Thiele Small Parameter (TSP) Erklärungen und Gehäuseberechnungen

TSP (Thiele Small Parameter) verstehen

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Quelle für die Informationen dieses Threads ist Fa. Eminence

Vor 1970, waren keine einfachen oder erschwinglichen Methoden als Standard in der Industrie entwickelt worden, um vergleichenden Daten über Lautsprecher zu erhalten. Anerkannte Labortests waren teuer und wirklichkeitsfremd für die Tausende, die Leistungsinformationen benötigten. Standardmesskriterien waren erforderlich, um konsequente Daten für Kunden zu erstellen und Vergleiche zwischen verschiedenen Lautsprechern zu ermöglichen.
In den frühen siebziger, wurden mehrere technische Papiere der AES (Audio Engineering Society) vorgestellt. Die Entwicklung daraus ergab, das, was wir heute als 'Thiele-Small-Parameter' kennen. Diese Papiere wurden entwickelt durch A.N.Thiele und Richard H. Small. Thiele war der ältere Ingenieur für Konstruktion und Entwicklung bei der Australian Broadcasting Commission und war zu der Zeit verantwortlich für das Federal Engineering Laboratory, ebenso wie für das Analysieren der Entwürfe für Ausstattung und Systeme der Audio- und Videoübertragung. Small war zu der Zeit, ein Commonwealth Student an der Schule für Electrical Engineering an der Universität von Sydney.
Thiele und Small betrieben einen erheblich Aufwand, um zu zeigen, wie die folgenden Parameter die Beziehung zwischen einem Lautsprecher und einem Gehäuse definieren. Sie können jedoch unbezahlbar sein bei der Auswahl, weil sie weit mehr über des Lautsprechers reale Leistung erzählen, als die Basisgrössen Maximalleistung oder durchschnittliche Empfindlichkeit.







Resonanzfrequenz Fs

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Dieser Parameter ist die Freiluft-Resonanzfrequenz von einem Lautsprecher.
Einfach ausgedrückt, ist es der Punkt, an dem sich das Gewicht von den sich bewegenden Teilen des Lautsprechers und die Kraft der Lautsprecheraufhängung bei Bewegung, ausbalancieren. Wenn Sie schon mal einen Bindfaden gesehen haben, der in dem Wind unkontrolliert sich bewegt, dann haben Sie bereits gesehen wie der Effekt der Resonanzfrequenz entsteht. Es ist wichtig diese Information zu kennen, damit ein klingeln ihres Gehäuses verhindert werden kann. Mit einem Lautsprecher, der Masse der sich bewegenden Teile und die Steifheit der Aufhängung (Sicke und Zentrierspinne) sind die Schlüsselelemente, die die Resonanzfrequenz beeinflussen. Als eine generelle Daumenregel gilt , je niedriger eine Fs eines Tieftonlautsprecher ist, desto besser ist er für eine niedrige Frequenzreproduktion geeignet, als ein Tieftonlautsprecher mit ein höherer Fs. Dies ist nicht immer der Fall, weil andere Parameter beeinflussen die allerletzte Leistung ebenso.



Gleichstromwiderstand Re

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Dies ist der Gleichstromwiderstand des Treibers, gemessen in Ohm mit einem Ohmmeter und wird oft auch als 'DCR' oder 'RDC' bezeichnet. Diese Messung wird fast immer geringer sein als der nominelle Scheinwiderstand (Impedanz). Käufer werden oft nachdenklich, wenn die Re weniger ist als der Scheinwiderstand und befürchten deshalb die Verstärker zu überlasten. Aufgrund der Tatsache, dass die Induktivität eines Lautsprechers mit der Erhöhung der Frequenz steigt , ist es unwahrscheinlich, dass der Verstärker oft mit dem Gleichstromwiderstand, als seine Last, zu arbeiten hat.



Schwingspulen-Induktivität Le

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Dies ist die Schwingspule Induktivität gemessen in milliHenry (mH). Der Industrie Standard misst die Induktivität bei 1,000 Hz. Werden die Frequenzen höher, steigt auch der Scheinwiderstand über Re. Das ist so, weil die Schwingspule als Induktor fungiert. Folglich ist der Scheinwiderstand eines Lautsprechers kein fester Widerstand, kann aber als eine Kurve, die sich in Abhängigkeit von der Eingangsfrequenz ändert, repräsentiert werden. Der maximale Scheinwiderstand (Zmax) ereignet sich bei der Resonanzfrequenz (Fs).


Q - Parameter

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Qms, Qes, und Qts sind Messungen in Zusammenhang mit der Überwachung der Membranaufhängung, wenn die Resonanzfrequenz (Fs) erreicht wird. Die Aufhängung muss so beschaffen sein, dass jegliche seitlich Bewegung verhindert wird, die sonst zum Kontakt zwischen Schwingspule und Polplatte/Magnet führen würde (dies würde den Lautsprecher zerstören). Die Aufhängung muss dabei auch wie ein Stoßdämpfer agieren.
Qms ist ein Mass für die Güte, die abhängig ist von der mechanischen Aufhängung (Sicke und Zentrierspinne) des Lautsprechers. Betrachte diese Komponente als Feder.
Qes ist ein Mass für die Güte, die abhängig ist von der elektrische Aufhängung (Schwingspule und Magnet) des Lautsprechersystems.
Qts ist das Mass der Gesamtgüte eines Treibers und wird abgeleitet aus Qms und Qes.
Als Richtlinie gilt:
Qts von 0.4 oder niedriger zeigt an, das ein Wandler gut geeignet ist für ventilierte Gehäuse.
Qts zwischen 0.4 und 0.7 zeigt an, dass der Lautsprecher besser in geschlossenen Gehäusen zurecht kommt.
Qts von 0.7 oder höher zeigt an, das ein Wandler gut geeignet ist für FreeAir oder für "unendliche" Schallwand.
Wie immer, auch da gibt es Ausnahmen!




Äquivalentvolumen Vas

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Vas entspricht dem Luftvolumen, dass, wenn es komprimiert wird zu einem 1m³, dieselbe Kraft anwendet wie die Kraft (Cms) der Aufhängung eines Lautsprechers. Vas ist eines der heikelsten Parameter, die zu messen sind, weil sich der Luftdruck relativ zu Feuchtigkeit und Temperatur ändert - daher ist ein genau kontrollierte Laborumgebung sehr wichtig. VAS wird in Litern angegeben.
Cms wird gemessen in Metern pro Newton. Cms ist die Kraft, die durch die mechanische Aufhängung des Lautsprechers bestimmt wird. Es ist einfach eine Messung von seiner Steifheit. Betrachtet man die Steifheit (Cms), in Verbindung mit den Q Parametern, so kann man einen Vergleich mit einem Automobilhersteller schliessen, wenn dieser eine Abstimmung der Autos zwischen Komfort, zur Beförderung des Präsidenten oder optimale Performance im Rennsport, trifft.
Wenn sie jetzt die Spitzen und Täler eines Audiosignals mit einer Strassenoberfläche vergleichen, dann bedenken Sie, dass die ideale Lautsprecheraufhängung wie die Federung eines Autos ist. Ein Auto muss das wackeligste Gelände mit Rennen-Auto Präzision durchqueren können und mit dem Feingefühl der Geschwindigkeit eines Jagdflugzeuges. Es ist eine ziemlich Herausforderung, denn wenn man sich auf irgendeine Disziplin konzentriert, leidet meist eine andere.




Membranverschiebungsvolumen Vd

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Dieser Parameter gibt das maximale Membranverschiebungsvolumen an - mit anderen Worten: die Menge Luft, die die Membrane bewegen kann. Es wird berechnet durch die Verdopplung von Xmax (Schwingspule hervorstehen von dem Treiber) und dann multiplizieren mit Sd (Membranfläche). Vd wird in cm³ angegeben. Der höchste Vd-Wert ist wünschenswert für einen idealen SubBass-Wandler.








Kraftfaktor BxL oder BL

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Ausgedrückt in Tesla Meter, dies ist eine Messung der Antriebskraft eines Lautsprechers.
Vergleichen sie dies mit einem guten Gewichtheber. Eine bestimmte Masse wird auf der Membran befestigt und somit die Membrane zurückgedrückt. Es wird gemessen, wie viel Strom benötigt wird, um die Membrane wieder in die Ausgangslage zu bewegen.
Die Formel ist Masse in Gramm geteilt durch den aktuellen Strom in Ampere.
Ein hoher BL-Wert, zeigt einen starken Wandler, der Kontrolle über die Membrane hat



Bewegte Masse Mmd

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Dieser Parameter ist die Kombination aus den Gewichten aller mechanisch bewegten Teile eines Woofers.
Der Wert setzt sich aus dem Gewicht von Membran+Sicke+Zentrierspinne+Dustcap+Spule mit Träger+Anschlusslitzen zusammen.

effektive bewegte Masse Mms

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Dieser Parameter ist die Kombination aus Gewicht der Membrane (= Mmd) plus die Luftmasse auf der Membrane.
Das Gewicht der Membrane zu bestimmen ist einfach: Siehe oben unter "bewegte Masse Mmd".
Die Bestimmung der Luftmasse ist komplizierter. In einfacher Terminologie, ist es das Gewicht der Luft (der Betrag berechnet in Vd) das die Membrane zusätzlich bewegen muss.





mechanische Verluste Rms

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NICHT zu verwechseln mit der Leistungsangabe Wrms !!
Dieser Parameter vertritt den mechanischen Widerstand hervorgerufen durch die Verluste der Aufhängung. Es ist ein Maß für die Absorptionseigenschaften der Lautsprecheraufhängung und ist festgelegt in N*s/m.


Efficency Bandwith Product EBP

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Diese Messung wird berechnet durch Quotienten von Fs zu Qes. Die EBP Figur wird verwendet bei vielen Gehäusekonstruktionen, um zu bestimmen, ob ein Lautsprecher passender ist für ein geschlossenes oder ventiliertes Gehäuse. Ein EBP nahe zu 100, zeigt gewöhnlich an, dass ein Lautsprecher am besten geeigneten ist für ein ventiliertes Gehäuse. Ein EBP näher zu 50, zeigt gewöhnlich an, dass ein Lautsprecher besser geeignet ist für ein geschlossenes Gehäuse.
Dies ist lediglich ein Anhaltspunkt. Viele gut entworfene Systeme haben diese Faustregel über den Haufen geworfen! Qts sollte dabei auch beachtet werden.


Membranhub Xmax und Xmech

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Xmax ist ein Mass für die maximale lineare Auslenkung und wird in mm angegeben. Lautsprecherwiedergabe wird nichtlinear, wenn die Schwingspule beginnt den Magnetspalt zu verlassen. Ebenso können Aufhängungen Nichtlinearitäten der Wiedergabe erzeugen, der Punkt an dem sich die Anzahl Windungen im Spalt (siehe BL) verringert, ist der Punkt wo die Verzerrungen zunehmen. Xmax gibt also den Weg an, den die Schwingspule in EINE Richtung zurücklegen kann, ohne die Windungszahl im wirksamen Magnetspalt zu unterschreiten.

Xmech ist ein Mass für die maximale mechanische Auslenkung und wird ebenfalls in mm angegeben. Zu Grunde gelegt werden vier potenzielle Fehlerbedingungen:

1. Die Zentrierspinne reisst wegen Überdehnung
2. Die Schwingspule schlägt auf Polplatte auf
3. Die Schwingspule tritt aus dem Magnetspalt aus
4. Physische Begrenzungen der Membrane

Man nehme den niedrigsten Wert dieser Messungen und multipliziere es mit 2.
Dies ergibt eine Entfernung, die die maximale mechanische Bewegung der Membrane beschreibt.


Membranfläche Sd

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Dieser Parameter gibt die effektive Membranfläche in cm² an.



Impedanz Z (Zmax)

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Dieser Parameter gibt den Scheinwiderstand (Impedanz) bei Fs in Ohm an.


Übertragungsbereich

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Dies ist der Frequenzbereich in dem es sinnvoll ist den Lautsprecher einzusetzen. Hersteller benutzen verschiedene Techniken zur Feststellung des Übertragungsbereiches. Die meisten Methoden werden als akzeptabel in der Industrie anerkannt, man kommt aber zu verschiedenen Ergebnissen.
Technisch gesehen werden viele Lautsprecher in Bereichen genutzt, die theoretisch von geringem Nutzen sind. Erhöht man die Frequenzen, wird die ausseraxiale Schallabstrahlung eines Wandlers relativ zu seinem Durchmesser vermindert. An einem bestimmten Punkt, wird die Abstrahlung 'beamy' oder schmal wie das Strahlenbündel von einer Taschenlampe. Nachfolgende Tabelle , die die theoretischen Übertragungsgrenzen verschiedener Lautsprechergrössen wiedergibt. Wenn Sie vor einen Lautsprecher stehen und sich dann leicht zu einer oder der andere Seite bewegen, bemerkten sie eine Änderung im Sound.
Sie haben soeben erfahren wie sich dieses Phänomen auswirkt und wissen worum es geht. Klar, die meisten 2-Wege Lautsprecher ignorieren die Theorie und dennoch spielen sie ziemlich gut. Aber es ist nützlich zu wissen, an welchen Grenzen sie Kompromisse eingehen können.
Grösse........Fmax
0.75"........18,240Hz
1".............13,680Hz
2".............6,840HZ
3".............5,472Hz
5".............3,316Hz
6.5"..........2,672Hz
8".............2,105Hz
10"...........1,658Hz
12"...........1,335Hz
15"...........1,052Hz
18"...........903Hz


Leistung Pe

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Diese Spezifikation ist sehr wichtig bei der Wandler-Auswahl. Sie müssen einen Lautsprecher wählen, der im Stande ist, die Leistung aufzunehmen, die Sie/ihr Verstärker liefern. Sie können sowohl ducrh zu viel Leistung, als auch zu wenig ihre Lautsprecher zerstören. Die ideale Situation wäre ein Lautsprecher der die Fähigkeit hat, 10% mehr Leistung zu vertragen als sie liefern können. Das gibt ihnen relativen Schutz vor thermischer Überlastung


Empfindlichkeit / Schalldruckpegel

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Diese Daten vertritt eine von den meist verwendeten Spezifikationen für Schallwandler. Es ist eine Darstellung des Nutzungswertes und der Lautstärke, die sie erwarten können, von dem Lautsprecher relativ zu dessen Leistungsaufnahme. Lautsprecher Hersteller folgen verschiedenen Regeln um diese Informationen zu erhalten - da ist kein genauer Standard akzeptiert von der Industrie. Als Ergebnis, oft ist es der Fall, kann der Lautsprecher-Käufer nicht diesen Wert vergleichen, wenn die Empfindlichkeiten von verschiedenen Herstellern anders ausgelegt werden.
Als Standard hat sich die Einheit dB/W/m entwickelt.
Es gibt Hersteller, die ihren Wert mit dB/W/0,5m angeben, um einen höheren Betrag zu bekommen. Solche Werte sind mit entsprechender Vorsicht zu bewerten. Ebenso Werte, die sich auf dB/2,83V/m beziehen.


Gehäuse mit dem Taschenrechner berechnen :::

Gehäuseberechnungen:

Erst mal der Eignungs Test !

EPB Wert Bestimmung :

EPB = fs/Qes

Ergebnis :

* Je weiter der der EPB Wert unter 100 ist , desto bessere Eignung für geschlossene Gehäuse !

* Werte unter 60 in Zusammenhang mit Qts nicht unter 0,5 = hohe Freeair Eignung

* Hohe Refexeignung haben Woofer mit EPB´s 50-100 oder knapp darüber

* Single Vented Bandpässe brauchen EPB´s von 50-120

* Für Doppelventilierte oder sogar kaskardierte Bandpässe sollte der EPB weit über 100 sein



Geschlossene Gehäuse:

Benötigte TSP :

fs = Freiluftresonanz
Vas = Äquivalenzvolumen
Qts = Gesammtbedämpfung (Gesammtgüte)

Volumen Berechnung :

Vb = Vas : ((Qtc²/Qts²) - 1)

Resonanz Frequenz durch gewünschtes Qtc

fc = Qtc x fs : Qts

Gewünscht Qtc´s :

* Qtc = 0,5 ist für den Highend Musikhörer mit viel Platz

* Qtc = 0,577 (Bessel-Charakteristik) ideales Phasenverhalten , jedoch noch geringe Bassausbeute

* Qtc = 0.7-0,9 Für die Allround Hörer ( bei Qtc 0,707 Butterworth) oft als Ideal benannt besste Allroundeigenschaften

* Qtc > 0,9 Was für Techno und SPL Freaks , maximale Bassausbeute für geschlossene Gehäuse

* Qtc´s über 1,1 sind nicht zu empfehlen (kaum Impulstreue)



Bassreflexgehäuse:

Benötigte TSP:

Fs = Resonanzfrequenz des Woofers
Fc = Einbauresonanz
Fb = Tuningfrequenz der Box
Qts = Gesamtgüte des Woofers
Qtc = Einbaugüte
A = Öffnungsfläche des BR-Rohres
Vb = Nettovolumen des Gehäuses
Vas = Äquivalenzvolumen des Woofer

Fc = Fs * [wurzel aus (Vas / Vb)] +1
Qtc = Qts * [wurzel aus (Vas / Vb)] +1

Wenn Qtc < 0,7 ist dann nimm Faktor 0,75 zur Berechnung von Fb.
Wenn Qtc > 0,7 ist dann nimm Faktor 0,60 zur Berechnung von Fb.

Dann ergibt sich:

Fb = 0,6 * Fc oder
Fb = 0,75 * Fc

Die Reflexrohrlänge berechnet sich in Abhängigkeit von dem Durchmesser bzw der Öffnungsfläche.


l = [(1176490 * A) / (39,4784 * Fb² * Vb)] - (0,5 * [wurzel aus (pi * A)])


A für diverse Rohrdurchmesser:

70mm = 38,5cm²
100mm = 78,5cm²
150mm = 176,8cm²

Für A kann man auch die Fläche von selbstgebauten Reflexöffnungen einsetzen.
Berchnung von Bassreflex Gehäusen mit Taschenrechner
Abkürzungen & TSP´s :

Fs = Freiluftresonanz der Lautsprechers
Qts = Gesamtgüte des LS
Vas = Äquivalenzvolumen
SD = wirksame Membranfläche des LS
AF = Öffnungs-Fläche des Reflexrohrs (Rund)
X = Querschnitt

Berechnung der mindest Portfläche (Refelexrohr):

AF > 0,1 x SD

Aus AF errechnet man X :

X = (Wurzel aus AF) : 3,14 x 2
Volumenberechnung (Vb) des Bassreflex Gehäuses(Netto) :

Vb = 15 x Vas x Qts²,87

Reflexrohrlänge (l) berechnen :

l = [(168939 x AF x Qts)² : (Fs² x Vb)] - [0,88x (Wurzel aus AF) ]

(Titel zum allgemein besseren Verständnis geändert, nich böse sein)

gut dann schließe ich hier mal ab und verweise mit nem Link