SPL bei 15er Sub / Wirkungsgrad bei Bodenaufstellung

Jou ... , das ist echt schwierig eine Erklärung für etwas zu finden , was zwar so ist , aber nicht sein darf

Dabei waren wir schon so nah dran eine allgemeingültige Lösung herauszuarbeiten .

Zitat von floger

Wo sollen dann +6dB herkommen? Das entspricht immerhin der vierfachen Energie pro Volumen.

Ja woher denn nur , ich hatte weiter oben versucht das zu beschreiben und es wurde verrissen .

Zitat von floger

Bei der Betrachtung geht man von konstanter Membranauslenkung aus.

Richtig .

Zitat von wora

die gesamtenergie, die von den lautprechern abgestrahlt wird, ändert sich ja in unserer theoretischen betrachtung tatsächlich nicht. alles was sich ändert ist der raum. und wenn eben der raum nur noch halb so groß ist, dann befindet sich hier die doppelte energie im vergleich zum vollraum. aber die abgestrahlte energie ändert sind eben nicht.

Wirklich nicht ?

Die Membran arbeitet nur noch auf den halben Raum , deshalb + 6dB .
An der Membran liegen natürlich auch die + 6dB mehr an oder wodurch sonst soll der Druck erzeugt werden ?

Genau das ist ja die "bessere Anpassung" oder eben der Wikungsgrad des Wandlers .

Und wenn ein Chassis + 6db mehr Druck erzeugen muß , geht das ohne zusätzliche Energie ?
Eine einfache Fahradluftpumpe genügt um das zu "simulieren" .

Zitat von patec

Man muss bei den im Mittel um 3dB höheren Pegel bei entfernten reflektierenden Flächen (aufgrund der Entfernungen ist es immer etwas weniger) berücksichtigen, dass es eben "im Mittel" heißt, und zwar frequenz- und positionsabhängig. Das bedeutet, dass Signale wie der Ton eines E-Basses mal deutlich verstärkt, an anderer Position jedoch teilweise ausgelöscht werden, bei anderen Tönen könnte es umgekehrt sein. Damit ist dieser Effekt nur sehr eingeschränkt nutzbar. Die Verstärkung direkt an einer Grenzfläche (Boden, Wand) ist jedoch breitbandig und positionsunabhängig nutzbar.

Das ist natürlich so richtig .

Wir erhalten zusätzliche Interferenzen welche sich abhängig vom Programmaterial negativ bemerkbar machen .

Grundsätzlich sind geflogene Bässe "erlaubt" und bieten auch gewisse Vorteile .

Es ist eben wie alles ein Kompromiss , im Einzelfall sollte man die beste Lösung umsetzen .

Zitat von hp

Und wenn ein Chassis + 6db mehr Druck erzeugen muß , geht das ohne zusätzliche Energie ?

woher kommt diese zusätzliche energie, wenn der verstärker diese nicht liefert?

Die Leistung des Verstärkers und die Schallleistung (bzw. Energie) hängen ja vom Wirkungsgrad ab. Folglich muss der Wirkungsgrad sich erhöhen, damit man auf insgesamt 6 dB Steigerung kommt. Das kann allerdings auch nur in gewissen Grenzen passieren, da man ansonsten irgendwann ein Perpetuum-Mobile-Äquivalent hat.

Zitat von mslr

Also als Physiker überlege ich mir das einfach mit dem Prinzip der Energieerhaltung:

Ein Lautsprecher sendet eine bestimmte Energiemengen in einen Raum. Die kann nicht verloren gehen (sondern nur in Wärme umgewandelt werden wenn Dämpfungsvorgänge an Wand oder in der Luft vorkommen)

Als Physiker überlege ich mir zunächst einmal, dass die Schallenergie im Raum die Summe aus potentieller und kinetischer Energie ist, wobei die potentielle Energie proportional dem Quadrat des Schalldruckes ist, und die kinetische proportional dem Quadrat der Schallschnelle. Das heißt aber, dass eine Änderung des Schalldrucks (integriert über den gesamten Raum) nicht zwangsläufig eine Erhöhung der Gesamtenergie bedeutet, wenn sich gleichzeitig die Schallschnelle reduziert. Das muss aber nicht die Erklärung für unser Phänomen sein, sondern nur ein Hinweis darauf, dass man bei Verwendung des Energieerhaltungssatzes alle Energieformen berücksichtigen muss.

Bisher habe ich in einem Buch (Kuttruff Room Acoustics) den Hinweis gefunden, dass die Addition der Einzelenergien zweier Schallfelder zur Gesamtenergie nur im Fall von nicht kohärenten Schallfeldern erlaubt ist (was zur 3dB Addition führt). Warum das so ist (und vor allem, warum das im Fall von kohärenter Interferenz, wie beim Subwoofer auf dem Boden, anders ist), darüber schweigt sich das Buch aus. Da sich Professor Kuttruff inzwischen stramm auf die 90 zubewegt, sollte man ihn mit entsprechenden Anfragen vielleicht auch nicht mehr behelligen. Eine Vermutung geht in Richtung kinetischer Energie, da der Energieerhaltungssatz ja notwendigerweise erfüllt sein muss.

Die andere Vermutung, die hier geäußert wurde, dass sich im Halbraum der Strahlungswiderstand erhöht und daher direkt mehr elektrische Energie in akustische Energie umgewandelt wird, steht jedoch auch nicht im Widerspruch zur Energieerhaltung. Dies ist auch ein vielversprechender Ansatz.

Beispiel Hornlautsprecher: Wir kennen alle das Phänomen, dass ein Lautsprecher mit Horn lauter ist als einer ohne. Dies liegt nur zum Teil daran, dass die Schallenergie auf einen geringeren Raumwinkel konzentriert wird. Der ander Teil geht eben auf besagte Erhöhung des Strahlungswiderstandes. Bildlich gesprochen muss die Membran mehr Luft in Bewegung bringen, was zu einem höheren Schalldruck führt. Energetisch ist die Situation hier ähnlich wie in unserem Beispiel: Die eingespeiste elektrische Energie bleibt (annähernd) gleich, während das Schallfeld lauter wird. Der entscheidende Begriff hier ist der Wirkungsgrad, also das Verhältnis von akustischer Energie zur elektrischen Energie. Dieser kann theoretisch mit Hornlautsprechern bis zu 50% betragen, während sich Konuslautsprecher üblicherweise im einstelligen Prozentbereich bewegen. Hier ist also reichlich Luft nach oben.

Zurück zum Subwoofer auf dem Boden: Dieser arbeitet in der Tat jetzt nicht nur auf den statischen Luftdruck, sondern der Luftdruck vor der Membran ist durch das Schallfeld der (virtuellen) Spiegelschallquelle hinter der Grenzfläche (also durch die Reflexion am Boden) höher. Ob dies zu einer Verdopplung der abgestrahlten Energie führt, muss ich noch verifizieren, aber hier scheint mir des Rätsels Lösung zu liegen. Jedenfalls kann man den Boden durchaus als Flansch eines unvollständigen Hornes sehen (mit etwas Abstraktion). Im Fall eines Subwoofers auf dem Boden in einer Raumecke kommen wir mit den Wänden einem Horn aber schon recht nahe.

Ich denke patec bringt es auf den Punkt:

Strahlungswiderstand: Durch die Änderung des Raums kann sich die Anpassung der Membran an die Umgebung verändern bzw. verbessern. Das ändert den Wirkungsgrad. Bei gleicher elektrischer Leistung setze ich mehr Energie in Schalleistung um, es wird lauter.

Jetzt mal eine Frage an die Lautsprecherbauer im Forum: Eine bessere Anpassung verringert die Amplitude der Membran, erzeugt eine geringere Gegen-EMK und damit steigt der Strom bei gleicher Spannungsamplitude des Verstärkers.

Kann es sein, dass im Prinzip die Verstärkerleistung steigt und wir daher 6dB statt der theoretischen 3dB hören?

Zitat von mslr

Kann es sein, dass im Prinzip die Verstärkerleistung steigt und wir daher 6dB statt der theoretischen 3dB hören?

Nein. Also nicht in dem Maße, da ja die meiste Energie in Widerstand der Lautsprecherspulen verheizt wird. Der Strom müsste sich ja verdoppeln. Und das tut er nicht. Abgesehen davon führt die Gegen-EMK zu einem geringeren Strom, der durch höhere Spannungen ausgeglichen werden müsste.

Die Auslenkung, bzw Kraft in einem Magnetfeld wird ja durch den Strom bestimmt und nicht durch die Spannung. Dass Lautsprecher mit einer konstanten Spannung angesteuert werden ist der eigentliche Fehler im Konzept.

Bei den Servopappen müsste das aber anders aussehen, weil diese wie ein klassischer Linearmotor aufgebaut sind.

http://www.powersoft-audio.com/en/oem-solutions/m-force

Zitat von HenrySalayne

Die Leistung des Verstärkers und die Schallleistung (bzw. Energie) hängen ja vom Wirkungsgrad ab. Folglich muss der Wirkungsgrad sich erhöhen, damit man auf insgesamt 6 dB Steigerung kommt. Das kann allerdings auch nur in gewissen Grenzen passieren, da man ansonsten irgendwann ein Perpetuum-Mobile-Äquivalent hat.

eine akustische leistungssteigerung ist ja vorhanden, ohne frage. da die elektrische leistung dagegen nicht zunimmt, kann die antwort nur sein, dass der wirkungsgrad der box durch den erhöhten strahlungswiderstand erhöht wird. das leuchtet mir ein.

und vielen dank an patec für den erhellenden beitrag.

Zum Thema : wie erhöht sich der Schalldruck bei mehreren Schallquellen? Bei Bässen schaut es ja relativ einfach aus +6dB bei Verdopplung (ab einer größeren Menge wirds dann irgendwann weniger). Bei Tops wird es schieriger. Bei (funktionierender) Hornladung wird nur die Fläche und Konstanz des Schalldrucks Größer , nicht der Pegel. Bei Direktstrahlern sind durchaus 6dB in den Lowmids drin , je nach Abstrahlung wirds obenrum dann deutlich weniger. Das war jetzt sehr simpel (und hoffentlich halbwegs korrekt) ausgedrückt...P.S. Das Ganze lässt sich auch abseits der Theorie durchaus messen

Zitat von floger

Nein. Also nicht in dem Maße, da ja die meiste Energie in Widerstand der Lautsprecherspulen verheizt wird. Der Strom müsste sich ja verdoppeln. Und das tut er nicht. Abgesehen davon führt die Gegen-EMK zu einem geringeren Strom, der durch höhere Spannungen ausgeglichen werden müsste.

Die Auslenkung, bzw Kraft in einem Magnetfeld wird ja durch den Strom bestimmt und nicht durch die Spannung. Dass Lautsprecher mit einer konstanten Spannung angesteuert werden ist der eigentliche Fehler im Konzept.

Ich habe mir folgendes überlegt: Höherer Luftwiderstand beim Halbraum sorgt für höhere Gegenkraft und damit für eine kleinere Amplitude und eine geringere Geschwindigkeit der Membran. Damit ist nach dem Induktionsgesetz die induzierte Spannung (Gegen-EMK) geringer. Der Verstärker arbeitet aber als Spannungsverstärker und liefert unverändert die ursprüngliche Spannung. Bei geringerer Gegen-EMK steigt damit zwangsläufig der Strom. Höherer Strom sorgt für größere Kraft bis die Gegen EMK der Verstärkerspannung wieder Paroli bietet. Natürlich ist der Gleichstromwiderstand konstant und der höhere Strom erzeugt auch hier einen höheren Spannungsabfall.

Aber richtig ist: Der Fehler im Konzept ist die Ansteuerung mit einem Spannungsverstärker statt einem Stromverstärker. Ein Stromverstärker müsste eine viel bessere Kontrolle der Membran ermöglichen.

Wie wäre es mal: Strom auf der Lautsprecherleitung messen wenn der Lautsprecher an verschiedenen Positionen steht - oder zumindest bei hohen Leistungen die Stromaufnahme des Verstärkers.

Sicherlich ist der DC Widerstand dominierend aber ein Stromanstieg müsste messbar sein. Je höher der Wirkungsgrad desto höher der aufstellungsbedingte Stomanstieg. Der dürfte damit besonders hoch sein bei einem Horn mit bis zu 50% Wirkungsgrad.

Zitat von mslr

Damit ist nach dem Induktionsgesetz die induzierte Spannung (Gegen-EMK) geringer. Der Verstärker arbeitet aber als Spannungsverstärker und liefert unverändert die ursprüngliche Spannung.

Stimmt. Mein Denkfehler. Nichtsdestotrotz verhindert der DC-Widerstand einen viel höheren Strom.

Mir fällt gerade aber ein, warum die Kräfte auf die Membran garnicht viel größer werden. Wir arbeiten hauptsächlich gegen die Federwirkung der Luft im Gehäuse und der Aufhängung. Das bisschen mehr oder weniger Gegendruck von Außen hat kaum Einfluss. Deshalb ist der Wirkungsgrad ja so bescheiden.

Zitat von floger

Mir fällt gerade aber ein, warum die Kräfte auf die Membran garnicht viel größer werden. Wir arbeiten hauptsächlich gegen die Federwirkung der Luft im Gehäuse und der Aufhängung. Das bisschen mehr oder weniger Gegendruck von Außen hat kaum Einfluss. Deshalb ist der Wirkungsgrad ja so bescheiden.

Ähm ..., Natürich reden wir hier immer nur über den für die Schallabstrahlung relevanten Leistungsanteil

oder hat hier tatsächlich jemand die gesamte Verlustleistung des Chassis mit in die Betrachtung einbezogen ?

Dann würde mir allerdings einiges klar werden ...

Zitat von hp

Natürich reden wir hier immer nur über den für die Schallabstrahlung relevanten Leistungsanteil

so hatte ich das auch verstanden

Zitat von hp

Ähm ..., Natürich reden wir hier immer nur über den für die Schallabstrahlung relevanten Leistungsanteil

oder hat hier tatsächlich jemand die gesamte Verlustleistung des Chassis mit in die Betrachtung einbezogen ?

Ja Ne. Aber das Warum ist das Problem. Also warum bewegt sich die Membran kaum weniger und benötigt kaum mehr elektrische Leistung, obwohl sich der Gegendruck erhöht.

Und die Erklärung ist eben, dass der Großteil Kräfte auf das rückwärtige Volumen und die Aufhängung wirken. Das bisschen Luftgefächel merkt die Membran garnicht. Auch nicht wenn der Gegendruck zwei- bis viermal so hoch wird.

Zitat von floger

Und die Erklärung ist eben, dass der Großteil Kräfte auf das rückwärtige Volumen und die Aufhängung wirken. Das bisschen Luftgefächel merkt die Membran garnicht. Auch nicht wenn der Gegendruck zwei- bis viermal so hoch wird.

Das wäre ganz schlecht. Dann hätten wir einen Leisesprecher.

Na ja, die Energie, die in das rückwärtige Volumen geht, kommt fast komplett wieder zurück ( bei geschlossenem Gehäuse) weil sie die Membran wieder antreibt. Die kann man bei einer Wirkungsgradbetrachtung weglassen.

Das Luftgefächel kann man schon in der Magengrube spüren.

Zitat von floger

Nichtsdestotrotz verhindert der DC-Widerstand einen viel höheren Strom.

Das ist so, wenn wir aber einen idealen Lautsprecher mit 0Ohm Widerstand hätten (Vorsicht, das ist nur ein Denkmodell außer jemand macht die Spule supraleitend), dann würde der Strom doch so steigen, dass dem Verstärker bei gleicher Spannung bei doppeltem Gegendruck durch die Halbierung des Raumes der doppelte Strom abgefordert wird. Damit verdoppelt sich die Leistung und wir bekommen die gesuchten 3dB, oder?

Zitat von mslr

Na ja, die Energie, die in das rückwärtige Volumen geht, kommt fast komplett wieder zurück ( bei geschlossenem Gehäuse) weil sie die Membran wieder antreibt.

Eben nicht, weil der Großteil der Elektrischen Energie im DC-Widerstand der Spule hängen bleibt. Betrachte einfach den Extremfall, Auslenkung bei DC. Die Endstufe schuftet, Spule wird Warm. Aber die Membran bewegt sich nicht unendlich weiter.

Zitat von mslr

Damit verdoppelt sich die Leistung und wir bekommen die gesuchten 3dB, oder?

Wahrscheinlich. Kannst ja mal eine M-Force vermessen. Das dürfte ziemlich nah an das Ideal ran kommen, wenn ich die Beschreibung richtig verstanden habe.

Zitat von floger

Also warum bewegt sich die Membran kaum weniger

... weil der Antrieb stark genug ist .

Zitat von floger

und benötigt kaum mehr elektrische Leistung, obwohl sich der Gegendruck erhöht.

Und die Erklärung ist eben, dass der Großteil Kräfte auf das rückwärtige Volumen und die Aufhängung wirken.

Genau .

Es wird von der Endstufe kaum mehr elektrische Leistung benötigt ,

weil hier der Anteil der Verlustleistung dominiert .

Der Anteil der Mehrleistung zur Schallerzeugung liegt im unteren einstelligen Prozentbereich .

Zitat von floger

Das bisschen Luftgefächel merkt die Membran garnicht. Auch nicht wenn der Gegendruck zwei- bis viermal so hoch wird.

Das kann man in diesem Beispiel durchaus so betrachten , die Chassis in entsprechend

dimensionierten Basshörnern werden da schon was merken und das auch messbar .

Jein. Denn damit ein Basshorn als solches funktioniert braucht es eine gewisse Größe. Nimmt man mehrere davon gilt wieder die kohärente Addition bzw Bündelung. Also vorne 6dB mehr seitlich wirds leiser. Dabei wird dann eben nicht mehr Energie angestrahlt sondern nur anders verteilt.

Dazwischen gibt es je nach Größe eine Kombination aus beiden Effekten.