Der Bandpass Dipol Subwoofer

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SpeakerHirsch
Ist häufiger hier
#1 erstellt: 08. Mrz 2022, 06:53
Vorwort

Der Dipol Gehäusesubwoofer ist ein akustisch und bis heute, auch bautechnisch schwer zu fassender Schallwandler, weil er je nach Winkel in dem man sich zu ihm befindet, seine akustischen Eigenschaften verändert. Also gilt das gefundene, gute Ergebnis beim Dipol, nur im optimalen Bereich vor der Box. Was eigentlich sehr schade ist und mich dazu veranlasst, nur im Bassbereich, die dipolare Abstrahlung zu suchen, weil sie dort Unerwartetes möglich macht.

Natürlich habe auch ich in den vergangenen 15 Jahren BassDipole gebaut. Aber ihr akustisches Ergebnis hat nicht überzeugt, weil vor allem die akustische Phase nicht in den Griff zu bekommen war. Ich sehe die vielen Versuche im Internet, Dipole zu bauen, sei es nun nach Ridthaler oder nach den Vorlagen des großen Tests von 2005, aus der Hobby Hifi.

Erst recht nach dem wunderbaren PDF von Leo Kirchner 2009, kam wieder Fahrt in das Thema Bass Dipol und die Leute haben sich in den Foren, die Köpfe heiß geredet. Mich hat seit dem das Prinzip nicht mehr los gelassen und ich wollte genau wissen, wie er funktioniert.

Hier mein Statement an alle, die einen funktionierenden Dipol Subwoofer bauen wollen:

"Kauft Euch zu aller erst eine Simulationssoftware, wie AJ Horn, die die akustische Phase darstellen kann, sonst ist alles, was ihr anfangt, fantastischer Unsinn, der vielleicht schön aussieht aber nicht funktionieren wird !!!"

Was hier folgt, ist eine Monate währende Arbeit mit AJ Horn 7, um das Rätsel des Gehäusedipols und wie er berechnet wird, endlich für jeden der sich dafür interessiert, zu lösen.

Wegen der vielen Begriffe, die es für Dipole gibt, möchte ich hier und jetzt den Begriff „Bandpass Dipol“, für all jene Subwoofer prägen, welche mittels berechnetem Gehäuse, die Parameter eines Lautsprechers modulieren und zur Hälfte als Dipol, zur anderen Hälfte als Bandpass, also Reflexlautsprecher, arbeiten.

Natürlich bildet jede Kiste, in die ein Basslautsprecher geschraubt wird, die typischen zwei Schalldruckspitzen stark verrundet aus aber nur wenn beide Volumen berechnet wurden und sie die akustische Phase kontrollieren, ist es auch ein Bandpass Dipol!
SpeakerHirsch
Ist häufiger hier
#2 erstellt: 08. Mrz 2022, 07:02
Eckpunkte zur Simulation von Bandpass Dipolen mit AJ Horn 7:

Worterklärung:

Die Worte Horn, Wellenleiter oder Ausgang hintere Phase, bzw. Gegenphase umschreiben alle das kurze, konische Horn, am anderen Ende des Dipols, auf den die Vorderseite der Membran strahlt.

Die Worte Helmholtzresonator oder Reflexvolumen oder nur Resonator oder Wirkvolumen und auch 'das große Volumen' umschreiben alle den vorderen Teil der Box, welcher in Hörrichtung auszurichten ist und die Wirköffnung , bzw. Reflexöffnung trägt. Also der Gehäusebereich, in dem sich Magnet, Korb und Membran des Lautsprechers befinden.
Im Text erwähnte AJ Horn-Eingabefelder, sind fett markiert.

Einarbeiten in das Programm

1. Am leichtesten fällt einem die Einarbeitung in AJ Horn 7, wenn man bei Google nach dem Programm sucht. Im zweiten Eintrag unter aj-systems.de öffnet das Handbuch, welches einfach verständlich, alles erklärt, was man wissen muss.

2. Der normierte Wert von einem Meter, bezeichnet den Abstand des Messmikrofons, fest, gegenüber dem Hornmund.

3. Strahlt der Hornmund nach hinten, also gegenüber der Hörposition ab und ist die nähere Bassreflexöffnung die Abhöröffnung, dann muss der Wert für die Differenzlänge dL1, ein negatives Vorzeichen erhalten.

4. Das erklärt, dass AJ Horn 7 die Messposition fest vor dem Hornmund verortet, und eine Hörposition vergibt, die deutlich von der Messposition abweichen kann.

5. Speziell für die Simulation von Dipolen, welche gerade im Bass nicht rund abstrahlen, ist der zeitliche Verlauf um das Gehäuse herum, von immenser Bedeutung! Hier generiert der Sub seinen Schalldruck und auch bei der akustischen Phase tut sich Heftiges, weshalb von vorn herein klar sein muss, wo und in welcher Ausrichtung der Lautsprecher endgültig stehen wird! Mir drängte sich am Ende der Eindruck auf, dass jeder Basslautsprecher, egal in welchem Gehäuse, permanent mit der Auslöschung seines erzeugten Schalles zu kämpfen hat. Rückt man die auslöschende Amplitude weiter weg, zeigt der Lautsprecher erst, was er wirklich kann.

6. In die Simulation wird grundsätzlich nur der gemessene Wert vom Hornmund, bis zur Öffnung des ventilierten Volumens, bei dL1 eingetragen, auch wenn die Hörposition nochmal deutlich weiter von der des Messmikrofons entfernt ist. Würde die Entfernung bis zur Hörposition eingetragen, ergäbe das viel zu hohe Schalldruckwerte, was auch schon bei einem dL1 Wert von 0,8 beginnt. AJ Horn gibt ab dieser Distanz Schalldruckwerte an, die nicht ganz mit der Realität übereinstimmen können. Es wird dabei aber nicht nur von Schallwand zu Schallwand gemessen, sondern genau, von Öffnung zu Öffnung. Wird der Dipol auf dem Boden aufgestellt und steht ein größeres Topteil oben drauf, dann bleibt nur der seitliche Weg um den Sub, für die Schnelle.

7. Als Beleg für die Richtigkeit dieser Angaben, dient die Simulation der akustischen Phase, die bei einem positiven Wert von dL1 , den angestrebten Wirkbereich, unterhalb von 100 Hz, aufbricht. Beim Wert Null, besteht völlige Auslöschung was in einem einzigen Frequenz- und Phasenschrieb resultiert. Erst mit negativem Vorzeichen stellt sich die gewünschte, akustische Phase ein. Setzt man die Differenz zwischen Wirköffnung und Gegenphase, positiv ein, sieht man den Frequenzgang der hinteren Öffnung und wie enorm steilflankig diese in Richtung tiefer Frequenzen abfällt. Sowas ist mit Frequenzweichen nur schwer erreichbar. Die Funktion gilt als gegeben, sobald beide Phasen ca. 15 dB Schalldruckunterschied unterhalb 100 Hz aufweisen.

8. Ab dL1 Distanzen von einem halben Meter, je nachdem welche Konstruktion angewendet wird, kann man von kardioider Abstrahlung sprechen, wenn man sich die Simulationen ansieht. Leider betrifft das nur das Nahfeld um den Subwoofer. In der Realität dürfte davon nicht viel übrig bleiben, denn auch wenn die Abstrahlung, spätestens ab 50 Hz (18 Zoll Lautsprecher), dipolar erfolgt, ist ja gerade dieser Bereich von der Auslöschung befreit, weshalb sich unter Mitwirkung des Raumes, wieder ein rundes Abstrahlverhalten ausbilden sollte.

9. Bei der Simulation ist grundsätzlich immer mit der längsten Distanz dL1, die sich um das Gehäuse herum ergibt, zu rechnen!!! Praktisch ist hier die Aufstellung am Boden, mit der Mittel-Hochtoneinheit direkt darauf stehend, sodass der Weg über den Sub nach vorn, versperrt ist und somit nur der Weg um den Subwoofer herum, für den Druckausgleich übrig bleibt.

10. Ob der Hörplatz dann eher der langen oder der kurzen Seite zugeneigt ist, kann man selber testen. Wer also mit der Phase akustisch noch nicht so zufrieden ist, sollte daher beide Seiten bei der Aufstellung testen.

11. Rechnet man nur mit der kurzen Seite, dann können sich auf der langen Seite, böse Phasenverschiebungen ergeben, die niemand in seiner Wohnung haben möchte !

12. Wichtig bleibt allerdings, dass zur nächsten Wand, gewisse Mindestabstände einzuhalten sind. Vor dem Horn, sollte der Abstand nie einen Meter unterschreiten ! Weil das schnell die Raumgröße überfordert, sollte jeder über eine seitliche Öffnung des Horns nachdenken, weil man damit die lange Seite des Raumes für die Boxenaufstellung nutzen kann. Merke: Sobald bis zur langen Distanz die Phase gut aussieht, wird sie auf der kürzeren Seite nur noch synchroner.

13. Direkt an die Wand, würde ich den Sub nie stellen aber einen halben Meter davon entfernt, ist es schon möglich – immer mit dem Horn, zur Raummitte strahlend. Sobald eine Wand vor das Horn rückt, verändert sich die akustische Phase total und weicht aus der errechneten Synchronität ab. Auch der Frequenzgang des Dipols ändert sich dabei.

14. Die Ursache ist hierbei, dass jede sich nähernde Fläche, die Wirkung des Horns verändert. Beim Reflex Port, ist das weit weniger der Fall. Und sorry, dass ich die sechs letzten Abschnitte schon hier eingefügt habe, obwohl sie in das letzte Kapitel gehören. Aber um die vollständige Wirkung von dL1 verstehen zu können, musste das hier erfolgen.

15. Als Beispiellautsprecher habe ich den BMS 18N862 ausgewählt, dessen wichtigste Simulationsfenster in AJ Horn 7 so aussehen:
SpeakerHirsch
Ist häufiger hier
#3 erstellt: 08. Mrz 2022, 07:17
Treiberdaten-Eingabefeld

Treiberdaten-Eingabefeld

von AJ Horn 7 errechnete Lautsprecherparameter

von AJ Horn 7 errechnete Lautsprecherparameter

Maßeingabefeld

Maßeingabefeld

Grundschalldruck

Basis Schalldruck

maximaler Schalldruck

maximaler Schalldruck

akustische Phase

akustische Phase

elektrische Impedanzen

elektrische Impedanzen

Prinzipskizze

Prinzipskizze
SpeakerHirsch
Ist häufiger hier
#4 erstellt: 08. Mrz 2022, 07:20
Ziel der Simulation:

1. In Anlehnung an das Prinzip eines doppelt ventilierten Bandpasses, soll versucht werden, zwei stark überhöhte Schalldruckspitzen zu etablieren – eine zwischen 80 und 200 Hz, die andere zwischen 200 und 400 Hz. Wie vom ventilierten Bandpass bekannt, sind diese beiden Überhöhungen gleichphasig und addieren sich im Schalldruck. Das Volumen für die höher frequente Überhöhung ist sehr klein (2 bis 7 Liter), weshalb der Antrieb und Korb des Treibers, hier nicht platziert werden kann und nur die Membranvorderseite in Frage kommt.

2. Dieses kleine Volumen wird in der Weise ausgeführt, wie man es von vielen Frontloadet Hornkonstruktionen kennt, als den schmalen Bereich, nach der Druckkammer, der auch dort die Frequenz nach oben verschiebt und die Geschwindigkeit der Luft erhöht, sie an die Membran ankoppelt und den sehr hohen Qts von 0,19 bis 0,29, zu niedrigeren Werten verschiebt. Es wird hier also ganz alt Bewährtes, neu mit einander kombiniert. Durch viele Simulationen hat sich ein Öffnungswinkel von 8 Grad, als Optimum erwießen, was auch schon bei vielen Hörnern zu finden ist. Das ist aber kein Dogma und kann von Fall zu Fall leicht angepasst werden, um die Phase im gewünschten Bereich zu halten.

3. Möglich sind aber auch klassische, nur mit Reflexloch ausgestattete Frontkammern, die dann allerdings nur aus der Druckkammer und einem Reflexrohr bestehen. Verlängert man hier auf beiden Seiten das Reflexrohr und fügt mehr Dämmstoff in das große Volumen, dann synchronisiert sich die akustische Phase.

4. Das Reflexvolumen nimmt den Antrieb und Korb des Lautsprechers auf aber wird, nicht wie üblich, auf eine möglichst tiefe Frequenz abgestimmt, sondern auf einen Bereich zwischen 80 und 200 Hz. Das ist von der Chassisgröße abhängig, wobei große Lautsprecher, ab 15 Zoll, sich mit Frequenzen um 100 Hz, deutlich besser berechnen lassen. Kleinere Chassis bedienen das Feld, oberhalb von 135 Hz. Auf die maximal erreichbare Frequenz, bis zu der die Phase linear bleibt, hat die Lautsprechergröße keinen Einfluss. Das hängt mehr von einem flachen Phasengang und der mechanischen Güte des jeweiligen Lautsprechers ab.

5. Aus der Erfahrung mit Bassreflexgehäusen ist bekannt, dass unterhalb der minus 3 dB Frequenz, in der fallenden Flanke, die dipolare Wirkung bei jedem Reflexgehäuse einsetzt. Weil dieses Gehäuse aber eine deutlich höhere Resonanzfrequenz besitzt und hier durch raffinierte Luftankopplung, der Membran mehr Masse angekoppelt wird, liegt die Resonanzfrequenz des verbauten Lautsprechers, deutlich unter seiner Freiluftresonanz. Zwischen der Gehäuseresonanzfrequenz und der des Lautsprechers, liegen hier also mindestens 70 Hz Differenz. Diese Differenz ist der Hauptarbeitsbereich des Subwoofers. Okay – nicht ganz – denn jedem wird klar sein, dass man den Bereich um den lautesten Pegel des Subwoofers, der ja selbst schon nicht mehr dipolar arbeitet, nicht senkrecht abschneiden kann. Deshalb ist es zwingend notwendig, auch den Bereich oberhalb von 200 Hz, phasensynchron zu halten !

6. Durch den baulichen Trick mit dem kurzen Horn, welches einen Wellenleiter darstellt und durch den räumlichen Versatz zwischen vorderer und hinterer Öffnung, bleibt das Frequenzband unter 100 Hz, das von der Membranrückseite abgestrahlt wird, von der frühen, akustischen Auslöschung klassischer, offener Bassdipole verschont. Weil die schmalbandige Schalldruckspitze von der Membranvorderseite, sich oberhalb von 200 Hz befindet und der Frequenzgang von dort, sehr steilflankig abfällt, wodurch zusätzlich zum räumlichen Versatz, ein unterschiedlicher Frequenzgang erzeugt wird. Dies wird nicht, wie in AJ Horn 7 für Bass Dipole angegeben, durch eine parabolische Form des kleinen Volumens erreicht, sondern durch einen kurzen, konischen Wellenleiter, welcher mit dem Wert 1, bündig auf der inneren Seite des Lautsprecherausschnittes, als Hornhals mittels xT1 angepasst wird. AJ Horn setzt den Beginn des Hornhalses, automatisch immer in die Mitte über den Lautsprecher, auf Null. Mit dieser Position des Horns, gegenüber dem Lautsprecher, muss variiert werden.
SpeakerHirsch
Ist häufiger hier
#5 erstellt: 08. Mrz 2022, 07:27
Erkenntnisse bisheriger Simulationen und Lautsprecherauswahl:

1. Abseits von Flachmembranen, gibt es das große Heer der Konustreiber, welche in diesem Gehäuse eingesetzt, das Volumen ihres Trichters, als Horn-Vorkammer-Volumen beisteuern. Und weil es für einen Bass Dipol quasi ‚Pflicht‘ ist, einen Treiber mit maximalem, linearen Membranhub zu verwenden, kommt der Platz für diesen, zum Vorkammervolumen hinzu.

2. Prinzipiell verringert eine Vorkammer, den Schalldruck des folgenden Horns – je größer, umso höher der Verlust. Deshalb muss diese Vorkammer so klein wie möglich gehalten werden, sollte aber trotzdem auf dem Flansch vom Lautsprecher, mit etwas Bondum gedämmt werden. Denn die Dämmung in der Vorkammer, minimiert die Resonanzen oberhalb von 3 kHz. Auch der Wellenleiter sollte mit einer ganz dünnen Schicht Filz, vollflächig und fest, ausgeklebt werden, sofern die Simulation es erlaubt. Er glättet die Bereiche von 500 bis 3000 Hz. Beide Bereiche werden mit dem Dämmwert ß 50, in AJ Horn eingetragen. Der große Resonator erhält den Dämmwert ß 50 bis 250, was je nach Lautsprecher, sehr unterschiedliche Folgen haben kann und manchmal sogar weg gelassen werden muss, weil sich mit Dämmung heftige Phasenänderungen einstellen können. Vor allem für nicht so leichte Schwingsysteme, kombiniert mit niedrigem Qms und vielleicht mit größerer Gehäusetiefe im Reflexvolumen, muss manchmal sogar bis zum Wert ß 500, also das Volumen halb voll befüllt werden, weil damit die erste Vielfache und deren kräftige Nachfolger zwischen 500 und 3000 Hz unten gehalten werden.

3. Da zeigt sich der Vorteil besonders großer Membranflächen. Diese erreichen einen hohen Schalldruck ohne ausufernde Hübe.

ABER NICHT BEIM DIPOL !!!

Da hier kein Volumen unterstützend hinzu kommt, zählt nur das, was das installierte Schwingsystem allein leisten kann! Selbst allergrößte Lautsprecher aus dem Beschallungsbereich, mit 21 oder auch 24 Zoll, versagen als Dipol, weil ihnen neben der passenden Schwinggüte, nahezu immer der nötige Linearhub fehlt, um im Dipolgehäuse Frequenzen unterhalb von 50 Hz linear zum vorhergehenden Frequenzgang, wiedergeben zu können ! Neben den anderen hier erwähnten Lautsprecher-Parametern, zählt am Ende allein der lineare Hub Xmax lin und nicht der Überschwingbereich, welche Eckfrequenz unter Vollast linear erreicht werden kann!

4. Der Überschwingbereich von ausgewiesenen Dipolwandlern, wird immer kurz gehalten. Grundsätzlich gilt für alle Serienlautsprecher, dass ihr maximales, lineares Hubvermögen, die Schalldruckkurve deutlich oberhalb, von ihrer Resonanzfrequenz, abknicken lässt.

5. Selbst der BMS 18N862, welcher mit seinen echten 19 mm Linearhub, unter Beschallungswandlern ein Novum, kommt in dieser Disziplin nur bis 28 Hz. Sollte der unter Vollast bis zu seiner Resonanzfrequenz, um 15 Hz in diesem Gehäuse spielen, müsste er einen Linearhub von 50 mm pro Richtung leisten! Das würde die schwingende Masse freilich drastisch erhöhen....

6. Deutlich leiser betrieben, knickt diese Kurve erst unterhalb der Resonanzfrequenz ab. Dieses Verhalten unterscheidet den Bandpass Dipol grundsätzlich von allen anderen Gehäusearten !

7. Möglich wird das, durch das Herabsetzen der Resonanzfrequenz und durch die Entkopplung des Gehäuses, von den Frequenzen, unterhalb der Abstimmfrequenz ! Der Bandpass regelt zwar die Mechanik, akustische Phase und Schwingungsgüte des Subwoofers, weil er aber hoch abgestimmt ist, bleibt darunter eigentlich nur der nackte Lautsprecher übrig.

8. Sollte ein Lautsprecher genügend Hub und einen passenden Qts besitzen, ist oft seine schwingende Masse zu hoch, was ihn auch für den Bandpass Dipol disqualifiziert!

9. Erst recht, wenn zur hohen Masse, auch noch ein niedriger Qms dazu kommt, wie das bei fast allen Car-Hifi Subchassis der Fall ist . Großer Hub aber für die Dipolanwendung völlig ungeeignet! Denn nur geringe schwingende Masse, gern mit unterhängiger Schwingspule oder/und hohe Qms Güten, ergeben die besten Dipollautsprecher, egal, ob nun in einem Gehäuse oder in der offenen Schallwand ! Das liegt daran, weil das Bandpassgehäuse nur besonders leichte Schwingsysteme, auf die gewünschte Weise „verbiegen“ kann! Bei, im Verhältniss zur Membranfläche, Sack schweren Schwingsystemen, ist zwar VAS sehr niedrig aber dieser Wert ist im Dipol weniger wichtig – führt aber dazu, dass sich an den Lautsprecherparametern kaum etwas ändert, Qtc und Fc bleiben, so wie sie sind.
SpeakerHirsch
Ist häufiger hier
#6 erstellt: 08. Mrz 2022, 07:37
10. Ein besonders hoher Qms, kombiniert mit einer relativ geringen Masse (siehe 18Sound) kann den Hub einer Membran noch besser kontrollieren – der Lautsprecher wird dadurch lauter im Bass unter 50 Hz und erzeugt weniger Resonanzen im Gehäuse! Es wird dabei schon ohne Dämpfungsmaterial, eine sauber abfallender Schalldruck erzeugt.

11. Bitte nicht vergessen, dass der Wert von xT1 das Horn bündig über dem Montageschacht vom Treiber ansetzt und der Hornhals auf den Wert 1 zu setzen ist. Das hat sich als beste Ausgangslösung etabliert.

12. Leider ist es bei der Version 7 von AJ Horn, nicht möglich, unterschiedliche Formen des Reflexvolumens zu simulieren. Ich bin mir sicher, dass hier noch einige Effekte schlummern ! Aktuell kann hier nur eine Volumen X, mal einer Gehäusetiefe X eingegeben werden, wobei für den Dipol, maximal die einfache Gehäusestärke, als Reflexrohrlänge simuliert werden muss. Längere Werte schwächen den Wirkungsgrad und erzeugen massivste Resonanzen, oberhalb des Übertragungsbereiches. Die Simulationen zeigen weniger Resonanzen, bzw. erst bei höheren Frequenzen einsetzende Resonanzen, wenn man das Gehäuse so flach wie möglich hält. Höhere Frequenzen bedeutet, im Einsatzbereich der Frequenzweiche.

13. WICHTIG !

Wie bei jedem ventilierten Bandpass Subwoofer, bilden beide Öffnungen jeweils die typischen zwei Druckmaxima aus – hier nur deutlich steiler und spitzer im Maximum. Und weil diese beiden Druckspitzen diesem Dipol erst zu seinem Schalldruck verhelfen, lässt es sich nicht vermeiden, dass dieser Bereich im Hörbereich liegt ! Man muss sich die beiden Schalldruckmaxima, die durch die Maße des Horns und der Abstimmfrequenz gebildet werden, als zwei „Zangen“ vorstellen, die zuerst einmal den Schalldruck erhöhen aber gleichzeitig, die akustische Phase synchron halten. Die Wirksamkeit dieser Zangen erhöht sich, wenn das Vorkammervolumen so klein wie möglich gehalten wird. Ohne den Zwang dieser beiden Maxima, würde die Phase wild herum mäandern, wie das bei allen Konstruktionen der Fall ist, die ohne diesem Horn arbeiten !

14. Genau diesen synchronen Phasenverlauf brauchen wir aber, um den Subwoofer oberhalb von 100 Hz bis 300 Hz, an die folgenden Mitteltöner ankoppeln zu können ! Im Unterschied zur offenen Schallwand, besitzt dieser Subwoofer dann nur eine akustische Phase und nicht zwei! Der sauber berechnete Bandpass stellt hier eine Phasenbreite von 360 ° bereit, wo man von 150 bis 500 Hz, ganz sicher einen Bereich findet, der als Übergangsfrequenz geeignet ist.

15. Erst wenn das erreicht wurde, kann sich ein geschlossener Basseindruck vom Subwoofer lösen, weil es eine Phasenvarianz nur unterhalb von 100 Hz, im dipolaren Bereich gibt ! Darüber läuft die akustische Phase synchron – nein, ganz und gar nicht linear, sondern nur synchron ! Ob sich der dipolare Bereich in der Küche nebenan noch gut anhört, ist eine andere Frage....

16. Als Ausgangspunkt der Simulation, setzt man dL1 zuerst auf Null, wonach das Gehäuse so weit getrimmt wird, dass die beiden Impedanzmaxima auf beiden Resonanzspitzen, auf gleicher Höhe, ihr Maximum erreichen.

17. Danach setzt man dL1 auf den errechneten Wert, fügt die erforderlichen Dämmwerte hinzu und achtet dabei strengstens darauf, dass der Phasenverlauf synchron bleibt !

18. Die Frequenz, bei der die akustische Phase wieder auseinander läuft, ist die maximale, obere Trennfrequenz für den Subwoofer. Okay, das wird niemand so weit ausreizen, weil der Schalldruck bis dahin sehr gefallen ist und nach dem Aufbrechen der Phase, die erste, starke Vielfache des Hauptimpulses oder eine Auslöschung folgt.

19. Kleiner Sidefact an dieser Stelle: Wenn man beim normalen ventilierten Bandpass Subwoofer die Ports vorn und hinten anordnen würde, ergäbe das bei der unteren Abstimmung ca. 3 dB mehr Schalldruck, weil die Auslöschung dann nicht mehr an der unteren Abstimmung zieht! Da mit AJ Horn 7, ein ventilierter Bandpass leicht simuliert werden kann, kann das jeder gern testen.

20. Sollte bis hier her jemand immer noch meinen, dass er einen reinen Dipol vor hat zu bauen, dann ist er hier falsch !

21. Dieser Subwoofer arbeitet nur unterhalb von 100 Hz als Dipol – oberhalb einer variablen Frequenz, geht die Wiedergabe fließend in eine Bassreflexwiedergabe über. Dabei ist die akustische Phase des Resonators, genau der Phasenanteil, mit dem der gesamte Subwoofer arbeitet. Es spaltet sich immer die um 90° versetzte Phase vom hinteren Wellenleiter ab !!! Der Schallanteil aus dem Resonator vorn, ist immer der bestimmende Part im gesamten Übertragungsbereich – sei es nun als Dipol oder, gemeinsam mit der hinteren Öffnung, als Bandpasslautsprecher !!!

22. Man kann die Zuständigkeiten der Gehäuseteile aufteilen, wobei diese Arbeitsaufteilung auch für den modifizierten Bandpass, mit Reflexrohren gilt. Das hintere, kleine Volumen hat die Aufgabe, das Ausschwingverhalten und die akustische Phase zu fixieren und die obere Peak Frequenz zu bilden. Das vordere, große Reflexvolumen bildet, zusammen mit der Reflexöffnung den Niederfrequenteren Peak aus und legt dessen Frequenz fest. Beide Öffnungen schwingen auf beiden Frequenzen !
Merke:
Die hintere Öffnung schwingt auf beiden Frequenzen, genauso wie die vordere !! Nur hat die hintere Öffnung, wegen ihrer Druckkammer und der größeren Entfernung, einen niedrigeren Schalldruck.

23. Es kommt nun darauf an, die Schalldruckmaxima, exakt übereinander und so eng wie möglich zusammen zu platzieren. Erst wenn das gelingt, rutscht auch die Phase im Reflexbereich übereinander !

24. Ziel bleibt also immer, die akustische Phase aus beiden Öffnungen, oberhalb des dipolaren Bereichs, synchron zu halten!! Im Bereich bis 500 Hz, hat die Frequenzweiche den Sub heraus genommen. Die 50 Hz, oberhalb von 100 Hz, werden also schon - je nach Lautsprechergröße - von der fallenden Flanke des Bandpasses reproduziert. Hier arbeitet der Sub noch nicht dipolar. Erst unterhalb von 100 Hz (das kann, je nach Membranfläche, um 50 Hz schwanken), beginnt die dipolare Abstrahlung – also genau in dem Bereich, wo uns ein Bassreflexsystem zu langsam ausschwingt! Auch wenn der Sub schon bei 100 Hz getrennt würde, lässt sich der nach dem Reflexprinzip arbeitende Part nicht heraus trennen, weil keine Frequenzweiche so steil trennt! Das verhindert der steil steigende Schalldruck, oberhalb des dipolaren Bereiches. Ich sage das lieber explizit, damit es jeder versteht.

25. Über die Länge des Wellenleiters , dem Volumen und Tiefe des Resonators, sowie der Größe und Abstimmfrequenz, der Vorkammer, der Reflexöffnung, nebst unterschiedlichen Mengen von Dämmmaterial und nicht zuletzt auch durch Verändern des Wertes von dL1 und xT1, kann der Schalldruck und Frequenz- & Phasengang des gesamten Dipols eingestellt werden. Es hat sich gezeigt, dass oft nur geringfügig längere Hornlängen als der Treiberdurchmesser, notwendig sind. Sofern Qtc und Fc vom Gehäuse verändert werden sollen, muss das Horn etwas länger, als der Schallwandausschnitt sein, um genügend Luftlast an die Membran ankoppeln zu können. Daraus entsteht erst die immense Kontrolle.

26. In den Foren tauchte in den Jahren zuvor oft die Frage auf, wo denn der Unterschied zwischen dem schrägen und dem geraden Brett läge.... AJ Horn zeigt das ganz eindeutig – weil die Luftankopplung der Membran, hinter dem bei Null beginnenden Horn, wesentlich heftiger und kontrollierter erfolgt ! Mich haut das auch jedesmal wieder um, wenn ich sehe, was mit diesem kleinen Horn erreicht wird! Ich rate aber jedem, spätestens ab 12 Zoll, dieses kleine Horn extrem stabil auszuführen. Schon ab einem 15 Zoll Lautsprecher, wird dieses Horn ohne Aluminiumversteifung, kaum stabil zu halten sein. Lautsprecher können extreme Luftdrücke erzeugen !!!

27. Man kann das Horn auch durch die Druckkammer mit einem Reflexrohr, gemittelt über der Membran, ersetzen und erhält dann einen etwas ruhigeren Phasengang, oberhalb des Einsatzbereiches. Aber die Schalldruckmaxima, liegen, statt 120 Hz, 210 Hz auseinander. Ob die Senke dazwischen noch unbedenklich ist, müssen Messungen zeigen.
SpeakerHirsch
Ist häufiger hier
#7 erstellt: 08. Mrz 2022, 07:51
Maximaler Schalldruck - Ausführung mit Horn

Maximaler Schalldruck - Ausführung mit Horn

Maximaler Schalldruckfrequenzgang - mit Reflexrohr

Maximaler Schalldruckfrequenzgang - mit Reflexrohr

akustische Phase - mit Horn

akustische Phase - mit Horn

akustische Phase - mit Rohr

akustische Phase - mit Rohr

Impedanzen - mit Reflexrohr

Impedanzen - mit Reflexrohr

Prinzipskizze Gehäuse mit Reflexrohr

Prinzipskizze Gehäuse mit Reflexrohr

Maße des Subwoofers mit Reflexrohr

Maße des Subwoofers mit Reflexrohr
SpeakerHirsch
Ist häufiger hier
#8 erstellt: 08. Mrz 2022, 08:01
28.
Wichtig ist der Qts vom zukünftigen Basslautsprecher für dieses Gehäuse. Treiber mit einem Qts von 0,35 bis 0,55 sind nötig, um eine gewünschte Gesamtgüte (Qtc) des Schwingsystems zu erreichen. Für Subwoofer im Indoor Bereich, ist ein Qtc von 0,5 das Optimum, was ja von Bassreflexboxen hinlänglich bekannt ist. Von Wänden befreit, also für Subwoofer im Outdoor/Freifeldeinsatz, ist der höhere Wert günstiger, um mehr Basspegel durch einen Qtc von 0,7 im Free Air Bereich zu erzielen. Die Geschmäcker sind hier verschieden und wer hier gern höher gehen möchte, darf das freilich auch, muss aber den hinteren Phasenverlauf im Auge behalten, weil der bei höheren Qtc heftig ansteigt und gerne einen Phasensprung generiert. Die herrlichen Chassis mit dem „Lambda Antrieb“ und ihrer besonders niedrigen Induktivität sind hier aller erste Wahl, weil sie einen besonders flachen Phasengang produzieren und so auch mit ihrem oft hohen Qts, in diesem Gehäuse verwendet werden können.

29.
Gerade im stark von Oberwellen geplagten Bereich, oberhalb von 1000 Hz, macht sich ein hoher Qms Wert besonders positiv bemerkbar, weil sich bei diesen Lautsprechern, auch ohne Dämpfungsmaterial, eine Störungsfrei fallende Kurve zu höheren Frequenzen ergibt. Lautsprecher mit niedrigen Qms Werten, können freilich auch verwendet werden, müssen im Wirkvolumen aber mehr oder weniger stark bedämpft werden, was ja immer etwas Schalldruck kostet und oft auch die Phase ins Straucheln bringen kann. Ohne Bedämpfung resonieren Membranen mit niedriger mechanischer Güte, bis über 2000 Hz hörbar hinaus – das Verhältnis zwischen Wirkschalldruck und Störschall, durch nicht enden wollende Resonanzen, ist hier wesentlich schlechter. Hier sollte man wirklich das Geld für den besseren Lautsprecher investieren.

30. Je größer das Bassreflexvolumen, umso später setzt die dipolare Abstrahlung ein. Erst eine deutliche Erhöhung der Distanz zwischen den Gehäuseöffnungen, lässt den dipolaren Wirkbereich wieder in Richtung 100 Hz und darüber hinaus wandern.

31. Je kleiner das Bassreflexvolumen, umso früher setzt die dipolare Wirkung ein – entsprechend früher endet der gleichphasige Reflexbereich. Wer also einen besonders langen dipolaren Bereich sucht, der erreicht das durch die Kopplung mehrerer kleiner Chassis- dann möglichst Impuls kompensierend angeordnet. Auch ein Line Array könnte ich mir da gut vorstellen, mit federnd leichtem Bass, der sehr tief herunter reicht, weit tiefer, als es für Musik nötig wäre aber als LFE bei Filmsound, Begeisterung auslösen wird.

32.
Bei allen Volumenänderungen am Resonator, ändern sich Qtc und Fc des Chassis dabei kaum, weil diese Werte
vom Wellenleiter ALLEIN
fixiert werden. Das ist ein beachtliches Novum unter allen Lautsprechergehäusen, dass man beim Bandpass Dipol das Hauptvolumen praktisch frei verändern kann, ohne das sich Qtc und Fc ändern !! Erst wenn man Wellenleiterlänge und seinen Öffnungswinkel oder Mundfläche verändert, ändern sich auch Fc und Qtc. An dieser Stelle kommt nochmal der Gehäusetiefe eine hohe Bedeutung zu, weil diese die akustische Phase im Reflexbereich und die Steilheit bei der Auftrennung auf die zwei Phasen, im Übergang zum dipolaren Bereich regelt!

33.
Ob ein steiler oder sanfter Übergang zum dipolaren Bereich besser klingt, ist noch völlig unbekannt. Baut es und sagt mir Bescheid.

34.
Die akustische Phase des Wellenleiters legt das minimal mögliche Reflexvolumen fest! Ist es zu klein, wird ein Phasenabriss angezeigt. Mittels Dämmmaterial kann man hier etwas tricksen aber dann muss auch das Volumen von Korb und Magnet genau bekannt sein.

35.
Der über den Dipol erzielbare Endschalldruck, ist vom Abstand beider Öffnungen und natürlich vom Schalldruck des verwendeten Lautsprechers abhängig, weshalb die meisten Bass-Gehäusedipole, eine beträchtliche Tiefe aufweisen und schwer in normale Wohnungen zu integrieren sind, da ja noch der erforderliche Mindestabstand zur Wand dazu kommt.

36.
Durch Verkürzen des Wellenleiters, schwindet die Masseankopplung, Fc und Qtc bewegen sich in Richtung Freiluftwert zurück . Weiterhin wird das höher frequente Schalldruckmaximum leiser und wandert zu höheren Frequenzen. Der Phasenverlauf zwischen unterer und oberer Resonanz, ändert sich dabei ebenfalls. Dies muss man aber anwenden, wenn der verbaute Lautsprecher sowieso schon einen hohen Qts besitzt und/oder sich die akustische Phase, wegen der Lautsprechergröße, nicht anders korrigieren lässt. Meistens trifft das auf Lautsprecher ab 18 Zoll zu, wo aber auch eine ganz normale Abstimmung mit voller Hornlänge erreicht werden kann, wenn die Abstimmfrequenz teilweise bis unter 100 Hz abgesenkt wird. Macht man das nicht, misslingt die gesamte Simulation, weil sich dann die errechneten Schalldrücke ungut verändern. Das Horn ist dann deutlich lauter, als das Reflexvolumen und die Phase dreht sich um 360 °.

37.
Auch wenn die Simulationen konkave Schalldruckverläufe zeigen, kann die reale Schalldruckkurve durch die Masseträgheit der Luft, immer nur konvex gekrümmt erfolgen.

Liste der notwendigen Mindestmembranhübe, von 6,5 Zoll bis 18 Zoll, um wenigstens 40 Hz mit annähernd vollem Pegel erreichen zu können. Aber wie schon erwähnt, muss man ja nicht so laut hören und kommt dadurch in den Genuss, eines deutlich tieferen Basses. AJ Horn zeigt das genau, wie viel Watt bis zu welcher Tiefbassfrequenz möglich sind.

Ob der volle Pegel auch die vom Hersteller angegebene Maximalbelastbarkeit ist, sollte jeder selbst feststellen. Aber in den meisten Fällen, wird die Membran vor dem Erreichen dieser Leistung an ihr Limit kommen.

6,5 Zoll = 8 mm

8 Zoll = 10 mm

10 Zoll = 12 mm

12 Zoll = 14 mm

15 Zoll = 16 mm

18 Zoll = 18 mm

Für 21 und 24 Zoll gibt es kaum Chassis, die auch nur ansatzweise genügend Hub hätten und die wenigen die es gibt, sind Handanfertigungen und kaum bezahlbar.
SpeakerHirsch
Ist häufiger hier
#9 erstellt: 08. Mrz 2022, 08:45
So - das waren 8 Seiten gespickt mit Details zum Bandpass Dipol.

Die Antwort auf die Frage, was denn das schräge Brettchen für einen Unterschied macht, fand ich immer gerechtfertigt und diese Frage wurde nie so richtig ordentlich beantwortet.

Das schräge Brett, mit dem Öffnungswinkel von 8 Grad und bei Null Halsfläche beginnend, stellt das Maximum der Luftmassekopplung an der Membran dar und regt disharmonischen Verzerrungen aber noch so geringfügig an, dass es tolerierbar ist.
Eine parallel verlaufende Gehäusewand, kann das nicht !

Dazu kommt, dass es sich keineswegs um ein "Brettchen" handelt.
Denn je nach Membranfläche, die sich dahinter befindet, muss dieser schräge Teil des Gehäuses, der massivste vom ganzen Gehäuse sein, damit er auf keinen Fall in Partialschwingungen aufbricht !

Ja, auch dickes Holz macht das, sobald ein 15 oder 18 Zöller voll dagegen hält !!!

Dieses Problem war schon an den Messungen von Kirchner zu sehen, weshalb er bei seinem 12 Zöller, Aluminium zur Versteifung einbringen musste.
Mit "Brettchen" ist da also gar nichts !!!

Meistens befinden sich auch die Impedanzen auf der Resonanzfrequenz vom Chassis und von der Hornresonanz und auch die der Reflexresonanz, in der Nähe ihres Maximums, wenn das Horn bei der passenden Länge, mit dem Winkel von 8 Grad öffnet.
Das wiederum zeigt eine hohe akustische Impedanz an.

Kurz gesagt - der Lautsprecher überträgt gewissen Schalldruck.

Dabei wird gleichzeitig die akustische Phase gerade gezogen, was die Phasendiagramme zeigen.

Letzten Endes ist es wurscht, wie man es erreicht, denn wie ich gezeigt habe, gelingt auch einer Reflexöffnung mittig über der Membran, Ähnliches .
Was zählt, ist die akustische Phase außerhalb des dipolaren Bereiches.

Fakt ist, dass mir AJ Horn um Welten mehr erzählt hat, als Kirchner bereit war, sich aus der Nase ziehen zu lassen.
Aber ich verstehe das - er wollte Geld damit verdienen.

Interessant ist, dass die Abstimmung der beiden Volumina, gar nicht so extrem auf einen Lautsprecher optimiert sind, denn wenn ich einen anderen, ähnlich potenten Woofer aus der selben Größenkategorie, eingesetzt habe, dann brachen die Kurven nicht plötzlich alle zusammen, sondern zeigten ein ähnlich gutes Verhalten.
Oder einfach mal in die Simulation von einem 8 Zöller, einen 10 Zöller rein und es kam echt gute Phasensynchronität heraus.

Die Hauptsache liegt also am Gehäuse, dass das gut abgestimmt ist. Der Toleranzbereich liegt dabei gar nicht so niedrig.
Wholefish
Inventar
#10 erstellt: 08. Mrz 2022, 16:20
Ach du heiliger Bimmbamm. Ok, das wird ne Weile dauern das durchzuarbeiten. Aber danke für dein Engagement!
Ein Bild vom Endprodukt wäre jetzt noch was
SpeakerHirsch
Ist häufiger hier
#11 erstellt: 09. Mrz 2022, 00:16
Hallo Wholefish

Nichts zu Danken, es hat mir Freude bereitet, denn es gab fast jeden Tag etwas dazu zu lernen.

Danken sollten alle Lautsprecher Interessierten Armin Jost, der AJ Horn entwickelt hat.

Das Endprodukt hätte ich auch gern schon in den Händen aber im Moment, ist es noch Theorie.

Freilich entstehen parallel zur Simulation, im Geiste Ideen, wie ich es umsetzen würde aber das ist noch im Wachsen.
Schwierig wird der Aufbau, wenn die Simulation ein sehr flaches Gehäuse vor gibt.

Es waren Simulationsergebnisse dabei, die völlig ohne Dämmung auskommen, wo jede Zugabe von Dämmstoffen, egal wo, das Ergebnis immer verschlechtert haben.
Vor allem bei besonders kleinen Gehäusen und sehr leichten Schwingsystemen kommt das vor, weil Dämmmaterial die Schwinggüte immer verschlechtert !

Sobald aber die Dämmung völlig fehlt, kann nur ein flaches Gehäuse, die Resonanzen und Vielfache des Hauptimpulses, über 1 kHz hinauf drücken, von wo sie einfacher vom Equalizer abgeholt werden können.

Aber auch hier hilft der Bandpassfilter mehr, als er schadet.
Neben der Phasensynchronisation, hält er auch den Bereich bis 1 kHz, frei von heftigen Kammfiltereffekten, unter denen offene Dipole leiden.

Bei der Simulation, die ich beim ventilierten Bandpass beginnend, zum Dipol geschrumpft habe, wo die Funktion des Horns, mittels Druckkammer und Reflexrohr erreicht wird, ist das Reflexgehäuse sehr tief.
Aber dafür zur Hälfte mit Dämmstoff gefüllt.
Anders geht es nicht, weil eine Gehäusetiefe von 60 cm, immens resoniert !
Seltsam war bei dieser Simulation auch, dass das viele Dämmmaterial in diesem Gehäuse, der akustischen Phase geholfen hat, wogegen es in der Kombination mit dem Horn und der Druckkammer darunter, oberhalb von ß 250, nahezu immer, die Phase negativ ausscheren lässt.

Ob das immer so ist, muss ich noch testen.

Wenn nun das flache Reflexgehäuse so groß ist, dass es das Horn auf der Rückseite, unfreiwillig verlängern würde, könnte ich mir vorstellen, den Treiber etwas auf die Seite zu platzieren und die Reflexöffnung folgen zu lassen und den Magneten hinten raus schauen zu lassen.
Die Öffnung rund um den Lautsprechermagnet ist dann genau die errechnete Öffnungsfläche des Wirkvolumens.
Leider geht dadurch auch hier der Hub aus der Polkernbohrung direkt nach draußen.

Fraglich ist natürlich auch, ob man einen solch mächtigen Schallwandler einzeln arbeiten lassen sollte oder ab 15 Zoll, immer Impuls kompensiert bauen muss, weil Fakt ist, dass in diesem Gehäuse große Hübe der Standard sind.
Da hilft nur viel Spanplatte, damit der Sub nicht weg wandert.

Spätestens ab dem Impuls kompensierten Aufbau, kommt man nicht umhin, die Reflexöffnung auf der Seite des Gehäuses münden zu lassen.
Leider kann man das bei AJ Horn 7 nicht explizit eingeben, weshalb ich schon sehnsüchtig auf die Version 8 warte, weil ich hoffe, dass ab der nächsten Version, die Form des Reflexvolumens am Horn und darin die Platzierung der Reflexöffnung, genauer spezifiziert werden kann.
Erst dann lässt sich sagen, welche Gehäuseform, weniger Resonanzen erzeugt.
SpeakerHirsch
Ist häufiger hier
#12 erstellt: 10. Mrz 2022, 03:07
.... ups

Ich meinte natürlich Frequenzweiche und nicht Equalizer.
Malice-Utopia
Inventar
#13 erstellt: 21. Mrz 2022, 13:15
Ich habe deine empirische Ausarbeitung nur grob überflogen. Chapeau! Ich werde sie heute/morgen Abend durchlesen. Vor Allem auch weil mich das Thema Dipol sehr interessiert. Dazu kommt noch, dass ich relativ hellhörige Wände habe.

BTW Wie ist es allgemein mit den Dipol Lautsprechern. Stimmt es, dass man sie als "Nachbarfreundlich" betiteln kann, zumindest was den Tiefton anbelangt, weil der Raum wenig(er) angeregt wird?
SpeakerHirsch
Ist häufiger hier
#14 erstellt: 22. Mrz 2022, 05:10
@ Malice-Utopia

Du sprichst mir aus der Seele !
Ich lebe in einem Haus mit 20 Wohnungen und bin selbst Schichtarbeiter.
Dazu die Lebenssituation von allein stehenden Frauen, die an so ziemlich allem etwas auszusetzen haben - vor allem an sich wiederholendem Bass !!!

Denn das ist es, was von der schönen Musik in angrenzenden Räumen übrig bleibt - Bass !

Wobei die Lautstärke, mit der man hört, zweitrangig ist. Die erreichten Frequenzen, mit ihren teils sehr langen Wellenlängen, sehen keine Wände - sie gehen einfach durch sie hindurch.

Und leider ist gerade der Bandpass Dipol, mit seinem Tiefgang, ganz sicher wieder Anlass für Ärger mit den Nachbarn oder zumindest mit der Einen Nachbarin !

Natürlich war für mich der Wunsch, wieder einigermaßen normal Musik in meiner Wohnung hören zu können, 50 % des Antriebes, mich genau mit diesem Projekt auseinander zu setzen.

Ausgehend von Kirchner's Vermutung, es könne sich um einen Kardioid handeln, war das Interesse groß, Bass gerichtet abstrahlen zu können.
Der Dipol strahlt den Bass natürlich gerichtet ab - daran ändert sich auch hier nichts.
Nur, wenn der Bass aus der Reflexöffnung, nicht mehr ausgelöscht wird, dann strahlt er wieder rund - so leid wie mir das tut.
3 bis 4 dB Schalldruckunterschied, gelten noch nicht als Kardioid, sind aber ein Anfang.

Auf der Haben-Seite bleibt, dass zügigere Ausschwingen bei langen Wellen, ohne dem langen Nachresonieren von herkömmlichen Reflexsystemen.
Und weil es unter 100 Hz ein Dipol ist, gelten 12 dB abnehmender Schalldruck pro Entfernungsverdopplung - nicht nur 6 dB !
Die Option, bei gelungener Berechnung, nur im unteren Bassbereich, zwei in 180 Grad zueinander stehende Phasen im Raum zu haben und darüber, an der Übernahmefrequenz, wieder eine einzige, sollten mehr Ruhe in die Abbildung bringen.

Negativ bleibt, eine in vielen Fällen kritische Reaktion des Subwoofers, wenn er sich mit dem Hornausgang Wänden nähert.
Aber es ist nun mal die Rückseite des Subwoofers, weshalb ich daran arbeite, dass er nicht so arg tief baut.
Für die direkten Nachbarn bleibt negativ, dass auch Bass bis 20 Hz abgestrahlt wird, wobei dessen Lautstärke nur vom möglichen Hub des Lautsprechers abhängt.
Auch 8 Zoll messende Lautsprecher schaffen das, wenn sie 12 mm Hub können.
Freilich kann so ein Lautsprecher bei dieser Frequenz nur noch mit 10 - 15 Watt belastet werden, die ihn schon seinen gesamten Hub ausführen lassen aber er gibt diese Frequenz leise wieder und das sind unsere Nachbarn einfach nicht gewöhnt !

Mein Ziel war und ist es, die erreichbare akustische Gesamtqualität von Bass zu steigern !
SpeakerHirsch
Ist häufiger hier
#15 erstellt: 23. Mrz 2022, 01:14
Weil mein langer Text zu ausführlich ist und mir laufend neue Feinheiten bei der Simulation auffallen, will ich versuchen eine Kurzfassung zur schnellen Gehäusesimulation zu erstellen.

Die Basis des Subwoofers ist ein ventilierter Bandpass, der auf eine Frequenz zwischen 80 und 200 Hz abgestimmt wird.
Das hängt vom eingesetzten Lautsprecher und dessen Größe ab.

Gebildet wird der Bandpass aus einem konischen Horn auf der hinteren Seite und einem Reflexvolumen auf der Hörseite.
Im Gegensatz zum tief abgestimmten Bandpass, wird hier nicht auf eine lineare Schalldruckkurve hin gearbeitet, sondern auf zwei maximale Schalldrucküberhöhungen.

Für den ventilierten Bandpass ist wichtig zu wissen, dass beide Öffnungen auf beiden Frequenzen schwingen!
Das Horn etwas lauter auf der oberen Frequenz und das Reflexvolumen deutlichst lauter, auf der unteren Frequenz.

Trotzdem ist das Ziel, diese beiden Maxima nicht zu unterschiedlich laut zueinander, auseinander driften zu lassen.
Denn je näher sie sich im Schalldruck ineinander verschränken:
- umso besser ist das Gehäuse in der Lage, die akustische Phase zu synchronisieren.
- umso lauter wird der erreichbare Maximalpegel.
- und umso tiefer läuft der Subwoofer mit linear fallendem Pegel zu tiefen Frequenzen, bis zum Kipppunkt, an dem der Membranhub die Schalldruckkurve steiler abfallen lässt.

Natürlich verschiebt sich dieser fließend, je nachdem wie laut man gerade hört.

Herangehensweise:

An dieser Stelle kann ich mir ein innerliches Grinsen nicht verkneifen, denn in den Jahren zuvor, hier und in anderen Foren, kam beim Vergleich zwischen dem Entwurf von Ridthaler und dem von Kirchner, öfter die Frage, ob denn dieses schräg angestellte Brett, einen so großen Unterschied darstellt....

Die Antwort darauf ist - JA !

Das mit rund 8 Grad öffnende Horn, stellt das kleinste Volumen dar, in das man einen Lautsprecher einsperren darf, ohne mit hohen Verzerrungen rechnen zu müssen.
Hier wird das gewünschte Maximum von Luft, an die Membran angekoppelt.

Das Horn ist der Dreh- und Angelpunkt des gesamten Subwoofers ! ! !

1. Deshalb beginnt auch die Simulation mit dem Horn.
Das Reflexvolumen wird mit einer großen Öffnung offen gelassen und das Vorkammervolumen wird gerade so klein gewählt, dass der Lautsprecher seinen vollen Maximalhub ausführen kann.
Für die optimale Breite des Horns habe ich bisher noch keinen zwingenden Grund gefunden - sie ergibt sich bisher aus dem Aufbau des Gehäuses, am besten Impuls kompensierend, mit einem zweiten Chassis, nebst Gehäuse.
Somit kann man mit etwas mehr, als der benötigten Korböffnung für den jeweiligen Lautsprecher beginnen und das Horn so lang machen, dass der ganze Lautsprecher gut hinein passt.

2. Bei jeder Längenveränderung, wird die Öffnung auf 8 Grad Öffnungswinkel gehalten.
Das macht man so lange, bis im Widerstandsfenster der maximal erreichbare Widerstand des Lautsprechers auf der Hornresonanz erreicht ist.
Wichtig dabei ist, auch die Impedanz über der Einbauresonanzfrequenz, nicht einbrechen zu lassen !
Es werden beide Widerstände optimiert, bis zu dem Punkt, an dem es nicht mehr weiter geht.

3. Dann ermittelt man eine realistische, maximale Differenzlänge dL1 und lässt diese im positiven Bereich stehen.
Das hat zur Folge, dass man im Fenster der akustischen Phase, den dipolaren Phasenanteil vom Horn und dessen Verhalten beobachten kann.

4. Nun wird die Abstimmfrequenz genau auf die halbe Frequenz des Horns gesetzt. Ich bin mir sehr sicher, dass es sich grundsätzlich immer um genau die halbe Frequenz des Horns handelt, auch wenn bei AJ Horn die grafische Anzeige, leicht davon abweicht.

5. Jetzt wird das Reflexvolumen so klein gewählt, dass die akustische Phase des Horns, bei +180 Grad, gerade nicht einbricht.
Die Reflexöffnung wird so groß gehalten, dass sie nicht länger als die Gehäusewand wird.
Die Gehäusetiefe bleibt so gering, dass der Luftstrom aus der Polkernbohrung ungehindert entweichen kann.

6. Danach optimiert man die Abstimmfrequenz auf das halbe Hz genau, wobei die sich bildende Resonanzfrequenz vom Reflexvolumen, im Impedanzfenster ablesen lässt.

7. Durch Volumenveränderung und Reflexrohranpassung und auch dessen Verlängerung, wird nun der maximal erreichbare Widerstand auf der tieferen Reflexresonanz gesucht.
Dabei wird so lange abgeglichen, bis wirklich alle drei Impedanzen, auf der maximal erreichbaren liegen !!!
Wobei die Phase des Horns, auf ihrem Buckel bei +180 Grad, sauber durchlaufen muss.

8. Auf Dämmstoffe wird komplett verzichtet, weil sie die Phase und die Widerstände verschlechtern.

9. Nun kann man den Wert bei dL1, mit einem negativen Vorzeichen versehen und schauen, wie der Entwurf bei der akustischen Phase, dem maximalen Schalldruck und der maximal erreichbaren Eckfrequenz, gelungen ist.
Auch wie stark der Subwoofer zu höheren Frequenzen resoniert, kann nun genau beobachtet werden.

Vor allem Subwoofer Treiber mit hoher Impedanz auf Resonanzfrequenz und bei 10k, leichter schwingender Masse Mms, ordentlich linearem Hub (über +/-10 mm) und einem mittleren bis hohem Qms und einem Qts von 0,33 bis 0,4, sind bestens geeignet.
Fs sollte um 30 Hz liegen.

Das sind die Basics für den Bandpass Dipol, mit AJ Horn 7 simuliert.
SpeakerHirsch
Ist häufiger hier
#16 erstellt: 24. Okt 2022, 00:12
Okay - es ist immer noch zu viel !

Bis heute haben wir das Problem, dass die sehr langen Wellen im Bassbereich, beim Dipol, akustisch sehr negativ auffallen.
Man hat schon im Hörraum das Gefühl, dass da irgend etwas im Bass, nicht ganz richtig klingt.

Spätestens in einem benachbarten Raum, hört man es richtig, dass da übelstes Gemulme an's Ohr dringt !

Ich habe es schon vor Jahren ausprobiert - der Mittel-Hochton klingt ganz passabel aber der Bass tanzt einfach völlig aus der Reihe !!!

Das ist auch ganz logisch, weil zwei, um 180 Grad versetzte, akustische Phasen, nahezu gleich laut, in den Raum abgestrahlt werden.
Weil man auf der Hörposition, in den Genuss der ersten Wellenfront kommt, ist dort noch alles okay aber sobald man sich aus dem Hörraum heraus bewegt, bricht die heile, akustische Welt zusammen, weil wir nebenan, das Gemisch aus beiden akustischen Phasen hören.

Dazu kommt der Umstand, dass alle offenen Dipole, in Richtung tieferem Bass, wegen dem akustischen Kurzschluss, eine doch eher leise Performance abliefern, weshalb dort oft sehr große Schallwandler zum Einsatz kommen.

Das ist bis heute Stand der Dinge.

Wir kennen die geschlossene Bauweise, Bassreflex, Hornsysteme, Transmissionline und Mischsysteme daraus.
Besonders Aufmerksame wissen, dass ein Bassreflexsystem unterhalb seines -6dB Bereiches, in die dipolare Abstrahlcharakteristik über geht.

Was passiert also, wenn man ein Reflexgehäuse über 100 Hz abstimmt, der Lautsprecher aber eine viel tiefere Freiluft-Resonanzfrequenz besitzt ?

Richtig, es kommt nur oberer Bass heraus aber unterhalb der -6dB Frequenz, dehnt sich noch ein Bereich von mindestens 60 Hz, im dipolaren Bereich aus.

Der Schalldruck ist dort noch nicht so doll und die akustische Phase eiert noch irgend wo herum.

Im Bassbereich, unterhalb 300 Hz, ist das menschliche Ohr nur wenig präzise, weshalb es hier relativ große Schalldruckänderungen gnädig bewertet.

Ein Reflexsystem wird lauter, je kürzer sein Reflexrohr wird.
Das soll im neuen Lautsprecher angewendet werden.
Besser, wir verwenden gleich eine Transmissionline ähnliche Form, die ganz ohne "Rohr" aus kommt und als Ganzes resoniert.
Sozusagen, ein offener Resonator, mit den geringsten Verlusten.

Aber leider hebt dieses Gehäuse noch immer Einbauresonanz des Lautsprechers an und kann die akustische Phase nicht steuern.
Sein dipolarer Schalldruck, ist zu leise.

Setzen wir nun den Lautsprecher hinter die Gehäusewand hinein und zwar so tief, dass der Membranhub kaum aus dem Gehäuse ragt und darüber, ein kurzes Horn, erhalten wir ein Horn, mit vorgelagerter Druckkammer.

Egal wie kurz dieses Stummelhorn gegenüber Meter langen, gefalteten Hörnern auch sein mag - es ist in jedem Fall ein Horn und besitzt auch zu 100%, dessen Eigenschaften !!!

Über diese Stelle im Verständnis einzelner Gehäuseformen, rutschen die meisten Interessierten hinweg, ohne diesem Umstand, gebührenden Respekt zu zollen !

Also Obacht - dem ist wichtig.

Jedes Horn verstärkt den Schalldruck, gemäß seiner Länge und der Öffnungsfläche, bei entsprechender Halsfläche und dem Druckkammervolumen X.

Das klingt schwierig, ist aber eigentlich recht einfach.

Weil dieses hier bei allen Maßen, sehr kleine Werte besitzt, ist es nicht in der Lage, Bass unter 100 Hz, lauter wiederzugeben, nein, es tut das Gegenteil und verringert den möglichen Bassanteil gewaltig !!!

Hier wird also ein Horn verwendet, um Bass zu vernichten !

Das ist etwas völlig Neues im Lautsprecherbau, da ja sonst allgemeinhin, jede Bauform darauf aus ist, Frequenzbereiche zu verstärken, geschieht hier das Gegenteil, vor dem Membrankegel oder der Flachmembran.

Somit ergibt sich ein Aufbau, aus einer Transmissionline, mit möglichst großem Öffnungsquerschnitt auf der einen Seite und einem Minihorn, mit kleiner Druckkammer, auf der anderen Seite.

Es sind somit die Bedingungen für eine dipolare Abstrahlcharackteristik gegeben.

Die akustische Arbeitsweise ist folgende:

1. durch den beengten Raum im Horn, kann die Luft nicht sofort entweichen und muss zum Teil, den Hub der Membran mit gehen

2. dadurch wird mehr Masse an die Membran gekoppelt und die Einbauresonanz des Lautsprechers sinkt (sein Schalldruck auch etwas)

3. gleichzeitig bildet das Horn eine heftige Schalldruckspitze aus

4. diese Spitze liegt oberhalb von 200 Hz und ist vom Membrandurchmesser abhängig aber es wird fast kein Bass unterhalb von 100 Hz mehr abgestrahlt, die geringe Größe des Horns verbietet das absolut !!!

5. zusätzlich steuert das Horn, die akustische Phase des gesamten Subwoofers (sehr wichtig)

6. die Rückseite der Membran, regt das Transmissionlinegehäuse zum schwingen an und bildet eine Schalldrucküberhöhung, zwischen 100 und 200 Hz aus

7. beide Öffnungen schwingen nun auf beiden Schalldruckspitzen aber nur aus dem Transmissionlinegehäuse, kommt tiefer Bass heraus, weil diese Gehäuseart, genau den umgekehrten Verlauf eines Horns darstellt

8. am Frequenzgang bildet sich der typische Verlauf eines doppelt ventilierten Bandpasses, welcher hier aber aus keinen Reflexgehäusen gebildet wird aber trotzdem dessen Eigenschaften besitzt

9. denn beide akustischen Phasen, aus beiden Öffnungen, addieren sich im Schalldruck, weil sie phasengleich abstrahlen, auch wenn das Horn bis zu 85 cm entfernt, nach hinten abstrahlt

10. wenn der Weg um das Gehäuse 85 cm beträgt, besitzt das Horn auf der Rückseite, einen deutlich geringeren Schalldruck, gegenüber der Transmissionline-Öffnung, auf der Hörseite (das gilt auch für jede Reflexbox, weshalb Reflexöffnungen grundsätzlich immer in die Nähe der Membran gehören!!!)

11. der dipolare Bereich, beginnt in jedem Falle, erst unterhalb von 90 Hz, also erst in dem Bereich, in dem ein übliches Reflexsystem, immer langsamer ausschwingt und das lang anhaltende Resonieren der Massen im Reflexgehäuse, den Impuls so unschön verschmiert

12. das wird in diesem System verhindert, da es sich unter 90 Hz, um einen Dipol handelt, dessen Schwingsystem unter 100 Hz, keinerlei Gehäuse mehr "sieht", da der Hub, vom darüber arbeitenden Bandpass, gesteuert wird - ein solches Wirkprinzip, gibt es bei keinem anderen Gehäusetyp

13. natürlich ist auch hier die akustische Phase um 180 Grad versetzt, weil aber dieser Frequenzbereich um ca. 30 dB leiser abgestrahlt wird, kommt es zu keiner Auslöschung mehr im Tiefbass und auch die um 180 Grad gedrehte, akustische Phase, kann vernachlässigt werden !

14. das hat zur Folge, dass viel kleinere Membrandurchmesser und somit geringere schwingende Massen, sich als vollwertiger Dipol Basslautsprecher eignen

15. und zusätzlich wurde der negative Beitrag, der um 180 Grad versetzten, akustischen Phase gegenüber dem offenen Dipol, eliminiert

16. etwaige Behauptungen, es handele sich hier um eine cardioide Abstrahlung, entsprechen nicht der Wahrheit, da der umlaufende, tief frequente Schall, nur noch ganz marginal hinter der Box ausgelöscht wird

17. auch die akustische 8 des offenen Dipols, ist beim BandpassDipol nicht mehr vorhanden, sofern das Gehäuse massiv genug ausgeführt wurde


Lustig ist, dass auch diese Erklärung der Funktion, einige Worte benötigt.


Daher nochmal ganz kurz:

1. ein lauterer Dipol, für Wohnräume schon mit 20 cm Durchmesser möglich

2. ist nur im benötigten Bereich ein Dipol, darüber ein Bandpass

3. besitzt nur eine akustische Phase

4. sehr tief reichender, schneller Bass

5. nicht einfach aufzustellen, weil freie Aufstellung zwingend nötig

6. recht große Baugröße, wobei die Tiefe, auch in die Höhe gebaut werden kann

7. benötigt Lautsprecher mit linearem Hub, über 10 mm pro Seite

Ich werde einen Prototyp bauen, weiß aber noch nicht, wann das in dieser angespannten, wirtschaftlichen Situation, umgesetzt werden kann.


[Beitrag von SpeakerHirsch am 24. Okt 2022, 00:17 bearbeitet]
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