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Grundlagen - Funktion eines Lautsprechers und wie die - Epicenter

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Grundlagen - Funktion eines Lautsprechers und wie die Thiele Small Parameter bestimmt werden können
Wie funktioniert ein Lautsprecher
Der Treiber ( also der "Einzel-Lautsprecher" ) stellt ein schwingfähiges System ( Masse-Feder Pendel ) a
Jedes Masse-Feder
Die Frequenz
PendelDie
dieser
hatResonanzfrequenz
eine
Resonanz
Resonanzfrequenz,
Bei Treibern
wird allein
sinkt
wird
Dies
mit
durch
auf
die
geschieht
steigender
der
Resonanzfrequenz
diesie
Nachgiebigkeit
Dieser
nach
zum
Masse
einen
einer
Strom
und
Anregung
mechanisch,
Die
fließt
als
der
mitDämpfung
fs
Feder
einer
inbezeichnet.
den
ausschwingt.
höheren
und
Verstärker,
also
Güte
wird
diedurch
Dam
Mas
Q
als
Nac
Die Schwingspule
Gleichstromwiderstand
besteht aus
Re auf einenvon
Träger
einigen
gewickelten
Ohm
Mißtaufweist.
man
Draht,
denDieser
der
Widerstand
einen
Impedanzfrequenzgang
eines
Resonanzfrequenz
Treibersein
mitMaxim
weist
einem
fs
Die Nachgiebigkeit
Diesesvon
Luftvolumen
Sicke
Äquivalentvolumen
/ Zentrierspinne
bezeichnet
.
man
( Feder
Vas
als Es
- Cms
bestimmt
), in der
zusammen
Der
dieEinbau
Membran
mit
inDie
ein
fs/ beschriebenen
Schwingspule
und
Gehäuse
Qts inRe,
erhöht
einem
fs,
( Para
Mas
Qm
die
G
Gehäusetypen
Geschlossenes Gehäuse
Der Pegelabfall
Einbauresonanz
beträgt unterhalb
ca. 12
fc der
dB pro Oktave.
Die Basswiedergabe
Einbaugüte
wird durch
Qtc
und diese
fc und
durch
die das Gehäusevolumen und die TSP des Treibers bestimmt.
Qtc = 0.5
: sehr gute Impulswiedergabe, aber schon sehr früh einsetzen der Pegelabfall im Bass
Qtc= 0.71
: gutes Mittelmaß
Qtc > 1
: deutlich schlechtere Impulswiedergabe, Pegelüberhöhung im Bassbereich.
.
Vorteil geschlossener Gehäuse: gute Impulswiedergabe.
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Grundlagen - Funktion eines Lautsprechers und wie die Thiele Small Parameter bestimmt werden können
Nachteile: schlechter Wirkungsgrad und sehr hoher Membranhub im Tiefbassbereich.
Eine tiefe Einbauresonanz und damit eine tiefreichende Basswiedergabe ist nur mit wenigen Trei
Bassreflex Gehäuse
Das Gehäuse ist mit einem oder mehreren Bassreflexkanälen, sogenannten Helmholtzresonatoren vers
Gleichzeitig belastet er bei dieser Frequenz den Treiber und reduziert damit dessen Membranausauslen
Für eine gute Basswiedergabe ist eine genaue Abstimmung von Gehäusevolumen und Helmholtzresona
Zur Berechnung des Volumens müssen die Verluste durch kleine Undichtigkeiten etc. einbezogen werde
.
Vorteile: guter Wirkungsgrad und reduzierter Membranhub im Bassbereich.
.
Nachteile: schlechtere Impulswiedergabe verglichen mit geschlossenen Gehäusen;
hohe Membranauslenkungen unterhalb der Abstimmfrequenz, da dort die Auslenkung
des Treibers nur noch durch seine Aufhängung kontrolliert wird.
Dies kann insbesondere bei kleineren Boxen zum Problem werden.
Bandpass Gehäuse
Setzt man vorAbstimmfrequenz
ein geschlossenes
auftritt fb
(ca.
Gehäuse
12 dBein
proBassreflex
Oktave). Gehäuse, so entsteht ein Bandpass Gehäu
Beim klassischen Bandpassgehäuse wird die Abstimmfrequenz auf die Einbauresonanz des Treibers im
.
Berechnung:
Zuerst wird für den Treiber ein geschlossenes Gehäuse ( Vb 1 ) berechnet (Qtc zwischen 0.5 und 1 is
Dann wird ein Reflexgehäuse ( Vb 2 ) berechnet. Dabei steuern Qtc und das Volumenverhältnis zwische
Der Wirkungsgrad im Bassbereich ist dem von Bassreflexgehäusen vergleichbar, die Impulswiedergabe
Der Membranhub ähnelt dem von Reflexgehäusen, ist aber im untersten Bassbereich durch das geschlo
Auf Grund des Pegelabfalls bei höheren Frequenzen eignen sich Bandpassgehäuse speziell zur Basswi
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Grundlagen - Funktion eines Lautsprechers und wie die Thiele Small Parameter bestimmt werden können
Dort wird der Pegelabfall aber zum Vorteil, da die Frequenztrennung zwischen Subwoofer und Satelliten
.
Vorteile: tiefreichende, gute Basswiedergabe, guter Wirkungsgrad; Auf Grund des geschlosse
.
Nachteil: Im allgemeinen nur zur Basswiedergabe einsetzbar.
Bedämpfung
Lautsprechergehäuse werden mit Polyesterwatte, Stein- / Glaswolle oder Noppenschaumstoff bedämpft
Reflexgehäuse werden im allgemeinen nur an den Seiten bedämpft meist mit Akkustikschaumstoff.
Die Konstruktion eines Bassgehäuses
Die Konstruktion eines Bassgehäuses beginnt mit der Festlegung des gewünschten Volumens des Gehä
Als nächstes ist zu entscheiden, welches Gehäuseprinzip verwirklicht werden soll.
Dabei gilt: grosse Gehäuse mit mittlerem Wirkungsgrad können geschlossen ausgeführt werden.
Kleinere Gehäuse lassen sich am besten als Bassreflexgehäuse umsetzen.
Bandpassgehäuse sind brauchbar, wenn das Gehäuse nicht sehr klein klein sein muss und die Satelliten
Soll das Gehäuse klein sein und trotzdem über eine tiefreichende Basswiedergabe verfügen, bietet sich
Ist das Volumen
tiefe
und
Resonanzfrequenz
das Bauprinzip
und einen festgelegt,
fs
Qts
kann nach
von einem passenden
0.4
Treiber
bis etwa
gesucht werden.
1
P
Je höher der Qts - Wert, desto grösser muss das Gehäuse ausgeführt werden.
Das gleiche gilt im Prinzip für die Resonanzfrequenz, da diese in erster Linie den VAS - Wert bestimmt.
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Grundlagen - Funktion eines Lautsprechers und wie die Thiele Small Parameter bestimmt werden können
Gute Parameter für ein geschlossenes Gehäuse: Qts - 0.5, fs < 30 Hz, VAS < 100 l.
Für Bassreflexgehäuse
Qts sollte
Wert
derunter
Treiber0.4
einen
aufweisen. Bei
0.3
Werten zwischen
und
0.4
Kleinere Qts Werte erlauben kleinere Gehäuse, allerdings steigt auch die untere Grenzfrequenz des Sys
Gute Parameter für Bassreflexgehäuse: Qts - 0.3, fs < 35 Hz, VAS < 150 l
Geeignete Treiber für Bandpassgehäuse entsprechen weitgehend den Anforderungen an Treiber für
Allerdings kann die Resonanzfrequenz fs etwas höher liegen und der VAS - Wert damit im Regelfall etw
Sind Gehäusegröße und Bauprinzip festgelegt, kann nach einem passenden Treiber anhand der oben b
Letzlich lassen sich sehr tiefe Grenzfrequenzen mit einem guten Wirkungsgrad nur in grossen Gehäu
Wichtige Begriffe zuTreibern und Gehäusen
xmax - Schwingspulenüberhang
SD - Membranfläche
Mms - Membranmasse
Re - Gleichstromwiderstand in Ohm
fs - Resonanzfrequenz in Hz
Qms - mechanische Dämpfung
Qes - elektrische Dämpfung
Qts - gesamte Dämpfung
Vas- Äquivalentvolumen in Liter
Impedanz - nominelle Impedanz in Ohm
Le - Induktivität der Schwinspule in mH
Belastbarkeit - Belastbarkeit des Treiber in Watt
BL - Antriebswert des Treibers in Newton*Ampere
Spl - Nomineller Schalldruck des Treibers in dB
Vb - Volumen des Gehäuses in Liter
fb - Abstimmfrequenz bei Bassreflex in Hz
Vb2 - Volumen des Reflexgehäuseteils in Liter (bei Bandpässen)
Portzahl - Anzahl der Bassreflexöffnungen
Portdurchm. - Durchmesser der Bassreflexöffnungen
Portlänge - Länge des Bassreflexkanals
Qtc - Gesamtgüte im geschlossenen Gehäuse
fc - Resonanzfrequenz im geschlossenen Gehäuse
f3 - Untere Grenzfrequenz (- 3 dB ) des Systems
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Grundlagen - Funktion eines Lautsprechers und wie die Thiele Small Parameter bestimmt werden können
Thiele-Small-Parameter
Berechnung der Thiele-Small-Parameter
Falls die Parameter eines Treibers nicht vorhanden sind ist es möglich einige
selbst auszumessen und die restlichen zu berechnen.
Messen der Thiele-Small-Parameter
Um die Thiele-Small-Parameter
40 Hz
Wechselspannungen
eines Treibers
Meßgleichrichter
zu
ohne
messen
(Erhältlich
größeren
benötigt
Fehler
bei man
Conrad-Electronik),
messen
einen Sinustongenerator
können, der
empfiehlt
ab etwa
mit
sich
1
.
Meßaufbau:
.
Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Meßverfahren, die Konstantstrom und die Konstantspannung
Deshalb werden wir hier nur die Konstantspannungsmethode vorstellen.
Der Treiber wird frei aufgehängt , in ein Brett eingebaut oder einfach auf einen Tisch gelegt.
Im letzteren Fall ist allerdings darauf zu achten, daß die Ventilationsöffnung bei Treibern mit durchbortem
In keinem Fall darf der Treiber mit der Konusöffnung nach unten hingelegt werden.
Der senkrechte Einbau in ein Brett ist eine sehr gute Vorgehensweise.
Die beste Methode ist folgende :
Man schraubt einen Hacken mittels eines Dübels in die Zimmerdecke, daran befestigt man vier ca. 1m la
Am unteren Ende wird der Woofer frei hängend befestigt.
Durch diese Vorgehensweise vermeidet man unerwünschte Resonanzen..
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Grundlagen - Funktion eines Lautsprechers und wie die Thiele Small Parameter bestimmt werden können
Der Sinustongenerator wird an den Leistungsverstärker angeschlossen, der Treiber an den Verstärke
Dabei befindet sich in der Plusleitung zwischen Verstärker und Treiber ein 0.27 Ohm Widerstand ( >=4 W
Mit dem ersten Multimeter VM 1 (ev. mit zwischengeschaltetem Meßgleichrichter ) wird die Spannung am
Mit dem zweiten Multimeter VM 2 (ev. mit zwischengeschaltetem Meßgleichrichterwird am 0.27 Ohm Wi
Das erste Multimeter wird nur gebraucht wenn man als Frequenzgenerator den PC benutzt da die meist
Vorbereitung der Messung und Eichung des Meßaufbaus
1 - Um möglichst gute Werte zu bekommen sollte der Treiber mindestens einige Stunden lang mit etw
2 - Die Meßspannung sollte etwa bei 1,9 Volt liegen da die Conrad Messgleichrichter maximal 2 Volt v
Messung:
Zuerst muß die Resonanzfrequenz gesucht werden.
Der Impedanzfrequenzgang eines Treibers weist ein Maximum bei der Resonanzfrequenz (fs) auf, dabe
.
Danach fällt die Impedanz mit steigender Frequenz bis auf einen Wert knapp über dem Gleichstromw
.
Aus dem Betrag der Impedanz bei der Resonanzfrequenz und Re läßt sich der Impedanzwert der zu
.
Diese beiden Frequenzen werden als nächstes bestimmt.
.
Damit können die GütewerteQms, Qes und Qts errechnet werden.
.
Zur Bestimmung von VAS, Bl und SPL muß der Treiber nun mit einer Zusatzmasse ( Knetgummi ) ve
Nun wird die neue Resonanzfrequenz mit Zusatzmasse ( fm ) bestimmt.
Diese liegt tiefer als fs.
Dabei sollte die Zusatzmasse dem Treiber angepasst werden (5 g / 30 g bei 13 / 30 cm Treibern).
Die gemessene Impedanz bei der neuen Resonanzfrequenz sollte der Impedanz bei fs möglichst nahe k
Liegt erstere deutlich unter der Impedanz von fs ist die Zusatzmasse nicht richtig an der Membran befes
Formeln zur Brechnung der Parameter
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Grundlagen - Funktion eines Lautsprechers und wie die Thiele Small Parameter bestimmt werden können
Impedanz = (Uv minus Umeß
) mal Meßwiderstand R in Ohm
Umeß
Beispiel: Verstärkerspannung : Uv in mV=1900 mV
Gemessene Spannung (Umeß=54 mV) am 0,27 Ohm Widerstand (R) : Umeß= 54 mV bei 44
Re = 3,2 Ohm
Zfs = (1900mV-28,1mV)*0,27
= 17,98 Ohm
Ohm 28,1 mV
Zf1/f2 = (Zfs^0,5)*(Re^0,5) = 7,58 Ohm
Oberhalb und unterhalb der Resonzfrequenz gibt es jeweils eine Frequenz die den Impedanzw
Diese zwei Frequenzen werden für weitere Berechnungen benötigt.
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