Ist unser Hörvermögen besonders schlecht oder besonders gut?

[Gast]

Hallo Oliver,

Hallo Peter,

Dir war sicherlich klar, daß ich nochmal nachhake ...

Ja...

Ich schrieb:

"Die genaue Form der liegenden Dipol "8" hängt von der Dipol-Pfadlänge d und der
abgestrahlten Wellenlänge ab. Um den Schalldruck nach Betrag und Phase am Ort h
(Hörer) durch Überlagerung zu konstruieren, werden beide Abstände r1 und r2
benötigt. Die Form der Wellenfront weicht also von der Kugelkalotte mit radius r1 ab."

Du schriebst:



Und ich ergänze:

Doch !

Sicher werden da keine "ebenen" Wellenfronten abgestrahlt, sondern
gekrümmte. Doch die genaue Form - des Polardiagramms - hängt von
"d/lambda" ab, dem Verhältnis der Dipol-Pfadlänge zur abgestrahlten Wellenlänge.

Das ist richtig..

Hier wird das grafisch recht anschaulich dargestellt:

http://www.musicanddesign.com/Dipoles_and_open_baffles.html

Man muss zugeben - und das macht reale Dipolstrahler für bestimmte
Anwendungen auch attraktiv - dass das Polardiagramm innerhalb eines
gewissen Frequenzbereichs "sehr ähnlich" bleibt aber frequenzunabhängig
ist es keineswegs (auch nicht bei idealisierten Punktstrahlern im Abstand d).

Eine interessante Erkenntnis steht da noch:
Auch bei Entzerrung eines Dipols auf linearen Achsenfrequenzgang ist gleichzeitiger konstanter Energieverlauf nicht möglich.

Ich bin bezüglich der "1 zu 1" Relation zwischen Polardiagramm
und der Form von Wellenfronten noch nicht überzeugt ...
Wenn Du davon überzeugt bist, dann müsstest theoretisch die Frequenzabhängigkeit
der Form der Wellenfronten beim Dipol zumindest dann anerkennen, wenn Du die
Darstellung von John Kreskovsky für glaubhaft hältst.

Daß sich die Wellenfront +- 90 Grad betrachtet ändert, war klar, aber bei dem Link gibt es genau eine Frequenz (in Bild 3), die eine angenährt ebene Wellenfront in Abstrahlrichtung erzeugt.

Zur möglichen Verwandschaft "Polardiagramm " - "Bild der Wellenfront":
Ein Polardiagramm enthält m.E. keinerlei Phaseninformation, es wird nur der Betrag
des Schalldrucks über dem Winkel aufgetragen.

Eine "Wellenfront" ist aber m.E. eine gedachte Fläche um einen Strahler herum,
in der die Luftteilchen "in Phase" sind (z.B. "maximale positive Druckamplitude").

Wie soll man diese ohne Phaseninformation (und ohne Vorwissen über den
untersuchten Strahler) zeichnen ?

So könnte man natürlich alle Schalldruckmessungen ausser Winkel (und nicht nur bei Dipolen) hinterfragen.
Ich gehe davon aus, daß bei einer Longitudinalwelle die Luftteilchen in Ausbreitungsrichtung schwingen, also auch dort, wo ich außer Winkel messe.

Das Bessel-Array beispielsweise "imitiert" recht gut das Polardiagramm eines
Einzelstrahlers, die Phase schwankt aber periodisch mit dem Winkel.

Genauso wie der Frequenzgang, da gibt es ja bekanntlich einen starren Zusammenhang.

Auch beim Bessel Array gibt es m.E. keinen Grund, das Nahfeldkriterium
- z.B. für eine Messung - aufzuweichen:
"r>h^2/lambda" gilt (wenn schon ...) m.E. für alle Konstruktionen gleichermaßen,
egal wie die Einzelstrahler angesteuert werden. Denn wenn ich das Bündelungsmaß
ermitteln will, muß ich mich im Fernfeld befinden.

Wie so das denn, wenn das Ziel des Bessel-Arrays eine angenährt gleichartige Abstrahlung horizontal wie vertikal ist, wird doch in beiden Ebenen resultierend eine ähnlich gekrümmte Wellenfront erzeugt, die mit 6 dB pro Entferungsverdoppelung im Pegel abfällt.


Gruß
Peter Krips

[Gast]

Hallo Olier,

wer sich auf der Seite von John Kreskovsky

http://www.musicanddesign.com/Dipole...n_baffles.html , hier: Figur 3

mal umgesehen hat, wird die Polardiagramme gesehen haben, welche das
Rundstrahlverhalten eines Dipols für verschiedene Wellenlängen zeigen, genauer:

Die Polardiagramme für verschiedene Verhältnisse "d/lambda" also
"Dipol-Pfadlänge durch abgestrahlte Wellenlänge".

Die typische "Dipol-8" wird nur aufrecht erhalten, solange der Abstand
der beiden als punktförmig gedachten Einzelstrahler nullter Ordnung
etwa ein Drittel der abgestrahlten Wellenlänge nicht überschreitet.

Das rot markierte Polardiagramm für d/lambda=0.66 zeigt bereits eine
deutliche Deformation des Polardiagramms, geht man mit der Frequenz noch höher
(kleinere Wellenlänge in Relation zum Strahlerabstand), dann beginnen sich
seitliche Strahlungskeulen auszubilden und die Abstrahlung auf Achse nimmt
ab.

Das rot markierte (und nahe der Achse "eingeebnete") Polardiagramm für
d/lambda=0.66 bedeutet aber nicht, daß eine relativ "ebene" Wellenfront
für Winkel nahe der Achse entsteht.

In der Realität muß man ja auch noch berücksichtigen, daß reale Treiber auch irgendwann mal bündeln....

Ich versuche mal - ganz egoistisch - aus meiner Sicht ein wenig Ordnung in
die Gedanken zu bringen und spreche vorsichtshalber nur von
Fernfeldbedingungen, bei denen "r>h^2/lambda" erfüllt ist.

Zur Form von Wellenfronten und deren Bezug zum Polardiagramm:
-------------------------------------------------------------------------

Die Form von "Wellenfronten" d.h. deren Verlauf im Raum, Krümmung usw. hat mit
der Form eines Polardiagramms, sei dies gemessen oder konstruiert erstmal wenig
zu tun.

Die "Wellenfronten" haben bei sinusförmiger Anregung der Schallquelle mit einer
einzelnen Frequenz im Fernfeld den Krümmungsradius r (= Mess-/Hörabstand), denn
die Schallquelle kann als punktförmig angesehen werden.

Der Begriff "Fernfeld" ist also eine Konstruktion, welche es ermöglicht, von der Komplexität
zusammengesetzter Schallquellen hinsichtlich ihres Abstrahlverhaltens zumindest teilweise
abzusehen:

Bei hinreichender Entfernung befinden sich die Wellenfronten auf einer Kugeloberfläche,
was jedoch nicht heißt

- daß die Wellenfronten die gesamte Kugeloberfläche im Hinblick auf die Schalldruckamplitude
gleichmäßig ausfüllen müssen

Soweit keine Einwände.
Amerken möchte ich, daß man bei üblichen Messentfernungen >= 1 m bei üblichen Lautsprechern somit schon gut im "Fernfeld" st.

daß die Phase über die gesamte Kugeloberfläche im Abstand r nicht wechseln könnte,
denn es kann mehrere "Frontensysteme" geben (Abstrahlkeulen), welche im Abstand
r jeweils andere Phase aufweisen.

Spielt die Phase da wirklich eine Rolle, ich denke mal eher nicht, sonst würde man das bei Abstrahl oder Polardiagrammen ja berücksichtigen, macht aber Niemand.

In unmittelbarer Nähe eines Strahlers gilt "Krümmungsradius r der Wellenfronten gleich
Messabstand" nur für solche Strahler, deren Ausdehnung klein gegen die Wellenlänge ist.

Anders gesagt: Ein gedachter punktförmiger Strahler (ohne Ausdehnung) hat kein Nahfeld
und somit auch keinen Nahfeld- Fernfeld Übergang.

keine Einwände...

Die "Wellenfront" ist nun bei 3-dimensionaler Wellenausbreitung eine gedachte Fläche,
welche all jene schwingenden Teilchen des Mediums miteinander verbindet, die miteinander
"in Phase" sind, also z.B. "gemeinsam nach der Laufzeit t ein Maximum der Schalldruckamplitude
durchlaufen", hierzu u.a. noch ein Bild:

http://de.wikipedia.org/wiki/Wellenfront

Als zweiter Satz steht da:
"Für periodische Wellen besitzen alle Punkte der Wellenfront die gleiche Phase"
Von der Form der Wellenfront steht da nix.

Um die Krümmung der von einem Strahler ausgehenden Wellenfront zu bestimmen, braucht es
also kein Polardiagramm: Befindet man sich im Fernfeld, dann ist der Krümmungsradius
gleich dem Mess- oder Hörabstand r zur Schallquelle.

Soweit klar, nur was bringt uns das nun für Lautsprecherbetrachtungen ?
Klar ist wohl auch bisher schon, daß gerade bei horizontal und/oder vertikal große Flächenstrahler wie Elektrostaten oder Magnetostaten.das Fernfeld in deutlich größerem Abstand liegt.
Zusätzlich gibt es im Nahbereich ja auch noch Messfehler durch unterschiedliche Laufzeiten Mikrofon und diversen unterschiedlich weit vom Mikrofon befindlichen Flächenelementen.

Zum Rest melde ich mich morgen...

Gruß
Peter Krips

[Gast]

Hallo Oliver,

Das Polardiagramm sagt uns nur die Schalldruckamplitude in Abhängigkeit vom Winkel.
Krümmt sich das Polardiagramm für einen bestimmten Winkel stark nach innen hin zur 0 dB
Marke im Zentrum des Polarkoordinatensystems, so heißt das lediglich, daß die abgestrahlte
Wellenfront für die betrachtete Frequenz bei diesem Winkel schwächer wird ( ...in Analogie zu
Oberflächenwellen in Wasser gesprochen quasi "flacher").

Die Krümmung der Kurve eines Polardiagramms sagt aber nichts über eine Krümmung der
Wellenfronten aus:

Doch, mal ein einfaches Beispiel:
Ein Strahler "macht" auf Achse 100 dB
15 Grad ausser Achse 94 dB, dann findet man 100 dB in 0,5 m Messentfernung
30 Grad ausser Achse 88 dB, dann findet man 100 dB in 0,25 m Messentfernung

Wenn man sich das mal aufmalt und die Winkel dazwischen misst oder Pi mal Daumen interpoliert, dann stellt man leicht fest, daß diese 100 dB-Wellenfront stärker gekrümmt ist als r (des Messabstandes, hier 1 m)

Diese Krümmung wäre m.E. unter eindeutigen Fernfeldbedingungen ohnehin immer
"ungefähr gleich" r.

Jo

Gruß
Peter Krips

[Gast]

Hallo Oliver,

Hallo ...

Dies halte ich für einen wichtigen Punkt:

- Welchen Wert haben Messungen des Schalldruckfrequenzgangs an einem bestimmten Punkt im Raum, wenn ich mich nicht eindeutig im Fernfeld befinde ?

aber auch

- Wie aussagefähig ist ein Polardiagramm für Frequenzen, bei denen ich mich nicht eindeutig im Fernfeld befinde ?

Gute Fragen...
In so einer Situation wird man wohl a) in jeder Messentfernung einen anderen Frequenzverlauf messen und b) auf jeweils ein anderes Polardiagramm erhalten.

Wird schwierig irgendwann mal die Kurve zum Thema des Threads wieder zu kriegen ...
aber diese Nahfeld/Fernfeld Geschichte, das Rundstrahlverhalten und die Lautsprecher-Raum
Interaktion sind wohl Dinge, mit denen man sich befassen muss, wenn man einigermaßen stabile Zusammenhänge zwischen Messgrößen und Höreindrücken herstellen will.

Für einige Lautsprecherbauformen, bei denen der Hörer (für höhere Frequenzen) im Nahfeld sitzt, scheint das zumindest nicht ganz so einfach zu sein.

Bestimmte "Richtcharakteristiken"* lassen sich aber nur als "Nahfeldeigenschaft" realisieren.

Darf man diese dann überhaupt so nennen oder muss man dann weniger spezifisch von
"Rundstrahlverhalten" sprechen ... ?

Ich befürchte, daß in so einer Situation, insbesondere dann, wenn sich das Fernfeld ausserhalb der Hörraumbegrenzung befände, nicht anderes übrigbleibt, als die entsprechenden Rundstrahlmessungen unter reflexionsfreien Bedingungen in vorgesehener Hörentfernung zu machen.
Dann sollte man anhand der Messungen mit entsprechenden Tools mal das Energieverhalten abschätzen.
Dann könnte aber dummerweise dabei herauskommen, daß bei einem bestimmten Strahler in einem bestimmten Raum sauberer Achsenfrequenzgang UND sauberer Energiefrequenzgang zusammen nicht geht (speziell, wenn es dann auch noch um Dipole geht.)

Vielleicht hatte der Herr Beveridge Recht, indem er Elektrostaten baute, die a) nur den Schall einer Seite nutzte und b) ein Linsensystem vorsetzte, das ein schmale Zylinderwelle erzeugte:

http://www.bevaudio.com/technical_details.html

Weiter unten sieht man eine Prinzipskizze.

Gruß
Peter Krips

[Gast]

Hallo Oliver,

Ich stelle mal ein paar Fragen in den (Hör-) Raum:

Müssen für LS mit "Nahfeldrichtwirkung" andere Messverfahren für
Schalldruckfrequenzgänge und Rundstrahlverhalten angewendet
werden wie z.B.:

- Sehr hohe Winkelauflösung zur Dokumentation des "Rundstrahlverhaltens"

- Mittelwertbildung z.B. auch für kleinere Winkelbereiche "auf Achse"

- Dokumentation der Entfernungsabhängigkeit von Frequenzgängen für
realistische Abhörentfernungen.

... (?)

Ich behaupte mal, Ja, zumindest, wenn man auch Aufschluss über das Abstrahl- und Energieverhalten haben will.
Das Problem der geeigneten Messentfernung stellt sich ja schon bei Kombinationen, die Magnetostaten oder Bändchen, also meist vertikal deutlich ausgedehntere Strahler, verwenden.
Hatten wir in dem Forum ja schon, extreme Nahfeldmessungen sind da jedenfalls nicht tauglich. Das man dann auch die Schallwandeinflüsse nicht korrekt misst, ist dann noch eine andere Sache.

Und noch eine ketzerische Frage:

Welchen Sinn hat der Begriff "Fernfeld" eigentlich, wenn wir uns einem Raum
mit teils bis in den Hochton stark reflektierenden Wänden befinden?

Die bisherigen Betrachtungen gelten ja zunächst für das Freifeldverhalten der ersten Wellenfront.
Wie man das dann in einen bestimmten Raum integrieren kann, ist dann eine andere Baustelle.
Als besonders problematisch habe ich gehörmäßig immer Kombinationen gefunden, die eine Mischung von horizontal/vertikal unterschiedlich abstrahlender/bündelnder Treiber verwendet haben.

Für die meisten unserer realen Lautsprecher (z.B. eine 2-Wege Standbox) mag die
Fernfeldbedingung "r>h^2/lambda" am Hörplatz über den gesamten relevanten
Frequenzbereich erfüllt sein.

Das gilt nicht nur für Zweiweger, sindern auch für x-Weger...

Für die zusammengesetzte Schallquelle aus unserem Lautsprecher und seiner
Spiegelschallquelle "unter" einem (frisch geputzten ...) Kachelfußboden ist sie
es u.U. aber nicht mehr.

Nun landen wir wieder beim eigentlichen Threadthema:
Was macht das Gehör mit solchen Reflexionen ? Eine unverzerrte Wellenfront am Hörplatz ist dennoch unverzichtbar.

Welcher Unterschied ist in einem gedachten schalltoten Raum messtechnisch am
Hörplatz feststellbar zwischen

- einer "real verdoppelten Version" unserer Standbox (als am Boden gespiegelte
Neukonstruktion für die die Fernfeldbedingung nun im Hochton nicht mehr gültig ist)
mit nun 2 Hochtönern in sagen wir 1m Abstand und

- dem Einziehen eines Fußbodens ohne Schallabsorption in den vorher schalltoten Raum
... (?)

Nun Ja, schalltoter Raum ist ja eine unnatürliche Hörsituation, mindestens an die Berücksichtigung der Bodenreflexion ist unser Gehör ohnehin "angepasst", weil wir in der Regel ja ALLE akustischen Informationen mit dieser immer gegenwärtigen Begrenzungsfläche empfangen. Auch seitliche Reflexionen sind weniger störend als vielfach behauptet.

Gruß
Peter Krips

[O.Mertineit]

Hallo Peter,

Eine interessante Erkenntnis steht da noch:
Auch bei Entzerrung eines Dipols auf linearen Achsenfrequenzgang ist gleichzeitiger
konstanter Energieverlauf nicht möglich.

... was so pauschal nicht stimmt: Wenn d/lambda <= 0.25 ist dann ist sehr wohl flacher
Amplitudenfrequenzgang und flacher Energiefrequenzgang möglich.

Bündelung der Treiber selbst unberücksichtigt, ist "Constant Directivity" mit einem
Dipol möglich, solange die Dipol Pfadlänge kleiner als als ein Viertel der abgestrahlten
Wellenlänge ist. Die Treiber selbst müssen dann freilich noch ohne Bündelung arbeiten
können. Mit ein wenig Aufweichen der Bedingung kann man das Ding auch bis zu 1/3
der Wellenlänge noch "annähernd" als CD Quelle betreiben.

Bei geeigneten Treibern ermöglicht das durchaus eine interessante Bandbreite als CD
Quelle.

aus:

http://www.musicanddesign.com/Dipoles_and_open_baffles.html

"One of the common misconceptions about dipoles is that they have
constant directivity thus can be equalized to yield constant power.
As shown in Figure 3, this is strictly true only for frequencies
for which d/w is less than 0.25 and even then there is some minor variation
with frequency."

(Anmerkung: Bloß weil meine Webseite "dipol-audio.de" heißt, bedeutet das übrigens
keinesfalls, dass ich Dipole und offene Schallwände immer und überall für das allein
Seligmachende halte ...)

Für Kardioide gelten ähnliche Einschränkungen für d/lambda, jedoch kann man bei
diesen die "rückwärtige" Schallquelle so geschickt tiefpassfiltern, dass man die
"natürliche Bündelung" des vorderen Treibers nutzt, um die "annähernd CD"
Charakteristik noch etwas zu höheren Frequenzen auszudehnen:

Ein Ausblenden der höheren Frequenzen für die rückwärtige Schallquelle,

welche
- um die Laufzeit der Dipol Pfadlänge verzögert, sowie
- in Antiphase und mit
- angepasstem Pegel
arbeitet,

kann zu einer "Aufweitung" der Abstrahlung genutzt werden, welche mit der Bündelung
der nach vorn abstrahlenden Membran auch bis oberhalb von d/lambda=0.25
ausbalanciert werden kann. Irgendwann ist auch hier natürlich Schluss, und die
Bündelung der vorderen Membran dominiert.

Ein Kardioid ist mit dem Dipol eng verwandt und kann als Überlagerung eines
Dipolstrahlers mit einem Monopol Strahler angesehen werden.

Er ist allerdings auch schwieriger zu realisieren, weil die rückwärtige Schallquelle nach
Betrag und Phase genau abgestimmt werden muss, um eine hohe Rückwärtsdämpfung
über eine große Bandbreite der Kardioid-Charakteristik zu erreichen.

[O.Mertineit]

mal ein einfaches Beispiel:
Ein Strahler "macht" auf Achse 100 dB
15 Grad ausser Achse 94 dB, dann findet man 100 dB in 0,5 m Messentfernung
30 Grad ausser Achse 88 dB, dann findet man 100 dB in 0,25 m Messentfernung

Wenn man sich das mal aufmalt und die Winkel dazwischen misst oder Pi mal Daumen interpoliert, dann stellt man leicht fest, daß diese 100 dB-Wellenfront stärker gekrümmt ist als r (des Messabstandes, hier 1 m)

Du denkst hier m.E. in "Isobaren" eines Intensitäts - oder Schalldruckdiagramms
in der Umgebung eines Strahlers, diese entsprechen dem Polardiagramm tatsächlich.

Die "Wellenfronten" bei sinusförmiger Anregung sind etwas anderes, sie sind durch
Laufzeit und Phase bestimmt. Sie sehen spätestens nach wenigen Wellenlängen
Abstand zum Strahler - auch beim Dipol (d/lambda<0.25) - sehr nach Krümmungsradius
r=Abstand aus.

Im Grunde kann man sagen, dass Du mich davon sogar überzeugt hast ...

Hier ist ein schönes Spielzeug (eine Wellenwanne):

http://www.falstad.com/ripple/

Da kann man z.B. einen Dipol mit d/lambda < 0.25 usw. mal zappeln lassen ...

[Gast]

Hallo Oliver,

Hallo Peter,
... was so pauschal nicht stimmt: Wenn d/lambda <= 0.25 ist dann ist sehr wohl flacher
Amplitudenfrequenzgang und flacher Energiefrequenzgang möglich.

vielleicht habe ich das nicht klar genug gesagt:
Klar kann man das in Teilbereichen hinbekommen, ich meinte aber einen Fullrange-Dipol (Wie große Elektro- oder Magnetostaten), da kann man die Bedingungen nicht über den ganzen Frequenzbereich aufrecht erhalten

aus:

http://www.musicanddesign.com/Dipoles_and_open_baffles.html

"One of the common misconceptions about dipoles is that they have
constant directivity thus can be equalized to yield constant power.
As shown in Figure 3, this is strictly true only for frequencies
for which d/w is less than 0.25 and even then there is some minor variation
with frequency."

Schreibt er da ja auch...

Für Kardioide gelten ähnliche Einschränkungen für d/lambda, jedoch kann man bei
diesen die "rückwärtige" Schallquelle so geschickt tiefpassfiltern, dass man die
"natürliche Bündelung" des vorderen Treibers nutzt, um die "annähernd CD"
Charakteristik noch etwas zu höheren Frequenzen auszudehnen:

Ein Ausblenden der höheren Frequenzen für die rückwärtige Schallquelle,

welche
- um die Laufzeit der Dipol Pfadlänge verzögert, sowie
- in Antiphase und mit
- angepasstem Pegel
arbeitet,

kann zu einer "Aufweitung" der Abstrahlung genutzt werden, welche mit der Bündelung
der nach vorn abstrahlenden Membran auch bis oberhalb von d/lambda=0.25
ausbalanciert werden kann. Irgendwann ist auch hier natürlich Schluss, und die
Bündelung der vorderen Membran dominiert.

Ein Kardioid ist mit dem Dipol eng verwandt und kann als Überlagerung eines
Dipolstrahlers mit einem Monopol Strahler angesehen werden.

Sowohl Dipol als auch Kardioid haben das Problem, daß sie im Freifeld "perfekt" funktionieren, im Raum aber Probleme bekommen, da wellenlängenbedingt dann nahe Reflexionsflächen die Funktion etwas verbiegen.

Gruß
Peter Krips

[Gast]

Hallo Oliver,

Die "Wellenfronten" bei sinusförmiger Anregung sind etwas anderes, sie sind durch
Laufzeit und Phase bestimmt. Sie sehen spätestens nach wenigen Wellenlängen
Abstand zum Strahler - auch beim Dipol (d/lambda<0.25) - sehr nach Krümmungsradius
r=Abstand aus.

Soweit so schön, ich sehe nur das Problem, daß man mit großflächigen Dipolstrahlern (siehe voriges Post) Mühe haben wird, den Fernfeldabstand hinzubekommen. Da befindet man sich im Raum wohl weitestgehend im Nahfeld.

Im Grunde kann man sagen, dass Du mich davon sogar überzeugt hast ...

:M

Hier ist ein schönes Spielzeug (eine Wellenwanne):

http://www.falstad.com/ripple/

Da kann man z.B. einen Dipol mit d/lambda < 0.25 usw. mal zappeln lassen ...

Ich habe es leider mit keinem meiner Browser zum Laufen bekommen (Ich soll immer erst Java aktualisieren)
Ich bediene mich schon länger dieser Wellenwanne hier:

http://www.heise.de/download/wellenwanne-1125895.html

Gruß
Peter Krips

[O.Mertineit]

Hallo Peter,

trotzdem zwecks Klarstellung - auch für eventuelle Mitleser - nochmal nachgefragt ...

mal ein einfaches Beispiel:
Ein Strahler "macht" auf Achse 100 dB
15 Grad ausser Achse 94 dB, dann findet man 100 dB in 0,5 m Messentfernung
30 Grad ausser Achse 88 dB, dann findet man 100 dB in 0,25 m Messentfernung

Wenn man sich das mal aufmalt und die Winkel dazwischen misst oder Pi mal Daumen
interpoliert, dann stellt man leicht fest, daß diese 100 dB-Wellenfront stärker
gekrümmt ist als r (des Messabstandes, hier 1 m)

... sind wir uns denn jetzt einig, daß Du in diesem Zitat eben keine Wellenfronten
beschreibst sondern "Linien gleichen Schallwechseldrucks" ?

(Keine Ahnung ob man dazu wirklich "Isobaren" sagen darf, ich finde es aber ganz griffig,
man sollte es nur nicht mit der Wetterkarte verwechseln, denn da handelt es sich um einen
statischen Luftdruck und nicht um Schallwechseldruck...)

Beides miteinander zu verwechseln

- "Linien gleichen Schallwechseldrucks" und

- Wellenfronten

führt u.a. zu falschen Annahmen darüber, wie Reflexionen im Raum erfolgen und wie eine
Schallquelle mit ihren Spiegelschallquellen im Raum interferiert. Gerade dies ist für mich
ein wichtiger Aspekt (besonders) für (Wohnraum-) Lautsprecher Konzepte (zumindest für
meine eigenen, ich glaube aber nicht, daß ich da ganz und gar allein bin ...).

Eine Krümmung von Wellenfronten "stärker als r" (r=Abstand von der Schallquelle)
wird wohl in der Praxis kaum möglich sein:

Dazu bedürfte es eines anisotropen Mediums (unterschiedliche Schallausbreitungs-
geschwindigkeiten in unterschiedlichen Richtungen). So etwas ließe sich bestenfalls
innerhalb einer enstprechenden akustischen Linse beobachten, welche die wirksame
Schallgeschwindigkeit zu größeren Winkeln außerhalb der Achse herabsetzt
(in der Regel durch Einbau von "Umwegen" für den Schall ...).


In der Praxis haben wir m.E. nur

- Strahler welche Wellenfronten mit Krümmung r=Abstand aussenden können und
zwar sowohl im Nahfeld als auch im Fernfeld, wenn die Strahler klein gegen die
abgestrahlte Wellenlänge sind.

oder

- Strahler welche lediglich im Nahfeld und im Übergang zum Fernfeld
(der sich über einige Wellenlängen erstrecken kann) "eingeebnete" Wellenfronten
mit Krümmung r>Abstand aussenden können. Hierunter fallen bestimmte
Linienstrahler, Großmembranen usw.


Wobei dies alles Idealisierungen sind, denn wenn die betrachteten Membranen
größer als die abgestrahlte Wellenlänge werden, dann schwingen sie in der Praxis
nur noch in Ausnahmefällen phasenkohärent ...

Dicht besetzte Line-Arrays mit hinreichend kleinen und phasenkohärenten
Einzelstrahlern sind dazu in der Lage, Großmembranen von elektrostatischen
Lautsprechern hingegen meist nicht ... Pauschalaussagen sind hier schwierig, denn
im Prinzip unterliegt jede Membranstruktur oberhalb einer individuell-konstruktionsbedingten
Frequenz Partialschwingungen (gleichbedeutend mit Eigenmoden).

Auch Waveguides und Hörner zeigen prinzipiell modales Verhalten, je nach Frequenzbereich
und Konstruktion mal mehr mal weniger.

[O.Mertineit]

Hallo Peter,

Soweit so schön, ich sehe nur das Problem, daß man mit großflächigen Dipolstrahlern
(siehe voriges Post) Mühe haben wird, den Fernfeldabstand hinzubekommen. Da befindet
man sich im Raum wohl weitestgehend im Nahfeld.

da stimme ich grundsätzlich zu aber ich habe eine guten Grund, warum ich
gerne Begriffe wie "Dipolstrahler", "Dipol" aber auch "Kardioid"
(als abstrakte Konzepte) und Bauformbezeichnungen wie
"offene Schallwand", "Elektrostat" oder "Magnetostat" usw. voneinander trenne.

Ein aus zwei gegenphasig betriebenen Strahlern nullter Ordnung
(jeweils idealisierte "atmende Kugeln" ohne Ausdehnung im Abstand d="Dipol Pfadlänge")
zusammengesetzter Dipolstrahler ist für Wellenlängen

- d/lambda < 0.25 eine nahezu ideale "Constant Directivity" Schallquelle d.h.
der Achsenfrequenzgang entspricht hier weitestgehend dem Energiefrequenzgang

und für

- 0.25 < d/lambda <0.66 zumindest frei von Nebenkeulen des Polardiagramms,
auch wenn die "Dipol 8" im obersten Teil des genannten Frequenzbereich bereits
deutlich verformt wird.

Wird eine konkrete Konstruktion oberhalb dieser Grenzen (also oberhalb einer
bestimmten Frequenz) betrieben, dann ist es kein Dipol mehr .

Man macht sich das Leben m.E. leichter und vermeidet unnötig aufreibende
Diskussionen, wenn man Konzepte einerseits und deren technische Ausführung
andererseits voneinander trennt.

Beispiel: Ein Elektrostat mit großer Membran, der nicht über eine wirksame Anpassung
der Abmessungen von angetriebenen Membranteilen an die abzustrahlende Wellenlänge
verfügt (wirksame Membran wird nicht mit steigender Frequenz "geschrumpft"),
wird sich so verhalten (Hörer sitzt für Hochton im Nahfeld, Richtwirkung im Nahfeld,
aber auch wahrscheinlich Partialschwingungen der Membran usw.) wie wir beide
bereits anhand unterschiedlicher Aspekte ausgeführt haben.

Diese hier genannten "nicht idealen Aspekte" liegen jedoch nicht im Prinzip "Dipol" begründet,
sondern darin, dass diese konkrete Konstruktion die für die Bezeichnung "Dipolstrahler"
zwingend einzuhaltenden Betriebsbedingungen nur im Bass- und evt. unteren Mitteltonbereich
einhalten kann.

Man kann m.E. prinzipielle Vor- und Nachteile von Konzepten zunächst getrennt
von Schwierigkeiten der Umsetzung diskutieren.

Monopol- , Dipol- und Kardioidstrahler haben jeweils spezifische Eigenschaften,
die in bestimmten Situatonen als Vor- oder Nachteile gesehen werden können.

Probleme der technischen Ausführung treten dann bei jedem Konzept noch
gesondert hinzu.


Zuerst für den Bassbereich bis in den Mitteltonbereich

( oder raumakustisch gesehen von Frequenzen unterhalb der Schröderfrequenz
eines Hörraums bis in den Transitionsbereich hinein ...)

werde ich meine derzeitige Sicht der Dinge gerne in gesonderten Posts darstellen ...
da brauche ich aber noch Zeit zu.

[O.Mertineit]

Hallo,

Sowohl Dipol als auch Kardioid haben das Problem, daß sie im Freifeld "perfekt"
funktionieren, im Raum aber Probleme bekommen, da wellenlängenbedingt dann nahe
Reflexionsflächen die Funktion etwas verbiegen.

... entschuldige, aber da kann ich für Dipole und Kardioide keine Sonderrolle
gegenüber anderen Strahlertypen wie Monopolen erkennen.

Im Raum und in der Nähe von Grenzflächen wird für alle Strahlertypen deren
"Funktion verbogen".

Die Unterschiede sind dabei gar nicht so groß. Ich habe viel Erfahrung mit
Dipol- und Kardioid Subwoofern welche eine Pfadlänge von <=1m aufweisen
und auf dem Boden stehend betrieben werden oder sogar in einer Raumkante
(am Boden, die Dipol-Achse entlang der längeren Raumachse ausgerichtet).

Ich rede jetzt mal vom modalen Frequenzbereich des Raums unterhalb der
Schröderfrequenz, was bei vielen Wohnräumen so unterhalb von 120Hz sein
dürfte.

Stelle ich eine Dipol-Bassquelle auf den Boden, dann kann man sich den
"Bodeneffekt" ebenso als Spiegelschallquelle verdeutlichen, wie das bei
monopolaren Subwoofern (ausfgeführt als geschlossene oder Bassreflex-Box)
der Fall ist.

Das benötigte Verschiebevolumen für den gleichen Schalldruck halbiert sich
durch den Boden (=Begrenzung der Abstrahlung auf einen Schallfeldhalbraum).
Das ist beim Dipol nicht anders. Gleiches gilt für eine weitere Wand ...

Der Frequenzgang ändert sich abgesehen von der Pegelerhöhung nicht. Meine
Dipol Subwoofer haben aber auch akustisch kleine Strahler, die direkt in
Bodennähe "kleben". Frequenzgang "Verbiegungen" sind daher erst weit außerhalb
des Frequenzbereichs zu erwarten in denen sie betrieben werden.

(Der "Bodenwoofer" ist übrigens auch in der Konstruktion konventioneller monopolarer
Kisten eine Option, wie man den Bassbereich über eine große Bandbreite hinweg
ohne Bodenreflexion gestalten kann ...)

Was man hingegen mit dem Dipol nicht machen kann, das ist ihn in eine Ecke zu stellen:

Da er den Raum nur in Zonen anregen kann, in denen die Raummoden einen deutlichen
Schallschnelle Anteil aufweisen, muss er - in Richtung der Dipolachse gesehen - weit
genug in den Raum hinein gerückt werden "sonst kommt nix mehr raus".

Eine Wand "auf Achse" und in unmittelbarer Nähe stört die Gesamtabstrahlung schon,
aber bereits ab 1m Abstand zu einer Wand auf Achse lässt sich mit einem Dipol- Subwoofer
schon arbeiten, beim Kardioid darf es auch weniger sein, doch dazu später mehr ...

Einen monopolaren Subwoofer direkt in die Ecke zu stellen, ist aber m.E. auch keine
sinnvolle Lösung: Nur das "Schall heraus kommt" sollte ja nicht das alleinige Kriterium sein.
Es kommt unterhalb der Schröderfrequenz auch auf eine möglichst ausgewogene Anregung
von Raummoden an. Hier unterscheiden sich die Strahlertypen in ihren Aufstellungsmöglichkeiten.

[O.Mertineit]

Monopolare Subwoofer: Vor- und Nachteile

Monopolare Subwoofer
-------------------------

Bauformen:"geschlossene Box" oder "Bassreflex Box"

Ich sehe folgende prinzipielle Vorteile:

- Auch unter Freifeldbedingungen ist für den Monopol bei tiefen Frequenzen
der erzielbare Schalldruck für ein gegebenes installiertes Verschiebevolumen am größten.

(Verschiebevolumen = "Maximal zuträglicher Hub der Membranen " X "Membranfläche")

Damit haben die genannten Monopol-Bauformen sicher einen potentiellen ökonomischen Vorteil,
denn verzerrungsarmes Verschiebevolumen kostet Geld. Es ist daher auch kein Wunder, dass diese
Bauart die am meisten verbreitete ist.

- Es ist eine Anregung der "0,0,0" Mode des Raums möglich: Das ist die sog. "Room Pressurization".
Damit kann auch unterhalb der tieffrequentesten Raummode noch Wechseldruck aufgebaut werden:
Die Box arbeitet dann wie eine Pumpe, die den ganzen Raum gleichmäßig unter Druck setzt.

Einschränkung: Je nach Raum ist allerdings zu fragen, ob die Nutzung des "Druckkammer Effekts"
überhaupt wünschenswert ist, denn sie wird nicht von allen Hörern als angenehem empfunden.

Auch das Durchdringen das Schalls in Nachbarräume und -Wohnungen ist hier ebenfalls
recht wahrscheinlich, jeweils in Abhängigkeit von der Bausubstanz.

Für sehr kleine Räume ist eine tiefreichende Basswiedergabe jedoch praktisch nur mit Monopol-
und/oder Kardioid Strahlern möglich.

Beispiel: Für eine untere Grenzfrequenz von ca. 40Hz benötigen Dipol-Strahler eine längere
Raumachse von wenigstens ca. 4m, der Raum muss dann allerdings auch in dieser Richtung angeregt
werden.

Spätestens unterhalb von ca. 16qm Raumgröße werden Dipole daher m.E. unpraktikabel und Monopole
werden zur einzig sinnvollen Lösung.


Ich sehe folgende prinzipielle Nachteile:

- Der Monopol regt den Raum vermehrt in den Druckmaxima von Raummoden an. Daher wird bei Aufstellung
in der Nähe von Wänden und besonders Ecken meist eine ungleichmäßige Anregung von Raummoden
erzielt. ("Dröhnfrequenzen" und "Auslöschungen" sind wahrscheinlich.)

- Um die Anregung von Raummoden auszubalancieren, muss ein Monopol Subwoofer weiträumig
im Raum verschoben werden, bis ein gutes Ergebnis erzielt wird.
Es macht für die Anregung besonders der Raummoden entlang der Quer- Längsachse des Hörraums
keinen Unterschied, wenn man einen Monopol "anders ausrichtet", da er keinerlei Richtwirkung
bezüglich der Modenanregung aufweist.

- Der Monopol Subwoofer bewirkt im Regelfall in konkreten Räumen ein schlechteres Einschwingverhalten
des Lautsprecher-Raum Systems als dies bei Dipolen und Kardioiden der Fall ist.
Die Modulations-Transfer Funktion von Dipolen und Kardioiden ist in jeweils vergleichbaren Räumen
im Bassbereich meist überlegen. Dies liegt an der vermehrten und durch die Aufstellung weniger
leicht steuerbaren Anregung von Moden entlang der Quer- Hochachse des Raums durch den Monopol.

Der Bedarf an raumakustischen Maßnahmen für den Bassbereich ist dadurch oft höher, was bei
gleichem Qualitätsanspruch evt. vorhandene ökonomische Vorteile wieder zunichte machen kann.


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Hier einige Beispielmessungen des Einschwingverhaltens eines konkreten Lautsprecher-Raum
Systems für die Anregung des Raums durch einen Monopol im Vergleich zur Anregung durch
einen Dipol. Der Beitrag stammt von von Elias Pekonen, einem engagierten Selbstbauer:

http://dl.dropboxusercontent.com/u/2400456/html/Elias_Pekonen/Dipole_vs_monopole_bass.html

Es gibt aber noch weit mehr Material in dieser Richtung ...

[O.Mertineit]

Dipol Subwoofer
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Bauformen:

"offene Schallwand", "Ripol" ... oder prinzipiell jede Kombination aus
- vorzugsweise vernünftig konstruierten -
monopolaren Bassquellen mit Abstand d (=Dipol Pfadlänge),
welche gegenphasig betrieben werden.


Ich sehe folgende prinzipielle Vorteile:

- Beim Dipol Subwoofer findet eine verminderte Anregung von Raummoden (Raumresonanzen) entlang der
Quer- und Hochachse des Raums statt, wenn der Dipol mit seiner Haupt-Abstrahlachse parallel zur
längsten Achse des Hörraums ausgerichtet wird.

- Die Anregung der Moden in Quer- und Längsrichtung kann feinfühlig gegeneinander ausbalanciert werden
durch Verdrehen der Dipol-Achse, um eine ausgewogene Anregung von Raummoden zu erreichen.

Diese richtungsgebundene Selektivität in der Anregung von Quer- und Längsmoden ist ein zusätzlicher
Freiheitsgrad, welcher beim monopolaren Subwoofer (geschlossene oder Bassreflex Box) nicht gegeben
ist:

Ausbalancieren von Moden kann nun durch Verdrehen der Ausrichtung erfolgen und zusätzlich
durch Verschieben des Subwoofers, welches trotzdem in der Regel benötigt wird.

- Das Einschwingverhalten des Lautsprecher/Raum Systems (gekennzeichnet durch die Modulations Transfer Funktion)
ist in konkreten Hörräumen meist besser als mit einem Monopol Subwoofer, wenn mit einem geeignet
aufgestellten Dipol angeregt wird.

Dies liegt an der bereits genannten verminderten Anregung von Moden entlang der Hochachse des Raums
und der leichter steuerbaren Anregung von Moden entlang der Querachse des Raums durch den Dipol, welche
vermehrt den mittleren und oberen Bassbereich betreffen. Hier befinden sich auch Oberwellen für den Tiefbass,
welche für die differenzierte Wahrnehmung charakteristischer Einschwingvorgänge
( z.B. gestrichener vs. gezupfter Kontrabass, Kesselpauke ...) wichtig sind.

Der Bedarf an raumakustischen Maßnahmen für den Bassbereich ist dadurch oft geringer, was bei
gleichem Qualitätsanspruch evt. vorhandene höhere Anschaffungskosten eine Dipol-Subwoofers
mehr als wett machen kann.


Ich sehe folgende prinzipielle Nachteile:

- Ein Dipol Subwoofer benötigt bei tiefen Frequenzen ein Mehrfaches des Verschiebevolumens,
welches in einem monopolaren Subwoofer installiert werden müsste, um jeweils gleichen Schalldruck
zu erzielen. Die Bereitstellung von verzerrungsarmem Verschiebevolumen (Membranhub X Membranfläche)
ist ein erheblicher Kostenfaktor.

- Es ist ein Abstand von mindestens 1m zur Frontwand des Raums einzuhalten, denn der Dipol kann
den Raum nur in solchen Zonen anregen, in denen die Raummoden eine deutliche "Schallschnelle"
Komponente aufweisen. Dies ist in Wand- oder Ecknähe typischerweise nicht der Fall, denn dort
herrschen Druckmaxima vor. Ein feinfühliges Variieren des Abstands zur Frontwand wird für eine
ausgewogene Anregung des Raums erforderlich sein.

Es sind jedoch auch Aufstellungen in einer Raumkante der Längsseite des Hörraums bei dafür geeigneten
Subwoofern möglich. Dabei wird davon ausgegangen, das die Hauptabstrahlachse des Dipol Subwoofers
vorwiegend entlang der Längsachse des Raums ausgerichtet ist.

- Es ist deutlich unterhalb der tieffrequentesten Raummode entlang der Längsseite des Hörraums
keine Basswiederabe möglich. Bei einer Raumtiefe von z.B. 5m wird eine Basswiedergabe bis hinunter
zu etwa 30Hz möglich. Eine elektronische Tiefbassanhebung unterhalb der tiefsten Raummode ist
meist nicht sinnvoll, weil dies überproportional Membranhub verursachen würde.

Der Dipol kann also keine Tiefbass-Wiedergabe durch den Druckkammereffekt erzeugen.
In normalen Wohnzimmern liegt die entscheidende Raummode jedoch oft um 35Hz oder tiefer,
so dass hiervon keine ernste Einschränkung der Tiefbasswiedergabe ausgeht.

Auch ist die Nutzung des Druckkammereffekts im Tiefbass durch monopolare Subwoofer nicht nur
mit Vorteilen verbunden (siehe vorigen Post zum Monopol-Subwoofer).
Das mit einem Dipol Woofer oft verbesserte Einschwingverhalten und verminderte Dröhnen mittlerer
Bassfrequenzen im Raum macht den Tiefbass mitsamt seinen Obertönen und rhytmischer Struktur oft
so viel besser erfahrbar, dass hier kein Mangel empfunden wird.


Unabhängig von der Frage "Monopol oder Dipol" ist die Anregung des Raums an mehreren Orten durch mehrere
Lautsprecher im Tiefbass grundsätzlich von Vorteil. Es lässt sich dadurch eine ausgewogenere Anregung von Raummoden
erreichen. Das setzt allerdings voraus, das die Positionen aller Lautsprecher im Hinblick auf die Basswiedergabe optimiert
werden. Mit zwei Subwoofern lässt sich z.B. sehr viel mehr erreichen als mit nur einem.

_________________________

Beispielmessungen zum Einschwingverhalten Monopol vs. Dipol siehe voriger Post:

http://dl.dropboxusercontent.com/u/2...pole_bass.html

[Gast]

Hallo Oliver,
zunächst was grundsätzliches:
Mit dem Threadtitel aht die zwischen und wogende Diskussion nun wirklich nichts mehr zu tun, vielleicht sollte Davis das Dipolthema mal ausschneiden und auslagern....

Hallo Peter,
trotzdem zwecks Klarstellung - auch für eventuelle Mitleser - nochmal nachgefragt ...
... sind wir uns denn jetzt einig, daß Du in diesem Zitat eben keine Wellenfronten
beschreibst sondern "Linien gleichen Schallwechseldrucks" ?
(Keine Ahnung ob man dazu wirklich "Isobaren" sagen darf, ich finde es aber ganz griffig,
man sollte es nur nicht mit der Wetterkarte verwechseln, denn da handelt es sich um einen
statischen Luftdruck und nicht um Schallwechseldruck...)

Nach meinem Verständnis ist das Wesen einer Wellenfront, daß sich die Form durch den Verlauf gleicher Schalldrücke definiert.
Bei einer ebenen Wellenfront sind die Schalldrücke auf einer Geraden gleich, bei einer kugelförmigen Wellenfront eben auf einen Kreisbogen und bei einer stärker gekrümmten Wellenfront halt auf einer anderen Kurve/Keule <r

Beides miteinander zu verwechseln
- "Linien gleichen Schallwechseldrucks" und
- Wellenfronten
führt u.a. zu falschen Annahmen darüber, wie Reflexionen im Raum erfolgen und wie eine
Schallquelle mit ihren Spiegelschallquellen im Raum interferiert.

Wieso ? Aus der Abstrahlung/der Wellenfront kann man doch ermitteln, welcher Pegel in dem für die Reflexion relevanten Winken abgestrahlt wird, und damit kann man dann auch die Auswirkungen/Interferenzen mit dem Direktschall feststellen. Wo ist da das Problem ?

Gerade dies ist für mich
ein wichtiger Aspekt (besonders) für (Wohnraum-) Lautsprecher Konzepte (zumindest für
meine eigenen, ich glaube aber nicht, daß ich da ganz und gar allein bin ...).

Eine Krümmung von Wellenfronten "stärker als r" (r=Abstand von der Schallquelle)
wird wohl in der Praxis kaum möglich sein:

Oh doch, ist regelmäßig im Bündelungsbereich vorhanden, wenn es nur noch um eine schmale Abstrahlkeule geht.

Dazu bedürfte es eines anisotropen Mediums (unterschiedliche Schallausbreitungs-
geschwindigkeiten in unterschiedlichen Richtungen). So etwas ließe sich bestenfalls
innerhalb einer enstprechenden akustischen Linse beobachten, welche die wirksame
Schallgeschwindigkeit zu größeren Winkeln außerhalb der Achse herabsetzt
(in der Regel durch Einbau von "Umwegen" für den Schall ...).

Das ist - mit verlaub - Quark...

In der Praxis haben wir m.E. nur

- Strahler welche Wellenfronten mit Krümmung r=Abstand aussenden können und
zwar sowohl im Nahfeld als auch im Fernfeld, wenn die Strahler klein gegen die
abgestrahlte Wellenlänge sind.

oder

- Strahler welche lediglich im Nahfeld und im Übergang zum Fernfeld
(der sich über einige Wellenlängen erstrecken kann) "eingeebnete" Wellenfronten
mit Krümmung r>Abstand aussenden können. Hierunter fallen bestimmte
Linienstrahler, Großmembranen usw.

Du vergisst dabei, daß in der Realität Treiber auch oberhalb der Bündelungsfrequenz betrieben werden (standardmäßig meistens unvermeidlich HT's), wo es dann aber zu einem Krümmungsradius der Wellenfront <r kommt.

Wobei dies alles Idealisierungen sind, denn wenn die betrachteten Membranen
größer als die abgestrahlte Wellenlänge werden, dann schwingen sie in der Praxis
nur noch in Ausnahmefällen phasenkohärent ...

Das ist die Frage...
Bei eigenen Messungen von BB's war der Phasenverlauf meist "unverdächtig", obwohl klar war, daß die HT-Performance nur noch durch Partialschwingungen gemacht werden konnte bzw. durch zunehmende Abkoppelung durch radiale Membranteile.

Dicht besetzte Line-Arrays mit hinreichend kleinen und phasenkohärenten
Einzelstrahlern sind dazu in der Lage, Großmembranen von elektrostatischen
Lautsprechern hingegen meist nicht ... Pauschalaussagen sind hier schwierig, denn
im Prinzip unterliegt jede Membranstruktur oberhalb einer individuell-konstruktionsbedingten
Frequenz Partialschwingungen (gleichbedeutend mit Eigenmoden).

Auch Waveguides und Hörner zeigen prinzipiell modales Verhalten, je nach Frequenzbereich
und Konstruktion mal mehr mal weniger.

Soweit richtig, wobei in den letzten beiden genannten Fällen durch Kontour und Anpassung des richtigen Treibers das auch weitestgehend vermeidbar ist.

Gruß
Peter Krips