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Prinzipielles zum LS-Gehäuse

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    Prinzipielles zum LS-Gehäuse

    Nachdem wir ja bereits über die Probleme der Gehäuseresonaz sprachen, schauen wir uns jetzt mal die Gehäuse in ihren Bauformen an.


    Warum überhaupt ein LS-Gehäuse?
    Erzeugt der übliche Kolbenlautsprecher den Schall, passiert es, dass tieffrequente Schwingungen sich kugelförmig ausbreiten und so auf der Rückseite des Chassis einen akustischen Kurzschluss erzeugen. Das hat zur Folge, dass sich Bässe quasi selbst auslöschen. Um den Kurzschluss zu verhindern, muss dass Chassis auf eine „Wand“ geschraubt werden, die so groß ist, dass die kugelförmige Welle praktisch nicht hinter das Chassis gelangen kann. Je größer diese Wand ist, desto länger muss die Basswelle sein, um dahinter zu kommen. Daher auch der Begriff der unendlichen Schallwand, den vielleicht einige schon mal gehört haben. Das ist jetzt alles sehr einfach ausgedrückt, die Wahrheit ist viel komplexer und kann in äußerst verwirrenden Formeln sogar berechnet werden.

    Natürlich ist eine große Schallwand im Wohnbereich mehr als unpraktisch, also wird die Wand so „gefaltet“, dass der Schall nicht nach hinten „rankommt“. Es entsteht durch die Faltung der Wand die „LS-Box“, die sogar dazu genutzt werden kann, den Bass zu verstärken.

    Würde dann eine Box nur für den Bass nicht ausreichen?
    Jain! Was den akustischen Kurzschluss betrifft ja. Aber wie wir wissen strahlt ja ein LS-Chassis auch nach hinten ab. Es entsteht also ein LS-Dipol. Die nach hinten abgestrahlten Wellen werden also früher oder später von einer Rückwand in den Raum reflektiert und sind somit für das Gesamtergebnis von entscheidendem Ausmaß. In die meisten Wohnräumen lassen sich Dipole nur schwer perfekt aufstellen.

    Eine LS-Box hat also erst einmal sehr viele Vorteile. Aber, alte Fotoweisheit: Wo viel Licht ist, ist auch viel Schatten. Im Innern des Gehäuse entstehen durch die Reflexionen an den Wänden des nach innen abgestrahlten Schalls sogenannte „stehende Wellen“, die sich nachteilig auf das Klanggeschehen auswirken. Durch bestimmte Gehäuseformen und Materialien zur Innenbedämpfung versuchen die Konstrukteure dieses Problemfeld zu minimieren. Dazu werden z. B. „runde Rücken“ im Gehäuse verwendet, siehe z. B. Piega und B&W. Pyramidenförmige Gehäuse sind ebenfalls recht häufig vertreten. Sinn und Zweck ist es einfach so wenig wie möglich parallele Wände zu erhalten, obwohl natürlich die Schallwelle auch an schrägen Wänden reflektiert wird. Aber eben nicht so extrem beeinflussend.

    Ebenfalls neigt eine Kiste zu klangverfälschenden Eigenresonanzen durch die verwendeten Materialien, siehe hierzu den Thread:


    Weiterhin entstehen an den äußeren Gehäusekanten Beugungen und andere Beeinflussungen der Schallführung/-ausbreitung, die eine riesige Auswirkung auf die Abbildungsleistung haben. Grundsätzlich sollte die vordere Fläche des Gehäuses (die Schallwand) so klein wie möglich sein, um ein gutes Abtrahlverhalten zu erzielen, andererseits passt dann natürlich wieder kein großes Basschassis auf die Schallwand.

    Neben den grundsätzlichen, oben beschriebenen, Gründen für ein LS-Gehäuse, nutzt der Konstrukteur die verschiedenen Eigenschaften von unterschiedlichen Prinzipien für seine Zwecke. Mir kommt es bei der folgenden Betrachtung nicht so sehr auf klangliche Details an, sondern einzig allein um die Funktionsweise und deren prinzipiellen Eigenschaften. Alle Bauformen haben ihre Vor- und Nachteile, die der Konstrukteur in der Entwicklung priorisiert. Seltene Sonderformen, wie zum Beispiel Push-Pull oder Bandpass, habe ich weggelassen, da sonst der Rahmen gesprengt wird. Hier muss ich auf googelnde Eigeninitiative hoffen.


    Die geschlossene Box
    Die simpelste Form des Gehäuses. Das eingeschlossene Luftvolumen wirkt wie eine zusätzliche Federkraft auf das LS-Chassis und lässt den Tieftöner wieder schneller „in die Nulllage schießen“. Allerdings muss natürlich das Chassis bei der Bewegung nach außen gegen einen entstehenden Unterdruck im Gehäuse ankämpfen, beim Einschwingen gegen das Luftpolster arbeiten. Die „Luftfeder“ muss also auch jedes Mal wieder „gespannt“ werden, was zu Lasten des Wirkungsgrades geht.


    Die Transmissionline
    Bei ihr nutzt man aus, dass der rückwärtig abgestrahlte Schall des Chassis durch eine so lange Röhre geht, dass kein akustischer Kurzschluss mehr erfolgen kann. Vorteil ist, dass das LS-Chassis nicht gegen ein Luftpolster wie in der geschlossenen Box arbeiten muss. Sie arbeitet ebenfalls als Resonator, durchaus vergleichbar mit der Pfeife der Kirchenorgel. Die Länge der Röhre ergibt sich aus der Viertellänge der Resonanzfrequenz, was also sehr lang sein kann. Durch entsprechende Bedämpfung kann der Schall in der Röhre verlangsamt werden, was eine etwas kürzere Bauform der Röhre zulässt. Da die Röhre aber trotzdem noch sehr lang sein muss, wurde diese gefaltet. An den „Knickpunkten“ der Röhre entstanden oftmals hässliche Nebengeräusche. Weiterhin muss der Querschnitt der Röhre am Anfang so groß wie die Membran sein, zum Ende kann sie sich etwas verkleinern. TML sind aber in jedem Fall groß. Die Länge der TML relativ einfach zu berechnen, allerdings ist bei der Abstimmarbeit sehr viel Fingerspitzengefühl, Erfahrung und Hörvermögen erforderlich. Denn im Gegensatz zur Orgelpfeife, die nur einen Ton perfekt wiedergeben muss, arbeitet natürlich die TML in einem LS wesentlich breitbandiger, was viele Kompromisse beinhaltet. In den 80ern sehr oft anzutreffen, siehe z. B die Quadral Titan, heute eher die Ausnahme.


    Die Bassreflexbox
    Dieses Gehäuse funktioniert nach dem Prinzip des Helmholtzresonators. Die eingeschlossene Luft im Gehäuse hat eine vom Volumen abhängige Federsteifigkeit. Die Abstimmung des Resonators erfolgt durch diese Federsteifigkeit und der angehängten „Masse“, die sich im Reflexrohr „befindet“. Die Resonanzfrequenz ist nur durch die Dimension des Rohres und des Luftvolumens des Gehäuses bestimmt. Angeregt wird die Resonanz im Innern natürlich durch das LS-Chassis. Durch komplexe zeitliche Abläufe kommt es nicht zu einem akustischen Kurzschluss durch die Röhre, sondern es erfolgt im Bereich der Resonanzfrequenz eine Addition der Welle mit der Membranvorderseite. Der Bass wird also im Bereich der Resnanzfrequenz lauter. Die Konstrukteure nutzen das meistens, um etwas kleinere Gehäuse zu realisieren.

    Auf Grund der Parameter ist es vom Prinzip her unwichtig, ob ein Reflexrohr eckig, rund oder oval ist. Allerdings neigt das Reflexrohr dazu Strömungsgeräusche zu verursachen. Da aber Strömungsgeräusche gleichzeitig auch einen Verlust des Wirkungsgrades nach sich ziehen, sind die Entwickler bemüht in diesem Bereich zu verbessern. Das geht von der Golfballstruktur der Kanaloberfläche bis hin zu bestimmten geometrischen Formen. Auch möglich, dass die Öffnung des Reflexrohres durch eine/mehrere Membran/en verschlossen wird (siehe z. B. C40)


    Das Basshorn
    Die wohl exotischste Bauform. Geboren aus der Not an Verstärkerleistung in der Anfangsphase der Musikwiedergabe. Den Effekt kennt jeder. Formt mal mit beiden Händen einen Trichter, haltet ihn vor den Mund und sprecht. Euer Partner wird sofort eine deutliche Erhöhung der Lautstärke feststellen. Technisch wird von einer effektiveren Ankopplung der Luft an die Membran gesprochen. Durch die immer größer werdende Fläche der Trichterform erhöht sich gleichzeitig die effektiv abstrahlende Fläche. Ab und zu findet man auch die Umschreibung, dass eine Transformierung des Strahlungswiderstandes stattfindet.

    Während bei Hoch- und Mitteltöner die Hörner noch durchaus im Wohnraum untergebracht werden können, sieht die Sache bei Basshörnern schon anders aus. Auf Grund der Wellenlänge der Bassfrequenz müssen auch die Hörner entsprechend groß sein. Einige Konstrukteure falteten dazu die Trichter oder nutzten die Wände als Hornverlängerung. Die bekanntesten Vertreter sind sicherlich die Klipschhörner und einige JBL. Hörner zeichnen sich in der Regel durch einen aberwitzigen Wirkungsgrad aus. Dadurch reichen entweder ganz kleine Verstärkerleistungen aus, um sehr hohe Pegel zu erreichen. Oder aber bei leiser Darbietung sind es nur minimalste Membranauslenkungen bei unerreichtem Dynamikverhalten. Durch die extreme Schallbündelung wird aber auch erreicht, dass Raumeinflüsse etwas stärker ausgeblendet werden können. Dafür sind aber große Hörabstände erforderlich. Tendenziell sagt man Hörnern auch eine gewisse Neigung zum „Tröten“ nach.


    In allen genannten Fällen müssen Gehäusevolumen/-prinzip-/bedämpfung und das LS-Chassis aufeinander abgestimmt sein, was fast immer weitere Kompromisse nach sich zieht. Nach Abwägung aller Vor- und Nachteile sind die geschlossene Box und die Bassreflexbox für die meisten Konstrukteure, Wohnraumverhältnisse und Nutzer der beste Kompromiss.
    Zuletzt geändert von nk; 01.12.2009, 13:05.
    Norbert,
    der NUR den eigenen Ohren vertraut

    #2
    Ja, so'n Horn, das ist doch noch ein richtiger Männerlautsprecher.
    Ich glaube, beim Klipschorn wird sogar der Raum als Hornverlängerung genutzt. Wenn ich mal was selber bauen sollte, dann wird das ganz sicher ein Horn werden.

    Gruss

    Rolf
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      #3
      Original von Norbert

      Weiterhin entstehen an den äußeren Gehäusekanten Beugungen und andere Beeinflussungen der Schallführung/-ausbreitung, die eine riesige Auswirkung auf die Abbildungsleistung haben.
      Hallo Norbert

      Genau das habe ich mich schon etwa gefragt, wenn ich den Koax von Piega angschaut habe. Die Folien sind hier ja recht deutlich in einer Blende eingesetzt, an deren Rändern sich die Schallwellen beugen müssten. Ich denke da vor allem an die kurzen Hochtonwellen. Habe dazu ein Bild eingestellt und nachträglich festgestellt, dass dies beim Avatar von Kurt (kds) noch besser zu erkennen ist.

      Gruss

      Rolf

      PS: Mit dem Firefox läuft das Schreiben jetzt klar besser, Ich fliege im Moment nicht mehr raus. Beim Hochladen der Bilder ist mir etwas aufgefallen, werde aber mit diesem OffTopic nicht diesen Thread verhunzen. Die Frage steht im Kapitel Vorschläge.
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      Zuletzt geändert von Samba; 05.11.2006, 13:20.

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        #4
        Hallo Rolf,

        ich bin zwar neugierig und in meiner Werstatt habe ich einen Schraubendreher und Trennscheibe, aber den Koax zu zerlegen traue ich mich dann doch nicht

        Schaut man sich das grundsätzliche Arbeitsprinzip des isodynamischen Flächenstrahlers an, sind auf der Vorder- und Rückseite der Membran "Magnetstäbe". Ich gehe jetzt einfach mal davon aus, dass hinter den Stegen der Frontplatte Magnete sind. Dann wären diese Stege natürlich Teil des Systems, auf die man dann sowieso nicht verzichten kann. Bin da aber nicht 100% sicher.
        Möglich ist auch, dass diese Stege einfach nur dem Schutz dienen. Denn die Folie ist natürlich extrem empfindlich. Also auch nie probieren mit einem Pinsel dort den Staub zu wischen.

        Wir müssen uns also gedulden, bis Kurt hier vielleicht wieder etwas aus seiner Hexenküche schreibt und ob diese Stege die Abstrahlcharakteristik (positiv oder negativ) verändern. Aber wir sollten nicht sauer sein, wenn er mal nicht antwortet, schließlich muss er auch noch LS bauen
        Norbert,
        der NUR den eigenen Ohren vertraut

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          #5
          Ach ja, zum Horn.

          Ich glaube, dass Hörner in Anbetracht der leistungsfähigen Elektronik im Heimbereich eigentlich kaum noch erforderlich sind. Im Bühnebereich ist das sicherlich etwas anders.

          Die Nachteile, insbesondere die enorme Größe im Bass und der erforderliche Hörabstände, sind einfach zu groß. Die Verfärbungen, die von Hörnern ausgehen, können schon Einschränkungen bei der Musikauswahl nach sich ziehen. Eine Geige und ein Horn-LS ist mit Sicherheit nicht das Traumpaar. Man hat immer wieder probiert, diese "Trötneigung" durch clevere Hornkonstruktionen (z. B. Kugelwellenhörner) und CAD-Simulationen zu minimieren. In der Tat können heute Hörner verhältnismäßig "trötfrei" spielen, aber ihre Veranlagung bleibt. Das sie aber auch einem überzeugten Folienfan gelegentlich Spaß bereiten können....
          Norbert,
          der NUR den eigenen Ohren vertraut

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            #6
            Bevor jetzt da einer zu Flex und Handgranate greift:

            Beim Koax sind auch hinter der Folie Magnete. Eigentlich VOR ALLEM hinter der Folie. Die Neodymium-Stäbe vor dem Mitteltöner dienen dazu, das Magnetfeld zu fokussieren und bieten einen gewissen Berührungsschutz vor ungeschickten und neugierigen Fingern. Akustisch sind die Stäbe für den Mitteltöner (Frequenzen bis < 5000Hz) nicht existent. Das heisst ich messe keine Differenz im Amplitudengang, ob mit oder ohne.

            Die Folie des Hochtöners macht maximale Amplituden im zehntel Millimeter Bereich. Deshalb ist es da nicht nötig, das Feld auf die Folien-Normale Null zu fokussieren. Die Stäbe wären da sehr wohl zu messen. Da sie aber nicht da sind..... Die vorgelagerte Luft ist eigentlich ein direkter Koppler von Hochton-Folienfläche und Hörraum. Sie bewirkt (abgesehen von einem ganz kleinen Bisschen Masse) ein praktisch reflexionsfreies Abstrahlen des Hochtöners.

            Grüsse
            Kurt

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              #7
              Original von Norbert

              Ich glaube, dass Hörner in Anbetracht der leistungsfähigen Elektronik im Heimbereich eigentlich kaum noch erforderlich sind.
              Hallo Norbert

              Hast schon recht, nur gibt's da noch ein paar 6-Watt Röhrchen mit traumhaftem Klang. Doch, was nützt's, wenn die LS dahinter verfärben. Würde sowas auch nie käuflich erwerben. Aber wenn mal Selbstbau, das könnte mich schon reizen mit all diesen internen Gängen und Verstrebungen.

              Gruss Rolf
              Zuletzt geändert von Samba; 05.11.2006, 21:13.

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                #8
                Hallo Kurt

                Ich glaube, das mit dem Hochtöner hab ich ansatzweise verstanden, hoffe ich.

                Die Hochtonwelle wird also ohne an den Seitenbegrenzungen anzustossen auf die vordere Ebene der Abdeckplatte transportiert (Luftkissen als Koppler) und erst ab hier gestreut?

                Gruss

                Rolf

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                  #9
                  Hallo Rolf

                  Es gibt ja das Spiel mit den fünf Stahlkugeln die an dünnen Schnüren aufgehängt sind. Hebst Du die hinterste an und lässt sie auf die zweite prallen, springt lediglich die vorderste auf.

                  In etwa so kannst Du Dir das mit der vorgelagerten Luft bei den HT-Membran vorstellen.

                  Gruss
                  Kurt

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                    #10
                    Hallo Kurt, sehr schönes Beispiel.

                    Ist jetzt wirklich reine Neugierde und tatsächlich nur zum Verstehen des Prinzips.

                    Wie "weit" reicht denn die "Ankopplung". Oder anders gefragt, würde denn die Ankopplung zur "Außenluft" auch noch vorhanden sein, wenn der "Kanal" zwischen den Stegen deutlich länger wäre.

                    Gibt's da einen Zusammenhang mit der Wellenlänge oder gibt's Probleme im Timingverhalten?

                    Denn bei dem Stahlkugelbeispiel ist es ja egal, ab da fünf oder fünfzehn Kugeln hängen. Sobald die erste Kugel auf die Reihe aufschlägt, fliegt die letzte Kugel weg.
                    Norbert,
                    der NUR den eigenen Ohren vertraut

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                      #11
                      Luft ist ja ein kompressibles Medium. Allerdings nicht linear zur Frequenz. Das heisst, die Luft wird zu hohen Frequenzen "härter". Das würde also auch noch bei ein paar Zentimetern funktionieren, nicht aber bei einigen Metern.

                      Grüsse
                      Kurt

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                        #12
                        Danke
                        Norbert,
                        der NUR den eigenen Ohren vertraut

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