Zusammenhang zwischen Leistung und Frequenz

Hallo Car- Hifi

Habe für dich ein link Schalldruckpegelmessung

Das mit der Leistung hat mit dem Wirkungsgrad zu tuen.
"PAUSCHAL GESAGT " Des so größer die Membran des so kleiner der Wirkungsgrad.


amplitude

Da sollte deine fragen beantwortet werden.

Grüße Kalle

@kalle
Thema verfehlt... setzen.



@Car-Hifi
Fragen haben noch keinem geschadet. Nur durch's Nachfragen kann man sich Weiterbilden.
Wer hier behauptet, er wüsste alles, dem kann man nicht trauen
Besser ist: man kann alles lernen - gute Einstellung also!

Leider hab ich im Moment überhaupt keine Zeit nen Roman zu verfassen.. ich hoffe, es tut jemand anderes, der bissl mehr Zeit hat als ich.

Abriss:
Für dieselbe Energie brauchst du bei höheren Frequenzen weniger Amplitude -also reicht auch eine kleinere Membran, die natürlich leicht sein muss, damit man überhaupt die benötigten Beschleunigungen erzielen kann...
Im Umkehrschluss bedeutet das, dass dein Hochtöner schnell mal nen Meter Hub machen müsste um dieselbe Schallleistung abzugeben, wie ein Subwoofer mit ner großen Membran...

So falsch war ich ja nicht mit den amplituden

Aber danke für die Aufklärung

Grüße

Warum spielt ein durchschnittlicher 16er Lautsprecher bei 100 Hz sauber, ist aber nicht in der Lage, 50 Hz mit gleicher Amplitude wiederzugeben, sondern verzerrt?

Moin.

Idealisiert:
Ein Lautsprecher ist ein unterresonant feder- und überresonant massegehemmtes Pendel.
Unterresonant bleibt der Hub gleich, während der Pegel mit 12dB/Okt. abfällt, überresonant bleibt der Pegel gleich, wärhend der Hub sich pro Oktave um den Faktor vier verringert.
Im Umkehrschluss heißt das, dass der Hub unterresonant pro Oktave um den Faktor 4 zunehmen müsste, um die abfallende Flanke auszugleichen.
Mit zunehmender "Entfernung" (nach unten hin) von der Reso stiege der Hub also immer stärker an....es dauert nicht lange, bis ein 16er an sein x_max/x_mech getrieben ist, dementsprechende Sauereien gibt's.

Woher kommt es, dass bei geringerer Frequenz immer mehr Leistung erforderlich wird, um diese mit gleichbleibender Lautstärke wieder zu geben?

Die Frage ist schlecht zu beantworten, weil das so pauschal überhaupt nicht der Fall ist.
Kommt auf den betrachteten Bereich an. Überresonant ist das nicht der Fall, unterresonant schon, aus genannten Gründen, es bräuchte einfach deutlich mehr Hub. Bei sonst gleichen Parametern muss für mehr Hub mehr Kraft her, für mehr (Lorentz)Kraft muss mehr Strom her.

Will man das grundlegend in Formeln ausdrücken, muss man eigentlich in den Bereich der komplexen Zahlen. Strahlungswiderstand, akustische Impedanz...;)

Car-Hifi (Beitrag #1) schrieb:

Warum spielt ein durchschnittlicher 16er Lautsprecher bei 100 Hz sauber, ist aber nicht in der Lage, 50 Hz mit gleicher Amplitude wiederzugeben, sondern verzerrt?

Ganz einfach:
Weil er für gleiche Lautstärke bei 50 Hz den 4-fachen Hub machen muß wie für 100 Hz.

Für 80 dB muß folgende Luftmenge verschoben werden:
20 Hz = 197,5 cm³
40 Hz = 49,38 cm³
50 Hz = 31,60 cm³
80 Hz = 12,66 cm³
100 Hz = 7,90 cm³
160 Hz = 3,09 cm³

Ein 16cm Tieftöner hat eine Membranfläche von ca. 140 cm²

Bei 50 Hz und 80 dB muß er also einen Hub von 2,3 mm machen, bei 100 Hz sind es nur 0,56 mm Hub.

Nehmen wir jetzt einmal 100 dB, dann sieht das bei 50 und 100 Hz so aus:
50 Hz = 316 cm³
100 Hz = 79 cm³

Der Hub sähe dann so aus:
50 Hz = 22,6 mm
100 Hz = 5,6 mm

Da sieht man schön, das der 16cm Tieftöner bei höheren Lautstärken und tiefen Frequenzen schnell an seine mechanischen Grenzen kommt.

Bei einem 25cm Subwoofer sähe das z.B. so aus:
50 Hz = 0,83 mm Hub
100 Hz = 0,21 mm Hub

Ein üblicher Hochtöner mit 25 mm Kalotte hat nur eine Membranfläche von ca. 4,5 cm².
Der müsste bei 100 Hz und 80 dB schon einen Hub von 1,75 cm machen, was ihn mechanisch vollkommen überfordert.
Hochtöner schaffen nur Hübe im mm-Bereich, was für ihren Einsatzzweck auch völlig ausreicht.

Die o.g. Sachverhalte sind auch der Grund, warum man für tiefe Frequenzen große Chassis nimmt.

Grüße
Roman

@Stefan & Passat:
Daumen hoch!!!

Ist echt gut Erklärt!

Sehr, sehr gut erklärt Das sollte fast genau so gepinnt werden oder zumindest in die Car-Hifi-F.A.Q. integriert werden...

Ok. Soweit habe ich es verstanden. Danke für die Ausführungen @Stefan und Passat. Doch hier möchte ich etwas konkreter werden:

Car-Hifi (Beitrag #1) schrieb:

Warum spielt ein durchschnittlicher 16er Lautsprecher bei 100 Hz sauber, ist aber nicht in der Lage, 50 Hz mit gleicher Amplitude wiederzugeben, sondern verzerrt?

Ich habe eine ideale Quelle (linearer Ferquenzgang, Ausgang arbeitet bis Maximum Ausgangsspannung ohne Verzerrungen), einen idealen Verstärker (linearer Frequenzgang, kein eigenes Klirr), beides ist mit Oszi ideal aufeinander eingepegelt. Daran hänge ich einen realen Lautsprecher in einer passenden Kiste.

Die Quelle gibt einen reinen Sinus ab. Bei 150 Hz arbeitet der TMT sauber, bei 100 Hz ebenso, bei unter 70 Hz kommt er an seine mechanische Grenze und verzerrt. Ich betone: bei gleicher Ausgangsspannung des Verstärkers. Könte das am Inpedanzminimum liegen und ich habe dem Lautsprecher mehr Leistung zugemutet, als ihm gut tut? Denn diesen Effekt habe ich mehrfach bereit real beobachtet.

Die beiden Profis schrieben doch auch was zu Thema Resonanzfrequenz. Viele TMT sind im Bereich obere 60Hz- 80Hz. Unter der Resonanzfrequenz sollte der TMT quasi "aufbrechen"

(laienhaft ausgedürckt...ich bin nicht so mit Wissen gestraft wie die beiden oben )

Car-Hifi schrieb:

Bei 150 Hz arbeitet der TMT sauber, bei 100 Hz ebenso, bei unter 70 Hz kommt er an seine mechanische Grenze und verzerrt. Ich betone: bei gleicher Ausgangsspannung des Verstärkers.

Das steht doch oben im Prinzip schon.
Hub und Frequenz sind zueinander überproportional. Mit steigender Frequenz verringert sich ξ ~1/ω² -> halbe Frequenz, vierfache Auslenkung für gleichen Pegel nötig. Bei f_0, der Resonanzfrequenz, ist der Hub dann maximal und der Lautsprecher kommt ggf. an sein Limit/darüber hinaus.

Veranschaulicht:



So verläuft der Hub über die Frequenz, wie ein Tiefpass 2. Ordnung, dem steht der Frequenzgang mit dem Verlauf eines Hochpass 2. Ordnung gegenüber.
Die Reso bei ~30 Hz mit maximalem Hub ist wunderbar zu erkennen, warum der TMT bei und unterhalb seiner (Einbau)Resonanzfrequenz das Kotzen anfängt auch.

Ok. Kompliziert. (Ich habe kein Physik-Studium absolviert und selbst meine Ausbildung zum Elektroniker ist schon mehr als ein viertel Jahhundert her (ich kann mich auch nicht erinnern, dass wir das Thema überhaupt behandelt haben)).

Wenn ich das folgendermaßen vereinfacht formuliere, liege ich dann richtig:
1.) Bei der Resonanzfrequenz gerät ein schwingendes System (der Lautsprecher) in Eingenschwingung. Die resultirende Amplitude kann weit über der Erreger-Amplitude liegen.

2.) Bei geringerer Frequenz und gewünschter gleichbleibender akustischer Leistung wird die nötige elektrische Leistung immer größer, weil die Blindleistung durch bewegte Luft immer größer wird.

Zu 1.): das wäre eine passende Erklärung für ein Phänomen, das hier im Forum schon mal behandelt wurde. Ein Hersteller bietet einen Lautsprecher namens "165 Kick" an. Bei diesem System rät der Hersteller zwingend zu einem Hochpass bei mindestens 80 Hz. Die fs des Systems liegt bei 60 Hz, während "normale" 16er gern mal bei 40 Hz liegen. Die erhöhte Resonanzfrequenz dürfte der kompromiss sein, den man für eine höhere Auslenkung der Membran eingegangen ist.

Seid mir nicht böse, das ich nochmal nachhake. Ich versuche es zu verstehen. Ich versuche es einfach zu verstehen, damit ich es einfach weiter erklären kann.

Car-Hifi schrieb:

1.) Bei der Resonanzfrequenz gerät ein schwingendes System (der Lautsprecher) in Eingenschwingung. Die resultirende Amplitude kann weit über der Erreger-Amplitude liegen.

Jou.

2.) Bei geringerer Frequenz und gewünschter gleichbleibender akustischer Leistung wird die nötige elektrische Leistung immer größer, weil die Blindleistung durch bewegte Luft immer größer wird.

Unterresonant, ja.
Je geringer Frequenz und Abstand zum Lautsprecher, desto geringer der Strahlungswiderstand und desto größer der Blindanteil (bedingt durch Phasenverschiebung zwischen Schallschnelle und Schalldruck), ja.
Das ist anschaulich die Luftbewegung, die man mit der Hand direkt vor einer Lautsprechermembran spüren kann.
Klar braucht man dann auch immer mehr Leistung....wenn man +12dB reinequalizen will...;)

Die fs des Systems liegt bei 60 Hz, während "normale" 16er gern mal bei 40 Hz liegen. Die erhöhte Resonanzfrequenz dürfte der kompromiss sein, den man für eine höhere Auslenkung der Membran eingegangen ist.

Wie meinste das? Also den letzten Satz...

Der real existierende TMT des Lautsprecher-Systems "165 Kick" hat gegenüber anderen TMT des Herstellers einen gewaltigeren Magneten, eine steifere Aufhängung und eine größere Auslenkung. Dadurch wird der Frequenzbereich, den wir als Kick-Bass bezeichen, lauter und kräftiger, als bei den vergleichbaren TMT des Herstellers. Durch diesen veränderten Aufbau rutsch die f0 aber auf 60 Hz. Ungefilterte Leistung würde zur Zerstörung führen (was ich selbst schon erlebte).

Ah...das Kompo kenn' ich nicht. Rainbow?!

Was man sich beim "Entwickeln" (falls das überhaupt passiert) sog. "Kickbässe" denkt, erschließt sich mir immer noch nicht.
Mehr als ein Grund fällt mir nicht ein: Man kann diejenigen Lautsprecher teuer verkaufen, die weder als TT, noch als TMT taugen.

Ja, Rainbow. Im Vergleich mit den "einfachen" 16ern arbeiten die "Kick" schon um einiges satter und kräftiger. Und das Wort "Kick" sorgt sicher für den einen oder anderen Verkauf. Ob der veränderte Klang seinen Preis wert ist, soll der geneigte Käufer für sich selbst entscheiden.

Aber jetzt ist diese ewige Frage für mich endlich geklärt. Ich danke Euch.

Ich werfe an dieser Stelle mal die folgende Formel ein:

SPL = 20 * LOG10 (0,37 * f² * Sd * Xmax)

f= Frequenz in Hz
Sd = Membranfläche in cm²
XMax in cm

derboxenmann (Beitrag #3) schrieb:

@Car-Hifi Fragen haben noch keinem geschadet. Nur durch's Nachfragen kann man sich Weiterbilden.

Wo? Hier, im Forum? Ach komm...

Ich denke mal Kollege "Car-Hifi" ist reif für ein Studium.

Es gibt nicht alles "Wissen" gratis auf dem Silbertablett serviert. Währe ja auch zu einfach....

So long

Ich denke mal Kollege "Car-Hifi" ist reif für ein Studium.

Der eine hat Defizite in E-Technik und TM, der andere währe besser ruhig.
Wer nicht fragt bleibt dumm.

So long...;)

'Stefan' (Beitrag #15) schrieb:

: Man kann diejenigen Lautsprecher teuer verkaufen, die weder als TT, noch als TMT taugen.

Muaaaahahaaaa.......

Hallo alle,

Hallo Roman,

Kann das sein das sich ein Kommafehler eingeschlichen hat ?

Bei einem 25cm Subwoofer sähe das z.B. so aus: 50 Hz = 0,83 mm Hub 100 Hz = 0,21 mm Hub

Wenn ich mit einem 25 cm Sub das mal gegenrechne komme ich auf

50 HZ= 9,5 mm
100 HZ= 2,4 mm

Grüße

Kommt drauf an, ob er sich noch auf die 80 dB oder inzwischen die 100 dB bezog. Je nachdem ist sein Ergebnis oder dein Ergebnis korrekt. Hängt aber natürlich zusätzlich noch vom 10" Woofer ab, ich käme bspw bei 100 dB auf 9,16 mm

Ist übrigens für eine Berechnung für möglichen Maximalpegel unbrauchbar, weil zu viele Faktoren außen vorgelassen werden, die im Fahrzeug noch Beachtung finden müssen. Hier geht es grade mal um Freifeld und das nicht mal unter Einbezug des Gehäuseeinflusses

Car-Hifi (Beitrag #1) schrieb:

Hallo, Woher kommt es, dass bei geringerer Frequenz immer mehr Leistung erforderlich wird, um diese mit gleichbleibender Lautstärke wieder zu geben?

Grundsätzlich liegt es an unserem Gehör. Tiefe Frequenzen sind nunmal weniger wichtig für unser Überleben und daher werden diese nicht so "laut" wahrgenommen, während Stimmen kaum Pegel brauchen. Um das gleichbleibend laut zu kriegen muss man jede Frequenz unterschiedlich verstärken.


Falscher Ansatz?

Joze1 (Beitrag #22) schrieb:

Ist übrigens für eine Berechnung für möglichen Maximalpegel unbrauchbar, weil zu viele Faktoren außen vorgelassen werden, die im Fahrzeug noch Beachtung finden müssen. Hier geht es grade mal um Freifeld und das nicht mal unter Einbezug des Gehäuseeinflusses :prost

Nicht nur das.
Die Daten gelten für idealisierte Chassis ohne Hubbegrenzung.
In der Praxis werden Chassis durch die Aufhängung (Zentrierspinne, Sicke) mechanisch eingebremst.
Hinzu kommt die Schwingspule.
Selbst wenn ein Chassis den nötigen Hub mechanisch schafft:
In der Praxis verlässt irgendwann die Schwingspule den Bereich des homogenen Magnetfeldes, was zu Verzerrungen führt, ohne das das Chassis mechanisch an seiner Grenze ist.
Vermeiden könnte man so etwas mit einer Unterhang-Schwingspule.
Die ist kürzer als der Bereich des homogenen Magnetfeldes und bleibt selbst bei maximalem mechanischen Hub noch im homogenen Bereich des Magnetfeldes.
Das erfordert aber rel. lange Luftspalte und sorgt so für eine rel. große Bautiefe des Chassis.

Und hier haben wir immer noch nicht den Bereich des Freifeldes verlassen.
Bei einem Einbau kommen noch viele andere Faktoren ins Spiel, wie z.B. durch die Einbausituation verursachte Horneffekte, Druckkammereffekte, Interferenzen, Resonanzen von Innenraumteilen, Gehäusevolumen, Gehäuseprinzip, etc. etc. etc.

Grüße
Roman

Oh ja das mit den 80 Db oder 100 Db hatte ich Garnicht mehr in erwägung gezogen Bin einfach mal von 100Db ausgegangen Sory

Ja das ist natürlich Klar das das pro Mebranfläche variiert .

Okay mir ging es cassis einfach mal rechnerisch "vergleich" zu können mit welches ergebniss man erwarten könnte.

NATÜRLICH ist das alles Freifeld.

Noch ne frage zur Hubbegrenzung..
Wenn die mit X max 5mm angegeben sind denn schaffen die doch auch die 5 mm Im Magnetfeld.
Es gibt ja dann auch noch Hersteller die geben einen zweiten X max 8mm mit anderem Anhang an, dass ist den über 8mm "aufsetzen/ anschlagen" angesagt.

Vielen Dank Kalle

kalle_bas (Beitrag #25) schrieb:

Okay mir ging es cassis einfach mal rechnerisch "vergleich" zu können mit welches ergebniss man erwarten könnte.

Auch das halte ich für schwierig, da jedes Chassis ja nun mal noch ganz andere Eigenschaften in der Aufhängung und der bewegten Masse hat. Da muss der Vergleich schon sehr grob und oberflächlich sein.

kalle_bas (Beitrag #25) schrieb:

Wenn die mit X max 5mm angegeben sind denn schaffen die doch auch die 5 mm Im Magnetfeld.

Nein, nicht unbedingt. Hängt von der Angabe des Herstellers ab. Bei manchen ist es der Spulenüberhang, bei manchen Xmax(linear) one-way, bei anderen peak-to-peak, bei wieder anderen ist die Xmax-Angabe eigentlich der Xmech... Da muss schon sehr genau klargestellt werden, was eigentlich gemeint ist.

Joze1 (Beitrag #26) schrieb:

bei wieder anderen ist die Xmax-Angabe eigentlich der Xmech...

Und selbst bei diesem Wert weiß man nicht, was da begrenzt.
Schlägt die Schwingspule an der Polplatte an oder lässt die Sicke/Zentrierspinne keinen größeren Hub zu, ohne abzureißen?

kalle_bas (Beitrag #25) schrieb:

Ja das ist natürlich Klar das das pro Mebranfläche variiert . Okay mir ging es cassis einfach mal rechnerisch "vergleich" zu können mit welches ergebniss man erwarten könnte.

Auch das geht so einfach nicht.
Ich kann z.B. zwei identische Chassis bauen, die sich nur in der Härte der Sicke/Zentrierspinne unterscheiden.
Die werden sich unterschiedlich messen und das Chassis mit der härteren Aufhängung braucht für den gleichen Hub mehr Leistung.

Grüße
Roman