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Alt 14.10.2016, 20:06   #1
Gaga
Erfahrener Benutzer
 
Registriert seit: 27.02.2011
Beiträge: 1.259
Standard Wir basteln ein Waveguide oder Constant Directivity, wie geht das?

Moin,

da es im 'Constant Directivity Waveguide' Thread trotz der freundlichen Ermunterung von nailhead...
Zitat:
Moin,
sehr geiles Thema. Ich würde hier helfen wo ich kann und die Prototypen, also Druckkosten, gehen auf meine Kappe
...irgendwie nicht weitergeht und ich diesen Thread mit meinen dilettantischen zu-Fuß-Übungen nicht weiter zumüllen möchte, erwäge ich hier einen Thread zu mit ein paar hoffentlich kurzweiligen, grundsätzlichen Überlegungen und Simus zum Thema zu starten.

Also so ganz ohne rechnerischem Optimierer. JFA meinte ohnehin...
Zitat:
Und das Ergebnis ist dann nur unwesentlich besser, als wenn man von Hand besagte Nacht optimiert hätte, wobei man aber noch was über Waveguides lernt.
Kann ja grundsätzlich nicht schaden, was über Waveguides zu lernen, wa?.
Dazu bietet sich AxiDriver an - es gibt ne Demo-Version und die Lizenz ist nu auch nicht soooo teuer...

Da ich das Thema Constant Directivity ohnehin etwas genauer anschauen wollte, könnte ich das so nebenher auch gleich hier ein wenig dokumentieren. Dachte ich.

Gibt's Interesse?

Grüße,
Christoph
Gaga ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 14.10.2016, 21:38   #2
Chlang
Hörender
 
Registriert seit: 18.03.2009
Ort: Würzburg
Beiträge: 734
Daumen hoch Interesse!

Zitat:
Zitat von Gaga Beitrag anzeigen
Gibt's Interesse?
Klar!
Bei der Art, wie du die Themen aufbereitest immer und das Thema CD finde ich persönlich auch sehr interessant.

Ich lese auf alle Fälle mit...

Grüße
Chlang
__________________


Chlang ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 14.10.2016, 21:42   #3
Oldie
Schrott wird wieder flott
 
Registriert seit: 07.01.2010
Ort: München
Beiträge: 1.514
Standard

Zitat:
Gibt's Interesse?
von meiner Seite schon.

Grüsse Michi
__________________
Zitat von A.E.
Die Definition von Wahnsinn ist, immer wieder das Gleiche zu tun und andere Ergebnisse zu erwarten.


Erst wenn der Sub die Katze inhaliert, kickt der Bass richtig

Oldie ist gerade online   Mit Zitat antworten
Alt 14.10.2016, 22:22   #4
Franky
gewerblicher Teilnehmer
 
Registriert seit: 01.12.2008
Beiträge: 3.529
Standard

Ich habe ja mal Strömungslehre an der FH gehört. Gerade in Bezug auf Line-Arrays denke ich oft darüber nach inwieweit sich das was bei Flüssigkeiten gilt auf Schall anwenden lässt. Bei strömenden Flüssigkeiten variiert ja die Strömungsgeschwindigkeit mit dem Durchlassquerschnitt. Kennt man von Flüssen die wenn es eng wird schneller fließen. Oder bei der Luftströmung z.B. bei Tragflächen die ja durch die Unterschiedlichkeit unter und oberhalb der Tragfläche erst den Auftrieb erzeugt. Wie ist das denn bei der Schallgeschwindigkeit? Die einzige Geschwindigkeit die immer gleich ist ist seit Einstein die Lichtgeschwindigkeit.

Praktisch habe ich die Vorstellung einen Waveformer zu bauen der nicht nur von gleichen Laufzeitlängen ausgeht sondern auch Geschwindigkeiten transformieren kann.
Franky ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.10.2016, 00:43   #5
jones34
HSG Südbaden
 
Registriert seit: 22.11.2011
Ort: Karlsruhe
Beiträge: 622
Standard

Wenn man solche Gedanken fasst muss man aufpassen.
Die maximale Geschwindigkeit der einzelnen "Luftteilchen" ist nicht gleich der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwelle.

Die maximale Geschwindigkeit der Teilchen ist abhängig von Pegel und Frequenz. Daher kann man diese mit einem Waveformer natürlich beeinflussen. Die Schallgeschwindigkeit ändert man damit aber nicht solange man in Bereichen bleibt in denen Luft sich wie ein ideales Medium verhält.

Eine Welle ist halt keine Strömung.


Gruß
Johannes
__________________
Warum muss alles so schwierig sein?
Weil es sonst zu einfach wäre.
jones34 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.10.2016, 11:11   #6
nailhead
Erfahrener Benutzer
 
Registriert seit: 19.07.2010
Beiträge: 303
Standard

Klar gibt es Interesse

Schön weitermachen und alles dokumentieren
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Alt 15.10.2016, 11:37   #7
Gaga
Erfahrener Benutzer
 
Registriert seit: 27.02.2011
Beiträge: 1.259
Standard

Moin,

ja wunderbar, vielen Dank für Eure motivierende Rückmeldungen.

Denn will ich mal anfangen. Wie gewohnt versuche ich Schritt für Schritt vorzugehen und mich langsam in die Materie reinzuwühlen.

Es ist ja ohnehin alles schonmal geschrieben, erzählt,, diskutiert worden. Ich weise zunächst aber nur auf die beiden Artikel von Bjorn Kohlberg hin, Teil 1 und Teil 2, sowie auf den recht alten Artikel von D.B. Kerle zur Konstruktion eines CD-Horns und natürlich die diversen Threads hier im Forum, wie 'Richtwirkung erzeugen', 'Vergleich von Hornkonturen', 'Hörner, rechteckig vs rund' und 'Mitteltonhorn Directivity Simulation' usw. hin.
An der Stelle ein besonderer Dank an Nils, der hier regelmässig spannende Abhandlungen zu diesem Themenbereich in's Forum stellt.

Da ich hier versuchen möchte, mich auf das Thema Constant Directivity und Waveguides/Hörner konzentrieren möchte und dies schon ziemlich komplex ist, wollte ich nicht auch noch in das Thema Schallgeschwindigkeit, Schallschnelle, Schalldruck im Kontext von Druckkammertreibern und Hörnern einsteigen. Ich würde mich aber freuen, wenn jemand Lust hat, diese Begriffe hier im Thread möglichst klar zu definieren....

Ach ja, bevor ich loslege eine Bitte an die üblichen Verdächtigen: Bitte korrigiert mich und gebt Input, wenn ich anfange dummes Zeug zu erzählen bzw. zu schreiben.

Und ich stückle wieder nach Themenbereichen, so dass es möglichst strukturiert und übersichtlich bleibt.

Ich orientiere mich als Ausgangspunkt zunächst an den Wunschparametern von Java im Constant Directivity Waveguide Thread:
Zitat:
Einfacher Waveguide für nen 25mm Kalottenhochtöner, Einsetzbar ab etwa 2.5-3kHz.
Höchstmaße 25x25x25cm, Wünschenswert wäre natürlich ein Radialsymmetrischer Aufbau.
Abstrahlung so etwa 30+30/60°, oder bis zu 20+20/40°
Also ein 25 mm Kalottenhochtöner, bzw. zunächst eine Membran mit 25 mm Durchmesser.

Damit klar ist, was später das Waveguide/Horn macht und was die schalabstrahlende Fläche zur Directivity beiträgt, zunächst die Simulation der Schallabstrahlung für flache Membranen von 12.5mm Durchmesser...

...25mm Durchmesser...

...und 50mm Durchmesser...

...in einer unendlichen Schallwand.

Jetzt ist es natürlich nicht überraschend, dass Membranen ab einer bestimmten Frequenz anfangen zu bündeln. Ich wollte nur bewusst machen, dass auch eine 25mm Kalotte (ohne entsprechende Massnahmen am Hornhals, Phasenlug etc) schon selber ordentlich zur Bündelung im interessanten Frequenzbereich beitragen.

Was tut nun eine Schallführung? Nils hat in seiner Abhandlung Richtwirkung erzeugen schon einige Basics genannt:
- Die Kontur bestimmt die frequenzabhängige Richtwirkung. Im groben gilt die Regel, je steiler der Verlauf der Schallführung, desto stärker die Richtwirkung.
- Die Tiefe des Horns bestimmt maßgeblich die Steigung des Verlaufs. Das bedeutet, dass eine Verringerung der Tiefe eine Verbreiterung der Richtwirkung nach sich zieht und umgekehrt.
- Der Durchmesser des Mundes ist maßgeblich für die untere Grenzfrequenz der Richtwirkung verantwortlich. Je größer der Durchmesser in einer Dimension, desto früher beginnt dort die Richtwirkung.

Zur Wirkung einer möglichst einfachen Schallführung - zunächst der einfachen, konischen Form - mehr im nächsten Beitrag...

Gruß,
Christoph
Gaga ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.10.2016, 11:59   #8
nailhead
Erfahrener Benutzer
 
Registriert seit: 19.07.2010
Beiträge: 303
Standard

Zitat:
Zitat von Gaga Beitrag anzeigen
- Die Tiefe des Horns bestimmt maßgeblich die Steigung des Verlaufs. Das bedeutet, dass eine Verringerung der Tiefe eine Verbreiterung der Richtwirkung nach sich zieht und umgekehrt.
- Der Durchmesser des Mundes ist maßgeblich für die untere Grenzfrequenz der Richtwirkung verantwortlich. Je größer der Durchmesser in einer Dimension, desto früher beginnt dort die Richtwirkung.
Gerade dazu findest du in Keeles "what's so sacred about expo horns" sehr gute Grundlagenaussagen.

http://www.xlrtechs.com/dbkeele.com/...xp%20Horns.pdf
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nailhead ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.10.2016, 13:57   #9
FoLLgoTT
Und so beginnt es...
 
Registriert seit: 04.05.2009
Ort: Hannover
Beiträge: 1.060
Standard

Zitat:
Zitat von Gaga Beitrag anzeigen
An der Stelle ein besonderer Dank an Nils, der hier regelmässig spannende Abhandlungen zu diesem Themenbereich in's Forum stellt.
Zu viel der Ehre. Du leistest mit deinem ABEC-Thread übrigens hervorragende Arbeit!

Zitat:
Jetzt ist es natürlich nicht überraschend, dass Membranen ab einer bestimmten Frequenz anfangen zu bündeln.
Wobei die Schallführung diese Bündelung (über)kompensiert (also aufweitet) und bis 20 kHz für ein konstantes Abstrahlverhalten sorgen kann. Ab einer gewissen Größe des Hornhalses funktioniert das aber nicht mehr im Nutzband und die Bündelung des Treibers schlägt wieder durch. Selbst bei 1" klappt das schon nicht mehr zwingend, weshalb ja häufig ein Teil der Sicke verdeckt wird.
__________________
Gruß
Nils

Dokumentationen und Wissenswertes
FoLLgoTT ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.10.2016, 14:18   #10
Gaga
Erfahrener Benutzer
 
Registriert seit: 27.02.2011
Beiträge: 1.259
Standard Die konische Schallführung...

Moin,

Zitat:
Gerade dazu findest du in Keeles "what's so sacred about expo horns" sehr gute Grundlagenaussagen.

http://www.xlrtechs.com/dbkeele.com/...xp%20Horns.pdf
Merci -das werde ich ganz sicher noch verwenden hier....

Denn also los mit der konischen Schallführung. Möglichst einfach, so dass die Auswirkungen möglichst gut zu erkennen und zuzuordnen sind.

Eine konische Schallführung mit 180° Öffnungswinkel und 25mm-Membran habe ich ja schon oben simuliert:

Diese sitzt in diesem AxiDriver-Beispiel in einer unendlichen Schallwand.
Ausgehend von diesem konischen 180°-Waveguide simuliere ich nun immer enger werdende Öffnungswinkel in 30°-Schritten. Die Kantenlänge der Schallführung bleibt dabei konstant bei 20cm, wodurch sich natürlich die Mundfläche ändert...

Die 90°-Schallführung sieht also so aus:


Entsprechend die 0°-Schallführung denn so:

Eine Röhre also, mit 20 cm Länge.

Ich spare es mir und euch die anderen Winkel zu zeigen. Dafür jeweils das auf 0° normierte Abstrahlverhalten von -90° bis 90°, immer mit 30dB-Skalierung in 3dB-Schritten.

Zu Anfang die schon gezeigte 180°-Schallführung:


150° konisch, 20cm:


120° konisch, 20cm:


90° konisch, 20cm:


60° konisch, 20cm:


30° konisch, 20cm:


0° konisch, 20cm:


Oha, ne Menge bunte Bildchen. Mit einer Menge Informationen. Was passieren da alles für merkwürdige Sachen, die für das jeweilige Abstrahlverhalten - vor allen Dingen für die unerwünschten Abweichungen - verantwortlich sind?

Ich versuche einzelne Erklärungen im nächsten Beitrag. Vielleicht fällt Euch auch was dazu ein...

Gruß,
Christoph
Gaga ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.10.2016, 18:35   #11
Kaspie
Loud`n`crazy
 
Registriert seit: 27.02.2014
Ort: Schwelm
Beiträge: 1.332
Standard

Hallo Christoph,

ich weiß, ihr werdet mich lynchen, aufhängen, festnageln,verbrennen und was weiß ich nicht noch alles
Den Ansatz mit dem 180° bzw offene SW und den 0° 1/4 Lamda finde ich gut. Dazwischen ist aber n, die man wenig greifen kann.
Meiner kleinen unmaßgeblichen Meinung nach , macht das Thema nur Sinn, wenn man ein klares Ziel vor Augen hat, dass auch praktikabel umsetzbar ist. Eine Allgemeingültigkeit lässt sich nicht daraus herleiten.
wenn ich jetzt anfange, diese unendlichen Variablen nur ansatzweise aufzuzählen...... Ne, klappt nicht. Ich fahre morgen nach Hamburg: und bis Weihnachten 2096 bin ich nicht mehr da
Stellt Euch nur mal das Seitenverhältnis des WG Mundes vor, multipliziert mit der Länge.......
Es geht also wie immer um einen Kompromiss. Das ist wie eine Balkenwaage: legt man auf der einen Seite was drauf oder nimmt etwas weg, ändert sich was gegenüber.
Die Eigenschaften des Treibers, dessen Treiber und dessen Quellen sind nicht berücksichtigt.
Jetzt haben wir noch Herbst. Wie sieht das im Frühling aus?
Aus welchen Material soll der WG sein?

Ich denke, man kann alles theoretisieren, aber inhaltlich wird wenig dabei herumkommen. Praktisch wird sich das auf die 3,4 oder 5 Stellen nach der Kommastelle bewegen und evtl von einer Fledermaus wahrnehmbar sein. Was auch nicht bewiesen ist

Jeder für sich, und Spaß am experimentieren, für sich persönlich das beste Ergebnis zu erreichen; dass finde ich spannend.
Der Weg ist das Ziel. Und den muss jeder selber gehen.

Und,dass ist das ist das Schöne...

Musik ist/sind eben Emotionen.
LG
Kay
Kaspie ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.10.2016, 19:30   #12
Gaga
Erfahrener Benutzer
 
Registriert seit: 27.02.2011
Beiträge: 1.259
Standard Was passiert?

Moin zusammen, hallo Kay,

also ich habe beim besten Willen nicht das Bedürfnis Dich zu lynchen, zu verbrennen oder (?wie kommst Du eigentlich auf so ein Zeug?) was auch immer. Allerdings muss ich sagen, dass ich nicht wirklich verstehe, worauf Du mit Deinem Beitrag ansonsten inhaltlich raus willst. Was sollen Anmerkungen wie...
Zitat:
Ich denke, man kann alles theoretisieren, aber inhaltlich wird wenig dabei herumkommen.
...zu einem Thread beitragen?

Ich halte mich mal an...
Zitat:
Der Weg ist das Ziel. Und den muss jeder selber gehen.
Und,dass ist das ist das Schöne...
...und mache hier mal weiter.

Welcher Teil der Schallführungen trägt also zum beobachteten (simulierten) Abstrahlverhalten bei?

Zunächst mal, wie wirkt sich der Öffnungswinkel der Schallführungen auf die Abstrahlung aus? Ich zeichne mal zur Verdeutlichung für die 150°-Schallführung die 150° ein:

Zwar nicht sehr gleichmässig, aber immerhin, sieht das Abstrahlverhalten von 2kHz bis ca 10 kHz halbwegs +/-75° gerichtet zu sein. Ab ca 10kHz engt sich die Abstrahlung ein, sehr ähnlich wie bei der 180°-Variante. Also durch das Bündelungsverhalten der 25mm Membran.

Die 60° Schallführung?

Auffällig ist die Einschnürung der Abstrahlung von ca 4-6kHz und die Aufwertung zwischen 9 und 10 kHz.

Hier die nicht normierte Directivity der 60°-Schallführung:

Die Richtung der Abstrahlung auf 60° (oder +/-30°) durch die Schallführung ist gut zu erkennen, ebenso die Aufweitung zwischen 9 und 10kHz.

Zuletzt noch die 30°-Schallführung, einmal normiert auf 0°:

...und nicht normiert:

Zwischen 6 und 10kHz ist die Wirkung der 30°-Schallführung zu sehen. Unter 6 kHz verliert die Schallführung die Richtwirkung - vermutlich durch den kleinen Hornmund. Das lässt sich durch eine weitere Simu noch überprüfen...Bei ganz hohen Frequenzen Richtung 20 kHz ist ein Ausfransen der Abstrahlung zu sehen, die ich zunächst nicht einordnen kann.

Ich versuche mal die Beobachtungen bis dahin zusammenzufassen:


Es fehlen hier u.A. noch die Diffraktionseffekte aufgrund des nicht verrundeten Übergangs von Hornmund auf die unendliche Schallwand.... Werde ich auch noch mit einer Simu kontrollieren.

Bis dahin - was fehlt noch aus Eurer Sicht?

Gruß,
Christoph

Geändert von Gaga (15.10.2016 um 20:07 Uhr).
Gaga ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.10.2016, 19:42   #13
3eepoint
wtf?! -BOOOOOOOOM
 
Registriert seit: 07.12.2012
Ort: Syke
Beiträge: 1.067
Standard

Sieht soweit recht vollständig aus, grade der Graph am ende bringt viel Licht in die Sache!

Mehr davon
__________________
Meine Nachbarn hören auch Metal, ob sie wollen, oder nicht \m/
3eepoint ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.10.2016, 22:25   #14
Gaga
Erfahrener Benutzer
 
Registriert seit: 27.02.2011
Beiträge: 1.259
Standard Die 0°- und die 180°-Schallführung...

Moin 3ee,

Zitat:
Mehr davon
Na gerne doch.

Bevor ich versuche, die komische Aufwertung der konischen Schallführung zu erklären, nochmal der Vergleich der beiden Extreme, d.h. der 180°- und 0°-Schallführungen.

Also...


...vs...



Die beiden normierten Directivities sahen ja sehr ähnlich aus, bis auf eine Aufweitung bei ca 18kHz bei der 0°-Schallführung:
DA die 'Mundfläche' identisch ist, ist auch die Bündelung zu niedrigen Frequenzen hin identisch. Die schmalbandige Aufweitung bei ca 18kHz kann also nur dem abrupten Übergang von der 'Mundfläche' auf die unendliche Schallwand erklärt werden.

Aber Obacht: Obwohl die auf 0° normierte Abstrahlung fast identisch aussieht, unterscheidet sich natürlich die Abstrahlung der 180°- und 0°-Variante erheblich.

Während die 180°-Variante nicht normiert...

...fast identisch wie die auf 0° normierte Directivity aussieht, unterscheidet sich die nicht normierte Directivity der 0°-Schallführung...

...doch erheblich von der normierten Directivity. Ist ja eigentlich auch klar, dass da ordentliche 'Rohr-Resonanzen' da sein sollten.

Aber wie ist es nun mit den komischen Aufweitungen, die zum Beispiel bei der 60°-Schallführung zu sehen sind und zunächst nicht offensichtlich einer bestimmten Eigenschaft der Schallführung zuzuordnen waren?

Im nächsten Beitrag mehr dazu...

Gruß,
Christoph
Gaga ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.10.2016, 23:31   #15
Gaga
Erfahrener Benutzer
 
Registriert seit: 27.02.2011
Beiträge: 1.259
Standard Die komische Aufweitung der konischen Schallführung...

Moin,

während sich die Zusammenhänge von Mundfläche und unterer Grenzfrequenz der Richtwirkung, Öffnungswinkel der Schallführung und Richtwirkung und Treiber-Membranfläche und Richtwirkung bei hohen Frequenzen recht gut darstellen lassen, blieb die Ursache für die beobachtete Aufweitung bei unterschiedlichen Frequenzen bislang unklar.

Schade eigentlich, denn sonst könnten wir mit den vorhandenen Zusammenhängen jetzt schon ein ganz schönes Waveguide mit annäherndem CD-Verhalten und +/- 30°-Abstrahlung basteln. Natürlich noch mit idealisierter, flacher Membran im WG-Hals, aber dazu später im Thread.

Daher nun zu der beispielsweise für die 60°-Schallführung bei ca. 9-10kHz beobachteten Aufweitung:


Diese erklärt sich nicht offensichtlich aus dem Hals-Durchmesser oder der Mundfläche der 60°-Schalführung. Wie kommst diese also zustande?

Ich bleibe zunächst mal bei der 60°-Schallführung und schaue nach was passiert, wenn ich diese auf 10cm Länge verkürze (Öffnungswinkel bleibt identisch, Mundfläche wird verkleinert):

Aha. Die Aufwertung ist noch da, aber verschiebt sich von 9-10kHz zu höheren Frequenzen, bei ca 11-12kHz. Zudem verringert sich die Kontrolle der Abstrahlung durch die geringere Mundfläche zu niedrigeren Frequenzen hin.
Leider erkenne ich keinen direkten, rechnerischen Zusammenhang zwischen der Mundflächen (oder den Mund-Durchmessern von 22,5cm bzw. 14,1cm) und den Frequenzbereichen der Aufweitung der Abstrahlung.

Also schaue ich mal nach, was bei diesen Frequenzen genau mit der Abstrahlung passiert.

Zunächst für das 'lange' Waveguide bei 9400Hz:


Dann für das 'kurze' Waveguide bei 11,27kHz:


Für beide Waveguides ist prima die Aufweitung der Abstrahlung und jeweils ein kleines 'Loch' auf Achse zu sehen. Das Phänomen sieht auch für beide WGs recht ähnlich aus. Das erinnert mich dunkel an ein oder zwei Threads, in denen hier dieses Problem im Kontext der 'oblade spheroid' Waveguides von Geddes diskutiert wurde. Vielleicht finde ich die noch...

Also bietet sich an zu schauen, wie die Abstrahlung unter und über der Aufweitung aussieht. Hier für die kurze 60°-Schallführung, die Abstrahlung bei 7,15kHz...

...und bei 16.2kHz:


Denn lehne ich mich mal aus dem Fenster. Meine Interpretation bis hier hin: Durch den abrupten Übergang von Schallführung zu Schallwand entstehen zwei Sekundärschallquellen, die mit sich und dem direkt abgestrahlten Schall Interferenzen erzeugen und dadurch für die 'Abstrahlkeulen' und die Aufwertung verantwortlich sind.
Mit dieser Erklärung wäre auch verständlich, weshalb bei einem veränderten Mund-Durchmesser sich die Frequenz ändert, bei der die Abstrahlung auftritt.
Unter der 'Aufweitungsfrequenz' wird die Wellenlänge so lang, dass die Diffraktion an der Kante zunehmend abnimmt. Oberhalb der Aufwertung wird die Einengung der Schallabstrahlung zunehmend vom Membrandurchmesser bestimmt, d.h. die Wechselwirkung mit dem Übergang WG-Mund-Schallwand nimmt zunehmend ab.

Allerdings bin ich mir nicht sicher, wie weit die Probleme auch in der Schallführung entstehen (durch Reflexionen zwischen Membran und dem WG-Mund). Was meint ihr?

Für heute reicht's mir allerdings. Morgen versuche ich mal, wie dieses Problem durch Verrundung des Übergangs oder - wie Keele es im oben verlinkten Artikel vorschlägt - durch eine zweite, konische Stufe zum WG-Mund hin vermeiden lässt.... Wir wollen ja schliesslich ein constant directivity WG basteln.

Bis dahin,
Christoph
Gaga ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.10.2016, 09:19   #16
Yogibär
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Registriert seit: 21.07.2015
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Beiträge: 342
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Hallo zusammen,

Total spannender Thread. Ich lese mit Begeisterung mit, kann aber leider nichts dazu beitragen, da ich mich bisher nicht mit der Thematik auseinandergesetzt habe und auch kein großer Simulant bin.

Weiterhin viel Erfolg und gute Erkenntnisse. Wenn daraus mal eine allgemein gültige Designvorgabe resultieren würde, wäre das grandios.

Thomas
Yogibär ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 17.10.2016, 23:22   #17
Gaga
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Registriert seit: 27.02.2011
Beiträge: 1.259
Standard Die blöde Aufweitung....

Moin zusammen, hallo Thomas,

vielen Dank für Deine ermunterten Worte! Das motiviert sehr, hier weiter zu machen.

Zitat:
Weiterhin viel Erfolg und gute Erkenntnisse. Wenn daraus mal eine allgemein gültige Designvorgabe resultieren würde, wäre das grandios.
Ich hoffe weiter, nützliche Zusammenhänge zwischen Horn- oder Waveguide-Eigenschaften und der Abstrahlung zu zeigen. Mit dem Ziel, schliesslich ein constant directivity Waveguide zu konstruieren. Ich fürchte allerdings, dass bei den vielen Kompromissen, die bei der Konstruktion von Schallführungen zu treffen sind, eine allgemeingültig Designvorgabe kaum möglich sein wird - allerdings schon Kriterien, wie man nach Wahl der eigenen Design-Ziele dahin kommen kann, diese zu verwirklichen, wo also die wichtigen Stellschrauben sind....

Bevor ich weiter simuliere, ein Hinweis auf zwei Thread zu Waveguides hier im Forum, die ich in einem Vortrag oben erwähnt hatte. Hier eine Diskussion zu Waveguides nach Geddes (Oblate spheroid) mit einer Diskussion zu HOMS (higher order modes) in Waveguides und hier ein Thread zur Horn Theorie mit einigen guten links, u.a. zum Buch von Dr. Geddes zu Abstrahlung und Waveguides. Zu HOMs später mehr.

Jetzt aber weiter im Text. Wir hatten ja gesehen, dass
- die Bündelung bei hohen Frequenzen in den Simulationen durch den Durchmesser des Treibers am Hornhals,
- der Abstrahlwinkel in den Frequenzbereichen darunter durch den Öffnungswinkel der (hier konischen) Schallführung und
- die Kontrolle des Abstrahlwinkels nach unten durch den Mund-Durchmesser beeinflusst wurde.

So weit so gut. Leider tauchten da sehr unangenehme Aufwertungen der Abstrahlung auf, die - zumindest zum Teil - durch den abrupten Übergang von Schallführung zu Schallwand verursacht wurden.

In Beitrag #10 hatte ich dann konische Schallführungen mit durchgehenden Seitenlängen von 20cm und Winkler von 180° Öffnungswinkel (unendliche Schallwand) bis zu 0° (Röhre) simuliert. Besonders schlecht sah es bei einem Öffnungswinkel von 90° (+/-45°) aus.

Bei der folgenden Simu-Reihe bleibe ich bei einer festen 'Hornlänge' von 20cm und vergrössere Schrittweise zu Mundfläche. Start ist wieder die 20cm lange Röhre, also die 0°-Schallführung mit einem Mund-Durchmesser von 2,5cm. Zu sehen ist immer das auf 0° normierte Abstrahlverhalten (30dB und 3dB-Schritten:

Länge 20cm, Durchmesser Mund 5cm:

Länge 20cm, Durchmesser Mund 7.5cm:

Länge 20cm, Durchmesser Mund 10cm:

Die Aufweitung wandert langsam zu niedrigeren Frequenzen hin. Was passiert bei Länge 20cm, Durchmesser Mund 15cm?

Neben der Verschiebung der Aufweitung ist zu sehen, wie sich die Kontrolle der Abstrahlung durch den größeren Mund-Durchmesser ebenfalls zu niedrigeren Frequenzen hin verschiebt.
Länge 20cm, Durchmesser Mund 20cm:

Länge 20cm, Durchmesser Mund 30cm:

Neben der ersten Aufwertung ist jetzt auch deutlich eine zweite Aufbietung zu sehen.
Länge 20cm, Durchmesser Mund 40cm:

Länge 20cm, Durchmesser Mund 50cm:

Länge 20cm, Durchmesser Mund 60cm:

Inzwischen sind mehrere Aufwertungen zu sehen. Allerdings wird mit geringem Winkel, d.h. weniger abruptem Übergang von Schallführung zu Schallwand auch dis Stärke/Ausprägung der Aufwertung geringer.

Die Lage und Stärke der Aufwertung(en) scheint sowohl vom Winkel zwischen Schallführung und Schallwand, der Länge des Waveguides, als auch vom Öffnungswinkel der Schallführung abzuhängen (ja klar, hängt zusammen). Leider packe ich es nicht, den Zusammenhang ausreichend für eine mögliche Berechnung zu verstehen. Über Input und Klärung an der Stelle würde ich mich natürlich sehr freuen...

Daher an der Stelle ganz pragmatisch: Wenn's denn am abruptem Übergang von konischer Schallführung zu Schallwand liegt, dann sollte eine Verrundung helfen. Das wurde ja auch schon oft gezeigt, wie zum Beispiel im oben genanten Thread zu Waveguides nach Geddes (Siehe auch das schöne Beispiel von Nils hier:
Ein Oblate spheroid-Waveguide...

...und Abstrahlung:


Das selbe Waveguide nach leichter Verrundung des Munds:

...

Die beiden höherfrequenten Aufwertungen wurden durch die Verrundung abgeschwächt.

Wie viel Verrundung braucht's denn dann? Und welche Nachteile handeln wir uns damit ggf ein?
Was bringt - wie von Keele vorgeschlagen - eine zweite, konische Stufe hier?

Dazu mehr im nächsten Beitrag.

Bis dahin,
Christoph
Gaga ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.10.2016, 08:42   #18
nailhead
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Hallo Christoph,

tolle Arbeit! Immer weiter so!

Ich denke ich kann dir auch ein wenig auf die Sprünge helfen

Zwei Dinge:
1. Zunächst hast du leider einen "Fehler" gemacht und eine Sache nicht beachtet: dein "Mikro" in der Simulation ist bei Hörner/Schallquellen mit 20cm, 30cm oder gar 40cm Breite nicht mehr im Fernfeld Das hat schwerwiegende Folgen, dazu gleich mehr.

2. Wenn du auf 0° normierst und anschließend nur negative Werte darstellst (0 bis -30dB) gehen dir Informationen verloren. Wenn zum Besipiel die Abstrahlung off axis lauter wäre als on axis, dann würde das Diagramm das nicht zeigen - es geht ja nur bis 0dB. Besser wäre also eine Skala mit etwas headroom ins positive, z.B. +3dB bis -27dB oder +6dB bis -24dB. Letzeres nutzt Prof Goertz z.B. immer für seine Messungen.

Nehmen wir uns nun mal das ein Beispiel vor:
20cm Länge und 30cm Mund



Zeichnen uns das Ganze auf: unten das Horn und in 1m Entfernung das Mikro



Stellen wir uns jetzt vor, wir sind eine Welle und starten unten und gehen geradeaus -> dann haben wir einen Weg von 100cm.
Gehen wir nun aber rechts der Linie entlang, haben wir einen Weg von 24,3+81,4=105,7cm.

Dies entspricht einer Laufwegdifferenz von 5,7cm und einer Wellenlänge von 6kHz

Die Aufweitung von 6kHz kommt also nur von einem zu nahe aufgestelltem Mikro bzw. Simulationsabstand. Du solltest also unbedingt den Abstand erhöhen, z.B. auf 4m oder besser 10m.

Dann noch den Headroom für positive Werte in der Skala hinzufügen und wir schauen uns dann das Ganze nochmal an

Grüße
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nailhead ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.10.2016, 09:03   #19
jogi
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Beiträge: 169
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Zitat:
Zitat von nailhead Beitrag anzeigen
Die Aufweitung von 6kHz
Ich weiß nicht, warum ihr immer von Aufweitungen redet.
Die gibt es in der Wirklichkeit doch gar nicht.
Was es gibt, sind Auslöschungen auf oder knapp neben der Hauptabstrahlachse.
jogi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.10.2016, 09:13   #20
nailhead
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Zitat:
Zitat von jogi Beitrag anzeigen
Ich weiß nicht, warum ihr immer von Aufweitungen redet.
Die gibt es in der Wirklichkeit doch gar nicht.
Was es gibt, sind Auslöschungen auf oder knapp neben der Hauptabstrahlachse.
Sehr guter Hinweis! In Wirklichkeit gibt es beides bzw. kann beides vorkommen. Man erkennt es nur, wenn man normiert und unnomiert betrachtet, oder wenn:

Zitat:
Zitat von nailhead Beitrag anzeigen

2. Wenn du auf 0° normierst und anschließend nur negative Werte darstellst (0 bis -30dB) gehen dir Informationen verloren. Wenn zum Besipiel die Abstrahlung off axis lauter wäre als on axis, dann würde das Diagramm das nicht zeigen - es geht ja nur bis 0dB. Besser wäre also eine Skala mit etwas headroom ins positive, z.B. +3dB bis -27dB oder +6dB bis -24dB. Letzeres nutzt Prof Goertz z.B. immer für seine Messungen.
eingehalten wird...
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