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Dipol - Cardioid Lautsprecher (Subwoofer)
Hallo,
zum Verständnis des Dipol und Cardioid Lautsprechers (Subwoofer) haben wir einen Grundlagenartikel mit den Themen:
Schallausbreitung, Schnelle, akustischer Kurzschluss und Überlagerunge von Schallquellen erstellt.
Das Ergebnis der Untersuchungen ist ein neuer Dipol-Cardioid Lautsprecher. Dieser verbindet die gerichtete Schallabstrahlung im Tieftonbereich mit dem Wirkungsgrad herkömmlicher Subwoofer.
Photo Story „Dipol-Cardioid Lautsprecher (Subwoofer)”.
Bitte mit
http://www.kirchner-elektronik.de/~kirchner/DIPOL-CARDIOID.pdf
zum Download.
Gruß
Leo
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Hi,
ein interessanter Artikel. Echtes "out-of-the-box"-Denken.:cool:
Die sagenumwobene Wirkung eines Cardioid-Subwoofers hatte ich mir allerdings größer als "nur" 3 dB Rückwärtsdämpfung vorgestellt, außerdem hätte die rückwärtige Niere theroretisch deutlich kleiner rausfallen sollen. So erscheint mir der Unterschied zu einem reinen Dipol nicht allzu groß - auf dem Papier.
Im Wohnzimmer ist eh alles anders. Da wird die untere Grenzfrequenz z.B. durch die Abmessung in Hauptstrahlrichtung vorgegeben - was leider vergessen wurde zu erwähnen. Ein 5 m tiefer Raum schafft dann immerhin 34 Hz.
Das ansonsten positive Bild trüben leider einige kleinere physikalische "Ungenauigkeiten":
Zitat:
Eine weitere Eigenschaft des Schalls ist, dass zwischen Druck und Schnelle ein Phasenwinkel von 90° besteht.
Das gilt nur im (extremen) Nahfeld, im (freien) Fernfeld sind Druck und Schnelle in Phase, da dort die Ausgleichsvorgänge abgeschlossen sind.
Zitat:
Die grünen Kurven zeigen den Schalldruck und die Schnelle für die hinteren Öffnungen. Es wird der Schalldruck für eine hintere Öffnung gezeigt. Durch die zweite Öffnung ist er um 3dB höher als in der Kurve gezeigt.
Da beide Öffnungen in Phase sind sollte der Summenschalldruck 6 dB höher sein - sagt zumindest MEIN Physikbuch.
Dann hätte ich da noch ein paar Fragen:
- die Messreihe Bild 5.4 leuchtet mir nicht ganz ein. War das Raummikro immer an demselben Platz oder immer in demselben Abstand vom Sub? Werden da nicht mehrere Effekte vermengt?
- bei der akustischen Phase und dem Einschwingen ist der Vergleich zwischen tiefpassgefiltertem Dipol/Cardioid (HP2), ungefiltertem Bassreflex (HP4) und ungefiltertem (doppelt ventiliertem?) Bandpass (HP4 bzw. HP6) nicht weiter verwunderlich. Das ist ein systembedingter Vorteil. Interessant wäre der Vergleich mit einen "normalen" Dipol und einem geschlossenen Gehäuse gewesen (beide auch HP2). Ich vergleiche ja auch nicht einen Trecker mit einem Ferrari . . . .
- wo ist nun der höhere Vorteil des gezeigten Cardioid gegenüber den "geringen Vorteilen" der professionellen Cardioid-Subwoofer? "Gegenüber der Achtcharakteristik des Dipols wird der zur Seite abgestrahlte Schall fast nicht reduziert." heisst es da. Dafür ist dort hoffentlich die Rückwärtsdämpfung etwas höher als 3 dB. Was ist nun wichtiger? Was bleibt von der tollen Seitwärtsdämpfung des Dipols übrig wenn er seitlich nah an einer Wand steht? Wie verhält sich der Profi-Cardioid nah an der Rückwand gegenüber dem vorgestellten Cardioid, der dort nicht mehr sehr effektiv arbeitet?
Gruß Pico
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Ich hab den Artikel mal überflogen, liest sich ja aufregend....
Was ich nur nicht verstehe, wo genau liegt jetzt der Unterschied zum Ripol?
in der um sagenhafte 8° geneigten Chassiswand? (beim einkleben verrutscht? :confused: )
Helft mir, ich verstehe es nicht....ich bin so dumm....
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Hallo,
hier die Antwort auf Picos Beitrag.
Das Ziel der Entwicklung ist ein Dipol mit gutem Wirkungsgrad. Die angedeutet Cardioid Charakteristik ist ein Nebenprodukt.
Zitat:
Im Wohnzimmer ist eh alles anders. Da wird die untere Grenzfrequenz z.B. durch die Abmessung in Hauptstrahlrichtung vorgegeben - was leider vergessen wurde zu erwähnen. Ein 5 m tiefer Raum schafft dann immerhin 34 Hz.
Das musst du genauer Erklären. Bei den gezeigten Messungen im Raum bestand ein Abstand von 2,5m in Hauptabstrahlrichtung zur Wand.
Zitat:
Eine weitere Eigenschaft des Schalls ist, dass zwischen Druck und Schnelle ein Phasenwinkel von 90° besteht.
Das gilt nur im (extremen) Nahfeld, im (freien) Fernfeld sind Druck und Schnelle in Phase, da dort die Ausgleichsvorgänge abgeschlossen sind.
Dies kann nicht sein, weil die Physik der Schallwelle keine Funktion des Abstandes ist. Dies kann ich sicher sagen, da Schalldruck und Schnelle im Bereich von 0, im Lautsprecher, bis 2m gemessen und immer die Phasenwinkel von 90° gezeigt wurde.
Die Schallwelle besteht aus einem Wechsel von Überdruck und Unterdruck. Wird die Schallwelle an einem Punkt beobachtet so sind die Vorgänge analog zu einem Feder-Masse System. Dieses besteht aus einer Spiralfeder mit einem Gewicht. Durch das Anheben des Gewichts erhält es eine potenzielle Energie. Diese ist mit dem Überdruck zu vergleichen. Wird das Gewicht losgelassen, fällt es nach unten. Auf der Höhe der Ruhelage besitzt es die maximale Geschwindigkeit, Schnelle. Ab diesem Punkt wird es abgebremst und kommt an einem tieferen Punkt zur Ruhe. Dies entspricht dem Unterdruck. Danach wird das Gewicht durch die Federkraft wieder beschleunigt. Bei dieser Bewegung zwischen der Kurve für die Potenziale, Druck, und Geschwindigkeit, Schnelle ein Phasenwinkel von 90°.
So wie dass in der Akustik ist, kann innerhalb einer Schallführung ein anderer Winkel auftreten. Dies ist zum Beispiel bei dem Doppelbass mit V-Anordnung der Fall. Bei der Schalldruckmessung bei der Sitzposition, bild 3.16 der Photo Story, besitzt er gegenüber den anderen Lautsprecheranordnungen im Tieftonbereich einen sehr schwachen Schalldruck, orangefarbene Kurve. Die Erklärung hierzu geht über das Thema hinaus.
Zitat:
Die grünen Kurven zeigen den Schalldruck und die Schnelle für die hinteren Öffnungen. Es wird der Schalldruck für eine hintere Öffnung gezeigt. Durch die zweite Öffnung ist er um 3dB höher als in der Kurve gezeigt.
Da beide Öffnungen in Phase sind sollte der Summenschalldruck 6 dB höher sein - sagt zumindest MEIN Physikbuch.
Stimmt so auch nicht. Die Verhältnisse sind auf verschiedene Arten nachgemessen wurden. Du solltest die Abhängigkeit des Schalldrucks von der Austrittsfläche beachten.
Zu den Fragen:
Bei der Messreihe in Bild 5.4 wird die Mikrofonposition, die der Sitzposition entspricht, beibehalten. So wird der gehörte Schalldruck gezeigt.
Der Dipol-Cardioid ist übrigens nicht gefiltert. Der Bandpass ist nicht doppelt ventiliert. Die anderen genannten Systeme wurden auch gemessen. Für den Bandpass wurde ein eigenes Kapitel geschrieben. Als es fertig war fiel uns auf, dass das weltweit am meisten verkaufte Lautsprechersystem aus Bandpass Subwoofer und Satteliten besteht. Hierdurch stellt sich die Frage nach dem Wert technisch einwandfreier Entwicklungen.
Auch bei den anderen Vergleichen waren wir vorsichtig.
Um zum Schluss die letzte Frage zu beantworten, die auch den folgenden Beitrag betrifft.
Mit dem Dipol-Cardioid Subwoofer ist ein Lautsprecher entstanden, der die sehr gute Impulsübertragung und die günstige Anregung der Raummoden besitzt. Der schlechte Wirkungsgrad der üblichen Dipole, haben alle nachgemessen, wird aber vermieden. Dies wird tatsächlich durch die schräge Chassiswand ermöglicht.
Gruß
Leo
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Siehe
Allerdings ist die Impulsantwortmessung mindestens für mich nicht interpretierbar, ganz abgesehen von der Aussagekraft an sich, da gibt es deutlich bessere Messmethoden, inzwischen auch etabliert.
Die schräge Chassiswand kann aber wohl kaum die Erfindung darstellen, oder? Wer kennt nicht den W-Dipol im Ikea-Würfel? Ich selbst hatte zu Zeiten meiner billigen Dipolversuche ebenfalls eine mehr oder weniger identische Variante auf dem Papier, sogar noch im entsprechenden Ordner wiedergefunden. Leo, ich halte die Patentanmeldung für unwürdig, wenn sie sich im Wesentlichen darauf begründet.
Gruß, Timo
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Hallo,
Zitat:
Allerdings ist die Impulsantwortmessung mindestens für mich nicht interpretierbar, ganz abgesehen von der Aussagekraft an sich, da gibt es deutlich bessere Messmethoden, inzwischen auch etabliert.
Schade, dass die Impulsmessungen, Du meinst sicher Dynamic Measuremet, nicht interpretierbar sind.
Die Grundlage für die Messungen ist die Sprungantwort, Step Response, die zu den Grundlagen der Mess- und Regelungstechnik gehört. Ebenso als Grundlage beim Test der digitalen Signalverarbeitung. Die Dynamic Measurement 3D zeigt die Frequenzen der Sprungantwort und deren Zeitverhalten.
An deutlich besseren Messmethoden bin ich brennend interessiert und freue mich auf jeden Hinweis.
Gruß
Leo
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Hallo,
Du hast natürlich recht, es steht Sprungantwort im Papier.
Die bisherigen Ausführungen von Herrn sansuii haben noch nicht zu meiner Interpretationsfähigkeit des D(ynamic) M(easurement) geführt, jedenfalls nicht in dem Sinne, wie ich die Eurige Deutung zu verstehen glaube. Genauer: der Text ab S. 32 scheint auf den ersten Blick nicht mit den Bildern zu korrelieren, welche denn sind die genannten "drei Gebirgszüge"?
In der 100Hz-Schnittebene tauchen sehr schön die Additionen des Bildes 6.10 auf: Periode 10ms enspricht 100Hz, bei weitem nicht so stark bei den anderen Konstruktionen. Einzig die Amplitude der zweiten positiven Halbwelle nimmt zu niedrigen Frequenzen hin bei BR und BP in jeweils beiden Darstellungen zu, nicht jedoch die Abklingzeit.
"Bei einer Darstellung für einen längeren Zeitraum zeigt sich, dass das Überschwingen durch die Resonanzfrequenz von 22Hz erzeugt wird. Diese Frequenz liegt unterhalb der Hörschwelle."
Das bedeutet aber gleichzeitig, dass die bemeckerte "Langsamkeit" von BR und BP irrelevant ist, nicht wahr? Deren Dämpfung scheint im Hörbereich jedenfalls besser (nach den Darstellungen, wohlgemerkt).
Die Schlüsse in Kapitel 6.3 sind, aus den knappen Darstellungen gezogen, sehr gewagt. Bei BR zeigt sich oberflächlich wieder die bessere Dämpfung, es gibt (hier) keinen sichtbaren Überschwinger, dagegen sieht der Dipol blass aus. Insgesamt halte ich die hier dargestellte Kausalität nicht für zulässig.
Ein Burst Decay, wie z.B. in Arta oder esweep oder besser noch, eine Waveletdarstellung oder die Stockwell-Transformation, man lese sich hier hindurch zeigt meiner Ansicht nach mehr.
Gruß, Timo
Editha:
Ich erhielt gerade einen Schuß vpr den Bug, daß Arta und esweep selbstverständlich waveletten. Man sehe mir bitte den Lapsus nach.
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Hallo,
wie ich der Antwort entnehmen kann, ist im Dynamic Measurement 3D doch einiges zu sehen.
Bei den Messungen des Zeitverhaltens wird beim ATB precision zwischen dem eingeschwungenen Zustand mit der Cosinus-Burst Anregung und der Messung des uneingeschwungenen Zustandes mit der Sinus-Halbwelle unterschieden.
Die Messungen mit dem Cosinus-Burst entsprechen beim ARTA dem Burst Decay, werden beim ATB schon seit 20 Jahren durchgeführt. Es ist der Wasserfall. Diese Messung wird auch seit ewigen Zeiten mit dem amerikanische TEF Analyzer durchgeführt. Bei dieser Messung wird das Zeitverhalten, Einschwingen und Ausschwingen, richtig gezeigt.
Die Messungen mit der Sinus-Halbwelle zeigen die Antwort auf einen Impuls, bei dem das System nicht einschwingen kann. Erst bei dieser Messung wird der zeitliche Verlauf von Signalen erkennbar. Beim Hochpass, der Lautsprecher Funktion im Tieftonbereich, wird das negative Durchschwingen erkennbar. Bei der Bassreflexbox ist der Schalldruck der Bassreflexöffnung , erste Halbwelle die Anregung, zweite Halbwelle das Durchschwingen und dritte Halbwelle das weitere Durchschwingen oder das verzögerte Signal der Bassreflexöffnung, zu sehen.
Beim Dipol-Cardioid sind noch eine ganze Reihe von weiteren Schwingen zu sehen. Dies sind Resonanzen außerhalb des Übertragungsbereichs. Diese sind auch im Frequenzgang zu sehen. Durch den Hochpass der Subwoofer Weiche werden die Resonanzen nicht mehr so stark angeregt.
Gruß
Leo
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Neubelebung dieses Threads
Schade, dass ich 2009 noch nicht hier war aber ich kenne die Abhandlung des Teams um Leo Kirchner schon fast eben so lange.
Aber ich bin anders heran gegangen und habe mir die Sache immer und immer wieder durch gelesen, um wirklich zu verstehen.
Ich möchte auch erreichen, das "Normalos" wie ich, das genaue Wirkprinzip dieses Subwoofers verstehen.
Dabei ist mir hier im Forum aufgefallen, dass scheinbar die meisten User damit befasst sind, die Schwächen in diesem Gehäuseentwurf zu suchen, statt das revolutionär neue zu bemerken oder anzuerkennen !
Nach meinem Verständnis ging es dem Team um Leo Kirchner hauptsächlich darum, die extrem leisen Dipol-Subwoofer, lauter zu bekommen, bei Beibehaltung der positiven akustischen Eigenschaften !
Zu zeigen, dass sich Dipole-Subwoofer (DSW) sogar zur Beschallung eignen !!
Eine Eigenschaft, die ich diesem Wiedergabeprinzip grundsätzlich abgesprochen habe !!!
Denn ich stand auf der Campingwiese der Nature One, mit meinem Dipolsub klassischer Bauart und weiß, dass es schwer ist, mit ihnen auf irgend einen Wirkungsgrad zu kommen (die 4 15Zöller haben trotzdem Spaß gemacht)!
Dabei bin ich nicht bereit, um 3 dB rauf oder runter zu rüffeln, denn DSW sind meistens 25 bis 30 dB leiser als eine Bassreflexbox !
Dass dabei ein Cardioid heraus gekommen ist oder sagen wir mal, ein Subwoofer mit cardioidaler Richtwirkung, ist reiner Zufall.
Ich bin mir absolut sicher, dass diesen Subwoofern die Zukunft gehört, schon allein wegen des Einsparpotentials bei der Elektronik (DSP's Weichen und Endstufen) und erst Recht bei den Lautsprechern, bei denen man ein drittel der Lautsprecher einspart, da sie hinten nicht mehr benötigt werden.
Und dann der immense Volumengewinn !!!
Wenn ich den Faden des Teams Kirchner weiter spinne, müsste es auch möglich sein 4 Lautsprecher in ein Gehäuse zu packen.
Ich habe das mal über den Daumen gepeilt und für 4 x 21Zöller kurz durchgerechnet und erkenne, dass ich nach diesem Wirkprinzip 4 Stück dieser Boliden, in ca. 400 Liter Volumen unter bringen kann, mit etwas tricksen auch weniger, wohingegen ich mit normalen Reflexabstimmungen ca. 1000 Liter Innenvolumen nötig wären, um hier etwas passabels zu erreichen !
Für Großveranstaltungen, wie die Nature One, wären das einige LKW Ladungen weniger an Equipment, was die Kosten drastisch senkt.
Und für die Besucher endlich exakterer Bass, denn ich weigere mich langsam, dort noch rein zu gehen, da spätestens am Mainstage der Spaß aufhört, da man neben der Bühne vor Subbassgemulme kaum noch stehen kann !
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Fortsetzung
Natürlich wirft die Messreihe von Kichner auch Fragen auf, da ich so einen Cardioid Subwoofer (CSW), gerne selbst nachbauen möchte.
Diese Fragen sind:
- Es kann also jeder langhubige Basslautsprecher bis 0,35 Qts, besser 0,3, eingesetzt werden ?
- wenn ich 4 Stück, also noch einer jeweils nach oben und einen nach unten, einbaue, müsste ich dann auf einen Qts von 0,2 herunter gehen (das große Volumen wäre dann auch wesentlich größer!) ?
- da der Versuchsaufbau mit zwei 12Zöllern realisiert wurde, wie heftig verschieben sich die Laufzeiten, wenn wesentlich größere Lautspcher zum Einsatz kommen und der Umfang des Gehäuses wesentlich größer wird ?
- wie wichtig ist es, dass die 8° Keilöffnungen, hinten an den Seiten liegen - könnten sie bei Bedarf auch auf der Mitte der Rückseite münden ?
- ist es nach dem Wirkprinzip der Schallschnelle nicht sinnvoller, die 40%ige Öffnungsfläche aller verbauten Membranen im Gehäuse, vorn in die Mitte der Gehäusehöhe zu platzieren und rund auszuführen ? Das würde ein Hochbocken des Lautsprechers, vor allem bei größeren Entwürfen, überflüssig machen.
Oder schwächt eine Boden nahe Platzierung den Output der rückwärtigen Öffnungen zu sehr, da diese dann dem Boden sehr nahe kämen ?
- gehe ich richtig in der Annahme, dass trotz steilflankiger Abtrennung bei 120 Hz, im Nahfeld hinter der Box, ein recht übles Oberbassgedöns zu hören ist, weshalb diese Subwoofer besser unter oder seitlich einer Bühne montiert werden sollten ?
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Moin, ich finde diese Cardiod Sache auch sehr interessant.
Im PA-Bereich sind es ja meistens 3er Einheiten.....also 2 Chassi nach vorne 1 nach hinten.
Soweit ich weiss, wäre es auch rein theoretisch möglich, da mit nur 2 Chassis zu machen.
Also nur 1 vorne und 1 hinten. Der hintere müsste halt stärker gedrosselt werden als wenn vorne 2 Chassis sind, weil die ja zusammen wieder lauter sind sind, was im PA-Bereich ja sinnvoll, wenn ein 1 Chassis hinten 2 vorne Bedienen kann.
Im Hifi-Bereich kann man daher also gern nur 2 Chassis nehmen.
Die Basseinheiten müssten aber gleich gross sein?
Oder könnte der hintere vielleicht ein Paar liter Volumen weniger bekommen?
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Hallo Rainer,
sehr interessant.
Zitat:
An Nieren habe ich mich auch schon versucht.
...wie ist denn Dein persönliches Fazit?
Zitat:
Geht allerdings nur mit DSP.
Magst Du ein paar Details geben?
Eine Reihe Dipol-Bässe, auch mit akustischem Fließwiderstand und ausführlichen Messungen zeigt Kimmo Saunisto auf seiner Homepage.
Gruß,
Christoph
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Interessant,
hat einer von euch schon mal das alte
Siemens & Halske Patent ausprobiert?
(DE00000097522B)
Damit sollte dann von der Kugel über
Acht bis Niere alles funktionieren.
Mit 'nem DSP der an der Phase rumschraubt
müsste sich eine beliebige Charakteristik einstellen
lassen.
Mat
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Hallo Mat,
kannst du die Anmeldenummer etc. mal überprüfen, bei mir kommt da gaaaanz was anderes....
Gruß
Peter Krips
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Ooops,
hab 'ne 2 vergessen - sorry!
Bei DEPATISnet DE000000975222 in die Suchmaske
funktioniert... :o
Sorry,
Mat
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Das alte (Geithain?-) Patent von 1978, DD000000131059A5, hier.
Wurde schon öfter drauf verwiesen, z.B. in einem alten Thread im Visaton-Forum.
Leider bekomme ich das pdf gerade nicht angezeigt, könnte aber an meinem Browser liegen.
Gruß,
Christoph
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Mich würde auch interessieren, ob im Entwurf von Kirchner, der Qts von 0,4 möglich wäre, weil nicht immer der passende oder perfekte Lautsprecher bezahlbar ist.
Würde sich ein höherer Qts auf die nach hinten abgestrahlten Frequenzen, bemerkbar machen ?
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Hi SpeakerHirsch,
meiner Meinung nach hat die Güte da weniger Einfluss, als die Resonanzfrequenz.
Wenn ich die Messungen im PDF mit dem Polardiagramm interpretiere, liegt da mehr das Augenmerk auf der Gleichmässigkeit der Doppelacht.
"Portresos" liegen mehr in der Gehäusekonstruktion.
Luftlast und Massezuwachs muss man dann eh wieder neu ermitteln. Hängt halt vom gewählten Chassis ab.
Da lieber mal das Augenmerk auf den Einsatzbereich werfen.
PA(HK) oder dahoam.
Das mit den vier Tönern und der Phasensteuerung finde ich noch interressanter.
Für'n Dipol halt ich mal eine "echte Niere" für das Erstrebenswerteste. Für den Heimbereich.
Für PA gibt's schon genug.
Meine persönliche Messlatte momentan
http://www.acoustic-line.de/html/pro...rsicht_dt.html
Noch nie was gei...................sterhafteres gehört.
Was hättest du denn für Töner in der Auswahl ?
Grüsse Michi
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