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  #1  
Alt 27.10.2018, 19:44
AIR AIR ist offline
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Registriert seit: 01.12.2008
Beiträge: 2.256
Standard Eine kleine Geschichte über die Zeit

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Eine kleine Geschichte über die Zeit

Im Zuge der Entwicklung eines kleinen 2-Wege-Lautsprechers im Kundenauftrag kam mir der Gedanke, Grundsätzliches über das zeitliche Zusammenspiel von Lautsprecher-Chassis zu erläutern und messtechnisch darzustellen.

Aufgrund der unterschiedlichen Bautiefe von Hochtönern und Tiefmitteltönern ergibt sich ein Versatz der akustischen Zentren zur Schallwandoberfläche.

Betrachten wir zuerst die Position des Hörer im 90 Grad-Winkel zur Schallwand zwischen Hoch- und Mitteltieftöner (s. rote Linie).



Das Oszilloskop-Diagramm zeigt die Sprungantworten des Hochtöners und des Mitteltieftöners auf der Zeitachse (x-Achse).



Das Signal des Hochtöners trifft vor dem Mitteltieftöner am Mikrofon ein.

Hochtöner: Schwarze Kurve
Entfernung zum Mikrofon: 100,14 cm

Mitteltieftöner: Blaue Kurve
Entfernung zum Mikrofon: 102,1 cm

Die Startpunkte von Hoch- und Mitteltieftöner weisen demzufolge eine Streckendifferenz von ≈ 2 cm auf.

Jeder Laut einer Stimme, jedes Geräusch, jede Note beginnt mit einem Einschwingvorgang (mit einer Transiente) und geht dann im Ausklingen in die Resonanzfrequenz des Schallerzeugers (Tonhöhe) über.
Da bei den meisten Musikschwingungen Hoch-und Mitteltieftöner gemeinsam an der Reproduktion beteiligt sind, müssen ihre Schallanteile zeitgleich zum Hörer/Mikrofon gelangen, damit die ursprüngliche Schwingung originalgetreu wiedergegeben wird.

Liegt eine Laufzeitdifferenz (Streckendifferenz) vor, ist die zeitrichtige Summe nicht möglich.



Rote Kurve = Summe

Da der Tiefmitteltöner zu spät kommt, kann die richtige Summe nicht gebildet werden.
  • Die Impulswiedergabe ist schwach
  • Das Ursprungssignal wird über die Zeit gedehnt
  • Die Signalform (der Klang) ist falsch
  • Grundtöne und Obertöne liegen nicht richtig übereinander
  • Die Klangcharakteristik der Instrumente/Stimmen/Geräusche ist verstimmt
  • Die für die richtige Raumabbildung erforderlichen Zeitbeziehungen der Schwingungen zueinander sind gestört

---------------------------------------------------------------------------------------

Betrachten wir nun das Ergebnis bei gleichen Laufzeiten/Strecken.



Das Oszilloskop-Diagramm zeigt wieder die Sprungantworten des Hochtöners und des Mitteltieftöners auf der Zeitachse (x-Achse).




Die Startpunkte von Hoch- und Mitteltieftöner sind identisch.
Das Signal des Hochtöners trifft zeitgleich mit dem des Mitteltieftöners am Mikrofon ein.

Hochtöner: Schwarze Kurve
Entfernung zum Mikrofon: 100,14 cm

Mitteltieftöner: Blaue Kurve
Entfernung zum Mikrofon: 100,14 cm

Die Summe kann richtig gebildet werden.


  • Die Impulswiedergabe ist ausgeprägt
  • Das Ursprungssignal zeitlich richtig zusammenhängend reproduziert
  • Die Signalform (der Klang) ist o.k.
  • Grundtöne und Obertöne liegen richtig übereinander
  • Die Klangcharakteristik der Instrumente/Stimmen/Geräusche stimmt
  • Die für die richtige Raumabbildung erforderlichen Zeitbeziehungen der Schwingungen zueinander passen

---------------------------------------------------------------------------------------

Bei einer Hörachse in Richtung Hochtöner (in unserem Beispiel "nach unten") wird die Streckendifferenz zwischen Hoch- und Mitteltieftöner noch größer und die Signale werden noch stärker verzerrt.

Anhand dieser Erläuterungen können nun diverse Lautsprecherkonstruktionen begutachtet werden. Nur bei digitalen Lautsprechern können die Laufzeiten durch Delays angepasst werden, vorausgesetzt die Abstufungen auf digitaler Ebene sind klein genug. Natürlich muss dem die Anwendungstypische Hörentfernung zugrunde gelegt werden.

Gruß
AIR



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  #2  
Alt 28.10.2018, 09:18
söckle söckle ist gerade online
 
Registriert seit: 14.07.2018
Beiträge: 294
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Spannendes Thema. Setzt Du diese kurze Geschichte noch fort?

Die Schalllaufzeit von den Chassis zum Ohr ist nur ein Aspekt. Zeigt aber, dass es mit nicht koaxialen Chassis (oder nicht Breitbändern) unmöglich ist, einen Lautsprecher zu bauen, der für mehr als eine einzige Ohrhöhe impulstreu spielt.

Genauso spannend wäre, was in Frequenzweiche passiert. In einer klassischen und in einer auf Impulsverhalten optimierten.
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Gruß
söckle
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  #3  
Alt 28.10.2018, 10:36
Janus525 Janus525 ist gerade online
 
Registriert seit: 14.08.2015
Beiträge: 2.424
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Zitat:
Zitat von AIR Beitrag anzeigen


Bei einer Hörachse in Richtung Hochtöner (in unserem Beispiel "nach unten") wird die Streckendifferenz zwischen Hoch- und Mitteltieftöner noch größer und die Signale werden noch stärker verzerrt.

Anhand dieser Erläuterungen können nun diverse Lautsprecherkonstruktionen begutachtet werden. Nur bei digitalen Lautsprechern können die Laufzeiten durch Delays angepasst werden, vorausgesetzt die Abstufungen auf digitaler Ebene sind klein genug. Natürlich muss dem die Anwendungstypische Hörentfernung zugrunde gelegt werden. Gruß AIR

Guten Morgen Air.

Das ist einleuchtend, wirft aber m.E. sofort folgende Frage auf: Woher weiß ein Lautsprecher-Entwickler, welche Ohrhöhe sich später bei einem Kunden im Hörraum ergibt...? Sitzt dieser evtl. auf einem flachen Sofa oder einem Sessel mit deutlich höherer Sitzfläche, sitzt er aufrecht oder nach hinten gelehnt, also in relaxter Haltung, ist dieser Kunde klein, groß, sehr groß oder gar ein Sitzriese.

Wie löst man als Entwickler dieses Problem ohne digitalen Eingriff und ohne die Position des Hochtöners verändern zu können. Gar nicht...? Oder ist das vielleicht gar kein Problem..? Muss der Kunde dafür Sorge tragen, dass seine Ohren sich beim Hören in einer ganz bestimmten Höhe befinden...?

Viele Grüße: Wolfgang
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  #4  
Alt 28.10.2018, 10:48
Franz Franz ist offline
 
Registriert seit: 28.11.2007
Beiträge: 8.959
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Zitat:
Muss der Kunde dafür Sorge tragen, dass seine Ohren sich beim Hören in einer ganz bestimmten Höhe befinden...?

Ja, das sollte man erwarten dürfen.
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  #5  
Alt 28.10.2018, 11:11
AIR AIR ist offline
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Registriert seit: 01.12.2008
Beiträge: 2.256
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.
Viele gute Fragen!

Daraus ergeben sich einige Anregungen für weitere Erläuterungen.
Ich habe nicht für alle Fälle ein Demonstrationsobjekt zur Verfügung, versuche aber sie in Kürze anschaulich zu beantworten.

Dank und Gruß
AIR

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  #6  
Alt 28.10.2018, 11:13
Janus525 Janus525 ist gerade online
 
Registriert seit: 14.08.2015
Beiträge: 2.424
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Morgen Franz,

das wird für einen großen Menschen, der einen recht langen Oberkörper hat, dann aber schwierig. Er säße dann sehr tief, und es wäre für ihn jedesmal mühsam aufzustehen. Oder, das wäre die andere Variante, er stellt die Laustsprecher auf etwas Drauf, auf Sockel oder sowas oder kippt die Lautsprecher mit verstellbaren Spikes entsprechend an.

Ich will doch auf etwas ganz Bestimmtes hinaus: Wäre es für einen Entwickler und Produzenten von Lautsprechern wie für Air nicht grundsätzlich von Vorteil, wenn seine Chassis zueinander in ihrer Position justierbar wären. Er könnte die Lautsprecher bei der Aufstellung im Hörraum ganz leicht exakt auf die Position der Ohren seines Kunden einmessen. Das ist ja auch nichts Ungewöhnliches, Franz, sowas gibt es doch bei ganz verschiedenen Lautsprechern.

Viele Grüße: Wolfgang
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  #7  
Alt 28.10.2018, 11:25
Franz Franz ist offline
 
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Man kann immer vieles machen, Wolfgang. Ich kann als Hörer aber auch dafür Sorge tragen, daß der Hochtöner auf Ohrhöhe zielt. Okay, als eher kleiner Mensch habe ich es da vielleicht einfacher als ein Riese.
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  #8  
Alt 28.10.2018, 11:36
Janus525 Janus525 ist gerade online
 
Registriert seit: 14.08.2015
Beiträge: 2.424
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Ich bin auch nicht so besonders groß, Franz, aber ich merke ja jetzt schon wie mühsam das ist, aus meinem (sehr tiefen) Autositz "irgendwie" wieder hochzukommen. Aber das ist dann vielleicht dreimal am Tag. Wenn ich mir vorstelle sehr groß zu sein und zu Hause beim Musikhören sehr tief zu sitzen, und mich bei jedem Umdrehen einer Platte wieder "hochquälen" zu müssen. Und ich denke, wenn für Air ein solches Kriterium wie die Zeitrichtigkeit sehr wichtig ist, dann müsste doch in der Betriebsanleitung seiner Lautsprecher die Ohrhöhe der Kunden definiert sein. Ich weiß aber nicht ob sowas drinsteht. Aber gut, das wird er bestimmt noch verraten. Ist ja auch ein spannendes Thema. Zumindest solange der "Pelzige Kasper" nicht wieder auftaucht. Wird aber vermutlich nicht lange dauern...
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Geändert von Janus525 (28.10.2018 um 11:40 Uhr).
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  #9  
Alt 28.10.2018, 11:59
boxworld boxworld ist offline
 
Registriert seit: 23.06.2010
Beiträge: 4.749
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Zitat:
Zitat von AIR Beitrag anzeigen
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Eine kleine Geschichte über die Zeit


  • Die Impulswiedergabe ist ausgeprägt
  • Das Ursprungssignal zeitlich richtig zusammenhängend reproduziert
  • Die Signalform (der Klang) ist o.k.
  • Grundtöne und Obertöne liegen richtig übereinander
  • Die Klangcharakteristik der Instrumente/Stimmen/Geräusche stimmt
  • Die für die richtige Raumabbildung erforderlichen Zeitbeziehungen der Schwingungen zueinander passen

Gruß
AIR




Hallo Michael,


es ist aber auch deutlich zu sehen, dass der Hochtöner nach dem Einschwingen unter Null geht was in der Summenkurve eine Subtraktion des Schalldrucks erzeugt.
Bei 3,6 dann wieder eine Addition obwohl der Hochtöner an dieser Stelle keinerlei Energie mehr erzeugen dürfte...
Woher kommt das?


Gruss Marc
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  #10  
Alt 28.10.2018, 12:17
AIR AIR ist offline
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Registriert seit: 01.12.2008
Beiträge: 2.256
Standard

Zitat:
Zitat von boxworld Beitrag anzeigen
Hallo Michael,


es ist aber auch deutlich zu sehen, dass der Hochtöner nach dem Einschwingen unter Null geht was in der Summenkurve eine Subtraktion des Schalldrucks erzeugt.
Bei 3,6 dann wieder eine Addition obwohl der Hochtöner an dieser Stelle keinerlei Energie mehr erzeugen dürfte...
Woher kommt das?


Gruss Marc

Hallo Marc,

da treffen zwei wesentliche Phänomene zusammen.
  1. auf jede Druckwelle reagiert die Luft mit einem Ausgleich in Richtung statischem Druck; daher folgt ein Unterdruck
  2. die bewegte Masse (Membranen, Schwingspule u.v.m.) bildet mitsamt der Aufhängung (Rückstellkräfte) ein Feder-Masse-System. Der Sprung spannt die Feder, die dann einen Ausgleich in entgegengesetzter Richtung erzeugt und auf der inhärenten Resonanz (je nach Güte) mehr oder weniger schnell ausschwingt.

Jede Schwingung erzeugt Schallenergie und so hat auch das Ausschwingen Einfluss auf die Gesamtenergie und somit auf den Graphen der Sprungantwort.

Gruß
AIR

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