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+---- Thema: Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? (/showthread.php?tid=18936)
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Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - rapherent - 20.01.2021
Hallo zusammen,
kann mir einer den Grund nennen, warum der Baffle Step eine Reduktion des Schalldruckpegels von 6 dB und nicht 3 dB auf Achse von Halbraum (Schallwand größer als Wellenlänge) zu einem Vollraum (Schallwand kleiner als Wellenlänge) ausmacht?
(nach Quellen im internet und Berechnungsprogrammen)
Beste Grüße
Raphael
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - fosti - 20.01.2021
Ich formuliere es mal andersrum: Wandbündiger Einbau: +3dB wegen halbem durchstrahlten Raum und weitere +3dB wegen Erhöhung des Realteils des Strahlungswiderstandes macht insgesamt theoretisch +6dB. Schmale Schallwand mit Bafflestep alles rückwärts, also theoretisch -6dB.
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - Darakon - 20.01.2021
Hallo Raphael,
vielleicht denke ich gerade wieder zu einfach.
Ganzraum, Punktschallquelle mit sehr kleiner Schallwand:
Der Schall wird nur 'nach vorne' in den Raum abgegeben.
Der Schall nach hinten 'verschwindet' (theoretisch) bzw läuft ins Leere
[natürlich wirkt die Rückwand in einem realen Raum auch wieder wie eine baffle; ja nach Position und Entfernung des Lautsprechers zur Rückwand]
Halbraum (Lautsprecher in einer unendlich großen Schallwand):
Der Schall breitet sich kreisförmig um die Schallquelle aus.
... und trifft daher zwingend wieder auf die unendlich große Schallwand von der er wieder kreisförmig in den Raum abgegeben werden.
Dadurch verdoppelt sich der Schalldruck, der beim Hörer bzw Messmikrofon ankommt.
Doppelter Schalldruck heißt +6dB
http://www.sengpielaudio.com/Rechner-pegelaenderung.htm
Die 'Wirklichkeit' ist natürlich ungemein komplexer.
Dafür gibt es Simulationsprogramme, die anhand einer begrenzten Anzahl (bestimmte Frequenzen und bestimmte Winkel) an Schallwellen von einer Schallquelle aus simulieren und dann das Ergebnis unter Berücksichtigung der Entstehenden Phantonschallquelle berechnen.
[ATTACH=CONFIG]58523[/ATTACH]
Edit:
gerade Fostis Beitrag gelesen:
'Realteils des Strahlungswiderstandes' .... damit bin ich schon wieder gedanklich raus
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - fosti - 20.01.2021
Darakon schrieb:.....Naja....was kann ich tatsächlich in hörbaren Schalldruck umwandeln --> Realteil des Strahlungswiderstandes und wo schiebe ich nur Luft hin und her ohne hörbaren Schall zu erzeugen (Blindanteil des Strahlungswiderstandes).
Edit:
gerade Fostis Beitrag gelesen:
'Realteils des Strahlungswiderstandes' .... damit bin ich schon wieder gedanklich raus
Beispiel: Bewege Deine gestreckte Hand langsam durch die Luft.....du bewegst Luft, aber hörbaren Schall erzeugst Du nicht. Könntest Du Deine Hand mit SD (also Deine Handtellerfläche) nun schnell genug bewegen, würden Schalldruck und Schallschnelle in Phase kommen und Du würdest hörbaren Schall (Realteil des Strahlungswiderstandes) erzeugen....
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - fosti - 20.01.2021
http://www.sengpielaudio.com/ZusammenhangDerSchallfeldgroessen.pdf
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - quecksel - 20.01.2021
Man kann es sich auch mit der Spiegelmethode erklären. Abstand der Schallquelle von der Wand ist null, ergo sitzt die Spiegelschallquelle am selben Punkt. Das ergibt gleichphasige Addition zweier gleich lauter Schallquellen, ergibt +6dB.
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - rapherent - 21.01.2021
@quecksel: Genau damit kann man es nicht bzw. nur zum Teil erklären. Leider ist das die gängige Erklärung, die sich überall im Netz hält. Mit einer identischen Schallleistung ist der Schalldruck Vollraum Q=1 zu Halbraum Q=2 "nur" 3 dB höher. Siehe auch http://www.sengpielaudio.com/Rechner-schallleistung.htm
D. h. es muss sich etwas an der Schallleistung bzw. am Wirkungsgrad des Lautsprechers ändern. Hier spielt, wie bei großen zu kleinen Tieftönern der Strahlungswiderstand offenbar eine Rolle.
@Fosti: Danke. Gibt es oder hast du Messungen die die Theorie bestätigen? Leider kann ich keine dazu finden.
Beste Grüße
Raphael
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - fosti - 21.01.2021
Moin,
die 6dB sind das theoretische Maximum. Meist ergibt sich was um 4(-5)dB. Das kommt u.A. auch, weil der Übergang Kugel- zu Halbraumstrahler und der Anstieg des Realteils der Strahlungsimpedanz bei k=2 des Chassis nicht zwangsläufig übereinander fallen und die Membran evtl. nicht mehr ideal kolbenförmig schwingt.
EDIT: Wegen der Messungen: Nein sowas dokumentiere ich meist nicht. Deshalb hier mal ein Beispiel aus Boxsim.
Schwarz der TIW 300 im Halbraum gemessen. Blau im 32cm breiten Gehäuse simuliert: Man sieht schön den Tieftonabfall beim Übergang zum Kugelstrahler und oberhalb von 300-400Hz eine weitere Zunahme des Schalldrucks. In Summe sind das (konservativer Vergleich 100Hz und 500Hz) die oben erwähnten +4dB aus der Praxis.
[ATTACH=CONFIG]58531[/ATTACH]
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - JFA - 21.01.2021
rapherent schrieb:@quecksel: Genau damit kann man es nicht bzw. nur zum Teil erklären.
Doch, damit kann man den Unterschied zwischen Voll- und Halbraum anschaulich erklären.
Zwei identische Punktschallquellen haben senkrecht zur Verbindungsachse IMMER +6 dB (weil doppelten) Schalldruck, abweichend davon ist es durch das Verhältnis Abstand zu Wellenlänge frequenzabhängig. Wenn das Verhältnis >> 0,5 ist die gesamte Schallleistung +3 dB (weil zwei Schallquellen gleicher Leistung). Wenn dieses Verhältnis gegen 0 geht erhält man einen Kugelstrahler mit +6 dB Schalldruck in alle Raumrichtungen ergo +6 dB Schallleistung.
Ersetzt man eine Schallquelle durch eine unendliche Wand so wird sowohl die andere Schallquelle ALS AUCH der übrig gebliebene Halbraum gespiegelt. Also bleibt es bei den +6 dB Leistung.
Wie geschrieben, anschaulich. Mehr muss man als Laie auch nicht wissen, weil die Detail für die Allermeisten nicht relevant ist.
Es erklärt erstmal nicht, warum 1 + 1 = 4 (0 dB + 0 dB = 6 dB) ist. Das geht nur über das Konzept des Strahlungswiderstandes. Ganz kurz: Strahlungswiderstand ist das Verhältnis aus Druck zu Schnelle. Wenn man zwei Schallquellen nahe aneinander bringt müssen sie jeweils sowohl gegen ihren selbst erzeugten als auch den Druck der anderen Schallquelle arbeiten. Daraus folgt doppelter Widerstand.
Aber auch hier hilft das Spiegelprinzip um sich die zweite Schallquelle herzudenken.
Der Bafflestep ist dann nochmal etwas komplizierter, weil er die Spiegelung von der Wellenlänge abhängig macht. Außerdem kommen noch Kantendiffraktionen hinzu, welche für die Welligkeit verantwortlich sind.
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - diplo - 21.01.2021
@JFA. Dein Denkfehler ist denke ich, die unendliche Schallwand bewegt sich nicht, ist daher keine zweite kohärente Schallfläche, sondern eine Reflektionsfläche. Dies ergibt einen um 3 dB höheren Schalldruck. (Breite Schallwand der Lautsprecherbox)
Wenn der Membrandurchmesser größer als die ½ Wellenlänge ist, kommen nochmals idealisiert vereinfacht 3 dB durch den sich ergebenden Bündelungseffekt hinzu, jedoch nur bei 0° Abstrahlwinkel, außerhalb wird es leiser da die abgegebene Schallenergie gleichbleibt.
Die Praxis entspricht natürlich nicht der vereinfachten Beschreibung (Seitenwände der Lautsprecherbox, Länge/Breite der Schallwand nicht gleich, (raumabhängiger) Strahlungswiderstand, ..). Wie fosti angibt entsprechen etwas über 4 dB auch meiner Erfahrung.
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - JFA - 21.01.2021
Merkwürdig, das die Praxis dir widerspricht...
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - diplo - 21.01.2021
@JVA. Ich denke das tut sie nicht.
Sorry wenn dir mein Geschriebenes missverständlich ist. Damit will ich es aber auch gut sein lassen, nicht mehr weiter darauf eingehen.
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - FoLLgoTT - 21.01.2021
diplo schrieb:@JFA. Dein Denkfehler ist denke ich, die unendliche Schallwand bewegt sich nicht, ist daher keine zweite kohärente Schallfläche, sondern eine Reflektionsfläche.
Bei Bündigem Einbau gibt es an der (unendlichen) Schallwand keine Reflexion. Die Schallwelle bewegt sich ja entlang der Wand, trifft aber nie auf ein Hindernis. Das heißt, die Wand schattet einfach nur nach hinten ab. Quasi wie ein Horn mit der Tiefe 0 und unendlich großem Hornmund. Da der Schall sich nicht nach hinten ausbreiten kann, wird er von der nach vorne abgestrahlten Halbkugel nicht subtrahiert. Also +6 dB mehr als im Vollraum. Immer davon ausgehend, dass der Treiber noch nicht bündelt.
Ich finde zumindest die Erklärung über die Kugeloberfläche des sich ausbreitenden Schalls am intuitivsten. Darunter kann man sich etwas vorstellen.
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - rapherent - 21.01.2021
Zitat:Ich finde zumindest die Erklärung über die Kugeloberfläche des sich ausbreitenden Schalls am intuitivsten. Darunter kann man sich etwas vorstellen.Genau die ist aber nicht richtig! Ich gebe mal die Formel aus meinem o. g. Link wieder:
Lw=Lp+|10*log(Q/(4*PI*r^2))|
mit
Lw Schallleistungspegel
Lp Schalldruckpegel
Q Richtungsfaktor
r Entfernung zur Schallquelle
Wird eine Begrenzungsfläche hinzugefügt (Q=2) so ändert sich rein der Schalldruckpegel um 3 dB.
Zudem steht dort:"Eine Schallquelle hat eine konstante Schallleistung, die sich nicht ändert, wenn sie in eine andere Raumumgebung abstrahlt (emittiert)."
So, und hier haben wir den Widerspruch. Wenn nun behauptet wird, dass der Baffle Step 6 dB beträgt MUSS sich die Schallleistung um 3 dB ändern, um o. g. Formel zu entsprechen.
Ich finde die Strahlungswiderstandsänderung einen interessanten Ansatz. Bislang fehlt mir aber jedwede Herleitung oder ein Nachweis in Form einer Vergleichsmessung (nicht nur hier im Forum). Zumal es jetzt heißt, das der Baffle Step in der Praxis nur 4 dB beträgt.
Beste Grüße
Raphael
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - diplo - 21.01.2021
Hallo Nils,
Ist es nicht so, typisch ist bei der Lautsprecherbox zunächst nur die Breite der Schallwand relevant, da eine Lautsprecherbox zumeist sehr viel länger als breiter ist, die den Bafflestep betrift? Daher ist auch vorallem dieser Teil ab Frequenz x nicht mehr begrenzend (reflektierend), betrifft hauptsächlich den bafflestep.
Der +6 dB Vergleich Schallwand Lautsprecherbox zu zweiter bewegten Schallfläche (Lautsprecher) ist denke ich irreführend. Daher habe ich mich zum Beitrag eingebracht. Würde die unendliche Schallwand den selben Hub wie die Lautsprechermembran ausführen ergäbe sich entsprechend mehr als + 6 dB
Soweit meine Erfahrung reicht ist es zumeist der Bündelungseffekt eines Chassis, welches nicht viel schmäler als die Schallwand ist, so masgeblich zum mehr als 3 dB beiträgt.
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - fosti - 21.01.2021
rapherent schrieb:....Zumal es jetzt heißt, das der Baffle Step in der Praxis nur 4 dB beträgt.Hatte weiter oben aber schon Gründe angeführt, warum die +6dB das theoretische Maximum sind. Darum Frage ich mich warum das jetzt auch noch messtechnisch verifizieren soll? Mess- und simulationstechnisch liegen wir auf jeden Fall schonmal sehr konservativ betrachtet oberhalb Deiner +3dB Theorie!
Beste Grüße
Raphael
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - FoLLgoTT - 21.01.2021
rapherent schrieb:Genau die ist aber nicht richtig!
...
Wird eine Begrenzungsfläche hinzugefügt (Q=2) so ändert sich rein der Schalldruckpegel um 3 dB.
Das stimmt definitiv nicht. Es sind im Idealfall 6 dB. Den Idealfall eines Baffelsteps, nämlich den eines kugelförmigen Gehäuses, habe ich hier simuliert (ab Seite 17). Da gibt es keine Kantendiffraktion und der Abstand ist in alle Richtungen gleich groß. Man sieht schön, wie der Pegel nach unten hin um +6 dB sinkt.
[ATTACH=CONFIG]58559[/ATTACH]
[ATTACH=CONFIG]58558[/ATTACH]
[ATTACH=CONFIG]58557[/ATTACH]
diplo schrieb:Ist es nicht so, typisch ist bei der Lautsprecherbox zunächst nur die Breite der Schallwand relevant, da eine Lautsprecherbox zumeist sehr viel länger als breiter ist, die den Bafflestep betrift?
Das kommt darauf an. Grundsätzlich haben wir es bei allen Formen ungleich Kreis eine Überlagerung von vielen Baffle Steps mit unterschiedlichen Eckfrequenzen. Bei hohen, aber schmalen Lautsprechern kann man sicherlich die Vereinfachung annehmen, den Baffle Step nur horizontal zu betrachten und dann werden die 6 dB natürlich nicht erreicht..
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - fosti - 21.01.2021
@Nils: :prost:
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - JFA - 21.01.2021
rapherent schrieb:Zudem steht dort:"Eine Schallquelle hat eine konstante Schallleistung, die sich nicht ändert, wenn sie in eine andere Raumumgebung abstrahlt (emittiert)."
So, und hier haben wir den Widerspruch. Wenn nun behauptet wird, dass der Baffle Step 6 dB beträgt MUSS sich die Schallleistung um 3 dB ändern, um o. g. Formel zu entsprechen.
Das muss sie nicht, wenn sich der Strahlungswiderstand ändert. Wenn der sich verdoppelt erhöht sich der Schalldruck um den Faktor 1,414... vulgo 3 dB. Das sollte klar sein, oder?
Vereinfachte Herleitung:
Schalldruck ist gleich Kraft pro Fläche p = F/A => F=p*A
Konstante Schallleistung ist gleich Kraft mal Schnelle: P = F*v = p*v*A = const.
Strahlungswiderstand ist gleich Druck durch Schnelle Z = p/v => P = p² / Z = v² * Z
Im Vollraum ist A doppelt so groß wie im Halbraum. Das heißt, dass das Produkt p*v im Vollraum nur halb so groß sein kann wie im Halbraum, um die Bedingung für konstante Leistung zu erfüllen. Also ist der Strahlungswiderstand auch nur halb so groß (z. B. weil v doppelt so groß wird).
Diese Herleitung vernachlässigt auf nahezu boshafte Art und Weise sämtliche vektoriellen und komplexen Größen, aber als Ansatz ist das gar nicht verkehrt.
Baffle Step, Warum -6 dB und nicht -3 dB? - fosti - 21.01.2021
JFA schrieb:.....Absolut nicht! Völlig korrekt! ....und komplexe Größen gibt es real nicht.....vektorielle Größen schon. ....und der Druck ist tatsächlich skalar!
Diese Herleitung vernachlässigt auf nahezu boshafte Art und Weise sämtliche vektoriellen und komplexen Größen, aber als Ansatz ist das gar nicht verkehrt.