Frequenzweiche berechnen / Weichen Rechner/ Fertigweichen

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Giustolisi
Inventar
#1 erstellt: 13. Okt 2012, 20:14
Es kommt hier im Forum ziemlich oft vor, dass sich Leute melden, die wissen wollen wie man eine Frequenzweiche berechnen kann, oder ob es eine passende Fertigweiche für eine Chassiskombination gibt.. In der Regel erbarmt sich nach einer Weile jemand und muss mitteilen dass das nicht geht. Bis der Sachverhalt geklärt ist schreibt man sich fast die Finger wund, es ist ja auch ein umfangreiches Thema. Deswegen opfere ich nun etwas Zeit und verfasse diesen Beitrag, der auch hier verlinkt wird.
Sollte noch mal die Frage der Frequenzweichenberechnung oder Fertigweichen aufkommen, kann einfach dieser Beitrag hier verlinkt werden, ich versuche auch mich für Laien verständlich auszudrücken.
Mit Fertigweiche meine ich diese Universalweichen, wie sie oft angeboten werden, nicht die für eine bestimmte Kombination entwickelten Weichen, wie man sie manchmal fertig aufgebaut bei Lautsprecherbausätzen bekommt.
Nun zum eigentlichen Beitrag:


Du willst eine Weiche berechnen, eine fertige Frequenzweiche kaufen, oder eines der Weichentools aus dem Netz benutzen? Hört sich hart an, aber vergiss es!
Das funktioniert nicht, weil es nicht funktionieren kann.
Dafür gibt es mehrere Ursachen:

Impedanzanstieg:
Lautsprecher sind üblicherweise mit 4 oder 8 Ohm angegeben, selten auch mit 2, 3, 6, 12 oder 16 Ohm. Die Impedanz ist aber nicht linear (nur bei Magnetostaten ist sie einigermaßen linear), sie schwankt mit der Frequenz. Die Angabe zur Normimpedanz bezieht sich auf den Punkt des niedrigsten Widerstandes, also knapp über oder unter der Resonanzfrequenz. Bei der Resonanzfrequenz gibt es einen kräftigen Buckel, darüber steigt die Impedanz an. Je nach Chassis passiert das mal früher, mal später oder mal steiler, mal flacher. Das Gehäuse beeinflusst die Impedanz besonders im Bereich der Resonanzfrequenz, man kann also nicht von dem Diagramm auf dem Datenblatt ausgehen.
Fertigweichen, Weichentools und Formeln gehen von einem linearen Widerstand aus und können deshalb nicht funktionieren!

Frequenzgang:
Der Frequenzgang eines Chassis ist nicht schnurgerade. Er ist teils großen Schwankungen unterworfen, bei der Lautsprecherentwicklung geht es darum, diese Schwankungen zu minimieren.
Fertigweichen, Weichenrechner und Formeln gehen von einem linearen Übertragungsverhalten aus und können deshalb nicht funktionieren!

Das Gehäuse:
Auch das Gehäuse spielt bei der Weichenentwicklung eine große Rolle. Je nach Schallwandgröße, Schallwandform und der Anordnung der Chassis verbiegt sich der Frequenzgang. Bei der Weichenentwicklung mus man das in seine Überlegungen mit einbeziehen.
Fertigweichen, Weichenrechner und Formeln berücksichtigen weder Schallwandform, noch deren Größe oder die Anordnung der Chassis und können deshalb nicht funktionieren!

Pegelunterschiede:
Selten sind alle an einem Lautsprecher beteiligten Chassis bei gleichem Signal gleich laut. Ist der Tieftöner lauter, kann man es schon fast vergessen. Ist der Hochtöner zu laut, muss er mit einem Widerstand oder einem Spannungsteiler eingebremst werden. Das beeinflusst die Impedanz, die an der Weiche anliegt.
Fertigweichen, Weichenrechner und Formeln berücksichtigen das nicht und können deshalb nicht funktionieren!

Das war mal das Gröbste, es gibt bei der Weiche noch viel mehr zu beachten, Weicheentwicklung ist ein sehr komplexes Themengebiet.

Jetzt wird sich der ein oder andere denken "wozu gibt es die ganzen Formeln und Rechner dann? Die müssen doch zumindest ungefähr hinkommen und zu halbwegs brauchbaren Ergebnissen führen, auch wenn die Weiche so nicht ganz perfekt wird?"
Ich habe mir mal die Mühe gemacht und eine kleine Demonstration vorbereitet, die beweisen soll, dass die Berechnungen nicht einmal ansatzweise an die Realität ran kommen.
Dazu verwende ich das Simulationsprogramm Boxsim und zwei Visaton Chassis. Der W130S-8 wird als Tiefmitteltöner eingesetzt, der SC10N-8 ist der Hochtöner. Das ist eine eigentlich ganz passende Chassiskombination. Beide Chassis sind bei der Weichenentwicklung recht unkomplziert, sie zeigen keine starken Resonanzen oder sonst etwas, was den Entwickler vor eine Herausforderung stellt. 3000Hz sind eine praktikable Trennfrequenz für diese Kombination. Eine 12dB Weiche ist fast schon Standard und bei dieser Kombination durchaus angebracht.

Erst mal die unbeschaltete Version, also ohne Weiche. So sieht der Frequenzgang ohne Weiche im Gehäuse aus. Der Hochtöner ginge im Betrieb wohl kaputt, denn er wird nicht vor tiefen Frequenzen geschützt.
weiche
frequenzgang


Nun kommt die Weiche ins Spiel, und zwar die berechnete Version. Als Eckdaten habe ich für beide Chassis 8 Ohm und als Trennfrequenz 3000Hz eingegeben.
Schaut man sich das Diagramm an, kann von 3000Hz Trennfrequenz nicht die Rede sein. Der Tiefmitteltöner liefert noch bei 7000Hz fast vollen Pegel, der Hochtöner verabschiedet sich erst unter 2000Hz, einmal zu laut gehört und man bräuchte wohl einen Neuen. Wir sehen außerdem einen starken Anstieg zu hohen Frequenzen, die Box würde dünn und nervig klingen. Dazu kommt noch ein tiefer Einbruch bei der Trennfrequenz. Da hat der Rechner kräftig ins Klo gegriffen, denn hier stimmt gar nichts.
weiche
frequenzgang

Nach ein paar Minuten des Simulierens bin ich auf eine brauchbare Lösung gekommen.
Die Bauteilwerte weichen sehr stark von der berechneten Version ab, dafür stimmt das Ergebnis. Die Trennfrequenz von 3000Hz habe ich ziemlich genau getroffen, beide Chassis gehen symetrisch in den Sinkflug, der Hochtöner ist dank Vorwiderstand gleich laut wie der Tiefmitteltöner und der Frequenzgang ist insgesamt ausgewogen, was einen neutralen, angenehmen Klang verspricht. Es ginge wohl noch besser, aber dieses Ergebnis ist innerhalb weniger Minuten entstanden und soll ja nur der Demonstration dienen.
weiche
frequenzgang

Ich hoffe, ich habe mich einigermaßen verständlich ausgedrückt. Wer Weichen berechnet kann die teuren Bauteile genau so gut im Klo runter spülen.
Ob man nun einen Weichenrechner nimmt, mit Formeln arbeitet oder eine fertigweiche kauft ist egal, das Prinzip dahinter ist das selbe, nämlich eine Berechnung, bei der viele wichtige Faktoren außer Acht gelassen werden.
Die Simulation ist besser, erfordert aber genaue Messdaten der Chassis. Nur mit den TSP kann man einigermaßen zuverlässig bis 300 oder 400 Hz simulieren. Auch eine Simulation ist nicht perfekt, es kann zu großen Abweichungen kommen je nach dem wie gut die Ausgangsdaten sind. In jedem Fall empfiehlt es sich, auch bei einer simulierten Box das Ergebnis mit Messtechnik zu überprüfen und zu perfektionieren.
Nur wenn es um eine Saufbox ohne Anspruch an guten Klang geht, macht es Sinn, den Hochtöner durch einen Kondensator zu schützen, der kann auch mal schnell berechnet werden.


[Beitrag von Giustolisi am 12. Aug 2013, 10:11 bearbeitet]
herr_der_ringe
Inventar
#2 erstellt: 14. Okt 2012, 06:30


exemplarisch dargestellte weichenentwicklung
TJ05
Inventar
#3 erstellt: 14. Okt 2012, 06:47
Moin Allerseits ,

Giustolisi : Vielen Dank !

Mir gefällt Dein Betrag sehr gut !

Wir hatten ja schon an anderer Stelle darüber geschrieben,
ich hoffe nun daß Dein Beitrag entsprechend zitiert wird und es dann nicht mehr zu endlosen Diskussionen kommt


Gruß, Theo
Black-Devil
Gesperrt
#4 erstellt: 14. Okt 2012, 07:32
Wie wäre es, den Beirag zu pinnen? In zwei Wochen ist der sonst wieder in der Versenkung verschwunden!

Ups, zu schnell geschrieben, zu wenig gelesen!

Dennoch würde ich den nicht in einem anderen gepinnten Thema verstecken, Neulinge schauen da nämlich leider viel zu selten rein!


[Beitrag von Black-Devil am 14. Okt 2012, 07:35 bearbeitet]
TJ05
Inventar
#5 erstellt: 14. Okt 2012, 09:16
Moin Oli,

Ich denke der Beitrag wurde auch nicht geschrieben damit "Neulinge" ihn finden, sondern damit Du oder Martin oder ich oder .... sich nicht mehr


... erbarmt sich nach einer Weile jemand ...... schreibt man sich fast die Finger wund, ....



Und Du wirst dir doch wohl merken können wo der Beitrag zu finden ist :-)


Gruß, Theo
Black-Devil
Gesperrt
#6 erstellt: 14. Okt 2012, 10:32
Ein

"Anfänger und Weichenberechnung? -> bitte hier lang!"

Thread würde uns aber evtl. ne Menge Arbeit sparen!
Giustolisi
Inventar
#7 erstellt: 16. Okt 2012, 07:48
Würde ich den Beitrag direkt pinnen, müsste ich auch viele andere Themen pinnen, die für Anfänger interessant sind. Das gab es schon mal und man musste erst eine riesen Latte gepinnte Beiträge runter scrollen, deswegen wurden die zusammen gefasst und etwas aufgeräumt.
Ich habe einen recht aussagekräftigen Titel gewählt, den die Suchfunktion auch findet. Wer suchet, der findet, wer nicht sucht wird sich auch nicht für einen gepinnten Beitrag interessieren und trotzdem ein Thema eröffnen.

Dieser Beitrag soll einfach viel Schreibarbeit bei dieser immer wiederkehrenden Frage sparen und den Sachverhalt kurz und anfängerfreundlich erklären. Deswegen bin ich auch nicht genauer ins Detail gegangen was die Weichenentwicklung angeht, die meisten Anfänger wären dann eh überfordert, außerdem gibt es schon Threads dazu.

Wenn es sich ergibt, werde ich irgendwann noch mehr dieser Beiträge verfassen bei Fragen, die immer wieder kommen. Es ist auch ermüdend immer wieder zu erklären welches Chassis in welches Gehäuse passt und warum das so ist.
TJ05
Inventar
#8 erstellt: 16. Okt 2012, 08:21
Moin Giustolisi ,

auch wenn ich Dir anderweitig schon mal widersprochen habe ( werde ich bestimmt auch mal wieder tun - grins - )
so mag ich Dir hier für Deine beiden Beiträge vollkommen Recht geben und verbeuge mich vor Dir .


Gruß, Theo
ukw
Inventar
#9 erstellt: 27. Okt 2012, 19:49

Giustolisi schrieb:


Impedanzanstieg:
Lautsprecher sind üblicherweise mit 4 oder 8 Ohm angegeben, selten auch mit 2, 3, 6, 12 oder 16 Ohm. Die Impedanz ist aber nicht linear (nur bei Magnetostaten ist sie einigermaßen linear), sie schwankt mit der Frequenz. Die Angabe zur Normimpedanz bezieht sich auf den Punkt des niedrigsten Widerstandes, also knapp über oder unter der Resonanzfrequenz. Bei der Resonanzfrequenz gibt es einen kräftigen Buckel, darüber steigt die Impedanz an. Je nach Chassis passiert das mal früher, mal später oder mal steiler, mal flacher.
Weichentools und Formeln gehen von einem linearen Widerstand aus und können deshalb nicht funktionieren!


Moin Giustolisi

Was hast Du im Kapitel Impedanzanstieg: vergessen zu erwähnen?
Du hast nicht erwähnt, das das Gehäuse den Impedanzanstieg sehr stark beeinflussen kann (besonders im Bass)
Darum hat es keinen Zweck den tatsächlichen Impedanzgang "Freeair" zu messen, sondern es ist zwingend erforderlich den Impedanzgang im geplanten Gehäuse des Chassis und eventuellen Hornvorsätzen/Waveguides zu messen.

Nur dann macht diese Messung für eine passive Weichenentwicklung Sinn.

Kannst Du das per [EDIT] in Dein Eingangsposting einfügen?

mfg
ukw
ukw
Inventar
#10 erstellt: 27. Okt 2012, 20:04

herr_der_ringe schrieb:
:prost

exemplarisch dargestellte weichenentwicklung :)


Auch hier fehlt die Erklärung des Zusammenwirkens von Gehäuse und Chassis auf den tatsächlich gemessenen (eben nicht simulierten!) Impedanzverlauf im fertigen Gehäuse mit den Hornvorsätzen /Waveguides.

PS. Bei einem guten FL Horn und beim ÖrpZ (Multichassis Bass der unter der Resonanzfrequenz betrieben wird)
Bei diesen zwei Gehäusearten/Betriebsarten ist der Impedanzverlauf fast völlig linear.
Beim Multichassis Urps liegt der Impedanzwert gleichmäßig knapp oberhalb R(dc) - dafür ist keinerlei zusätzliche Impedanzlinearisierung (Zobel) usw nötig.
Die Rückkammer eines FL Horns ist oft so klein, das selbst ein Chassis - mit z.B. R(dc) von 6 Ohm bei 24 Hz - bis 60-70 Hz im Unterresonanzbetrieb läuft
SRAM
Inventar
#11 erstellt: 22. Dez 2012, 18:52
Vieleicht sollte man sich fragen, wieso man glaubt mit einer Rechnung beweisen zu müssen, dass Rechnungen nichts taugen ......

Ich hab mich spasseshalber mal hingesetzt und zunächst:

- den Tiefenversatz der Chassis mechanisch korrigiert
- den Hochtöner mit einem Spannungsteiler im Pegel angepaßt
- den Spannungsteiler so dimensioniert, dass er zusammen mit den HT eine Normabschlußimpedanz ergibt
- dem Tieftöner eine Impedanzkorrektur verpaßt

Und dann eine "Standdardweiche" drauflosgelassen.......

Eben völlig old school, als man maximal einen Taschenrechner hatte.

_____________

Eine "Simulation" ist auch nur eine Rechnung auf derselben Basis. Sie ist nur schneller wie das Rechnen von Hand.

Das tool ist nicht schlecht, aber man sollte sich die Kenntnis bewahren, wie das ganze gerechnet wird und damit auch ein Gefühl für die Grenzen.

Der Energiefrequenzgang und die Frequenzgänge unter Winkel sind beispielsweise im Bestfall Schätzwerte, weil als Schallentstehungsort eine der Membranfläche entsprechende Fläche genutzt wird, die Polardaten des Chassis selber aber keinerlei Eingang finden.

Deshalb: auch diese "Rechnung" hat ihre Grenzen Und weil dem so ist, sollte man nicht auf das Rechnen der Grundlagen herabsehen.

Umgekehrt wird ein Schuh draus: erst die Grundlagen mal von Hand anwenden, und dann zum bequemen Werkzeug greifen.


Gruß SRAM
georgy
Inventar
#12 erstellt: 23. Dez 2012, 08:27
Boxsim berücksichtigt den Frequenzgang im Gehäuse wenigstens annähernd, das tun die einfachen Formeln eben nicht, da wird immer ein gerader Frequenzgang vorrausgesetzt.
Entsprechend hört sich das Ergebnis auch an.
SRAM
Inventar
#13 erstellt: 23. Dez 2012, 11:41

Boxsim berücksichtigt den Frequenzgang im Gehäuse wenigstens annähernd,


jain: eigentlich gilt

"Boxsim berücksichtigt den Frequenzgang des Gehäuses,"

Denn der des Chassis wird nur auf Achse berücksichtigt.


Gruß SRAM
Giustolisi
Inventar
#14 erstellt: 24. Dez 2012, 08:31
Auf Achse sollte der Frequenzgang auch gerade sein. Ob der Frequenzgang unter Winkel stimmt hängt in erster Linie von der Auswahl von Chassis und Trennfrequenzen ab. Dass man sich z.b. mit einer kleinen Kalotte und einem großen TMT diesbezüglich Probleme einhandelt sollte man als Entwickler wissen.
Der Beitrag geht mit voller Absicht erst gar nicht so weit in die Materie. Er soll nur über den Irrglauben aufklären, man könnte in einen Onlinerechner Trennfrequenzen und Impedanz eingeben und erhält eine funktionierende Weiche. Genau das tut der Beitrag auch, wer tiefer in die Materie einsteigen möchte soll das tun, hier habe ich das absichtlich vermieden um Neulinge nicht unnötig zu verwirren.
Jobsti
Inventar
#15 erstellt: 23. Feb 2013, 15:45
Boxsim taugt mal super, mal taugt's garnicht, so meine Erfahrung.
Zum Annähern auf alle Fälle zu gebrauchen, gerade wenn's recht kompliziert wird
eine große Hilfe!

Rein ohne Messungen, Try&Error an der echtem Weiche geht's allerdings nicht,
wer meint nur rein mit Boxsim seine Weiche entwickeln zu können, liegt leider daneben.


Boxsim hat leider keinerlei Kenntnis über 100% genaue Position und auch Geometrie der Chassis,
Überstände, Schallwandgeometrie usw. usw.
Somit stimmen gerade die Simulationen unter Winkel in der aller wenigsten Fällen.

Ich sage mal bisher war es 50/50, ob die Simulation komplett daneben liegt oder recht gut mit den
Messungen überein stimmt.
Sowohl bei selbst gemessenen & importierten Daten, als auch schon fertige von Visaton mit deren Chassis.


Dennoch, guter Beitrag, Danke.


PS:
ich bediene mich mittlerweile oft meiner kostenfrei bereit gestellten online-Rechner
in Kombination mit meiner Erfahrung und geh direkt zur Praxis mit Messungen über.
Wird's doch komplizierter und ich habe Zeit Messungen zu Ex- und Importieren, werfe ich Boxsim an,
ansonsten nutz ich's nur rein zum Speichern von meinen Schaltungen & werten, dafür ober genial;)


[Beitrag von Jobsti am 23. Feb 2013, 15:52 bearbeitet]
Giustolisi
Inventar
#16 erstellt: 23. Feb 2013, 16:26

wer meint nur rein mit Boxsim seine Weiche entwickeln zu können, liegt leider daneben.

Sehe ich auch so, es ist aber besser als Weichenrechner. Mit den Visaton Chassis aus der Chassisdatei funktioniert es recht gut, ich würde aber nicht auf eine Messung zur Kontrolle verzichten.
Im ersten post dienen die Simulationen nur zur Veranschaulichung und sollen kein nachbausicheres Konzept darstellen.
Jobsti
Inventar
#17 erstellt: 23. Feb 2013, 17:17
Hier nochma nen Vergleich, wo es halbwegs gut passt, dennoch net 100% bei der Xover.
jedenfalls mit Frequenzverlauf auf Achse. (Visaton-Chassis)

Skalierung der Messung wurde Boxsim angepasst, zum besseren Vergleich.
(Messung gültig ab 200Hz, Bassbereich wurde gesondert gemessen und nicht angehängt)



Übereinander gelegt. (gestrichelt: Messung)


Das Komische:
Die rein simulierte Weiche passte kein Stück zur Aufgebauten,
die ohne Boxsim, in der Praxis Erstellte, passt wiederrum ganz ok wenn man sie simuliert
Verpolte Messung habe ich gerade net zur hand, diese hat allerdings 100% zur Xover gepasst,
laut Boxsim passt's allerdings nicht, wie auch die Phase laut Simu net passt, jedoch in der Messung (Nicht auf dem Screenshot)


[Beitrag von Jobsti am 23. Feb 2013, 17:26 bearbeitet]
cr
Inventar
#18 erstellt: 05. Mrz 2014, 21:21
Hier wird dieses Thema auch diskutiet und auf diesen Thread hier verwiesen:
http://www.visaton.de/vb/showthread.php?t=26106

Vielleicht sollte man noch anmerken, dass zB bei Dreiwegern die Impedanzänderung der Chassis im relevanten Bereich oft eher gering ist.
Nehmen wir mal einen Mitteltöner von 300 bis 2000 Hz ( http://www.visaton.d...ttelton/w130s_8.html ): Dort bewegt sich die Impedanz von 7 bis 9 Ohm ansteigend. Also relativ uninteressant, das ändert vielleicht 1 dB. Die Eigenresonanz spielt keine Rolle, zu weit unter 300 Hz.
Entsprechend ist die Kammergröße auch ziemlich egal, solange sie nicht völlig daneben ist.
Der beliebte AL130 bewegt sich zw. 6 und 8 Ohm, auch uninteressant

Jetzt eine echte Mitteltonkalotte, die man zw. 1000 und 5000 Hz einsetzen soll: Impesanz hier 8 bis 10 Ohm, uninteressant
http://www.visaton.d...tten/dsm50ffl_8.html

Jetzt noch die Hochtonkalotte: Impedanz zw. 2000 und 20.000 Hz: 6-8 Ohm
http://www.visaton.d...tten/dsm25ffl_8.html
Bändchen und AMTs: Sowieso linear

Für alle diese Chassis kann man also von der Impedanz her ohne Problem eine 8-Ohm-Weiche nehmen (was noch nicht heißt, dass auch die Phasenübergänge etc. optimal sein müssen und die Trennfrequenzen ideal sind)

Warum es somit Standardweichen gibt, wird von Visaton im obien Link erläutert.


[Beitrag von cr am 05. Mrz 2014, 21:24 bearbeitet]
detegg
Inventar
#25 erstellt: 09. Feb 2015, 13:45
Diese Nachricht wurde automatisch erstellt!

Das Thema wurde aufgeteilt und einige themenfremde Beiträge wurden verschoben. Das neue Thema lautet: "Ein bunter Mix - ist da was zu retten?"
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