mal Membrandurchmesser) an Hand von zwei Extrembeispielen mit EDGE zu simulieren und mal ein bischen ein Gefühl für die Grenze Nahfeld/Fernfeld zu bekommen. Da nochmals vielen Dank an Chaomaniac !
Sind meine Schlüsse aus der EDGE Simu schlüssig?
http://www.diy-hifi-forum.eu/forum/picture.php?albumid=687&pictureid=9641
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