Linienstrahler 1

[FoLLgoTT]

Vor einigen Jahren hatte ich ja schon angedeutet, dass ich einen Linienstrahler für unser Wohnzimmer plane. Nach monatelanger Simulation, Recherche und Planung sind sie jetzt endlich fertig.

Die Anforderungen sind etwas spezieller. Es geht nicht um einen Masterplatz, auf dem eine perfekte Stereowiedergabe möglich sein soll, sondern vielmehr um die gleichmäßige Beschallung des gesamten Raums unabhängig von der Entfernung, Winkel und Höhe. Und das ist recht gut gelungen. Mit der Einmessung bin ich allerdings noch nicht ganz zufrieden. Durch das breite horizontale Abstrahlverhalten und den wenig bedämpften Raum klingt eine lineare Abstimmung viel zu hell. Ich bin noch dabei, die gefälligste Zielkurve zu finden. Irgendwas Abfallendes wird es sein. Derzeit gibt es nur einen Subwoofer in einer Ecke. Natürlich ist das kein Vergleich zu dem DBA im Keller. Aber das Wohnzimmer ist halt ein Kompromiss zugunsten der Wohnlichkeit.

Optisch sind die Dinger nicht unbedingt etwas Besonderes, dafür ist die Dokumentation gespickt mit Simulationen, die man so teilweise noch nicht gesehen hat. Zumindest Erkenntnisgewinn haben sie gebracht (wie immer). Viel Spaß beim Lesen!



Dokumentation

[naumi]

Moin,

vielen Dank dafür.
Endlich wieder eine Doku von dir. Die wird heute Abend meine Lektüre.

[BiGKahuunaBob]

THIS!

Das ist ja schon Hochschulniveau was die wissenschaftliche Tiefe angeht – sehr geil!
Überrascht hatte mich das schlechte Abschneiden der Flächenhochtöner, weil man intuitiv deren Eigenbündelung als Lösung fürs vertikale Lobbing annehmen würde. Den Königsweg sähe ich immer noch mit einem Wellentransformer – wenn man den Platz hat. Die Montage von derart vielen Kalotten würde ich schäuen ;-)
Die Interaktion Rückwand/Schallwand hast Du letztendlich außen vor gelassen, oder?

Nochmal: Tolle Sache, kompliment!

[FoLLgoTT]

Danke euch beiden!

Überrascht hatte mich das schlechte Abschneiden der Flächenhochtöner, weil man intuitiv deren Eigenbündelung als Lösung fürs vertikale Lobbing annehmen würde.

Das hatte mich auch sehr überrascht und hätte ich so nicht erwartet. Allerdings kann ich die Simulation in der Praxis nicht verifizieren. Dummerweise ist ein Linienstrahler so aufwändig und teuer, dass man nicht mal eben ein paar Prototypen baut...

Die Interaktion Rückwand/Schallwand hast Du letztendlich außen vor gelassen, oder?

Die habe ich schon untersucht und versucht, die Reflexionen zu optimieren. Letztendlich habe ich aber kein Konzept gefunden, das wirklich wirksam ist. Ich habe sogar kardioide Abstrahlung ausprobiert, die den Schall an den Seiten auslöscht. Es ärgert mich auch ein wenig, dass ich das Problem nicht lösen konnte. Da hilft vielleicht wirklich nur ein bündiger Wandeinbau. Die Frage ist natürlich, inwiefern man das überhaupt hören kann. Gerade in so einem unbedämpften Raum herrscht ein einziges Reflexionsgewitter. Da kommt es auf das Bisschen von der Rückwand vielleicht gar nicht so sehr an. Rede ich mir zumindest ein.


PS: schlimmer als das Verkleben der Kalotten war das Löten. Einen ganzen Abend habe ich daran gesessen.

[JFA]

Wie immer tolle Dokumentation. Ich habe natürlich was zu meckern, ganz zuvorderst: warum fragst du nicht mich? Hätteste dir Arbeit sparen können

Ich kommentiere mal von vorne weg was mir so auffällt:

• an den Anforderungen kann man nicht viel meckern, ich glaube bis auf den hohen Hörabstand habe ich die so ähnlich auch bei meiner Flat White drin, nur dass ich im vertikalen Bereich eine höhere Toleranz im zugelassen habe. Allerdings ist Schlussfolgerung mit dem stark abnehmenden Schalldruck im Raum so nicht haltbar, wie du ja in Abbildungen 3 und 4 selber demonstrierst. Das gilt im Freifeld, ja, und wenn du durch die Messungen Freifeldbedingungen simulierst (kurzes Fenster) dann sieht man das auch, ja, aber der Direktschall ist für den allgemeinen Klangeindruck entscheidend, das Lautstärkeempfinden ist unabhängig davon.
• Bei deinen Konzeptideen ignorierst du bei den Breitbändern die BMRs (kann man auch sehr eng aneinander bauen) und vergisst als Nachteil bei dem 2-Wege-Konzept die notwendige tiefe Trennung zwischen den Wegen (ich habe 1,3 kHz 24dB LR gelesen, in dem Bereich lag ich auch irgendwann bei der T+A Solitaire, das reicht).
• Du begehst teilweise den gleichen Fehler wie so gut wieder jeder andere auch, der sich mit Linienstrahlern in Räumen auseinandersetzt, nämlich die Beschäftigung mit Nebenkeulen. Die sind das falsche Konzept, weil sie auf einem Kugelkoordinatensystem (bzw. in der Projektion Polarkoordinaten) beruhen, Linienstrahler aber ein Zylinderfeld erzeugen (sollen) und das richtige Koordinatensystem daher ein zylindrisches ist. Abb. 15 bis 18 und Abb 22 u. 23 sind aber genau richtig, das sind Darstellungen, mit denen man arbeiten kann (das mit dem Magnetostaten überrascht mich dabei auch, muss ich mal drüber nachdenken)
• Shading ist toll, allerdings muss es bei endlichen Lines und 2 Wegen für beide Wege gleich geformt sein, sonst geht das grandios schief. Hast du aber eh nicht gemacht, weil du dir mit dem raumhohen Array eine unendliche Line gebaut hast, das braucht es kein Shading (und ist da sogar nachteilig). Aber noch was zum verwendeten Legendre-Shading. Legendre-Polynome sind die Basisfunktionen im Kugelkoordinatensystem, ähnlich Sin/Cos im kartesischen. Vereinfacht: man kann jede im Kugelkoordinatensystem definierte Funktion als Summe von Legendre-Polynomen darstellen, also praktisch wie bei einer Fouriertransformation eines Signals. In dem Fall heißt das Multipolzerlegung, im englischen multipole expansion, weiteres Schlüsslwort sin spherical harmonics. Keele nutzt das aus, indem er eine Funktion definiert (die Keule konstanter Breite) und die dann auf ein Kugelsegment (naja, eine Linie auf der Kugeloberfläche) transformiert. Das Schlüsselwort ist hier wieder "Kugel": falsches Koordinatensystem. In Zylinderkoordinaten sind es Hankelfunktionen, meine ich (habs nicht im Kopf und finde es nicht wieder).

Das wars an Nölerei. Mit dem raumhohen Array hast du eine der Varianten gefunden, die innerhalb von Räumen gehen und nur Materialaufwand darstellen. Alles andere erfordert eine Menge Filterei und, vor Allem, vorheriges Nachdenken (siehe Shading).

[FoLLgoTT]

Wie immer tolle Dokumentation. Ich habe natürlich was zu meckern, ganz zuvorderst: warum fragst du nicht mich? Hätteste dir Arbeit sparen können

Schon mal danke für die Kommentare.

• an den Anforderungen kann man nicht viel meckern, ich glaube bis auf den hohen Hörabstand habe ich die so ähnlich auch bei meiner Flat White drin, nur dass ich im vertikalen Bereich eine höhere Toleranz im zugelassen habe. Allerdings ist Schlussfolgerung mit dem stark abnehmenden Schalldruck im Raum so nicht haltbar, wie du ja in Abbildungen 3 und 4 selber demonstrierst. Das gilt im Freifeld, ja, und wenn du durch die Messungen Freifeldbedingungen simulierst (kurzes Fenster) dann sieht man das auch, ja, aber der Direktschall ist für den allgemeinen Klangeindruck entscheidend, das Lautstärkeempfinden ist unabhängig davon.

Das Dokument ist über einen längeren Zeitraum entstanden. Die Messungen im Raum habe ich erst später gemacht und dann relativ weit oben eingefügt. Ab da war mit dann bewusst, dass auch Kugelstrahler über einen weiten Bereich kaum Pegelabfall im halligen Raum besitzen. Je näher man herangeht, desto größer wird die Zunahme dann wieder. Das kann man auch direkt hören. Im Nahfeld (z.B. <1 m) schreien einen die Kugelstrahler regelrecht an, während die Linie auffallend unaufdringlich wirkt.

Ok, wenn man das Dokument so im Nachhinein liest, ist das vielleicht etwas merkwürdig. Es gab halt eine Lernkurve.

• Bei deinen Konzeptideen ignorierst du bei den Breitbändern die BMRs (kann man auch sehr eng aneinander bauen) und vergisst als Nachteil bei dem 2-Wege-Konzept die notwendige tiefe Trennung zwischen den Wegen (ich habe 1,3 kHz 24dB LR gelesen, in dem Bereich lag ich auch irgendwann bei der T+A Solitaire, das reicht).

Stimmt, BMRs habe ich nicht betrachtet. Aber ändert denn die Schwingung der Membran viel? Die runden Membranen und die Lücken bleiben ja. Oder habe ich dich falsch verstanden?

Die Tiefe Trennung bei 2-Wegern trifft eigentlich nur zu, wenn die beiden Wege nebeneinanderliegen. Bei quasikoaxialer Anordnung mit Schallführung (z.B. Seeburg GL16) kann man auch höher trennen. Aber ja, das habe ich da verschwiegen. Allerdings nicht mit Absicht. Auf der anderen Seite haben 64 Hochtöner wenig Probleme mit einer tiefen Trennung.

• Du begehst teilweise den gleichen Fehler wie so gut wieder jeder andere auch, der sich mit Linienstrahlern in Räumen auseinandersetzt, nämlich die Beschäftigung mit Nebenkeulen. Die sind das falsche Konzept, weil sie auf einem Kugelkoordinatensystem (bzw. in der Projektion Polarkoordinaten) beruhen, Linienstrahler aber ein Zylinderfeld erzeugen (sollen) und das richtige Koordinatensystem daher ein zylindrisches ist. Abb. 15 bis 18 und Abb 22 u. 23 sind aber genau richtig, das sind Darstellungen, mit denen man arbeiten kann (das mit dem Magnetostaten überrascht mich dabei auch, muss ich mal drüber nachdenken)

Die Kugelkoordinaten in Abbildung 20 & 21 dienen nur dazu, die Position der Nebenkeulen im Frequenzbereich zu visualisieren. Ansonsten habe ich ja komplett auf Kugelkoordinaten verzichtet (und nutze Zylinderkoordinaten) und die Nebenkeulen danach nur im Field (bzw. im Amplitudengang) betrachtet. Immerhin sind Decke und Boden ja Reflektoren für die Nebenkeulen und somit landet der Schall dann auch irgendwann am Ohr. Über wie viele Wege auch immer. Aber auch hier stellt sich mir die Frage nach der Hörbarkeit. Ist wahrscheinlich nur sehr aufwändig systematisch prüfbar. Und vielleicht auch egal, ich weiß es zumindest nicht...

Zum Legendre-Shading: ich hatte übrigens auch mit simplem handgemachten Shading rumgespielt. Das war schon erstaunlich effektiv, wenn man ca. 30 cm Treiber oben und unten stetig abgeschwächt hat. Und das sogar in Gruppen (also z.B. 3 Hochtöner mit derselben Abschwächung). Es muss also gar keine komplexe Funktion sein, wie ich erst dachte. Habe ich aber nicht weiter dokumentiert.

[JFA]

Das Dokument ist über einen längeren Zeitraum entstanden.

Kenn ich. Der Trick ist, die Anforderungen im Nachhinein an die Erkenntnisse anzupassen

Im Nahfeld (z.B. <1 m) schreien einen die Kugelstrahler regelrecht an, während die Linie auffallend unaufdringlich wirkt.

Interessant, ist mir nie aufgefallen. Hab aber auch nicht drauf geachtet.

Stimmt, BMRs habe ich nicht betrachtet. Aber ändert denn die Schwingung der Membran viel? Die runden Membranen und die Lücken bleiben ja. Oder habe ich dich falsch verstanden?

Lücken hast du bei Einzeltreibern so oder so. Manche der Körbe sind aber so gestaltet, dass die sehr nah aneinander gebaut werden können. Der große Vorteil der BMRs ist, dass die nicht so stark bündeln wie normale Breitbänder. Wie sich die komplexere Schwingung der Membran auf das Verhalten in der Line auswirkt weiß ich nicht, ich hatte aber irgendwo mal so ein System gesehen.

Die Tiefe Trennung bei 2-Wegern trifft eigentlich nur zu, wenn die beiden Wege nebeneinanderliegen.

Das hatte ich vergessen zu schreiben. Bei der Solitaire war das von Anfang an der große Mangel im Konzept (war zum Glück nicht von mir), und ich konnte das dann erst lösen, indem ich (mit Hilfe von Kollegen im Musterbau) die Produktion des Elektrostaten soweit hatte, dass eine Trennung knapp über 1 kHz möglich war. Danach war das Ding dann tatsächlich praxistauglich (gut, 4 Jahre zu spät, aber immerhin).

Die Kugelkoordinaten in Abbildung 20 & 21 dienen nur dazu, die Position der Nebenkeulen im Frequenzbereich zu visualisieren.

Naja, du widmest dem Thema erstmal ganz ordentlich Raum. Aber du hast ja noch die Kurve gekriegt.
Ich würde das in deinem Interferenzbild auch nicht unbedingt Nebenkeulen nennen, sondern eben genau das: Interferenzen. Warum die bei den Magnetostatem so aussehen kann ich nicht sagen, das Rechteckmuster in abb. 24 und 25 kommt mir aber ziemlich spanisch vor. Sicher, dass das so korrekt ist?

Zum Legendre-Shading: ich hatte übrigens auch mit simplem handgemachten Shading rumgespielt. Das war schon erstaunlich effektiv, wenn man ca. 30 cm Treiber oben und unten stetig abgeschwächt hat. Und das sogar in Gruppen (also z.B. 3 Hochtöner mit derselben Abschwächung). Es muss also gar keine komplexe Funktion sein, wie ich erst dachte. Habe ich aber nicht weiter dokumentiert.

Genau. Wenn du den Schalleinfall im Unendlichen auf eine eben Fläche projizierst, dann kannst du bei einer sehr dünnen Line vereinfacht mit einer Fouriertransformation arbeiten. Eine Line ohne Shading ergibt dann dort ein Muster einer sin(x)/x Funktion (Fouriertransformierte einer Rechteckfunktion). Das Shading ist dann nichts anderes als eine Fensterfunktion (Hann, Hamming, etc.). Mit denen kann man sich dann die Breite der Hauptkeule und Höhe der Nebenkeulen anpassen. Aus dem gleichen Gedanken lässt sich auch in "ideales" Shading entwerfen: die Zielfunktion ist ein gleichmäßiges Abstrahlverhalten über die gesamte Höhe, das ist wiederum ein Rechteck, zurücktransformiert ist es auch eine sin(x)/x Funktion. Das Verfahren hat drei Nachteile: 1) es funktioniert wirklich nur gut bei sehr großen Distanzen, 2) eine sin(x)/x Funktion hat eine unendliche Ausdehnung, also muss doch wieder irgendwo abgekappt werden was zu Dreckeffekten führt und 3) das Shading ist frequenzabhängig.

Aber schon allein ein simples Abschwächen nach außen hin wirkt Wunder.

[FoLLgoTT]

Kenn ich. Der Trick ist, die Anforderungen im Nachhinein an die Erkenntnisse anzupassen

Warum die bei den Magnetostatem so aussehen kann ich nicht sagen, das Rechteckmuster in abb. 24 und 25 kommt mir aber ziemlich spanisch vor. Sicher, dass das so korrekt ist?

Ich vermute, dass das Artefakte von ABEC sind. Schreibe ich noch mal dazu, damit das keine Verwirrung stiftet.
Ich denke auch nicht, dass das Quadratmuster real so existiert. Es ging mir da mehr um den Pegel und das "schräg nach oben Feuern" durch die Reflexion am Boden.

[FoLLgoTT]

Nachtrag: ich habe mal die Meshdichte des Fields erhöht, dann verschwindet das komische Gitterartefakt in Abbildung 24 & 25 zunehmend. Ich habe die Bilder aktualisiert.