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Alt 23.01.2015, 10:01   #38
Chlang
Hörender
 
Registriert seit: 18.03.2009
Ort: Würzburg
Beiträge: 702
Standard Wehe, wenn sie losgelassen...

Hallo Christoph und Kollegen,

ich habe das Gehäuse aus der ersten und zweiten oben gezeigten AkAbak-Simu jetzt im Programm „Transmission Line“ [TL] nachgebaut.

Zunächst einige Einschränkungen, die das Programm prinzipbedingt zeigt. TL arbeitet quasi zweidimensional mit einem ebenen Wellenmodell und berücksichtigt nur die Querschnittsfläche und die Länge der Gehäuseelemente. Die „Tiefe“ des Gehäuses wird nur in der (auch nur zweidimensionalen) Skizze des Modells zur Anzeige der „Breite“, nicht aber in der Simulation berücksichtigt und für alle relevanten Elemente global vorgegeben. Das wird nach meinen bescheidenen Simu-Erfahrungen mit AkAbak umso ungenauer, je weiter sich das Gehäuse vom quadratischen Querschnitt entfernt.
Da Elemente (wie z.B. auch Lautsprecherchassis oder BR-Ports) nur mit ihren Querschnittflächen (und ggf. Längen) charakterisiert werden, können diese auch nur entlang der gesamten Länge der Gehäuseelemente auf deren Mittellinie verschoben werden, nicht aber z.B. aus der Mittellinie heraus (ein asymmetrischer Einbau kann damit nicht simuliert werden). Aus demselben Grund können Bassreflexports nur als Schlitze über die gesamte Gehäusetiefe simuliert (und in der Gehäuseskizze dargestellt) werden.
Zudem berücksichtigt TL weder die Gehäuseabmessungen (Bafflestep) beim Abstrahlverhalten noch die Mikrofonposition. Auch habe ich auf die Schnelle keine Aussage darüber gefunden, für welche räumlichen Bedingungen die Simulation erfolgt, weshalb ich davon ausgehe, dass im Freiraum simuliert wird.
Soviel zu den Einschränkungen – genug Freiheitsgrade bleiben aber auf alle Fälle für alle möglichen und überhaupt denkbaren Gehäusekonstruktionen übrig.


Das simulierte Gehäuse hat eine Querschnittsfläche von (11,5 X 18 =) 207 cm^2 und eine Länge von 27,5 cm, die für die erste Simulation in zwei gleichgroße Gehäuseteile aufgeteilt wurde, um mittig dazwischen mit einem zusätzlichen „Gehäuse-Ast“ (Branch) einen BR-Port zu kreieren. Der BR-Port hat eine Qeurschnittsfläche von ((2,8/2)^2*Pi =) 6,16 cm^2 und eine Länge von 16 cm. Das Chassis (TS-Parameter ebenfalls aus HH I/2008) sitzt mit dem Mittelpunkt 19 cm vom Anfang des Gehäuses entfernt. Alle Gehäuseabschnitte wurden explizit ohne Bedämpfung simuliert, um die Vergleichbarkeit sicherzustellen. Soweit, so einfach. Siehe auch Gehäuseskizze laut TL.



Gehäuseskizze laut TL für die erste Simulation




Ergebnis (Frequenzgänge) für die TL-Simulation des ersten Gehäuses

Das Ergebnis der Simulation zeigt zunächst eine sehr ähnliche BR-Abstimmung mit 43 Hz Abstimmfrequenz wie die AkAbak-Simu mit mittig angeordnetem BR-Port. Die simulierten Resonanzen unterscheiden sich aber signifikant. Die TL-Simu zeigt als erste unerwünschte Resonanz die stehende Welle (Lambda/2) in Längsrichtung des Gehäuses bei 624 Hz entsprechend 27,5 cm (stehende Wellen in Querrichtung werden aufgrund des oben geschilderten Modells leider nicht simuliert). Die nächste Resonanz liegt bei 1250 Hz und damit beim Doppelten der ersten Resonanz und ist somit die erste Oberschwingung der Grundresonanz des Gehäuses in Längsrichtung. Diese Resonanz ist sehr gut im Abstrahlverhalten des BR-Rohrs zu sehen, weniger beim Treiber selbst. Dies liegt daran, dass sich bei dieser Frequenz in der Mitte der Box ein Druckmaximum aufbaut, das zum einen das BR-Rohr besonders gut anregen kann, zum anderen wird die Resonanz durch die Öffnung des BR-Rohrs bedämft (was im Wesentlichen für alle geradzahligen Vielfachen der Grundresonanz gilt). Die nächsten Längs-Resonanzen des Gehäuses liegen entsprechend bei (3*Lamda/2) 1872 Hz und (4*Lamda/2) 2496 Hz. 5*Lambda/2 bei 3120 Hz fehlt (für diese Schwingung sitzt das Chassis zufällig in einem Schnellenmaximum, so dass sie nicht angeregt wird), 3744 Hz (6*Lambda/2) ist wieder deutlich auszumachen. Weitere Resonanzen sind zu sehen, aber relativ gering ausgeprägt und dürften bei den hohen Frequenzen schon mit spärlicher Bedämpfung verschwinden. Weitere deutliche Resonanzen sind der Simulation nicht zu entnehmen – auch nicht die bei Lambda/2 zu erwartende Resonanz des BR-Ports bei 1071 Hz. Lediglich im Schalldruckverlauf des BR-Ports, nicht aber im Gesamtfrequenzgang sind kleine Spitzen bei 988 Hz und bei ca. 2000 Hz auszumachen, die auf eine akustisch wirksame Länge des Ports von ca. 17 cm (bei 16 cm geometrischer Länge) hindeuten.
Ein etwas anderes Bild ergibt sich, wenn man den BR-Port 4 cm aus der Mitte heraus verschiebt.



Gehäuseskizze laut TL für die 2. Simulation



Ergebnis für die TL-Simulation des zweiten Gehäuses

Jetzt können auch die ungeradzahligen Vielfachen der Grundresonanz den BR-Port stärker anregen, da dieser nicht mehr in einem Schnellenmaximum der Gehäuseresonanz mündet. Bei 1872 Hz und ca. 2000 Hz kommt es zu einer besonders starken Anregung, da sich eine Gehäuseresonanz mit einer Portresonanz überlagert.
Optimierung der Lage von Chassis uns Port
Der Logik folgend, sollte in Längsrichtung das Chassis auf der Hälfte der Box sitzen, damit es keine ungeradzahligen Gehäuseresonanzen anregen kann. Der Port sollte dementsprechend auf einem Viertel der Längsausdehnung liegen, damit er von den übrig bleibenden ungeradzahligen Resonanzen möglichst wenig angeregt werden kann.

Wertung der Simulationen
Erstaunlich finde ich, dass die AbAkab-Simu den Sachverhalt deutlich anders bewertet. Hier sind die BR-Port Resonanzen wesentlich stärker ausgeprägt, die stehenden Wellen im Gehäuse finden dagegen wenig Berücksichtigung (nur in Bezug auf die Anregung des Ports).
Das Programm TL bietet ohne große Einarbeitung die Möglichkeit, alle möglichen Gehäuse zu simulieren und schließlich mit den o.g. Einschränkungen zu optimieren. Für ein TML-Gehäuse waren die Übereinstimmungen mit der (Nahfeld-)Messung sehr gut (siehe hier). Bei BR-Gehäusen müssten erst noch Messungen bestätigen, dass die Simulationsergebnisse praxisnah sind. Ein wenig schade ist, dass nur die Längsausdehnung des Gehäuses Berücksichtigung findet – aber man kann nicht alles haben.

Ich denke, die prinzipiellen Unterschiede der beiden Simulationen sind deutlich geworden. Weitere Simus machen aus meiner Sicht erst dann Sinn, wenn zum Vergleich Messdaten zu den simulierten Gehäusen (oder umgekehrt) vorliegen und man damit nachvollziehen kann, wo welches Programm seine Vor- bzw. Nachteile hat.


Jetzt hoffe ich, den Thread nicht zuviel zugemüllt zu haben - wenn's stört, einfach in den "Transmission Line" Thread verschieben...


Grüße
Chlang,

dem das Ganze auf einer langen Zugfahrt viel Spaß gemacht hat.
__________________


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