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Lautsprecherentwicklung für das Elektroakustik Labor

1. Abbildung 127 Impedanzfrequenzgang mit ohne Impedanzkorrektur Die Simulation zeigt eine sehr gutes Ergebnis f r die berechneten Korrektur deren Verwendung f r optimale Wirkung der realisierten Tiefpassfilter unbe dingt notwendig ist Die Impedanzkorrektur bleibt daher f r alle nachfolgenden Simulationsschritte aktiviert 22 2 3 Simulation des Saugkreises In Abbildung 128 ist die simulierte Wirkung des Resonanzfilters im Tiefmittel tonzweig zu erkennen Ohm deg 60 00 Ohne Resonanzfilter Mit Resonanztilter 50 00 F Total impedance phase 50 00 40 00 30 00 HT te I 20 00 l 10 00 AU soo Katz Pele 0 00 HHH LHH Esa CTT i q ii 20 Hz 50 100 500 1000 5000 10000 20 Hz 50 100 500 1000 5000 10000 50 00 D 2way mag D AL170 mit Saugkreis mag Abbildung 128 Impedanz und SPL Frequenzgang mit ohne Saugkreis Es ergibt sich wie erw nscht die gr te Wirkung des Filters bei den st rksten Eigenresonanzen des Chassis im Bereich um 6 kHz 123 22 2 4 Simulation mit Hoch und Tiefpass 1 Ordnung In Abbildung 129 sind die Simulationergebnisse f r Impedanz und SPL Fre quenzgang mit Realisierung einer Frequenzweiche 1 Ordnung dargestellt I
2. 100 E GF200BRT15cmoD 80l GF200BRT15cmhD H a EZE GF200BRT25cmoD H E N S S E a E 2 E a 80 y L Frequenz in Hz Abbildung 72 Vergleich der Impedanzfrequenzg nge des Bassreflexgeh uses 82 17 2 SPL Messungen des Bassreflexgeh uses Nachfolgende SPL Frequenzangmessungen des Lautsprecherchassis entspre chen den bereits in Kapitel 17 1 beschriebenen Konfigurationen Die Messungen werden teilweise im Vergleich dargestellt Theoretisch sollten sich die Kurven dabei im Mittel und Hochtonbereich decken was jedoch nicht immer der Fall ist Die teilweise auftretenden undefinierten Welligkeiten der SPL Frequenzg nge werden durch bisher ungekl rte Messartefakte bei der Messung mit ARTA vgl Teil verursacht Bez glich dieses Problems wurde von uns bereits mit dem Programmierer des Softwarepakets Kontakt aufgenommen Eine L sung gibt es zum Zeitpunkt der Fertigstellung dieser Projektdokumenta tion leider noch nicht Die abgebildeten Messdaten sind trotzdem als verl sslich einzustufen weil sich die Messartefakte erstens bei der Nahfeldmessung f r den tieffrequenten Bereich gar nicht bemerkbar machen und im Mittel und Hochton bereich sich die Variation durch die Messartefakte im Mittel ausgleichen Zudem ist der Mittel und Hochtonbereich f r die Betrachtung der Bassreflexbox nicht relevant 17 2 1 Tunnell nge 15cm Abbildung 73 zeigt den SPL Freq
3. Abbildung 150 Vorlage f r geschlossenes Geh use in Projekt Templates Die kopierte Vorlage wird daraufhin in das neue Simulationsprojekt einge f gt vgl Abbildung 151 und durch den obligatorischen Anschluss eines Signal generators und eines Masseanschlusses an den mit einem roten X gekennzeich neten Anschlusspunkten erg nzt Beispieldatei TS geschlossene Box Beispiel 1 1sp Die Vorgehensweise soll durch die Abbildungen I5TJundT52 verdeutlicht werden AS ema page LI Edit Simulate Man form Graph Passive Analog digital Box cabinet Other el all e x a e gt 1 E dQudspeaker unit CL o Enter brand here Enter model here Ei 4 r 101 3 Abbildung 151 Einf gung einer Vorlage in LspCAD Pro 148 Edit Simulate Main form Graph Passive Analog digital Box cabinet Other o al 1 3 a 8 gt 1 El 3 oudspeaker unit CL o enerator 1 d 000v nter brand here y Enter model her zl H 133 Abbildung 152 Obligatorische Schaltungselemente Generator und Masse Alle Schaltungsbauteile die auch in den Vorlagen verbaut sind sind im Programmfenster Schema zu finden Sie k nnen in jeder Schaltung frei mit einander verbunden werden Dem Benutzer ergeben sich damit alle erdenklichen M glichkeiten der freien Konstruktion und damit zum freien Experimentieren Beispieldatei T_ geschloss
4. Vorderansicht R ckansicht ARTA Messbox P Ch Right Vlch Left Amp In Abgri gt y In2 In Leistungsverst rker Multimeter Audiointerface Chassis Abbildung 13 Front und R ckansicht der ARTA Messbox e Schalter SW1 Schaltet zwischen Impedanzmessung 1 mit Referenzwi derstand und SPL Messung 2 um Die Stellung off bewirkt ein Stumm schalten des Lautsprecherausgangs e Schalter SW2 Schaltet zwischen Messung 1 und Kalibrierung 2 um Die Stellung off bewirkt ein Stummschalten des linken Ausgangs F r die SPL Messung hat dieser Schalter keine Bedeutung da der linke Ausgang nicht genutzt wird 15 Abgriff R SW VW y Rrer 28 Q pue ledanzmessun an m al 2 O eu SPL Messung y Imp Kalibrierung 2 1 Imp Messung E WA LS Out E Zener Dioden 3 9 V 6 3 mm Klinkenausgang 4 mm Bananenbuchse Abbildung 14 Schaltplan der ARTA Messbox Mit den Zenerdioden D D4 werden die Eing nge der Audioschnittstelle vor zu hohen Spannungen gesch tzt maximal 3 9V Die Masse des Leistungs verst rkers und der Audioschnittstelle ist durch Rm getrennt Da der Ausgang des Leistungsverst rkers direkt in die Eing nge der Audioschnittstelle geleitet wird wurde an diesen ein Spannungsteiler vorgeschaltet Somit ist es m glich auch mit h heren Pegeln zu arbeiten ohne die Eing nge der Audioschnittstelle zu bersteuern Das Spannungsteilerverh ltnis k ergibt sich aus den Widerst nden R1 Ra bzw R
5. Freie Verbindungen editieren Mausbelegung Abbildung 86 Weiche 1 O mit Spannungsteiler in Hochtonweg Boxsim V1 04 VISATON Edition noname BPJ o S Datei Bearbeiten Chassis amp Enbau Verst rker 1 Optionen Extras Hilfe F Gang Imped Phasengang max Pegel F Gang Polarplots B ndelung Chassis F Gang elektr IV Frequenzgang Einzelchassis zeigen a I Energiefrequenzgang zeigen Frequenzgang Gesamtbox elle Verst rker und Chassis SPL dB i Z Ohm L28 105 4 f f Lo 100 24 a r22 f mi S ch Lia 05 IV 16 a 4 H N 14 73 4 70 65 4 e 4 55 50 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000 Amplitude gesamt AL 170 8 Ohm 1 G 25 FFL 8 Ohm 2 Berechnung war erfolgreich Abbildung 87 SPL Verlauf Weiche 1 O mit Spannungsteiler an Hochtonweg 97 19 5 3 Impedanzkorrektur f r den AL170 Um nun die Wirkung des Tiefpassfilters zu verbessern wollen wir als n chstes eine Impedanzkorrektur f r die Schwingspuleninduktivit t des AL170 einbauen Weicheneditor Verst rker 1 bernehmen Abbruch Fenstergr e PU hm mittel Y Anzeige f r Spulen Bezeichnung AL 170 8 AWert Zi Chassis 1 Druckansicht 5 00 Ohm nicht aktiviert Freie Verbindungen editieren Mausbelegung A
6. Abbildung 92 Weiche 2 O Boxsim V1 04 VISATON Edition C Wokumente und EinstellungenWaniel STUDIOWesktopWBoxsimProjekteWertige Weiche 20 BPJ Datei Bearbeiten Chassis amp Enbau Verst rker 1 Optionen Extras Hilfe F Geng Imped Phasengang max Pegel P Polarplots B ndelung Chassis F Gang elektr I Frequenzgang Einzelchassie zeigen E Energiefrequenzgang zeigen Frequenzgang Gesamtbox alle Verst rker und Chassis SPL d8 T Z Ohm 28 105 26 100 t24 l t22 90 85 E so 4 75 W I 20 10 8 65 1 6 60 p4 55 4 d L 50 d 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000 Amplitude gesamt AL 170 8 Ohm 1 G 25 FFL 8 Ohm 2 Berechnung war erfolgreich Abbildung 93 SPL Verlauf Weiche 2 O 100 Durch den steileren Flankenabfall der Filter ergibt sich von Grund auf schon ein besseres Gesamtbild Wie man sieht sind die st renden Faktoren hnlich der Weiche 1 Ordnung deshalb haben wir die gleichen Korrekturschaltungen vorgenommen und erhalten folgendes Ergebnis Weicheneditor Verst rker 1 Fenstergr e 33 0 Ohm f 3 30 Ohm mittel Y Anzeige f r Spulen Wert IChassis 1 0 50 Ohm IChassis 2 Druckansicht nicht aktiviert 5 00 Ohm Bezeichnung Amp a AL 170 8 10m Ciezs
7. 168 99 ISO R ckansicht des Mehrwegegeh usedg 105 100 _Frontansicht des Mehrwegegeh used 106 101 Seitenansicht des Mehrwegegeh useg 107 102 Sicht auf das Mehrwegegeh usd 2 2 2 2 2 2 nn nennen 108 103 _ R ckansicht des Mehrwegegeh useg 109 104 Schaltplan der fertigen Frequenzweichd 110 105 __ Frequenzgang des Tieftonwegs der FW 111 106_ Freguenzgang des Hochtonwegs der FW 111 107 SPL Frequenzgang Al170 in Geh usd 112 EE 112 109 Filter 1 Ordnung verpolt vs unverpolt 113 EE 113 111 Filter 2 Ordnung verpolt vs unverpolt 114 112 Filter 1 Ordnung vs 2 Ordnung unverpolt 114 113_ Filter 1 Ordnung vs 2 Ordnung verpolt 115 REDE 115 115 Filter 1 Ordnung ohne vs mit Saugkreis 22 2 2222 116 116 Filter L Ordnung mit vs ohne Vorwiderstand Ll eg A 116 EECHER 117 118 Polardiastamim Mehrireres stem mnit Filter 1 Ordnume Ga 118 119 Polardiagsramm Mehrwegesvstem mit Filter 2 Ordnung 118 120 _Sonosramm Mehrwegesvstem mit Filter 1 Ordnung 119 121 Sonogramm Mehrwegesystem mit Filter 2 Ordnung 131 Dialogfeld Measurement Setup EEE ae ia e de 132 Dialogfeld Calibrate Input Channels nach der Kalibrierung 133 Analyse der Thiele Small Para
8. 18 4 3 Berechnung der berganssfrequenzen 89 18 4 4 Berechnung von Schwingspulen Impedanzkorrekture 90 18 4 5 Berechnung von Saugkreisen 90 19 Aufbau des Systems in Boxsi 90 reside end des 91 EE EE 91 o een da Ed a 94 ANN A 95 19 5 1 Hoch und Tiefpass 1 Ordnung 96 ee E 97 EE 98 99 E AA re 100 A Nee Bee ei 102 102 EE 102 AA e e h aya a a a a 110 aa Ed ds 110 ais nda dia dro dad 110 111 21 1 Frequenzgang der Frequenzweichg 111 21 2 SPL Verlauf der einzelnen Chassis im Geh use 112 21 3 SPL Verlauf des Systems mit FrequenzweichQ 112 21 3 1 Hoch und Tiefpass 1 Ordnung gt o soa seses a 113 21 3 2 Hoch und Tiefpass 2 Ordnung 2 2222220 114 E EE 114 21 3 4 Impedanzkorrektur f r den ATI 115 21 3 5 Saugkreis f r die Resonanz der Membran des A1170 116 ER 116 21 4 Gestopft vs Ungestopftl 2 222222 2 mn nn nen 117 a ee ee dnd dica de 117 ENEE 118 SEET 119 120 22 1 Simulationsaufbaul pas cda 2 228 8 88 na a an 120 Da ee e 120 12 Tiefmi SE 121 EE 122 EE 122 dae 123 22 2 3 Simulation des Saugkreises 123 22 2 4 Simulation mit Hoch und Tiefpass 1 Ordnung 22 2 5 Simulation mit Hoch und Tiefpass 2 Ordnung 125 VII Messen mit ARTA 126 23 LIMP Impedan 126 23 1 Messmethodd 126 23 2 Einstellunsen y aci
9. Modified Abbildung 149 Freie Projektbezeichnungen in LspCAD Professional Anschlie end wird aus dem Vorlagenprojekt die Vorlage f r ein geschlossenes Geh use ausgew hlt Hierzu wird zun chst im Hauptfenster Main aus der Projektauswahl der Reiter Templates aufgerufen Die von uns gew nschte Vorlage f r das zu simulierende geschlossene Ge h use ist mit Loudspeaker unit CL bezeichnet und befindet sich im Pro grammfenster Schema auf der dritten Projektunterseite Das Programmfens ter Schema muss sich im Editiermodus befinden Die gesamte Vorlage muss mit der Maus markiert werden vgl Abbildung 150 Die Untermen s zum Kopieren und Einf gen sind durch einen Rechtsklick mit der Maus zu erreichen 147 S Schema page 3 Edt Simulate Marion Passive Analog digtal Box cabinet Other O elite 3 a 8 gt e eedereee scrot down io see gieler a nene urt ct Aessen Loudspeaker unt PR D a u Si 2 Er P le HLEH d G SE Sf ae ES T aier alos j Copy Enter bran Enter vrand here Enter brand here Enter moue Erter model here Enter model here sa o e dess ung BIO L Jegen S ai iE SF 60 d m o Kn E here ple Se e e brand here Frder merini here Prior Entar moria hara
10. 40 00 I 30 00 20 00 T 10 00 A EN 20 Hz 50 100 500 1000 5000 10000 50 00 LHE G25FFL mag AL170 2way mag RE Total SPL phase V T oT LC ZS 20 Hz 50 100 500 1000 al 17 H 5000 10000 Abbildung 125 Impedanz und SPL Frequenzgang ohne Weiche Verursacht durch Interferenzerscheinung erwarten wir uns aus der Summen bildung der Chassiswiedergabekurven starke Einbr che im berlappungsbereich der beiden Chassis welcher ohne Simulation der Frequenzweiche entsprechend breit ist Abbildung I26 zeigt das Simulationsergebnis der Summenkurve beider Lautsprecherchassis und best tigt unsere Erwartungen Ib Total SPL mag B Total SPL phase 20 Hz 50 100 500 1000 5000 10000 Abbildung 126 SPL Frequenzgang Summe ohne Weiche 122 22 2 2 Simulation der Impedanzkorrektur In Abbildung 127 ist der Vergleich des Impedanzfrequenzgang mit und ohne Impedanzkorrektur im Tiefmitteltonzweig abgebildet Ohm deg 4 60 00 z z Ohne Impedanzkorrektur Mit Impedanzkorrektur 50 00 Total impedance phase 1 I O 71 50 00 aooo JL CO i 30 00 j E 117 Hy 0 00 d api 20 00 50 00 10 00 melt OT ge 20 Hz 50 100 500 1000 5000 10000
11. Die Bauteile wurden auf eine Lochplatine aufgel tet und in einem passenden Holzgeh use untergebracht Als Deckel wurde eine Aluminiumplatte verwen det Hier befinden sich Anschlussterminals und Schalter sowie ein Ausdruck des Schaltplans auf robuster Klebefolie So konnte gew hrleistet werden dass die Bauteile bei flexibler Verwendung nicht besch digt werden und ein schnelles Umschalten zwischen den verschiedenen Filtereinstellungen m glich ist Schalterbelegung TT Saugkreis an oben aus unten TT Filterordnung 1 Ordnung oben 2 Ordnung unten TT Trennfrequenz f r Filter 1 Ordnung TF1 oben TF2 unten TT Impedanzkorrektur an links aus rechts HT Filterordnung 1 Ordnung oben 2 Ordnung unten HT Trennfrequenz f r Filter 1 Ordnung TF1 oben TF2 unten HT Vorwiderstand 3 30 TT Parallelkondensator Filter 2 Ordnung eingangsseitig links oder aus gangsseitig rechts Sollte f r korrekte Funktion der FW stets ausgangs seitig geschaltet sein 00 JC OG G H r 110 21 Messungen 21 1 Frequenzgang der Frequenzweiche Der korrekte Frequenzgang der Weichenwege wurde mit einer Messung an einem 8N Lastwiderstand berpr ft Hierbei ist zun chst ein Fehler im Tieftonzweig der Weiche aufgefallen Der Kondensator im Parallelzweig des Filters 2 Ord nung wurde auf der Eingangsseite verdrahtet was einen Kurzschluss zu hohen Frequenzen zur Folge hat Das Layout wurde daraufhin korrigiert Mit Schal
12. Estimated Current Right 1528 6 1528 6 mV Estimated Current 1054 1054 my D I 0 5579 0 5579 dB 20 20 mvjPa Abbildung 136 Dialogfeld Soundcard and Microphone Calibration Das Kalibrierungsmen ist in drei Abschnitte unterteilt 1 Ausgang der Audioschnittstelle Erzeugte Generatorspannung a Der Ausgang der Audioschnittstelle wird mit ei Soundcard full scale output mv nem Voltmeter RMS verbunden 1 Connect electronic voltmet f E Ee b Generate sinus 500Hz dr cken ARTA erzeugt en ein Sinussignal mit w hlbarer Amplitude wobei 2 Generate sinus 500H2 empfohlen wird die Grundeinstellung 3d B bei Output level 3dB KA zubehalten 3 Enter voltmeter scope value c Wert vom Voltmeter in das Textfeld eingeben in 875 mYrms Kei 4 Estimate Max Output mV d Estimate Max Output mV dr cken Sek SL e Der veranschlagte Wert f r Max Output wird im 1054 Herr ag Feld Estimated angezeigt f Wenn das Ergebnis plausibel erscheint wird mit Accept der veranschlagte Wert als aktueller Wert f r LineOut Sensitivity bernommen 133 2 Pegeldifferenzen der Eing nge abgleichen Soundcard full scale input mv 1 Connect sine generator with known output voltage on Left KL 2 Enter voltage peak or rms 1054 mv rms Bi 3 Estimate Max Input mv Channel Estimated Current Left 1433 4 1433 4 mv Right 1528 6 1528 6 mY D I 0 557
13. ImpedanceGF200 ImpedanceGF200AddedMass T 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 23 Impedanz Frequenzgang Messung GF200 Zusatzmasse 41 52g 25 Tabelle enth lt die Ergebnisse der Thiele amp Small Parameter Berechnung aus LIMP f r das Laborchassis Visaton GF200 Parameter Messwerte Herstellerangaben fos 29 57 Hz 30 0 Hz Rs 6 20 Q 5 8 Q Ls 2 03649 mH 1 3 mH at 0 40 0 34 Qe Mk 0 43 0 37 Qm Mk 5 16 4 12 Mg oS 30 96 g 25 0 g Ems 1 115637 kg s 0 672983 kg s Cm Ma 0 000935 m N 0 001064 m N Va Ma 60 07 I 68 0 1 An 213 82 cm 214 0 cm Bl 9 099043 Tm 9 2 Tm Tabelle 1 Thiele Small Parameter Visaton GF200 9 3 SPL Frequenzgang Der Frequenzgang des Chassis ohne Schallf hrung wurde im Fernfeld durchge f hrt SPL Frequenzgang GF200 oS FF Schalldruck in dB Abbildung 24 SPL Frequenzgang GF200 ohne Schallf hrung 100 Frequenz in Hz 26 I 1000 10000 10 Visaton 17 cm Tiefmittelt ner AL170 10 1 Abmessungen Abbildung 25 zeigt die Abmessungen des verwendeten Laborchassis AL170 der Firma Visaton Visaton AL170 85 mm 148 mm Abbildung 25 Laborchassis Visaton AL170 10 2 Thiele Small Parameter Nachfolgend ist die Impedanz Frequenzgang Messung ohne und mit einer Zu satzmasse von mz 18 53g abgebildet Impedanzverlauf T Impedanz in
14. Teil V Messung der Laborgeh use Die folgenden Messergebnisse zeigen auf wie gut theoretische Berechnungen mit der Praxis bereinstimmen Dazu wird sowohl auf verschiedenen Impedanzfre quenzg nge als auch auf entsprechenden SPL Frequenzg nge der jeweiligen Chassis Geh use Kombination eingegangen und die zu beobachtenden Fffekte genauer erl utert Weiters werden die Einfl sse bei Stopfung der Geh use mit D mmmaterial behandelt 16 Geschlossene Geh use Nachfolgende Messungen beziehen sich auf die in Kapitel TA vorgestellten ge schlossenen Geh use 16 1 Impedanzmessungen 16 1 1 Kleines geschlossenes Geh use hoher G te Der Impedanzfrequenzgang des Lautsprecherchassis im kleinen unged mmten geschlossenen Geh use mit Ma yG brutto 7 8 861 Volumen ist in Abbildung 58 zu sehen Unseren Erwartungen entsprechend sollte diese Geh use Chassikom bination in einer Geh useresonanzfrequenz von fgg 77 Hz resultieren vgl Kapitel 14 3 1 Die Analyse der abgebildeten Messung ergibt einen Wert von Le 79 Hz und liegt damit nur knapp 2 6 ber dem theoretisch berechneten Sollwert Impedanzverlauf 100 Ei 2 Impedanz in Q gt 0 1 10 100 Frequenz in Hz GF200 V9l oD 1 10 100 Frequenz in Hz Abbildung 58 Impedanzverlauf 9 71 Geh use ohne D mmung 70 16 1 2 Geschlossenes Geh use mittlerer Gr e Der Impedanzfrequenzgang des Lautspre
15. le AL170 2way Loudspeaker unit BR 24 el Boch 2 2830V Hochpass 2 Ordnung Bei Deaktivierung sind beide Schalter zu 201 deaktivieren ED 4704 E ED 33 0uF S r L a 5 000hm d Impedenzkorrektur f r Schwngspuleninduktivit hohe Frequenzen zl lo ALI7O DIN Abbildung 124 Mehrwegesimulation Visaton AL170 Der dargestellte Aufbau Schalterkonfiguration entspricht der Simulation 121 mit Messdaten in LspCAD vgl Kapitel PT mit aktivierter Frequenzweiche zweiter Ordnung inklusive Resonanzfilter und Impedanzkorrektur im Tiefmit teltonzweig 22 2 Simulationsergebnisse Die Simulationsergebnisse st tzen sich auf die in Kapitel 20 2 1 vorgestellten und f r das Labor praktisch realisierten Frequenzweichen 22 2 1 Simulation ohne Weiche Nachfolgend stellt Abbildung 125 die Simulationergebnisse f r Impedanz und SPL Frequenzgang ohne Filterschaltungen dar Es ist zun chst keine Summe der SPL Frequenzg nge von Hochton und Tiefmitteltonzweig zu erkennen Leider l sst sich in LspCAD Pro vorliegender Version kein getrennte Darstel lung der Phase der beiden Chassis erreichen wodurch sich aus der Abbildung lediglich die Phasensumme herleiten l sst Ohm deg dB deg 60 00 f T Total impedance mag Generator 1 i Generator 2 H an 50 00 IF Total impedance phase 50 00 100 0 d j
16. AAA dl E a 0 E A soo 200 N HH 10 00 WE EE UE NA Pr Bett 0 0 15 00 geng po 0 00 15 00 Hi 0 1000 HH 20 00 Jl 100 0 50 00 u A D G Total SPL mag 5 00 H i 25 00 D1 mag F 1 Total SPL phase 1990 L gt Hz 000 Lo Hz 20Hz 50 100 500 1000 5000 10000 20Hz 50 100 500 1000 5000 10000 Abbildung 169 SPL und Impedanzverlauf ohne geladene Messdaten Es bedarf somit nachfolgend einer Anpassung der Simulationsschaltung also dem Laden der vorliegenden Messdaten Hierzu wechselt man zur ck ins Pro jektfenster Schema welches sich weiterhin im Simulationsmodus befinden muss 161 27 1 Treibereinstellungen Ein Mausklick auf das Lautsprecherchassiselement als roter Lautsprecher dar gestellt ffnet das Fenster Driver edit in dem s mtliche KonfigurationerlA vorgenommen werden und die vorliegenden Messdaten geladen werden k nnen vgl Abbildung 170 New Clone Delete General Driver parameters Driver Parameters Rel location Orientation dx 10 0 x 00 dr 0 0 y 00 dz 0 0 SPL data Imported data Filename Not in use Browse Scaling 0 0 dB Smooth None y Delay 0 0 us Dif axis simulation Piston x Circular _y Radius 10 0 mm Impedance data Filename Not in use Browse Scaling 11 0 Abbildung 170 Fenster zur Eingabe der Lautsprechermessdaten Durch anklicken v
17. Ems Die mechanische Nachgiebigkeit der Aufh ngung m N Lambdas Cms Kriechfaktor Vas quivalentvolumen 1 Sa Membranfl che cm Bl Wandlerkonstante N A Paz Die maximale Eingangsleistung W Keen maximale lineare Auslenkung mm hy Luftspalth he mm Luc H he der Schwingspule mm Reb und Leb Tabelle 10 bersicht ber Parameter f r T S Simulation Anschlie end kann das Konfigurationsfenster geschlossen werden Beispiel datei T_S geschlossene Box Beispiel 3 lsp 26 2 Defintion des Geh usevolumens Jetzt soll die fehlende Definition des Geh usevolumens erg nzt werden Dazu wird ein Mausklick im Programmfenster Schema auf das mit einem gro en Rechteck eingerahmte Geh usedefinitionsfenster ausgef hrt um die in Abbil dung 156 dargestellte Ansicht zu erhalten 152 Closed box Closed box y Optimize Description Clone Delete Iw Advanced Box Radiation Abbildung 156 Der Closed Box Reiter Dieses Fenster ist im brigen ausschlie lich bei Verwendung von Projektvor lagen zug nglich vgl Abbildung 50 und beinhaltet einen u erst praktischen Wizard zur Bestimmung der optimalen Geh usegr e vgl Abbildung 157 welcher nachfolgend verwendet wird Alignment Q 0 707 Butterworth max flat amplitude 1 y eriy Abbildung 157 Der Closed Box Wizard Mit der standardm ig definierten Butterworth Ab
18. Ohm la f H2 Phase EN Import 20 6 063 20 5663 20 5626 6 074 20 5626 5 001 21 141 6 0944 21 141 4 95 21 7357 6 0917 21 7357 4 847 223472 61013 ei 22 3472 4 464 Ok Abbruch Abbildung 79 Laden der G25FFL Daten f r Chassis 2 19 3 Eintragen der Geh usedimensionen Jetzt werden unter Chassis amp Einbau Gemeinsames Au engeh use die Geh usedimensionen eingegeben Boxsim Option gemeinsames Au engeh use F r alle Chassis die in einem gemeinsamen Au engeh use sitzen k nnen Schallwandgeometrien und Positionen hier einfacher festgelegt werden als in den Chassisdialogen AL 170 8 Ohm 1 G 25 FFL 8 Ohm 2 IV gem Au engeh use IV gem Au engeh use Abstrahltichtung Abstrahltichtung nach vom nach vom Maba 25 Maba 24 Made 11 Made 11 Loba Die Ma e a und c gelten jeweils ab der linken unteren Ecke der Seitenfl che auf die das jeweilige Chassis montiert ist Ma h em Mabb 122 Ma t em Fasen an der Frontwand Fase links 1 cm Fase rechts Fase oben 1 cm Fase unten ac Abbildung 80 Eingeben der Geh usedaten 92 Es werden die Au enma e des Geh uses wie in 8 3 1 gew hlt eingegeben das Innenvolumen werden wir sp ter f r das AL170 direkt eingeben Die Lage der Chassis auf der Frontplatte werden ebenfalls hier angegeben es ist darauf zu achten dass eem Au engeh use ausgew hlt ist Zum Innenvolumen Zu
19. Schalldruck in dB 1 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 30 SPL Frequenzgang A1170 in DIN Schallwand 30 Teil IV Entwurf von Geh usen Durch die Wahl neuer Laborchassis war eine Neukonstruktion von Laborge h usen n tig Die Dimensionierung der vorher bestehenden Laborgeh use h tte zum Einen nicht zu den neuen Laborchassis gepasst zum Anderen waren die bestehenden Laborgeh use materiell sehr abgenutzt und daher nicht mehr f r einen guten Laboralltag zu gebrauchen 14 Geschlossene Geh use Unsere anf nglichen berlegungen ber neue Dimensionierungsm glichkeiten f r das Laborchassis Visaton GF200 f hrte uns sehr schnell zur Idee geschlos sene Geh use Chassis Kombinationen verschiedener G ten zu realisieren Der Aspekt der Erweiterung des eigenen praktischen Horizonts sowie die daraus zu erzielende didaktischen Wirkung bei Studenten der Lehrveranstaltung Elek troakustik Labor vor allem auch bei einem abschlie enden H rversuch der ge schlossenen Geh use stand dabei im Vordergrund Letztendlich haben wir uns f r die Konstruktion dreier geschlossener Geh u se Chassis Kombinationen verschiedener Gesamtg te y ya entschlossen 14 1 Abstimmung des Geh usevolumens Grundlage folgender Berechnungen stellen die in Kapitel MM in Tabelle vorge stellten selbst gemessenen Thiele amp Small Parameter dar Nach Grabail WS 2006 07 Kapitel 7 2 gilt f r das quivalente Luftvolumen des
20. 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz 8000 Hz 16000 Hz Abbildung 118 Polardiagramm Mehrwegesystem mit Filter 1 Ordnung Polarplot Mehrwegesystem 2 Ordnung 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz 8000 Hz 16000 Hz Abbildung 119 Polardiagramm Mehrwegesystem mit Filter 2 Ordnung 118 21 7 Sonogramm deg Directivity sonogram 0dB 150 0 BS 5 0 100 0 75 50 0 10 0 0 0 125 15 0 50 0 17 5 100 0 150 0 we 25 0 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20k Frequency Hz Mehrwegesystern mit Frequenzweiche 1 Ordnung Abbildung 120 Sonogramm Mehrwegesystem mit Filter 1 Ordnung deg Directivity sonogram 0dB 150 0 25 5 0 100 0 7 5 50 0 10 0 0 0 125 15 0 50 0 17 5 100 0 200 150 0 225 25 0 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20k Frequency Hz Mehrwegesystem mit Frequenzweiche 2 Ordnung Abbildung 121 Sonogramm Mehrwegesystem mit Filter 2 Ordnung 119 22 Simulation des Systems in LspCAD Pro Die Bedienung von LspCAD Professional wird in Teil VIII detailliert beschrie ben Wir wollen daher in diesem Abschnitt nur grob den Simulationsaufbau des Mehrwegesystems in LspCAD beschreiben und auf einige wenige Besonderheiten hinweisen die bei der Simulationskonfiguration n tig sind Haupts chlich besch ftigt sich dieser Abschnitt jedoch mit der Auswertung und Eval
21. F r die Messung von Impulsantworten wurde der interne Mikro fonvorverst rker der Schnittstelle genutzt 6 1 2 Mess Mikrofon Als Messmikrofon wurde das Kleinmembran Kondensator Mikrofon TL4006 der Firma DPA verwendet F r dieses Mikrofon steht eine aktuelle Kalibrierungs kurve zur Verf gung o Magnitude dB 5 40 H 3 0 HHH 20 1 0 H 0 0 1 0 2 0 EE 3 0 A0 AU A 30 10 100 1000 10000 Cursor 15 0 Hz 1 9 dB Frequency Hz Abbildung 11 Kalibrierungskurve des TL4006 SN 2110503 14 Magnitude dB 5 0 10 100 1000 10000 Cursor 15 0 Hz 0 8 dB Frequency Hz Abbildung 12 Kalibrierungskurve des TL4006 SN 2110504 6 1 3 Leistungsverst rker Als Leistungsverst rker kam der regelbare Stereo Studio Verst rker RA 300 der Marke Alesis zum Einsatz 6 1 4 Messbox Um die Verwendung der Messumgebung zu erleichtern wurde eine Messbox f r den Betrieb mit ARTA nach einem Vorschlag des Entwicklers modifiziert und umgesetzt Mateljan 12006 Sie erm glicht eine einfache Verbindung der Mess hardware und stellt zudem die M glichkeit bereit zwischen den verschiedenen Betriebsmodi umzuschalten
22. Kombination bei etwa 65 Hz befindet Die Abbildung zeigt die f r Butterworth B2 Abstimmungen charakteristischen Messergebnisse vgl Kapitel P4 12 16 2 3 Gro es geschlossenes Geh use geringer G te Abbildung 3 zeigt den SPL Frequenzgang des Lautsprecherchassis im gro en stark ged mmten geschlossenen Geh use mit V gG brutto 581 Volumen SPL Frequenzgang 100 T GF200V54IhD 95H A Schalldruck in dB 50 1 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 63 SPL Frequenzgang 53 81 Geh use hohe D mmung Die 3dB Grenzfrequenz der Chassis Geh use Kombination l sst sich hier nicht so leicht definieren Die Kurve f llt allerdings zu tiefen Frequenzen hin deutlich flacher ab was den theoretischen Erwartungen enstpricht 74 16 3 Einfluss von D mmmaterial Abbildung 64 und 66 zeigen die Einfl sse auf den Impedanzfrequenzgang bei Stopfung eines geschlossenen Geh uses mit D mmmaterial im Vergleich zum gleichen leeren geschlossenen Geh use Hierzu wurde das geschlossene Geh use mittlerer Gr e mit V gG brutto 7 22 061 Volumen vgl Kapitel 14 3 2 zun chst mitteldicht und anschlie end dicht mit Mineralwolle gestopft 16 3 1 Impedanzfrequenzgang bei mitteldichter D mmung Die Analyse der Vergleichsmessung aus Abbildung 64 zeigt zun chst eine Absen kung der Resonanzfrequenz um etwa 2 Hz bei mitteldichter D mmung des ge schlossenen Geh uses B
23. O HE Lt TI O O Abbildung 4 Elektrische Ersatzkomponenten der Luftankopplung Die zus tzliche Kapazit t ergibt sich zu _ 2Mos BI Wird das Chassis ohne Schallf hrung betrachtet so kommt es hierbei zu einem akustischen Kurzschluss zwischen Vorder und R ckseite der Membrano berfl chen Deshalb ist hier von evaneszenten Abstrahlungseigenschaften aus zugehen und es entsteht kein zus tzlicher reeller Anteil einer Strahlungsimpe danz wie dies beim Einbau in ein abgeschlossenes Volumen oder eine unendliche Schallwand der Fall w re 2 4 Gesamtes Ersatzschaltbild unter Freiluftbedingungen RIC O O Abbildung 5 Ersatzschaltbild unter Freiluftbedingungen Somit ergibt sich die Gesamtkapazit t Cy os zu Mg oS B1 L Li R Rm 3 Impedanz Frequenzgang Die Bestimmung aller Thiele Small Parameter ist rein aus dem elektrischen Impedanz Frequenzgang eines Lautsprechers m glich Wir wollen deshalb als n chstes den typischen Impedanz Verlauf eines Tief oder Mitteltonchassis be trachten vernachl ssigen hierbei zun chst nach wie vor die akustische Ankopp lung an die Luft da diese f r die verschiedenen Einbauformen variiert 3 1 Betrag und Phase des Impedanz Frequenzgangs Der Betrag der Eingangsimpedanz des Lautsprechers ist in Abb 6 skizziert Scheinwiderstand 1 1 Z R il R WLs 4 s Jw st stjwLbs R i Mk
24. Output Device HDSP9652 ADAT 3 4 WaveFormat 16 24bt C 32bit Extensible V 140 Amplifier Interface Lineln Sensitivity 433 49 LineQut Sensitivity ETT mV peak left ch 1433 49 mWpeak left ch 1054 Ext left preamp gain L R channel diff dB 0 557974 Ext right preamp gain 0 11 Power amplifier gain 1 Microphone jw Microphone Used On LeftCh v Sensitivity mV Pa Save setup Load setup Cancel Abbildung 137 Dialogfeld Audio Devices Setup Unter Setup Audio Devices werden abschlie end die korrekten Verst r kungsfaktoren eingetragen Am rechten Eingang wird der Spannungsteilerfaktor k eingetragen und am linken Eingang der Verst rkungsfaktor des Mikrofonvor verst rkers Da eine zweikanalige Messung durchgef hrt wird ist der Verst r kungsfaktor des Leistungsverst rkers uninteressant er wird bei der Messung automatisch korrigiert ACHTUNG Die Faktoren werden nicht in dB eingetragen 24 2 Messung der Impulsantwort Die Erstellung einer Messung mit einem exponentiell ansteigenden Sinussweep erfolgt nun folgenderma en ber Record Impulse Response wird das Fenster f r die Messung ge ffnet In der Registerkarte f r die Sweep Messung k nnen weitere Parameter f r den Signalgenerator und f r die Aufzeichnung eingestellt werden Der linke Kanal wird als Prefered input channel ausgew hlt Mikrofonsignal und du al channel measurement mode wird aktiviert Referenzkanal somi
25. cherchassis skizziert Eine Schwingspule S liegt im Magnetfeld B eines Perma nentmagneten Flie t ein Strom I durch die Spule so wirkt auf sie eine Lor entzkraft Fjorentz An der Spule ist eine konusf rmige Membran angebracht die von Sicke und Spinne elastisch in Position gehalten wird In der Mitte befindet sich meist eine Staubschutzkalotte in manchen koaxial angeordneten Mehrwe gesystemen wird hier der Hocht ner eingebaut einige Hersteller bringen hier auch Radiatoren an die die Abstrahlungseigenschaften verbessern sollen Die mechanischen Eigenschaften der Membrankonstruktion lassen sich durch eine mechanische Masse mmg die Federsteifigkeit der Membranaufh ngung Sm Ma bzw ihrem Kehrwert einer Nachgiebigkeit Cm ma sowie dem mechanischen Widerstand Hat beschreiben Die Membran dient zur Ankopplung an die Luft Abh ngig von der Einbau form kommen hier weitere Parameter der akustischen Dom ne zu tragen Magnetfeld B und Stromrichtung T stehen senkrecht zueinander daher gilt f r die auf die Schwingspule der L nge l wirkende Lorentzkraft Florenz B 1 I Das Produkt B l gibt das bersetzungsverh ltnis von Strom zu resultierender Kraft in der Schwingspule an es wird auch als Wandlerkonstante bezeichnet und ist in den meisten Herstellerangaben zu finden 2 Ersatzschaltbild unter Freiluftbedingungen 2 1 Elektrische Dom ne Die Schwingspule wird im Ersatzschaltbild in Abb 2 vereinfacht durch die In duktivit t L
26. 142 Beispiel eines fertigen Polardiagramms E Directivity pattern Untitled dpf Polar plot Directivity sonogram Frequency Hz 50 100 200 500 10k 20k Frequency Hz Mode Sonogram palettelet 25 4 copy a Contoured 7 Range dB B W Abbildung 143 Beispiel eines fertigen Sonogramms 141 24 4 Exportieren von Messdaten Um die Messdaten f r andere Programme zu Verf gung zu stellen k nnen die bearbeiteten SPL Verl ufe in ARTA im ASCII Format exportiert werden Hier f r dient der Befehl Export Export ASCI WICHTIG Es wird das exportiert was aktuell im Analysefenster angezeigt wird Overlays werden nicht beachtet Im Men View kann eingestellt werden was ARTA anzeigen soll So kann z B entweder die Betrags oder die Phasen information oder auch beides gemeinsam exportiert werden W hlt man den Export als txt Datei wird ein Header erzeugt in dem die relevanten Informationen des Exports stehen Die Werte f r Frequenz Betrag und Phase werden in dieser Reihenfolge mit Tabstops getrennt und zeilenweise exportiert W hlt man das Format frd nur bei Betrag und Phase wird der Header beim Export weggelassen Dies erm glicht einen einfachen Datenaus tausch mit anderen Programmen Etwas seltener gebraucht aber durchaus n tzlich ist die Export Funktion f r die Impulsantwort Im Hauptfenster von ARTA w hlt man File Export und das gew nschte Exportformat z B ASCII oder wav Datei Im ASCH Expo
27. 2 83V Tabelle 9 Thiele Small Parameter mit Limp berechnen 130 23 6 Exportieren der Messdaten Um einen einfachen Datenaustausch mit anderen Programmen zu gew hrleis ten bietet LIMP die M glichkeit Messungen im ASCII Format zu exportieren Hierzu w hlt man File Export ASCII as und das gew nschte Format Zur Wahl stehen Commented txt mit Header der die wichtigsten Messinforma tionen enth lt oder Plain zma mit puren Messdaten Die Werte von Frequenz Betrag und Phase werden in dieser Reihenfolge mit Tabstops getrennt und zei lenweise exportiert 131 24 ARTA Impulsantwort und SPL Verlauf Mit dem Programmteil ARTA kann die Impulsantwort eines Systems gemessen werden Hieraus lassen sich ber Analysetools Schalldruck Frequenzgang SPL Verlauf und Polardiagramme erstellen Auch hier werden wir wieder einen kur zen berblick ber die wichtigsten Funktionen geben eine genaue Beschreibung des Programms ist in der Bedienungsanleitung zu finden Mateliadl 2008a 24 1 Kalibrierung Um korrekte Aussagen ber den tats chlichen SPL Verlauf machen zu k nnen ist es wichtig dass der Messaufbau kalibriert ist und Verst rkungsfaktoren kor rekt in den Messeinstellungen eingegeben werden Unter Setup Audio De vices werden zun chst die genutzten Ein und Ausg nge der Audioschnittstelle eingestellt 24 1 1 Mikrofonkalibrierungsdatei Ist f r das verwendete Messmikrofon eine Kalibrierungsdatei vorhanden so
28. 420 x 220 1 R ckwand 182 x 382 1 Seitenwand 420 x 301 2 Deckel Boden 182 x 301 2 Tabelle 8 Schnittliste f r ein Geh use des Mehrwegesystems 103 ISO Frontansicht G25FFL Fr stiefe 2mm 420mm AL170 Fr stiefe 5mm Abbildung 98 ISO Frontansicht des Mehrwegegeh uses 104 ISO R ckansicht 420mm 220mm N Abbildung 99 ISO R ckansicht des Mehrwegegeh uses 105 Frontansicht Be 220mm G25FFL 76mm 7 G25FFL 104mm TAI170 180mm 420mm TAI170 148mm y It BR6 8 35mm Abbildung 100 Frontansicht des Mehrwegegeh uses 106 Seitenansicht 320mm x 420mm x A 301mm Abbildung 101 Seitenansicht des Mehrwegegeh uses 107 Aufsicht u 182 mm f 77 19mm MDF 320mm ok A 220mm Abbildung 102 Sicht auf das Mehrwegegeh use 108 R ckansicht Be 220mm x 420mm 74mm ed 83mm x Be 182mm G Abbildung 103 R ckansicht des Mehrwegegeh uses 109 20 2 Frequenzweiche 20 2 1 Schaltplan der fertigen Frequenzweiche O L 0 68 mH Abbildung 104 Schaltplan der fertigen Frequenzweiche 20 2 2 Aufbau der Weiche
29. 8 Bei leichter Abweichung von der mittigen Abstimmung spricht man von hoch fu gt fus bzw tiefabgestimmten fo lt fus Bassreflexgeh usen was in der Praxis durchaus legitim ist um definierte Wiedergabeeigenschaften zu erhalten Ein m glicher Impedanz und SPL Frequenzgang eines leicht hochabgestimm ten Bassreflexsystems ist in Abbildung 53 ersichtlich Impedanzverlauf SPL Frequenzgang SPL gesamt mittig EI J SPL Chassis mittig 85 SPL BR mittig Impedanz in Q Frequenz in Hz Schalldruck in dB Imp mittig Fa Frequenz in Hz Abbildung 53 Impedanz und SPL Frequenzgang hohe Abstimmung Es ist zu erkennen dass die Chassis Geh use Kombination einen w n schenswert flachen SPL Frequenzgang ohne berschwingen aufweist Wie nachfolgend auch in Kapitel 5 3 erl utert ist nicht mit jedem Lautsprecher chassis ohne Weiteres eine mittige Abstimmung h 1 zu erreichen Obige Abstimmung wurde mittels des SBB4 Alignments dimensioniert vgl Kapitel 15 3 Dadurch ist f r jene Chassisg te die diesem Beispiel zu Grunde liegt ein dementsprechend flacher SPL Frequenzgang der Chassis Geh use Kombina tion gew hrleistet Die bertriebener Hoch bzw Tiefabstimmung wird als Fehlabstimmung be zeichnet und sollte in der Praxis tunlichst vermieden werden So neigen deutlich zu hoch abgestimmte Bassreflexsysteme zu h
30. 8294 0 31 Tabelle 7 Ausschnitt einer QB Tabelle f r Or 7 15 5 Tunnelabmessung Nach der Festlegung des Geh usevolumens von Vya 53 91 und der Helmholtz resonanzfrequenz von fu 29 88Hz gilt es nun die geeigneten Tunnelabmes sungen f r den Bassreflextunnel zu finden 15 5 1 Ideale Betrachtung Zun chst ein Blick auf die Tunnelberechnung die m glichst ideale Vorrausset zungen zur Vermeidung eventuell entstehende Nebeneffekt bei der Schallwieder gabe mit Bassreflexgeh usen schafft N ach Graben ws 2006 07 Kapitel 7 3 gilt f r eine geeignete Tunnelquer schnittsfl che 2 Ap 2 0 EE fu i Mu max 9 Maut aa stellt das gr te durch die Membran verschobene Luftvolumen in m dar und ergibt sich aus Mut maz Au UM max CM van Stellt den maximale linearen Membranauslenkung laut Herstellerda tenblatt dar und wird in unserem Fall mit M maz 20mm angenommen Aus IM mas 20mm und gegebener Membranfl che von Sy 213 82 cm siehe Tabelle D folgt unmittelbar VM mazr 0 02138 m 2 107 m 0 0004273 m Die Fl che der Bassreflex ffnung sollte daher nach Formel 9 mindestens Ann gt 0 SE 29 88 Hz 0 0004273 m 0 0102 m 102 cm m 66 betragen Der Mindestradius der Bassreflex ffnung liegt somit bei Apo rga A 25 7 cm T Die Tunnell nge f r unsere idealen Bassreflextunnel ergibt sich nun aus der Theorie des Helmholtzresonators nach Grabe WS 2006 07 Kap
31. 90 Weiche 1 O mit Saugkreis Boxsim V1 04 VISATON Edition noname BPJ ak Datei Bearbeiten Chassis amp Einbau Verst rker 1 Optionen Extras Hilfe F Gang mped Phasengang max Pegel F Gang Polarplots B ndelung Chassis F Gang elektr IV Frequenzgang Einzelchassis zeigen I imped E Energieftequenzgang zeigen Frequenzgang Gesamtbox elle Verst rker und Chassis SPL dB Z Ohm 28 105 4 26 100 Las 95 4 t22 90 4 20 y 18 85 SS He 80 4 Ha ai K n 4 Ho 8 65 Ri 60 J 4 55 e so 4 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000 Amplitude gesamt AL 170 8 Ohm 1 G25 FFL 8 Ohm 2 Berechnung war erfolgreich Abbildung 91 SPL Verlauf Weiche 1 O mit Saugkreis 99 19 5 5 Hoch und Tiefpass 2 Ordnung Nun f gen wir die Filter 2 Ordnung ein Den Spannungsteiler belassen wir direkt in der Schaltung da die Angleichung der zwei Chassis nicht durch den Filtertyp beeinflusst wird Zu beachten ist die aus dem Phasengang der Filter hervorgerufene Notwendigkeit der Verpolung Graber WS 2006 0 os Fenstergr e 4 70 pF 3 30 Ohm 1 mittel EI Anzeige f r Spulen Bezeichnung Amp AL 170 8 1 00 mH Druckansicht nicht aktiviert R Wert Chassis 1 0 50 Ohm Freie Verbindungen editieren Mausbelegung
32. ARTA Messbox 15__Messaufbau zur Loopback Messung EE EE 20 ___Messaufbau f r Impedanzmessungen mit LIMP 23__ Impedanz Frequenzgang Messung GF200 Zusatzmasse AL 52q 25_ Laborchassis Visaton AL170 2 a a a aaa aaa EES CARA a a 41 Frontansicht geschlossenes 22 9 Geh use 42 Seitenansicht geschlossenes 22 91 Geh use 43 Sicht auf das geschlossene 22 91 Geh use HA AA 48 Frontansicht variables 53 81 Geh use 167 49 _ Seitenansicht variables 53 81 Geh usd 55 50 Sicht auf das variables 53 8 Geh usd 22222220 56 51 _R ckansicht variables 53 81 Geh use 22 222 22220 57 52 BassCADe Berechnung des Chassiseigenvolumens Impedanz und SPL Frequenzgang hohe Abstimmung Impedanzverlauf 22 91 Geh use ohne D mmung 71 Impedanzverlauf 53 81 Geh use hohe D mmung EE 72 m Laden der G25FFL Daten f r Chassis J 2 222 22 20 92 80 Eingeben der Geh usedaten 92 EURER 93 82 _ Eingabe des Innenvolumens f r das AL170 94 83 __ Bestimmung der Tunnelabmessung 95 EE 96 EEE UNE 96 A 97 AA 98 EE o dis 99 91__SPL Verlauf Weiche 1 O mit SaugkreiS 99 92 Weiche 2 Ol se c da sa a Ai ned 100 93 SPL Verlauf Weiche ZO 100 CAR EE 101 ENEE 101 pava aos 103
33. Des Weiteren wird auf Grund des Durchmessers der Membran eine starke B ndelung zu hohen Fre quenzen zu erwarten sein die ab ca 1 2kHz bemerkbar sein wird Um diesen Kriterien mit dem Hocht ner entgegenzukommen wurde eine Hochton Kalotte mit 2 5 cm Durchmesser gew hlt Die Trennfrequenz sollte somit in den Bereich 1 5 2kHz gelegt werden k nnen 18 3 Geh useabstimmung Wie anfangs erw hnt soll das fertige System eine kompakte Bauform erhalten Als Vorgabe f r das Volumen wurden 20 Liter gew hlt Das Geh use soll zudem einen abgestimmten Bassreflextunnel erhalten Um das quivalenzvolumen et was zu vergr ern und gleichzeitig Geh useresonanzen zu minimieren soll das Geh use ausreichend mit D mmmaterial gef llt werden Um die Wirkung der Bassreflextunnel zu wahren sollten diese hierbei frei bleiben 18 3 1 Abmessungen Die Au enabmessungen der Lautsprechergeh use wurden aus stehtischen Ge sichtspunkten folgenderma en festgelegt H he x Breite x Tiefe 420mm x 220mm x 320mm 1 91 1 1 45 Durch die Materialwahl von 19mm MDF Platten mitteldichte Faserplatten ergeben sich folgende Innenabmessungen H he x Breite x Tiefe 382mm x 182mm x 282mm Das Gesamtvolumen betr gt somit Vuws 3 82dm 1 82dm 2 82dm 19 6l 18 3 2 Stopfen mit D mmwolle Das Geh use soll ausreichend mit D mmwolle gestopft werden um innere Re flexionen zu vermeiden Es ist au erdem zu erwarten dass die Abstimmfre
34. F r geschlossene oder ventilierte Lautsprecher Systeme gilt 277 rar T dM M k 1 2 _ e gt 2 e je A r M Jo 8 4 3 Zusammenf gen von Fern und Nahfeldmessung Es sollte einen berlappenden G ltigkeitsbereich von Fern und Nahfeldmessung geben fu lt fo um die beiden Messungen nahtlos zusammenf gen zu k nnen Im berlappungsbereich muss eine bergangsfrequenz gew hlt werden an der die beiden Messungen nun zusammengef gt werden F r die Nahfeldmessung muss zun chst noch eine Pegelkorrektur stattfinden um sie an das Fernfeld anzupassen siehe 8 5 3 85 Korrekturen 8 5 1 Skalierung auf Normabstand Entspricht der Abstand d der Fernfeldmessung nicht dem Normabstand dn Im so kann sie wie folgt an diesen angepasst werden Skalierungsverh ltnis 7 d Skalierungsma 20 log D 8 5 2 Anpassen einer Bassreflex ffnung an Chassismembran Um eine Nahfeldmessung der Bassreflex ffnung mit der ffnungsfl che A Bo an die Membranfl che Ay der Chassismembran anzupassen wird wie folgt skaliert Ap M Skalierungsverh ltnis An Skalierungsma 20 log 22 M 23 8 5 3 Nahfeldmessung an Fernfeld anpassen F r Kugel Strahler gilt Struck 1994 8 473 Skalierungsverh ltnis Ee Skalierungsma 20 log a F r Halbkugel Strahler unendliche Schallwand gilt Skalierungsverh ltnis Em Skalierungsma 20 log CG 8 5 4 Beugung an der Schallwand Misst man den Schalldruck Fre
35. Frequenzgang Einzelchassis zeigen I imped zeigen I Energieftequenzgang zeigen Frequenzgang Gesamtbox alle Verst rker und Chassis SPL dB Z Ohm 105 100 4 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000 Amplitude gesamt AL 170 8 Ohm 1 G 25 FFL 8 Ohm 2 Berechnung war erfolgreich Abbildung 96 SPL Verlauf Vergleich der Weiche mit 1 O und 2 O 20 Konstruktion 20 1 Geh use Nach 3 Auflage 2005 Kapitel 6 sollten Chassis versenkt montiert werden um Beugungseffekte an der Schallwand zu minimieren Diese Vorgabe wurde beim Mehrwegesystem konsequent umgesetzt S mtliche Chassisverschraubungen wurden f r die Gew hrleistung einer lan gen Haltbarkeit der Laborgeh use durch Gewindeverschraubungen realisiert Die Laborgeh usen wurden dazu innen mit Einschlagmuttern versehen und diese entsprechend mit Epoxidharz fixiert Weiters wurden die Geh use mit einer praktischen internen Steckverkabe lung versehen Die Kabelenden wurden mit Bananensteckern entsprechender Farbe rot schwarz versehen die eine schnelle und sichere Verbindung zu den Laborchassis erm glicht Die Laborchassis wurden dazu mit entprechenden Bananenbuchsen versehen Die Verkabelung ist intern fix an die installierten Anschlussterminals verl tet 102 Abbildung 97 Geh use des 19 6 Mehrwegegeh uses Das Mehrwegegeh use ist in A
36. Gr e ist in Abbildung 38 zu sehen Es fasst ein Luftvolumen von 22 91 vgl Kapitel 4 1 Die Innenbema ung der Geh use wurde bereits bei der Abstimmung des Geh uses in Kapitel Z I festgelegt Aus der folgend ersichtlichen Geh usekonstruktion und der gegebenen In nenbema ung ergibt sich folgende Au enabmessung H he x Breite x Tiefe 498mm x 322mm x 213mm Abbildung 38 Geschlossenen 22 91 Geh use Die Geh usekonstruktion wurde entsprechend der bereits f r das geschlos sene Geh use mit 9 7 Volumen angef hrten Gr nde aufgebaut Es ergibt sich dadurch die in Tabelle A dargestellte Schnittliste f r die Einzelbauteile des Ge h uses Bauteil Ma e L x B in mm St ckzahl Schallwand 498 x 322 1 R ckwand 460 x 284 1 Seitenwand 498 x 194 2 Deckel Boden 194 x 284 2 Tabelle 4 Schnittliste geschlossenes 22 9 Geh use Die auf den folgenden Seiten dargestellten Konstruktionszeichnungen dienen der grafischen Verdeutlichung des Geh useaufbaus 43 ISO Frontansicht 6 Fr stiefe GF2 498mm e 213mm Abbildung 39 ISO Frontansicht geschlossenes 22 91 Geh use 44 ISO R ckansicht 3mm Fr stiefe Anschlugsterminal 213mm a Abbildung 40 ISO R ckansicht geschlossenes 22 OI Geh use Frontansicht 322mm 84mm l K 189mm 222mm 498mm Abbildung 41 Frontansicht geschlos
37. JWMMk 1 Ge Gp nea BB e EE Zu tiefen Frequenzen reduziert sich die Impedanz auf den reellen Wert des Verlustwiderstands der Schwingspule Z Rg Der Parallelschwingkreis zwischen L und C ergibt eine Resonanzfrequenz von 1 Wpar Res LC Die Impedanz an dieser Stelle ist ebenfalls reell Z Rs R Aus Lg und C ergibt sich ein Serienschwingkreis mit einer weiteren Resonanz frequenz 1 Wser Res ESO Die Impedanz ergibt sich hier wieder zu Z Rg Oberhalb wser Res bildet C n herungsweise einen Kurzschluss die Impedanz ergibt sich hier also zu Z Rs jwLs Impedanzverlauf a 3 Impedanz in Q i E De i iii i Ai 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz GF200 oS i i 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 6 Typischer Impedanzverlauf eines Tieftonchassis 3 2 G tefaktoren Die G te Q eines schwingungsf higen Systems ist ein Verh ltnisma und gibt den Energieverlust im Verh ltnis zur gespeicherten Energie jeweils pro Schwin gungsperiode an D Appolitd I Aufiaze 2005 Wird mehr Energie pro Schwin gungsperiode im System gespeichert als durch die D mpfung verbraucht wird dann wird der Wert f r den G tefaktor gr er als 1 F r unser Lautsprecher modell bekommen wir also einen G tefaktor f r die mechanische sowie f r die elektrische Seite Die Gesamtg te setzt sich aus diesen beiden G tewerten zu sammen 3 2 1 Mechanische G te Qm Mk Betrachtet man nur d
38. Q 0 i i 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Phase in ImpedanceAL170 H N A ImpedanceAL170AddedMass T 60 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 26 Impedanz Frequenzgang Messung AL170 Zusatzmasse 18 53g 27 Tabelle Plenth lt die Ergebnisse der Thiele amp Small Parameter Berechnung aus LIMP sowie den Vergleich mit den f r das Laborchassis Visaton AL170 Parameter Messwerte Herstellerangaben fos 41 02 Hz 38 0 Hz Rs 5 50 Q 5 6 Q Ls 1 19606 mH 0 91 mH Qg Mk 0 49 0 39 Qe Mk 0 54 0 43 Qm Mk 5 42 3 88 Mg o8 14 15 g 13 0 g Ems 0 672983 kg s 0 672983 kg s Cm Ma 0 001064 m N 0 001064 m N Va Ma 26 33 1 26 33 1 Am 132 73 cm 132 73 cm Bl 6 104248 Tm 6 9 Tm Tabelle 2 Thiele Small Parameter Visaton AL170 10 3 SPL Frequenzgang Der Frequenzgang des Chassis ohne Schallf hrung wurde im Fernfeld durchge f hrt SPL Frequenzgang Al170 0S FF Schalldruck in dB a a T Abbildung 27 SPL Frequenzgang Al170 ohne Schallf hrung 100 Frequenz in Hz 28 fi 1000 10000 11 Visaton 25 mm Hochtonkalotte G25FFL 11 1 Abmessungen Abbildung 28 zeigt die Abmessungen des verwendeten Hocht ners G25FFL der Firma Visaton Visaton G25FFL 2 mm 24 mm oe 75 mm Abbildung 28 Laborchassis Visaton G25FFL 12 Vergleich mit dem Herstellerdatenblatt Es zeigt sich dass sich
39. Ziel eines Boxen Entwicklers sein 18 1 Entwurfskriterien Umgesetzt werden soll ein ventiliertes passives Zwei Wegesystem bestehend aus einem Tiefmittelt ner und einer Gewebekalotte als Hocht ner Das Geh usevo lumen wurde auf 20 Liter beschr nkt was eine kompakte Bauform zulassen soll Die Frequenzweiche soll f r Laborzwecke extern untergebracht sein um sie va riabel zu gestalten und das System f r weitere Erg nzungen offen zu halten so ist z B die Umsetzung als aktive Variante nachtr glich m glich Auch kann so mit einer Echtzeitsimulation der Frequenzweichenschaltung wie es mit LspC AD Pro m glich ist gearbeitet werden um weitere Optimierungen vorzunehmen 18 2 Chassiswahl Da wir gute Erfahrungen mit den High End Chassis der Firma Visaton ge macht haben fiel die Entscheidung f r den Tiefmittelt ner relativ schnell auf ein Chassis aus der AL Serie deren Vertreter eine Aluminiummembran aufweisen Das Al170 erschien f r den Einsatzzweck ideal da es mit 17 cm erwartungsge m eine ausreichend niedrige Resonanzfrequenz haben sollte Das Prinzip der Aluminium Membran hat einen mechanischen Nachteil Es entsteht eine starke Resonanz im Bereich von ca 5 5kHz die auf Biegeschwingungen der Membran selbst zur ckzuf hren ist Diese Resonanz liegt oberhalb des Frequenzbereichs in dem das Chassis eingesetzt werden soll Somit ist eine steile und m glichst 87 tiefe Trennung innerhalb der Frequenzweiche wichtig
40. den SPL Frequenzgang des Lautsprecherchassis im kleinen unged mmten geschlossenen Geh use mit Ma yG brutto 7 8 861 Volumen 72 SPL Frequenzgang T GF200 Val Schalldruck in dB a a T 50 1 1 i 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 61 SPL Frequenzgang 9 71 Geh use ohne D mmung Die Abbildung zeigt einen Schalldruckpegel von 804B SPL bei einer Fre geunz von etwa 120 Hz Ausgehend davon dass ein Chassis dieser Dimension als Basstreiber genutzt wird k nnen wir annehmen dass sich die sogennan te 3dB Grenzfrequenz der Chassis Geh use Kombination bei etwa 75 Hz befindet Die Abbildung zeigt die f r Chebychev C2 Abstimmungen charak teristischen Messergebnisse vgl Kapitel 14 1 1 16 2 2 Geschlossenes Geh use mittlerer Gr e Abbildung 62 zeigt den SPL Frequenzgang des Lautsprecherchassis im ge schlossenes Geh use mittlerer Gr e mit V gG brutto 22 06l Volumen SPL Frequenzgang T GF200V23loD 95H 90 85H 80H r Schalldruck in dB 70 65H 50 1 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 62 SPL Frequenzgang 22 91 Geh use ohne D mmung Die Abbildung zeigt einen Schalldruckpegel von 804B SPL bei einer Fre 73 qeunz von etwa 150 Hz Ausgehend davon dass ein Chassis dieser Dimension als Basstreiber genutzt wird k nnen wir annehmen dass sich die sogennante 3dB Grenzfrequenz der Chassis Geh use
41. die aus dem Impedanzverlauf berechneten Werte stark von den Herstellerangaben unterscheiden Allerdings ist zu beachten dass die Parameterwerte im Einzelnen noch keine Aussage ber Korrektheit einer Mes sung machen da sich die Werte sehr leicht durch die Messbedingungen ndern wie z B durch die angelegte Spannung Erst im Zusammenspiel der Parame ter bei den Dimensionierungsvorschriften f r Geh use sollten sich einigerma en reproduzierbare Werte ergeben Es empfiehlt sich die eigens bestimmten Thiele Small Parameter zu verwenden da Serienstreuungen nicht unerheblich sein k n nen Im Vergleich zu den Herstellerwerten sollte sich bei der Dimensionierung allerdings keine grobe Abweichung ergeben 13 Messung in der DIN Schallwand Zur Vermeidung des akustischen Kurzschlusses wurde die SPL Frequenzgang Messung der beiden Chassis in einer Schallwand nach 2006 wiederholt Ein Holzeinsatz f r die im Labor bestehende Wand wurde f r beide Chassis konstruiert Nachfolgend sind die SPL Frequenzg nge im Vergleich zu den SPL Frequenzg ngen ohne Schallwand aufgef hrt 29 13 1 Visaton 20 cm Tieft ner GF200 100 SPL Frequenzgang T GF200Din GF20008 Schalldruck in dB 50 L 1 Ji 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 29 SPL Frequenzgang GF200 in DIN Schallwand 13 2 Visaton 17 cm Tiefmittelt ner AL170 SPL Frequenzgang 100 r T AL170Din Al1700S 95H
42. etwa 3 Hz entspricht Die Tatsache dass die aus Abbildungl64Jersichtliche Differenz der Resonanz frequenz der ged mmten Chassis Geh use Kombination von etwa 2 Hz nicht den 3 Hz der Berechnung entspricht liegt wohl daran dass die Wahl der Va riablen y zur Ber cksichtigung der D mmung im Geh use beziehungsweise die Menge der D mmung selbst nur sehr schwierig mit vorliegender Theorie in Ver bindung gebracht werden k nnen So h ngt y selbst auch stark vom gew hlten D mmmaterial ab Die Berechnung stellt f r uns trotzdem eine gute N herung zur Praxis dar da die sich ergebenden Gesamtabweichungen zusammen mit den entsprechenden Resonanzfrequenzen berechnet und gemessen in diesem Fall bei nur etwa 2 liegen 16 3 2 SPL Frequenzgang bei mitteldichter D mmung Abbildung zeigt den SPL Frequenzgang des mitteldicht ged mmten Ge h uses im Vergleich zum gleichen Geh use im unged mmten Fall Eine leichte Erh hung der 3dB Grenzfrequenz steht einem deutlich flacher abfallenden Kurvenverlauf hin zu tiefen Frequenzen gegen ber SPL Frequenzgang T Schalldruck in dB x a T A GF200V23loD GF200V23ImD 50 fi fi wer 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 65 SPL Frequenzgang 22 9 Geh use ohne vs mitteld D mmung 16 3 3 Impedanzfrequenzgang bei hoher D mmung Bei sehr hoher D mmung ergibt sich zum Vergleich folgender Sachverhalt Die Analyse der Vergleichsmessung au
43. finden wenn man den Phasen gang betrachtet An der Stelle der Resonanzfrequenz hat die Phase einen Null Durchgang Impedanzverlauf Impedanz in Q i i 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Phase in GF200 oS T i i i iiiiit i p f iifiti i t i i 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 7 Bestimmung der Freiluftresonanzfrequenz 5 4 Bestimmung der G tefaktoren Qm Mk Hut Qg Mk Die G tefaktoren k nnen aus einer Impedanz Frequenzgang Messung nach 2 Auflage 2005 Kapitel 2 6 bestimmt werden Impedanzverlauf Impedanz in Q r l 100 f Hz Abbildung 8 Bestimmung der G tefaktoren Da der Betrag der Impedanzkurve symmetrisch um Resonanzfrequenz fos ist gilt f r jedes Frequenzpaar f und fa fs Wenn das Frequenzpaar so gew hlt wird dass f r die Betr ge der Impedanz Lp Zf Ryro gilt so vereinfachen sich nach Thiele die Berechnungen f r die G tefaktoren folgenderma en _ Josvro Qm Mk Eh Ee Mit Zo ergibt sich die elektrische G te der Membrankonstruktion zu Qe Mk Qmmk 10 1 F r die Gesamtg te folgt schlie lich Osa Qm Mk ro 5 5 Nachgiebigkeit der Membranaufh ngung Cm Ma Die Nachgiebigkeit der Membranaufh ngung kann wie folgt aus der gesamten bewegten Luftmasse my og berechnet werden 1 Cm Ma 37 Mgos WoS 5 6 quivalenzvolumen der Membranaufh ngung V Ma Das quivale
44. geschlossenen Geh uses bei der gew nschten Gesamtg te n herungsweise V Ta Vaya Mi 3 2 1 15 Jazz 1 996 Qg Mk Weiters ergibt sich die Resonanzfrequenz des Chassis im geschlossenen Ge h use aus Haag ga esch f us 4 G T Zur Vermeidung von Mehrfachresonanzen wird ein Seitenverh ltnis des Ge h uses gem des goldenen Schnitts empfohlen Auf die drei Kantenl ngen eines Quaders gerechnet ergibt sich somit folgendes Verh ltnis 0 681 1 1 681 5 Es ist zu beachten dass alle Volumensberechnungen folgender Kapitel reine Nettoangaben darstellen Volumenskorrekturen und daraus resultierende Brut tovolumina nach Chassiseinbau werden bei sp terer Betrachtungen in Kapitel 14 3 ber cksichtigt Dieses Vorgehen entspricht damit unseren berlegungen bei der Geh usekonstruktion da wir von einer nur minimalen Ver nderung der Geh useg te durch einen Chassiseinbau ausgegangen sind 31 14 1 1 Kleines geschlossenes Geh use hoher G te Mit dem kleinsten geschlossenen Laborgeh use wurde eine Gesamtg te von Qg ga gt 1 angestrebt Diese Abstimmung entspricht der Chebychev_Abstim mung zweiter Ordnung f r geschlossene Geh use auch C2 genannt Dickason E Auflage 2008 Kapitel 2 Eine warme kr ftige Wiedergabe die von Audio Werbefachleuten als verk uflich bezeichnet wird ist zu erwarten Weiters beschreibt 3 Auflage 2003 Kapitel 2 dass ein berschwingen von 1 5 dB bei de
45. ihres Papers 1961 Thield in Australien zum ersten Mal eine Konstruktionsvorschrift f r die Dimensionierung von Lautsprechergeh usen anhand eines physikalischen Modells vorgestellt Erst 1971 wurde das Paper international bekannt und be wirkte innerhalb kurzer Zeit einen Umschwung in der Lautsprecherindustrie Sowohl die Chassishersteller als auch Entwickler kompletter Lautsprechersyste me setzen seitdem auf die von Thiele und Small zusammengefassten Parameter zur Beschreibung des Lautsprechers um die physikalischen und klanglichen Ei genschaften zu optimieren 1 Modell eines Lautsprecherchassis Um objektive Aussagen ber die Eigenschaften eines Lautsprechers machen zu k nnen ist es sinnvoll ein mathematisches Modell aufzustellen welches zum Einen leicht verst ndlich ist und zum Anderen die Physik des Lautsprechers m glichst gut ann hert Erst durch die Parametrisierung eines Modells wird es m glich Simulationen durchzuf hren und vorauszusagen wie sich ein Lautspre cher verhalten wird Generell gilt je besser das Modell die Realit t abbildet desto n her werden die Simulationsergebnisse an der Realit t liegen Im Rah men der Projektarbeit gehen wir von einem rudiment ren Modell aus wie es im Elektroakustik Skriptum Graber WS 2006 07 beschrieben wird Abbildung 1 Skizze eines dynamischen Wandlers In Abb ist der Querschnitt eines typischen Tiefton Mittelton Lautspre
46. rbarem Nachschwingen dem soge nannten Transient Ringing Tats chlich war der schlechte Ruf den ventilierte 62 Systeme als Dr hnboxen mit berzogener und unsauberer Basswiedergabe in der Vergangenheit hatten ca 1970 1980 unzweifelhaft durch ernsthaft fehlab gestimmte Bassreflexgeh use entstanden Didas 3 Auflage 2005 Kapitel 3 Wird beispielsweise die Resonanzfrequenz des ventilierten Geh uses fzr weit unterhalb der Resonanzfrequenz des Chassis in unendlicher Schallwand fus ge w hlt fr lt fus so spricht man von einem zu tief abgestimmten Bassre flexsystem Hier verh lt sich die elektrische Impedanz zu Z fyc lt Z f a2 wobei Z f G1 gegen Null tendiert Zu tiefen Frequenzen hin ergibt sich eine flachere SPL Abnahme die sich dem charakteristischen SPL Frequenzgang eines geschlossenen Geh uses ann hert siehe Abbildung B54 Man erkennt dass bei zu tiefer Abstimmung das Bassreflexrohr quasi keinen Anteil mehr zum Ge samtschalldruck liefert Tiefe Fehlabstimmung kann durch Verl ngerung des Reflextunnels oder durch Verkleinerung der ffnungsfl che erreicht werden Impedanzverlauf SPL Frequenzgang SEL gesamt tief 50 4 SPL Chassis tief 85 SPL BR tief Impedanz in Q Frequenz in Hz Schalldruck in dB Imp tier Frequenz in Hz Abbildung 54 Impedanz und SPL Frequenzgang tiefe Fehlabstimmung Wir
47. ter 8 kann der Kondensator nun auf Eingangs oder Ausgangsseite der Weiche geschaltet werden um den Fehler nachvollziehen zu k nnen Tieftonweg FREQUENCY RESPONSE Si ei a a s a a H a HH a a K a s a a gt En E nn e D Sweep Trace Color Line Style Thick Data Ads Comment 3 1 Green Solid 2 DSP Anlr Level A Left Fehler 4 1 Red Solid 2 DSP Anlr Level A Left Weiche 1 TT2 0 5 1 Magenta Solid 2 DSP Anlr Level A Left Weiche 1 TT 1 0 TF2 6 1 Blue Solid 2 DSP Anlr Level A Left Weiche 1 TT 1 0 TF1 7 1 Cyan Solid 2 DSP Anir LevelA Left Weiche 1 TT 1 0 mit Korrektur Abbildung 105 Frequenzgang des Tieftonwegs der FW Hochtonweg FREQUENCY RESPONSE 0 Les as sl ER as es es es amp es es as es as ns ns 20 50 100 200 En D a a E E He Sweep Trace Color Line Style Thick Data Axis Comment 8 1 Blue Solid 2 DSP AnirLevelA Left Weiche 1 HT 1 0 TF 1 El 1 Magenta Solid 2 DSP AnirLevelA Left Weiche 1 HT1 OTF2 10 1 Red Solid 2 DSP AnirLevelA Left Weiche 1HT2O 11 1 Cyan Solid 2 DSP AnirLevelA Left Weiche 1 HT 20 Wdst Abbildung 106 Frequenzgang des Hochtonwegs der FW 111 21 2 SPL Verlauf der einzelnen Chassis im Geh use SPL Frequenzgang T 100 Schalldruck in dB 50 1 1 1 10 100 1
48. und den Verlustwiderstand Rs ber cksichtigt Andere physikali sche Effekte wie Skineffekt Wirbelstrom und Hysterese werden in diesem Mo dell nicht ber cksichtigt pl PETT Abbildung 2 Elektrische Ersatzkomponenten der Schwingspule 2 2 Mechanische Dom ne Die mechanischen Eigenschaften der Membrankonstruktion mechanische Masse mmk die Nachgiebigkeit der Membranaufh ngung Cm Ma sowie mechanischer Widerstand Ry werden wie folgt in die elektrische Dom ne bersetzt MMk Om BI Lm BEP R Cm Ma BI TT Rau In Abb B werden diese elektrischen Ersatzkomponenten der mechanischen Pa rameter in das Ersatzschaltbild eingesetzt o m T o Lol W s T o o Abbildung 3 Elektrische Ersatzkomponenten der Membrankonstruktion R 2 3 Akustische Dom ne Zu beachten ist dass die Thiele Small Parameter eines Lautsprecherchassis zu n chst in einer Umgebung ohne Schallf hrung bestimmt werden Dabei bewirkt die Ankopplung der Membran an die Luft eine Erh hung der gesamten Masse der Membrankonstruktion um den Betrag der mitschwingenden Luftmasse Mg oS MMK 2mos F r die Bestimmung von mos wird eine zweite Impedanz Frequenzgang Messung erforderlich sein das Verfahren zur Bestimmung von mos wird in Kap B 7 genauer Erl utert In der elektrischen Ersatzschaltung Abb H kommt diese zus tzliche Masse als parallele Kapazit t zum tragen Ls Bs
49. 0 4643 stark gestopft 25g L Dec 0 7514 Qmc 4 4025 Ate 0 6419 fc 58 904 Hz Bl 6 37177 N A Mmd 14 0407 Gramm Cmd 1 07321 mm N Rmd ONs m SPL 89 154 dB 2 83V aktualisieren Abbildung 82 Eingabe des Innenvolumens f r das AL170 19 4 Bassreflextunnel Wir k nnen nun den Bassreflexkanal so dimensionieren dass die Helmholtzre sonanzfrequenz mit der vorhin bestimmten Abstimmfrequenz bereinstimmt Die Dimensionierung eines Bassreflextunnels haben wir in Kap 15 5 schon be sprochen Will man die Dimensionierung mit Boxsim vornehmen so ist etwas Experimentierfreude n tig Unter Extras Bassreflexkanal k nnen die Di mensionen sowie Lage und Anzahl der Kan le eingegeben werden Man erh lt als Ergebnis die Abstimmfrequenz die sich mit diesen Kan len ergeben w rde Wir finden nach einigen Versuchen eine m gliche L sung mit zwei R hren die einen Durchmesser von 3 6 cm und eine L nge von ca 6 7 cm haben 94 BOXSIM Hilfsberechnungen Geh use geschlossen Bassreflex Bassreflexkanal Standardweichen Spannungsteiler Impedanzkorrekturglieder Daten der Box Achtung Alle Ma e auf dieser Seite sind Innenma e Kanal Kanalform rund C rechteckig Durchmesser des Kanals der Kan le cm 3 6 Anzahl Kan le 2Ba reflexohre y L nge des Kanals Ma I cm Kos Abstand zur gegen berliegenden Wand Ma g cm 10 Abstand des Kanals zum Boden Ma f cm 5 Abstand des Kanals
50. 000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 107 SPL Frequenzgang Al170 in Geh use SPL Frequenzgang T G25FFL 100 90 Bir 80 Schalldruck in dB 757 70r 65 60 55 i i i 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 108 SPL Frequenzgang G25FFL in Geh use 21 3 SPL Verlauf des Systems mit Frequenzweiche Da der Frequenzbereich unter 200 Hz f r die meisten folgenden Messungen irre levant war haben wir auf die Nahfeldmessung verzichtet Wir wollen mit einigen Messkurven die Effekte der einzelnen Frequenzweichenteile aufzeigen Die Mes sungen dienen auch als Referenz f r die Simulation in LspCAD wie sie in Kap P2 weiter ausgef hrt wird 112 21 3 1 Hoch und Tiefpass 1 Ordnung SPL Frequenzgang 100 T T r MW 10 TF1 verpolt MW 10 TFi 95 90 85 Sot H E 5 S 75 i 5 id a 2 o 70 7 65 H 60 7 55H 7 50 1 1 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 109 Filter 1 Ordnung verpolt vs unverpolt Durch die etwas weiter auseinander gelegten bergangsfrequenzen bei TF1 er gibt sich ein minimal besserer Frequenzgang der sich klanglich kaum bemerkbar machen d rfte SPL Frequenzgang 100 T 1 MW 10 IK TF1 verpolt 11 50hm MW 10 IK TF2 verpolt 11 50hm 95H al 85 80F 75 Schalldruck in dB 65 al 60 4 55H J 50 fi fi
51. 3 R4 und der Eingangsimpedanz Zin der Audioschnittstelle die hier mit 10k angenommen wurde Roll Zin Ral Zin 9109 100009 k 0 0923 1 Ra BAS Rs BAS 82009 9109 100009 1 Als Referenzwiderstand f r die Impedanzmessung wird R pmit ca 280 ver wendet 6 1 5 Roundtrip Zeit Die Gesamtlatenz des Messsystems wurde mit Hilfe einer Loopback Messung mit folgendem Aufbau bestimmt 16 Amp IN LS OUT j Abaritir Switch 2 7 Switch 1 Y ch Right Ch Left ARTA Messbox In Left m D i E o D cc PC mit ARTA Software Audio Interface Abbildung 15 Messaufbau zur Loopback Messung Unabh ngig von der Puffereinstellung des Treibers ergab sich eine Roundtrip Zeit von 6 803ms bei Zweikanalmessungen und 6 848ms bei Einkanalmessungen in ARTA Impulse response mv 162 21 PD 121 66 81 11 40 55 0 00 40 55 81 11 121 66 162 21 0 00 3 88 7 76 11 63 15 51 ms Cursor 92 691 mV 6 803 ms 300 Abbildung 16 Roundtripzeit bei Zeikanalmessung Impulse response WAY 1 45 DP 1 09 0 72 0 36 0 00 0 36 0 72 1 09 1 45 0 05 3 92 7 82 11 72 15 62 ms Cursor 798 830 mV 6 848 ms 302 Abbildung 17 Roundtripzeit bei Einkanalmessung 17 6 2 Referenzspannung f r Messung Die in Teil I vorgest
52. 3 3 ss Suse ss aa we 126 23 3_K librierung sc 202 228 024 a a a sa 128 128 128 129 129 131 24 4 Exportieren von Messdaten 142 VIII Simulation mit LspCAD Pro 143 g 143 25 1 Das Hauptfenster Mami 144 25 2 Das Projektfenster Schema 145 25 3 Das grafische Ausgabefenster Graphs 146 26 Simulation mittels Thiele Small Parameter 147 26 1 Eingabe der T S Parametern 150 26 2 Defintion des Geh usevolumeng 22222 2 2 2 22 nn 152 26 3 nderuns der Simulationseisenschaftenl 2 222222 154 26 4 Geh usemodellierungl e 155 27 Simulation mit Messdate 160 27 1 Treibereinstellungen 162 28 Realisierung elektrischer Filte 164 Teil I Thiele Small Parameter Zun chst m chten wir uns mit der Modellierung eines realen dynamischen Wandlers besch ftigen Dieses Wandlerprinzip ist seit vielen Jahren unver ndert geblieben und bildet einen Standard in der Lautsprecherentwicklung Andere physikalische Prinzipien wie zB der elektrostatische Wandler sind als tats ch lich Bauform nur relativ selten zu finden Lediglich der Air Motion Transfor mer AMT eine Spezialform des elektrostatischen Prinzips findet zunehmend Beliebtheit Wir beschr nken uns im Rahmen dieser Projektarbeit dennoch aus schlie lich auf dynamische Wandler Neville Thiele und Richard Small haben mit der Ver ffentlichung
53. 50 1k 2k 5k 10k 20k Cursor 278 6 Hz 83 64 dB Frequency Hz Verschmelzung von FF und NF zu einem SPL Verlauf 139 24 3 7 Erstellen von Polardiagrammen und Sonogrammen Zur Betrachtung der Abstrahlcharakteristik eines Lautsprechersystems ist die Erstellung eines Polardiagramms bzw von Sonogrammen eine n tzliche Hilfe Um ein Polardiagramm in ARTA zu erstellen muss eine Serie von Messungen aus mehreren Winkeln zur Verf gung stehen Die Messungen werden im Format Name_degp pir gespeichert Wobei y den aktuellen Winkel mit Vorzeichen angibt Es wird empfohlen Messungen im Abstand von dp 10 15 durch zuf hren Handelt es sich um eine symmetrische Lautsprecheranordnung so ist die Messung zu einer Seite ausreichend Ist die Messreihe komplett so kann unter Tools Directivity Pattern mit File Create Directivity Pattern das Men zum eingeben der Messungen aufgerufen werden Directivity data definition To define directivity data load pir files wth names in form Load Files lt name gt _deg lt num gt pir Angle Name Size Folder zl 10 Zweiweg_deg 10 pir 1024KB C Dokumente und Einstellungen da 100 Zweiweg_deg 100 pir 1024KB C Dokumente und Einstellungen da 110 Zweiweg_deg 110 pir 1024KB C Dokumente und Einstellungen da 120 Zweiweg_deg 120 pir 1024KB C Dokumente und Einstellungen da 130 Zweiweg_deg 130 pir 1024KB C Dokumente und Einstellungen da 140 Zweiweg_deg 140 pir 1024KB C Dokumente und Einstellun
54. 9 0 5579 dB zz a Verbinden des Line Out Kanals mit dem linken Line In Kanal Dr cken von Generate sine 500Hz Der Wert der Generatorspannung wird aus 1 bernommen Mit Estimate Max Input mV wir der Abgleich gestartet Wenn der Eingangskanal bersteuert ist muss der Eingangspegel reduziert werden und der Schritt wiederholt werden Wenn der Wert plausibel erscheint wird mir Ac cept der gesch tzte Wert als aktueller Wert f r Line In Sensitivity bernommen Wiederholen der Schritte 1 6 f r den rechten Line In Kanal 3 Mikrofon Pegelkalibrierung Referenzschallquelle Zur Kalibrierung des Mikrofons wird eine Referenzschallquelle benutzt Microphone sensitivity m Pa 1 Connect microphone on Channel Left e Preamp gain h 2 Attach sound calibrator Pressure 94 dB 3 Estimate Mic Sensitivity Estimated Current 20 20 mvjPa SR a b Verbinden des Mikrofons mit dem linken Eingang der Audioschnittstelle Als Preamp Gain wird der Verst rkungsfaktor des Vorverst rkers eingetragen nicht in dB um eine korrekte Mikrofonempfindlichkeit zu berech nen Der Kalibrator wird auf das Mikrofon gesetzt und eingeschaltet Dr cken von Estimate Mic Sensitivity Wenn die Messung plausibel erscheint wird sie mit Accept bernommen 134 24 1 3 Verst rkungsfaktoren Audio Devices Setup Sound card Input Device HDSP3652 ADAT 1 2
55. 994 A N Thiele Loudspeakers in vented boxes part i amp ii IRE Australia Aug 1961 171
56. Darstellung wurde zum 3 30 Widerstand ein weiterer 8 20 Widerstand in serie geschaltet Diese Einstellung wurde im brigen f r die meis 116 ten Messungen beibehalten da sie den linearsten Frequenzgang und ein ausge wogenes Klangbild lieferte 21 4 Gestopft vs Ungestopft SPL Frequenzgang 100 T T MW 20 hD 3 30hm MW 20 nD 3 30hm Schalldruck in dB 50 1 1 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 117 Vergleich Mehrwegesystem hohe vs niedrige D mmung Durch das sehr klein gew hlte Geh use wurde ein berschwingen im Bassbereich von ca 3 dB erwartet In I7 ist sehr sch n zu erkennen dass das Bef llen mit D mmwolle dieses berschwingen eliminiert und somit die Gesamtabstimmung des Systems dem QB3 Alignment wieder ein St ck n herbringt 21 5 Richtcharakteristik Erstaunliche Ergebnisse lieferten die Messungen der Richtcharakteristik Es wur de in 10 Schritten von 0 180 je eine Fernfeldmessung f r beide Filterord nungen inklusive aller Korrekturschaltungen angefertigt Aus diesen Messungen ergaben sich die folgenden Polardiagramme bzw Sonogramme Man erkennt deutlich den kritischen Bereich der bergangsfrequenz bei ca 2k Hz wo der Hocht ner den Tiefmittelt ner abl st Ein Unterschied zwischen den beiden Fil terordnungen ist allerdings kaum zu erkennen 117 21 6 Polardiagramm Polarplot Mehrwegesystem 1 Ordnung 125 Hz
57. Filter zwischen Generator und Lautspre cherbox realisieren zu k nnen Beispieldatei T_ geschlossene Box Beispiel 6 1sp Edit Simulate Main form Graph Passive Analog digital Box cabinet Other ol SH ee a 8 gt ir z fa A eran 1 000 Abbildung 173 Wechsel in den Editiermodus zur Realisierung el Filter Standardm ig lassen sich mittels der verf gbaren passiven Bauelemente jede Art passiver elektrischer Schaltungen realisieren Passive LP HP filter wizard HP section LP section 1 o 5 fo 500 0 Hz fo 5000 0 Hz Nom load 8 00 ohm Create Group items Abbildung 174 Passivfilter Wizard in LspCAD Pro F r die Filterrealisierung gibt es nun wieder einen praktischen Wizard der in LspCAD Pro bereits implementiert ist Dieser kann durch einen Mausklick mit der rechten Maustaste im Editierfenster und anschlie ender Auswahl der Reiter Insert und Passive HP LP filter aufgerufen werden vgl Abbil dung I 164 Edit Simulate Main form Graph m Passive Analog digital Box cabinet Other o alle 3 u s gt 1 El oudspeaker unit CL Le en Br A Passive HP LP filter enerator 1 H 2 A 000v Sais i SATON H GF200 A 3 gt 26 14 Abbildung 175 Aufrufen des Passivfilter Wizards Wir entscheiden uns wie Abbildung 174 zeigt f r ein Hochpassfilter 1 Ordnung belassen die Grenzfrequenz b
58. Lautsprechersimulation soll nat rlich auch der Einfluss des Lautsprechergeh uses Zum allgemeinen Verst ndnis sollte das zugrunde liegende Koordinatensys tem in LspCAD Pro bekannt sein um Ge h usedefinitionen vornehmen zu k nnen Da Lautsprecherkomponenten wie Chassis Bassreflexrohrer und Passiv membrane frei platziert werden k nnen und nicht unbedingt senkrecht zur Schall wand abstrahlen m ssen bedarf es eines definierten Koordinatensystems vgl Ab bildung HOT Die Geh usedefinition setzt sich zu n chst aus Angabe der Breite H he und Tiefe des Geh uses aus Sicht auf die Schallwand zusammen Ausgehend davon wird ein Koordinatenursprung de auf den Gesamtfrequenzgang eine Rolle spielen Abbildung 161 Koordinatensystem finiert der sich an der linken unteren Geh useecke aus Sicht auf die Schall wand orientiert Der Koordinatenursprung liegt dabei immer auf der Schall wand es ist somit keine Defintion in z Richtung m glich 155 Lautsprecherkomponenten werden dann folgend nur noch in x y und z Richtung abweichend vom Koordinatenursprung und eventuell unterschiedli chem Abstrahlwinkel von der z Richtung definiert Das folgende Beispiel beruht auf den technischen Daten des geschlossenen Labortestgeh uses mittlerer Gr e vgl Kapitel 2 2 Die Geh usesimulation wurde daraufhin auf 22 9 Liter Volumen angepasst Das Geh use selbst besitzt folgende Au enabmessung H h
59. Mechanischer G tefaktor Qs Qg mk Gesamter G tefaktor Qr Rs Gleichspannungswiderstand der Schwingspule Re Rmk Mechanischer Widerstand der Membrankonstruktion Rms TM Membranradius M Effektive schallabstrahlende Membranfl che Sa Vi Ma Luft quivalenzvolumen Vas 5 Bestimmung der Parameter 5 1 Gleichstromwiderstand der Schwingspule R Der Gleichstromwiderstand der Schwingspule ist jener Widerstand der sich bei anlegen einer Gleichspannung Upc mit dem resultierenden Strom Ipc zu Re pa ergibt Er kann also zB mit einem gew hnlichem Multimeter an den Klemmen des Chassis gemessen werden Hierbei werden auch alle Zuleitungswi derst nde ber cksichtigt die in Reihe zu Rs hinzukommen Sie sind jedoch sehr gering und k nnen vernachl ssigt werden 5 2 Spuleninduktivit t L Die Schwingspuleninduktivit t beeinflusst wie wir schon gesehen haben den Impedanz Frequenzgang zu hohen Frequenzen ma gebend Daher ist ihr Betrag f r den weiteren Entwurf von Impedanzkorrekturen in der Frequenzweiche in teressant In der Regel wird Ls aus Betrag und Phase der Impedanzkurve bei f 1kHz bestimmt Sie ergibt sich dort zu Ls 1Z5 sin pzs 1 2711000Hz 5 3 Freiluftresonanzfrequenz fos Die Resonanzfrequenz f r das Lautsprecherchassis ohne Schallf hrung fos ergibt sich zu 1 1 fos an V LO Sie kann direkt aus dem gemessenen Impedanz Frequenzgang des Chassis abgelesen werden Die Position ist leicht zu
60. PL und Impedanzverlauf ohne geladene Messdaten 161 170_ Fenster zur Eingabe der Lautsprechermessdaten 162 171 Einbinden des gemessenen SPL Verlauf 162 172 SPL und Impedanzverlauf der eingebunden Messungen 163 173 Wechsel in den Editiermodus zur Realisierung el Filter 164 174 Passivfilter Wizard in LspCAD PTA 164 175 Aufrufen des Passivfilter Wizards 2 2 2 222222020 165 176_ Schaltbild mit HP Filter 1 Ordnung in LspCAD Prd 165 177 SPL und Impedanzverlauf mit HP Filter 1 Ordnung 166 170 Literatur J D Appolito Lautsprecher Messtechnik Elektor Verlag Aachen 2 Auflage 2005 ISBN 3 89576 090 0 V Dickason Lautsprecherbau Bew hrte Rezepte f r den perfekten Bau Elektor Verlag Aachen 3 Auflage 2005 ISBN 3 89576 116 8 DIN IEC 60268 5 Elektroakustische Ger te Teil 5 Lautsprecher 2006 G Graber Elektroakustik Skriptum Institut f r Breitbandkommunikation Technische Universit t Graz WS 2006 07 Lem Mateljan ARTA Faculty of electrical engineering R Boskovica bb 21000 Split Croatia v 1 4 0 edition April 2008a ei Mateljan Die Arta Messbox Arta Application Note 2006 Lem Mateljan LIMP Faculty of electrical engineering R Boskovica bb 21000 Split Croatia v 1 4 0 edition April 2008b C J Struck Simulated free field measurements AFS 42 6 467 482 June 1
61. Tiefmittelton und Hochtonzweig wird sich in der Fernfeldmessung kein Phasenversatz und damit keine Verschiebung des akus tischen Zentrums ergeben was aber nicht der Realit t entspricht Daher muss eines der beiden Lautsprecherchassis h ndisch verz gert werden um sinnvol le Simulationsergebnisse zu erhalten Abbildung 123 zeigt die Konfiguration des empirisch ermittelten optimalen Phasendelays von 130us f r eine m glichst rea lit tskonformer Simulation Driver edit 625FFU General Driver parameters Driver Parameters SPL data Imported data Rel location ax 0 0 dr 0 0 00 e New Clone Delete Orientation x 100 deg y foo mm mm deg mm Filename Scaling 0 0 Off axis simulation borsEAK Labor CD Mehrwegessytem Treiber SPL Frequenzgang G25 Browse dB Smooth None Piston Circular 1 Radius 13 5 Delay 130 0 us mm Impedance data Filename IDN ehrwegessytemiTreiberimpedanzverlaufimpedanzverlauf HT G25FFL tx Browse Scaling 11 0 Abbildung 123 Mehrwegesimulation Phasendelay 22 1 2 Tiefmitteltonzweig Nachfolgend ist in Abbildung 124 der Simulationsaufbau f r den Tiefmittelt ner inklusive Realisierung der Laborweiche f r den kompletten Tiefmitteltonzweig abgebildet Resonanzfiter Saugkreis cn Am La la 10 0470H gur R4 AE 3 00hm Di 0 150mH PSIA D ir 19 0 580mH 3 La 21 140mH Tiefpass 1 Ordnung
62. Toningenieur Projekt Lautsprecherentwicklung f r das Elektroakustik Labor Verfasser Benjamin Dietze amp Daniel Deboy Institut f r Breitbandkommunikation Technische Universit t Graz Vorstand Univ Prof Dipl Ing Dr techn Gernot Kubin TU Grazm Betreuer Ao Univ Prof Dipl Ing Dr techn Gerhard Graber Dipl Ing Holger Hiebel Graz den 10 Mai 2009 Einleitung An der TU Graz ist diese Lehrveranstaltung seit Wintersemester 2007 ein Pflicht fach f r den Master Studiengang Elektrotechnik Toningenieur Sie ist als zwei st ndige Labor bung vorgesehen und wird als Block abgehalten Inhalte der La bor bung sind die elektrische und akustische Messung an Lautsprecherchassis der Entwurf und die Simulation von geschlossenen und ventilierten Lautspre chergeh usen sowie einfacher Frequenzweichen Nach pers nlichem Besuch der Labor bung im Wintersemester 2007 wurde uns angeboten den kompletten Laboraufbau in Form einer Projektarbeit zu erneu ern Die Arbeit beinhaltet folgende Punkte e Optimierung und Anpassung der Messumgebung auf die Messung mit der ARTA Software e Auswahl neuer Laborchassis e Entwurf und Konstruktion passender Laborgeh use e Konzeption eines Mehrwegesystems e Einf hrung und Integration der Simulationssoftware LspCAD Pro e Erneuerung des Laborskripts Die vorliegende Dokumentation der Projektarbeit beginnt mit einem groben berblick ber die notwendigen theoretischen Gr
63. agnitudelohms Impedance 70 0 60 0 50 0 40 0 Loudspeaker Parameters Closed Box Method Thiele Small Parameters Fs 31 11 Hz Re 3 20 ohms dc Le 2206 98 uH L2 1560 43 uH R2 21 04 ohms lot 0 21 Qes 0 22 Oms 5 76 Mms 26 70 grams Rms 0 906516 kg s Cms 0 000980 m N Vas 42 98 Iters ETA 0 57 Lp 2 83V 1m 93 68 de Closed Box Method Box volume 9 70 iters Diameter 15 00 cm User Input Voice coll Resistance ohms 3 2 15 Closed box volume le 9 7 Membrane diameter cm Avg 1 Copy 00 10 20 50 100 Cursor 19897 0 Hz 53 83 Ohm 200 500 1k 2k 5k 10k 20k Frequency Hz Abbildung 134 Analyse der Thiele Small Parameter mit Zusatzvolumen 23 5 3 Tabelle der berechneten Parameter Bez LIMP Bez Projekt Bemerkungen Fa fos Freiluftresonanzfrequenz Re Ra Gleichstromwiderstand Le Ls Induktivit t der Schwingspule La keine Parameter f r h here Modellordnung Ra keine Parameter f r h here Modellordnung Qi Qg Mk Gesamtg te Qg mk der Membrankonstr Qes Qe Mk Elektrische G te der Membrankonstr Ons Qm Mk Mechanische G te der Membrankonstr Mns Myg oS Bewegte Masse Rms RMk mechanischer Verlustwiderstand Gras Cm Ma Nachgiebigkeit der Membranaufh ngung Vas Va Ma quivalentvolumen Sa Am Membranfl che Bl Bl Wandlerkonstante B xl ETA n Wirkungsgrad Lp keine Schalldruckpegel in Im Abstand bei
64. andere Komponente die sonst eine Wirkung auf den Parameter haben w rde ver ndert wird Zur Eingabe neuer Parameter ist ein neuer Parametersatz zu erstellen File new Danach werden die zur verf gung stehenden Parameter eingegeben Wich tig ist es dabei nach Eingabe eines Parameters diesen durch Aktivierung der Verriegelungsbox vor nderungungen zu sch tzen Nachdem einige Parameter eingegeben worden sind werden andere Para meter automatisch neu berechnet Wenn dies nicht erw nscht wird kann die sogenannte Autocompute Funktion abgeschaltet werden Eine Berechnung von unverriegelten Parametern kann dann mit einem Klick auf den Compu te Knopf manuell gestartet werden In Tabelle 0 sind die definierbaren T S Parameter dargestellt Wir tra gen nun die uns vorliegenden selbst gemessenen berechneten Parameter des Laborchassis GF200 vgl Tabelle aus Kapitel H ein und speichern die Kon figuration unter dem Dateinamen Visaton GF200 unt File Save as 151 Re Gleichstromwiderstand W Le Schwingspuleinduktivit m H Reb Erweiterter Induktanzmodellparameter W Leb Erweiterter Induktanzmodellparameter mH I Resonanzfrequenz in freier Luft Hz Oria Mechanische G te Q eb Elektrische G te Q Qis gesamt RMS Der Verlustwiderstand der Aufh ngung N s m Mma bewegte Masse ohne Luft g AM bewegte Masse inklusive Luft g
65. b pro Seite mm 6 Gleichstromwiderstand Adc Ohm 15 5 Ersatzinduktivit t Le mH 1 19606 Ersatzwiderstand Re2 Ohm 12 71 elektrische Resonanzg te Des 0 49 mech Resonanzg te Qms 5 42 Aquivalentvolumen Vas Liter 26 33 Membranfl che Sd cm2 P max w Nennimpedanz Ohm Ersatzinduktivit t Le2 mH Ersatzwiderstand Re3 Ohm Ersatzinduktivit t Le3 mH 0 53048 2 46776 0 52191 F r ckseitig geschlossen 2 B HT Kalotten Messung der Frequenzg nge erfolgte 3 Visaton Testgeh use kleine Seite r IV F gang Amplitude benutzen V F gang Phase akust ben I erst oberhalb 3 fc f H2 A dB le f Hz 20 691215 20 20 5626 69 8049 20 5626 21141 70 1154 21 141 21 7357 70 2198 21 7357 223472 703891 m 22 3472 Phase 173516 Import Pegel andem 175 388 Lage des Schallentstehunasorts SEO 176 439 auf den sich der Phasengang bezieht 177 491 50 mm gt 0 hinter Schallwand 178 035 Lei F gang Impedanz ben Gemessene Impedanz wird bei allen Geh usearten au er integriert erst ab 3 fc ber cksichtigt f H2 Imp Ohm f Hz Phase 20 3833 20 50632 20 5626 10 105 20 5626 51 531 21 141 10 46 21 141 52 59 217357 110 9 21 7357 153 01 22 3472 11 2694 x 22 3472 53334 m Ok Abbruch Import Abbildung 78 Laden der AL170 Daten fir Chassis 1 Fiir das Chassis 2 wird die Datei G25FFL 8 geladen alle weiteren Pa
66. bbildung 88 Weiche 1 O mit Impedanzkorrektur Boxsim V1 04 VISATON Edition noname BPJ o S Datei Bearbeiten Chassis amp Enbau Verst rker 1 Optionen Extras Hilfe F Gang Imped Phasengang max Pegel F Gang Polarplots B ndelung Chassis F Gang elektr IV Frequenzgang Einzelchassis zeigen a I Energiefrequenzgang zeigen Frequenzgang Gesamtbox elle Verst rker und Chassis SPL d8 T 2 Ohm L28 105 f e 100 a EN 85 80 75 70 65 50 55 50 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000 Amplitude gesamt AL 170 8 Ohm 1 G 25 FFL 8 Ohm 2 Berechnung war erfolgreich Abbildung 89 SPL Verlauf Weiche 1 O mit Impedanzkorrektur 98 19 5 4 Saugkreis f r die Resonanz der Membran des Al170 Um die Resonanz des AL170 bei ca 6k Hz noch etwas zu reduzieren wollen wir abschlie end noch einen Saugkreis konzipieren Er wird als Parallelschwingkreis der in Serie zum Chassis in die Weiche eingebaut wird realisiert und ist auf ca 6kHz abgestimmt Weicheneditor Verst rker 1 bernehmen Abbruch Fenstergr e 3 30 Ohm mittel Y Anzeige f r Spulen RWert Druckansicht 5 00 Ohm AL 170 81 Chassis 1 o 25 FFL d Chassis 2 Bezeichnung Se nicht aktiviert Freie Verbindungen editieren Mausbelegung Abbildung
67. bbildung Q7 zu sehen Die Geh usekonstruk tion wurde aus mehreren Gr nden entsprechend gew hlt Die schmale Schallwandform beg nstigt eine geringere Beeinflussung des Frequenzgangs des Chassis durch Reflexionen Dickason 13 Auflage 2005 Kapitel 6 Die Geh usekonstruktion wurde so gew hlt dass ein m glichst harmoni scher Kantenverlauf bzw ein symmetrischer Aufbau entsteht eine Schall wand ohne sichtbare Sto kanten der einzelnen Bauteile war dabei oberste Priorit t Aus klanglichen optischen und haptischen Gr nden wurden s mtliche Geh usekanten abgerundet Nach 3 Auflage 2003 Kapitel 6 vermindert diese Vorgehensweise die Beeinflussung der Wiedergabeeigen schaften des Lautsprechers bei Frequenzen deren Wellenl nge die Abmes sung der Schallwand erreichen Die Chassispositionen auf der Schallwand wurde frei gew hlt jedoch soll te die Schallwandmitte auf Grund eventueller Interferenzerscheinungen bei Schallreflexionen auf der Schallwand und Kantenbeugungen vermie den werden Nach Dickason 3 Auflage 2003 Kapitel 6 sollte daher ein Chassis auf der Schallwand so angeordnet werden dass es m glichts nicht gleich weit von allen Geh usekanten entfernt ist Weiters wurden Hoch und Tieftonchassis so nah wie m glich zueinander plaziert Der Konstruktion liegt die in Tabelle B dargestellte Schnittliste f r die Ein zelbauteile des Geh uses zu Grunde Bauteil Ma e L x B in mm St ckzahl Schallwand
68. ch die Beugungssimulation zur Ber cksichtigung der Diffraction zur Simulati on der Schallwandeinfl sse m ssen wie in Abbildung 165 dargestellt aktiviert werden T _ S geschlossene Box Beispiel 10 lsp Radiation configuration Rel location orientation 1 oy Ref to w Show reference oo 7 Loudspeaker unit CL oe Invert 0 0 Only diffracted wave Orientation E x 0 0 y 0 0 Baffle Mittleres Laborgeh use 22 9 Liter Voh v Abbildung 165 Aktivieren der Beugungssimulation Als Ergebnis der Geh usesimulation sollte eine gute Korrelation zu den Mes sungen der Lautsprecherbox in der Labor bung zu erkennen sein was bei diesem Beispiel der Fall ist vgl Abbildung D oO 158 dB 90 00 85 00 80 00 75 00 70 00 65 00 E Total SPL mag 60 00 20Hz 50 100 Loudspeaker unit CL mag Fe Total SPL phase 500 1000 5000 10000 deg 150 0 100 0 50 0 100 0 150 0 Hz Abbildung 166 SPL Verlauf inklusive Beugungssimulation Die berh hung um 500 Hz l sst sich in der Realit t auch messen Lediglich die Simulation hin zu hohen Frequenzen sollte mit Vorsicht betrachtet werden weil die reine Thiele und Small Simulation zu hohen Frequenzen zu keiner reali t tsnahen Simulation f hren kann hier spiel
69. cherchassis im unged mmten geschlos senen Geh use mittlerer Gr e mit Ma yG brutto 7 22 061 Volumen ist in Ab bildung 59 zu sehen Unseren Erwartungen entsprechend sollte diese Geh use Chassikombination in einer Geh useresonanzfrequenz von fgg 53 2 Hz re sultieren vgl Kapitel 4 3 2 Die Analyse der abgebildeten Messung ergibt einen Wert von Le 56 Hz und liegt damit knapp 5 ber dem theoretisch berechneten Sollwert Impedanzverlauf Impedanz in Q Frequenz in Hz Phase in GF200 V231 oD T 10 100 Frequenz in Hz Abbildung 59 Impedanzverlauf 22 91 Geh use ohne D mmung 71 16 1 3 Gro es geschlossenes Geh use geringer G te Der Impedanzfrequenzgang des Lautsprecherchassis im stark ged mmten gro en geschlossenen Geh use mit VyG brutto 7 531 Volumen ist in Abbildung zu sehen Unseren Erwartungen entsprechend sollte diese Geh use Chassikombi nation in einer Geh useresonanzfrequenz von fgg 37 1 Hz resultieren vgl Kapitel 14 3 3 Die Analyse der abgebildeten Messung ergibt einen Wert von Le 39 Hz und liegt damit knapp 5 ber dem theoretisch berechneten Sollwert Impedanzverlauf Impedanz in Q D 100 Frequenz in Hz GF200 V541 hD 60 100 Frequenz in Hz Abbildung 60 Impedanzverlauf 53 81 Geh use hohe D mmung 16 2 SPL Messungen 16 2 1 Kleines geschlossenes Geh use hoher G te Abbildung 61 zeigt
70. d die Resonanzfrequenz des ventilierten Geh uses To weit oberhalb der Resonanzfrequenz des Chassis in unendlicher Schallwand fus gew hlt fr gt fus so spricht man von einem zu hoch abgestimmten Bassreflexsystem Hier Verh lt sich die elektrische Impedanz zu Z fuc gt Z foa2 wobei Z fua2 gegen Null tendiert Der SPL Frequenzgang weist zu tiefen Frequenzen hin zun chst eine Resonanz berh hung auf und nimmt dann deutlich steiler ab als bei geschlossenen Geh use siehe Abbildung 55 Man erkennt dass hier das Bassreflexrohr einen zu hohen Anteil zum Gesamtschalldruck liefert Hohe Fehlabstimmung kann durch Verk rzung des Reflextunnels oder durch Vergr erung der ffnungsfl che erreicht werden 63 Impedanzverlauf SPL Frequenzgang SPL gesamt hoch SPL Chassis hoch 85 SPL BR hoch Impedanz in 2 Frequenz in Hz Imp hoch 10 100 10 Frequenz in Hz Frequenz in Hz Abbildung 55 Impedanz und SPL Frequenzgang hohe Fehlabstimmung 15 3 Alignments Da nicht mit jedem Chassis die Anforderungen f r mittige Abstimmung erf llt werden k nnen ist es nicht immer m glich eine bestimmte Filtercharakteristik genau zu erreichen Graber wS 2006 07 Kapitel 7 3 Daher wurden soge nannte Alignments defniniert die f r eine gegebene Filtercharakteristik und Verlustg te die Konstruktion von ventilierten Lautsprechersysteme mit hnli chem Wieder
71. d templates 3 Scratch pad 4 New project Abbildung 145 Projektauswahl im Hautpfenster Main W hlt man nun im Hauptfenster das Vorlagenprojekt Templates aus er scheinen entsprechend im zweiten Programmfenster dem Projektfenster Sche ma die verf gbaren Projektvorlagen 144 25 2 Das Projektfenster Schema Das in Abbildung D Z zu sehende Projektfenster Schema dient zum Aufbau von Simulationsschaltbildern Im Editiermodus kann der Benutzer Kompo nenten erstellen bewegen l schen duplizieren gruppieren oder Gruppen wieder aufl sen A Schema page 1 Edt Simulate Main form Passive Analog digita Box cabinet Other ol clllel ae 8 gt Abbildung 146 Das Projektfenster Schema Das Programmfenster besitzt zweierlei Modi Einen Modus zum editieren von Schaltpl nen Edit und einen Modus zum simulieren der erstellten Schalt pl ne Simulate Abbildung zeigt allerdings noch nicht alle verf gbaren Arbeitsfl chen des Projektfensters Schema So gibt es im Editiermodus die M glichkeit unter Zehn verschiedenen Projektunterseiten auszuw hlen auf denen mehrere Schaltungen parallel aufgebaut werden k nnen vgl Abbildung 147 R I Schema page 1 Edit Simulate Main form Graph Passive Analog digital Box cabinet Other ol allel ei 1 3 W 8 gt Abbildung 147 Subpages im Projektf
72. de Aussteuerung der Audioschnittstellen Eing nge erreicht wird Zur Kontrolle dient hierf r der Input Level Monitor ACHTUNG Die Kalibrierung gilt nur f r eine spezielle Stellung der Eingangs Pegelregler der Audioschnittstelle und einer bestimmten Sampling Frequenz und FFT L nge Wird ein Parameter ge ndert muss neu kalibriert werden 23 4 Messung In der Symbolleiste unter Gen wird die Messmethode ausgew hlt Die Messung wird mit Record Start oder dem roten Dreieck in der Symbolleiste gestartet F r eine schnelle Kontrolle wird eine Messung nach der FFT Methode empfoh len die pr zisere Messung erfolgt anschlie end durch die Sinustonmethode 23 5 Berechnung der Thiele Small Parameter Zur schnellen Bestimmung der wichtigsten Thiele Small Parameter gibt es in LIMP die Funktionen Analyse Loudspeaker Parameters jeweils mit der Methode der Zusatzmasse added mass method oder eines Zusatzvolumens closed box method 128 23 5 1 Methode der Zusatzmasse Es wird eine Messung ohne Schallf hrung des Lautsprecherchassis wie aus Kap I bekannt durchgef hrt Anschlie end wird eine Zusatzmasse angebracht und eine zweite Messung durchgef hrt Beide Messungen sollten unter einem eindeutigen Namen gespeichert werden Nun wird die erste Messung ge ffnet und als Overlay gesetzt Overlay Set As Overlay anschlie end wird die zweite Messung ge ffnet 100 0 Magnitude ohms Impedance Loudspeaker Parameters Added Mass Met
73. e x Breite x Tiefe 498mm x 322mm x 213mm Der Chassismittelpunkt befindet sich 184mm ab Oberkante des Lautsprecher geh uses exakt in der Mitte der Schallwand Um unser Laborgeh use zu modellieren ist es n tig im Projektfenster Sche ma erneut in den Editiermodus zur ckzuschalten Betrachtet man im Reiter Box cabinet die verf gbaren Schaltsymbole st t man auf das Symbol der Schallwandkomponente 4 Mauszeiger l nger unbewegt auf ein Schaltsymbol gehalten bewirkt das Erscheinen der Symbolkurzinfo Dieses Symbol wird nun an einem beliebigen Platz im Projektfenster eingef gt vgl Abbildung 162 Beispieldatei TS geschlossene Box Beispiel 8 1sp Durch R ckkehr in den Simulationsmodus im Projektfenster Schema l sst sich per Mausklick das zugeh rige Konfigurationsfenster ffnen Baffle confi guration vgl Abbildung 163 links Edt Simulate _ Main fom Graph Passive Analog digital Box cabinet Other sl e dag 8 gt 11 Jeder unit CL jr a 3 BatfleNear boundary 1 2 Zt pra gt IC 0 54251 eg Diffraction simulation enee TT 5 e Dim H 1000 0 W 500 0 D 300 0 mm DO d 3 d Origin X 250 0 Y 400 0 mm Bech ed Er Y saron ER GF200 o D 178 30 Abbildung 162 Einf gen des Geh usemodellsymbols Die sogenannte Schallwandkomponente vgl Abbildung 163 beschreibt die Geom
74. ei 500Hz und best tigen mit Create Der Filter wurde somit f r eine konstante Lastimpedanz von 8 2 realisiert Beispieldatei T __ S geschlossene Box Beispiel 7 Isp vgl Abbildung 176 Ent sprechende Simulationsergebnisse sind daher zu erwarten BF Schema pag Edt Simulate __Main fom Graph ol ir e 1 3 u 8 gt o e Jngeteter unit CL 7 Bu 3 D o jenerator 1 000v E 49 0 Abbildung 176 Schaltbild mit HP Filter 1 Ordnung in LspCAD Pro Die grafische Simulation f hrt zu den in Abbildung T77 dargestellten Ergeb nissen f r SPL und Impedanzverlauf 165 dB deg 80 00 150 0 1 75 00 Kee 50 0 70 00 0 0 65 00 50 0 moi File ER 100 0 f Total SPL mag Loudspeaker unit CL mag u E Si Total SPL phase WA Hz 20 Hz 100 500 1000 5000 10000 Ohm 4 200 0 Generator 1 Total impedance phase DEN 50 00 100 0 A 0 00 See 50 00 00 Hz 20 Hz 50 100 500 1000 5000 10000 Abbildung 177 SPL und Impedanzverlauf mit HP Filter 1 Ordnung 166 Abbildungsverzeichnis en een BEE 6 Typischer Impedanzverlauf eines Tieftonchassi e EE ehren 10 __Impedanzverlauf mit Zusatzvolumen 13 Front und R ckansicht der
75. ei gew hlt jedoch soll te die Schallwandmitte auf Grund eventueller Interferenzerscheinungen bei Schallreflexionen auf der Schallwand und Kantenbeugungen vermie den werden Nach Dickason 3 Auflage 2005 Kapitel 6 sollte daher ein Chassis auf der Schallwand so angeordnet werden dass es m glichts nicht gleich weit von allen Geh usekanten entfernt ist Es ergibt sich dadurch die in Tabelle 5 dargestellte Schnittliste f r die Einzel bauteile des Geh uses Bauteil Ma e L x B in mm St ckzahl Schallwand 649 x 217 1 R ckwand 611 x 233 1 Seitenwand 649 x 397 2 Deckel Boden 233 x 397 2 Tabelle 5 Schnittliste geschlossenes 53 8 Geh use Die auf den folgenden Seiten dargestellten Konstruktionszeichnungen dienen der grafischen Verdeutlichung des Geh useaufbaus 5l ISO Frontansicht KS ege 6mm Fr stiefe Visaton GF200 649mm 416mm Abbildung 46 ISO Frontansicht variables 53 8 Geh use 52 ISO R ckansicht Se 71mm 649mm Fr stiefe Anschlusste 416mm Abbildung 47 ISO R ckansicht variables 53 8 Geh use 53 Frontansicht 271mm 186mm 189mm 222mm Au endurchmesser GF200 649mm 90mm 134mm Deckel BR Closed Au endurchmesser 183mm Y Abbildung 48 Frontansicht variables 53 8 Geh use 54 Seitenansicht Be 416mm 649mm 7 397mm Abbildung 49 Sei
76. ei weiterer Betrachtung l sst sich durch den resultieren den flacheren Kurvenverlauf eine G teverringerung feststellen Dieses Verhal ten entspricht dem aus Formel 6lin Kapitel T4 1 3 bekannten Zusammenhang der Vergr erung des quivalenzvolumens V ga eines geschlossenen Geh uses bei Einbringung von D mmmaterial Die Erh hung des quivalenzvolumens Va ga entpricht nun laut Formel Blaus Kapitel 14 einer entsprechenden Verringerung der Gesamtg te 2 ya der geschlossenen Chassis Geh use Kombination Impedanzverlauf Impedanz in Q L 10 100 GF200 V23l oD GF200 V231 mD Phase in Frequenz in Hz Abbildung 64 Impedanzverlauf 22 91 Geh use ohne vs mitteldichte D mmung F r unser mitteldicht ged mmtes geschlossenes Geh use mit VyG brutto W 22 061 gilt so nach der Theorie K 1 4 netto 22 061 25 71 e Mat sett S12 06 5 7 was einer Erh hung des quivalenzvolumens um etwa 17 entspricht Entsprechend verringert sich die Gesamtg te von Qg gG 0 72 auf Va gG netto 60 071 25 71 1 15 Oya I 0 4 0 68 Die G te eines schwinungsf higen Systems ergibt sich zu Q fo 75 was einer Verringerung der G te um etwa 5 entspricht Die Resonanzfrequenz w rde in diesem Fall nach Formel A 0 68 0 4 fia 29 57 Hz x 50 Hz betragen was gegen ber der Berechnung des unged mmten Geh uses mit Joe 53 2 Hz einer Differenz von
77. el 26 3 26 3 nderung der Simulationseigenschaften Alle nderungen k nnen im Hauptfenster Main siehe Kapitel P5 1 unter dem Reiter Settings vorgenommen werden vgl Abbildung LO Import Save as default Time domain Dff axis Polar Cone excursion Nonlinear thermal modeling Voltage Current General SEL fier Impedance Phase group delay Impedance Show Combined Loudspeaker unit CL Y Generator 1 Combine for total impedance Loudspeaker unit CL v Generator 1 Minz 0 ohm Max Z 50 ohm Iw Show phase Abbildung 159 LspCAD Pro Settings 154 Zur nderung der grafischen Anzeige des Impedanzverlaufs ist ein weitere Wechsel zum Reiter Impedance n tig und alle Kurven au er diejenige f r Generator 1 werden deaktiviert Weiters wird der Anzeigebereich auf 500hm erweitert Es ergibt sich nun die in Abbildung T60 dargestellte Ansicht des Impedanz verlaufs Beispieldatei T_S geschlossene Box Beispiel 5 lsp Ohm deg 50 00 t p Generator 1 E Total impedance phase T 40 00 50 00 30 00 0 00 20 00 f 50 00 10 00 BER n A 0 00 H E Dt H HZ 20 Hz 50 100 500 1000 5000 10000 Abbildung 160 Korrigierte Darstellung des Impedanzverlaufs 26 4 Geh usemodellierung Bei der kompletten
78. ell ngen und ohne Geh used mmung im direkten Vergleich dargestellt SPL Frequenzgang 100 T GF200BRT15cmoD GF200BRT25cmoD 90 85H 80 75H Schalldruck in dB 70 65 60 F 55F 1 i 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 75 SPL Frequenzgang lgr 15 cm u lg 25 cm ohne D mmung 84 17 2 3 Einfluss von D mmmaterial Es wurde eine Messung mit starker D mmung bei einer Tunnell nge von 15cm erstellt Gem Kapitel 16 3 4 welches das Verhalten des geschlossenen Geh u ses bei hoher D mmung beschreibt erwarten wir uns auch bei der Bassreflexbox ein hnliches Verhalten Die extreme D mmung stellt auch bei der Bassreflex box eine berbed mpfung dar und somit sollte dementsprechend kein flacherer Abfall des Kurvenverlauf hin zu tiefen Frequenzen beobachten werden obwohl die Abstimmfrequenz fp nach Kapitel 7 1 3 gesunken ist Im Abknickbereich also um den Bereich der Grenzfrequenz sollte hingegen ein starker Einfluss der D mmung zu sehen sein Abbildung 76 zeigt den SPL Frequenzgang des stark ged mmten Bassreflex geh uses mit einer Tunnell nnge von lg 15 cm SPL Frequenzgang T GF200BRT15cmhD Schalldruck in dB 50 fi fi 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 76 SPL Frequenzgang lg 15 cm mit hoher D mmung Nachfolgend sind in Abbildung 77 die SPL Frequenzg nge der unged mm ten u
79. ellten Parameter sind Kleinsignalparameter Ein Lautspre cher agiert nur in einem sehr kleinen Hubbereich der Membran ann hernd linear dieser Bereich darf bei der Messung nicht berschritten werden sonst w rde das verwendete Modell nicht korrekt beschrieben werden Auf der anderen Seite soll te aber auch eine realistische Situation bei der Messung nachempfunden werden d h die bei der Messung angelegte Spannung sollte gro genug gew hlt werden um f r eine H rsituation brauchbare Schallpegel zu erzeugen Eine international festgelegte Norm f r die bei einer Lautsprechermessung anzulegende Spannung existiert derzeit nicht Wie wir rausgefunden haben hat jeder Hersteller hier seine eigene Philosophie und demzufolge auch eine eigene Messreferenz die innerhalb des Unternehmens jedoch eingehalten werden muss um die Vergleichbarkeit und Konsistenz der Daten zu gew hrleisten Aus diesem Grund haben wir uns f r die Projektarbeit eine einzuhaltende Messreferenz geschaffen die f r das Elektroakustik Labor an der Technischen Universit t Graz ebenfalls einzuhalten ist um die Reproduzierbarkeit unserer Messergebnisse zu gew hrleisten Sie gilt sowohl f r die Impedanz als auch Schalldruck Frequenzgang Messung Es soll mit 1 Watt Leistung bezogen auf die Nennimpedanz des Chassis ge messen werden Da im Messaufbau grunds tzlich mit dem Konstantspannungs verfahren gemessen wird ist diese Bedingung f r die angelegte Ausgangsspan nung des Ver
80. en in einer Abbildung gegen ber SPL Frequenzgang 100 T GF200V23loD GF200V23IhD SH GF200V23ImD I Schalldruck in dB 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 68 SPL Frequenzgang 22 OI Geh use ohne mitteld hohe D 78 17 Bassreflexgeh use Nachfolgende Messungen beziehen sich auf die in Kapitel I5 vorgestellte Bass reflexgeh use 17 1 Impedanzmessungen des Bassreflexgeh uses Nachfolgende Impedanzfrequenzg nge des Lautsprecherchassis wurden im Bass reflexgeh use mit Mac brutto 531 Volumen aus Chassivolumenkorrektur vgl Kapitel 4 3 angefertigt Auf zus tzliche Korrektur des Bruttovolumens um das Bassreflextunneleigenvolumen wurde bei den Berechnungen verzichtet Der dadurch zu erwartende Fehler ist als gering einzustufen siehe Messergebnisse Die Bassreflexrohrl ngen der gemessenen Konfigurationen entsprechen nicht der in Kapitel 15 5 2 berechneten Bassreflexrohrl nge von lg 18cm f r das eingebaute Bassreflexrohr BR 13 25 der Firma Visaton Dies war auch nicht unbedingt n tig weil wir bei der Messauswertung mehr auf die Wirkung der Variation der Bassreflexrohrl nge eingehen m chten 17 1 1 Tunnell nge 15cm Enstprechend den aus Kapitel 15 5 2 bekannten Abmessungen des Bassreflex rohrs dem um das Chassisvolumen korrigierte Geh usevolumen von V G brutto Y 531 und FormelllQlaus Kapitel 15 5lf r die Bestimmung der Bassreflexrohrl nge ergibt sich die zu e
81. en Eigenresonanzen der Membran eine gro e Rolle 159 27 Simulation mit Messdaten Es erfolgt ein Beispiel zur Simulation des im Labor verwendeten Chassis Visaton GF200 vgl Kapitel das zur Messung der vorliegenden Messdaten zu SPL und Impedanzverlauf in dem geschlossenen Laborgeh use mittlerer Gr e vgl Kapitel 14 2 2 eingebaut war Zu beachten ist dass Messdaten als spezielle Textdateien aus ARTA zu exportieren sind Dabei ist es wichtig zum Frequenzgang auch zus tzlich die Phaseninformationen aus ARTA zu exportieren Die Dateien werden folgend von ARTA im Format frd ausgegeben Diese Dateien lassen sich jedoch wie normale Textdateien behandeln und von LspCAD Pro direkt einlesen Die Pha seninformationen sind vor allem f r Simulation von Mehrwegesystemen extrem wichtig da die Phasenbeziehungen sich in Ausl schungen und berh hungen im summierten Frequenzgang wiederspiegeln Die richtige Vorgehensweise beim Exportieren von Daten ist im Kapitel 24 4 genau beschrieben Alle Messdaten im folgend beschriebenen Beispiel wurden im geschlossenen Labortestgeh use mittlerer Gr e mit 22 9 Liter Volumen angefertigt Das Ge h use selbst besitzt folgende Au enabmessung H he x Breite x Tiefe 498mm x 322mm x 213mm R I LSpCAD 6 32 pro 2006 10 17 Main Eile Edit Settings Tools About Schema Graph ll 5 Geschlossene Box mit Messung des Yistaon GF200 Author Description Simulation mit di
82. endeten Treiber n her beschreiben soll 26 1 Eingabe der T S Parameter Ein Mausklick auf das mit BF bezeichnete Schaltungssymbol im Projektfenster Schema ffnet den T S Parameter Reiter Das Schaltungssymbol BI re pr sentiert das Lautsprecherchassis und ist als eigenst ndiges Schaltungssymbol im Editiermodus zu finden 150 Loudspeaker unit Eile Visaton GF200 I Show parameters Configuration Parameters VISATON GF200 Manufacturer Model Filename 3 eien IspCAD Examples Wisaton GF200 ur y Hotel Parameters in this pane are stored separately T S param Other Dual voice coils v lt I lt I lt I lt I Iw Autocompute Bee Re Le Reb Leb Ke fs Oms Des Dis Rms Mmd Mms Cms LambdaS Vas Sd Bl Pmax Xmax hg lve 0 00 0 0000 0 00 30 00 4 120 0 370 0 340 1 288 24 766 26 537 1060 60 0 0 68 000 214 000 9 200 0 0 0 0 0 0 0 0 Abbildung 155 Eingabe der Thiele amp Small Parameter Die Thiele amp Small Parameter werden in einer Liste eingetragen siehe Ab bildung 155 Links von der Parameterliste sind zwei Spalten mit K stchen zum ankreuzen In der linken Spalte l sst sich ausw hlen welche Parameter optimiert werden k nnen In der zweiten Spalte hat man die Option Parameter auf unver nder bar verriegelt festzusetzen das hei t sie behalten ihren Wert auch wenn eine
83. ene Box Beispiel 2 lsp Anschlie end wird der Simulationsmodus gestartet vgl Abbildung 153 Dieser ist als Reiter Simulate im Projektfenster Schema zu finden Bei spieldatei TS geschlossene Box Beispiel 2 lsp S Schema page 1 Edit Simulate Main form Graph Copy s s2 sal sa s5 se sz se 13 52 82 Loudspeaker unit CL p Ze El Closed box a Box oleenerator 1 5 y 1 000Y 3 fil al Enter model her Description Abbildung 153 Starten des Simulationsmodus Es ffnet sich das in Abbildung 154 ersichtliche grafische Ausgabefenster Graphs mit ersten Simulationsergebnissen aus vordefinierten Werten unseres Projekts die wir folgend anpassen wollen 149 Erit Copy Export Main farm Schema SPUmag SPL phase Impedance Voltage Current Xfer func Group delay Cone excursion Time domain Oft axis overlay Polar plot Polar map F Clone dB A ji D Total SPL mag DI Loudspeaker unit CL mag Total SPL phase T CECE 500 1000 5000 10000 Abbildung 154 Erste grafische Simulationsergebnisse Die Anpassung s mtlicher Simulationsparameter erfolgt im Programmfens ter Schema das sich weiterhin im Simulationsmodus befinden muss Als erster Schritt erfolgt die Eingabe der Thiele amp Small Parameter die unseren verw
84. enster Schema Im Simulationsmodus kann der Benutzer die verschiedenen Werte der Komponenten anpassen w hrend in einem weiteren Fenster gleichzeitig das Er gebnis der Ver nderungen erscheint 145 25 3 Das grafische Ausgabefenster Graphs Dieses dritte mit Graphs bezeichnete und in Abbildung 148 zu sehende Pro grammfenster steht ausschlie lich im Simulationsmodus zur Verf gung Der Si mulationsmodus ist vom Programmfenster Schema aus durch Bet tigung des Reiters Simulate zu erreichen Polar map y T SE Zut 1 T pi Total SPL mag Total SPL phase Abbildung 148 Das grafische Ausgabefenster Graphs 146 26 Simulation mittels Thiele amp Small Parame tern Es folgt ein Simulationsbeispiel mit dem bereits aus Kapitel II bekannten La borchassis Visaton GF200 welches in ein geschlossenes Geh use eingebaut wer den soll Zun chst wird in LspCAD Professional ein neues Projekt erstellt Das Edi tierfenster sollte somit keine Schaltpl ne enthalten auch auf keiner der Zehn Unterseiten Besteht der Wunsch kann der Benutzer zur besseren bersicht dem neuen Projekt auch einen frei definierbaren Namen zuteilen vgl Abbildung 149 R I LSpCAD 6 32 pro 2006 10 17 Main Eile Edit Settings Tools About Schema Graph Wl 4 Geschlossene Box mit Visaton GF200 Author Description
85. enz in Hz 1 GF200 oS 2 GF200 oS ZM T L 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 9 Impedanzverlauf mit Zusatzmasse Bildet man nun das Verh ltnis dieser beiden Resonanzfrequenzen so l sst sich die gesamte bewegte Masse my os sehr leicht berechnen WoS fos WoS Z fi 0S Zm fos Mg os Mz Fos z To og Mg os 11 F r die gesamte bewegte Masse gilt mz 2 Jos ESA 1 5 7 2 Methode des Zusatzvolumens Mg os Das Lautsprecherchassis wird in ein geschlossenes Geh use des Volumens Vg eingebaut Es wirkt nun zus tzlich die Federsteife des eingeschlossenen Volu mens dabei steigt die Resonanzfrequenz des Systems auf 1 U G g Mg o Cm g gG Impedanzverlauf Impedanz in Q 0 L L L 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Phase in 1 GF200 oS 2 GF200 V23l DE 100 l 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 10 Impedanzverlauf mit Zusatzvolumen Nach 2 Auflage 2005 sollte die Resonanzfrequenz gegen ber der Freiluftresonanzfrequenz um min 50 steigen um zuverl ssige Ergebnisse zu liefern Es gilt hier n herungsweise Vi Ma RS ER A fsa Va fos Somit kann diese Bedingung anhand der Herstellerangaben schnell gepr ft werden Es werden nun zwei Impedanz Frequenzg nge aufgezeichnet einmal ohne Schallf hrung und anschlie end im geschlossenen Geh use Aus der Messung
86. erbindungen an der Messbox m ssen f r diese Mes sung getrennt werden 2 Frequency Range Hier kann der Frequenzbereich in dem die Messung stattfinden soll einge geben werden Diese Einstellung kann auch mit Fstart und Fstop direkt von der Symbolleiste im Hauptfenster aus geschehen Die Samplingrate kann ebenfalls ge ndert werden 3 Parameter f r den Modus Stepped Sine e Frequency increment Der Abstand zwischen zwei Frequenzmesspunkten kann von 1 24 Ok tave auf 1 48 Oktave verringert werden um eine bessere Aufl sung zu erhalten e Min Integration time Die Integrationszeit T im eingeschwungenen Zustand wird hier einge stellt Sie hat direkten Einfluss auf die Filterbandbreite B der nach tr glichen Filterung des aufgezeichneten Signals B 1 T e Transient time Gibt die Zeitdauer an die das System braucht um einen stabilen eingeschwungenen Zustand zu erreichen e Intra Burst Pause Gibt die Zeitdauer an die zwischen den einzelnen Sinust nen pausiert wird Sie sollte so eingestellt werden dass die Energie aus s mtlichen reaktiven Bauteilen abgeflossen ist bis der n chste Sinuston einsetzt 4 Parameter f r den Modus Pink Noise Excitation e FFT size Gibt die Blockl nge der FFT Berechnung an e Averaging Hier kann die Mittelung ber mehrere Signalperioden eingestellt wer den Linear ist eine einfache Mittelung ber alle Wiederholungen Exp gewichtet die letzten 5 Wiederholungen st rker Die Ein
87. es ange fertigt Abschlie end folgen einige Angaben zur Konstruktion 15 1 Wiedergabeeigenschaften Ein ventilierter Lautsprecher besitzt analog zu einem Hochpassfilter vierter Ordnung eine Sperrwirkung von 24dB Oktave Bei tiefen Frequenzen tr gt die Reflex ffnung substantiell zur Schallwiederga be des Systems bei Das erfolgt jedoch indem die akustische Belastung der Membranr ckseite im Bereich der Helmholtzresonanzfrequenz vergr ert wird was wiederum die Bewegung der Membran stark bed mpft und die akusti sche Wiedergabe der Vorderseite des Chassis verringert Dies f hrt letztlich zu einer geringeren Auslenkung der Membran im Bereich der Resonanzfrequenz gr ere akustische Belastung der Membran Die Folge ist unter Anderem eine vergr erte Belastbarkeit im Bereich der Helmholtzresonanzfrequenz so wie geringere Wahrscheinlichkeit von Modulationsverzerrungen vel Dickasorl 3 Auflage 2005 Kapitel 3 Wie auch bei der Konstruktion geschlossener Geh use k nnen die Wiedergabeei genschaften von Bassreflexgeh usen ber die Gesamtg te Q der Chassis Geh use Kombination kontrolliert und justiert werden Der Hauptunterschied beider Konstruktion liegt jedoch in der Konstruktionsreihenfolge Bei geschlossenen Geh usen kann mit nahezu jeder beliebigen Chassig te Q at jede erw nschte Abstimmung f r geschlossene Geh use mit definierten Wieder gabeeigenschaften siehe Kapitel 4 1 erzeugt werden Die Konstr
88. etrie der benutzten Schallwand f r Beugungssimulation Falls mehr als ein Treiber im Projekt beteiligt sein sollte wird die Schallwandkomponente von allen Treibereinheiten geteilt f r die die Geh usekantenbeugung simuliert wer den soll Es k nnen mehrere Schallwandkomponenten in einer Simulation exis tieren z B eine die die Gr e der Subwooferbox beschreibt und eine die die Mittel Hochtonbox beschreibt Wir ben tigen in unserem Fall allerdings nur eine Schallwandkomponente Das Feld Baffle dimension beinhaltet die Au enabmessungen des Laut sprechergeh uses nach der Angabe Breite W width H he H hight und Tiefe D depht und wird in Millimetern angegeben Das Feld Location of origin definiert den Koordinatenursprung auf der Schallwand des Lautsprechergeh uses der zur genauen Positionierung der Laut 156 sprecher auf der Schallwand ben tigt wird Die Angaben beziehen sich auf die linke untere Ecke der Schallwand Die Lautsprecherchassis werden anschlie end relativ zu diesem Punkt posi tioniert F r die vorgegebene Laborbox k nnte die fertige Konfiguration somit wie in Abbildung L63 rechts dargestellt aussehen Beispieldatei T_ geschlossene Box Beispiel 9 lsp Baffle configuration Baffle configuration Baffle Near boundary 1 Mittleres Laborgeh use 22 9 Liter Yolumen Diffraction analysis Near boundaries Diffraction analysis Near boundaries jw Enable simulation Enable simulat
89. fi 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 110 Filter 1 Ordnung Trennfrequenz 1 vs 2 113 21 3 2 Hoch und Tiefpass 2 Ordnung SPL Frequenzgang 100 1 MW 20 11 50hm verpolt MW 20 11 50hm 95H 90 85H 75H Schalldruck in dB 70F 65 55H A 50 fi fi fi 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 111 Filter 2 Ordnung verpolt vs unverpolt 21 3 3 Filter 1 Ordnung vs 2 Ordnung Interessanterweise ergibt die Verpolung der beiden Chassis zueinander bei bei den Filterordnungen zun chst eine Verbesserung des Frequenzgangs was sich nach Integration der beiden Korrekturschaltungen im Bereich der bergangs frequenz jedoch wieder etwas legt SPL Frequenzgang T MW 10 TF1 11 50hm MW 20 11 50hm 100 95 90 F 85H 75H Schalldruck in dB 70 65F 55H 50 1 1 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 112 Filter 1 Ordnung vs 2 Ordnung unverpolt 114 SPL Frequenzgang 100 1 MW 10 TF1 verpolt 11 50hm MW 20 11 50hm verpolt 95H 90F 80 75H Schalldruck in dB 70 br 60F 55H 3 50 fi fi fi 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 113 Filter 1 Ordnung vs 2 Ordnung verpolt 21 3 4 Impedanzkorrektur f r den AL170 SPL Frequenzgang 100 T MW 10 IK TF1 verpolt 11 50
90. flexrohr ist vgl Kapitel 5 Das Lautsprecherchassis sollte auf einer der Geh usefl chen untergebracht werden Auf Grund der gro en Geh usefl chen war allerdings keine kon struktiv bedingten Platzprobleme vorhanden Wir entschieden uns f r die abgebildete Variante da das Lautsprecher geh use einen deutlich sthetischeres Erscheinungsbild erh lt hnlich einem Standlautsprecher obwohl das Geh use selbst die gleichen Kan tenverh ltnisse aufweist wie die beiden bereits vorgstellten geschlossenen Geh use vgl Kapitel HI Die schmale Schallwandform beg nstigt eine geringere Beeinflussung des Frequenzgangs des Chassis durch Reflexionen Dickasoni 3 Auflage 2005 Kapitel 6 Die Geh usekonstruktion wurde so gew hlt dass ein m glichst harmoni scher Kantenverlauf bzw ein symmetrischer Aufbau entsteht eine Schall wand ohne sichtbare Sto kanten der einzelnen Bauteile war dabei oberste Priorit t 50 e Aus klanglichen optischen und haptischen Gr nden wurden s mtliche Geh usekanten abgerundet Um eine optische Konstanz zu den kleineren Lautsprechergeh usen zu erreichen wurden nur die linke und rechte Ge h usekante sehr stark abgerundet Nach Dickasonl 3 Auflage 2005 Kapi tel 6 vermindert diese Vorgehensweise die Beeinflussung der Wiederga beeigenschaften des Lautsprechers bei Frequenzen deren Wellenl nge die Abmessung der Schallwand erreichen e Die Chassisposition auf der Schallwand wurde fr
91. fnung auf der R ckseite wie beispielsweise das GF200 von Vi saton diese freigehalten werden muss um eine Luftzirkulation zu erm glichen Das Verdecken dieser ffnung f hrt zu erheblichen Beeinflussungen der Messung und ist deshalb zu vermeiden 20 8 Schalldruck Frequenzgang Messung 8 1 Messkette zur Schalldruck Frequenzgang Messung Der Messaufbau ist gem folgender Abbildung herzustellen Leistungsverst rker Mikrofon Amp IN LS OUT GF 200 I Abgriff R Switch 1 7 Switch 2 Y Ch Right Ch Left ARTA Messbox 5 2g 2 ZS Mikrofon Vorverst rker ES 8 gt perit SPL Messung Audio Interface ARTA Software Sw1 auf Stellung 2 Sw2 auf Stellung Off Kalibrierung Sw1 auf Stellung 2 Sw2 auf Stellung 2 Abbildung 21 Messaufbau f r die SPL Messung mit ARTA 8 2 Messprinzip Zweikanalmessung Um eine skalierte Messung zu erhalten wurde als zweiter Referenzkanal das Signal des Leistungsverst rkers direkt zur ckgef hrt ARTA kann dies bei An regungssignalen wie Rauschen oder Sinussweep in einer 2 Kanalmessung ber ck sichtigen Frequenzgang und Verst rkungsfaktor des Leistungsverst rkers sowie aller anderen Teile der Messkette bis zum Leistungsverst rker k nnen so aus geglichen werden N here Informationen zu dem Messverfahren erh lt man im Benutzerhandbuch von ARTA Mateljanl 2008a 8 3 Raumakustische Einfl sse Die Messungen wu
92. folgende Au enabmessung H he x Breite x Tiefe 383mm x 231mm x 170mm Abbildung 31 Geschlossenes 9 71 Geh use 35 Gr nde f r die Wahl der Geh usekonstruktion e Zum Einen musste das Lautsprecherchassis auf einer der Geh usefl chen untergebracht werden was auf Grund des Chassis GF200 von Visaton nur auf der gr ten Geh usefl che m glich war Weiters wurde die Geh usekonstruktion so gew hlt dass ein m glichst harmonischer Kantenverlauf bzw ein symmetrischer Aufbau entsteht ei ne Schallwand ohne sichtbare Sto kanten der einzelnen Bauteile war dabei oberste Priorit t Aus klanglichen optischen und haptischen Gr nden wurden s mtliche Ge h usekanten abgerundet Bedingt durch die Geh useabmessung war links und rechts der Schallwand eine deutlich st rke Abrundung der Geh u sekanten m glich Nach 3 Auflage 2005 Kapitel 6 vermin dert diese Vorgehensweise die Beeinflussung der Wiedergabeeigenschaften des Lautsprechers bei Frequenzen deren Wellenl nge die Abmessung der Schallwand erreichen e Die Chassisposition auf der Schallwand wurde frei gew hlt jedoch soll te die Schallwandmitte auf Grund eventueller Interferenzerscheinungen bei Schallreflexionen auf der Schallwand und Kantenbeugungen vermie den werden Nach Dickason 3 Auflage 2005 Kapitel 6 sollte daher ein Chassis auf der Schallwand so angeordnet werden dass es m glichts nicht gleich weit von allen Geh usekanten entfernt ist Es erg
93. g 140 Beispiel eines fertiggestellten SPL Verlaufs 24 3 3 Summieren mehrerer Messungen ber Load and Sum kann zu der aktuell ge ffneten Messung eine weiter Impul santwort addiert werden Das Ergebnis kann dann als neues PIR File abgespei chert werden um es f r die sp tere Analyse aufzubewahren Die Summierung kann ebenfalls im Frequenzbereich durchgef hrt werden Mit dem Befehl Edit Power Average with Overlay wird zum aktuellen SPL Verlauf die Overlay Kurve hinzuaddiert Es ist zu beachten dass hier der Phasengang ber cksichtigt wird 137 24 3 4 Pegel skalieren Skalierungsfaktoren k nnen sowohl im Zeitbereich unter Edit Scale ACH TUNG nicht in dB als auch im Frequenzbereich unter Edit Scale Level in dB eingegeben werden Im Zeitbereich kann mit Edit Scale ein gan ee zer arithmeticher Ausdruck als Skalierungsfak bas tor dienen Der Ausdruck wird mit den einzelnen Messwerten multipliziert en Scale Magnitude Im Analysefenster kann mit Edit Scale Le vel der SPL Verlauf komplett nach oben oder e unten verschoben werden Der Wert wird mit Se jeweiligem Vorzeichen in dB eingetragen Enter value in dB to scale magnitude 24 3 5 Beugungskorrektur Baffle Step Korrektur LF Box Diffraction Boxform Rectangular v Im DFT Fenster k nnen unter Edit LF Box Baffle width cm 30 diffraction die Schallwanddimensionen zur Si mulation der Beugungskorrektur eingetragen werden Baffle
94. g der Frequenzweiche 2 Ordnung dargestellt Impe danzkorrektur und Saugkreis im Tiefmitteltonzweig als auch die Pegelabsen kung durch den seriellen Wiederstand im Hochtonzweig sind aktiviert Deswei teren ist eine Referenzmesskurve dargestellt die an der Lautsprecherbox gleicher Konfiguration angefertigt wurde und zum direkten Vergleich mit den Simulati onsergebnissen aus LspC AD Pro dienen soll Ohm deg op 60 00 Total impedance mag Generator 1 Generator 2 D I Total impedance phase 50 00 50 00 tt 40 00 30 00 SEHE Lee 20 00 100 0 DI ARE GAN j d A HR l l E H 1 d 1 N T j j ati Ni 1 El Hi 1 wh I 60 0 HH H H S y 50 00 bi 1 Id Total SPL mag D Reference QQ 10 00 Not HH j f 1 G G25FFL mag A o 500 4 HH 8 AL170 2way mag Kl 1 1 a Total SPL phase 0 00 ul j Es 150 0 Hz 20 Hz so 100 500 1000 5000 10000 20 Hz so 100 500 1000 5000 10000 Hz Abbildung 130 Impedanz und SPL Frequenzgang Weiche 2 Ordnung Die Abbildung zeigt eine sehr gute Korrelation der Simulation zur Refe renz mit einer Maximalabweichung von 1dB Dieses Ergebnis beweist dass Simulationsergebnissen aus LspCAD Pro korrekte Bedienung vorausgesetzt durchaus Glauben zu schenken ist da sie e
95. gabeverhalten wie bei mittiger Abstimmung erm glichen D h ein Alignment gew hrleistet dass ein sehr hnliches klangliches Verhalten mit un terschiedlichen Chassisg ten erreicht werden kann Durch die Abweichung der tats chlichen Chassisg te von der optimalen Chassisg te f r mittige Abstim mung ergeben sich daher hoch bzw tiefabgestimmte ventilierte Lautsprecher systeme In der Praxis ist eine oft gew hlte Herangehensweise die Wahl des Ali gnments mit dem das Wiedergabeverhalten festgelegt wird Damit ist der Be reich f r die Chassisg te und die zugeh rigen Geh usevolumina vorgegeben Chassis mit hnlicher G te k nnen sich in der Resonanzfrequenz fus deutlich unterscheiden was sich auf die erreichbare untere Grenzfregeunz f_3aB aus wirkt Typische Bassreflex Alignments sind unter Anderem e Super Boom Box Alignment vierter Ordnung SB B4 e Sub Chebychev Alignment vierter Ordnung SC4 e Qausi dritter Ordnung Butterworth Alignment QB3 Als Beispiel wird in der Lehrveranstaltung Elektroakustik an der TU Graz letzt genanntes QB3 Alignment genauer besprochen Zur Berechnung und Konstruk tion des Bassreflexgeh uses das auch als Teil unserer Projektarbeit entstanden ist haben wir unser daher auf dieses Aligment beschr nkt Die Wiedergabe kurve des QB Alignments ist der eines elektrischen Filters dritter Ordnung mit einer Sperrwirkung von 18dB Oktave hnlich was die Namensgebung er kl rt Dieses Align
96. geben wir unter Alternatives Volumen unser gew hltes Volumen abz glich des Chassiseigenvolumens ein siehe dazu auch 43 Es ergibt sich eine Abstimmfrequenz von ca 45 Hz und ein Ripple von ca 3dB das ist die erwartete Bass berh hung vor dem Hochpassabfall des Geh uses Die Werte werden nun f r das Innenvolumen des AL170 bernommen Dazu rufen wir noch einmal das Dialogfeld f r Chassis 1 auf Strg 1 und gehen auf die Registerkarte Geh use amp Impedanz F r die F llung geben wir gesch tzte Werte ein 93 Chassis 1 Einbau und Schallwand editieren Chassisdaten Hehe Schallwand und Position weitere Daten Einbaudaten Errechnete Gr en C Geh use integriert HT Geschlossene Box Cms 369 149 uF e Bassteflex Box Bandpass Lms 43 5715 mH C Bandpass biventiliert Rms 32 2233 Ohm noo Lab 36 2129 mH Volumen geometrisch Liter 19 2 Rab 2 94882 Ohm Abstimmfrequenz fb Hz 45 Cbr 345 424 pF Rbr 204 779 Ohm Labf 1 6105 mH Rabf 1 99 Ohm N explizite Eingaben f r Luftlast und Resonanzg ten Cbrf 1 E 99 pF Rbrf 1 E99 Ohm Bed mpfung des Bed mpfung nahe Bed mpfung Vab 21 8832 Liter r ckw rtigen Volumens Chassis Reflexkanal Vabf 0 Liter E z keine Wolle keine Wolle sz keine Wolle locker gef llt locker gef llt locker gef llt Dis 0 4494 7 stark gestopft stark gestopft stark gestopft fsbg 39 684 Hz Qesbg 0 5062 Qmsbg 5 5997 locker gef llt 6 7g L Otsbg
97. gen da 150 Zweiweg_deg 150 pir 1024KB C Dokumente und Einstellungen da 160 Zweiweg_deg 160 pir 1024KB C Dokumente und Einstellungen da 170 Zweiweg_deg 170 pir 1024KB C Dokumente und Einstellungen da 180 Zweiweg_deg 180 pir 1024 KB C Dokumente und Einstellungenida DN m Magnitude FFT analysis Smoothing 13ot e C Ungated from estimated PIR maximum position C Ungated from PIR start position Normalize to zero degree V Symetrical for neg angles IV e Gated Start ms 9 Length ms 4 1 Frequency range User Info Default Low Hz Zweiwegebox mit Filter 2 Ordnung Cancel Ee Abbildung 141 Anlegen einer Messreihe f r Polardiagramme und Sonogramme Es gen gt die erste Datei der Messreihe auszuw hlen somit werden alle gleichnamigen Messungen geladen und dem entsprechenden Winkel zugeordnet Im Dialog k nnen noch der Frequenzbereich Normierung auf die 0 Achse so wie gegebenenfalls ein Fenster eingestellt werden Mit OK gelangt man zur ck zum Diagrammfenster hier sollte nun das gew nschte Anzeigeformat ausge w hlt werden F r die Richtcharakteristik sind Polardiagramm und Sonogram zu empfehlen 140 E Directivity pattern Untitled dpf Polar plot Directivity pattern EZ Frequency Hz CH f 250 Hz Q 1 64 DI 4 3 dB Angle 6dB 340 6 Mode Polar Ful paittelst m 25 copy Colored Waterfall Contoured Range dB B W Abbildung
98. gibt sich nach Graber ws 2006 07 Kapi tel 7 3 ein Geh usevolumen von Vi ma 60 071 vG In gt l Ve a a Die Tabelle des QB3 Alignments f r eine Verlustg te von Or 7 gem 3 Auflage 2005 Kapitel 3 gibt weiters Auskunft ber das Verh ltnis der 3dB Grenzfrequenz zur Chassisresonanzfrequenz Hier gilt F3aB fus und damit folgt ein voraussichtliche 3dB Grenzfrequenz von fsag 30 2 Hz 1 0214 Nachfolgend ist in Tabelle 7 zur Verdeutlichung einen Ausschnitt der erw hnten QB Tabelle dargestellt Die f r uns wichtige Zeile ist grau hinterlegt Es ist zu erkennen dass bei diesem Alignment bis zu einer Chassisg te von Q mr 0 41 kein berschwingen im SPL Frequenzgang der Chassis Geh use Kombinati on zu erwarten ist Ein leichtes berschwingen setzt erst ab einer Chassisg te von Qg mk 0 42 ein und steigert sich entsprechend deutlich hin zu h heren Chassisg ten 65 Qg Mk h a f3aB fs Peak in dB 0 3000 1 3145 2 8421 1 5732 0 0 3100 1 2748 2 5944 1 5070 0 0 3200 1 2376 2 3667 1 4439 0 0 3300 1 2028 2 1594 1 3836 0 0 3400 1 1702 1 9699 1 3258 0 0 3500 1 1395 1 7964 1 2702 0 0 3600 1 1106 1 6371 1 2167 0 0 3700 1 0834 1 4905 1 1651 0 0 3800 1 0578 1 3552 1 1153 0 0 3900 1 0335 1 2300 1 0674 0 0 4000 1 0106 1 1141 1 0214 0 0 4100 0 9889 1 0065 0 9776 0 0 4200 0 9683 0 9064 0 9362 0 01 0 4300 0 9488 0 8131 0 8975 0 05 0 4400 0 9303 0 7260 0 8618 0 14 0 4300 0 9128 0 6445 0
99. h her als bei der FFT Messung und kann zudem genau definiert werden Das aufgezeichnete Signal wird schmalban dig um die aktuelle Frequenz gefiltert Bei dieser Messmethode kann daher ein sehr guter SNR erreicht werden kann 2 FFT Messung mit breitbandigem rosa Rauschen Pink PN Bei der FFT Messung wird ein breitbandiges Signal als Anregungssignal genutzt Das erm glicht die gleichzeitige Messung im gesamten Frequenz bereich allerdings ist hier die Signalenergie pro FFT Frequenzband nied rig was zu einem schlechteren SNR f hrt Durch Mittelung mehrerer Si gnalperioden kann der SNR verbessert werden 23 2 Einstellungen Im Men Setup Measurement Setup findet man die Messeinstellungen Measurement Setup Measurement config Stepped sine mode FFT mode pink noise excitation Reference channel Right v Frequency increment 1 48 octave v FFT size 131072 Reference Resistor 27 96 Min integration time ms 200 Averaging None y Frequency range Hz Transient time ms 100 Max averages 100 High cut off Intra burst pause ms 100 Asynchronous averaging Low cut off 5 Sampling rate Hz 48000 v Default Cancel Abbildung 131 Dialogfeld Measurement Setup 126 1 Referenzwiderstand Der in die Messbox eingebaute Widerstand wird mit einem Multimeter genau vermessen Der Wert wird aufgeschrieben und im Dialogfeld als Reference Resistor eingetragen ACHTUNG Die V
100. he Tools zur schnellen Berechnung von Abstimmfrequenz Reflextunnel und diverser Filter Wir wollen diese Tools verwenden um unsere gew nschten Konstruktionsvorgaben umzusetzen und eine geeignete Frequenzweichenschal tung zu finden Hierzu m ssen wir einige Vorbereitungen in Boxsim treffen 90 19 1 Projekt erstellen Projekteigenschaften Anzahl Verst rker Anzahl Chassis Unter Neu Projekt wird ein neues Projekt mit 2 Chassis und einem Verst rker angelegt Die Simulation soll ber den kompletten Audio frequenzbereich in feinster Aufl sung geschehen Tiefste Frequenz H chste Frequenz 20000 Anzahl Frequenzen 250 Standardeinstellungen grob mittel Ok Abbruch 19 2 Chassisdaten laden Als ersten Schritt m ssen wir die Chassisdaten laden Chassis amp Einbau Chassis 1 Strg 1 Chassis 2 Strg 2 Zuerst ber Chassis laden aus Datei die Datei AL170_8 ausw hlen anschlie end werden die gemessenen T S Parameter siehe Tab 2 eingeben F gang Impedanz ben Kann man entweder abw hlen Impedanzkurve wird anhand der T S Parameter simuliert oder die gemessene Kurve ber Import laden Chassis 1 Einbau und Schallwand editieren Chassisdaten Geh use amp Impedanz Schallwand und Position weitere Daten Chassisdaten AL 170 8 Ohm Chassis laden aus Datei Bezeichnung VISATON LAUTSPRECHER GmbH amp Co KG 09 05 Kommentar Resonanzfrequenz fs Hz 41 Linearer Hu
101. height cm ACHTUNG Die Korrektur ist nach jeder Skalierung erneut einzugeben 24 3 6 Zwei Messungen im Frequenzbereich zusammenschneiden Ist ein Overlay gesetzt kann der aktuelle SPL Verlauf an einer bestimmten Fre quenz abgeschnitten werden Der nun ausgeschnittene Teil wird mit den Daten aus dem Overlay erg nzt Im bergangsbereich muss ein geeigneter Schnitt punkt gew hlt werden Edit Merge overlay below cursor Ersetzt unterhalb des Cursors die ak tuelle Kurve mit den Overlaywerten Edit Merge overlay above cursor Ersetzt berhalb des Cursors die aktu elle Kurve mit den Overlaywerten 138 Dieser Vorgang soll an einem Beispiel noch verdeutlicht werden Es wurde eine Nahfeldmessung mit allen Summierungen Pegel und Beugungs korrektur als Overlay gespeichert blau Anschlie end wurde die Fernfeldmes sung geladen und der Pegel korrigiert FR Magnitude dB re 20uPa Y smoothed 1 12 oct 110 0 100 0 20 50 100 200 500 1K 2K Dk 10K 20k Cursor 278 6 Hz 83 64 dB Frequency Hz Fernfeld und Nahfeldmessung Der Cursor wird nun mit der linken Maustaste an die gew nschte Position gesetzt und mit dem Befehl Edit Merge overlay below cursor verschmelzen Nah und Fernfeldmessung zu einem SPL Verlauf 20 0 gt 20 50 100 200
102. hlossenen Ge h use Eine minimale untere Grenzfrequenz der Geh use Chassis Kombination mit maximaler Dynamik ist EN Ge Kapitel 2 Jedoch wird nach Dickasonl 3 Auflage 2005 Kapitel 2 der Wert Qy ya 0 50 als bertrieben straff und berbed mpft angesehen Dieses Lautsprechergeh u se entspricht einer Geh use Chassis Kombination nach dem Prinzip der un endlichen Schallwand da die akustische Nachgiebigkeit des Luftvolumens im Geh use gr er als die Nachgiebigkeit der Membranaufh ngung ist Dickason 3 Auflage 2005 Kapitel 2 Nach Tabelle und Formel 3 ergibt sich f r das Geh usevolumen 60 071 Vi gG N S 2 N 75 41 0 50 1 15 3 1 Das Volumen erschien uns allerdings zu grof und unpraktikabel zur Verwen dung im Rahmen der Lehrveranstaltung Elektroakustik Labor Weiters enstand aus der berlegung so wenige Lautsprechegeh use wie m glich bauen zu m ssen die Idee das gr te Lautsprechergeh use sowohl als geschlossenes Geh use als auch mit ann hernd gleicher Konfiguration als Bassreflexgeh use nutzen zu k n nen Hierdurch entsteht die M glichkeit des direkten Vergleichs auch h rbar zwischen geschlossenem Geh use und Bassreflexgeh use Eine M glichkeit Volumen einzusparen ist das Einbringen von D mmmate rial in das geschlossene Geh use Nach Grabeil WS 2006 07 Kapitel 7 2 gilt K Y Va ga K P A Cm gG g Mac 6 33 wobei k Luft 1 4 ist Zur Ber cksicht
103. hm MW 10 TF1 verpolt 11 50hm 95H 90 80 75H gi Schalldruck in dB 70F 60F gi 55H J 50 fi fi fi 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 114 Filter 1 Ordnung mit vs ohne Impedanzkorrektur Durch die Impedanzkorrektur ist eine deutliche Verbesserung der Filterwirkung im Tieftonzweig bemerkbar die sich im Frequenzgang widerspiegelt 115 21 3 5 Saugkreis f r die Resonanz der Membran des Al170 SPL Frequenzgang 100 1 MW 10 IK TF1 verpolt 11 50hm MW 10 SK IK TF1 11 50hm verpolt 95H 7 90 85H 75 gt S Sehe 4 Schalldruck in dB 70F 65 7 60H e 55H A 50 1 1 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 115 Filter 1 Ordnung ohne vs mit Saugkreis Filter 1 Ordnung ohne vs mit Saugkreis Der Effekt der Saugkreisschaltung ist in der Messung leider nicht so gut zu erkennen wie in der Simulation Eventuell wird der Effekt hier von den Aus wirkungen der Impedanzkorrektur berdeckt 21 3 6 Vorwiderstand zur D mpfung des Hocht ners SPL Frequenzgang 100 1 MW 10 TF1 verpolt 11 50hm MW 10 TF1 verpolt 95H sob E S Bi el 75 i E Er 4 Schalldruck in dB 70 J 65F 3 60F 3 55H 3 1 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 116 Filter 1 Ordnung mit vs ohne Vorwiderstand 11 50 Zur drastischeren
104. hod Thiele Small parameters User Input Voice coil Resistance ohms 3 2 Re 3 20 ohms dc Membrane diameter cm 15 Added mass 9 37 60 0 Mms 30 52 grams Rms 1 090733 kg s Cms 0 000857 m N 50 0 1 Vas 37 57 liters Sd 176 71 cm 2 Avg 1 Bl 9 242134 Tm ETA 0 49 Lp 2 83V 1m 92 96 de 40 0 Added Mass Method Ided mass 37 00 grams Diameter 15 00 cm 30 0 20 0 10 0 0 0 10 20 50 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20k Cursor 19897 0 Hz 54 89 Ohm Frequency Hz Abbildung 133 Analyse der Thiele Small Parameter mit Zusatzmasse Mit dem Befehl Analyse Loudspeaker Parameters added mass me thod wird das Analysefenster ge ffnet siehe Abb 133 Hier muss der Gleich stromwiderstadn R der effektive Membrandurchmesser Dm sowie die Zusatz masse f r die zweite Messung mz eingetragen werden Mit Calculate werden die in Tab 9 beschriebenen Parameter nach den in Kap I beschriebenen Ver fahren berechnet 23 5 2 Methode des Zusatzvolumens Hierbei wird die zweite Messung in einem definierten geschlossenen Geh use durchgef hrt wie es in Kap I beschrieben wurde Der Vorgang ist ansons ten mit der Methode der Zusatzmasse identisch Im Men Analys wird jetzt Loudspeaker Parameters closed box method ausgew hlt um zum Ana lysefenster zu gelangen Anstelle der Zusatzmasse muss hier das Volumen des geschlossenen Geh uses angegeben werden siehe Abb 134 129 100 0 M
105. ibt sich dadurch die in Tabelle B dargestellte Schnittliste f r die Einzel bauteile des Geh uses Bauteil Ma e L x B in mm St ckzahl Schallwand 383 x 251 1 R ckwand 345 x 213 1 Seitenwand 383 x 151 2 Deckel Boden 151 x 213 2 Tabelle 3 Schnittliste geschlossenes 9 71 Geh use Die auf den folgenden Seiten dargestellten Konstruktionszeichnungen die nen der grafischen Verdeutlichung des Geh useaufbaus 36 ISO Frontansicht 6mm_ Fr stiefe GF200 383mm 170mm Abbildung 32 ISO Frontansicht geschlossenes 9 7 Geh use 37 ISO R ckansicht 3mm Fr stiefe Anschlussterminal Abbildung 3 170mm K feg 3 ISO R ckansicht geschlossenes 9 71 Geh use 38 Frontansicht 251mm 383mm Abbildung 34 Frontansicht geschlossenes 9 71 Geh use 39 Seitenansicht Be 170mm 383mm 151mm ch Abbildung 35 Seitenansicht geschlossenes 9 71 Geh use 40 Aufsicht 251mm A 213mm Ge ged 19mm 7H 151mm ge Abbildung 36 Sicht auf das geschlossene 9 7 Geh use 41 R ckansicht 251mm Abbildung 37 R ckansicht geschlossenes 9 71 Geh use 42 E Be 213mm g 383mm ER 78mm 91mm g 14 2 2 Geschlossenes Geh use mittlerer Gr e Das Laborgeh use mittlerer
106. ie Reibungsverluste der Membranaufh ngung so ergibt sich die mechanische G te der Membrankonstruktion zu R Qm Mk Wos COR 3 2 2 Elektrische G te Q a Betrachtet man nur die Spulenverluste so ergibt sich die elektrische G te der Membrankonstruktion zu R Z wosCRs m Qe Mk Ber cksichtigt man nun noch den gesamten Serienwiderstand Rserier der sich aus Innenwiderstand des Verst rkers Widerst nde der Kabel und Anschlus sterminals und Innenwiderst nde von Bauteilen die seriell geschaltet sind zu sammensetzt so ver ndert sich die elektrische G te wie folgt zu Qe Qe 1 Rserien Rs 3 2 3 Gesamtg te der Membrankonstruktion Qg Mr Die Gesamtg te der Membrankonstruktion ergibt sich nun zu Qe Mk Om Mk Qg Mk Qe Mk Qm Mk Bzw mit Qe die Gesamtg te des Systems Qe Qm Mk Qs Qe Qm Mk 4 Liste der Modellparameter In folgender Liste werden die f r diese Projektarbeit ben tigten Thiele Small Parameter aufgef hrt Die Bezeichnung h lt sich streng an das im Elektroakus tik Skript Grebel WS 2006 07 verwendete System Typische internationale Bezeichnungen sind nachstehend angef hrt Cm Ma Nachgiebigkeit der Membranaufh ngung Cms fos Freiluftresonanzfrequenz fs Ls Schwingspuleninduktivit t Le mmk Masse der Membrankonstruktion Mma Mos Masse der mitschwingenden Luft Mg o3 Gesamte bewegte Masse Mms Qe mk Elektrischer G tefaktor Qes Qm mk
107. igung der F llung des Lautsprecherge h uses gilt 1 lt 4 lt 1 4 Im Extremfall 100 Bef llung des Geh usevolumens mit D mmmaterial tritt die isotherme Nachgiebigkeit der Luft im Geh use volumen in den Vordergrund der Faktor 4 entspricht dann y 1 Durch die Wahl des QB Alignments zur Abstimmung des Volumens der Bassreflexbox vgl Kapitel Dh ist unser Geh usevolumen m glichst bei Mac 53 91 anzusiedeln vgl Kapitel 15 4 Das Nettogeh usevolumen zum Erreichen der Gesamtg te von Qg ya 0 50 l sst sich nun laut Formel 6 durch vollst ndige Bef llung des Lautsprecherge h uses mit D mmmaterial wie folgt erreichen Vea Y Vago A 75 4l 53 8l K 1 Nach Formel A ist eine Resonanzfrequenz der Geh use Chassis Kombina tion von 0 5 zu erwarten Die Kantenberechnung ber den goldenen Schnitt l sst sich zun chst ber den Zwischenschritt der Berechnung der Kantenl nge eines W rfels mit Va gG 53 8l ermitteln Dabei ergibt sich eine Kantenl nge von 53 8 dm 3 775 dm Die Anwendung der Formel B ergibt dann folgende Kantenl ngen a 2 334 dm 23 34 cm b 3 776 dm 37 76 cm c 6 110 dm 61 10 cm 34 14 2 Konstruktion der Laborgeh use Nachfolgend werden die geschlossenen Lautsprechergeh use inklusive zugeh ri ger Konstruktionszeichnungen vorgestellt Alle drei geschlossenen Laborgeh use wurden wie in Kapitel 1 erw hnt explizit f r das Lautsprecherchassis GF200 ko
108. ine realit tsnahe Abbildung der Wirklichkeit darstellen Durch diese Simulationssoftware lassen sich ernst zu nehmende Lautsprecherboxen vorentwickeln was auch die Verwendung dieser von vielen namhaften Lautsprecherherstellen zeigt Unser Mehrwegesystem hat einen durchaus gleichm igen aber auch noch verbesserungsw rdigen Gesamtfrequenzgang Hier k nnte bei einer weiteren Op timierung beispielsweise an der Modifizierung des Hochtonzweigs begonnen wer den welcher trotz Pegelabsenkung eine zu hohe Dominanz aufweist Die Opti mierung des Systems war allerdings nicht Inhalt unserer Projektarbeit 125 Teil VII Messen mit ARTA S mtliche Messungen wurden mit dem Softwarepaket ARTA von Ivo Matel jan durchgef hrt http www fesb hr mateljan arta Zum Zeitpunkt der Referenzmessungen f r das Labor stand die Software Version 1 3 zur Verf gung 23 LIMP Impedanz Das Programm LIMP des ARTA Pakets dient zum einfachen Messen von Impe danzg ngen Wir wollen einen kurzen berblick ber die wichtigsten Funktionen und Einstellungen geben f r die weiterf hrende Bedienung des Programms sei auf die Bedienungsanleitung verwiesen Mateljan 2008b 23 1 Messmethode LIMP bietet zwei Mess Methoden 1 Messung mit gestuften Sinust nen Stepped Sine F r jeden Messpunkt auf der Frequenzskala wird hierbei ein Sinuston der entsprechenden Frequenz als Anregungssignal genutzt Die Signalenergie pro Frequenzband ist deutlich
109. ion jw Enable simulation Enable simulation Baffle dimension Fe 11 0 kHz Baffle dimension Fe 11 0 kHz AW 1500 0 mm refi 0 80 w 13220 mm H 1000 0 mm H 1498 0 mm D 300 0 mm Observation point D 2130 mm Observation point refl 0 80 angle 30 deg S en angle 30 deg Location of origin x 250 0 mm WAR x 161 0 mm mc Location of origin Baffle location Baffle location x 150 m Y B140 mm x 1150 m Y 050 m y 050 m Z 100 m Z 1100 m Y 400 0 mm Abbildung 163 Modellierung der Schwallwand und Definition des Laborgeh u ses Als Koordinatenursprung wurde hier der Mittelpunkt des Chassis auf der Geh useschallwand angenommen Das Lautsprecherchassis befindet sich folglich im Koordinatenursprung Anschlie end muss die Position des Treibers auf der Schallwand definiert und die Beugungssimulation aktiviert werden Dazu wird im Projektfenster Sche ma durch Mausklick das Konfigurationsmen des Lautsprechergeh uses auf gerufen Durch Auswahl des Reiters Radiation und des Buttons Driver radia tion lassen sich die Einstellungen vornehmen vgl Abbildung 164 157 Closed box Closed box 77 Optimize Description Clone Delete Wizard Iw Advanced Box Radiation Abbildung 164 Aufrufen weiterer Treibereigenschaften Da der Koordinatenursprung als Chassismittelpunkt auf der Schallwand de finiert wurde bedarf es keiner nderung an diesen Konfigurationen Ledigli
110. itel 7 3 allgemein zu c Aps 1 7 1B5 10 Voa 41m f a en ler IBreff 2 Algr und in Zahlen zu 3432 0 0102 m ler 112 0 0539 m3 472 29 88 1 1 7 0 057 m 0 5348 m Unter Anderem weil diese N herungen nicht als strenge Vorschrift gelten und diese Rohrdimensionen in der Praxis nicht zu realisieren sind das Rohr ist f r unser Geh usevolumen einfach viel zu gro weichen wir bei unserer Konstruktion von dieser dem Ideal nahen Berechnung ab 15 5 2 Realisierung in der Laborbox Auch weil oben genannte Berechnungen konstruktiv nicht realisierbar sind aber vor Allem weil im Laborbestand bereits ein praktisches in der L nge variables Bassreflexrohr vorhanden war haben wir uns f r ein kleineres Bassreflexrohr entschieden Allein der Durchmesser der idealen L sung ist in der Praxis f r eine Bassreflexbox dieser Gr e nicht g ngig Eventuelle Verluste im Tunnel werden sicherlich auch erst ab sehr gro en Membranh ben zu erwarten sein da die Bassreflextunnelfl che Ag eine Funk tion der maximalen linearen Membranauslenkung M maz ist Wir gehen aller dings nicht davon aus dass im Labor dieser Maximalwert erreicht wird und rechtfertigen daher unsere Wahl des Bassreflexrohrs BR 13 25 der Firma Vi saton dessen Konstruktionszeichnung in Abbildung 56 zu sehen ist Visaton BR 13 25 3 6mm d 130mm 97mm Y 86mm 70mm Abbildung 56 Kons
111. kann diese unter Setup FR Compensation geladen und angewendet werden rm o 6E Frequency response compensation OS Range dB agnitude LU 11 CT TT Copy Show interpolated LU 10 100 1000 10000 Cursor 15 0 Hz 1 9 dB Frequency Hz C Dokumente und Einstellungen daniellEigene Dateien My Dropbox Projektarbeit Projekt EAK Labor Messunge Load Use frequency response compensation Abbildung 135 Einsetzen einer Mikrofonkalibrierungsdatei in ARTA 132 24 1 2 Kalibrierung des Messaufbaus ber das Men Setup Calibrate Devices wird der Dialog Soundcard and Microphone Calibration ge ffnet Soundcard and Microphone Calibration Soundcard full scale output mv Soundcard full scale input mv Microphone sensitivity mW Pa 1 Connect electronic voltmeter 1 Connect sine generator with 1 Connect microphone on or scope on left output channel known output voltage on set range to 24 a Left I Channel Left zi 2 Generate sinus 500H2 2 Enter voltage peak or rms Preamp gain h Output level 3dB A 1054 mv rms Y 2 Attach sound calibrator 3 Enter voltmeter scope value 3 Estimate Max Input mY Pressure 94 dB 875 mme ei Estimated Current 3 Estimate Mic Sensitivity 4 Estimate Max Output mY Left 1433 4 1433 4 mV
112. lexit t dieser umfangreichen Simulationssoftware ist jedoch vor Simulationsbeginn eine Einf hrung in die Grundfunktionen sowie deren Bedienung notwendig 143 25 1 Das Hauptfenster Main Nach dem Start von LspCAD Professional erscheinen zwei Programmfenster Das mit Main bezeichnete und in Abbildung Jersichtliche Programmfens ter ist das Hauptfenster von welchem aus sich unter Anderem Projekte ffnen speichern oder schlie en jedoch auch f r die Simulation relevante Grundeinstel lungen z B Frequenzbereich oder Wertebereich der Simulationsfenster treffen lassen R I LSpCAD 6 32 pro 2006 10 17 Main Eile Edit Settings Tools About Schema Graph Hl 4 New project Author Description Abbildung 144 Das Hauptfenster Main in LspCAD Pro In LspCAD lassen sich mehrere Simulationsprojekte gleichzeitig verwalten Nach dem Start sind vier Projekte verf gbar vgl Abbildung 145 Drei davon sind spezielle Projekte die nicht gel scht werden k nnen Wichtig ist davon vor allem das Vorlagenprojekt Templates Das Vorlagenprojekt Templates enth lt vorbereitete gruppierte Schal tungselemente wie aktive Filter und Parallelschwingkreise sowie Boxenkon struktionen zum Beispiel geschlossene Box oder Bassreflexbox die einfach in ein neues Projekt bernommen werden k nnen R I LSpCAD 6 32 pro 2006 10 17 Main File Edit Settings Tools About Schema Graph d 1 Templates 2 User define
113. m pedanzkorrektur und Saugkreis im Tiefmitteltonzweig als auch die Pegelabsen kung durch den seriellen Wiederstand im Hochtonzweig sind aktiviert Ohm deg 60 00 Total impedance mag Generator 1 1 Generator 2 BI LC 50 00 Total impedance phase i 50 00 40 00 H 30 00 20 00 50 00 1 1 i i P 100 0 D Total SPL mag T f I C 1 ID G25FFL mag LI 500 PH Ha AL170 2way mag 4500 1 1 HH i 10 00 1 1 o Total SPL phase H d li E 0 00 4 N 1 z Hz 20 Hz 50 100 500 1000 5000 10000 20 Hz 50 100 500 1000 5000 10000 Abbildung 129 Impedanz und SPL Frequenzgang Weiche 1 Ordnung Es ergibt sich ein f r diese Filterodrdnung recht befriedigendes Ergebnis der Wiedergabekurve Durch die Impedanzkorrektur verrichtet der Tiefpassfilter im Tiefmitteltonzweig gute Dienste Der Saugkreis vermeidet zu starke Inter ferenzwirkungen der beiden Chassis Jedoch wird f r ein gutes Gesamtergebnis ein Filter dieser Ordnung vor allem wegen des starken Einfluss der Resonanz des Tiefmittelt ners bei etwa 7 kHz nicht ausreichen 124 22 2 5 Simulation mit Hoch und Tiefpass 2 Ordnung In Abbildung 130 sind die Simulationergebnisse f r Impedanz und SPL Fre quenzgang mit Realisierun
114. ment ist auch das in der Praxis meistverwendete da dieses zu verh ltnism ig kleinen Geh usen mit geringer unterer Grenzfrequenzen f r gegebene G tefaktoren Qy mr f hrt 64 15 4 Abstimmung des Laborgeh uses Unser gegebenes Lautsprecherchassis Visaton GF200 soll in der Bassreflexbox verwendet werden Daher sind die Gesamtg te Qy ur das quivalenzvolumen ko ve und die Resonanzfrequenz fug des Chassis nach der aus Teil I bekann ten Tabelle lauf Qg mk 0 40 V Ma 60 071 und 29 57Hz festgelegt Um eine Alignment Tabelle sen a ead ns Kapitel 3 zur Bestimmung der gew nschten Geh usefrequenz und Abstimmung des Helm holtzresonators nutzen zu k nnen bedarf es der Ste der Verlustg te Qz des Lautsprechergeh uses Dabei gilt nach Graber WS 2006 07 Kapi tel 7 3 der in Tabelle 8 ersichtliche Zusammenhang Geh use ber 1001 Volumen QL 35 Geh use zwischen 40 und 1001 Volumen QL T Geh use bis 401 Volumen QL 10 Tabelle 6 Absch tzung der Verlustg te Qz In unserem Fall sollte eine Wahl f r Qr 7 gen gen Daraus ergeben sich nach der QB Alignment Tabelle gem E Auflage 2008 Kapi tel 3 alle gesuchten Werte Aus der Gesamtg te Q r 0 40 folgt bei QB3 Abstimmung ein Abstimmungverh ltnis von h 1 0106 und ein Volumensver h ltnis o 1 1141 Daraus folgt gem Formel 8 eine Helmholtzresonanzfre quenz von fp fus h 29 88H z Mit dem Volumenverh ltnis o er
115. meter mit Zusatzmassd 129 134 Analyse der Thiele Small Parameter mit Zusatzvolumen 130 135 Einsetzen einer Mikrofonkalibrierungsdatei in ARTA 132 136_ Dialogfeld Soundcard and Microphone Calibration 133 137 Dialogfeld Audio Devices Setup 135 138 _Dialogfeld Impulse Response Measurement f r Sweep Messung 136 139 Setzen der linken und rechten Gategrenzen im Zeitbereich 136 140 Beispiel eines fertig gestellten SPL Verlauf EE 137 142 Beis siel eines fertigen Polardiasramina ee N ner 141 143 _ Beispiel eines fertigen Sonogrammd ao 2 2 2 2 22 nn nen 141 144 Das Hauptfenster Main in LspCAD Prg 144 145 _ Projektauswahl im Hautpfenster Ma 144 146 Das Projektfenster Schema oaoa 145 147 Subpages im Projektfenster Schema 145 148 Das grafische Ausgabefenster Graphs 146 169 149 Freie Projektbezeichnungen in LspCAD Professional 153 Starten des Simulationsmodug 2 22 2 2 a nn nenn IA Erste grafische Simulationsergebnisse 2 2 2 2 22 020 150 155 Eingabe der Thiele amp Small Paramete 151 156_ Der Closed Box Reiten 2 2 2 2 2 mm n nn 153 Bau e a mat 153 ASA 154 AI 155 EES 156 ee 158 EE 160 168 _ Allgemeiner Schaltungsaufbau zur Messdatensimulation 161 169 S
116. mmten Geh uses mit fga 53 2 Hz einer Differenz von etwa 6 Hz entspricht Die Berechnung stellt f r uns daher eine sehr gute N herung zur Praxis dar 16 3 4 SPL Frequenzgang bei hoher D mmung Abbildung 67 zeigt den SPL Frequenzgang des stark ged mmten Geh uses im Vergleich zum gleichen Geh use im unged mmten Fall Im Vergleich zum 77 unged mmten Geh use l sst sich hier kein flacherer Abfall des Kurvenverlaufs hin zu tiefen Frequenzen beobachten sondern die Steigung bleibt fast gleich Es l sst sich feststellen dass die berbed mpfung einer geschlossenen Chas sis Geh use Kombination trotz der theoretischen Vorteile durch scheinbar gr eres Volumen keine Verbesserung des Frequenzverhaltens hin zu sehr tie fen Frequenzen bedeuten muss Hingegen zeigt sich an diesem Beispiel dass im Bassbereich eher Schalldruck verloren geht etwa 1dB SPL zwischen 40 Hz und 200 Hz Bei unerw nschten berh hungen in diesem Bereich kann aller dings eine starke Bed mpfung und der damit verbundene SPL Verlust auch erw nscht sein um einen ebenen SPL Frequenzverlauf zu erhalten SPL Frequenzgang 100 T 95 90 85H 80H r Schalldruck in dB 70 60 F 55 GF200V23I0D GF200V23IhD 50 r 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 67 SPL Frequenzgang 22 91 Geh use ohne vs hohe D mmung Abbildung stellt im direkten Vergleich die drei Geh usevariant
117. n Bezeichnung Awert Druckansicht nicht aktiviert AL 170 Freie Verbindungen editieren Mausbelegung 8 Chassis 1 8 20 UF Abbildung 84 Einfacher Hoch und Tiefpassfilter Boxsim V1 04 VISATON Edition noname BPJ Datei Bearbeiten Chassis amp Einbau Verst rker 1 Optionen Extras Hilfe F Gang Imped Phasengang max Pegel F G Frequenzgang Einzelchassis zeigen jen Polsrplots B ndelung Chassis F Gang elektr F I Energiefrequenzgang zeigen Frequenzgang Gesamtbox alle Verst rker und Chassis SPL dB Z Ohm 28 26 p24 1234 EE A 8s L FE 8 mi A Ina 73 4 y z H2 70 10 re 65 d ki e 4 d 55 4 m Lo s0 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000 Amplitude gesamt AL 170 8 Ohm 1 G25 FFL 8 Ohm 2 Berechnung war erfolgreich Abbildung 85 SPL Verlauf f r Weiche 1 Ordnung 96 19 5 2 Vorwiderstand zur D mpfung des Hocht ners Es ist zu erwarten dass der Hocht ner einen zu hohen Pegel liefert Wir wollen dies zun chst durch einen Spannungsteiler vor dem HT Chassis korrigieren Weicheneditor Verst rker 1 bernehmen Abbruch Fenstergr e PU hm mittel Y Anzeige f r Spulen Bezeichnung AL 170 8 AWert Zi Chassis 1 Druckansicht nicht aktiviert
118. n chst wollen wir betrachten wie sich die Abstimmfrequenz unseres gew hl ten Bassreflex Geh usevolumens ergibt hierf r rufen wir den Men punkt Ex tras Geschlossenes Geh use amp Bassreflex Geh use auf und geben unsere Messwerte ein BOXSIM Hilfsberechnungen Geh use geschlossen Bassreflex Bassreflexkanal Standardweichen Spannungsteiler Impedanzkorrekturglieder Daten des Chassis Auslegung geschlossene Box Daten aus Chassisdatei laden Gew nschte Gesamtg te Ate 07 ETT Sinnvolle Werte 0 5 1 2 blich 0 7 Butterworthauslegung Resonanzfrequenz fs Hz 41 02 H here Werte ergeben f lligere Ba wiedergabe je Des und Oms sind bekannt Geringe Werte eher straffere pr zise Ba wiedergabe elektrische Resonanzg te Qes mm Berechnetes Volumen 25 202 Liter mechanische Resonanzg te Qms 5 42 Resonanzfrequenz des eingebauten Chassis 58 47 Hz Resonanzg te Dis 0 4911 I Wonwiderstand ber cksichtigen Auslegung Ba reflexbox nach Hoge Volumen 51 342 Liter Grenzfrequenz 29 07 Hz Abstimmfrequenz 32 67 Hz Aquivalentvolumen Vas Liter 25 Falls Volumen oder f3 nicht o k bitte nachfolgend anderes Volumen eingeben Altematives Volumen Liter H ER Grenzfrequenz 47 59 Hz Abstimmfrequenz 45 2 Hz Ripple 2 973 dB Abbildung 81 Bestimmung der Abstimmfrequenz des Geh uses Da wir nicht die optimale Volumengr e gew hlt haben sondern ein kleine res Geh use
119. nach oben Ma k cm 33 Abstand des Kanals zur linken Seitenwand Ma i cm 9 Abstand des Kanals zur rechten Seitenwand Ma em 9 Geh use Volumenangabe C explizit ber BxHxT Breite Ma b cm E H he Ma h cm 42 Tiefe Ma t cm 32 Bed mpfung a a ehe Nettovolumen incl Kanal 29 568 Liter Errechnetes geometrisches Volumen 29 543 Liter abziigl anteiligem Kanalvolumen Errechnetes akustisches Volumen 29 543 Liter fb 44 94 Hz Abbildung 83 Bestimmung der Tunnelabmessung 19 5 Passive Frequenzweiche Nachdem die Geh usedaten nun vollst ndig in unser Boxsim Projekt eingetra gen wurden k nnen wir mit der elektrischen Seite des Systems beginnen Mit Hp gelangen wir ins Men Verst rker 1 Weiche editieren Hier k nnen mit Rechtsklick an die gew nschte Stelle des virtuellen Klemmbretts Chassis LCR Bauteile Drahtverbindungen sowie Verst rkerausgang und Masse ange legt werden 95 19 5 1 Hoch und Tiefpass 1 Ordnung Wir beginnen mit dem einfachen Hoch und Tiefpass 1 Ordnung durch das Einf gen eines Kondensators im Hochtonzweig und einer Spule im Tiefton zweig Durch die schlechte Trennung der Frequenzweiche mit Filtern 1 Ord nung ist ein deutliches Einspielen der Resonanzspitze des AL170 in den Gesamt Schalldruckfrequenzgang zu erkennen Weicheneditor Verst rker 1 Ca bernehmen Abbruch Fenstergr e mil Dd Anzeige f r Spule
120. nd stark ged mmten Bassreflexkonfiguration gleicher Tunnell ngen im di rekten Vergleich dargestellt Wie diese Abbildung best tigt bringt auch die berbed mpfung eines Bassre flexgeh uses trotz der theoretischen Vorteile durch scheinbar gr eres Volumen keine Verbesserung des Frequenzverhaltens hin zu sehr tiefen Frequenzen Zur Tiefbasserweiterung der Schwallwiedergabe eines Bassreflexgeh uses taugt diese D mpfungsvariante also nicht Nach Dickason 3 Auflage 2003 Kapitel 3 empfielt sich entgegen unserer Va riante eine lockere Stopfung des Bassreflexgeh uses F llung von etwa 50 Dabei wird empfohlen vor allem die dem Chassis gegen beliegende Geh use wand mit D mmwatte zu bedecken Noch besser sei allerdings die Bed mpfung aller Fl chen direkt neben und hinter dem Chassis Die Wiedergabekurven f r den SPL Frequenzgang zeigen auch bei Dickason s Messungen nur sehr geringe nderungen vor und nach der Geh used mmung ebenso beim Impedanzfre 85 SPL Frequenzgang 100 T GF200BRT15cmoD GF200BRT15cmhD 35H 90 85H 80 r Schalldruck in dB 70H 65H 55 1 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 77 SPL Frequenzgang lg 15 cm ohne vs hohe D mmung quenzgang Der Hauptvorteil liegt in der Verringerung von Stehwellenmoden im Bassreflexgeh use was die leichte Bed mpfung eines Bassreflexgeh uses na helegt Bei der Bed mpfung
121. neues Chassis einmalig ber einen langen Zeitraum einzuspielen F r die Messung der T S Parameter ist ein Einspielen von je 5 min ebenfalls praktikabel da es der reellen Situation des Musikh rens weitaus besser entspricht als die Messung im kalten Zustand Eine l ngere Einspielphase hat zu keiner weiteren Ver nderung mehr gef hrt 7 Impedanz Frequenzgang Messung 7 1 Messkette zur Impedanz Frequenzgang Messung Der Messaufbau ist gem folgender Abbildung herzustellen Leistungsverst rker Amp IN LS OUT H GF 200 Multimeter Abgriff R Switch 2 Y Switch 1 Ch Right Ch Left ARTA Messbox Impedanzmessung Sw1 auf Stellung 1 PC mit Sw2 auf Stellung 1 ARTA Software Kalibrierung Audio Interface Sw1 auf Stellung 1 Sw2 auf Stellung 2 Abbildung 20 Messaufbau f r Impedanzmessungen mit LIMP F r die Messung wird die Spannung U vor und Ua nach dem Referenzwi derstand R r gemessen Die frequenzabh ngige Impedanz ergibt sich zu UA N Dn ZU R 2 7 2 Lage und Befestigung des Chassis Zur Impedanzmessung unter Freiluftbedingungen wurden die Lautsprecherchas sis in einem Messinggestell eingespannt so dass die Membran vertikal stand Im Laufe der Projektarbeit wurden auch Messungen in horizontaler Position so wie bei Auflage auf einem Schaumstoffuntergrund gemacht Der Einfluss wurde stets berpr ft und war vernachl ssigbar klein Wichtig ist dass bei Chassis mit Ausgleichs f
122. nstruiert Alle seitens unserer Projektarbeit erstellten Laborgeh use wurden komplett aus mitteldichter Fa erplatte kurz MDF mit einer Materialst rke von 19mm gefertigt N ach Dickason 3 Auflage 2003 Kapitel 6 sollten Chassis versenkt montiert werden um Beugungseffekte an der Schallwand zu minimieren Dies wurde bei allen von uns erstellten Geh usekonstruktionen verwirklicht S mtliche Chassisverschraubungen wurden f r die Gew hrleistung einer lan gen Haltbarkeit der Laborgeh use durch Gewindeverschraubungen realisiert Die Laborgeh usen wurden dazu innen mit Einschlagmuttern versehen und diese entsprechend mit Epoxidharz fixiert Weiters wurden alle Laborgeh use mit einer praktischen internen Steckverka belung versehen Die Kabelenden wurden mit Bananensteckern entsprechender Farbe rot schwarz versehen die eine schnelle und sichere Verbindung zu den Laborchassis erm glicht Die Laborchassis wurden dazu mit entprechenden Bananenbuchsen versehen Die Verkabelung ist intern fix an die installierten Anschlussterminals verl tet 14 2 1 Kleines geschlossenes Geh use hoher G te Das kleinste der neuen Laborgeh use ist in Abbildung BI zu sehen Es fasst ein Luftvolumen von 9 71 vel Kapitel 14 1 Die Innenbema ung der Geh use wurde bereits bei der Abstimmung des Geh uses in Kapitel Z I festgelegt Aus der folgend ersichtlichen Geh usekonstruktion und der gegebenen In nenbema ung ergibt sich
123. nt Ein maximal falcher Amplitudenver lauf mit minimaler unterer Grenzfrequenz der Geh use Chassis Kombinati on ist zu erwarten Auch dieses Lautsprechergeh use entspricht einer Geh u se Chassis Kombination mit sogenannter akustischer Aufh ngung da die Nachgiebigkeit des Luftvolumens im Geh use um den Faktor drei oder noch geringer im Vergleich zur Membranaufh ngung ist Dickason 3 Auflage 2005 Kapitel 2 In Anlehnung an die Einf hrung der Thiele Small Paramter aus Kapitel 5 bedeutet dieser Sachverhalt mathematisch 3 Om gG lt Cm Ma 32 Nach Tabelle 1 und FormelBlergibt sich f r das Geh usevolumen 60 071 V ga E 7 5 x 22 91 1 15 9 1 Weiterhin ist nach Formel 4 eine Resonanzfrequenz der Chassis Geh use Kombination von fia Gu 29 57 Hz 52 5 Hz zu erwarten Die Kantenberechnung ber den goldenen Schnitt l sst sich zun chst ber den Zwischenschritt der Berechnung der Kantenl nge eines W rfels mit Va ya 22 91 ermitteln Dabei ergibt sich eine Kantenl nge von 4 22 9 dm 2 840 dm Die Anwendung der Formel B ergibt dann folgende Kantenl ngen a 1 755 dm 17 55 cm b 2 840 dm 28 40 cm c a 4 597 dm 45 97 cm 14 1 3 Gro es geschlossenes Geh use geringer G te Mit dem gr ten Laborgeh use wurde eine Gesamtg te von aa 0 50 ange strebt Diese Abstimmung entspricht ba cl Kapitel 2 der kritisch bed mpften Abstimmung zweiter Ordnung f r gesc
124. nzen aufgrund der Schwingspu lenimpedanz des Tieftonchassis zu korrigieren und so die Wirksamkeit des Fil ters zu verst rken kann eine Impedanzkorrektur in Form eines parallelen RC Gliedes vorgenommen werden Gleichstromwiderstand und Schwingspulenin duktivit t aus P ergeben nach Graber WS 2006 07 folgende Bauteilwerte Rg Rs 85 509 10 Es Ck R3 Diese Werte wurden mit Standardbauteilwerten angen hert Rg 5 Q Cg 33 uF 0 0397 uF 18 4 5 Berechnung von Saugkreisen Um st rende Resonanzen im Frequenzgang des Al170 auszugleichen soll ein elektrischer Saugkreise verwendet werden Mit einem seriell geschaltetem Par allelschwingkreis mit Resonanzfrequenz fsg 6kHz lassen sich Uberh hungen am Chassis Frequenzgang effektiv vermindern Die Bauteilwerte werden nach 3 Auflage 2005 folgenderma en bestimmt 0 03003 eS EE 0 2252 U EE SK EC C D m Rsg Nennimpedanz des Chassis 8 Q Diese Werte wurden mit Standardbauteilwerten angen hert Csx 4 7 pF und Lsk 0 15 mH Der Widerstand wurde aufgrund der Simulationsergebnisse auf Rsk 33 Q erh ht 19 Aufbau des Systems in Boxsim Boxsim ist ein kostenloses Programm der Firma Visaton welches bereits s mtli che Daten sowie Messungen der hauseigenen Chassis enth lt Mit Boxsim ist es m glich einen ersten Entwurf der Geh usekonstruktion mit den Chassisdaten zu verkn pfen und eine passende Frequenzweiche zu konstruieren Boxsim bietet zahlreic
125. nzvolumen der Membranaufh ngung gibt das Luftvolumen an wel ches die gleiche akustische Nachgiebigkeit hat wie die Membranaufh ngung Es enth lt keine neue Information wird aber in der Industrie sehr gerne als Dimen sionierungsparameter genutzt und ist deshalb meist an Stelle der Nachgiebigkeit der Membranaufh ngung zu finden Es ist definiert als 2 12 Vi Ma PC Ar Cm Ma 5 7 Methoden zur Bestimmung von Mg o5 Um Ma Ha Vo Es gibt zwei bliche Methoden um die drei eng zusammenh ngenden Parame ter ia og Cm Ma Ma Ate mit Impedanzmessungen zu bestimmen die Methode der Zusatzmasse bei der ein zweiter Impedanz Frequenzgang mit einer auf der Membran angebrachten Zusatzmasse gemessen wird und die Methode des Zu satzvolumens bei der das Chassis f r eine zweite Messung in ein definiertes luftdichtes Geh use montiert wird 10 5 7 1 Methode der Zusatzmasse Aus dem Ersatzschaltbild des realen Wandlers unter Freiluftbedingungen Abb B wiederholen wir noch einmal die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkrei ses der sich aus L und C bildet ES SE 1 VLC y Mg os j Cm Ma Wenn man nun eine zus tzliche Masse mz auf der Membran anbringt z B in Form von Knetmasse die um die Staubschutzkalotte angebracht wird so sinkt die Resonanzfrequenz WoS 1 Wos z VMg 08 Z Cm Ma mit Daag Mg os Mz Mmk 2Mos Mz Impedanzverlauf 100 Impedanz in Q O L L 0 100 1000 10000 Frequ
126. oh ne Schallf hrung wird die Resonanzfrequenz fos und der elektrische G tefaktor 12 Qe mx bestimmt aus der Messung im geschlossenen Geh use die Resonanzfre quenz Le und der elektrische G tefaktor Qe ga Das genaue Aquivalenzvolumen ergibt sich damit zu foa Qe gG Var ee E Qe Mk S Wenn gew nscht kann hieraus nun die Nachgiebigkeit der Membranaufh n gung berechnet werden Va Ma pe Au Cm Ma Und abschliefend ebenso der Wert fiir die gesamte bewegte Masse 1 Mg oS 9 0 2 Cm Ma WoS 13 Teil II Impedanz und SPL Messung In diesem Kapitel werden wir die verwendete Messumgebung genauer vorstellen und einen berblick ber die verwendeten Messverfahren geben Wir m chten dabei ebenso auf die in der Praxis auftauchenden Fragen und Probleme einge hen und untersuchen welche Parameter in der Messkette eine ausschlaggebende Rolle spielen und welche nur wenig Einfluss auf das Messergebnis aus ben Wir werden au erdem die f r die Projektarbeit verwendete Messnorm vorstellen 6 Messaufbau 6 1 Verwendete Hardware S mtliche Messungen fanden rechnergest tzt mit dem Software Paket ARTA unter Windows XP statt siehe Del NU F r die Messung stand uns folgendes Equipment zur Verf gung 6 1 1 Audio Schnittstelle und Vorverst rker Als A D und D A Umsetzer kam das Fireface 400 der Firma RME zum Ein satz Es wurde als Audio Schnittstelle ber WDM Treiber direkt von ARTA angesprochen
127. on Browse im Feld SPL data l sst sich nun einfach der in ARTA gemessene und exportierte SPL Verlauf einbinden vgl Abbildung 171 ffnen Suchen in IC IspCAD Examples y O ES E Impedance Visaton GF200 in closed box v23l txt T_5 geschlossene Box Messi lossene Box Beispiel 1 Isp _S geschlossene Box E l Box Beispiel 2 Isp _S geschlossene Box _S geschlossene Box _5 geschlossene Box Beispiel 1 Isp _5 geschlossene Box T_5 geschlossene Box Beispiel 2 Isp _5 geschlossene Box Sn gt Dateiname SPL Visaton GF200 in closed box V23Lfrd Dateityp E files E Abbrechen Abbildung 171 Einbinden des gemessenen SPL Verlaufs 2Es sei erw hnt dass das eingekreiste Konfigurationsfenster f r ein definiertes Phasendelay in Abbildung 170 bei der Simulation von Mehrwegsystemen u erst wichtig ist vgl Kapitel P2 Es l sst sich durch korrekte Wahl des Phasendelays das akustische Zentrum des Laut sprecherchassis genau definieren Hierdurch wird eine korrekte Addition von Frequenz und Phaseng ngen der Einzelchassis von Mehrwegesystemen erm glicht Da es sich bei der Bei spielkonfiguration jedoch um kein Mehrwegesystem handelt ist diese Funktion jetzt nicht von Bedeutung 162 Weiters wird nun anhand derselben Prozedur im Feld Impedance data der in LIMP gemessene und exportierte Impedanzverlauf eingebunden Das grafische Ausgabefenster Graphs gibt f r den SPL und Impedanz verla
128. ord Analysis Setup Tools Mode Help Dr Iw Fro Fri Spa ke m D elt 98 VI EE Sen FFT 64k y Window Hann 12 Delay for phase estimation ms 0 000 Get Zero Inv Impulse response rb 0 00 4 40 2 80 4 20 5 60 523 am 18 87 2015 ms Scroll Cursor 37 114uV 9 042 ms 434 Gate 4 813 ms 165 55 cm 344m s BEES Ready L 100 0d8 R 100 0d8 Impulse Response Abbildung 139 Setzen der linken und rechten Gategrenzen im Zeitbereich Die Fenster L nge wird im unteren Bereich des Fenster als Gate angezeigt Sie kann ber View Gate Time auch in m bei c 344m s angezeigt werden 136 24 3 2 DFT Analyse der Impulsantwort Um einen Frequenzgang zu erhalten wird unter Analysis der Men punkt Smoo thed Frequency Response ausgew hlt Hier k nnen durch anlegen von Over lays mehrere Analysekurven bereinander dargestellt werden um einen einfa chen Vergleich zu erm glichen E smoothed frequency response AL170 20 SK IK FF hD 3 3 plus 8 20hm seriell Eile Overlay Edit View Smoothing Top o FR Magnitude dB re 20uPa Y smoothed 1 12 oct el Fit 4 T T Rangi Set Smoothing 1 12 y 775 75 0 725 70 0 67 5 65 0 62 5 60 0 z 20 50 5k 10k 20k Cursor 20 2 Hz 68 19 dB Frequency Hz Mag MP Ph Gd Record Overlay Bw Copy Abbildun
129. quenz des Geh uses aufgrund des kleinen Volumens etwas zu hoch liegen wird mit der D mmwolle kann die Abstimmfrequenz ein wenig nach unten korrigiert werden 18 3 3 Bassreflextunnel Der Bassreflextunnel des Systems soll sowohl in der Frontplatte integriert wer den als auch aus leicht erh ltlichen Standard Reflextunneln aufgebaut werden k nnen 18 4 Passive Frequenzweiche Die Frequenzweiche hat die Aufgabe mit Hilfe von Tief und Hochpassflter die beiden Wege zu Tief und Hocht ner zu trennen und die einzelnen Chassis nur mit dem Frequenzbereich zu versorgen in dem sie auch genutzt werden sollen F r den Hocht ner ist dies wichtig da eine Bespielung mit zu tiefen Frequenzen ab einem relativ geringen Pegel zur mechanischen Zerst rung f hren kann Beim Tieftonweg hat die Filterung haupts chlich klang sthetische Gr nde 88 Wir wollen f r unser Mehrwegesystem eine flexible Frequenzweiche aufbau en die mit Butterworth Filtern 1 und 2 Ordnung ausgestattet ist Per Schalter soll die Filterordnung umschaltbar gemacht werden um die beiden Filtertypen vergleichen zu k nnen Des weiteren sollen alle gegebenenfalls notwendigen Kor rekturschaltungen zu und abschaltbar sein um auch hier einen leichten AB Ver gleich zu erm glichen Zur Berechnungsgrundlage f r die Filterschaltungen wird die Nennimpedanz Rnenn 8 Q der Chassis benutzt 18 4 1 Berechnung von Butterworth Filtern 1 Ordnung F r die Bauteilwerte eines Butterwor
130. quenzgang eines Chassis ohne Schallf hrung so treten durch den akustischen Kurzschluss ab einer unteren Grenzfrequenz fuG Ausl schungen des Schalls auf Unterhalb dieser Grenzfrequenz f llt der Schall druckpegel mit 6dB Oktave ab solange man sich noch oberhalb der Resonanz frequenz des Lautsprechersystems befindet darunter w rde schlie lich der Pegel um 18dB Okt abfallen Der kleinste Abstand des Lautsprechers zum Schallwandrand Randma 15 min ist die ma gebliche Gr e zur Bestimmung der unteren Grenzfrequenz fuc Auen TS min d f C C uG Amar 4 TS min Sollen auch die tiefsten abgestrahlten Frequenzen eines Chassis ohne Ausl schung wiedergegeben werden k nnen so gilt f r die Abmessung einer Schall wand ohne r ckseitiges Volumen M 2x TpM Dieser Effekt wird fiir die Messung in einer genormten Schallwand ausge nutzt deren Abmessungen 135m x 165m in der Norm 2006 festgelegt sind 24 Teil III Laborchassis 9 Visaton 20 cm Tieft ner GF200 9 1 Abmessungen Abbildung 22 zeigt die Abmessungen des verwendeten Laborchassis GF200 der Firma Visaton Visaton GF200 120 mm 189 mm Abbildung 22 Laborchassis Visaton GF200 9 2 Thiele Small Parameter Nachfolgend ist die Impedanz Frequenzgang Messung ohne und mit einer Zu satzmasse von mz 41 52g abgebildet Impedanzverlauf T Impedanz in Q 1 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz
131. r Resonanzfrequenz der Chassis Geh use Kombination zu er warten ist Es ist bereits hier zu erw hnen dass die Klangqualit t des Geh uses von uns als eher verwaschen und detailarm kategorisiert wurde Das kleine geschlossene Lautsprechergeh use entspricht einer Geh use Chassis Kombi nation mit sogenannter akustischer Aufh ngung da die Nachgiebigkeit des Luftvolumens im Geh use um den Faktor drei oder noch geringer im Vergleich zur Membranaufh ngung ist Dickason 3 Auflage 2005 Kapitel 2 Nach Tabelle 1 und Formel B ergibt sich f r das Geh usevolumen 60 071 Va as S 5 9 71 115 4 1 Weiterhin ist nach Formel Meine Resonanzfrequenz der Chassis Geh use Kom bination von 1 0 0 40 fia Y 29 57 Hz x H zu erwarten Die Kantenberechnung ber den goldenen Schnitt l sst sich zun chst ber den Zwischenschritt der Berechnung der Kantenl nge eines Wiirfels mit Ma ya 9 71 ermitteln Dabei ergibt sich eine Kantenl nge von A0 V dm 2 133 dm Die Anwendung der Formel 5 ergibt dann folgende Kantenl ngen a 1 318 dm 13 18 cm b x 2 133 dm 21 33 cm c 3 452 dm 34 52 cm 14 1 2 Geschlossenes Geh use mittlerer Gr e Mit dem geschlossenen Laborgeh use mittlerer Gr e wurde eine Gesamtg te von QaaG 0 71 angestrebt Diese Abstimmung entspricht nach Dickasorl Te Kapitel 2 der Butterworth Abstimmung zweiter Ordnung f r geschlossene Geh use auch Bz genan
132. rameter werden belassen 91 Chassis 2 Einbau und Schallwand editieren Chassisdaten Geh use amp Impedanz Schallwand und Position weitere Daten Chassisdaten Bezeichnung G 25 FFL 8 Ohm Kommentar VISATON LAUTSPRECHER GmbH amp Co KG 22 05 Resonanzfrequenz fs Hz 1600 Linearer Hub pro Seite mm 0 25 elektrische Resonanzg te Des 1 11 Gleichstromwiderstand Adc Ohm 5 6 mech Resonanzg te Qms 0 66 Ersatzinduktivit t Le mH 0 01345 Aquivalentvolumen Vas Liter 0 00124 Ersatzwiderstand Re2 Ohm 0 27954 Membranfl che Sd cm2 49 Ersatzinduktivit t Le2 mH 0 00438 P max w 140 Ersatzwiderstand Re3 Ohm 1 00521 Nennimpedanz Ohm 8 Ersatzinduktivit t Le3 mH 0 01583 F r ckseitig geschlossen z B HT Kalotten Re und Le aus Impedanzgang errechnen Messung der Frequenzg nge erfolgte 2 DIN Schallwand 200 Liter el jw F gang Amplitude benutzen IV F gang Phase akust ben F erst oberhalb 3 fc Up A dB f Hz Phase el Import Pegel ndern 20 40 7815 100 17303 20 5626 1422654 102 151 _ 172 45 Lage des Schallentstehunasorts SEO 21 141 43 0063 104 347 170 75 auf den sich der Phasengang bezieht 21 7357 42 8136 106 592 171 64 15 mm 20 hinter Schallwand 22 3472 421867 el 108 884 17271 m jw F gang Impedanz ben IV F gang Phase Imp ben Gemessene Impedanz wird bei allen Geh usearten au er integriert erst ab 3 fc ber cksichtigt f H2 Imp
133. rden im Aufnahmeraum des Tonstudios im Institut f r Breit bandkommunikation gemacht Die Raumabmessungen betragen lxbxh 7 7m x 6 3m x 2 8m Das Raumvolumen betr gt demnach V 135m Um Messungen ber den gesamten Audio Frequenzbereich 20Hz 20k Hz machen zu k nnen die einer Freifeldmessung entsprechen wird nach 1994 eine Mindestl nge von Imin bmin hmin 25 8m f r die Raumabmessungen ben tigt Des weiteren m sste die L nge eines A 4 Keilabsorbers l 4 4 25m betragen Frei feldmessungen wie sie in einem reflexionsarmen Raum der diese Bedingungen erf llt oder im Freien m glich w ren sind hier also nicht m glich Daher wird das Verfahren der simulierten Freifeldmessung angewendet 21 8 4 Kombinierte Nah und Fernfeldmessung Die Abdeckung des gesamten Audio Frequenzbereichs wird bei der simulierten Freifeldmessung durch Kombination einer Nahfeldmessung und einer Fernfeld messung erreicht wobei die Fernfeldmessung durch ein Zeitfenster von Einfl s sen durch Raumreflexionen befreit wird Struck 11994 8 4 1 Fernfeldmessung mit Zeitfenster Nach dem anlegen eines Zeitfensters auf die Messung der Impulsantwort soll nur noch das Direktsignal der Schallquelle vorhanden sein so wie es bei einer echten Freifeldmessung der Fall w re Die Reflexionen werden durch das Zeit fenster ignoriert Das Zeitfenster T wird durch die Vorgabe beschr nkt dass es das Direktsignal von der Schallquelle und die ers
134. rekten Messdaten des Visaton Modified GF200 a Abbildung 167 Freie Projektbezeichnungen Zun chst wird in LspCAD Pro ein neues Projekt ausgew hlt Das Editier fenster sollte also keine Schaltpl ne enthalten auf keiner der zehn Unterseiten Besteht der Wunsch kann der Benutzer zur bessern bersichtlichkeit dem neuen Projekt auch einen frei definierbaren Namen zuteilen vgl Abbildung 167 Es folgt der Aufbau der Simulationsschaltung im Projektfenster Schema welches sich im Editiermodus befinden muss 160 S Schema page 1 Edit Simulate Passive Analog digital Box cabinet Other ol allm 1 38 al 8 gt Abbildung 168 Allgemeiner Schaltungsaufbau zur Messdatensimulation Es wird eine einfache Verschaltung eines Lautsprecherchassiselements als roter Lautsprecher dargestellt mit einem Generatorelement und Masseelement realisiert Beispieldatei Messdatensimulation geschlossene Box Beispiel 1 1sp vgl Abbildung 168 Beim folgenden Wechsel in den Simulationsmodus erfolgt gem Abbildung 169 die Darstellung eines linearen SPL und Impedanzverlaufs es sind keine Messdaten geladen o deg Onm deg 30 00 7 A D Total impedance mag 150 0 D Generator 1 D Total impedance phase 25 00 hop em 100 0 50 00
135. ringer G te Mit dem gr ten Laborgeh use wurde eine Gesamtg te von Q 9G 0 50 ange strebt Nach Tabelle IJund Formel lergab sich f r das Geh usevolumen zun chst ein theoretisches Geh usevolumen von Ma gG netto W 75 41 Durch vollst ndige Bef llung des Lautsprechergeh uses konnte allerdings dieses quivalenzvolumen durch ein Geh use mit einem Volumen von Mac netto X 53 81 erreicht werden vel Kapitel 14 1 3 Durch Chassiseinbau verringert sich das effektive Geh usevolumen nun zu Lac brutto X 531 Laut Formel 6 entspricht dies wiederum einem Brutto qui valenzvolumen von 1 1 ES 3 K Vi 9G brutto er ie VG brutto 531 74 21 Y Nach Tabelle und Umstellung der Formel B ergibt sich als resultierende Gesamtg te 60 071 aa Y 742 7 0 4 0 502 ip 94 0 50 Qg ga Y Die Volumenverringerung f hrt somit nur zu einer u erst geringen G teerh hung die auf jeden Fall vernachl ssigbar ist Weiters ist nach Formel 4 eine Resonanzfrequenz der Chassis Geh use Kombination von 0 502 0 40 29 57 Hz 37 1 Hz fia zu erwarten proportional zur Erh hung der Gesamtg te des geschlossenen Ge h uses Beide Werte liegen damit etwa 0 4 ber den Berechnungen bei Be trachtung des reinen Nettovolumens 60 15 Bassreflexgeh use Nachfolgend wird zun chst die grundlegende Theorie ber Bassreflexgeh use eingef hrt sowie Berechnungen zur Dimensionierung des Laborgeh us
136. rn d Freie Verbindungen editieren Mausbelegung Boxsim V1 04 VISATON Edition C Wokumente und Einstellungen Daniel STUDIOWesktop BoxsimWProjekte Fertige Weiche 20 BPJ Datei Bearbeiten Chassis amp Enbau Verst rker 1 Optionen Extras Hilfe F Geng Imped Phasengang max Pegel F Gang Richtungen Polarplots B ndelung Chassis F Gang elekti ri I Energiefrequenzgang zeigen Y Frequenzgang Einzelchassis zeigen jmpe Frequenzgang Gesamtbox alle Verst rker und Chassis SPL dB I Z Ohm Lon 105 26 100 t24 s 4 tez m9 4 u 20 i 18 es 4 zZ WI 80 4 tia 735 H2 10 je 6 4 6 eo 4 r 55 4 t2 50 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000 Amplitude gesamt AL 170 8 Ohm 1 G 25 FFL 8 Ohm 2 Berechnung war erfolgreich Abbildung 95 SPL Verlauf Weiche 2 O mit Korrekturen 101 19 5 6 Vergleich Weiche 1 und 2 Ordnung Abschlie end vergleichen wir noch die Ergebnisse beider Filterordnungen mit allen Korrekturma nahmen Boxsim V1 04 VISATON Edition C Wokumente und EinstellungenWaniel STUDIOWesktop BoxsimWProjekte Fertige Weiche BPJ Datei Bearbeiten Chassis Einbau Verst rker 1 Optionen Extras Hilfe F Gang Imped Phasengang max Pegel F Gang Richtungen Polarplots B ndelung Chassis F Gang elek r IV
137. rt werden die Messdaten ebenfalls durch Tabstops getrennt in zwei Spalten expor tiert dem Zeitpunkt und dem Amplitudenwert Es wird ebenfalls ein Header geschrieben der die wichtigsten Informationen ber die Messung enth lt 142 Teil VIII Simulation mit LspCAD Pro S mtliche Simulationen werden im Labor mit der in der professionellen Laut sprecherentwicklung sehr g ngigen und beliebten Simulationssoftware Lsp CAD Professional von Ingemar Johansson durchgef hrt Eine Demoversion des Pakets sowie ein Handbuch und hilfreiche Tutorials stehen kostenlos zum Download zur Verf gung http www ijdata com LspCAD _ download html Zum Zeitpunkt der Referenzmessungen f r das Labor stand die Software Versi on 6 33 pro zur Verf gung Zu den nachfolgend durchgef hrten Simulationsbeispielen in LspCAD Professio nal wurden entsprechende Beispieldateien angefertigt die auf der EAK Labor CD zu finden sind Auf die einzelnen Dateien wird in den entsprechenden Simu lationsschritten explizit hingewiesen 25 Einf hrung Zur Simulation der im Labor behandelten Lautsprecherboxen stehen in LspC AD Professional zwei M glichkeiten zur Verf gung 1 Simulation ber die Angabe von Thiele amp Small Parametern der verwen deten Chassis sowie genaue Definition der Geh usegeometrie 2 Simulation ber die Angabe gemessener Schalldruckfrequenzg nge und Impedanzfrequenzg nge einzelner Chassis in eingebautem Zustand Auf Grund der Komp
138. rwartende Abstimmfrequenz fp zun chst als neue Formel zu re d 11 ler 1 7 rga Voa Aar und als Wert zu FR 3432 0 003848 m ah H 0 15 m 1 7 0 0335 m 0 0538 m3 4r2 0 In Abbildung 69 ist der dieser Konfiguration entsprechende Impedanzfre quenzgang des eingebauten Lautsprecherchassis ersichtlich 79 Impedanzverlauf 100 T Impedanz in Q Frequenz in Hz Phase in GF200BRT15cmoD 1 10 100 Frequenz in Hz Abbildung 69 Impedanzfrequenzgang lg 15 cm ohne D mmung Die Abstimmfrequenz fy liegt im erwarteten Bereich von fy 32 1 Hz 17 1 2 Tunnell nge 25cm Nun wurde die Tunnell nge auf 25cm erh ht Nach Formel TI ergibt sich die Abstimmfrequenz fy jetzt zu 3432 0 003848 m fu x 26 4 Hz 0 25 m 1 7 0 0335 m 0 0538 m 47 In Abbildung ist der dieser Konfiguration entsprechende Impedanzfre quenzgang des eingebauten Lautsprecherchassis ersichtlich Impedanzverlauf 100 T Impedanz in Q 1 10 100 Frequenz in Hz Phase in GF200BRT25cmoD I 10 100 Frequenz in Hz Abbildung 70 Impedanzfrequenzgang lg 25 cm ohne D mmung 80 Die Abstimmfrequenz frr liegt ebenfalls sehr gut im erwarteten Bereich von fa 26 4 Hz 17 1 3 Einfluss von D mmmaterial Zur Verdeutlichung des Einflusses von D mmmaterial im Bassreflexgeh use wurde eine Mess
139. s Abbildung 66lzeigt eine Absenkung der Re sonanzfrequenz um etwa 6 Hz bei sehr hoher D mmung des geschlossenen Ge 76 h uses Erneut l sst sich durch den resultierenden flacheren Kurvenverlauf ei ne diese mal noch st rkere G teverringerung feststellen Dieses Verhalten entspricht dem aus Formel 6 in Kapitel 4 1 3 bekannten Zusammenhang der Vergr erung des quivalenzvolumens V ga eines geschlossenen Geh uses bei Einbringung von D mmmaterial Die Erh hung des quivalenzvolumens Va ga entpricht nun laut Formel Blaus Kapitel 14 einer entsprechenden Verringerung der Gesamtg te 2 a der geschlossenen Chassis Geh use Kombination Impedanzverlauf Impedanz in Q L 10 100 GF200 V23l 0D GF200 V231 hD Phase in Frequenz in Hz Abbildung 66 Impedanzverlauf 22 91 Geh use ohne vs hohe D mmung F r unser sehr stark ged mmtes geschlossenes Geh use mit VyG brutto W 22 061 gilt so nach der Theorie K 1 4 Vi gG netto Y Va netto H 22 061 30 81 m nm nn was einer Erh hung des quivalenzvolumens um 40 entspricht Entsprechend verringert sich die Gesamtg te von y gG 0 72 auf 60 071 30 81 1 15 Oya Y 0 4 0 64 was einer Verringerung der G te um etwa 11 entspricht Die Resonanzfrequenz w rde in diesem Fall nach Formel HI 0 64 faa q 29 57 Hz 47 3 Hz betragen was gegen ber der Berechnung des unged
140. sabmessungen Das Softwarepaket steht zum kostenlosen Download auf zur Verf gung In Abbildung 52 ist das BassCADe Programmfenster zur Berechnung des Eigenvolumens unseres Laborchassis GF200 ersichtlich 3 Berechnung des Eigenvolumens eines Lautsprecherchassis Hinter Front Montage des Lautsprechers von innen Schlie en Korbdurchmesser d1 mm Korbbefestigung w mm Hilfe Membrandurchmesser d2 mm Membrankegelh he x mm Schwingspulendurchmesser d3 mm Magnetst rke y mm bernehmen Magnetdurchmesser d4 mm Magnetringbreite z mm Drucken Magnetringdurchmesser d5 mm 6 Seitenstege mit L nge s mm Dicke x Breite mm 2 10 Abbildung 52 BassCADe Berechnung des Chassiseigenvolumens Nach Eingabe aller relevanten Parameter erh lt man ein Chassiseigenvolu men von Veig 0 841 Dieser Korrekturwert wird f r alle nachfolgenden Berech nungen als Wahr angenommen um eine Evaluierung der Notwendigkeit dieser Korrektur zu erm glichen 58 14 3 1 Kleines geschlossenes Geh use hoher G te Mit dem kleinsten geschlossenen Laborgeh use wurde eine Gesamtg te von Qg ga 1 angestrebt Durch den Einbau des Lautsprecherchassis verringert sich das Nettogeh usevolumen von V gG netto Y 9 TI auf Ma gG brutto Y 8 861 Nach Tabelle Jund Umstellung der Formel lergibt sich als neue Gesamtg te 60 071 8 861 Al 0 4 1 04 Oo 1 15 gt Die Volumenverringerung f hrt somit
141. senes d r Geh use als auch mit ann hernd glei y 5 cher Konfiguration als Bassreflexgeh use ST nutzen zu k nnen Die Konstruktion des y Bassreflexgeh uses wurde daher schon in F E Kapitel 14 2 3 beschrieben und ist auch gt dort anhand Konstruktionszeichnung de tailliert dokumentiert Die einzige nderung gegen ber der Konfiguration des beschriebenen Geh u ses stellt der einfach auszutauschende verschraubte Deckel des Geh uses dar Bei der Realisierung der Bassreflexbox ist dieser lediglich durch den ebenfalls konstruierten Deckel mit eingesetztem Bassreflexrohr BR 13 25 der Firma Vi saton auszutauschen F r die geschlossenen Geh usevariante steht entsprechend ein Deckel geschlossener Form zur Verf gung Die Deckel wurden wie alle Geh use aus mittdeldichter Faserplatte kurz MDF mit einer Materialst rke von 19mm erstellt Sie haben in Ihrer Grund struktur die Form des negativen Profilausschnitts der Schallwand ffnung wel cher aus den Konstruktionszeichnung auszulesen ist siehe Kapitel 14 2 3 Einer dieser Deckel wurde enstprechend f r das verwendete Bassreflexrohr angepasst Die Konstruktionzeichnung des Deckels f r die Bassreflexvariante sind nachfol gend in Abbildung 57 ersichtlich Au endurchmesser Geh useeinsatz 133mm A N Einbaudurchmesser Imm Visaton BR 13 25 97 mm Fr stiefe 3 6 mm Abbildung 57 Profildeckel Bassreflexgeh use Front und R ckansicht 69
142. senes 22 91 Geh use 46 Seitenansicht 194mm x 498mm K 213mm Abbildung 42 Seitenansicht geschlossenes 22 91 Geh use 47 Aufsicht 322mm Ge 284mm 19mm 194mm 213mm WE SZ Abbildung 43 Sicht auf das geschlossene 22 9 Geh use 48 R ckansicht M 284mm 498mm 322mm Abbildung 44 R ckansicht geschlossenes 22 9 Geh use 49 14 2 3 Gro es geschlossenes Geh use geringer G te Das gr te geschlossene Laborgeh use ist in Abbildung 45 zu sehen Es fasst ein Luftvolumen von etwa 53 81 vgl Kapitel T4 I Die Innenbema ung der Geh use wurde bereits bei der Abstimmung des Geh uses in Kapitel 14 1 fest gelegt Aus der folgend ersichtlichen Geh usekonstruktion und der gegebenen In nenbema ung ergibt sich folgende Au enabmessung H he x Breite x Tiefe 649mm x 271mm x 416mm Abbildung 45 Geschlossenen 53 8 Geh use Gr nde f r die Wahl der Geh usekonstruktion Das gr te Geh use sollte sowohl als geschlossenes als auch als Bassre flexgeh use verwendet werden k nnen Dazu wurde auf der Schallwand des Geh uses ein Fr sprofil erstellt F r dieses gibt es zwei verschiedene verschraubbare Deckel wobei der Eine einen geschlossener Deckel der An dere ein Deckel mit intergriertem l ngenver nderbarem Bassre
143. sollte jedoch stets darauf geachtet werden dass der Bassreflexrohr nicht mit D mmwatte verstopft wird 86 Teil VI Entwurf eines Mehrwegesystems Das folgenden Kapitel besch ftigt sich mit der Entwicklung eines ventilierten Zwei Wege Systems inklusive passiver Frequenzweiche Die Konstruktion wurde im Rahmen der Projektarbeit als Stereopaar durchgef hrt und steht somit f r Messungen und H rvergleiche bereit Im Vordergrund stand dabei dass sich die einzelnen Entwurfsschritte leicht nachvollziehen lassen um Unzul nglichkeiten und Optimierung h rbar zu ma chen Weiters soll untersucht werden wie gut eine Simulation des Systems mit dem realen System bereinstimmt 18 Planungsprozess Die bisherigen Laborgeh use und Aufbauten hatten als Konstruktionsvorga be immer die theoretischen Vorgaben zur Erreichung bestimmter Ergebnisse zur Grundlage Es mag also etwas berraschend klingen dass wir als Vorgabe f r das Zwei Wege System Vorgaben verwendet haben die eher aus der Pra xistauglichkeit f r den Einsatzzweck stammen Unser Ziel einen als typische Stereo Nahfeldabh re eingesetzten Studiomonitor zu entwickeln der aus ergo nomischen Gesichtspunkten optimal sein soll lie wie man sp ter sehen wird eine starke Diskrepanz dieser beiden Ans tze aufkommen Dennoch hielten wir es f r sinnvoll die ergonomischen Vorgaben einzuhalten Eine berdimensionier te Nahfeld Abh re die nicht an den Arbeitsplatz passt d rfte nicht das
144. sse 8 5 4 Beugung an der Schallwand III _ Laborchassis Visaton 20 cm Tieft ner GF200 9 9 2 Thiele Small Paramete 9 3 SPL Freguenzgang 10 Visaton 17 cm Tiefmittelt ner AL170 10 2 Thiele Small Paramete 10 3 _SPL Frequenzgangl 11 Visaton 25 mm Hochtonkalotte G25FF 11 1 Abmessunge 12 Vergleich mit dem Herstellerdatenblatt 13 Messung in der DIN Schallwand 13 1 Visaton 20 cm Tieft ner GF200 13 2 Visaton 17 cm Tiefmittelt ner AL170 IN Entwurf von Geh use 14 Geschlossene Geh use 14 1 1 Kleines geschlossenes Geh use hoher G te 14 3 2 Geschlossenes Geh use mittlerer Gr e 8 3 _Raumakustische Einfl ssd 2 22 22 secs sr nn 8 5 Korrekturen RER 8 5 1 Skalierung auf Normabstand 22 2222020 9 1 Abmessungen s i 2 222 m Homme 10 1 Abmess nsen sinru 2 wa we A ee De 14 1 Abstimmung des Geh usevolumeng 14 1 2 Geschlossenes Geh use mittlerer Gr e SEELE 14 3 1 Kleines reschlossenes Geh use hoher G te 25 25 26 27 27 27 28 29 29 29 O EEN E een VI Entwurf eines Mehrwegesystem EE EG 18 3 1 Abmessungen 18 3 2 Stopfen mit D mmwolld 18 3 3 Bassreflextunne 18 4 Passive Frequenzweiche 88 18 4 1 Berechnung von Butterworth Filtern 1 Ordnung 89 18 4 2 Berechnung von Butterworth Filtern 2 Ordnung 89
145. st rkers bei angeschlossener Last Widerstand zu erf llen U VP ZNennimpedanz y 1Watt ZNennimpedanz F r eine Nennimpedanz von 80 muss somit eine Spannung von U 2 83V am Verst rkerausgang erreicht werden 6 3 Einspielen des Lautsprechers Es ist durchaus sinnvoll das Chassis einmalig einzuspielen Wir haben f r ca 12 Stunden einen 10 Hz Sinuston mit mittlerem Hub angelegt Die Messung fand an einem fabrikneuen AL170 Chassis statt Nach dem Einspielvorgang haben wir das Chassis ber 2 Stunden abk hlen lassen um einen Einfluss durch Erw rmung zu vermeiden Die Resonanzfrequenz wanderte um ca 4 nach unten 18 Impedanzverlauf 80 Impedanz in Q Frequenz in Hz Phase in Frequenz in Hz Abbildung 18 Vergleich vor und nach 12 st ndigem Einspielen Abb 9 zeigt einen Vergleich von zwei Messungen die vor und nach dem Einspielen von ca 5min bei einem 10Hz Sinuston mit maximaler Auslenkung der Membran gemacht wurden Impedanzverlauf Impedanz in Q 100 Frequenz in Hz Phase in EA a E T GF200 Impedanz nach Einwobbeln GF200 Impedanz vor Einwobbeln L T 10 100 Frequenz in Hz Abbildung 19 Vergleich vor und nach Einwobbelvorgang Durch die Erw rmung des Chassis beim Einspielvorgang hat sich die Reso nanzfrequenz um ca 4 nach unten verschoben 19 Es ist daher durchaus sinnvoll ein
146. stellung kann auch ber die Symbolleiste unter Avg erreicht werden e Max averages Gibt die Anzahl der Wiederholungen f r die Mittelung an 127 23 3 Kalibrierung Bevor die eigentliche Messung durchgef hrt wird m ssen Kanaldifferenzen zwi schen linkem und rechtem Kanal durch eine Kalibrierung ausgeglichen werden Zun chst werden unter Setup Audio Devices die genutzten Ein und Aus g nge der Audioschnittstelle ausgew hlt Im Men Record kann die Funktion Calibrate ausgew hlt werden ebenso zu erreichen ist sie ber das Icon CAL in der Toolbar Nun sollte die Calibrate Input Channels Dialogbox erscheinen Calibrate Input Channels Generate Calibrate HR Connect left and right input Calibrated for EE 131072 channel to signal generator n i h Sampling rate 48000 output Seq length 131072 Number of averages Fs 48000 Hz Output volume dB E Channel diff 0 03d8 Generate Uncalibrate Input Level Monitor Abbildung 132 Dialogfeld Calibrate Input Channels nach der Kalibrierung Der Leistungsverst rker muss f r die Kalibrierung eingeschaltet sein die Verst rkung sollte zun chst auf Null gestellt werden Die Messbox muss auf Impedanzmessung Kalibrierung gestellt werden ber den Button Ge nerate wird ein Testsignal mit dem angegebenen Pegel erzeugt empfohlener Wert 3dB FS Nun kann der Lautst rkeregler des Verst rkers langsam auf gedreht werden bis eine ausreichen
147. stimmung auch Ba ge nannt vgl Kapitel 4 1 2 geben wir uns zufrieden undbest tigen die Auswahl mit Apply Die Definition aller Parameter ist damit beendet Es ergibt sich die in Abbildung 158 dargestellte Ansichten im grafischen Ausgabefensters von LspCAD Pro f r SPL Verlauf und Impedanzverlauf Bei spieldatei T S geschlossene Box Beispiel 4 Isp 153 dB deg Onm 80 00 fH 30 00 150 0 100 0 75 00 70 00 65 00 60 00 55 00 20 00 HHHH H deg Total impedance mag i Loudspeaker unit CL mag Generator 1 gd Total impedance phase 25 00 GER T A 1 0 0 15 00 Ir A 1 300 om Fr t i A R 1 100 0 Total SPL mag 5 00 Ekel Loudspeaker unit CL mag 59 9 a Total SPL phase Hz 000 1000 5000 10000 20 Hz 50 100 20 Hz 50 100 500 1000 50 00 50 00 Hz 500 5000 10000 Abbildung 158 SPL und Impedanzverlauf Simulation mit T S Parametern Messungen in der Praxis und anschliefende Simulation in LspCAD haben er geben dass eine korrekte Anzeige der Impedanzwerte nur f r die Impedanzkurve des Generators g ltig ist vgl Abbildung 158 Die Anpassung der grafischen Ausgabe l sst sich durch nderung der Simulationseigenschaften erreichen sie he Kapit
148. t k nnen Einfl sse durch die Messkette bis zum Leistungsverst rker unterdr ckt werden F r ein besseres Signal Rausch Verh ltnis kann unter Number of averages die Anzahl der Mittelungen eingegeben werden 135 Impulse response measurement Periodic Noise Sweep MLS Sweep generator Recorder Sequence length 32k e Prefered input channel Leit v Sampling rate Hz 48000 y Dual channel measurement mode IV Time constant 682 67 ms Invert phase of input channel T Output volume dB D y Number of averages d Log frequency sweep V Filter dual channel impulse response Generate voice activation a Record r Default Abbrechen Abbildung 138 Dialogfeld Impulse Response Measurement f r Sweep Messung 24 3 Analyse und Bearbeitung F r die weitere Aufbereitung der Messung sind verschiedene Werkzeuge in ARTA vorhanden um Zeitfenster zu setzen Pegel anzupassen eine Beugungskorrektur vorzunehmen und um verschiedene Messungen zu einem Messergebnis zusam men zu f hren 24 3 1 Einstellen des Zeitfensters f r die Impulsantwort Nach erfolgter Messung kann ein Zeitfenster T mit linkem und rechtem Cursor im Graph gesetzt werden Zum setzen des Cursors kann die linke bzw rechte Maustaste verwendet werden In der Symbolleiste wird unter Window noch die gew nschte Fensterform eingestellt Reckteck Hann Fenster E AL170 20 SK IK FF hD 3 3 plus 8 20hm seriell Arta Eile Edit View Rec
149. ten Reflexionen durch den Raum trennt es ergibt sich von der Wegdifferenz Ad von Direktschall d und 1 Reflexion dr bei einer konstanten Schallgeschwindigkeit c zu Ad dr d jaa C Die untere Grenzfrequenz bis zu der die Messung g ltig ist ergibt sich zu 1 Sn dad Lautsprecher und Messmikrofon bilden die Brennpunkte eines Rotationsellipso ids der die n heste reflektierende Fl che tangiert F r die Hauptachse h und die Nebenachse b gilt ohne Herleitung b dr Vy h d had d Eingesetzt in die Funktion f r die untere Grenzfrequenz c VE d Mit der gr ten zu findenden Abmessung M der Schallquelle kann folgende Faustregel f r den Mindestabstand einer Fernfeldmessung angegeben werden Struck 11994 d gt 3 M F r die untere Grenzfrequenz gilt daher f r den Grenzfall dieser Bedingung Fu vh 9M 3M Die untere Grenzfrequenz bei der Fernfeldmessung mit Zeitfenster ist also eine Funktion der Raumgr e nahegelegenste reflektierende Fl che und der Schallquellenabmessung Querdiagonale M 22 8 4 2 Nahfeldmessung F r die Nahfeldmessung sollte das Messmikrofon sehr nah an die Membran des Lautsprechers gebracht werden Eine Positionierung innerhalb d 0 11r yg resultiert zu Mess Abweichnungen kleiner als 1dB F r ein Lautsprecherchassis in unendlicher Schallwand berechnet man die obere Grenzfrequenz f r die Nahfeldmessung aus der Bedingung k rm l1 C C Jo
150. tenansicht variables 53 8 Geh use 55 Aufsicht 233mm 19mm 7 397mm 416mm 271mm Abbildung 50 Sicht auf das variables 53 8 Geh use 56 R ckansicht 271 mm gt 649mm 78mm AS 104mm 233mm e Abbildung 51 R ckansicht variables 53 8 Geh use 97 14 3 Ber cksichtigung des Chassiseigenvolumens Wie bereits in Kapitel 14 1 erw hnt wurde handelt es sich bei den bisher be trachteten Volumina der konstruierten geschlossenen Laborgeh use um reine Nettovolumen Das hei t es wurde noch keine Volumenskorrektur nach Chassi seinbau ber cksichtigt Die Gesamtgeh useg ten Q4 ya und daraus resultierende Resonanzfrequenzen der Chassis Geh use Kombinationen fgg nach Chassi seinbau sollten daher durch resultierende geringere Geh usevolumina laut For mel B und A geringf gig h her ausfallen Die Berechnung des vom Lautsprecherchassis ben tigten Figenvolumens ge staltet sich jedoch konstruktionsbedingt als schwierig da eine genaue Berech nung des Volumens vor allem zwischen Chassiskorb und Membran sehr kom pliziert und zeitaufw ndig ist Wir haben aus diesem Grund auf ein Freeware Softwarepaket zur ckgegriffen welches unter dem Namen BassCADe bekannt ist Die Software beinhaltet unter Anderem die M glichkeit der Berechnung des Eigenvolumens eines Lautsprecherchassis nach Eingabe einiger definierter Chassi
151. th Filters 1 Ordnung mit der bergangs frequenz fi ergibt sich nach Grabe WS 2006 07 1 O aa 2r Rnenn 2 f Le Rnenn 27 Ta 18 4 2 Berechnung von Butterworth Filtern 2 Ordnung F r die Bauteilwerte eines Butterworth Filters 2 Ordnung mit der bergangs frequenz fj ergibt sich nach Graben WS 2006 07 D V2 Rnenn 27 f v2 27 f Rnenn 18 4 3 Berechnung der bergangsfrequenzen Beim Entwurf der Frequenzweiche wurden nur Standardbauteilwerte benutzt Die Trennfrequenzen 1 der Filter 1 Ordnung wurden weit auseinander gelegt Die bergangsfrequenzen ergeben mit den realen Bauteilwerten 1 1 2425 H JU TFLATAO er Raan C Se 80 8 uF Z Rnenn 80 f TF1TT1O 1870 Hz 27 L 27 0 68mH Die Trennfrequenzen 2 der Filter 1 Ordnung wurden dichter gelegt Die Ubergangsfrequenzen ergeben mit den realen Bauteilwerten 1 u 1 27 Roenn C 2 80 6 8uF Rnenn 80 2710 H de EE a amA er Die Filter 2 Ordnung wurden empirisch mit Hilfe der Boxsim Simulation siehe Kap 9 optimiert Die Filtercharakteristik entspricht nicht mehr der 2925 Hz f rr2 HT o 89 eines Butterworth Filters eine R ckrechnung auf die bergangsfrequenz ist deshalb schwierig Aus den Messungen in Kap 21 ist jedoch ersichtlich dass die bergangsfrequenz jeweils bei ca 2kHz liegt 18 4 4 Berechnung von Schwingspulen Impedanzkorrekturen Um die ansteigende Impedanz zu hohen Freque
152. truktionszeichnung Visaton BR 13 25 Durch dieses Bassreflexrohr ergibt sich der gro e Vorteil einer beliebigen Ein stellung der Helmholtzfrequenz fy durch einfache L ngenvariation Die deutlich 67 verringerte ffnungsfl che Ag von nur Ana 35 26 cm bereitete uns dabei in der Messpraxis keine Probleme Weiterhin ist zu erw hnen dass das Laborgeh use das ja auch als geschlos senes Geh use verwendet werden kann ein Volumen von VG 53 8 und nicht das bereits berechnete theoretisch optimale Volumen von Mac 53 91 aufweist Dieser Sachverhalt ergibt sich aus den Berechnung f r das gro e geschlossenen Laborgeh use vgl Kapitel 1 1 3 bei dem wir durch sehr dichte Bef llung die theoretischen Anforderungen einer Geh useg te von Qg ga 0 5 erreichen konnten Die Abweichung der beiden Volumina betr gt nur etwa 0 2 und ist daher als vertretbar einzustufen Die enstprechende Tunnell nge lg f r die geforderte Abstimmfrequenz fy 29 88Hz ergibt sich mit diesem Bassreflexrohr nach Formel 10 nun zu 343 0 003848 m 0 0538 m3 472 29 88 1 1 7 0 035 m 0 1793 m Br Die theoretische Rohrl nge liegt damit in einem konstruktiv leicht zu reali sierenden Bereich von lg 18cm 68 15 6 Konstruktion des Laborgeh uses Aus der berlegung so wenige Lautspre chegeh use wie m glich bauen zu m s Ze De sen entstand die Idee das gr te Laut N sprechergeh use sowohl als geschlos
153. uenzgang des unged mmten Bassreflexge h uses mit einer Tunnell nnge von lg 15 cm SPL Frequenzgang 100 T GF200BRT15cmoD 95 90 85H 80 r Schalldruck in dB 70H 65H 60F 1 1 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 73 SPL Frequenzgang lg 15 cm ohne D mmung Die Abbildung zeigt eine Sperrwirkung von etwa 24db Oktave Es sei er w hnt dass der Mittel und Hochtonbereich der Messung nicht berbewertet werden sollte Der Lautsprecher wurde als Bassreflexbox konstruiert und dient normalerweise einer Schallwiedergabe bis etwa 200 Hz Durch geeignete schal tungstechnische Ma nahmen l sst sich dieser Frequenzgang durchaus in der Praxis verwenden 83 17 2 2 Tunnell nge 25cm Abbildung 74 zeigt den SPL Frequenzgang des unged mmten Bassreflexge h uses mit einer Tunnell nnge von lg 25 cm SPL Frequenzgang 100 T GF200BRT25cmoD 357 90H Schalldruck in dB a a T 1 i 10 100 1000 10000 Frequenz in Hz Abbildung 74 SPL Frequenzgang lg 25 cm ohne D mmung Die Abbildung zeigt eine etwas flachere Sperrwirkung von etwa 22db Oktave Dieses Verhalten geht bereits mehr in Richtung der Vorgaben des QBs Ali gnments nach dessen Kriterien diese Bassreflexbox dimensioniert wurde vgl Kapitel 15 3 Nachfolgend sind in Abbildung 75 die SPL Frequenzg nge der beiden Kon figurationsvarianten verschiedener Tunn
154. uf folgende in Abbildung 72 ersichtliche Ergebnisse aus Beispieldatei Messdatensimulation geschlossene Box Beispiel 2 Isp op deg Ohm deg 90 00 HIT e y e om IN Total impedance mag Total impedance phase J Total SPL mag D1 mag Be Total SPL phase 80 00 70 00 E 50 00 60 00 50 00 40 00 30 00 20 00 50 00 10 00 Ur vm 0 00 _ i ni 5000 10000 20 Hz 50 100 500 1000 5000 10000 Hz 20 Hz 50 Abbildung 172 SPL und Impedanzverlauf der eingebunden Messungen 163 28 Realisierung elektrischer Filter Die f r die Labor bung zur Simulation vorgesehenen Filter 1 Ordnung las sen sich in LspCAD Pro direkt in der Simulationsschaltung realisieren Dazu muss allerdings im Programmfenster Schema zur ck in den Editiermodus gewechselt werden Im Folgenden ist die Simulation elektrischer Filter bei Angabe von Thiele amp Small Parametern ersichtlich vgl Kapitel 26 Es sei jedoch erw hnt dass die quivalente Beschaltung auch bei Simulation ber Angabe gemessener Schall druckfrequenzg nge und Impedanzfrequenzg nge m glich ist vgl Kapitel 27 Wie in Abbildung 73 zu sehen ist wurde das Schaltbild etwas auseinan dergezogen um einen entsprechenden
155. uierung der Simulationsergebnisse Dazu werden die Simulationskur ven mit Messkurven verglichen Zur nachfolgend beschriebenen Simulation sind s mtliche Projektdatein inklusive Messungen auf der EAK Labor CD zu finden X Mehrwegessytem Mehrwegesystem lsp Die f r die komplette Simulation des Mehrwegesystem in LspCAD Pro ver wendeten Messdaten st tzen sich auf unsere Messergebnisse und Angaben aus Teil MI und Kapitel 21 22 1 Simulationsaufbau 22 1 1 Hochtonzweig Nachfolgend ist in Abbildung 122 der Simulationsaufbau f r den Hocht ner inklusive Realisierung der Laborweiche f r den kompletten Hochtonzweig ab gebildet c10 a 820uF 2x Hochpass 1 Ordnung m D mpfungswiderstand D Ges poms E KE R3 12 3 000hm A 2 al sl HCH i oe sip A 6 Hochpass 2 Ordnung Sal Dei Deaktivierung sind beide Schalter zu deaktivieren G25FFL us 1 00mH ol ol paesa 1 2 330 Abbildung 122 Mehrwegesimulation Visaton G25FFL Der dargestellte Aufbau entspricht der Simulation mit Messdaten in Lsp CAD vgl Kapitel DZ mit aktivierter Frequenzweiche zweiter Ordnung Eine wichtige Besonderheit bei der Konfiguration im Hochtonzweig betrifft die Wahl des in Kapitel 27 1 angesprochenen Phasendelays So wurde bei den f r die Simulation ermittelten Fernfeldmessungen die Transformation in den 120 Frequenzbereich durch Fensterung ausgehend vom direkten Impulsbeginn an gefertigt Das hei t zwischen
156. uktion von Bassreflexgeh usen erfolgt dahingegen normalerweise in Form spezieller Alignments mit denen s mtliche Parameter f r eine m glichst li neare Wiedergabekurve mit bestimmter unterer Grenzfrequenz f_3ag festgelegt sind 3 Auflage 2005 Kapitel 3 Die verschiedenen Alignments re pr sentieren verschiedene Wiedergabeeigenschaften der Chassis Geh use Kom binationen die nur mit definierten Chassisg ten Qg mk erreicht werden k nnen Die Konstruktion von Bassreflexgeh usen beinhaltet somit weniger Freiheitsgra de als die Konstruktion geschlossener Geh use Von definierten Alignments stark abweichende Abstimmungsvariationen die Anhebung oder Abschw chung der Wiedergabe von tiefen Frequenzen verur sachen werden als Fehlabstimmungen oder Misalignments bezeichnet 61 15 2 Abstimmung Fehlabstimmung Durch eine ideale Abstimmung des ventilierten Geh uses auch mittige Abstim mung genannt stellt sich ein m glichst symmetrischer Impedanzgang sowie eine flacher SPL Frequenzgang ohne Resonanz berh hung ein Bei mittiger Abstimmung wird die Resonanzfrequenz des ventilierten Geh uses Tu auf die Resonanzfrequenz des Chassis in unendlicher Schallwand fus eingestellt Nach Graben WS 2006 07 Kapitel 7 3 ist das Abstimmungsverh ltnis eines Bassreflexgeh uses wie folgt definiert Ja fus Der angesprochene Fall der mittigen Abstimmung steht somit f r ein Abstim mungsverh ltnis von h 1 h
157. undlagen der Lautsprecherent wicklung Anschlie end wird die verwendete Messumgebung vorgestellt Nach Beschreibung der Laborchassis folgt die Berechnung und Konstruktion der Ge h use Entsprechende Referenzmessungen wurden angefertigt Im weiteren Verlauf findet eine Diskussion des Mehrwegesystems statt Hier bei wurde ein praktischer Ansatz gew hlt der nicht alle Ideale aus der Theorie zul sst Abschlie end folgt eine Beschreibung der beiden Softwarepakete ARTA und LspCAD Pro Wir danken Herrn Prof Graber und DI Holger Hiebel f r die fachliche Un terst tzung und diverse gedankliche Anregungen sowie f r die unkomplizierte organisatorische Abwicklung Wir w nschen dem Leser viel Vergn gen 1 Hugo Hobel Inhaltsverzeichnis I__Thiele Small Paramete 1 Modell eines Lautsprecherchassi FETTE FETTE 3 1_ Betrag und Phase des Impedanz Frequenzganges en EE EE A Liste der Modellparamete 5 Bestimmung der Paramete 5 1 _ Gleichstromwiderstand der Schwingspule R 52 Spuleninduktivit t EI 8 _ Schalldruck Frequenzgans Messung 8 1 Messkette zur Schalldruck Frequenzgang Messung 8 2 Messprinzip Zweikanalmessung 8 4 Kombinierte Nah und Fernfeldmessung 4 1 __Fernfeldmessung mit Zeitfenste 8 4 3 Zusammenfhsan von Fern und Nahfeldmessung 8 5 2 Anpassen einer Bassreflex ffnung an Chassismembra 8 5 3 __Nahfeldmessung an Fernfeld anpa
158. ung mit starker D mmung bei einer Tunnell nge von 15cm er stellt Nach Formel 6 aus Kapitel I4 1 3 bewirkt das Stopfen des Geh uses eine Vergr erung des quivalenzvolumens Dadurch erwartet man ein Absinken der Abstimmfrequenz fp und damit eine Verschiebung des Impedanzfrequenzgangs zu tieferen Frequenzen Weiterhin sollten die Resonanzspitzen im Impedanzfre quenzgang stark ged mpft sein was dem gleichen Verhalten entspricht dass wir bereits in Kapitel bei D mmung geschlossener Geh use beobachten konnten Im Fall des Bassreflexgeh uses gilt folgend bei starker D mmung K 1 4 Der Die Abstimmfrequenz frr sollte sich f r diese Konfiguration nun nach Formel MM auf fa 3432 0 003848 m en JH 0 15 m 1 7 0 0335 m 0 0742 m3 4r 20900 Vi vG brutto 531 74 21 A einstellen In Abbildung I ist der dieser Konfiguration entsprechende Impedanzfre quenzgang des eingebauten Lautsprecherchassis ersichtlich Impedanzverlauf Impedanz in Q 1 10 100 Frequenz in Hz GF200BRT15cmhD Frequenz in Hz Abbildung 71 Impedanzfrequenzgang lg 15 cm hohe D mmung Die Abstimmfrequenz fy liegt in der Abbildung bei etwa frr 28 Hz Dieses Ergebnis entspricht mit ausreichender Genauigkeit unseren Erwartungen Nachfolgend zeigt Abbildung 72 die Impedanzfrequenzg nge drei Konfigu rationsvarianten unseres Bassreflexgeh uses im direkten Vergleich 81 Impedanzverlauf
159. zu einer leichten G teerh hung die al lerdings vernachl ssigbar klein ist Unsere Vorgehensweise bei der Geh usebe rechnung und Konstruktion das Chassiseigenvolumen nicht zu ber cksichtigen betrachten wir somit als legitim Weiters ist nach Formel 4 eine Resonanzfrequenz der Chassis Geh use Kombination von 04 0 40 zu erwarten proportional zur Erh hung der Gesamtg te des geschlossenen Ge h uses Beide Werte liegen damit etwa 4 ber den Berechnungen bei Betrach tung des reinen Nettovolumens fia 29 57 Hz x 77 Hz 14 3 2 Geschlossenes Geh use mittlerer Gr e Mit dem geschlossenen Laborgeh use mittlerer Gr e wurde eine Gesamtg te von Qg ga 0 71 angestrebt Durch den Einbau des Lautsprecherchassis ver ringert sich das Nettogeh usevolumen von Ma gG netto X 22 91 auf Ma gG brutto Y 22 061 Nach Tabelle Jund Umstellung der Formel lergibt sich als neue Gesamtg te 60 071 Qu re 0 4 0 72 7 Die Volumenverringerung f hrt somit zu einer leichten G teerh hung die aller dings wieder vernachl ssigbar klein ist Weiters ist nach Formel A eine Resonanzfrequenz der Chassis Geh use Kombination von 0 72 0 40 fia 29 57 Hz x 53 2 Hz zu erwarten proportional zur Erh hung der Gesamtg te des geschlossenen Ge h uses Beide Werte liegen damit etwa 1 4 ber den Berechnungen bei Be trachtung des reinen Nettovolumens 59 14 3 3 Gro es geschlossenes Geh use ge

Lautsprecherentwicklung für das Elektroakustik Labor

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