Wirkungsgradzuwachs Horn messen/bestimmen

Autor

Beitrag

Marcel1991
Stammgast

#1 erstellt: 19. Mrz 2013, 14:14

Hallo,

ich würde gerne wissen unter welchen (Mess)-Bedingungen ich den Zuwachs an Wirkungsgrad eines Chassis im FL-Horn im Vergleich zum Chassis selbst messen bzw. ableiten kann.

Den Pegel schonmal richtig kalibrieren wäre das eine, da muss ich das Arta Handbuch nochmal durchgehen, sollte kein Problem sein, aber der richtige Pegel nützt mir ja nicht so viel wenn die Ausgangssituation zum messen schon falsch ist.

Das Praxisbeispiel an dem ich das Anwenden wollte, sieht folgendermaßen aus:

12" FL-(exp-)Horn 50cm Lang, 130cm² Halsfläche, 2800cm² Mundfläche (70cmx40cm), Rückkammer 8Liter, Vorkammer ~ 1-1,5liter.

Als Chassis dient immoment ein P.Audio 12HP-W, nicht grade das HornChassis, aber was anderes steht gerade nicht zur Verfügung (die Auswirkungen sollten aber nicht derart gravierend sein, hoffe ich..).

Wenn ich den P.Audio ohne Gehäuse, draußen, in ca. 2m Höhe und 1m Abstand zur Membran messe,
wie sollen diese Rahmenbedingungen für das Horn aussehen?

Also, draußen 2m Höhe sollte klar sein, den Amp bzw. Laptop auf der Lautstärke stehen lassen ebenfalls, aber wie sieht es mit dem Abstand aus? Muss der 1m Abstand zum Hornmund gemessen werden oder wieder zur Membran selber?

Als Messmikro dient das Kirchner Messmikro und als Amp der kleine Sure (TA2024) Soundkarte ist Onboard-Laptop, laut RMAA aber relativ gut geeignet. Als Software habe ich hier die Arta Demo.

Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen.

Gruß

Marcel

wus
Stammgast

#2 erstellt: 25. Mrz 2013, 01:17

Ich weiß nicht ob es für solche vergleichenden Messungen irgend einen Standard gibt nach dem man vorgeht. Normalerweise wird der Abstand von der Frontfläche bzw. Öffnung der Box gemessen, was in Deinem Fall bedeuten würde dass der Treiber im Horn dann 50 cm weiter weg ist als in einer direkt abstrahlenden Box (ich hoffe doch Du meintest nicht wirklich den Treiber ganz ganz ohne Box). Ich weiß nicht was das für Auswirkungen auf den Vergleich um den es Dir geht haben würde.

Aber eins kann man sicher sagen, je weiter Du weg gehst mit dem Messmikro, umso unbedeutender werden diese 50 cm Unterschied sein. Also mach Deine Vergleichsmessungen halt mal in 6 oder 10 m Abstand. Das ist sicher auch ein realitätsnäherer Hörabstand für so ne PA-Box, oder?

Marcel1991
Stammgast

#3 erstellt: 25. Mrz 2013, 11:14

Guten Morgen,

Was ein fehlendes Wort ausmachen kann..., natürlich war gemeint ohne "Horn"-Gehäuse sprich es würde nur die Rückkammer bleiben.

Okay so war auch mein erster Gedanke, die 1m Abstand am Hornmund zu messen, die 50cm bzw. der SEO werden dann erst wichtig, wenn es um die Phase geht.

An größeren Messabstand habe ich noch nicht gedacht, das werde ich aufjedenfall auch machen. Würde dann 4m & 8m messen, dann kann man leichter auf 1m Zurückrechnen +12db & +18db.

Nebenbei werde ich auch noch ein horngeeignetes Chassis besorgen und auch dafür nen Vergleich machen.

wus
Stammgast

#4 erstellt: 25. Mrz 2013, 12:14

Marcel1991 (Beitrag #3) schrieb:

Nebenbei werde ich auch noch ein horngeeignetes Chassis besorgen und auch dafür nen Vergleich machen.

Ach ja das würde mich auch interessieren... ich habe mir schon manchmal überlegt was wohl den Unterschied macht zwischen einem "gewöhnlichen" und einem "horngeeigneten" PA-Chassis. Worin liegt der für Dich? Oder gibt's da wirklich allgemeingültige Kriterien?

Marcel1991
Stammgast

#5 erstellt: 25. Mrz 2013, 12:39

Die einzige allgemeinere Kriterie, die ich kenne wäre das EBP (Efficency Bandwidth Product) lässt sich berechnen, indem man fs/qes rechnet.

Chassis mit einem EBP von ~120 oder höher sind horngeeignet, es gibt darunter noch andere Abstufungen für andere Gehäusearten.

Eine stabile Membran und ein starker Antrieb sind sicherlich auch nicht verkehrt.

Der Eminence Kappa 12 könnte als Versuchskaninchen herhalten, wobei der 12MB600 von 18Sound auch nett aussieht, preislich sind die auch nicht weit auseinander.

Ich hoffe mal das ein Horngeeignetes Chassis mehr Wirkungsgrad herausholen kann.

wus
Stammgast

#6 erstellt: 25. Mrz 2013, 13:08

Marcel1991 (Beitrag #5) schrieb:

Gut, das kannte ich auch, hab's aber bisher mehr dahingehend verstanden dass Chassis mit EBP > 120 für andere Gehäusearten weniger geeignet sind und deshalb nur der Einsatz im Horn sinnvoll ist. Das schließt aber nicht aus dass Chassis mit EBP < 120, die für BR gut geeignet sind, auch in Hörner eine gute Figur machen können.

Marcel1991 (Beitrag #5) schrieb:

Eine stabile Membran und ein starker Antrieb sind sicherlich auch nicht verkehrt.

Der Eminence Kappa 12 könnte als Versuchskaninchen herhalten, wobei der 12MB600 von 18Sound auch nett aussieht, preislich sind die auch nicht weit auseinander.

Ich hoffe mal das ein Horngeeignetes Chassis mehr Wirkungsgrad herausholen kann.

Klar, starker Antrieb und stabile Membran sind aber schon fast allgemeingültige Kriterien. Wobei es von außen schwer feststellbar sein dürfte welche Chassis eine wirklich stabile Membran haben, die dem Druckaufbau in der Kompressionskammer (wenn es eine gibt) gut standhalten. (Und, ich weiß schon, zu hohe Antriebskraft bei leichter Membran ist einer guten (Tief-) Basswiedergabe in geschlossenen oder BR-Gehäusen eher abträglich, aber das genau drückt ja auch EBP-Kriterium aus).

Klar ist jedenfalls: je höher der Wirkungsgrad des "nackten" Chassis ohne Horn, um so höher ist er auch mit Horn. Jedenfalls solange die Membran stabil genug ist und nicht in Teilschwingungen aufbricht. Dieses Kriterium ist allerdings soweit ich weiß keineswegs bei allen Membran-Mitteltönern erfüllt.

Marcel1991
Stammgast

#7 erstellt: 25. Mrz 2013, 14:49

Ja, klein Wirkungsgrad und Tiefgang schliessen sich gegenseitig aus.

Im Umkehrschluss könnte man dann vermuten, dass je weniger das Chassis für ein Horn geeignet ist, es in einem Horn den wenigsten Wirkungsgradzuwachs hat, weil es nicht so gut mit dem Druckaufbau in der Kompressionskammer klar kommt.

Ein großer Schwingspulendurchmesser macht die Membran unanfälliger gegen Aufbrechen und somit stabiler.

wus
Stammgast

#8 erstellt: 25. Mrz 2013, 15:38

Also nach all dem was ich gelesen habe folgt der Wirkungsgrad-Zuwachs zumindest in der Theorie ziemlich streng dem Kompressionsverhältnis und der Richtwirkung (Bündelung) des verwendeten Horns. Jedenfalls solange die Membran kolbenförmig schwingt und nicht in Teilschwingungen aufbricht.

In der Praxis können einem allerdings ein paar Randfaktoren einen ziemlich fetten Strich durch diese theoretische Rechnung machen. Bei Basshörnern wird die Mundöffnung nur seltenst groß genug sein, daher schwankt der Wirkungsgradzuwachs mit der Frequenz, was zu den bekannt welligen Frequenzgängen von Basshörnern führt (auch schon in der Simulation, siehe z.B.

hier).

Bei Mitteltonhörnern soll es wie gesagt entscheidend auf den Treiber, das Kompressionsverältnis und die maximale Frequenz bis zu der man ihn betreibt ankommen, in Abhängigkeit davon wird die Membran entweder schön linear kolbenförmig arbeiten oder aufbrechen, was dann ziemlich unschöne Nebeneffekte haben kann. Das kenne ich allerdings nicht aus eigener Erfahrung, Mitteltonhörner zu designen habe ich mir bisher verkniffen... ich glaube nämlich das ist ganz schön knifflig.

Marcel1991
Stammgast

#9 erstellt: 25. Mrz 2013, 17:43

In der Praxis können einem allerdings ein paar Randfaktoren einen ziemlich fetten Strich durch diese theoretische Rechnung machen.

Bei Mitteltonhörnern soll es wie gesagt entscheidend auf den Treiber, das Kompressionsverältnis und die maximale Frequenz bis zu der man ihn betreibt ankommen

Je nach unterem Cut-off, also der Länge des Horns lädt es etwa bis 3 Oktaven darüber, wie weit es tatsächlich bei vollem Pegel nach oben kommt hängt stark von der Vorkammer und der Konstruktion ab, PhasePlugs sind dann schon Pflicht, was das ganze noch schwerer macht.

Soweit wollte ich allerdings noch nicht gehen, weil ich noch nicht weiß ob sich der aufwand lohnt, denn es soll nichts High-End/Professionelles werden, nur möglichst hoher Wirkungsgrad wegen mobilen Einsatz.

Ein Basshorn ist gegenüber leichten Ungenauigkeiten und einer Vorkammer mit paar Litern Volumen großzügiger bzw. der Einfluß viel geringer so das man sich darum keine Sorgen machen brauch.

Aber im MT Bereich siehts anders aus, daher wollte ich erstmal gucken wie viel db ich an Wirkungsgrad gewinnen kann, um dann ein Fazit zu ziehen ob sich das ganze lohnt. Schließlich wird der HT gleich um einiges teuerer wenn das Horn gut funktioniert, da die Trennfrequenz dann niedriger ausfallen muss.

Ich denke aber das wenn ich eh ein Horngeeignetes Chassis kaufe, das es dann 1-2 Nummern kleiner wird also 10" oder 8", da fällt es gleich viel leichter die Vorkammer klein(er) zu halten.

[Beitrag von Marcel1991 am 25. Mrz 2013, 17:44 bearbeitet]

wus
Stammgast

#10 erstellt: 25. Mrz 2013, 19:50

Marcel1991 (Beitrag #9) schrieb:

Genau das fängt schon damit an, das es nicht leicht ist die Vorkammer unter 1L zu bringen bzw. sollte diese so klein sein wie möglich, damit weniger Hochton verloren geht. bzw. man das Horn dann etwas höher ankoppeln kann tut dem HT auch besser

...

Je nach unterem Cut-off, also der Länge des Horns lädt es etwa bis 3 Oktaven darüber, wie weit es tatsächlich bei vollem Pegel nach oben kommt hängt stark von der Vorkammer und der Konstruktion ab, PhasePlugs sind dann schon Pflicht, was das ganze noch schwerer macht.

Vielleicht solltest Du mal ein

Unity oder

Synergy Horn Design andenken. Wenn ich das richtig sehe erspart Dir das zumindest das Problem mit der Vorkammer, denn die (5 Zoll kleinen) Treiber sind schlicht flach auf den Hornhals aufgesetzt.

Die kleinen Löcher durch die die MT in die Hörner strahlen steigern das Kompressionsverhältnis und dürften so auch nicht unerheblich zur Wirkungsgradsteigerung beitragen. Ich vermute mal dass so ein Horn eine höhere, vielleicht sogar deutlich höhere Wirkungsgradsteigerung gegenüber Direktabstrahlung erzielen könnte als ein klassisches MT-Horn bei dem der Treiber ohne große Kompression "ins Horn stößt".

Ich denke jedenfalls dass das Ergebnis Deiner Wirkungsgrad-Vergleichsmessung stark vom Horndesign abhängig sein wird, also wird es gut sein Dir zuerst das erfolgversprechendste zu überlegen, zu bauen und damit dann die Vergleichsmessung zu machen.

Teilweise werden auch "2-dimensionale" Designs mit nur 2 Treibern verwendet die dann 8 oder 10 Zoll groß sind, z.B. von

VCT Pro.

P.S. ich sehe grade Du willst ja mit einem vorhanden 12-Zöller messen - sorry das hatte ich vorübergehend schon wieder vergessen...

Marcel1991
Stammgast

#11 erstellt: 25. Mrz 2013, 21:16

Wow, die kannte ich noch gar nicht, danke!
Sehen sehr Interessant aus, das wäre aufjedenfall eine Überlegung wert.

ich sehe grade Du willst ja mit einem vorhanden 12-Zöller messen - sorry das hatte ich vorübergehend schon wieder vergessen...

Naja was heißt wollen, war ja nur provisorisch zsm geschraubt als kleines Experiment, das Chassis stand halt zur Verfügung.
Das Chassis habe ich ebenfalls "einfach" von Hinten flach aufs Brett geschraubt nur wegen der größe ist die Vorkammer trotzdem relativ groß.

Was die Messung angeht habe ich mittlerweile erledigt und komme auf etwa ~100db Wirkungsgrad, ein Beyma 12AG100 macht zwischen 2-4kHz ca. 104db und das Horn liegt halt ~4db darunter. Im Vergleich zum Paudio ohne Horn liegen "nur" 6db dazwischen also beläuft sich die Steigerung vom Wirkungsgrad auf etwa 6db, was nicht wenig ist, allerdings wäre mehr nicht schlecht.

Ansonsten erkennt man gut, dass ab ~160Hz der Bandpasseffekt bei Lamda/4 einsetzt. Bei 850Hz gibts ne Senke, wo ich noch nicht genau weiß wo diese herkommen könnte, denn betrachtet man die Tendenz der Messung könnte man da fast ne "gerade" Linie drüber ziehen, wobei es mich auch nicht wundern würde, wenn diese daher kommt dass das Chassis ungeeignet ist. Wenn man von der Senke mal absieht, siehts gar nicht schlecht aus, falls ein besseres Chassis die Senke nicht aufweist, die 1kHz knackt und noch 3-4db oben drauf legt wäre das ja schon in Ordnung.

Hier die Messung (Freifeld), Pegel stimmt noch nicht, Multimeter zu ungenau...

Als nächstes steht die Frage, ob jetzt einen anderen 12" besorgen oder 6-8" damit man auch über 1kHz kommen kann (wg. kleiner Vorkammer etc.)
Naja ich werde erstmal paar Chassis suchen und Hornresp mit Daten füttern.

[Beitrag von Marcel1991 am 25. Mrz 2013, 21:17 bearbeitet]

wus
Stammgast

#12 erstellt: 26. Mrz 2013, 14:54

Ich mal annehme dass der P.Audio ca. 500 cm² Membranfläche hat, wie die meisten 12-Zöller. Das wäre etwa 4-mal so viel wie Dein Hornhals. Somit ergibt sich eine 4-fache Geschwindigkeitstransformation - das ist schon ziemlich heftig! Würde mich nicht wundern wenn die Membran des P.Audio deshalb ab ca. 700 Hz anfängt aufzubrechen und die von Dir beobachtete Senke bei 850 Hz verursacht. Sicher bin ich mir natürlich nicht, ist nur eine von mehreren denkbaren Erklärungen.

Immerhin, die 4-fache Geschwindigkeitstransformation erklärt recht exakt den Wirkungsgradzuwachs um 6 dB.

Marcel1991 (Beitrag #11) schrieb:

... ein Beyma 12AG100 macht zwischen 2-4kHz ca. 104db und das Horn liegt halt ~4db darunter.

Ich verstehe ja nicht ganz wie in diesem Zusammenhang jetzt plötzlich ein Beyma 12AG100 ins Spiel kommt. Willst Du den dann ab 2 kHz einsetzen, wo das Horn mit dem P.Audio anfängt stärker nachzulassen? Oder führst Du ihn nur als Beispiel auf dass es auch Lautsprecher gibt die schon ohne Horn lauter sind? Oder sind die 104 dB des Beyma auch im Horn gemessen?

Oder - ? - ? - ?

Wie auch immer, solche Wabbeltöner habe ich als ernsthafte PA-Lautsprecher abgeschrieben. Ich kenn jetzt diesen Beyma nicht persönlich, aber pauschal gesprochen haben große Breitbänder mit Hochtonkonus Wasserfalldiagramme die einfach besch***en aussehen. Die 104 dB erreichen die auch nur durch heftige Resonanzen im Präsenzbereich, bei Frequenzen unter 1 kHz bleiben alle die ich kenne unter 100 dB, meist deutlich darunter. Der Klang ist entsprechend giftig. Als Gitarrenlautsprecher geht sowas vielleicht ja gerade deshalb gut, aber als Lautsprecher für eine einigermaßen neutrale Wiedergabe eines Gesamt-Spektrums wie Musik aus der Konserve wäre das sicher keine gute Lösung.

wus
Stammgast

#13 erstellt: 26. Mrz 2013, 15:39

Also wenn Du ein Mitteltonhorn bauen willst dessen Frequenzgang einigermaßen hoch reichen soll so dass als Hochtöner ein erschwingliches Hochtonhorn zum Einsatz kommen kann (und kein großes, teueres Mittelhochtonhorn benötigt wird) dann wirst Du um die Verwendung von speziell dafür vorgesehenen Treibern und dem Design eines sehr sauber auf diesen Treiber ausgelegten Horns mit Phaseplug der bis nahe an die Membran reicht und der somit das Vorkammervolumen minimiert nicht herumkommen. Solche Treiber wären z.B. der RCF MR8N301 oder der 18sound 8NM610. Billig sind die nicht, aber man kann damit wirklich laute Hörner bauen.

Eine etwas günstigere Alternative wo Du vielleicht um den Bau eines Phaseplugs herum kommen könntest wäre evtl. der Einsatz mehrerer kleiner Treiber in einem Horn, z.B. 2 x Faital M5N12-80 oder Beyma 5P200/Fe, oder 4 von den noch kleineren 3- oder 4-Zöllern von Faital.

Marcel1991
Stammgast

#14 erstellt: 26. Mrz 2013, 18:26

Ich verstehe ja nicht ganz wie in diesem Zusammenhang jetzt plötzlich ein Beyma 12AG100 ins Spiel kommt.

Der diente nur zur Bestätigung des Pegels, da der Pegel wie schon gesagt nicht kalibriert ist! Von dem weiß ich aus mehreren verschiedenen Messungen dass zwischen 2-4kHz eben ~104db anliegen.
War halt nochmal zur Absicherung.

Die Idee stammt aus einer Anleitung zum Pegel kalibrieren mit einem Hochtöner wo der Wirkungsgrad halt bekannt ist. Ich habs halt mit dem Beyma gemacht.

Würde mich nicht wundern wenn die Membran des P.Audio deshalb ab ca. 700 Hz anfängt aufzubrechen und die von Dir beobachtete Senke bei 850 Hz verursacht.

Der Meinung bin ich inzwischen auch.

Design eines sehr sauber auf diesen Treiber ausgelegten Horns mit Phaseplug der bis nahe an die Membran reicht und der somit das Vorkammervolumen minimiert nicht herumkommen.

Darauf wird es wohl hinauslaufen, ich hab da auch schon eine Idee die man auch relativ leicht umsetzen kann mit "normalen" Werkzeug, CNC hab ich leider nicht da..

Ich werde erstmal mit 1 Chassis experimentieren (also nich 2 oder 4 auf ein Horn), die beiden 8" wären super, leider ein wenig über dem Budget. Davon abgesehen, weiß ich nicht ob ich mit dem Basshorn soweit hoch komme, bzw. ob das dann auch noch gut klingt.

Ich tendiere gerade zum B&C 8PE21, sieht sehr vielversprechend aus. Mit 110€ auch bezahlbar. Dann werde ich erstmal Phaseplug/Anlauf zeichnen, und ein wenig rechnen, mal sehen wie klein die Vorkammer werden kann.

Ziel werden ~1-1,2kHz sein, wenns sogar höher kommt umso besser.
Aber je nach dem wie die Messung unter Winkel aussehen wird, wird die Trennfrequenz wahrscheinlich eh unter <1,5kHz bleiben.

[Beitrag von Marcel1991 am 26. Mrz 2013, 18:28 bearbeitet]

wus
Stammgast

#15 erstellt: 26. Mrz 2013, 18:40

8PE21 sieht ganz gut aus, aber der 18sound 6ND410 könnte noch einen Tick besser für Dein Projekt geignet sein. Er kostet ungefähr gleich viel, hat sehr ähnliche Eckdaten (Belastbarkeit/Wirkungsgrad) ist aber kleiner was das Design eines Horns mit möglichst kleiner Kompressionskammer einfacher machen sollte.

Egal wie Du Dich entscheidest, ich bin schon gespannt auf Deine Ergebnisse... hoffe Du zeigst dann hier auch ein paar Fotos und vielleicht Frequenzgangschriebe.

corell95
Stammgast

#16 erstellt: 03. Dez 2013, 14:22

Gibts hier zufällig was neues?

Marcel1991
Stammgast

#17 erstellt: 04. Dez 2013, 00:51

Ja und Nein,

ich hatte das Projekt in 3 Teile gegliedert, Chassis, Phaseplug/Vorkammer und das Horn.

Dabei fing ich mit dem Chassis an und wollte erstmal klären wie stark die Auswirkungen der TSP auf die obere Grenzfrequenz im Horn ist. Für einen guten Vergleich nahm ich ein "ungeeignetes" Chassis habe es in einem Horn vermessen und dann dessen TSP per Zusatz-Neodym-Magnet in Richtung "geeigneter" verschoben und wieder vermessen. Siehe da die obere Grenzfrequenz war gestiegen.

Damit war das Thema Chassis abgehakt, zur Auswahl standen bzw. stehen immernoch der 18S und der B&C.

Beim PhasePlug standen/stehen mehrere Konzepte/Designs zur Auswahl, welche nur noch ein wenig Feinschliff benötigen, bevor man sie in die Tat umsetzen könnte.

Mit dem Horn hatte ich noch nicht angefangen, soll aber in Richtung relativ breit strahlend gehen.

So, wie zu Anfang schon angedeutet gibt es auch ein ziemlich ärgerliches "Aber".
Alle Messungen, Zeichnungen etc. haben sich zusammen mit der LaptopHDD und unangenehmen Geräuschen verabschiedet..

Leicht frustriert, habe ich die Sache erstmal im Hinterkopf behalten und vor ein paar Monaten das Projekt wieder aufgenommen und immermal wieder verschiedene Ansätze fürs PhasePlug durchdacht.

Dabei glaube ich mittlerweile das "richtige" gefunden zu haben, vor kurzem tauchte hier im Forum auch ein Thema auf, welches technisch/physikalisch auf dem selben Konzept basiert, d.h denke ich das der Ansatz gar nicht so verkehrt ist.

Da sich anscheinend noch welche für das Thema interessieren, arbeite ich mich in AxiDriver ein und bringe mal die Idee zu Papier und werde paar Modelle erstellen und hier posten.

Gruß

Marcel