Qte verändern

Die folgende Überlegung basiert auf dem Lautsprecher-Simu-Programm BassCADe. Dabei werden die TSP eines Lautsprecherchassis eingegeben und es kann dann ein Gehäuse mit seinem Volumen (und bei Bassreflex mit seinem Reflexrohr) berechnet werden. Das wäre auch mit jedem anderen Simu-Programm möglich, welches das Einfügen eines Verlustwiderstandes erlaubt.


Betrachte ich mal das Ergebnis so einer Simulation, so spielen für das Gehäusevolumen und das Bassrohr die TSP (Thiele-Small-Parameter) eine Rolle.
Um einen nachfolgenden Frequenzgang zu erreichen muss die Systemgüte Qtc etwa 0,7 sein. Ist sie grösser, so ergibt sich folgender Frequenzgang:
ist sie kleiner kommt sowas raus:

Wie gesagt spielen die TSP des Chassis eine Rolle. Und da gibt es die drei "Güten" Qms, Qes und daraus resultierend Qts.
Und um eine Systemgüte aus Chassis und Gehäuse zusammen von 0.7 zu erreichen (Qtc) muss das Gehäuse zum Chassis oder das Chassis zum Gehäuse passen, je nach dem, was vorgegeben ist.
Nehmen wir nun an, wir hätten die Daten, wie sie im ersten Bild dargestellt sind (die Originaldaten des Chassis) dann ergibt sich im besten Fall für eine Bassreflexbox ein Volumen von 24 Liter und ein Reflexrohr von 5 x 32cm.

Jetzt kommt die erste Frage, wie denn die Güten des Chassis zustande kommen. Da ist zuerst mal die mechanische Güte. Membranmasse und Federhärte der Zentrierung ergeben ein schwingungsfähiges Gebilde. Und je geringer die mechanische Dämpfung ist (durch Reibung innerhalb des Zentrier-Materials) desto höher wird Qms.

Haben wir nun einen kräftigen Antrieb, so liefert er nicht nur Kraft auf die Membran, eine Bewegung der Membran (und damit der Schwingspule) führt auch zu einer Induktionsspannung in der Schwingspule. Und wird diese Spannung durch den Verstärker kurzgeschlossen, so wirkt dies wie eine Bremse. Das ist dann die elektrische Güte Qes. Je kleiner Qes ist, desto kleiner wird auch die totale Güte Qts (aus Qes und Qms).
Das bedeutet nun, dass Qts zusammen mit der Gehäusegüte die Systemgüte bestimmt, welche Einfluss auf den Frequenzverlauf hat (die anderen Enflüsse lassen wir mal beiseite). Und wie schon gesagt muss Chassis und Gehäuse zusammen passen.

Die Frage ist nun, ob sich da nichts "tricksen" lässt: Es "lässt"!
Wir könnten die Membran schwerer machen. Dann ist das Verhältnis von Feder, Masse und Reibung verändert und das hat Einfluss auf die mechanische Güte Qms. Es hat aber auch Einfluss auf den Wirkungsgrad (oder Kennschalldruck) und als Folge der begrenzten mechanischen Steife der Membran auch auf deren Fähigkeit höhere Töne zu übertragen. Wir bekämen also einen total anderen Lautsprecher, was wir nicht wollen.
Also müssen wir Qte verändern. Dies wäre mit einem anderen Magneten möglich oder einer anderen Schwingspule, es geht aber auch, indem man einen Widerstand einfügt, welcher die Wirkung der elektrischen Dämpfung verändert. Hier zwei Möglichkeiten, nämlich einmal mit einem positiven und einmal mit einem negativen Widerstand:


Es fällt auf, dass sich der Verlauf nicht geändert hat, wohl aber die untere Grenzfrequenz und das Gehäuse (Volumen und Bassreflexrohr).

Was bringt mir das? Angenommen ich hätte einen Platz, wo ein Lautsprecher optimal in den Raum eingepasst werden könnte, da ist dann aber (angenommen) ein Gehäuse von 40 Litern möglich und nicht 60 Liter, wie es die Simulation verlangen würde.
Ich will aber mit Sicherheit nicht verschiedene Chassis verwenden, denn deren Klang würde sich zu stark unterscheiden und damit wäre ein Stereo-Paar nicht mehr möglich. Es bleibt also nur die Anpassung der Dämpfung. Dies kann ich allenfalls mit "Stopfwolle" versuchen, nur hat dies bei einer Bassreflexbox bei zu starker Füllung negative Auswirkungen. Also werde ich den Ri des Verstärkers beeinflussen. Dies geht aber nur bei einer Aktivbox bezw. einer Biamping-Konstruktion wo ich im Bass Änderungen am Verstärker vornehmen kann ohne den Mittel-Hochtonbereich zu beeinflussen.


Hier eine mögliche Schaltung. Im Zentrum ist die Endstufe eingezeichnet und ich habe einfach mal eine Eingangsspannung der Endstufe von 2,5V angenommen. Also muss der "obere" OPV das Eingangssignal auf diesen Wert anheben. Und innerhalb der Endstufe ist ein Widerstand von 10k gezeichnet sowie Rx, welcher die Gegenkopplung der Endstufe darstellt und somit entsprechend der Ausgangsspannung (Leistung) die Eingangsspannung garantiert.

Weiter ist ersichtlich, dass der Lautsprecher nicht zwischen Masse und Ausgang angeschlossen ist, sondern die Masse wird über Ry geführt. Damit fällt (je nach Spannung am Ausgang und Lautsprecherimpedanz) an Ry eine Spannung an, welche ich im Maximum mit 0,5V angenommen habe. Entsprechend ist Ry zu wählen. Diese Spannung an Ry ist vom Lautsprecherstrom abhängig.

Der untere OPV wird von dieser Spannung angesteuert und zwar je nach Potistellung am Invers- oder Noninverseingang. Und entsprechend ist dann das Ausgangssignal, das am oberen OPV dazu addiert wird. Es kann sein, dass bei steigendem Lautsprecherstrom ein Signal zugeführt wird, welches das Eingangssignal unterstützt und damit den Lautsprecherstrom weiter anhebt. Das entspricht einem negativen Innenwiderstand des Verstärkers. Es kann aber auch sein, dass das Signal am Ry über den unteren OPV dem Eingangssignal entgegen wirkt und somit den Strom reduziert, das wäre dann ein positiver Ri.

Es handelt sich hier erst um eine Prinzipschaltung, noch ohne Anspruch auf Vollständigkeit. Und die Sache funktioniert nur, wenn sie sich wirklich nur auf den Bass auswirkt. Diese Schaltung wäre also erstens der verwendeten Endstufe anzupassen und zweitens nur NACH der Frequenzweiche einsetzbar. Ich könnte mir dies mal als Diskussionsgrundlage vorstellen...