Der Mythos der Hornkonturen:
Es wird viel darum geredet, doch nur Wenige wissen wo die Unterschiede liegen.
Hier ein kleiner Einblick, um vielleicht die Problematik etwas näher zu bringen. Die Akustik ist viel zu komplex um sich überall bis in Detail auszukennen. Also eigentlich möchte ich damit sagen, dass wohl niemand von uns jemals auslern.
Anschließend eine kleine Zusammenfassung, damit man eine möglichst passende Kontur für sein Konstrukt wählt.
Es gibt zwei Extrema, die parabolische Form und das „Gegenteil“ die hyperbolische Kontur.
Dazwischen liegen viele Möglichkeiten die eine Mischform aus den beiden Extrema bestehen.
Die parabolische Form, also sich vom Hals her sehr stark öffnend und zum Mund dann hin abflachend hat jediglich den Vorteil möglichst keine Verzerrungen durch die schnell öffnende Kontur zu erzeugen. Auf diesen Effekt möchte ich etwas später noch genauer eingehen. Wesentlicher Nachteil ist abgesehen vom überproportionalen Platzverbrauch der, dass bei selbiger Größe (gleiche Länge, Hals und Mund) im Vergleich zu anderen Formen der Strahlungwiderstand den das Horn bietet übermäßig rasch abnimmt. Deshalb scheidet diese Bauform aus den sinnvollen Möglichkeiten aus womit ich als maximale Öffnungsfunktion für praktische Gebilde von konischen Hörnern ausgehe. Die sich anfangs schnell öffnende Kontur a la parabolisch mach nur einer Ausnahme wirklich Sinn. Und zwar wie gesagt, dass man die Verzerrungen gering hält, jedoch gestaltet man dann nur etwa die ersten 5-10% des Hornes in dieser Kontur und führt die restliche Öffnungsfunktion dann in beliebiger platzsparenderer Form aus. Stichwort sei hier der sg. Rubber Throat => Klipschhorn. Allerdings bin nicht nur ich der Meinung, dass sich das gerade bei Basshörnern nicht rentiert. Verzerrungen im Bassbereich kann man ohnehin weniger gut wahrnehmen und dazu kommt noch abgesehen von erhöhtem Bauaufwand die erschwerte Berechnung, bzw. gewisse Unvorhersagbarkeiten durch den unstetigen Übergang.
Verzerrungen: Hervorgerufen durch den Effekt air-overload. Durch die Bewegung der Membran entstehen Druckschwankungen die in pos. und neg. Richtung gleich stark sind. Die daraus resultierende Volumensänderung bei steigendem Druck kleiner ist als wenn sich die Membran in neg. Richtung bewegt. Bei einem langen Rohr verstärkt sich der Effekt, und schaukelt sich immer stärker auf. Das lässt sich natürlich berechnen, nur liegt das jenseits meines Interessen. Hier sollte man vielmehr auf Erfahrungswerte setzten. Nicht zu vergessen sollte sein, dass diese Effekte bei sinnvoller Dimensionierung gerade im Gegensatz zu herkömmlichen Gehäusekonstruktionen eher gering ist. Auch sollte man diesen Effekt nicht damit verwechseln, dass bei schlechter Dimensionierung bei BR oder BP ein Zischen an den Ports zu vernehmen ist. Das entsteht nämlich durch sich vorbeibewegende Luft, hervorgerufen die die Bewegung der Membran und hat mit dem oben genannten Effekt nichts zu tun. Folglich sollte bemerkt werden stark hyperbolische Hörner nur im Bassbereich einzusetzen und (oder) den Hornhals dafür dementsprechend groß zu machen.
Was wahrscheinlich jetzt einige verwundert ist, dass ich die sehr geläufige Exponentialform noch nicht genannt habe. Für mich ist das ganz einfach eine gute Mischform aus konisch und hyperbolisch, die sich im Lauf der Jahre bewährt hat und einfach zu berechnen ist. Ein ganz großer Vorteil an dieser Kontur ist, dass man ohne Überhöhung des Strahlungswiderstandes bei tiefen Frequenzen bei gleichen Abmessungen die beste Belastung des Treibers bei tiefen Frequenzen hat (Vorstellungsmodell Q=0,7 bei einer geschl. Box). Hyperbolisch wäre dann mit größerem Q und konisch mit kleinerem Q zu vergleichen. All diese Hornkonturen besitzen ab einer gewissen Frequenz nach unten hin auch eine kapazitive Reaktanz. Ziel einer Hornkonstruktion ist es möglichst reinen also reellen Strahlungswiderstand für den Treiber zu erzeugen. Ideal wäre ein Horn das überhaupt keine kapazitiven Anteile und einen gleich bleibenden reellen Widerstand am Hornhals bietet. Ergänzend ist noch ganz wichtig, dass all diese Fakten auf dem Modell einer planen Wellenfront am Hornhals beruhen.
Daraus kann man schon schließen, dass sich die Welle überall mit der selben Geschwindigkeit ausbreitet, dass am Hornmund eine Kugelwelle entsteht. Bei konischen Hörnern ist die Bewegung der Luftmoleküle immer normal auf die Hornwände und ebenfalls auf die Mittelachse. Das ist bei exponentiellen oder hyperbolischen Formen nicht gegeben. Oder anders rum. Die Annahme des exp. Öffnungsfunktion wird unter Annahme gemacht, dass die Wellenfront im Horn plan bzw. eben ist. Das das aber nicht der Fall ist,… es gibt 2 Möglichkeiten. Entweder man korrigiert die Flare Frequenz oder man behält die Frequenz bei und ändert die Kontur. Weitere Details würden zu weit führen und außerdem bin ich kein Mathematiker. Also wie gesagt, diese Tatsache ist mehr von theoretischer Natur.
Vielmehr will ich auf ein von Voigt erfundenes und patentiertes Design hinaus. Das sg. Tractrix oder Kugelwellenhorn. Diesem Namen kann man schon so einiges entnehmen.
Das Design ist so gewählt, dass man anfangs auf etwa 50% der Länge ein normales Expohorn hat und danach weitet es ich stärker auf, im Gesamtöffnungswinkel somit 180° (im Gegensatz zum Expo mit nur 90°). So gewählt dass die Ausbreitungsrichtung des Schalls 90° auf die Hornwände hat. Mathematisch ist das nicht so leicht zu berechnen dafür gibt es aber eine Menge guter Vorstellungsmöglichkeiten und graphische Konstruktionsmöglichkeiten. Bei gleichem Hornhals und Hornmund ist das Tractrixhorn entsprechend kürzer. Es besteht daher oft die falsche Annahme, dass die Tractrixform die ideale Basshornkontur sei. Jetzt nämlich der genau entgegengesetzte Schluss. Die Tractrixform ist deshalb so geeignet, da sie den Klang natürlicher wiedergibt. Am Hornmund eines Exponentialhorns, noch schlimmer konischen Horns entsteht nämlich eine Diskontinuität. Also so in der Art wenn man auf eine Mauer trifft. Ein Sprung der Schallimpedanz,… => Reflektionen zurück in das Horn.
Für lamda/4 und vielfache der Hornlänge entsteht so eine Art Resonanzgebilde. Alle anderen Frequenzen werden auch reflektiert nur eben nicht mehrfach. Deshalb sollte sich ein Horn wenn möglich immer in alle Richtungen öffnen. Wie gesagt konisch ist schon nicht gut, aber gar nicht ist ziemlich schrecklich. Man kann dieses Phänomen auch sehr leicht erhören. Bestes Beispiel: Man nehme einen HT Treiber vergleich mit und ohne Horn. Mit Horn klingt das Gebilde etwas nach. Solange sich das in vernünftigen Maßen bewegt ist würde ich nicht behaupten, dass es schlecht klingt. Horntypischer Klang eben, mir gefällt das, aber eben nicht ganz naturgetreue Wiedergabe. Zurück zu Tractrix. Das Problem tritt bei diesem Horn theoretisch gar nicht auf. Ganz wichtig ist aber folgendes zu wissen. Näherungsweise kann man bei konischen und auch bei exponentiellen Hörnern durch die richtige Dimensionierung der Rückkammer, die kapazitive Reaktanz die durch die zu bewegende Luftmasse im unteren Ende des Übertragungsbereiches entsteht, durch die induktive Reaktanz die durch Stauchung, Expansion des Rückkammervolumens entsteht kompensieren. Somit erhält man ein Horn dass bis zur flare Frequenz einsetzbar ist. Bei Tractrixhörnern geht das nicht mehr. Eine richtige Kompensation ist hier nicht mehr durchzuführen. Als Beispiel ein 70Hz Tractrixdesigen hat einen Rolloff 100Hz. Um die 70Hz zu erreichen muss man ein Tractrixhorn dementsprechend größer machen. Belohnt wird man mit einem exzellenten Klang ohne Nachhall.
Tractrixdesign ist als kein wirklicher Vorteil im Bassbereich wie oftmals verbreitet wird.
Wer es nicht glaubt, probiere mit Hornresp
Wenn dann macht es im Präsenzbereich Sinn.
Mein Fazit: Im Bassbereich mit Expohörnern am besten beraten ist (um Platz zu sparen kann es auch eine exponentiell-hyperbolische Mischung sein). Tractrixhörner sind eher was für Audiophyle und haben sonst nur einen Vorteile gegenüber Exponentialhörnern im PA Betrieb, denn entstehende Verzerrungen durch die Pappen sind schnell größer als zu hörenden Reflexionen, die wie oben gesagt nicht einmal den Klang negativ beeinflussen müssen.
Ich hoffe, damit eine kleine Übersicht über verschiedene Hornkontur gegeben zu haben.
Mich würde es freuen, wenn sich jemand um Ähnliches in anderen Bereichen des Hornbaues kümmern würde. (Directivity von Hornsystemen; obere Übertragungsgrenze, Rolloff, Bündelung des Treibers, sodass es das Horn nicht mehr sieht; etc.) Wenn ich wieder mal Zeit finde werde ich mit um die Wahl des richtigen Chassis bemühen, denn 90% der auf dem Mark verfügbaren sind leider für BR ausgelegt.
Dann fallen dier Unterschiede immer mehr gering aus und das Konische hat untern rum oft sogar mehr output (wenn mann die Membranauslenkung dazu noch betrachtet sieht man evtl etwas)
Durch Zufall hier drauf gestossen.
Schotte
