Slot Load - Horizontale Abstrahlung - Kantendifraktion

[Gaga]

Moin zusammen,

anschliessend an die Versuche und Messungen von Eismann zum Versuch, die horizontale Abstrahlung eines Konus-Chassis durch einen 'Slot' an die horizontale Abstrahlung eines Horn-Hochtöners anzupassen (siehe 'Krawallkiste'), starte ich hier mal einen Thread zum Thema.

Vielleicht gibt's ja generelles Interesse am Thema.

Der Versuch, das horizontale Abstrahlverhalten eines Konus Chassis durch Vorsetzen von Brettchen zu verbreitern ist offenbar eine alte Idee. Gelesen habe ich dies schon in einem der alten Klinger Bücher (hier zu einem BBC-Monitor).

Verschiedene Beispile finden sich hier, hier im Hifi-Forum, oder auf dieser Seite (ziemlich weit unten).

JBL verwendet das Prinzip sogar bei einem aktuellen Beschallungslautsprecher.

Vielleicht kennt ihr noch andere, bessere Beispiele? Habt ihr selber Erfahrungen damit?

Obwohl das Prinzip ein alter Hut zu sein scheint, habe ich systematische Messungen oder Untersuchungen dazu leider nicht gefunden....

Deshalb - und da ich Eismann nicht pausenlos um weitere Messungen bitten möchte, ohne selber etwas bei zu tragen - anschliessend ein paar Q&D Messungen zum Thema.

Gruß,
Christoph

[Gaga]

Moin,

die Messungen wurden an einem Scan-Speak Konus-Chassis (18W8546)durchgeführt. Das Chassis war in einer 34 cm breite, nach hinten offene, aber gut bedämpfte Box eingebaut.

Gemessen wurde in nur 52 cm Abstand, da der kleine Bastelraum nicht mehr hergegeben hat. Mikro auf Chassis-Höhe.

Zunächst die EDGE-Simu zum Bafle Step, Setup:


Und die Simu:


Die Überhöhungen bei ca 800 und 1200 Hz und der Einbruch bei ca 1500-1600 hz sind bei der anschliessenden Messung gut zu sehen.

Gemssen wurde der 18W8546 ohne Slot Load, mit einem Slot von 10 cm Breite und einem Slot von 6 cm Breite in Winkeln von 0, 15, 30, 45 und 60°.

Alles Q&D, es kommt mir zunächst auf prinzipielle Unterschiede an.

Die Messung ohne Slot:


Gut zu sehen ist die Kantendiffraktion zwischen 1 und 2 kHz und die zunehmende Bündelung unter Winkeln ab ca 2 kHz.

Was bewirkt ein 10 cm breiter Slot?


Im Wesentlichen passieren zwei Dinge: Die horizontale Abstrahlung wird tatsächlich weiter, gut sichtbar im bereich von ca 2 bis 5 kHz und gleichzeitig wird die Kantendiffraktion stärker (siehe Verlauf der 0°-Kurve im Vergleich zu den Winkemessungen zwischen 1 und 2 kHz). Die Verstärkung der Kantendiffraktion durch Verbesserung der horizontalen Abstrahlung ist m.E. auch schlüssig....

Wie sieht's mit einem noch engeren Slot (ca 6.5 cm) aus?


Die horizontale Schallabstrahlung wird auch in höheren Frequenzebereichen > 5 kHz aufgeweitet - was in der Praxis allerdings wenig Sinn machen wird. Der Bereich um 2.5-3 kHz scheint mir etwas mehr aufgeweitet und auch unregelmässiger im Vergleich zum 10 cm Slot.

So weit so kurz zu später Stunde. Wenn Zeit ist, etwas mehr zum Thema....

Bis dahin, Gruß,
Christoph

[3eepoint]

Der effeckt wird stärker werden je schmaler der Slot ist, das wird auf diesem Prinzip basieren:

http://de.wikipedia.org/wiki/Diffraktion

Es folgt eine Umformung zur Zylinderwelle die den Pegel auch auf Distanz besser hält (3dB abfal statt 6dB) dieser Bereicht ist aber nicht unendlich und geht irgendwann wieder in 6dB über.

Danke für die Messungen.

Mfg 3ee

[Spatz]

An sowas hatte ich auch schonmal gedacht, um Heimkino-Satelliten möglichst breit strahlen zu lassen. Hab das aber noch in keinster Weise realisiert.

Ich hatte dabei aber noch ein paar weitere Ideen:

• Deutlich schmalere Schlitze, in etwa in der Breite der Hochtonkalotte
• Verwendung eines speziell geformten Phaseplugs zwischen Membran und Frontbrett, um Interferenzen durch Laufzeitunterschiede zu verringern (also sowas, nur von rund auf eckig)
• Anordnung des HT vor dem TMT, evtl dann sogar auch mit Schlitz, der dann allerdings nochmal schmaler ist (5-10mm)

Bleiben die Fragen, ob der PhasePlug nötig ist/Sinn macht, ob der HT sich auch über einen Schlitz freut, und wie sich das auf die Verzerrungen auswirkt. Kannst du bei deinen nächsten Experimenten auch mal den Klirr messen?

Realisieren könnte man das ganze dann, indem die Front aus einer gefrästen 5mm Aluplatte besteht, auf die von hinten ein aus Styropor geschnitzer oder in 3D gedruckter Phaseplug aufgeklebt wird. Das ganze dann für eine Kombination aus 13er TMT und 19-22mm Kalotte, auf die man sich vorher einigt. So hätte man, wenn es klappt, quasi einen Halbraumstrahler, und dann der koaxialen Anordnung auch stark verringerte Nebenkeulen. Genießer_1 und AH würden sich freuen...

[Rudolf]

Wenn die Winkelfrequenzgänge gleichmäßig zu größeren Winkeln abfallen (wie im ersten Bild), signalisiert das auch: die Phase ist gleichbleibend.
Geht es mit den Winkelfrequenzgängen durcheinander (mit schmaler werdendem Schlitz immer breitbandiger), dann wechselt zu den Seiten auch die Phasenlage. Nach meiner Erfahrung geht das eindeutig zu Lasten der Abbildungspräzision.

Was zwischen Konusmembran und Schlitz sonst noch an Reflexionen passiert, will ich lieber gar nicht wissen ...

[Joern]

Moin

schön, dass da mal ein Auge auf diese eher "verpönte" Bauweise geworfen wird. Danke Eismann und danke Gaga.

In diesem Zusammenhang fällt mir noch eine Art von "slots" ein, die Holger Barske auf seinem Blog nett in Scene gesetzt hat:


entliehen von Holgers Blog:
http://www.holgerbarske.com/page/10/
aus dem Bericht zum
http://www.holgerbarske.com/allgemei...auditorium-23/

Ich mag diese Art von "Tonmöbel".
Vielleicht haben diese "Frontgitter" ja neben dem "Luft-sieben" noch einen anderen Vorteil - außer das Auge zu verwöhnen.

[JFA]

Die BBC hat vor etlichen Jahren damit experimentiert. Interessanterweise haben die weitläufig bekannten Lautsprecher aus deren Entwicklung diesen Slot NICHT. Möglicherweise ein Hinweis darauf, dass es nicht ganz so überragend geklappt hat. @Spatz: auch die Anordnung des/r HT vor dem TT kam da schon vor.

Was passiert da eigentlich?
1.) Die Abstrahlung einer Struktur ist immer von der Geometrie abhängig, genauer von der Druck- und Schnelleverteilung (bei letzterer auch unbedingt die Richtung betrachten!) auf der (gedachten) Oberfläche. Für das Fernfeld lässt sich dann die Fouriertransformierte berechnen.
2.) Vereinfacht betrachtet kann man für den Schlitz eine gleichmäßig Verteilung sowohl von Druck als auch Schnelle annehmen, also einen Rechteckstrahler. Das Verhalten so eines Strahlers sollte ziemlich klar sein. Und ja, er verbreitert die Abstrahlung, wenn er kleiner als die Membran ist.
3.) Zwischen Membran und Schlitz entsteht zwangsläufig ein Hohlraum (Druckkammer!) mit den üblichen Konsequenzen: Resonanzen.
4.) Diese Druckkammer wirkt als Tiefpass, beeinflusst also auch den Frequenzgang ganz unabhängig von der Abstrahlung. Übrigens auch den Klirr, weswegen ich mal damit experimentiert habe, durch so ein Konstrukt den fiesen Mitteltonklirr, der durch Membranresonanzen verstärkt wird und nicht elektrisch gefiltert werden kann, zu dämpfen. Hat auch funktioniert, allerdings mit der Konsequenz, dass
5.) diese Druckkammer ist idR so klein, dass schon bei moderaten Pegeln/Auslenkungen sie deutlich nicht-linear wird. Das betrifft zum Einen das Luftvolumen selber, aber auch die Luftströmung durch die Öffnung.

Letztlich habe ich es nicht weiter verfolgt, weil der handwerkliche Aufwand nicht das Ergebniss rechtfertigte.

[Eismann]

Hallo Leuts,

in Gagas Sceanrio mit breiter OB könnte es klappen, denn er hat im Wirkungsbereich eine Senke.
Bei mir war mit schmaler werdendem Schlitz genau bei 1200Hz ein immer lauterer Buckel, gefolgt von einer Senke.

Wenn dieser Buckel hier das Loch Auffüllen würde, dann passt es.

Unter Winkel sind die Slotloads dann glatter, auf Achse werden sie schlimmer.

Gruß Eismann, der in Kürze noch seine letzten Ergebnis posten will.

[Gaga]

Hallo zusammen,

vielen Dank für die rege Beteiligung! Und vielen Dank an Eismann für die vielen neuen Messungen im Thread zur Krawallkiste. Da brauche ich noch etwas Zeit, diese zu verdauen....

Spatz:

Verwendung eines speziell geformten Phaseplugs zwischen Membran und Frontbrett, um Interferenzen durch Laufzeitunterschiede zu verringern

...und womöglich Reflektionen zwischen Membran und Slot-Brett.

Kannst du bei deinen nächsten Experimenten auch mal den Klirr messen?

Mal schauen, je nachdem, wie detailliert ich noch an der Sache dran bleibe. Wird aber noch ein wenig dauern, da ich im Moment wenig Zeit dafür habe.

Rudolf:

Wenn die Winkelfrequenzgänge gleichmäßig zu größeren Winkeln abfallen (wie im ersten Bild), signalisiert das auch: die Phase ist gleichbleibend.
Geht es mit den Winkelfrequenzgängen durcheinander (mit schmaler werdendem Schlitz immer breitbandiger), dann wechselt zu den Seiten auch die Phasenlage. Nach meiner Erfahrung geht das eindeutig zu Lasten der Abbildungspräzision.

Vielen Dank für den Hinweis. Ich gehe davon aus, daß an den Kanten des Spalts 'sekundäre' Schallquellen entstehen und (u.a.) dadurch Winkel-abhängige Interferenzen. Mir ist allerdings nicht klar, wie dramatisch diese sind und in welchen Frequenzbereichen diese abhängig von der Spaltbreite wirksam werden.

Da die ersten Winkelessungen in recht großen Abständen gemacht wurden, anbei eine Winkelmessung des 6-cm Slots in ca 5°-Abständen bis 60°:


Die selbe Messung, der Übersichtlichkeit halber nur die 15°-Schritte dargestellt:



JFA:

Was passiert da eigentlich?
1.) Die Abstrahlung einer Struktur ist immer von der Geometrie abhängig, genauer von der Druck- und Schnelleverteilung (bei letzterer auch unbedingt die Richtung betrachten!) auf der (gedachten) Oberfläche. Für das Fernfeld lässt sich dann die Fouriertransformierte berechnen.
2.) Vereinfacht betrachtet kann man für den Schlitz eine gleichmäßig Verteilung sowohl von Druck als auch Schnelle annehmen, also einen Rechteckstrahler. Das Verhalten so eines Strahlers sollte ziemlich klar sein. Und ja, er verbreitert die Abstrahlung, wenn er kleiner als die Membran ist.
3.) Zwischen Membran und Schlitz entsteht zwangsläufig ein Hohlraum (Druckkammer!) mit den üblichen Konsequenzen: Resonanzen.

Zunächst vielen dank für Deinen systematischen Input zum Thema. Die Resonanzen in der 'Druckkammer' lassen sich womöglich, wie auch Spatz vorschlägt, durch 'Phasplugs', also die Verringerung des Kammervolumens minimieren, bzw. in hohe Frequenzbereiche verschieben, die dann für den gewählten Übertragungsbereich nicht mehr stören.

4.) Diese Druckkammer wirkt als Tiefpass, beeinflusst also auch den Frequenzgang ganz unabhängig von der Abstrahlung. Übrigens auch den Klirr, weswegen ich mal damit experimentiert habe, durch so ein Konstrukt den fiesen Mitteltonklirr, der durch Membranresonanzen verstärkt wird und nicht elektrisch gefiltert werden kann, zu dämpfen. Hat auch funktioniert, allerdings mit der Konsequenz, dass
5.) diese Druckkammer ist idR so klein, dass schon bei moderaten Pegeln/Auslenkungen sie deutlich nicht-linear wird. Das betrifft zum Einen das Luftvolumen selber, aber auch die Luftströmung durch die Öffnung.

Das bräuchte dann eine Klirrmessung. Hast Du diese mal bei Deinen Versuchen durchgeführt und wie waren ggf. die Ergebnisse?

So ganz schnell möchte ich noch nicht aufgeben. Sicher braucht ein Lautsprecher mit Slot eine großzügige Fase an der Gehäusekante, um der Erhöhung der Kantendiffraktion entgegen zu wirken. Das erscheint zunächst machbar.

Unklar sind mir weiterhin der Zusammenhang von Interferenzen (Phasenproblemen) abhängig von der Spaltbreite - und ob sich diese in nicht relevante Frequenzbereiche verschieben lassen.

Nach wie vor finde ich die Idee spannend, durch geschickte Wahl von Schallwandbreite, Fase, Slot und rückseitiger Dämpfung eine halbewgs gleichmässige, breite Abstrahlung über einen relativ weiten Frequenzbereich zu erreichen.... Oder eben zu lernen, daß das mit dem Slot nicht viel Sinn macht.

Daher freue ich mich weiter über eure Erfahrungen und euren Input.

Bis dahin, Grüsse,
Christoph

[DYNABLASTER]

Wow was fuer Bilder man da sehen kann, hier welche zum Thema
http://s82.photobucket.com/user/CLS_...4556s.jpg.html

[JFA]

Die Resonanzen in der 'Druckkammer' lassen sich womöglich, wie auch Spatz vorschlägt, durch 'Phasplugs', also die Verringerung des Kammervolumens minimieren, bzw. in hohe Frequenzbereiche verschieben, die dann für den gewählten Übertragungsbereich nicht mehr stören.

Richtig. Aber schau Dir mal Druckkammerhochtöner an. Die haben alle Resonanzprobleme in der obersten Oktave (teils Membranresonanzen, teils Druckkammerresonanzen). Und jetzt skalier Dir das mal hoch auf die Größe eines Tieftöners.

Das bräuchte dann eine Klirrmessung. Hast Du diese mal bei Deinen Versuchen durchgeführt und wie waren ggf. die Ergebnisse?

Ja, habe ich gemacht, deswegen komme ich ja zu der Aussage. Aber frag mich mal, wo ich die Dinger gelassen habe.

Ich sollte dazu sagen, dass mein Messaufbau etwas anders aussah und auch was anderes bezwecken sollte, aber das Prinzip (Druckkammer) ist das gleiche. Ich wollte nicht die Abstrahlung verbreitern, sondern eben den Tiefpasseffekt ausnutzen, und gleichzeitig dem Hochtöner eine "glatte" Umgebung präsentieren. Also habe ich dem MT einfach ein gelochtes Brett vorgesetzt. Mal davon abgesehen, dass die Abstimmung ziemlich schwierig war (erster Versuch: Tiefpass-Grenzfrequenz gut getroffen, dummerweise aber mit Q >> 1; zweiter Versuch: mehr Löcher, Grenzfrequenz zu hoch; dritter Versuch: Lage Melamin davor, sah ziemlich gut aus, allerdings nicht sauber reproduzierbar), hatte ich genau das beschriebene Klirrproblem bei tieferen Frequenzen. Wobei "Problem" jetzt ein hartes Wort ist, schlimm war es noch nicht, aber eben deutlich erhöht.

Unklar sind mir weiterhin der Zusammenhang von Interferenzen (Phasenproblemen) abhängig von der Spaltbreite - und ob sich diese in nicht relevante Frequenzbereiche verschieben lassen.

Nochmal: so ein rechteckiger Slot ist eine einfache geometrische Figur, das Abstrahlverhalten lässt sich in erster Näherung einfach berechnen, im Ansatz sogar qualitativ beschreiben: das Abstrahlverhalten in horizontaler bzw. vertikaler Richtung entspricht einer |sin(x)/x|-Funktion, wobei der Nullstellenabstand mit steigender Frequenz abnimmt. Bei sehr hohen Frequenzen ähnelt das Verhalten dann einer Linienquelle.

Die Interferenzen gehören einfach dazu, jeder Konustreiber hat die genauso. Je kleiner die abstrahlende Fläche, umso höher treten die ersten relevanten Interferenzen auf.

Vielleicht wäre es interessant, den Slot unterschiedlich zu bedämpfen. Innen dünn, außen dick. Könnte die Abstrahlung noch weiter verstetigen. Nur mal aus dem Bauch heraus...

[Rudolf]

Ich gehe davon aus, daß an den Kanten des Spalts 'sekundäre' Schallquellen entstehen und (u.a.) dadurch Winkel-abhängige Interferenzen. Mir ist allerdings nicht klar, wie dramatisch diese sind und in welchen Frequenzbereichen diese abhängig von der Spaltbreite wirksam werden.

Hallo Christoph,
die Kantendiffraktion eines Lautsprechers hat eine untere und obere "Grenzfrequenz". Die untere ist der baffle step. Dieser wird bekanntlich durch die effektive Schallwandbreite bestimmt. Je breiter die Schallwand, desto niedriger die Einsatzfrequenz des baffle step.
Die obere "Grenzfrequenz" ist die einsetzende Bündelung des Treibers. Wenn zur Seite nichts mehr abgestrahlt wird, "beschallt" der Treiber die Schallwandkante nicht mehr und die Kantendiffraktion hört auf. Diese Grenzfrequenz rückt mit kleiner werden des Treibers immer höher.

Die Konsequenzen:
- Treiber so breit wie die Schallwand: Auf den baffle step folgt praktisch unmittelbar der Einsatz der Bündelung. Welligkeiten aufgrund der Kantendiffraktion entstehen kaum.
- Treiber sehr viel schmaler/kleiner als Schallwand: Der Bereich der Kantendiffraktion wird weit ausgedehnt.

Je schmaler Du also den Schlitz bei gegebener Schallwandbreite machst, desto störender wird die Kantendiffraktion. Aus meiner Sicht sind solche Schlitzkonstruktionen kein Ausdruck von Raffinesse, sondern von Hilflosigkeit.

[DYNABLASTER]

Kann mich jetzt nicht an den Namen erinnern, aber ein deutscher LS Hersteller baut solche Konstrukte, der Schlitz ist wirklich eng und geht von oben bis unten, und ich habe mich gewundert wie sowas klingen koennte...

[JFA]

Dynamikks? Folge einem der Links im ersten Post.

@Rudolf:
wenn ich eine Schallwand habe, die 1m breit ist und 10 cm hoch, wo liegt dann der Baffle Step?

Provokant, die Frage, ich weiß, aber mir geht es immer ein wenig gegen den Strich, dass bei "Baffle Step" sofort die "Schallwandbreite" genannt, die "Schallwandhöhe" aber ignoriert wird. Bei der von Gaga gezeigten Simulation ist es z. B. ganz eindeutig die Höhe, die dominant wirkt => erstes (kleines) Maximum bei 370 Hz. Die breite müsste für einen Peak bei 1 kHz sorgen, tut sie aber nicht, weil dann gegenphasig zur "Höhe", deswegen liegt der Peak bei 800 Hz und erreicht nicht ganz das theoretische Maximum (+9 dB).

[DYNABLASTER]

Ja, bin ich doof, das ist es!

Dass ich jetzt nicht hier ein voll Troll bin, werde ich sagen dass ein Kerl sowas mit Bass im OB probiert hat + Visaton B200, und er sagte dass ihm es so besser geklungen hat :P

[Gaga]

Hallo zusammen,

und vielen Dank für die rege Beteiligung. Jetzt nur ganz kurz, da sehr in Eile:

Der link zu den Dynamikks Lautsprechern. Leider finde ich keine Messungen da.

Daher ein link, der auch Messungen mit unterschiedlichen 'slots' zeigt.

Gruß,
Christoph

[Rudolf]

@Rudolf:
... aber mir geht es immer ein wenig gegen den Strich, dass bei "Baffle Step" sofort die "Schallwandbreite" genannt, die "Schallwandhöhe" aber ignoriert wird ...

Ich war bei meiner Beschreibung lieber verständlich als exakt. Und damit ich bei allem aus dem Schneider bin, schrieb ich effektive Schallwandbreite.
Und nu kommst Du!
Ein kleines Kontra kann ich mir nicht verkneifen: Wenn wir den 0°-Frequenzgang mal als gegeben ansehen, orientieren sich nach meiner Erfahrung die relativen Änderungen in den Winkelfrequenzgängen fast vollständig an der nächstgelegenen Kante. Messe ich z. B. ein seitlich der Schallwand-Hochachse montiertes Chassis "zur kurzen Seite", verhalten sich die weiteren Winkel wie die einer entsprechend schmaleren Schallwand - und umgekehrt zur "langen" Seite.

[JFA]

Ich war bei meiner Beschreibung lieber verständlich als exakt. Und damit ich bei allem aus dem Schneider bin, schrieb ich effektive Schallwandbreite.
Und nu kommst Du!

Ach verd.....!

[Eismann]

Mal kurz meine Sicht der Dinge.
Thema Slot / Schallwandform
Ich möchte nicht den Effekt vom Slot alleine bewerten, sondern suche immer eine situation, wo er mit anderen Effekten zusammenpasst. Hier ist es das zusammenspeil von "effektiver" Schalwandbreite und der Slotbreite.
Der Slot, wie man ihn in Post 2 sehen kann scheint bei ca 1500, 2500, und 4000 Hz eine breitere Abstrahlung zu bewirken. (Jedenfalls sind dort die Winkelkurven näher an der 0-Gradkurve dran) Ein schmalerer Slot hat dabei eine Stärkere Wirkung.
Leider klommt auch immer Effekt2 dazu: insbesondere auf Achse entstehen Buckel.
Meine Frage nun: kann man voraussagen, bei welchen Frequenzen die Buckel und die breiteren Abstrahlungen auftreten? Wenn ja, dann gäbe es auch eine optimale Kombination zwischen Schallwandform und Slotgeometrie. Da liegt meiner Meinung das Erfolgsgeheimnis!

Klirr
Dann habe ich auch etwas gelesen, dass durch Slots erhöhter Klirr aufteten soll. Würde mich auch interesseiren. Ich kann mit Justoct aber keinen Klirr messen.

Vorkammer
Ob es durch Veränderung der Vorkammer Kamm-Effekte gibt, lässt sich mit AJ-Horn gut simulieren. Nach meiner Erfahrung sollte die Kammer tatsächlich möglichst klein sein, wie schon JFA und Spatz schrieb. Dadurch wird der Kamm kleiner.

Eine Alternative zur Vorkammer : der Slot sitzt in offener Bauweise vor dem Treiber und es gibt gar keine Kompression mehr. Das würde ich sogar vorziehen.

die HB-Box
Noch ein Wort zur Box von Holger Barske: hier sind mehrere Slots am Werk und jetzt ist das ganze schon ein Gitter. Ich wäre echt mal neugierig, wie sich diese Box misst und wie sie ohne Gitter klingen würde. Auch dazu kann man in Wikipedia was nach lesen. Die interessieren aber keine Frequengänge unter Winkel.

Gruß Eismann

[Rudolf]

Meine Frage nun: kann man voraussagen, bei welchen Frequenzen die Buckel und die breiteren Abstrahlungen auftreten?

Für einen kreisrunden Schlitz mittig in einer kreisrunden Schallwand kann man das exakt voraussagen. Weil es eine Funktion des Schlitzradius und des Schallwandradius (also der Entfernung vom Schlitzmittelpunkt zur Schallwandkante) ist.
Wenn Du beschließt, in jede Richtung eine andere Schlitzbreite und eine andere Entfernung zur Schallwandkante zu haben, bekommst Du auch in jede Richtung eine andere Lösung. Die Lösungen sind natürlich frequenzabhängig.