Bündelung - und was noch?

Tja, was gibt es für Unterschiede?

Allgemein lässt sich ein System durch seine komplexe Übertragungsfunktion und seine nichtlinearen Verzerrungen charakterisieren.

Bei Lautsprechern ist die Übertragungsfunktion ein gutes Stück komplizierter als z. B. bei Verstärkern.

Es soll nicht nur der Freifeldfrequenzgang (das wäre das was man am Verstärker misst), sondern auch der Diffusschallfrequenzgang linear sein. Das hast Du ja schon benannt (Abstrahlverhalten).

Geht es weiter mit den nichtlinearen Verzerrungen, Klirr, IM- und Doppler-Verzerrungen.

Klirr gibt es immer, mal mehr, mal weniger. IM-Verzerrungen sind immer da zu finden, wo auch Klirr vorhanden ist, lässt sich leider nicht vermeiden. Je geringer der Klirr, desto geringer auch die IM. Doppler-Verzerrungen sind im HiFi-Bereich wohl eine Eigenart von Lautsprechern, sind aber allein abhängig von der Auslenkung der Membran, deshalb kein Unterscheidungskriterium.

Und das wars eigentlich schon. Sind Frequenzgang (Betrag und Phase) auf Achse, Bündelungsmaß und Klirr identisch, dann gibt es keinen klanglichen Unterschied zwischen den Chassis.

Gruß
Cpt.

Könnte man schon auf Anhieb, allein durch Betrachten eines Chassis erkennen, ob es mehr oder weniger klirrt? Eventuell anhand einiger technischer Parameter? Oder geht das ausschließlich durch anhören?

Wenn der? die? das? Klirr wesentlich ist für einen möglichen Eigenklang eines Chassis - worauf muss man bei der Auswahl eines Chassis neben der Größe dann im Vorwege achten, um gleich eines mit geringem Klirr erwerben zu können.

Hallo Wiesonich,

ein wesentlicher Anteil des Eigenklangs eines Chassis resultiert aus nichtlinearen Verzerrungen durch Partialschwingungen der Membran und Nichtlinearitäten des Antriebs vor allem beim Großsignalverhalten.

Beides lässt sich durch ein sinnvoll ausgelegtes Dreiwegsystem schon recht gut im Zaume halten. Das Chassis solte überhalb des Bereiches betrieben werden, wo erheblicher Membranhub erfoderlich wäre und unterhalb des Bereiches wo Partialschwingungen auftreten.

Derartig beschaltete Chassis klingen - sofern der Amplitudengang identisch entzerrt wurde - erstaunlich ähnlich.

Ferner sollte man auf niedrige nichtlineare Verzerrungen i.A. achten, da diese wiederum auch ein Kriterium für Intermodulationsverzerrungen sind.

Manch Artefakt lässt sich auch leicht hören. Mit bandbegrenztem Rauschen lassen sich beispielsweise Verzerrungen die nur in geringem Zusammenhang zur Grundwelle stehen, leicht identifizieren.

Zunächst aber sollte das Grundkonzept des Chassis zum vorgesehenen Einsatzzweck passen. Kennempfindlichkeit, Resonanzverhalten, Luftspalttiefe, Induktivität, Resonanzfrequenz und einige weitere "Katalogwerte" sind hierfür heranzuziehen.

Gruß, Uwe

wiesonich schrieb:

Könnte man schon auf Anhieb, allein durch Betrachten eines Chassis erkennen, ob es mehr oder weniger klirrt? Eventuell anhand einiger technischer Parameter? Oder geht das ausschließlich durch anhören?

Es gibt einige Konstruktionsmerkmale, die auf geringen Klirr hinweisen könnten.

- Kurzschlussring (linearisiert das Magnetfeld)
- verkupferte Polplatten (dito)
- stabiler Korb (egal ob Druckguss, Blech oder Kunststoff) (verringert Resonanzen des Korbes)
- strömungsgünstig aufgebauter Korb (verhindert stehende Wellen zwischen Membran und Verstrebung)
- Polkernbohrung (reduziert nicht-lineare Verzerrungen durch das Luftvolumen zwischen Dust Cap und Polkern)
- Phase Plug (dito, zusätzlich bessere Wärmeabfuhr; allerdings schlechteres Abstrahlverhalten, denn bei hohen Frequenzen nur noch Ringstrahler)

Nochmal: diese Merkmale "könnten" geringeren Klirr zur Folge haben - müssen sie aber nicht. Es gibt auch genug Chassis, denen z. B. der Kurzschlussring fehlt, trotzdem überaus wenig Verzerrungen aufweisen.

Ansonsten wäre Messen wohl noch die zuverlässigste Methode, K&T und HH bieten in ihren Tests zum Glück welche an. Wichtig wären aber vor allem Messungen bei verschiedenen Lautstärken, da hat K&T K2 und K3 über die Frequenz bei 2 Lautstärken (jeweils 10dB auseinander), HH bei 90dB und - ab und zu - K2, K3 und K5 bei einer einzelnen Frequenz über den Pegel; die Messung ist aber nichtssagend.

Gruß
Cpt.

Hallo Uwe,

hui, das sind viele Informationen! Ich versuche mal, mich vorzutasten:

Werden die Partialschwingungen der Membran ausreichend vermieden, wenn die Wellenlänge der höchsten zu übertragenen Frequenz etwa dem Umfang der Membran entspricht? Gelten die berühmten 1ka bei Konüssen bzw. 1,5ka bei Kalotten auch hier?

Für eine sinnvolle Trennung nach unten hab´ ich irgendwo einmal gelesen, dass bei Kalotten die Eigenresonazfrequenz des Chassis unterhalb der Hochpassfrequenz des Weichenzweiges liegen sollte. Wenn das direkt mit dem maximalen Membranhub der Kalotte zusammenhängt, wäre das ein guter Anhaltspunkt. Ist das so?

Und ließe sich das auch auf Konüsse übertragen? Zumindest wenn sie über einen Bandpass, also als Mitteltöner laufen? Konüsse kann ich in puncto Resonanzfrequenz überhaupt nicht einschätzen. Die verändert sich ja auch je nach Volumen des Gehäuses, in das der Konus eingebaut wird. Da greift so vieles ineinander. Wenn aber die Resonanzfrequenz des Chassis im Gehäuse auch hier die untere Grenzfrequenz für den Membranhub zieht, wäre das natürlich ebenfalls ein guter Anhaltspunkt für die Auswahl eines passenden Chassis.

Zunächst aber sollte das Grundkonzept des Chassis zum vorgesehenen Einsatzzweck passen. Kennempfindlichkeit, Resonanzverhalten, Luftspalttiefe, Induktivität, Resonanzfrequenz und einige weitere "Katalogwerte" sind hierfür heranzuziehen.

Genügt es, wenn die Kennempfindlichkeiten der Chassis (TT,MT,HT) nahe bei einander liegen? Ließe sich da eventuell eine Relation nennen, eine maximale Abweichung in Prozent?

Das Resonanzverhalten bzw. die Resonanzfrequenz hoffe ich, oben richtig eingeschätzt zu haben.

Sind die Induktivität und die Luftspalttiefe möglicher Weise für Aktiv-Anendungen vernachlässigbar, weil ja keine Rückwirkung auf Spulen oder Kondensatoren erfolgen kann, wie bei passiven Filtern?

Gruß
wiesonich

Wärt Ihr so nett und mir ein paa Infos für den Bündelungsfaktor ka geben/verlinken, da finde ich nix außer
http://de.wikipedia....aktor&fulltext=Suche
was mir nicht wirklich weiterhilft.

Hallo cpt,

da haben sich unsere Antworten überschnitten. Danke für die ausführlichen Informationen. Das sind ja im wahrsten Sinne des Wortes handfeste Merkmale. Da werde ich drauf achten.

Was ist von unterschiedlichen Membranmaterialen und -aufhängungen (Sicken aus Schaumstoff, Gummi o.Ä.) zu halten? Bestimmen die auch irgendwie den Eigenklang?

Gruß
wiesonich

edit @UglyUdo:
Ich hoffe, AH. nimmt es mir nicht krumm, wenn ich hier zitiere, was er an anderer Stelle hier im Forum vor einiger Zeit über die Sache mit dem 1ka geschrieben hat:

(...)Oberhalb ka = 1 beginnt sich eine Richtwirkung auszuprägen (und auch weitere Probleme), daher sollte man hier trennen. Dies ist die auf den Umfang normierte Wellenlänge, also die Wellenlänge, die dem Strahlerumfang entspricht. Berechnungsgrundlage ist der effektive Strahlerdurchmesser, d.h. Konusdurchmesser + halbe Sicke. Demnach kann man einsetzen: 15"-Konus: bis ca. 300Hz 12"-Konus: bis ca. 400Hz 10"-Konus: bis ca. 540Hz 8"-Konus: bis ca. 650Hz 6,5"-Konus: bis ca. 800Hz 5"-Konus: bis ca. 1200Hz 4"-Konus: bis ca. 1500Hz Bei Kalottenstrahlern beginnt das Bündelungsmaß etwas später (um ka = 1,5) zu steigen, dafür dann aber stärker. Demnach ergibt sich: 3"-Kalotte: bis ca. 2200Hz 2"-Kalotte: bis ca. 3300Hz 1,5"-Kalotte: bis ca. 4400Hz 1"-Kalotte: bis ca. 6600Hz 0,75"-Kalotte: bis ca. 8800Hz 0,5"-Kalotte: bis ca. 13,2kHz (...) Wenn man sich nicht danach richtet, fällt der Diffusfeldfrequenzgang im Einsatzbereich des Strahlers und man muß zumindest dafür sorgen, daß der nächste Weg in der Richtcharakteristik paßt (z.B. Waveguide). Zwar sind moderne Tiefmitteltöner als Biegewellenwandler ausgelegt und gehorchen nicht dem Modell des Kolbenstrahlers, jedoch fungiert der Konustrichter als (meist ziemlich mieses) Horn für den im inneren des Konus abgestrahlten hochfrequenten Schall, womit man dann doch Bündelung und Kurzzeitreflexionen im Trichter hat. Lineare Verzerrungen aufgrund von Teilschwingungen auf der Membrane werden auf diese Weise ebenfalls elegant umgangen, ebenso die genannten Kurzzeitreflexionen im Konustrichter.(...)

wiesonich schrieb:

Werden die Partialschwingungen der Membran ausreichend vermieden, wenn die Wellenlänge der höchsten zu übertragenen Frequenz etwa dem Umfang der Membran entspricht? Gelten die berühmten 1ka bei Konüssen bzw. 1,5ka bei Kalotten auch hier?

Wie AH. schrieb:

AH. schrieb:

Lineare Verzerrungen aufgrund von Teilschwingungen auf der Membrane werden auf diese Weise ebenfalls elegant umgangen

Um die Partialschwingungen zu vermeiden, ist es also sinnvoll, bei ka=1 (bzw. 1,5) zu trennen. Ob man das unbedingt tun muss, sagt einem eine ausführliche Messung des Chassis. Hier hilft - und nur hier - der Wasserfall weiter, auf dem man sehr schön langsames Ausschwingen von Membranresonanzen sehen kann.

Diese Resonanzen sind erheblich vom Membranmaterial abhängig. PP-Membrane brechen sehr früh auf, dämpfen diese Resonanzen aber stark. Metallmembrane dagegen bleiben lange stabil, aber wenn eine Resonanz auftritt, dann richtig. Solche Membrane benötigen in der Regel steile Filter (sind eigentlich nie zu verachten) und Sperrkreise. Papier, in seinen vielfältigen Ausführungen, liegt irgendwo in dem weiten Bereich dazwischen.

Für eine sinnvolle Trennung nach unten hab´ ich irgendwo einmal gelesen, dass bei Kalotten die Eigenresonazfrequenz des Chassis unterhalb der Hochpassfrequenz des Weichenzweiges liegen sollte. Wenn das direkt mit dem maximalen Membranhub der Kalotte zusammenhängt, wäre das ein guter Anhaltspunkt. Ist das so?

Sinnvoll ist es deshalb, weil unterhalb der Resonanzfrequenz die Übertragungsfunktion eh abfällt.

Der maximale Membranhub einer Kalotte ist, ebenso wie der eines Konus, abhängig von der Übertragungsfunktion, und bei normal aufgebauten Kalotten damit von der Güte.

Eine Kalotte ist im Bereich der Resonanzfrequenz nichts weiter als ein Hochpass 2. Ordnung, also genauso wie z. B. ein TT im geschlossenen Gehäuse. Daraus folgt, dass die Membranauslenkung zu tiefen Frequenzen hin ansteigt, bei der Resonanzfrequenz ein Maximum erreicht und dann abfällt bis sie auf einem konstanten Wert verbleibt.

Dieses Maximum wird dabei von der Güte bestimmt. Bei Güten über 0,707 ist es ausgeprägt vorhanden, unterhalb existiert es quasi gar nicht, bei Q=0,707 ist das Maximum identisch mit dem konstanten Wert unterhalb der Reso.

Diese Güte lässt sich auch bei Kalotten messen.

Und ließe sich das auch auf Konüsse übertragen?

Sollte jetzt klar sein, oder?

UglyUdo schrieb:

Wärt Ihr so nett und mir ein paa Infos für den Bündelungsfaktor ka geben/verlinken

a ist der effektive Membranradius, k die Kreiswellenzahl.

Weil k=2*pi/lambda wird k*a zu 2*pi*a/lambda, ist also gerade das Verhältnis effektiver Membranumfang (2*pi*a) zu der Wellenlänge.

Gruß
Cpt.

Hallo cpt,

die Antwort auf die Frage mit den Teilschwingungen eines Chassis war ja tatsächlich schon im Zitat von damals enthalten, danke. (Vier Augen sehen halt mehr als zwei.) Ich bin jetzt allerdings etwas irritiert, ob es sich bei den Partialschwingungen einer Membran nun um nichtlineare Verzerrungen handelt, wie Uwe geschrieben hat, oder um lineare, wie es im Zitat steht. Aus Mangel an tieferem Verständnis für diese Unterscheidung hatte ich nämlich gedacht, dass da zweierlei Verzerrungen im Spiele sind.

Sehr interessant, was du über das Resonanzverhalten verschiedener (und vor allem typischer) Membranmaterialien schreibst! Damit triffst du voll ins Schwarze.

Verstehe ich dich aber richtig, das Materialresonanzen auch im gewünschten Übertragungsbereich auftreten und es darauf ankommt, diese Art von Resonanzen hauptsächlich mit Hilfe elektrischer Filter zu bekämpfen? Dann fallen die Metallchassis bei mir eigentlich durchs Raster, wenn sie dort stark resonieren. Warum nimmt man überhaupt Metallmembranen und macht sich die Mühe mit Saug- oder Sperrkreisen, wenn das im Endeffekt auf den selben Klang hinausläuft wie eine gute Pappmembran? Reine Mode?

PP-Membranen scheinen interessant, wenn sie die Eigenresonanzen selbst dämpfen. Aber was bedeutet, sie brechen auf?

Eine Kalotte ist im Bereich der Resonanzfrequenz nichts weiter als ein Hochpass 2. Ordnung, also genauso wie z. B. ein TT im geschlossenen Gehäuse. Daraus folgt, dass die Membranauslenkung zu tiefen Frequenzen hin ansteigt, bei der Resonanzfrequenz ein Maximum erreicht und dann abfällt bis sie auf einem konstanten Wert verbleibt. Dieses Maximum wird dabei von der Güte bestimmt. Bei Güten über 0,707 ist es ausgeprägt vorhanden, unterhalb existiert es quasi gar nicht, bei Q=0,707 ist das Maximum identisch mit dem konstanten Wert unterhalb der Reso.

Wow! Demnach entwickelt ein Konus in einem geschlossenen Gehäuse ja nur dann einen eventuellen Eigenklang bedingt durch zu großen Menbranhub, wenn die Güte oberhalb 0,7 liegt. Die Güte ist hier also der Schlüssel! Vermutlich sollte mir diese Erkenntnis peinlich sein, weil es bestimmt zu den Grundlagen zählt, aber das muss ich mir hinter die Ohren schreiben.

An anderer Stelle hier im Forum war dem gegenüber jedoch zu lesen, dass man bemüht sein sollte, ein Mitteltonkonus in ein möglichst kleines Gehäuse zu setzen, dessen größter Wand-Innenabstand kleiner ist als die Wellenlänge der tiefsten vom Konus zu übertragene Frequenz, um stehende Wellen im Mitteltongehäuse zu vermeiden, die auch zu Klangverfälschungen führen könnten. Das steht einer geringen Güte sicher in vielen Fällen entgegen bzw. ist gänzlich von der Betrachtung der Güte losgelöst.

Was wiegt denn da schwerer? Die Güte oder die stehenden Wellen?

Gruß
wiesonich

wiesonich schrieb:

Ich bin jetzt allerdings etwas irritiert, ob es sich bei den Partialschwingungen einer Membran nun um nichtlineare Verzerrungen handelt, wie Uwe geschrieben hat, oder um lineare, wie es im Zitat steht.

Um beides. Partialschwingungen selber beeinflussen den Frequenzgang, sind somit lineare Verzerrungen. Allerdings wirken sie auch auf die Membranbewegung zurück und erzeugen somit nichtlineare Verzerrungen.

Verstehe ich dich aber richtig, das Materialresonanzen auch im gewünschten Übertragungsbereich auftreten und es darauf ankommt, diese Art von Resonanzen hauptsächlich mit Hilfe elektrischer Filter zu bekämpfen?

Das kommt auf den gewünschten Übertragungsbereich an. Betreibt man sämtliche Chassis unterhalb von ka=1 (bzw. ka=1,5) dann gibt es auch keine Partialschwingungen.

Muss man die Chassis oberhalb dieses Bereiches betreiben, dann muss man eventuell Filtern.

Dann fallen die Metallchassis bei mir eigentlich durchs Raster, wenn sie dort stark resonieren. Warum nimmt man überhaupt Metallmembranen und macht sich die Mühe mit Saug- oder Sperrkreisen, wenn das im Endeffekt auf den selben Klang hinausläuft wie eine gute Pappmembran? Reine Mode?

Alle Membrane, egal ob PP, Papier oder Metall, sind irgendwann nicht mehr einsetzbar, weil die Membran sich nur noch unkontrolliert bewegt. Der Reiz an Metallmembranen ist, dass die Partialschwingungen zu sehr hohen Frequenzen verschoben werden (wegen der Materialhärte), und damit durch genügend steile Filter und/oder Sperrkreise eliminiert werden können.

Andere Materialien, gerade PP, brechen schon sehr früh auf (heißt: es gibt Partialschwingungen), dämpfen diese aber, dennoch gibt es höhere Verzerrungen. Solange das gesamte Chassis aber gut gemacht sind ist das vernachlässigbar, da gibt es gute und schlechte Exemplare, genau wie bei Metallmembranen.

Ob Metall jetzt eine Mode ist? Jein. Zum einen haben sie Vorteile (neben den benannten Partialschwingungen auch bessere Wärmeabfuhr), aber eben auch Nachteile durch kompliziertere Beschaltung.

PP-Membranen scheinen interessant, wenn sie die Eigenresonanzen selbst dämpfen.

Deshalb waren die lange (und immer noch) populär, weil dadurch einfach beschaltbar. Man sollte aber bedenken, dass jede Form der Bedämpfung auch wieder Nichtlinearitäten mit sich bringt.

Eine Kalotte ist im Bereich der Resonanzfrequenz nichts weiter als ein Hochpass 2. Ordnung, also genauso wie z. B. ein TT im geschlossenen Gehäuse. Daraus folgt, dass die Membranauslenkung zu tiefen Frequenzen hin ansteigt, bei der Resonanzfrequenz ein Maximum erreicht und dann abfällt bis sie auf einem konstanten Wert verbleibt. Dieses Maximum wird dabei von der Güte bestimmt. Bei Güten über 0,707 ist es ausgeprägt vorhanden, unterhalb existiert es quasi gar nicht, bei Q=0,707 ist das Maximum identisch mit dem konstanten Wert unterhalb der Reso. Wow! Demnach entwickelt ein Konus in einem geschlossenen Gehäuse ja nur dann einen eventuellen Eigenklang bedingt durch zu großen Menbranhub, wenn die Güte oberhalb 0,7 liegt. Die Güte ist hier also der Schlüssel!

Ehm, nicht so ganz. Der Klirr ist abhängig von der Auslenkung. Wenn Chassis A bei 1mm Hub 1% klirr aufweist und Chassis B bei gleichem Hub 2%, dann klingen die trotz identischer Einbaugüte anders.

Bei Güten oberhalb von 0,707 hat die Membranauslenkung bei der Resonanzfrequenz allerdings ein Maximum, und deswegen sollte man manche Kalotten wirklich min. 1 Oktave oberhalb trennen, weil die wegen mangelndem rückwärtigen Volumen tatsächlich oftmals Güten von teilweise mehr als 1,0 aufweisen.

Viel schwerer wiegt allerdings, dass 1"-Kalotten mit Resos um 1-1,5kHz bei solch niedrigen Trennfrequenzen arg das Kotzen bekommen, viel Pegel ist dann nicht drin.

Nebenbei: Güten oberhalb 0,5 bedeuten lange Nachschwinger auf der Resonanzfrequenz.

An anderer Stelle hier im Forum war dem gegenüber jedoch zu lesen, dass man bemüht sein sollte, ein Mitteltonkonus in ein möglichst kleines Gehäuse zu setzen, dessen größter Wand-Innenabstand kleiner ist als die Wellenlänge der tiefsten vom Konus zu übertragene Frequenz, um stehende Wellen im Mitteltongehäuse zu vermeiden, die auch zu Klangverfälschungen führen könnten.

Ich glaube, Du meinst es andersrum. Das Gehäuse sollte so groß sein, dass der Wand-Innenabstand kleiner ist als die halbe Wellenlänge der höchsten zu übertragenden Frequenz sein. Dann lassen sich tatsächlich die stehenden Wellen vermeiden.

Das steht einer geringen Güte sicher in vielen Fällen entgegen

Natürlich ein wenig, bei cleverem Aufbau des Gehäuses lässt sich allerdings beides vereinen. Denk drüber nach: ein Würfel bietet das maximale Volumen bei minimaler Seitenlänge.

Was wiegt denn da schwerer? Die Güte oder die stehenden Wellen?

Das betrifft eigentlich nur Tieftöner, denn Hoch- und Mitteltöner trennt man hoch genug (auch wenn nicht unbedingt nötig), dass die Einbaugüte keine Rolle mehr spielt.

Das hängt zum Einen vom persönlichen Geschmack ab, manch einer mag kräftige, voluminöse Bässe (hohe Güten), ein anderer mag sie lieber schlank und präzise (niedrige Güte). Im Sinne einer neutralen Wiedergabe ist letzteres vorzuziehen. Das alles muss man abwägen.

Aber eine unbedämpfte stehende Welle im Gehäuse ist grauslich.

Bei aktiven Lautsprechern stellt sich die Frage nicht, weil man dann den Bass sehr komfortabel entzerren kann und somit trotz hoher Einbaugüte eine geringe Gesamtgüte erzielen kann. Das Gehäuse darf dann also sehr klein sein.

Gruß
Cpt.