Die MEDUSA (Entwicklung)

Hi,

die Medusa ist die Weiterentwicklung der Spaghetti Aldente. Ein experimentelles "Viellautsprecher"-
System mit fokussierter Anordnung. Dadurch ist der Hörabstand zu jedem Chassis gleich, was die
optimale konstruktive Überlagerung zur Folge haben sollte (Kopfhöhrer-Effekt). Der "Sweepspot" ist
dabei besonders stark ausgeprägt und es ist kaum möglich vorherzusagen was ausserhalb dessen
passiert. Aufgrund dieser Einschränkung wird diese Technik bisher weder praktiziert noch genauer
untersucht, es gibt kaum Informationen zu diesem Thema und quasi keine praktischen Beispiele.

Vorgeschichte, Spaghetti Aldente
http://www.hifi-foru...m_id=104&thread=9823

Artikel zum Thema, aus Elektor, deutsch:
http://www.hifi-foru...m_id=104&thread=9953

Internetseite zum Thema, unterer Absatz, englisch:
http://yu-ra.tripod.com/array.htm

Da hier prinzipbedingt (sehr wahrscheinlich) nur eine (optimale) Hörposition existiert, ist selbige fix
und auf eine Person beschränkt. Aus diesem Grunde fällt die Namensgebung sehr leicht. Die Medusa
ist eine Gestalt aus der Mythologie, ein Ungeheuer mit Schlangenhaaren und hypnotischem Blick
der jeden sofort zu Stein erstarren läßt.


Um für die Weiterentwicklung ein paar Ansätze zu haben, hatte ich mir einige Punkte notiert. Nicht
zuletzt durch die freundliche Hilfe von ton-feile, corradoham und anderen zeigten sich ja einige
Schwachpunkte. Entsprechend ändere ich sinngemäß die Eckpunke der Konstruktion und des Projektes.


Grundlegendes
Da es sich nach wie vor um ein Experiment aus Spaß an der Sache handelt, sollten sich die Kosten
auch weiterhin im Rahmen halten. Sämtliche Chassis für das Paar sollten die 200 Euro nicht wesentlich
überschreiten, 250 Euro sind das Maximum.
Die Konstruktion muss nicht mehr für den Anfänger geeignet sein, sie kann etwas aufwendiger und
komplexer sein.
Das Design wird angepasst. Es sollte nach wie vor etwas ungewöhnlich und auffällig sein, aber auch
ein wenig ernsthafter, seriöser und hochwertiger wirken.


"Das ist kein Line-Array"
Wenn jedes Chassis auf denselben zentralen Punkt gerichtet ist, dann spielt es eigentlich auch keine
Rolle mehr wo dieses Chassis im Raum montiert ist. Im Extremfall stelle man sich zwei raumgroße
Halbkugeln vor, die dicht an dicht mit kleinen Lautsprechern gepflastert sind. Tatsächlich basiert das
Design der Spaghetti/Medusa auf einem Kreis auf dem 256 Breitbänder platziert sind. Ob der
Ausschnitt, auf den man sich logischerweise beschränkt, nun quadratisch, rund oder eine Linie ist,
dürfte dabei keine große Rolle spielen. Nimmt man es genau, dann wäre die quadratische Anordnung
sogar die Beste.


Anzahl der Breitbänder verringern
Es hat sich rechnerisch und auch durch den praktischen Versuch von corradohamm gezeigt, dass 32
Breitbänder pro Seite doch etwas heftig sind. Da die Chassis mit drei Euro teurer sind als zuerst
geplant, und auch die Konstruktion eines ähnlich potenten Subwoofers nicht einfach scheint, reduziere
ich die Anzahl ein wenig. Als sinnvolle Mengen erscheinen mir 16, 24 und 25 Stück pro Seite.



Da sich durch die Fokussierung in jedem Falle eine gebogene Schallwand ergibt, möchte ich das Prinzip
der aufeinandergeklebten Formteile beibehalten. Um eine Innenbreite von z.B. 190 mm zu erreichen
sind aber schon zehn Formteile nötig, weshalb das Design weiterhin möglichst schlank bleiben sollte.
Wie man sieht könnte man lustige Anordnungen verwenden. Inwieweit sich diese Geometrien akustisch
auswirken, vermag ich nicht zu sagen, der praktische Unterschied dürfte kaum sonderlich relevant sein.

Die Idee, die Chassis mit Minimalabstand sogar ineinander zu stecken, würde es notwendig machen die
Ohren des Blechkorbes zu entfernen. Um einen halbwegs machbaren Aufbau zu erreichen entscheide
ich mich für eine ausgerichtete Anordnung von zwei, bzw. drei Spalten a 12 bzw. 8 Chassis. Dabei sitzen
je zwei, bzw. drei Chassis in einer Reihe hinter einem gelochten Brettchen.


Größeres, gleichmäßigeres Volumen
Das Design der Spaghetti mit den spitz zulaufenden Enden ist zwar grafisch interessant, ergibt aber ein
zu kleines und zu unregelmäßiges Volumen. Bei gerade mal 200 ml pro Chassis, oder 7.5 Liter total,
schien es sinnvoll die Rückwand fortzulassen, was die Berechnung aber erschwert. Deshalb sollte das
Volumen wenigstens ein Liter pro Chasis betragen, also nun 20 bis 25 Liter gesamt. Trotzdem ist das
Entfernen der Rückwand weiterhin möglich, wobei jedes Chassis nach hinten dieselben Seitenwände
"sehen" müsste.


Einzelner, großer Bass
Den Subwoofer auch als "Viellautsprecher" zu konstruieren ist zwar folgerichtig, aber auch schwierig zu
realisieren. Die "billigen" Chassis sind meist schlecht geeignet, die besseren zu teuer für eine größere
Anzahl. Die Compound-Bauweise wäre ebenfalls zu teuer und auch zu aufwendig für dieses Projekt.
Deshalb kehre ich das Prinzip (auch grafisch) um und stelle den zahlreichen kleinen Chassis nur einen
einzigen, dafür aber sehr großen Tieftöner entgegen (300 mm oder mehr). Der darf dann auch etwas
teuer sein (ca. 40 Euro) und dürfte den Entwurf eines passenden (typischen) BR-Subwoofers etwas
erleichtern.


Gemeinsames Gehäuse
Zwei verschiedene Gehäuse brauchen auch zweimal Platz im Raum, zweimal Arbeit und zweimal Material.
Da das Gehäuse durch die zwei, bzw. dreireihige Anordnung der BB sowieso etwas breiter wird, aber auch
kaum breit genug für den Tieftöner werden kann, scheint es mir sinnvoll auch ein gemeinsames
Gehäuse mit Seitenbass zu entwerfen. Bei einem Innenvolumen von 80 Litern (BB 20, Sub 60) wird dies
zwar ein relativ großes Gehäuse, das ist aber immer noch deutlich kleiner als die Spaghetti oder z.B. die
Neviges und in jedem Falle kleiner als zwei.


Erste Design-Studie
Mit den aufgezählten Punkten im Hinterkopf habe ich nun zahlreiche Formen probiert. Abgesehen von
der Rundung der Schallwand und einem groben Volumen ist der Rest ja relativ frei bestimmbar. Hier ein
paar erste Versuche...



Die ursprüngliche zentrale Höhe habe ich bei einem Meter belassen. Für größere Menschen wäre höher
besser, für kleinere wie mich, etwas tiefer, drum ist der Meter eine gute Mittelung. Beim Abstand gibt es
gute Gründe diesen klein zu halten, in der Praxis ist er mit drei und mehr Meter aber deutlich größer.
Auch den Basiskreis von 4.89 Meter behalte ich also bei, was einen Hörabstand von 2.45 Meter ergibt.
Durch das nebeneinander der Chassis verkürzt sich die Schallwand in der Höhe, womit auch das Gehäuse
deulich kleiner wird.



Nach unzähligen verworfenen Formen, der Konsultation zahlreicher Design-Experten und aufwendigen
Testreihen in Windkanal und Thermokammer stellte sich die funktional naheliegenste Form auch als die
ansprechenste heraus... Gute 80 Liter, oder 20 für die BB, 60 für den Bass stehen hier zur Vefügung.
Die Form ist klar und einfach, das Design ungewöhnlich aber nicht zu verrückt. Im Detail noch nicht ganz
stimmig.



Nach kleineren Korrekturen hier mal mit abgesetzten Seitenteilen. 218 mm breit, gute 1.5 Meter hoch.
Links die Ableitung der BB alleine, einmal mit 20, einmal mit 40 Liter Volumen.



Die Anordnung mit 2 x 12 Chassis bei (fast) gleicher Gehäusebreite stellt den Chassis mehr Fläche zur
Verfügung und wirkt deutlich ansprechender. Die Flächenaufteilung ist interessanter und abgesetzte
Seiten berühen nicht mehr die Kante der Löcher. Die Version rechts ist nur ein optischer Test für den Sub,
sonst wäre das Volumen natürlich zu klein.



Nach weiteren Arbeiten im Detail. Von Rechts nach Links: Der Sub alleine in 60 Litern. Die BB alleine in
20 Litern, die Kombi mit 80 Litern und links eine 40 Liter-Version - hinten offen. Die dreifach geteilten
BR-Rohre sind nur ein erster Versuch. Das passt ganz optisch zwar gut, trotzdem werde ich noch andere
Dinge probieren, z.B. Schlitze.



Die aktuelle Version der beiden einzelnen Gehäuse. Sauber und stimmig in allen Ecken, Proportionen
und Rundungen. Die Art der Lackierung ist natürlich Geschmackssache, aber die Formen und die
ästhetische Wirkung finde ich recht gelungen.



Die aktuelle Version der Kombi. Gefällt mir persönlich besser als die getrennten Gehäuse. Der Seitenbass
ist übrigens 300 mm groß, bis 400 mm würden passen ohne das Gehäuse vergrößern zu müssen.



Dieses Design belasse ich nun erstmal so, und stelle es hier zur Diskussion.

Der nächste Schritt wäre nun die Simulation der BB um das Volumen zu optimieren, bzw. um offen und
geschlossen vergleichen zu können. Durch die zweireihige Anordnung dürfte sich die Resonanzfrequenz
diesmal etwas stärker absenken und durch das größere Volumen kommen wir dann vielleicht auch soweit
runter, dass sich der Tieftöner als Subwoofer mit tieferer Trennung anfügen läßt.

Hier nochmal die Daten zum Breitbänder.
ftp://www.stoske.de/outgoing/speaker/Spaghetti/XF-57-S318.pdf

Anschliessend würde sich die Frage nach einem passenden TT-Chassis stellen, um 40 Euro und zwischen
300 und 400 mm groß, das mit den BB mithalten kann und in ca. 60 Liter BR tief genug kommt.

Hier bin ich natürlich auf eure Hilfe angewiesen.

@ton-feile: Und? Könnte dir die Medusa nicht auch gefallen?

@SRAM: Wenn es keine Umstände macht, könntest du nochmal die tiefere Reso berechnen?


Grüße, Stephan Stoske

kceenav schrieb:

Ich verbinde mit dem Begriff "Koppelung" nach wie vor -- als einzig Konkretem, oder ist das überhaupt der Kern der Geschichte? -- die Vorstellung, dass sich die "Freiluftresonanz" eines Chassis, welches umgeben ist von vielen weiteren, gleichen Chassis, verringert

Nennen wir das mal einen positiven(?) Nebenaspekt.

Allgemein ist es so, dass die mitschwingende Luftmasse bei steigendem Membranradius kubisch (pi*r^3) zunimmt, die Fläche der Membran (und damit deren eigenes Gewicht, konstante Gewichtsverteilung vorrausgesetzt) aber nur quadratisch (pi*r^2). Das heißt, je größer ich eine Membran mache, umso höher wird der Anteil der mitschwingenden Luftmasse an der gesamten bewegten Masse.

Betreibt man nun mehrere Chassis nah beieinander - was in dem Bereich, wo die Masse was zu sagen hat eigentlich immer Kopplung bedeutet - so kann das gesamte Array als ein einziges Chassis angesehen werden - natürlich mit einer doppelt so großen Fläche. Eine kreisförmige Membran mit eben dieser Fläche hätte den 1,414fachen Radius einer der beiden Membrane - und die 2,828fache mitschwingende Luftmasse. Also: Fläche verdoppelt, Luftmasse fast verdreifacht. Was natürlich bedeutet, dass sich die Masse der einzelnen Chassis virtuell erhöht und damit die Resonanzfrequenz sinkt (nebenbei geht auch die Güte etwas hoch).

Aber Kopplung selber ist eigentlich etwas anderes.

Zu der Frage nach Empfindlichkeits- und Wirkungsgraderhöhung (ist nicht dasselbe, ich weiß) durch Steigerung von Chassis-Anzahl habe ich Ahnungloser vor einiger Zeit auch mal an einer Diskussion hier im hifi-forum teilgenommen, wo schließlich SRAM mit der (wahrscheinlich physikalisch korrekten) Information aufwartete, dass diese Regel mit +6dB bzw. +3dB auch nicht so ganz stimmt.

Natürlich nicht so ganz. Die Angabe +6dB und +3dB ist an sich schon etwas ungenau. Eigentlich sind es +6,0205999...dB und +3.0103dB (sagt mein Taschenrechner). Aber wen interessieren die paar Nachkommastellen?

Dann kommt noch hinzu, dass sich diese Schalldruckangabe nur auf Wechseldrücke bezieht, linearisiert um einen Arbeitspunkt. Denn die Druckkurve der Luft ist nichtlinear, deswegen gibt es bei hohen Pegeln Kompressionseffekte. Wann das merkbar wird, weiß ich nicht, ist mir aber auch egal.

Und dann kommt noch die höhere Masse hinzu (siehe oben). Höhere Masse bedeutet natürlich auch geringen Wirkungsgrad, das heißt wenn man zwei Chassis in Kopplung betreibt, dann sinkt nicht nur die Resonanzfrequenz, sondern auch der Wirkungsgrad. Und viel schlimmer, das ist auch noch frequenzabhängig! Aber auch völlig belanglos

Wenn man alles supergenau berechnen würde, wir diskutierten immer noch über die Flugbahn des Steines, der das Mammut erlegen soll.

Gruß
Cpt.