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Alt 16.07.2017, 22:14   #1
Gaga
Erfahrener Benutzer
 
Registriert seit: 27.02.2011
Beiträge: 1.242
Standard Acoustic Lens - (wie) geht das?

Moin zusammen,

ich überlege mir, mich hier - in der mir eigenen, schwindelerregenden Geschwindigkeit - mit der Konstruktion, Simulation, dem Bau (3D-Druck) und der Messung einer 'acoustic lens' nach 'Beolab' beschäftigen.

Die Dinger hier meine ich damit. Also irgendwas zwischen Reflektor und Horn. Und zur Abwechslung mal was eher breit abstrahlendes...

Im Netz gibt's bereits ein paar Threads dazu, den hier zum Beispiel, oder den hier, oder den hier....

Für die Konstruktion gehe ich vom entsprechenden Patent aus (hier und hier).


Quelle: https://docs.google.com/viewer?url=p.../US5615176.pdf

Würde das ggf. wieder Schritt-für-Schritt machen, so ähnlich wie im Waveguide/Constant Directivity-Thread. Interesse?

Grüße,
Christoph
Gaga ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 17.07.2017, 05:57   #2
EMP
Erfahrener Benutzer
 
Registriert seit: 18.02.2014
Beiträge: 995
Standard

Auf jeden Fall ist Interesse da

Aber nach deinem anderen Thread sind die Erwartungen an dich sehr hoch
__________________
Viele Grüße
EMP ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 17.07.2017, 08:43   #3
FoLLgoTT
Und so beginnt es...
 
Registriert seit: 04.05.2009
Ort: Hannover
Beiträge: 1.054
Standard

Hmm, im Grunde ist das Ding ja nur eine spezialisierte Version des Kegels, der bei Rundstrahlern zum Einsatz kommt. Der Abstrahlwinkel steigt nach oben hin an und ist sehr breit (>160° bei -6 dB).

Hier gibt es übrigens eine Messung dazu. Die dort erwähnte Beolab 5 hat übrigens einen horizontalen Abstrahlwinkel von satten 200°! Siehe hier. Interessant, dass sie auf dieser Seite die Lokalisation genauso visualisiert haben wie ich.

Wenn man ein sehr breites Abstrahlverhalten erreichen möchte, ist so eine Linse sicherlich der richtige Weg.
__________________
Gruß
Nils

Dokumentationen und Wissenswertes
FoLLgoTT ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 17.07.2017, 19:29   #4
paco de colonia
paco de colonia
 
Registriert seit: 10.04.2017
Ort: Köln
Beiträge: 68
Standard Kompatibel mit diesem HT?

Ich interessiere mich sehr dafür?
Würde das auch mit diesem HT funktionieren, der eine Art kleinen Waveguide/Vorsatz hat?

https://www.hifisound.de/out/media/p...ckFQ%3D%3D.pdf

Grüße aus Kölle
Paco
paco de colonia ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 17.07.2017, 21:27   #5
Gaga
Erfahrener Benutzer
 
Registriert seit: 27.02.2011
Beiträge: 1.242
Standard

Moin, Moin,

Zitat:
...im Grunde ist das Ding ja nur eine spezialisierte Version des Kegels, der bei Rundstrahlern zum Einsatz kommt.
Genau, das war u.A. der Grund, warum mich die acoustic lens interessiert hat. Am Rundstrahler finde ich ungünstig, dass die Aufstellung durch die Abstrahlung 'nach hinten' problematisch ist.
Zitat:
Wenn man ein sehr breites Abstrahlverhalten erreichen möchte, ist so eine Linse sicherlich der richtige Weg.
Ich denke da an einen kleinen Desktop-Lautsprecher... Hier interessiert mich neben dem breiten, horizontalen Abstrahlverhalten insbesondere auch das vertikale Abstrahlverhalten, um die Reflektion auf dem Schreibtisch zu vermeiden/verringern.

Zitat:
Ich interessiere mich sehr dafür?
Würde das auch mit diesem HT funktionieren, der eine Art kleinen Waveguide/Vorsatz hat?
Das sollte, wenn man die Anpassung an die acoustic lens entsprechend genau macht, möglich sein. Allerdings halte ich den relativ großen Durchmesser der Kalotte für diesen Anwendungszweck ungünstig. Hier habe ich nach 19mm-Kalotten geschaut, bevorzugt Metallkalotten. Aber nichts gefunden - außer Kalotten, die dann zwar eine 19mm Membran, dafür aber eine sehr breite Sicke haben...

Zitat:
Auf jeden Fall ist Interesse da
Vielen Dank, denn will ich mal...

Grüße,
Christoph
Gaga ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.07.2017, 08:36   #6
Diskus_GL
Alter Hörer
 
Registriert seit: 29.11.2011
Ort: Bensberg
Beiträge: 984
Standard

Hallo,

die entsprechenden BeoLab Boxen sind von Moulton Laboratories entwickelt worden.
Auf deren Webseite gibts dazu jede Menge an Infos. z. B. hier:

http://www.moultonlabs.com/more/new_loudspeaker_design/

http://www.moultonlabs.com/more/loud...aises_the_bar/

Hauptziel war wohl ein sehr breites horizontales Abstrahlverhalten und ein geringes vertikales... um eben die frühen Boden- und Deckenreflexionen zu vermeiden dafür aber eben genügend Seitenreflexionen zu erhalten...

Grüße Joachim
Diskus_GL ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.07.2017, 20:12   #7
Chlang
Hörender
 
Registriert seit: 18.03.2009
Ort: Würzburg
Beiträge: 730
Standard

Zitat:
Zitat von Gaga Beitrag anzeigen
Ich denke da an einen kleinen Desktop-Lautsprecher... Hier interessiert mich neben dem breiten, horizontalen Abstrahlverhalten insbesondere auch das vertikale Abstrahlverhalten, um die Reflektion auf dem Schreibtisch zu vermeiden/verringern.
Wie wäre es denn mit einem entsprechend ausgerichteten Dipol
Gut, strahlt auch nach hinten, aber mein Schreibtisch steht frei im
Raum

Zitat:
Zitat von Gaga Beitrag anzeigen
Vielen Dank, denn will ich mal...
Prima, ich freue mich auf neuen Input!

Grüße
Chlang
__________________


Chlang ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.07.2017, 20:22   #8
Gaga
Erfahrener Benutzer
 
Registriert seit: 27.02.2011
Beiträge: 1.242
Standard

Hallo Joachim, Moin zusammen,

vielen Dank für die Links. Leider finde ich bisher nur Messungen des horizontalen Abstrahlverhaltens (wie auch z.B. hier, Fig. 4) der BeoLab 5 bzw. acoustic lens.

Moulton Labs beschreibt das vertikale Abstrahlverhalten (Vermeidung der frühen Bodenreflexionen) so:
Zitat:
The effect of the lens is to distribute energy emitted from the driver (which is facing upward) across 180° horizontally and approximately 30° vertically (angled approximately 15° upwards).
..zeigt aber keine Messungen. Falls jemand Messungen des vertikalen Abstrahlverhalten findet, bitte einen link setzen.

Hallo Chlang,

Zitat:
Wie wäre es denn mit einem entsprechend ausgerichteten Dipol
Gut, strahlt auch nach hinten, aber mein Schreibtisch steht frei im
Raum
Mein Schreibtisch steht leider mit 'ner Wand im Rücken. Und da steht noch so ein blöder Monitor rum, der eine prima Refelexionsfläche bietet. OK, Du stellst den Dipol genau neben den Monitor... Du hast das mit Deinem ChlangMon2 ziemlich elegant gelöst...

Schreibtisch hin oder her - ich möchte das Prinzip der acoutic lens etwas besser verstehen, ganz unabhängig davon, wo mein Schreibtisch steht.

Grüße,
Christoph
Gaga ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 23.07.2017, 23:46   #9
Gaga
Erfahrener Benutzer
 
Registriert seit: 27.02.2011
Beiträge: 1.242
Standard Acoustic Lens 1 - die Kalotte ganz alleine...

Moin,

denn will ich mal langsam in die Gänge kommen. Ich versuche wieder so systematisch wie möglich und in kleinen Schritten vorzugehen.

D.h. bevor ich die Wirkung einer 'acoustic lens' untersuche, zunächst die Abstrahlung einer Kalotte mit 20mm Durchmesser in einer unendlichen Schallwand. Wieso das?

Ich habe einen möglichst kleinen (erhältlichen) Durchmesser der Kalotte gewählt, um einer Punktschallquelle möglichst nahe zu kommen, bzw. Probleme einer großen Schall-abstrahlenden Fläche und deren Refelxionen zu vermeiden. Zur praktischen Wahl eines Hochtöners dann später mehr.

Die unendliche Schallwand habe ich gewählt, um dann im nächsten Schritt den Effekt einer 'Bodenplatte' (immer noch ohne acoustic lens) auf die Abstrahlung zu sehen.

Zudem zeige ich an diesem Beispiel gleich die 'Mikrofon-Positionen:

Hier also die vertikale Abstrahlung der 20mm-Kalotte von 0° (auf Achse) bis 90° in einer unendlichen Schallwand.

Die 'Mikrofone' der Simu befinden sich axial (0°) in 55cm Entfernung und in Winkeln von 45°, 67.5° und 90° zur Abstrahlungsachse. Die Winkel habe ich gewählt, da ich sowohl den SPL in 90° (zur Seite), auf Achse (0° oder auch zur 'Decke') und in Winkeln dazwischen (45° und 67.5°) betrachten möchte.

Hier also der SPL an den 4 beschriebenen Positionen:


Nichts aufregendes zu sehen: Auf Achse (lila) fällt der Schalldruck zu hohen Freqeunzen hin weniger stark ab, als zur Seite - hier macht sich halt die Bündelung der 20mm-Kalotte bemerkbar. Der 45°-SPL ist etwas niedriger, da etwas weiter von der Kalotte entfernt, als die anderen 'Meßpunkte'.

Dazu noch die Directivity horizontal (90° zur Achse):


Und die Directivity vertikal von 0° bis 90° (Obacht! In der Abbildung sind die 90° auf Achse und die 0° zur Seite):


Zu sehen ist, wie zur Seite (in der Abbildung zu 0° hin) die Bündelung der Kalotte mit hohen Frequenzen zunimmt.

So weit so gut. Im nächsten Beitrag dann die Abstrahlung der Kalotte, wenn sie in eine runde 'Bodenplatte' eingebaut ist. Die 'Basis' der acoustic lens, sozusagen. Sowas also:


Bis dahin, Grüße,
Christoph
Gaga ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 24.07.2017, 06:21   #10
Kalle
Vorsicht schräger Humor
 
Registriert seit: 01.12.2016
Ort: Düren
Beiträge: 463
Standard

Moin,
nur zum Verständnis, eine Akustische Linse ist doch was ganz anderes als dieses speziell eingenengte Waveguide.
Gruß Kalle
Kalle ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 24.07.2017, 10:41   #11
Gaga
Erfahrener Benutzer
 
Registriert seit: 27.02.2011
Beiträge: 1.242
Standard

Moin Kalle,

na ja, da gehen die Begriffe tatsächlich durcheinander. Vielen Dank für den Hinweis!

Ich kenne den Begriff 'Schallverteilerlinse' noch bezogen auf die 'akustischen Linsen' die zum Beispiel von Isophon oder JBL zur besseren Verteilung von Schall vor Hörner gepackt wurden (Beispiele siehe hier oder hier).

Im englischsprachigen Sprachraum wird für die speziellen B&O 'Waveguides', die ich hier beschreibe, tatsächlich oft der Begriff 'Acoustic Lens Technology (ALT)' gebraucht.

In den beiden oben verlinkten Patenten sprechen die Erfinder von 'Acoustic Reflector' und 'Acoustical Transverse Horn For Controlled Horizontal And Vertical Sound Dispersion'. Also ein 'ATHCHVSD', sozusagen.

Da die sog. 'Acoutic Lens' ohnehin aus den Blickwinkeln 'Waveguide', 'Reflektor' und 'Schallverteiler' betrachtet werden kann, bleibe ich im Thread einfach bei dem Begriff 'Acoustic Lens' und bezeichne damit das im Eingangsthread verlinkte 'ATHCHVSD'-B&O Konstrukt.

Grüße,
Christoph

Geändert von Gaga (24.07.2017 um 18:03 Uhr). Grund: Die Autokorrektur....
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Alt 24.07.2017, 14:01   #12
Kalle
Vorsicht schräger Humor
 
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Ort: Düren
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Hallo Christoph,
genau das hatte ich auch vor Augen.
Aber vielleicht der Vermarkter nicht.
Mit den akustischen Linsen bin ich nie zufrieden gewesen, da können moderne Hörner deutlich mehr.
Gruß Kalle
Kalle ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 24.07.2017, 21:08   #13
Gaga
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Beiträge: 1.242
Standard Acoustic Lens 2 - Die Kalotte in der 'Bodenplatte'

Moin zusammen,

nu also, wie in Beitrag #9 angekündigt, das Abstrahlverhalten der 20 mm-Kalotte in einer runden 'Bodenplatte' mit knapp 15 cm Durchmesser.

Wieso das? Irgendwo muss die Kalotte ja wohnen, die dann später gegen die acoustic lens strahlen soll. Da diese eine (annähernd) runde Form bekommen wird, also eine runde Bodenplatte. Und diese kann man ja auch, wie im 'Constant Directivity Waveguide'-Thread hier schon gemacht, auch als 180° Waveguide mit 15 cm Durchmesser betrachten. Mit den bekannten Auswirkungen...

Zunächst - analog zu Beitrag #9 - das Abstrahlverhalten bei 2 kHz. Zusätzlich, zum besseren Verständnis eingezeichnet, die Ebenen der horizontalen und vertikalen Abstrahlung, die explizit betrachtet werden:


Der SPL an den verschiedenen 'Mikro-Positionen' (siehe Beitrag #9):


Aha. Axial (lila Kurve) die durch die Kantendiffraktion verursachten, typischen Einbrüche.

Je weiter die 'Mikro-Position' sich von der axialen (0°-)Abstrahlung entfernt, desto weniger sind diese Einbrüche zu sehen. Hier der direkte Vergleich, Kalotte in unendlicher Schallwand vs 15 cm-Bodenplatte:


Diese Bodenplatte wird also - je nach Betrachtungswinkel - später für typische Einbrüche sorgen. Mal sehen, was davon bei der acoustic lens noch übrig bleibt...

Was fehlt noch zum Vergleich? Die horizontale Abstrahlung im 90°-Winkel zur Achse:


Da merkt man nichts von der Bodenplatte... Aber wie sieht's für die horizontale Abstrahlung im 67.5-Winkel aus (also näher zur Achse, schräg von oben auf die Kalotte geguckt):


Es macht sich sowohl die Bündelung der Kalotte, als auch die Kantendiffraktion bemerkbar.

Und schliesslich das vertikale Abstrahlverhalten, jetzt von -90° bis 90° (ist ja keine unendliche Schallwand mehr da, die die Abstrahlung zu negativen Winkeln hin verhindern würde). Obacht, 0° in der Abbildung ist die Abstrahlung 90° zur Seite, bezogen auf die axiale Abstrahlung nach oben:


Auch hier ist die Kantendiffraktion deutlich zu sehen. bei 90° liegt die axiale Abstrahlung, also die lila Linie in der Darstellung des SPL unter verschiedenen Winkeln (siehe oben).

So, damit geht's nun an die Konstruktion und Simulation der 'acoustic lens'. Ich hoffe ihr seid noch dabei, nach den etwas langweiligen, grundsätzlichen Betrachtungen (ich werde in späteren Beiträgen ab und an darauf zurück greifen).

Weil jetzt wird's langsam spannend. Echt.

Grüße,
Christoph
Gaga ist offline   Mit Zitat antworten
Alt Gestern, 21:44   #14
Gaga
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Beiträge: 1.242
Standard Acoustic Lens 3 - Patente / Konstruktionsmerkmale

Moin,

mit welchem Ziel und wie wird so eine 'Acoustic Lens' also konstruiert?

Es gibt dazu eine ganze Reihe von Patenten. Ich nutze und zitiere im Folgenden Ausschnitte aus den Patenten US005615176, US6820718 B2 und DE69938040 T2.

Wofür also die Acoustic Lens? Das Patent US-A-5615176 meint:
Zitat:
Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die Schallenergie, die von einem Schallstrahler abgestrahlt wird, der an oder nahe dem Brennpunkt F1 positioniert ist, so umleitet, daß das resultierende Dispersionsmuster über einen sehr breiten Frequenzbereich horizontal überaus breit und vertikal begrenzt ist.
Horizontal breit und vertikal begrenzt klingt gut. Und wie soll das erreicht werden? Wieder das Patent US-A-5615176:
Zitat:
Die US-A-5615176 offenbart einen Schallreflektor, der so geformt ist, daß er eine Reflexionsfläche in Form einer einzelnen Ellipse mit Wandlerplazierung in einem der Brennpunkte der Ellipse oder zweier Ellipsen mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln, aber den gleichen Brennpunkten in der Horizontalebene hat.
Aha. Also ein Schallreflektor in Form einer Ellipse. Ein zweiter Blick auf die schon in Beitrag #1 gezeigte Abbildung:

Quelle: https://docs.google.com/viewer?url=p.../US5615176.pdf

Da isse: Eine grüne bzw. rote Linie deuten jeweils einen Abschnitt einer Ellipse an.

Von der Seite gesehen, wird's klarer:

Quelle: Patent US005615176

Obacht: Die beiden oben gezeigten Abbildungen stehen 'auf den Kopf'. Daher zwei Abbildungen einer 'Acoustic Lens' aus dem Patent US6820718 B2.

Die Acoustic Lens von vorne:

Quelle: Patent US6820718 B2

Und von der Seite:

Quelle: Patent US6820718 B2

Damit zur Konstruktion einer 'Acoustic Lens'. Aus dem Patent US005615176, bezogen auf die oben gezeigte Fig. 2A:
Zitat:
Referring now to FIG. 2A, the ellipse 12 which is the basis of the surface of revolution is preferably oriented such that the major axis A is at a 40° angle to the line L, that is, angle alpha is equal to approximately 40°. This angle generally controls dispersion in the vertical plane such that the greater the angle alpha, the greater the dispersion of reflected sound.
The ellipse is also formed such that the ratio of the major axis A to minor axis B,is 1.5:1. This ratio can vary from about 1.25:1 to about 3.00:1 without degradation of the characteristics of this reflector.
Da ist die Neigung der Ellipse (Winkel alpha) bezogen auf die 'Senkrechte' (Linie L), sowie die Form der Ellipse (Ratio Achse A zu Achse B) beschrieben.

Zurück zum oben zitierten Ziel der Acoustic Lens. Die Stellschrauben zur Steuerung des horizontalen und vertikalen Abstrahlverhaltens sind also offenbar (i) die horizontalen Flächen der Linse und deren Öffnungswinkel (in den Beispielen oben 180°) und (ii) die Neigung und Form der Ellipse.

Also Autodesk Fusion angeworfen und eine 'Acoustic Lens' konstruiert. Gleich im nächsten Betrag...

Grüße,
Christoph
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