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Rettet das Subcontra-C - oder die schwerwiegenden Nachteile von Baßreflexlautsprechern

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Beitrag
AH.
Inventar
#1 erstellt: 07. Dez 2014, 14:10
Hallo,

heutzutage ist in fast jedem Lautsprecher eine Baßreflexöffnung. Dahinter verbirgt sich ein Helmholtz-Resonator, der in einem schmalbandigen Bereich den Wirkungsgrad des Lautsprechers erhöht. Ein bekannter Helmholtz-Resonator ist z.B. eine Wasserflasche, die man mit dem Mund anbläst.

Wo sind die Nachteile?

1. Unterhalb der Tuning-Frequenz fällt der Freifeld-Frequenzgang mit 24dB/8ve. Aufgrund der Gültigkeit der Filtertheorie führt dies zu einem langsamen Baß im Nutzbereich, d.h. hohen Gruppenlaufzeitverzerrungen.

2. Unterhalb der Tuning-Frequenz arbeitet der Lautsprecher im "akustischen Kurzschluß", er macht große Amplituden. Bei Aktivlautsprechern kann man ihn mit einem elektrischen Hochpaß davor schützen, was aber (Filtertheorie) zu einem noch langsameren Baß, also noch größeren Gruppenlaufzeitverzerrungen führt.

3. Aufgrund von Arbeitspunktverschiebungen (typischerweise bei der zweifachen Resonanzfrequenz eines Lautspechers am stärksten) schwingt der Lautsprecher bei Musikwiedergabe stets auf seiner Einbauresonanz aus. Daher hört man bei Baßreflexlautsprechern oft ein Dauerdröhnen auf der Tuningfrequenz, da der Helmholtz-Resonator durch Artefakte stets angeregt wird.

Der tiefste in der Musik vorkommende Ton ist das Subcontra-C. Fast jede größere Orgel hat ein 32´-Register, was dieses Subcontra-C (16Hz) wiedergibt. Das ist auch auf Orgel-Tonaufnahmen vorhanden, wenn die Orgel - wie üblich - mit Druckempfängern aufgenommen wurde. Man möchte das natürlich auch hören. Aber auch Pop-Musik enthält oft tiefe Frequenzen. So findet man bei Madonna "Frozen" einen sehr schönen 30Hz-Sinusgong im Lied. 16Hz und auch 30Hz liegen meist unter der Tuning-Frequenz von Baßreflexlautsprechern. Sie lenken dann im akustischen Kurzschluß stark aus, verzerren daher stark im Nutzbereich (Intermodulationsverzerrungen) und geben trotzdem fast keinen Tiefbaß wieder.

Wo sind die Vorteile des geschlossenen Gehäuses?

Im Freifeld fällt der Frequenzgang unterhalb der Resonanz nur mit 12dB/8ve. Dies führt zu geringeren Gruppenlaufzeitverzerrungen, also schnellerem Baß (hörbar!)

Lautsprecher werden oft im Raum betrieben. Eine Frequenz von 100Hz hat schon eine Wellenlänge von ca. 3,4 m, 50Hz schon 6,8m usw. Durch gleichphasige Addition des Tieftonschalles von den Begrenzungsflächen (Wand, Fußboden, Decke) wird der Tiefbaßbereich im Vergleich zur üblichen Freifeldmessung stark verstärkt. Hinzu kommt, daß bei sehr tiefen Frequenzen im Raum der Druckkammereffekt vorhanden ist (Wellenlänge ist wesentlich größer, als der Raum, z.B. bei 16Hz). Es gibt hier keine Raumresonanzen und ein geschlossener Lautsprecher erzeugt ohne Entzerrung (!) einen linearen Amplitudenfrequenzgang bis zum Gleichdruck (0Hz) unter den Bedingungen des Druckkammereffektes.

Es ist also ein relativ geringes Problem, einen geschlossenen Lautsprecher in eine Raum z.B. bis 16Hz zu linarisieren. Schon ein 25cm-Tieftöner in einem geschlossenen Gehäuse erzeugt in einem Wohnraum ein recht lautes Subcontra-C. Das macht Freude.

Meine Empfehlung: Hat man einen Baßreflexlautsrpecher, sollte man das Reflexrohr mit einem zusammengerolltem Waschlappen, Küchenrolle oder ähnliches verstopfen. Oft verschwindet dann ein lästiges Dauer-Dröhnen. Jetzt sollte man einmessen (das ist im Raum im Tieftonbereich unabdingbar, da die Räume unterschiedlich groß sind z.B.).
Dafür reicht ein einfacher Behringer-Equalizer für 269 €:
http://www.thomann.de/de/behringer_deq2496_ultracurve_bundle.htm
Man benötigt allerdings einen Vorverstärker und einen Endverstärker, dazwischen kommt der Equalizer. Zu dessen sonstigen Vorteilen (Betriebsschallpegelkurve) schreibe ich bald noch einen Beitrag.

Und schon freut man sich am Subcontra-C (z.B. im Finale der "suite gothique" von Leon Boellmann, gespielt von Peter Hurford). Und es gibt keine Gruppenlaufzeitverzerrungen, die Filtertheorie gilt, der Baß ist nicht verzögert.

Liebe Grüße

Andreas
Apalone
Inventar
#2 erstellt: 07. Dez 2014, 14:16

AH. (Beitrag #1) schrieb:
.....
Meine Empfehlung: Hat man einen Baßreflexlautsrpecher, sollte man das Reflexrohr mit einem zusammengerolltem Waschlappen, Küchenrolle oder ähnliches verstopfen. Oft verschwindet dann ein lästiges Dauer-Dröhnen.....


kann (!!!) was bringen...

OB das was bringt, hängt v den TSP ab! In den meisten Fällen ist das Gehäusevolumen einer BR-Box NICHT für Geschlossen geeignet. Deswegen ist dieser Pauschaltipp mMn in den meisten Fällen sinnlos.

Ob ein 25er das Subcontra-C bringt, hängt ebenfalls von der Grenzfrequenz der Gesamtkonstruktion ab. Es gibt genügend, die kaum 40 Hz erreichen.

Insgesamt eher mau...
AH.
Inventar
#3 erstellt: 07. Dez 2014, 17:33
OB das was bringt, hängt v den TSP ab! In den meisten Fällen ist das Gehäusevolumen einer BR-Box NICHT für Geschlossen geeignet. Deswegen ist dieser Pauschaltipp mMn in den meisten Fällen sinnlos.

Ob ein 25er das Subcontra-C bringt, hängt ebenfalls von der Grenzfrequenz der Gesamtkonstruktion ab. Es gibt genügend, die kaum 40 Hz erreichen.


Hallo,

das muß ich leider korrigieren. Die TSP-Parameter sind einfach vollkommen gleichgültig. Lineare Membranamplitude und Membranfläche bestimmen den abgegebenen Schalldruck, oberhalb der Einbauresonanz, auf der Einbauresonanz und darunter. Das Gehäusevolumen einer Box ist grundsätzlich nicht sooooo wichtig.
Geschlossen auf eine Einbaugüte von 0,707 optimieren nur Ahnungslose. Tut mir leid, das ich das so sagen muß.
Der Antrieb eines Tieftonlautsprechers sollte immer so stark wie möglich sein, dabei gewinnt man immer Kennschalldruckpegel. Die Einbaugüte im Gehäuse sollte nach meiner Erfahrung ungefähr 0,5 betragen, dann hört man kaum oder keine Ausschwing-Artefakte aufgrund von Arbeitspunktverschiebungen des Lautsprechers.
Das Verstopfen der Baßreflexöffnung ist unter diesem Aspekt gar nicht so schlecht, weil das Gehäuse relativ groß und die Einbaugüte daher relativ gering ist.
Den Tiefton-Frequenzgang macht man immer (!) rein elektrisch durch Entzerrung. Das kann weit unter die Einbau-Resonanz reichen. In einem geschickt ausgelegten geschlossen Lautsprecher liegt die Einbau-Resonanz irgendwo mitten im Übertragungsbereich.

Auch ein 13er erzeugt hörbar das Subcontra-C in einem geschlossenen Gehäuse (erprobt!) - nur geht das nicht sehr laut. Die "Grenzfrequenz" ist wirklich vollkommen egal. Die macht man elektrisch mit einem Equalizer und zwar im Raum. Das ist wichtig. Weil sich der Realteil des Strahlungswiderstandes im Tieftonbereich durch die Grenzflächennähe erhöht (und somit der Wirkungsgrad) und weil es durch die Begrenzungsflächen zu einer gleichphasigen Addition des Schalles kommt. Der Raum ist so eine Art Horn für sehr tiefe Frequenzen.

Noch einmal: TSP sind wirklich egal.

Es gibt ja auch den "URPS" (Finn Hoffmann von der Europa GmbH alias "Frogger", wenn sich jemand erinnert), da werden 120 Stück 25er Tieftöner in je ca. 10 Liter Volumen eingebaut und elektronisch entzerrt. Habe ich noch nicht gehört, aber funktioniert sicher. Vom Packmaß/Schalldruck-Verältnis dürfte er optimal sein (für Beschallungszwecke). Braucht aber - wie jeder Subwoofer - strenggenommen einen Digitalcontroller, um die hörbaren Gruppenlaufzeitverzerrungen beim Frequenzübergang bei 100Hz zu linearisieren. Die Trennung muß auch recht steil sein, weil man sonst die Einbauresonanz (geschätzt 150Hz) hören würde.
Hat man keinen Digitalcontroller zur Gruppenlaufzeitlinearisierung, baut man besser ohne Subwoofer.

Im Heim reicht ein mittleres Dreiwegesystem mit einem 25cm-Tieftöner eigentlich aus. Möchte man höhere Pegel im Baß, kann man ja auch zwei 25cm-Tieftöner einbauen.

Liebe Grüße

Andreas
darkraver
Inventar
#4 erstellt: 07. Dez 2014, 17:40

Der Antrieb eines Tieftonlautsprechers sollte immer so stark wie möglich sein


Also desto mehr BL desto besser ?
AH.
Inventar
#5 erstellt: 07. Dez 2014, 20:22
Hallo,

zumindest soviel B wie möglich. Mit der L kenne ich mich nicht gut genug aus, ich bin kein Chassis-Entwickler.
Extra schwach angetriebene extra schwere Tieftöner, die mechanisch eine niedrige Einbauresonanz im geschlossenen Gehäuse erreichen, braucht man wirklich nicht. Dafür gibt es Equalizer.

Liebe Grüße

Andreas
thewas
Hat sich gelöscht
#6 erstellt: 08. Dez 2014, 01:05
Hallo Andreas,
das eine Problem jedoch ist welcher heutige übliche Hifi Lautsprecher hat überhaupt noch einen 25cm TT. Zudem handelt man sich die Vorteile unter dem BR Punkt auch mit Nachteilen um den BR Punkt wo die Membranamplitüde und somit Klirr und Intermodulationsverzerrungen steigen, von daher sollte man abhängig vom Lautsprecher und Hörgewohnheiten entscheiden. In manchen Fällen stelle ich dann oft lieber nahe der Rückwand auf was auch die erste lambda/4 Auslöschung in den Mittenbereich verschiebt wo viele Lautsprecher schon eher bündeln und entzerre elektrisch bis zum BR Punkt, was immer noch weiter Pegel und Klirr verbessert.
Schöne Grüße,
Theo
puffreis
Stammgast
#7 erstellt: 08. Dez 2014, 07:35

AH. (Beitrag #3) schrieb:


Die Trennung muß auch recht steil sein, weil man sonst die Einbauresonanz (geschätzt 150Hz) hören würde.


Würde ich eher weg-equalizen.
Aber spätestens ab 150-200 Hz muss sowieso wieder getrennt werden.
Dürfte dann etwas weniger GLZ bringen.

Ansonsten, schön wieder was von dir zu lesen.
Deine Posts hatten bei mir die kritische Betrachtungsweise geweckt.

thewas
Hat sich gelöscht
#8 erstellt: 08. Dez 2014, 08:03

puffreis (Beitrag #7) schrieb:
Ansonsten, schön wieder was von dir zu lesen.
Deine Posts hatten bei mir die kritische Betrachtungsweise geweckt.

Dem muss ich mir anschließen.
Hier übrigens exemplarisch wie schön gleichmäßig und relativ tief sich eine geschlossene Braun L710 mit 2x 18ern an meinem Hörplatz misst wenn man sie nach der BDA aufstellt (an der Rückwand), weil sie damals sinnvollerweise für übliche Aufstellungen und nicht für beeindruckende Freifeldfrequenzgänge optimiert war:

Braun L710 ohne Korrektur Frequenzgang am Hörplatz

Apalone
Inventar
#9 erstellt: 08. Dez 2014, 10:42

AH. (Beitrag #3) schrieb:
......Lineare Membranamplitude und Membranfläche bestimmen den abgegebenen Schalldruck, oberhalb der Einbauresonanz, auf der Einbauresonanz und darunter. Das Gehäusevolumen einer Box ist grundsätzlich nicht sooooo wichtig. .....Noch einmal: TSP sind wirklich egal. ....


Und die Einbauresonanz wird v den TSP u dem Gehäusevolumen diktiert!

Halte v den Ausführungen eher wenig...
puffreis
Stammgast
#10 erstellt: 08. Dez 2014, 10:57
In Klang+Ton 1/00 gab es einen tollen Artikel von Thomas Bien (heute bei Nubert beschäftigt).
Es wurden zwei Lautsprecher mit verschieden starken Magneten auf gleichen Frequenzgang entzerrt.
Und siehe da, danach konnte man im Blindtest keine Klangunterschiede mehr hören.
Die ursprüngliche Resonanzüberhöhung von 10dB war nicht mehr zu hören!!!

Man muss nicht jede Box nur mechanisch anpassen, im 3.Jahrtausend kann und sollte man auch elektrisch nachhelfen.
Und Verstärker mit mehreren hundert Watt sind keine teure Raritäten mehr.

Einfach ausprobieren.
AH.
Inventar
#11 erstellt: 08. Dez 2014, 11:04
Hallo Apalone,

die Einbauresonanz ist für den Amplitudenfrequenzgang einfach egal, wenn man elektrisch entzerrt. Man kann einen 25er Tieftöner in in ein 10-Liter-Gehäuse einbauen und auf 16Hz linear entzerren, obwohl seine Einbauresonanz vielleicht 150Hz beträgt. Das ist eben der URPS - nur ein Beispiel.
Will man das Verhältnis aus Gehäusevolumen und erzielbarem Tiefton-Schalldruckpegel optimieren, baut man den Lautsprecher in ein so großes geschlossenes Gehäuse, daß am gewünschten unteren Ende des Übertragungsbereiches elektrische und mechanische Belastbarkeit zusammenfallen. So baut man Lautsprecher und nicht mit TSP.
Bei meinen Lautsprechern liegt die Einbauresonanz irgendwo im Übertragungsbereich - interessiert mich einfach nicht. Ich entzerre ja elektrisch.

Würde ich eher weg-equalizen.
Aber spätestens ab 150-200 Hz muss sowieso wieder getrennt werden.


Ob man das weg-equalizin kann, ist so eine Frage. Man muß immer bedenken, daß der dynamische Lautsprecher unter Arbeitspunktverschiebungen leidet (Finn Hoffmann nannte das "Nullagenfindung"). Oft hüpft der Tieftöner sichtbar im Takt z.B. eine Bass Drum. Das ist ein sichtbarer Nullagen-Fehler. Noch 24 Hz kann man nicht mit dem Auge auflösen (Film!).
Hat der Lautsprecher eine Arbeitspunkt-Verschiebung, schwingt er immer auf der Einbauresonanz aus. Und die hat beim URPS eine sehr hohe Güte und ist daher sehr deutlich hörbar. Ein URPS könnte also stets etwas 150Hz-Dröhnen besitzen, trennt man ihn nicht mit hoher Filterordnung bei 100Hz.

Ich habe bei meinen vollaktiven geschlossenen Dreiwegesystemen (wo die Einbauresonanz notwendigerweise mitten im Übertragungsbereich liegt) sehr gute Erfahrungen mit geringen Einbaugüten (um 0,5) gemacht. Wenn der Lautsprecher unter einer Arbeitspunktverschiebung leidet, hört man das Ausschwingen auf der Einbauresonanz nicht oder kaum, weil sie eine so geringe Güte hat.

Liebe Grüße

Andreas
Apalone
Inventar
#12 erstellt: 08. Dez 2014, 13:01

AH. (Beitrag #11) schrieb:
.....So baut man Lautsprecher und nicht mit TSP.
Bei meinen Lautsprechern liegt die Einbauresonanz irgendwo im Übertragungsbereich - interessiert mich einfach nicht. Ich entzerre ja elektrisch. ....


Ob ein derart entzerrter LS jedoch für die Zielfrequenz mechanisch geeignet ist, ist damit aber auch noch nicht gesagt.

Überzeugt mich nicht!
Zweck0r
Moderator
#13 erstellt: 08. Dez 2014, 14:41

AH. (Beitrag #1) schrieb:
Es ist also ein relativ geringes Problem, einen geschlossenen Lautsprecher in eine Raum z.B. bis 16Hz zu linarisieren. Schon ein 25cm-Tieftöner in einem geschlossenen Gehäuse erzeugt in einem Wohnraum ein recht lautes Subcontra-C. Das macht Freude.


Gibt es von Gehör zu Gehör Unterschiede bei der unteren Grenzfrequenz ? Ich habe nämlich (auch bei Kopfhörern und CB) den Eindruck, dass meins zwischen 30 und 20 Hz recht steilflankig dichtmacht.

Eine bis 20 Hz entzerrte CB mit 38er-Chassis habe ich verworfen, weil trotz mehrerer mm Hub und einem 100-Watt-Verstärker an der Clippinggrenze erschreckend wenig von den 20 Hz zu hören war.
AH.
Inventar
#14 erstellt: 08. Dez 2014, 15:17
Hallo,

Apalone, Du hast Recht. Wie ich schon sagte, legt man so aus, daß bei der gewünschten unteren Grenzfrequenz die mechanische Voll-Aussteuerung bei der möglichen elektrischen Belastung erreicht wird.
Der URPS ist aber noch anders. Es handelt sich um ein Großarray aus wohl 120 Stück 25cm-Tieftönern (er brauchte auch einen extra stabilen 25er von Isophon, in Gefechtsfeldsimulatoren der Bundeswehr werden laut Finn Hoffmann sogar nur 130mm Tieftöner eingesetzt).
Durch das Großarray steigt der Realteil des Strahlungswiderstandes sehr an (ist im Tieftonbereich normalerweise sehr gering), was den Wirkungsgrad sehr erhöht. Finn Hoffmann nannte das System nicht umsonst "Strahlungswiderstands-Monster".

Hallo Zweckor,

Ich höre 16Hz problemlos und weiß nicht, wie Du hörst.

Liebe Grüße

Andreas
thewas
Hat sich gelöscht
#15 erstellt: 08. Dez 2014, 16:06
Es ist auch unwichtig ob man 16 Hz mehr spürt oder hört, eher wichtig ist ob die gehörte Musik oft solche tiefe Anteile hat (z.B. bei Klassik eher als bei Pop/Rock) auch der Einfluss von ganz tiefen Frequenzen wird teilweise überschätzt wie sogar ehrlicherweise der Ersteller dieses genialen Heimkinos schreibt das sogar linear runter auf 3 Hz! geht. http://www.hifi-foru...6656&back=&sort=&z=1


[Beitrag von thewas am 08. Dez 2014, 16:06 bearbeitet]
Mwf
Inventar
#16 erstellt: 09. Dez 2014, 00:04
Hi,
AH. (Beitrag #14) schrieb:
...Ich höre 16Hz problemlos...

evtl. durch deutlich leichter hör- u. reproduzierbare Oberwellen bei 32 u. 48 Hz ?

lG,
Michael
darkraver
Inventar
#17 erstellt: 09. Dez 2014, 06:45
BL factor:

The BL factor (drive factor), given in Tm (tesla-metres), gives the strength of the motor structure applied to the voice coil. A high drive factor is a precondition for high sensitivity and, at the same time, damps the speaker's self-resonance. If the BL factor is too high, however, bass reproduction will be poor. Where it is too high, the self-resonance will be exaggerated and the pulse response will be poor at low frequencies.
Mwf
Inventar
#18 erstellt: 09. Dez 2014, 12:17
b.t.w.:

Es ist nicht der B x l -Faktor (*) allein, sondern

(B x l) ins Quadrat, geteilt durch Re

bzw.
(B x l) / Wurzel aus Re (**)

das Maß für die Antriebsstärke.
Wem das unklar ist sollte sich mit Datensätzen von Treibern mit Doppelspule befassen, speziell dem Vergleich Reihen- zu Parallelschaltung..
ansonsten:
http://www.hifi-foru...6120&back=&sort=&z=1

-------------------
(*) = mit den Größen "Kraft pro Strom"

(**) = mit den Größen "Kraft pro (Wurzel aus Leistung)",
von A.N. Thiele als Fme = "Force conversion factor, magnetoelectrical" bezeichnet

------------------
ENDE OT., sorry


[Beitrag von Mwf am 11. Dez 2014, 09:44 bearbeitet]
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