Hallo!
Weil hier immer gesagt wird, ohne Simulation, Messen und Bücher wälzen ginge gar nichts. Wie man HiFi-Lautsprecherkisten nur anhand der veröffentlichten technischen Daten, einiger Kenntnisse zur Elektroakustik (Frequenz f gleich 1/Sekunde, Schallgeschwindigkeit c gleich 340 Meter/Sekunde, Wellenlänge lamda gleich c/f, +3dB gleich doppelte Leistung, +6dB gleich doppelter Pegel, Phase ist Position auf der Sinuskurve, Impedanz ist der komplexe Widerstand, zum Beispiel R+-1^(1/2)*2*Pi*L) und einem Taschenrechner konstruieren kann.
Größte Lautstärke gleich Belastbarkeit mal Wirkungsgrad. Mehr Lautstärke bei Verwendung eines frontgeladenen Trichters (rückgeladene Trichter sind Murks). Trichter nur mit antriebsstarken Treibern möglich, aber das nicht kuschelig. Hier nur Direktstrahler, ohne akustischen Kurzschluß:
Die Rückseite des Treibers muß auf ein geschlossenes Volumen arbeiten, wegen dem akustischen Kurzschluß, der aus Laut- Leisesprecher machen würde. Damit sich in diesem rückseitigen Raume keine stehenden Wellen (Resonanzen) ausbilden, muß er bedämpft werden, durch Schallschnelledämpfer (luftdurchlässig, im Raum positioniert) und oder Schalldruckdämpfer (luftdicht, an die Wände geklebt).
Die Schallwand soll, wenn der Lautsprecher frei stehend wird, möglichst kugelförmig sein, wegen der Schallbrechung an Kanten. Wenn der Lautsprecher (ins Regal) eingebaut wird, möglichst lückenlos an die wandförmige Umgebung angepaßt, damit Halbraumabstrahlung.
Meßschriebe für Treiber üblicherweise in sehr großer Schallwand, also Halbraumabstrahlung mit im Vergleich zu Vollraumabstrahlung doppeltem Wirkungsgrad und Pegel. Je kleiner der Kugelgehäusedurchmesser, desto höher die Frequenz f, unterhalb der Vollraumabstrahlung: f=340/Kugeldurchmesser*Pi
Halbierung des Schalldrucks für eine Quinte, wenn Abstand zur Wand gleich lamda/Pi, weil Schall an Wand gespiegelt wird und im Mittel gegenphasig zurückkommt. Gleiches Problem schon bei Konzerten, kommt auch in die Aufnahme, soll aber nicht noch von den Lautsprechern verstärkt werden. Deshalb Lautsprecher nicht in einer Raumecke zentrieren.
Unterhalb des Quintenpegellochs wieder Halbraumabstrahlung.
Schallleistung Pak/Watt versus Kolbenradius r/Meter, effektivem Hub a/Meter und Frequenz f/Hertz bei Halbraumabstrahlung: Pak=20*a^2*r^4*f^4.
(Abgeleitet von Boxsim.) Bei Halbraumabstrahlung entspricht ein Watt Pak 112dB/1m. Der Hub ist effektiv, also +- geteilt durch Wurzel aus zwei. (+- ist Spitze-zu-Spitze geteilt durch zwei.) Da der Lautsprecher im Subkontrabass in der Regel schon von mehrere Raumbegrenzungsflächen unterstützt wird, reicht es aus, wenn der gewünschte Schalldruck rechnerisch erst im Kontra-, in kleinen Räumen auch erst im einfachen Bass (der beim großen E, 84Hz, anfängt) erreicht wird.
Frequenzmodulation, also Tonhöhenschwankungen, genannt Dopplerverzerrungen, die die schlimmsten Intermodulationsverzerrungen sind, etwa (10*a*f)/c, also 1,4% für 5mm effektiven Hub von 100Hz. Ein Halbtonschritt bedeutet 6% Tonhöhenänderung. Auch Amplitudenmodulation, die nur diskrete Frequenzen ("Seitenbänder"
erzeugt, steigt tendenziell mit der Auslenkung und der Signalfrequenz.
Unterhalb der unteren Resonanzfrequenz fs eines elektromagnetischen, direktstrahlenden, ohne akustischen Kurzschluß laufenden Treibers sinkt der Pegel mit 12dB/Oktave. Die Resonanzgüte Q bezeichnet das Verhältnis aus dem Pegel bei fs zum Pegel bei höheren Frequenzen. Für den Tieftöner kann man sagen, je größer der Raum, desto niedriger die angestrebte Resonanzfrequenz, je weiter weg von der Wand aufgestellt desto höher die angestrebte Resonanzgüte.
Thiele-Small-Parameter enthalten weitere Daten zum Verhalten bei der unteren Resonanzfrequenz, so etwa das Äquivalenzvolumen Vas in Kubikmetern: Einbauresonanzfrequenz = Freiluftresonanzfrequenz * ( 1+(Vas/Gehäusevolumen))^1/2. Genauso Einbauresonanzgüte = Freiluftresonanzgüte * ditto. Dämpfungsmaterial vergrößert effektives Volumen um bis zu 40%. Niedrige elektrische Güte bedeutet tendenziell Klirr und erschwert die Auslegung der Frequenzweiche.
Treibereffizienz, Wirkungsgrad eta errechnet sich zu 10^-6*fs^3*Vas/Qes. Der Pegel in einem Meter Entfernung, je Watt zugeführter elektrischer Leistung, beträgt 112+10log(eta) bei Halbraumabstrahlung. (Abgeleitet von Boxsim.) Eta ist die wichtigste Zahl bei der Konstruktion von passiven Mehrwegelautsprechern. Die Treiber müssen vom Wirkungsgrad her zusammenpassen, wobei der Tiefton rechnerisch mindestens 3dB weniger eta als der Hochton haben soll, damit man Spielraum für den Feinschliff nach Gehör hat. Andererseits wäre die Konstruktion ohne jedes Werkzeug außer Säge und Lötkolben, auch ohne Bildschirm und Tastatur, Papier und Stift, am besten.
Nehmen wir an, wir wollen Halbraumabstrahlung oder kompensieren den Pegelwechsel von Voll- zu Halbraumabstrahlung vor der Endstufe, und wollen einen Tieftöner mit einem Breitbänder verbandeln! Beide Treiber sollen direkt nebeneinander sitzen, damit die Trennung möglichst ohne Interferenzen und ohne verschiedenartige Anregung von Raumresonanzen erfolgt. Der Breitbänder braucht eigenes Gehäuse. Dann stellt sich die Frage nach Trennfrequenz ft und Filtersteilheit. Bei ft = 333Hz, der Leistungsfrequenz, müssen beide Zweige gleiche Leistung abgeben. Weiche erster Ordnung (Pegelhalbierung je Oktave) zwar bestes Impulsverhalten aber schwierig. Zweiter Ordnung (Pegelviertelung je Oktave) einfacher Kompromiß, für den folgende Dimensionsvorschläge gelten:
Untere Resonanzfrequenz des Breitbänders dreimal kleiner als die Trennfrequenz. Kontrollierte Undichtigkeit, auch Fließwiderstand genannt, für sein Gehäuse: Höchstens doppelt so groß wie das Äquivalentvolumen, mit Öffnung, möglichst weit weg vom Schwingkolben, mit dreimal so kleiner Fläche wie der Schwingkolben und bis zur Gehäusemitte stark mit Wolle gestopft. (Direkt hinter dem Treiber keine Wolle aber an den Wänden Schalldruckdämpfung, zum Beispiel mit glatter Schaumgummimatte.) Durch diese mechanische Dämpfung werden Pegel und Impedanz bei fs verringert, sodaß das folgende elektrische Filter besser arbeiten kann(, und Wirkungsgrad gewonnen wird): Hochpaß, wobei Gleichstromwiderstand Re ist, und Resonanzgüte Q, hier Q=0,5 (Linkwitz-Riley-Filter): L=Re/(2*Pi*ft*Q) und C=Q/(2*Pi*ft*Re)
Der Hochpaß wird verpolt angeschlossen.
(abgeleitet von http://elektroniktutor.de/analogtechnik/lsprfilt.html)
Der Tieftöner muß bis zum Dreifachen der Trennfrequenz gerade spielen, und seine Schwingspuleninduktivität Le muß bekannt sein. Wir kompensieren zuerst letztere, damit der eigentliche Tiefpaß richtig arbeiten kann: Widerstand R und Kondensator C seriell zueinander, mit R=Re (vom Tieftöner) und C=Le/Re^2, das ganze parallel zum Tieftöner. (Abgeleitet von Passive Frequenzweichen) Dann den Tiefpaß nach gleichen Formeln wie für den Hochpaß.
Fertig.
Weil hier immer gesagt wird, ohne Simulation, Messen und Bücher wälzen ginge gar nichts. Wie man HiFi-Lautsprecherkisten nur anhand der veröffentlichten technischen Daten, einiger Kenntnisse zur Elektroakustik (Frequenz f gleich 1/Sekunde, Schallgeschwindigkeit c gleich 340 Meter/Sekunde, Wellenlänge lamda gleich c/f, +3dB gleich doppelte Leistung, +6dB gleich doppelter Pegel, Phase ist Position auf der Sinuskurve, Impedanz ist der komplexe Widerstand, zum Beispiel R+-1^(1/2)*2*Pi*L) und einem Taschenrechner konstruieren kann.
Größte Lautstärke gleich Belastbarkeit mal Wirkungsgrad. Mehr Lautstärke bei Verwendung eines frontgeladenen Trichters (rückgeladene Trichter sind Murks). Trichter nur mit antriebsstarken Treibern möglich, aber das nicht kuschelig. Hier nur Direktstrahler, ohne akustischen Kurzschluß:
Die Rückseite des Treibers muß auf ein geschlossenes Volumen arbeiten, wegen dem akustischen Kurzschluß, der aus Laut- Leisesprecher machen würde. Damit sich in diesem rückseitigen Raume keine stehenden Wellen (Resonanzen) ausbilden, muß er bedämpft werden, durch Schallschnelledämpfer (luftdurchlässig, im Raum positioniert) und oder Schalldruckdämpfer (luftdicht, an die Wände geklebt).
Die Schallwand soll, wenn der Lautsprecher frei stehend wird, möglichst kugelförmig sein, wegen der Schallbrechung an Kanten. Wenn der Lautsprecher (ins Regal) eingebaut wird, möglichst lückenlos an die wandförmige Umgebung angepaßt, damit Halbraumabstrahlung.
Meßschriebe für Treiber üblicherweise in sehr großer Schallwand, also Halbraumabstrahlung mit im Vergleich zu Vollraumabstrahlung doppeltem Wirkungsgrad und Pegel. Je kleiner der Kugelgehäusedurchmesser, desto höher die Frequenz f, unterhalb der Vollraumabstrahlung: f=340/Kugeldurchmesser*Pi
Halbierung des Schalldrucks für eine Quinte, wenn Abstand zur Wand gleich lamda/Pi, weil Schall an Wand gespiegelt wird und im Mittel gegenphasig zurückkommt. Gleiches Problem schon bei Konzerten, kommt auch in die Aufnahme, soll aber nicht noch von den Lautsprechern verstärkt werden. Deshalb Lautsprecher nicht in einer Raumecke zentrieren.
Unterhalb des Quintenpegellochs wieder Halbraumabstrahlung.
Schallleistung Pak/Watt versus Kolbenradius r/Meter, effektivem Hub a/Meter und Frequenz f/Hertz bei Halbraumabstrahlung: Pak=20*a^2*r^4*f^4.
(Abgeleitet von Boxsim.) Bei Halbraumabstrahlung entspricht ein Watt Pak 112dB/1m. Der Hub ist effektiv, also +- geteilt durch Wurzel aus zwei. (+- ist Spitze-zu-Spitze geteilt durch zwei.) Da der Lautsprecher im Subkontrabass in der Regel schon von mehrere Raumbegrenzungsflächen unterstützt wird, reicht es aus, wenn der gewünschte Schalldruck rechnerisch erst im Kontra-, in kleinen Räumen auch erst im einfachen Bass (der beim großen E, 84Hz, anfängt) erreicht wird.
Frequenzmodulation, also Tonhöhenschwankungen, genannt Dopplerverzerrungen, die die schlimmsten Intermodulationsverzerrungen sind, etwa (10*a*f)/c, also 1,4% für 5mm effektiven Hub von 100Hz. Ein Halbtonschritt bedeutet 6% Tonhöhenänderung. Auch Amplitudenmodulation, die nur diskrete Frequenzen ("Seitenbänder"
erzeugt, steigt tendenziell mit der Auslenkung und der Signalfrequenz.Unterhalb der unteren Resonanzfrequenz fs eines elektromagnetischen, direktstrahlenden, ohne akustischen Kurzschluß laufenden Treibers sinkt der Pegel mit 12dB/Oktave. Die Resonanzgüte Q bezeichnet das Verhältnis aus dem Pegel bei fs zum Pegel bei höheren Frequenzen. Für den Tieftöner kann man sagen, je größer der Raum, desto niedriger die angestrebte Resonanzfrequenz, je weiter weg von der Wand aufgestellt desto höher die angestrebte Resonanzgüte.
Thiele-Small-Parameter enthalten weitere Daten zum Verhalten bei der unteren Resonanzfrequenz, so etwa das Äquivalenzvolumen Vas in Kubikmetern: Einbauresonanzfrequenz = Freiluftresonanzfrequenz * ( 1+(Vas/Gehäusevolumen))^1/2. Genauso Einbauresonanzgüte = Freiluftresonanzgüte * ditto. Dämpfungsmaterial vergrößert effektives Volumen um bis zu 40%. Niedrige elektrische Güte bedeutet tendenziell Klirr und erschwert die Auslegung der Frequenzweiche.
Treibereffizienz, Wirkungsgrad eta errechnet sich zu 10^-6*fs^3*Vas/Qes. Der Pegel in einem Meter Entfernung, je Watt zugeführter elektrischer Leistung, beträgt 112+10log(eta) bei Halbraumabstrahlung. (Abgeleitet von Boxsim.) Eta ist die wichtigste Zahl bei der Konstruktion von passiven Mehrwegelautsprechern. Die Treiber müssen vom Wirkungsgrad her zusammenpassen, wobei der Tiefton rechnerisch mindestens 3dB weniger eta als der Hochton haben soll, damit man Spielraum für den Feinschliff nach Gehör hat. Andererseits wäre die Konstruktion ohne jedes Werkzeug außer Säge und Lötkolben, auch ohne Bildschirm und Tastatur, Papier und Stift, am besten.
Nehmen wir an, wir wollen Halbraumabstrahlung oder kompensieren den Pegelwechsel von Voll- zu Halbraumabstrahlung vor der Endstufe, und wollen einen Tieftöner mit einem Breitbänder verbandeln! Beide Treiber sollen direkt nebeneinander sitzen, damit die Trennung möglichst ohne Interferenzen und ohne verschiedenartige Anregung von Raumresonanzen erfolgt. Der Breitbänder braucht eigenes Gehäuse. Dann stellt sich die Frage nach Trennfrequenz ft und Filtersteilheit. Bei ft = 333Hz, der Leistungsfrequenz, müssen beide Zweige gleiche Leistung abgeben. Weiche erster Ordnung (Pegelhalbierung je Oktave) zwar bestes Impulsverhalten aber schwierig. Zweiter Ordnung (Pegelviertelung je Oktave) einfacher Kompromiß, für den folgende Dimensionsvorschläge gelten:
Untere Resonanzfrequenz des Breitbänders dreimal kleiner als die Trennfrequenz. Kontrollierte Undichtigkeit, auch Fließwiderstand genannt, für sein Gehäuse: Höchstens doppelt so groß wie das Äquivalentvolumen, mit Öffnung, möglichst weit weg vom Schwingkolben, mit dreimal so kleiner Fläche wie der Schwingkolben und bis zur Gehäusemitte stark mit Wolle gestopft. (Direkt hinter dem Treiber keine Wolle aber an den Wänden Schalldruckdämpfung, zum Beispiel mit glatter Schaumgummimatte.) Durch diese mechanische Dämpfung werden Pegel und Impedanz bei fs verringert, sodaß das folgende elektrische Filter besser arbeiten kann(, und Wirkungsgrad gewonnen wird): Hochpaß, wobei Gleichstromwiderstand Re ist, und Resonanzgüte Q, hier Q=0,5 (Linkwitz-Riley-Filter): L=Re/(2*Pi*ft*Q) und C=Q/(2*Pi*ft*Re)
Der Hochpaß wird verpolt angeschlossen.
(abgeleitet von http://elektroniktutor.de/analogtechnik/lsprfilt.html)
Der Tieftöner muß bis zum Dreifachen der Trennfrequenz gerade spielen, und seine Schwingspuleninduktivität Le muß bekannt sein. Wir kompensieren zuerst letztere, damit der eigentliche Tiefpaß richtig arbeiten kann: Widerstand R und Kondensator C seriell zueinander, mit R=Re (vom Tieftöner) und C=Le/Re^2, das ganze parallel zum Tieftöner. (Abgeleitet von Passive Frequenzweichen) Dann den Tiefpaß nach gleichen Formeln wie für den Hochpaß.
Fertig.
