Frequenzweiche: Trennfrequenz ändert sich mit Lautstärke

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*Holzi*
Neuling

#1 erstellt: 18. Mrz 2010, 18:39

Hallo,

ich habe lange nach einer Lösung gesucht aber keine gefunden deswegen öffne Ich hier mal ein Thema.
Ich bin neu hier und hoffe das passt hier an diese Stelle, ansonsten sagt mir einfach falls das nicht zutrifft.

Nun zum Problem:
ich habe für meine Physik-Facharbeit eine eigene Frequenzweiche für einen selbstgebauten Lautsprecher bauen wollen.
Ist ein Hochtöner und eine Tief-/Mitteltöner.
Deswegen natürlich 2 Wege-Weiche.
Ich habe alle Bauteile mehrmals nachgerechnet und bin mir sich das es die richtigen sind.
Allerdings ist die Auswirkung der Weiche kaum zu sehen in einer Durchlaufmessung.
Woran könnte das liegen.
Die Lautstärke geht ca. bei 16 kHz rapide nach unten obwohl sie schon bei 9 kHz sinken sollte. Ändert man die Lautstärke bei den Messungen verändert sich auch die Trennfrequenz, ist das normal?

Die Weiche ist als 2. Ordnung ausgeführt und Habe sie auch schon nur als erste Ordnung getestet.
Der gewollte Effekt ist nicht zu erkennen.

Daten:

Lautsprecher:

Hochtöner:
Speaka Sound HAT 60/80
60 Watt Nennbelastbarkeit
80 Watt Musikbelastbarkeit
8 Ω Impedanz
3.500 – 22.000 Hz

Tief-/Mitteltöner:
Visaton WS 13 E
40 Watt Nennbelastbarkeit
60 Watt Musikbelastbarkeit
8 Ω Impedanz
fc – 12.000 Hz

Weiche:

2x Kondensatoren: MKP Folienkondensator (1,5uF)
2x Luftspulen: 0,2 mH
1x Rasterplatine
Trennfrequenz sollte 9 kHz sein.

Ich hoffe jemand kann mir weiterhelfen.
Danke

[Beitrag von *Holzi* am 18. Mrz 2010, 18:59 bearbeitet]

detegg
Inventar

#2 erstellt: 18. Mrz 2010, 18:57

Hi,

sche... Weichenrechner!!

- welche Trennfrequenz - 9kHz1?
- wie gemessen?
- richtig verschaltet?

:-) Detlef

fiedbaam
Ist häufiger hier

#3 erstellt: 18. Mrz 2010, 19:04

hast die rechnung?

[Beitrag von fiedbaam am 18. Mrz 2010, 19:14 bearbeitet]

detegg
Inventar

#4 erstellt: 18. Mrz 2010, 19:07

fiedbaam schrieb:

könntest du mal deine rechnung aufschreiben??

... gib doch mal bei einem Frequenzweichenrechner (z.B. Strassacker) 9000 Hz / 12dB BW / @8R ein

:-) Detlef

*Holzi*
Neuling

#5 erstellt: 18. Mrz 2010, 19:08

Ja da ich dem weichenrechner nicht getraut habe und eine Facharbeit drüber schreibe musste ich die Formeln sowieso beherschen. Habe selber mit meinen Formeln alles nachgerechnet. Kam genau auf dieselben ergebnisse. Hab eine Menge Bücher und Internetquellen benutzt um die Daten zu ermitteln. Jedes mal kam dassselbe Ergebnis raus.
Richtig verschaltet ist es auch. Hab natürlich die schaltung verändert und vereinfacht um zu testen ob es mit der 1. ordnung geht.
Zum Schluss habe ich einfach nur den verstärker direkt an den Lautsprecher angeschlossen und auf dem einen Pol einfach die eine Spule in Reihe geschaltet. fast garkeine Veränderung.
Die Theoretischen Werte die ich errechnet habe sind für den induktiven Widerstand dieser einen Spule:

100 Hz: 0,2 Ohm
3500 Hz: 8 Ohm
8000 Hz: 18 Ohm
9000 Hz: 20 Ohm
10000 Hz: 22 Ohm
15000 Hz: 33 Ohm
22000 Hz: 50 Ohm

Das sind nur so die Werte am Anfang, Ende und um die Trennfrequenz rum. Das der Widerstand steigt ist ja richtig.
Da die Impedanz des Töners 8 Ohm ist müsste ab 3500 Hz der Lautsprecher leiser werden, da der induktive Widerstand größter als der des Lautsprechers ist. Oder stimmt das nicht?

Nur leider passiert garnicht.
Und wenn man nur eine Spule zwischenschaltet kann man ja auch nicht viel falsch machen.

Sind die Widerstände vielleicht zu klein die dort entstehen?

[Beitrag von *Holzi* am 18. Mrz 2010, 19:14 bearbeitet]

*Holzi*
Neuling

#6 erstellt: 18. Mrz 2010, 19:11

Butterworth – 2. Ordnung
Kondensator 1:C_1= 0,1125/(Z_H ∙ f_0 )
Kondensator 2:C_2= 0,1125/(Z_L ∙ f_0 )
Spule 1:L_1= (0,2251 ∙ Z_H)/f_0
Spule 2:L_2= (0,2251 ∙ Z_L)/f_0
f0=Trennfrequenz
Z¬H=Impedanz Hochtöner (High)
ZL=Impedanz Tieftöner (Low)

Spulen und kondensatoren sind jeweils beide gleich, da die Impedanzen der Chassis gleich groß sind.

C_1= C_2= 0,1125/(8Ω ∙9000 Hz) ≈1,56 μF
L_1= L_2= (0,2251 ∙ 8Ω)/(9000 Hz) ≈ 0,2 mH

Die Zahlen sind die Kostanten für den Butterworth Filter.
Theoretisch müsste das ganze ja genauso gut als 1. Ordnung mit nur 2 von den 4 Bauteilen funktionieren, ohne das sich die Trennfrequenz verschiebt. Aber es passiert in beiden Fällen fast garnichts

[Beitrag von *Holzi* am 18. Mrz 2010, 19:12 bearbeitet]

fiedbaam
Ist häufiger hier

#7 erstellt: 18. Mrz 2010, 19:14

habs mal fix bei strassacker eingetippt und da is eig selbiges wie bei dir rausgekomm aber noch 2 widerstände:

http://www.fsj.megabyet.net/2.jpg

*Holzi*
Neuling

#8 erstellt: 18. Mrz 2010, 19:20

Ja, da hab ich das auch schon eingegeben.
Die Widerstände sind nur vor dem Hochtöner, da dieser einen höheren Wirkungsgrad hat. D.h. der ist etwas lauter.
Zur anpassung habe ich einen L-Regler eingebaut und es wenig mit auszuprobieren. Macht leider auch keinen Unterschied. Aber ist ja im Prinzip dasselbe wie die beiden Widerstände.
Wichtig ist nur das die Impedanz nicht geändert wird.
Das die beiden Pässe parallel ausgelegt sind kann ich sie auch einzelnd betreiben und nur den Teiftöner testen. Der brauch sowie keine widerstände. Nur eine einzige Spule die die induktiven widerstände liefern müsste die ich eben aufgelistet habe. Formel dafür ist:

X_L= 2π∙f∙L

L=0,2 mH
X_L = induktiver Widerstand in Ohm

Leider gibt es so gut wie keinen effekt beim Lautsprecher.
Er ist bei 15.000 Hz noch genauso laut wie ohne die Spule.

detegg
Inventar

#9 erstellt: 18. Mrz 2010, 21:46

Ok,

darf ich dann mal ...

Eine FW lässt sich NICHT berechnen!!!!!

Das an eine FW angeschlossene Chassis hat KEINE konstante Impedanz von z.B. 8 Ohm. Diese Impedanz (nicht Widerstand, da frequenzabhängig!) hat vlt. ein Minimum von 6...8 Ohm, kann aber bei der Resonanzfrequenz auf >50 Ohm steigen und wg. der frequenzabhängigen Induktivität der Schwingspule ab ca 300Hz (TT, TMT) zu höheren Frequenzen sowieso.
Schau Dir mal die Impedanz irgendweines Chassis über die Frequenz an - merkst Du was?!

Weiter hat ein Chassis (hier Visaton WS13) eine ab ca. 3kHZ stark steigende Bündelung, was sich im Schalldruck bemerkbar macht. Teil ist bei 8kHz ca. 8...10dB lauter, als bei 100Hz.

Zudem bewirkt der Einbau in eine Schallwand einen weiteren Schalldruckanstieg (Bafflestep) um 3...6dB.

Alles das - und noch viel mehr - gilt es bei der "Berechnung" einer FW zu berücksichtigen - das kann kein FW-Rechner.

Für Visaton-Chassis gibt es eine Simulationssoftware, die diese Eigenarten sehr genau berücksichtigt --> boxsim

:-) Detlef

Passat
Inventar

#10 erstellt: 18. Mrz 2010, 22:01

Stimmt.

Und wenn man schon die Wirkung von Frequenzweichen nach Formel messen will, dann nimmt man dazu einen festen Widerstand als Last und misst den elektrischen Frequenzgang.

Nur so bekommt man die Wirkung der Weiche ohne äußere Einflüsse, wie z.B. Schwingspulenimpedanz, -induktivität etc.

Das Verhalten an einem Chassis sieht völlig anders aus, deshalb wirst du auch in kaum einem Lautsprecher eine Frequenzweiche finden, deren Werte den üblichen Formelwerten entsprechen.

Grüsse
Roman

paga58
Inventar

#11 erstellt: 19. Mrz 2010, 02:22

Damit der arme Bub nicht die mühsam zusammengesuchten Formeln in die Tonne kloppen muss:

Beiden Lautsrechern einen 8,2 Ohm Widerstand parallelschalten und Formel für 4 Ohm nehmen.

Dadurch folgt die Theorie wenigstens näherungsweise der Praxis

sakly
Hat sich gelöscht

#12 erstellt: 19. Mrz 2010, 09:03

paga58 schrieb:

Und man verheizt noch mehr Leistung in der Weiche.
Oft reicht es schon aus, wenn man die Serienspule des Tieftöners etwa doppelt so groß wählt, wie die Formel es vorgibt. Damit kann man meist für Optimierungen starten.

Ich denke aber, dass es hier sowieso eher um die Therorie geht. Allerdings ist das ein schönes Beispiel dafür, dass sich die ideale Theorie nicht immer ganz einfach auf die Praxis anwenden lääst. Das würde ich auf jeden Fall in die Arbeit mit einfließen lassen.

Gruß