Diskussion über Chassis Grundlagenwissen

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teite
Stammgast
#1 erstellt: 14. Aug 2005, 14:24
Hallo,

Ich wollte mal einen Tread eröffnen um über Grundlagen von LS-Chassis zu diskutieren.

Momentan lese ich grade das Handbuch der Lautsprechertechnik von Visaton und grübel über eine Stelle die mich verwirrt:



Akustische Leistung, Schallleistung:

Die von der Membran abgestrahlte akustische Leistung ist abgesehen vom Strahlungswiderstand ausserdem abhängig von der Mebrangeschwindigkeit v, also von der Geschwindigkeit, mit der die Membran um ihre Ruhelage schwingt. Diese Geschwindigkeit erreicht ein Maximum bei der Resonanzfrequenz fs.


Das will mir irgendwie nicht ganz klar werden. Schwingt die Membran nicht nur mit der Geschwindigkeit, die vom Eingangssignal vorgegeben wird?

Oder wird dieses Signal noch von einer Eigenschwingung der Chassismembran überlagert?

Wenn ich von reiner Logik ausgehe, sollte die Resonanzfrequenz nur die sein, wo am wenigsten Eigendämpfung vorhanden ist.

cu,
Stefan
eBernd
Stammgast
#2 erstellt: 14. Aug 2005, 15:12
Hallo Stefan,

wenn du deiner Logik weiter folgst, kommst du drauf: Bei Resonanz ist die (mechanische) Amplitude - bei gleicher elektr. Amplitude - am größten. Die Geschwindigkeit der Membran ist aber nicht nur abhängig von der Frequenz, sondern auch von der Membranamplitude...

Gruß, Bernd
teite
Stammgast
#3 erstellt: 14. Aug 2005, 22:54
Hallo,


eBernd schrieb:

wenn du deiner Logik weiter folgst, kommst du drauf: Bei Resonanz ist die (mechanische) Amplitude - bei gleicher elektr. Amplitude - am größten. Die Geschwindigkeit der Membran ist aber nicht nur abhängig von der Frequenz, sondern auch von der Membranamplitude...


Ah, jetzt wirds klarer. Ich war irgendwie auf dem Tick, das die abgegebene Frequenz direkt von der Membrangeschwindigkeit abhängt. Tut sie zwar, aber zusammen mit der Membranauslenkung:

v = Auslenkung(m) * 2pi * f


An der Form des Impedanzgangs eines Chassis, kann man auch die Dämpfung der Membranaufhängung sehen. Ist die Kurve flach, ist die Dämpfung hoch, ist die Kurve steil (wie bei Subwoofer-Chassis), ist das Chassis nur schwach bedämpft.

cu,
Stefan


[Beitrag von teite am 14. Aug 2005, 22:58 bearbeitet]
the_Interceptor
Ist häufiger hier
#4 erstellt: 14. Aug 2005, 23:03

teite schrieb:
An der Form des Impedanzgangs eines Chassis, kann man auch die Dämpfung der Membranaufhängung sehen. Ist die Kurve flach, ist die Dämpfung hoch, ist die Kurve steil (wie bei Subwoofer-Chassis), ist das Chassis nur schwach bedämpft.


Bei Subwoofer-Chassis ist der Impedanzanstieg stärker, weil sie in der Regel eine größere Schwingspuleninduktivität haben.

Gruß
the Interceptor


[Beitrag von the_Interceptor am 14. Aug 2005, 23:04 bearbeitet]
eBernd
Stammgast
#5 erstellt: 15. Aug 2005, 08:59
Hallo,

kann das sein, daß ihr beide recht habt? Teite meint wahrsch. den Bereich um die Resonanzfrequenz und Interceptor den Bereich darüber hinaus.

Grüße, Bernd
raw
Hat sich gelöscht
#6 erstellt: 16. Aug 2005, 00:35

An der Form des Impedanzgangs eines Chassis, kann man auch die Dämpfung der Membranaufhängung sehen. Ist die Kurve flach, ist die Dämpfung hoch, ist die Kurve steil (wie bei Subwoofer-Chassis), ist das Chassis nur schwach bedämpft.

Man kann auch anhand kleiner Dellen im Impedanzgang Partialschwingungen und Membranresonanzen erkennen. Der W200S von Visaton hat sowas bei ca 1kHz, zum Beispiel.
richi44
Hat sich gelöscht
#7 erstellt: 16. Aug 2005, 11:50
Die Membrangeschwindigkeit hängt einzig von der Frequenz und der Auslenkung ab. Überspitzt gesagt: Bei tiefer Frequenz und grosser Amplitude kann die Geschwindigkeit beispielsweise 10 (Hz) mal 10 (mm) = 100 mm/s sein, bei hoher Frequenz und geringerer zugeführter Leistung! aber beispielsweise 100(Hz) mal 0,1(mm) = 10 mm/s
Da hat die Resonanzfrequenz des Chassis gar nichts zu suchen.

Tatsache ist aber, dass bei der Resonanzfrequenz die Lautsprecherimpedanz ansteigt. Geht man mal von einer Spannung von 4V aus, welche über den ganzen Frequenzbereich zugeführt wird, so ist bei einer Nennimpedanz von 4 Ohm der Strom 1A und damit die Leistung 4W.

Im Resonanzfall kann aber die Impedanz 40 Ohm betragen, sodass der Strom nur noch 0,1A beträgt und die Leistung also 0,4W ist.

Die Aussage von Visaton müsste demnach um die Ergänzung "bei konstanter Leistung" oder "bei konstantem Strom" erweitert werden. Die Impedanzüberhöhung im Resonanzfall bedeutet nämlich für das Chassis nichts anderes als eine Wirkungsgrad-Steigerung. Und dieser Wirkungsgrad würde beim Bezug auf Leistung oder Strom mit berücksichtigt.

Die Aussage "bei gleicher elektrischer Amplitude" ist in diesem Sinne unrichtig, als man darunter normalerweise (Oszilloskopdarstellung) die Spannung versteht, es bezieht sich aber auf die Leistung.

Die nachfolgenden, veröffentlichen Aussagen beziehen sich natürlich auf die Lautsprecher im offenen Zustand, da das Gehäuse eine Eigenresonanz stark bedämpfen kann.

Bis Teilschwingungen in der Impedanzkurve sichtbar werden, müssen sie schon recht kräftig sein. Diese sind erstens im Frequenzgang wesentlich besser sichtbar und zweitens ganz extrem im "Wasserfalldiagramm".
Cpt._Baseballbatboy
Inventar
#8 erstellt: 16. Aug 2005, 12:28
Die drei Größen Auslenkung, Geschwindigkeit und Beschleunigung sind über die Kreisfrequenz w=2*pi*f (omega) miteinander verknüpft. Die Geschwindigkeit ist die zeitliche Differenziation der Auslenkung, die Beschleunigung die zeitliche Differenziation der Geschwindigkeit.

Auslenkung: x(t)

Geschwindigkeit: v(t)=x'(t)=w*x(t)

Beschleunigung: a(t)=v'(t)=x''(t)=w²*x(t)

Betrachtet man diese drei Größen bei einem getriebenen harmonischen Oszillator (ein Lautsprecher) über der Frequenz so ergeben sich grundsätzlich andere Charakteristika. Die Membranauslenkung verhält sich wie ein Tiefpass 2. Ordnung (komplexer Frequenzgang, Darstellung normiert, Q: Güte des Oszillators):

x(jw)=1/[w²+jw/Q+1]

Die zeitliche Differenziation entspricht im Frequenzbereich einem Faktor jw (ähnlich wie oben):

v(jw)=x'(jw)=jw*x(jw)=jw/[w²+jw/Q+1]

So sieht ein Bandpass 2. Ordnung aus.

Nochmal abgeleitet:

a(jw)=v'(jw)=x''(jw)=jw*jw*x(jw)=-w²*x(jw)=-w²/[w²+jw/Q+1]

Und das ist nun der Hochpass 2. Ordnung, den man vom Schalldruckverlauf erwarten würde.

Der Betrag der Geschwindigkeit ist also bei der Resonanzfrequenz am größten.

Durch die Bewegung der Spule im Magnetfeld wird in ihr eine Spannung induziert, die proportional zur Geschwindigkeit ist: u_ind~-v (ind: induziert)

Der dadurch erzeugte Strom wiederum erzeugt ein Magnetfeld, dass dem des Luftspaltes entgegenwirkt (daher das Minuszeichen). Dadurch ergibt sich:

i_ind~-Z*v (Z: Impedanz, nicht die Nennimpedanz!, man kann in guter Näherung auch den Gleichstromwiderstand Re einsetzen)

Dieser Strom fließt entgegengesetzt zu dem die Bewegung verursachenden, die Summe der Ströme verringert sich also, je schneller sich die Spule im Magnetfeld bewegt. Den gleichen Effekt hätte auch ein Sperrkreis, deswegen das Maximum des Betrages der Impedanz bei der Resonanzfrequenz.

Alles klar?


richi44 schrieb:
Die Membrangeschwindigkeit hängt einzig von der Frequenz und der Auslenkung ab. Überspitzt gesagt: Bei tiefer Frequenz und grosser Amplitude kann die Geschwindigkeit beispielsweise 10 (Hz) mal 10 (mm) = 100 mm/s sein, bei hoher Frequenz und geringerer zugeführter Leistung! aber beispielsweise 100(Hz) mal 0,1(mm) = 10 mm/s


Wenn ich mal ein paar Haare spalten darf: es müsste 2*pi*10Hz*10mm=628mm/s und 2*pi*100Hz*0,1mm=62,8mm/s

Um die Verwirrung komplett zu machen müsste dieser Wert auch noch mit sqrt(2) multipliziert oder dadurch dividiert werden, je nachdem ob man mit Spitzenwert oder Efektivwert gerechnet hat oder als Ergebnis möchte

Gruß
Cpt.
Cpt._Baseballbatboy
Inventar
#9 erstellt: 17. Aug 2005, 14:01
Uwe Mettmann hat mir einen kleinen feinen Trick gezeigt und so hab ich meinen obigen Post mal ein wenig schöner gemacht:

http://img358.imageshack.us/img358/9175/oszillator8ai.png

Ist doch gleich viel lesbarer.

Alles klar?

Gruß
Cpt.

P.S.: eigentlich wollte ich das Bild hier direkt einbinden, aber seltsamerweise verweigert sich die Forensoftware und macht aus den von mir gesetzten IMG-Tags eigenmächtig URL-Tags. Frechheit


[Beitrag von Cpt._Baseballbatboy am 17. Aug 2005, 14:43 bearbeitet]
raw
Hat sich gelöscht
#10 erstellt: 17. Aug 2005, 21:43

Alles klar?

Jepp, das ist super! Danke, Cpt.

Hat jemand irgendwelche Links oder Informationen wo ich etwas über die sich zu hohen Frequenzen hin verkleindernde effektive Strahlerfläche von PP-Membranen erfahren könnte? Danke.
Zweck0r
Moderator
#11 erstellt: 18. Aug 2005, 00:37

eigentlich wollte ich das Bild hier direkt einbinden, aber seltsamerweise verweigert sich die Forensoftware und macht aus den von mir gesetzten IMG-Tags eigenmächtig URL-Tags. Frechheit


Darauf bin ich auch schon reingefallen Nach einigen Versuchen fiel mir dann das System dahinter auf: alles über 640 Pixel Breite wird aufs Abstellgleis verfrachtet

Grüße,

Zweck


[Beitrag von Zweck0r am 18. Aug 2005, 00:38 bearbeitet]
teite
Stammgast
#12 erstellt: 24. Aug 2005, 13:55
Hallo,

Thx Cpt._Baseballbatboy für die Ausführungen.

Ich habe noch eine ähnliche Frage, und zwar wie der Strahlungswiderstand (Wirk+Blind Anteil) beschreiben bzw. berechnen lässt. Es geht mir momentan erstmal nur um den Idealfall eines Chassis in einer unendlichen Schallwand.

Im Stark-Buch gibts eine Formel für den Tiefbass:

Z = (pi^3 * Po/c) * r^4 * f^2
mit Po: Luftdichte, c: Schallgeschw., r: Membranradius, f: Frequenz

Interessant finde ich das der Membranradius in der 4. Potenz und die Frequenz im Quadrat mit reinspielt.

Die Herleitung dieser Formel würde mich mal interessieren und auch wie das in anderen Frequenzbereichen aussieht.

Die Veränderung des Strahlungswiderstand über die Frequenz spielt ja auch bei vielen Sachen wie Druckkammereffekt, Roomgain und auch Bafflestep mit rein.

cu,
Stefan


[Beitrag von teite am 24. Aug 2005, 13:56 bearbeitet]
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