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O.Mertineit
OK, vergesst alles, was ich gesagt habe ...
Bei einem Messabstand von 1m ist man natürlich beim
typischen Tief- Mitteltöner und Frequenzen über 2Khz
schon im Fernfeld.
In ihrem Fernfeld werden alle Strahler quasi zu Punktstrahlern
und der Schalldruckabfall nähert sich einem Abfall von 6 dB
an, wenn die Entfernung verdoppelt wird.
Da eine "Einebnung" der Wellenfronten im Fernfeld also nicht
aufrecht erhalten werden kann, bleiben Frequenzgänge im Freifeld
(ohne Raumanteil) auch mit größerer Entfernung ähnlich
(abgesehen von einer notwendigen Pegelkorrektur),
so wie Peter es gesagt hat.
Die Bedingung dafür ist natürlich, dass man sich für den
gesamten jeweils betrachteten Frequenzbereich eindeutig
im Fernfeld befindet ...
edit: Figur 1 auf Seite 2 ist vielleicht ganz anschaulich für
ein Line Array als Beispiel:
Zuletzt geändert von Gast; 18.08.2013, 19:54.
Kommentar
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Gast
Hallo,
[QUOTE=O.Mertineit;267390]
Den Anfangsteil habe ich mal weggelassen, hatten wir im vorigen Post schon...
Übrigens interessantes Paper, sehr formellastig, aber darüber, daß höhere Bündelung eine ebenere Wellenfront ergäbe, habe ich darin nicht gefunden.
Ich ersetze daher das Wort "zwangsläufig", welches man als kritischer
Leser als "immer gültig" verstehen könnte, durch die Fromulierung:
"in der weitaus überwiegenden Anzahl der praxisrelevanten Fälle"
und bringe jetzt ein wirkliches Gegenbeispiel zu meiner eigenen Aussage,
welches z.B. von Peter hätte gebracht werden können:
Angenommen wir kombinieren in einem Mehrwegesystem einen idealisierten
(völlig hypothetischen)
- Halbraumstrahler als Mitteltonsystem, Bündelungsmaß=3db
mit einem ebenso hypothetischen
- Kugelstrahler (Strahler nullter Ordnung) als Hochtöner, Bündelungsmaß=0dB
dann haben wir zwar eine Diskontinuität im Bündelungsmaß trotzdem wird der
Schalldruck für beide Teilsysteme mit der Entfernung in gleicher Weise
abnehmen: Ist der Schalldruck beider Systeme für eine bestimmte Entfernung
im Fernfeld gleich eingestellt, so wird sich daran auch bei einer noch
größeren Distanz nichts ändern.
(Aus Gründen der Vereinfchachung betrachten wir nur den Direktschall,
z.B. unter Freifeldbedingungen und kümmern uns auch nicht um den
Überlappungsbereich beider Systeme um die Übernahmefrequenz herum.)
Das liegt daran, daß die Wellenfronten beider Systeme als Voll- bzw.
Halbkugelschalen bei gleicher Distanz denselben Krümmungsradius aufweisen.
Es lassen sich also - völlig richtig - Systeme vorstellen, die ein
unterschiedliches Bündelungmaß aufweisen und trotzdem die gleiche Abhängigkeit
des Schalldrucks von der Entfernung haben.
Das gleiche wie oben würde z.B. auch für konische Hörner/Waveguides gelten,
wenn sie jeweils im optimalen Wellenlängenbereich betrieben würden:
Man könnte einen solchen Waveguide (Mittelton) mit 120 Grad Öffnungswinkel
mit einem anderen (Hochton) kombinieren der nur 90 Grad aufweist und
zumindest die Entfernungsabhängigkeit des Schalldrucks wäre die gleiche:
Aufgrund gleicher Krümmung der Wellenfronten wäre das Schalldruckverhältnis
zwischen beiden Systemen auf Achse entfernungsunabhängig, obwohl sie ein
unterschiedliches Bündelungsmaß aufweisen.
Diese Beispiele sind aber kaum praxisrelevant. Warum ?
Gewöhnliche Mehrwegelautsprecher kombinieren unterschiedliche Membranen meist
auf ein und derselben Schallwand. Wird eine bestimmte Membran
z.B. der Tiefmitteltöner einer 2-Wege Box bis in den Bereich der Bündelung
betrieben, dann verringert sich die Krümmung der abgestrahlten Wellenfronten:
Die Wellenfronten werden "ebener", das Bündelungsmaß steigt: Es bildet sich
eine Richtwirkung entlang der "Hauptachse" aus.
Da ist die Wellenfront sogar stärker gekrümmt als unterhalb der Bündelungsfrequenz, von einer "ebeneren" Wellenfront kann keine Rede sein.
Wenn dann z.B. ein Kalottenhochtöner übernimmt, kann er auf einer hinreichend
großen Schallwand einen angenäherten Halbraumstrahler darstellen:
Die Krümmung der Wellenfronten entspricht dann wieder weitgehend einer
Halbkugelschale.
Nicht nur bei direkt strahlenden Membranen, sondern auch bei solchen
Konstruktionen mit Hörnern und Waveguides, welche das Bündelungsmaß erhöhen,
wenn sie bei (zu) hohen Frequenzen betrieben werden, verringert sich die Krümmung
der Wellenfronten bei Anstieg des Bündelungsmaßes.
In allen vie Fällen (wenn wir noch den Kugelstrahler dazunehmen ist von 0 bis 9 dB Bündelungsmaß die Krümmung der Wellenfront isdentisch, es gibt also keinen ursächlichen Zusammenhang zwischen Bündelungsmaß und Form der Wellenfront.
Trotzdem schreibe ich den Satz für kritische Leser gerne um:
"Für die meisten real existierenden Lautsprecher gilt, dass Diskontinuitäten im
Rundstrahlverhalten einen entfernungsabhängigeren Amplitudenfrequenzgang auf Achse
nach sich ziehen als dies bei Lautsprechern mit gleichmäßigem Rundstrahlverhalten
der Fall ist."
Die Diskontinuitäten haben zwei Hauptursachen:
1. Mit der Treiberbündelung nimmt die Schallenergieabgabe mit steigender Frequenz ab. Das kann man im Polardiagramm sehen, führt dann definitionsgemäß laut Paper zu einen höheren Bündelungsmaß.
2. werden heut meist Linkwitzweichen verwendet, die, wenn die Trennung nicht bei der Koppelungsfrequenz liegt, zu einen 50 % Energieeinbruch um die Übernahmefrequenz führt.
Sieht man aber erst, wenn man auch vertikal 360 Grad misst. Auch das drückt sich in einen erhöhten Bündelungsmaß in dem Bereich aus.
Hat aber beides nix mit ebener Wellenfront oder unterschiedlichem Pegelabfallverhalten über die Entfernung zu tun.
"Will ich diese Enfernungsabhängigkeit des Amplitudenfrequenzgangs verringern,
dann dann muss ich für ein gleichmäßigeres Bündelungsmaß über der Frequenz sorgen."
Außerdem ist ein Dipol der "nach vorne nicht wesentlich anders abstrahlt als ein
2Pi-Strahler", wie Du ihn beschreibst, eben kein Dipol.
Du bist hier hoffentlich nicht der Versuchung erlegen, die Bauform "offene Schallwand"
mit "dipolförmiger Abstrahlung" gleichzusetzen.
Der Dipol weist aber gegenüber
- dem Strahler nullter Ordnung
oder auch
- dem Halbraumstrahler
oder auch
- einem konischen Waveguide(im optimalen Frequenzbereich betrieben)
im Fernfeld eine veringerte Abnahme des Schalldrucks mit der Distanz auf.
Gruß
Peter Krips
Kommentar
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Gast
Hallo Oliver,
habe dein letztes Post erst gesehen, nachdem ich meinen "abgeschossen" hatte.
Dazu sage ich nur: :T und :F
Die Größe, einen Fehler einzugestehen, hat nun wirklich nicht Jeder :A :B
Viele Grüße
Peter Krips
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Interessante Diskussion!
Habe nur die Zitatbefehle (Quote) bei Oliver in Ordnung gebracht.Gruß
David
WEBSEITE HiFiAKTIV: Klick mich
Einen "Audio-Laien" erkennt man daran, dass er sich viel mehr mit Audiokomponenten beschäftigt als mit Raumakustik, LS-Aufstellung und Hörplatzwahl.
Auch Personen, die noch wenig Wissen auf diesem Gebiet haben, oder solche, die Rat und Hinweise von Erfahrenen suchen, sind hier richtig.
Meine Auffassung von seriösen Vergleichstests: Klick mich - Die bisherigen Testergebnisse: Klick mich - Private Anlage: Klick mich - Wann gefällt mir ein Musikstück? - Klick mich
Grundsätzlich: Behauptungen die mir bedenklich erscheinen, glaube ich nur, wenn sie messtechnisch nachvollziehbar sind und wenn sie mir in Form eines verblindeten Vergleichs bewiesen werden konnten.
Eine Bitte an Alle: nicht ganze (noch dazu große) Beiträge zitieren und darunter einen kurzen Kommentar schreiben! Besser (beispielsweise): "Volle Zustimmung zu Beitrag 37".
Wichtig: zumindest versuchen, beim Thema bleiben!
Kommentar
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O.Mertineit
Hallo David,
wenn ich auf einem Post den "zitieren" Button drücke,
dann bekomme ich im Editor - der dann aufgeht - keine
[quote] [\quote] Tags. Mein Editor ist leer.
Deshalb fummele ich die quote tags händisch rein, was
Dir soeben den administrativen Aufwand beschert hat.
Ist das Verhalten des Editors bei meinem Account normal ?
Ich bilde mir ein, es war mal anders aber vielleicht sind
auch nur meine Finger dicker geworden ...
Kommentar
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Hallo Oliver!
Ich verwende kaum den großen Zitieren-Button rechts unten am Ende eines Beitrages (nur wenn ich kurze ganze Beiträge zitiere), sondern ich kopiere den ausgesuchten Text, setzte ihn in meinen Beitrag ein, markiere ihn und drücke oben in der Befehlsleiste den kleinen Zitat-Button (der Vierte von rechts).
Zusatz: bei einer Korrektur gibt es die Befehlsleiste nicht mehr. Erst dann wieder, wenn man auf "Erweitert" drückt.Gruß
David
WEBSEITE HiFiAKTIV: Klick mich
Einen "Audio-Laien" erkennt man daran, dass er sich viel mehr mit Audiokomponenten beschäftigt als mit Raumakustik, LS-Aufstellung und Hörplatzwahl.
Auch Personen, die noch wenig Wissen auf diesem Gebiet haben, oder solche, die Rat und Hinweise von Erfahrenen suchen, sind hier richtig.
Meine Auffassung von seriösen Vergleichstests: Klick mich - Die bisherigen Testergebnisse: Klick mich - Private Anlage: Klick mich - Wann gefällt mir ein Musikstück? - Klick mich
Grundsätzlich: Behauptungen die mir bedenklich erscheinen, glaube ich nur, wenn sie messtechnisch nachvollziehbar sind und wenn sie mir in Form eines verblindeten Vergleichs bewiesen werden konnten.
Eine Bitte an Alle: nicht ganze (noch dazu große) Beiträge zitieren und darunter einen kurzen Kommentar schreiben! Besser (beispielsweise): "Volle Zustimmung zu Beitrag 37".
Wichtig: zumindest versuchen, beim Thema bleiben!
Kommentar
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OFFTOPIC: Oder man klickt den Buttun rechts neben Zitieren=Beitrag zum Zitieren auswählen und klickt dann auf Antworten.
Mit dieser Methode lassen sich mehrere Beiträge auf einmal zitieren (ohne viel copy paste Aufwand).
Geht das alles nicht könnte es ein Browserproblem sein.
lG
Armin
OFFTOPIC
Kommentar
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O.Mertineit
Richtwirkung im Nahfeld
Zitat von P.Krips
Die Größe, einen Fehler einzugestehen, hat nun wirklich nicht Jeder ...
Die Thematik bleibt m.E. trotzdem knifflig.
Ich würde das hier lieber als eine Art Workshop sehen, auch um sich
Zusammenhänge klar zu machen. So selbstverständlich und einheitlich
ist der Umgang mit den Begrifflichkeiten und deren Anwendung m.E.
weder im Schrifttum noch in der verbreiteten Praxis. Ich habe da noch
einige Beispiele für Begriffe, die m.E. oft außerhalb ihres Gültigkeitsbereichs
verwendet werden, aber da muss ich aus Zeitgründen in einem späteren
Post drauf eingehen.
Zitat von P.KripsAuch die Aussage stimmt nicht, da deine Grundannahme:
"Höheres Bündelungsmaß = ebenere Wellenfront" schon nicht stimmt.
richtig, aber man sollte auch sagen warum:
Es liegt an der Definition des Begriffs "Bündelungsmaß".
Ich nehme mal wieder diese Schrift her, weil die leicht im Netz
zugänglich ist:
[Kap. 3.1.1]
Der Richtfaktor eines Schallstrahlers ist das Verhältnis
der komplexen Amplitude des Fernfeldschalldruckes
unter einem bestimmten Winkel (gegen die Bezugsrich-
tung des Schallstrahlers) und in einem bestimmten Ab-
stand von der Schallquelle zur entsprechenden Schall-
druckamplitude in der Bezugsrichtung bei demselben
Aufpunktabstand ...
[Kap. 3.1.2]
Der Bündelungsgrad ist das Verhältnis der Schallleistung
eines fiktiven Kugelstrahlers nullter Ordnung, dessen
allseitig gleicher Schalldruck gleich dem maximal abge-
strahlten Schalldruck des realen Strahlers ist, zur Schall-
leistung des realen Schallstrahlers. Der Bündelungsgrad
ist damit der Kehrwert des über alle Raumrichtungen in
einer Kugeloberfläche gemittelten Quadrates des Richt-
faktors ...
Das Bündelungsmaß ist der zehnfache dekadische Loga-
rithmus des Bündelungsgrades ...
Damit hätten wir die die Begriffskette
Richtfaktor -> Bündelungsgrad -> Bündelungsmaß
Der Richtfaktor ist explizit für das Fernfeld definiert und somit die
anderen Begriffe auch. Sich im Fernfeld zu befinden heißt nicht etwa, sich
am Übergang zwischen Nahfeld und Fernfeld entlang zu hangeln, sondern sich
eindeutig im Fernfeld zu befinden.
Dort im Fernfeld haben wir eine Abnahme des Schalldrucks um 6dB bei
Verdopplung der Entfernung. Wellenfronten im Fernfeld hätten somit idealerweise
die Form einer Kugelkalotte. Ein Halbraumstrahler als Beispiel würde Wellenfronten
in Kugelkalottenform erzeugen, der Öffnungwinkel des zugehörigen Kugelsektors wäre
dabei 180 Grad.
Durch den Begriff "Bündelungsmaß" nicht beschreibbar wären dann sämtliche
Konstruktionen, welche eine Richtwirkung im Nahfeld dadurch erzeugen,
dass die Membranen nicht mehr klein gegen die Wellenlänge sind:
- angenäherte Linienstrahler wie wtwa lange Bändchenhochtöner
- jedwede Form von Line-Arrays auch Bessel-Arrays
...
Bei manchen Hornkonstruktionen, welche einen deutlichen Übergang vom
Nah- zum Fernfeld haben bin ich mir auch nicht sicher:
Bei den typischen auf gestapelten Waveguides basiertenden Hochton Line Arrays,
wie sie in der Beschallung eingesetzt werden, wäre der Begriff "Bündelungsmaß"
ebenfalls nicht anwendbar, denn diese Konstruktionen zielen darauf ab, das
Nahfeld bis weit ins Publikum auszudehnen.
Eine hinreichend hohe Strahlerzeile etwa, welche bei hinreichend kleiner
Wellenlänge betrieben würde und dadurch annähernd Zylinderwellen erzeugt,
müßte man in so großer Entfernung vermessen, daß eine gedachte 1. Linie
vom obersten Strahler zum Messpunkt und eine gedachte 2. Linie vom untersten
Strahler zum Messpunkt näherungsweise parallel wären.
Streng ausgelegt, wären die Bündelungsmaße aller realen Membranen oder Arrays
aus Membranen im Nahfeld "undefiniert".
Beispiel zu den Nahfeldkriterien:
Wenn wir das Kriterium "r > h^2/lamda" ernst nehmen
Oder verbal: "Der Messabstand muss größer sein als die quadrierte Ausdehnung der Quelle
geteilt durch die abgestrahlte Wellenlänge"
Dann gibt es noch viele andere Konstruktionen, für die ein Bündelungsmaß zumindest
für den Hochton nicht sinnvoll angebbar ist, weil der kleinste erlaubte Messabstand
im Hochton außerhalb der Wände des jeweiligen Hörraums wäre.
Darunter fallen z.B. viele größere elektrostatische Lautsprecher, sowie Linienstrahler
a la Magneplanar aber auch Mehrwege Arrays wie z.B. die Grundig Monolith Serie und viele
andere.
Keinen Übergang vom Nahfeld ins Fernfeld hätte z.B. ein Punktstrahler, der in einer
Raumecke plaziert wird (mit Bundelungsmaß 9dB), oder auch entsprechend aufgebaute
konische Waveguides, welche einen z.B. einen Kugelsektor mit konstantem Öffnungswinkel
darstellen. Der Trichter müsste nicht zwingend kreisförmigen Querschnitt haben,
auch Trichter mit rechteckigem Querschnitt und quadratischer Öffnungsfunktion hätten
bei geeigneter Auslegung ein angebbares Bündelungsmaß und keinen ausgeprägten
Nahfeld-Fernfeld Übergang. Auch hier müsste der Treiber am Hornhals jeweils klein gegen
die Wellenlänge sein.
Sämtliche Konstruktionen allerdings, welche eine auf dem Huygensschen Prinzip
- auch Superpositionsprinzip, Überlagerungsprinzip -
beruhende Richtwirkung im Nahfeld aufbauen, haben dann per Definitionem innerhalb
der wirksamen Distanz dieser Art von Richtwirkung kein definiertes Bündelungsmaß.
Das ist schade, hält Konstrukteure aber nicht davon ab, Strahler nach diesem Prinzip
zu konstruieren und für viele Anwendungen sogar als derzeit bevorzugte Technik s.o.
einzusetzen.
Diese Art von Richtwirkung beruht natürlich darauf, daß Wellenfronten
abgestrahlt werden, welche in einem Abstand r eine geringere Krümmung aufweisen,
als die Kugelkappe eines Kreissektors mit Radius r.
Der Knackpunkt ist, daß man im Nahfeld bei einer Schallquelle, welche nicht mehr
klein gegen die Wellenlänge ist, immer die Frage stellen kann: Wo ist denn eigentlich
der Schallenstehungsort, denn man ist z.B. bestimmten Strahlern eines Arrays immer
näher als anderen.
Im Fernfeld hingegen ist (jede) Strahleranordnung in Relation zu einer
Punktquelle geschrumpt: "r > h^2/lamda" und alles ist in Ordnung.
Dann müssen wir - streng genommen - Strahler mit Nahfeldrichtwirkung eben
ohne den Begriff "Bündelungsmaß" beschreiben z.B. durch Polardiagramme und "Tannenbaumdiagramme" sei es durch Messung oder Simulation.
Zum Dipol:
Zitat von P.KripsZunächst mal ist ein Dipol nach vorne und hinten (isoliert betrachtet) je nach
Schallwand/sonstiger Bauform jeweils ein Halbkugelstrahler. Durch die Gegenphasigkeit
hinten gibt es nun auf der Ebene 90 Grad und 270 Grad Auslöschungen,
so daß die besagte "8" übrigbleibt. Nur wie soll sich da was grundlegendes
an der Wellenform auf Achse ändrn ?
welche in dieser Form irreführende Assoziationen von "getrennten Halbkugelstrahlern"
hervorrufen kann.
Die offene Schallwand ist aber nur eine mögliche Bauform und beschreibt nicht den
"minimalen Ansatz", wie ein Dipolstrahler zustande kommt:
Demnach entsteht ein Dipol aus zwei Strahlern nullter Ordnung (Kugelstrahler) im
Abstand d, d wird als "Dipol Pfadlänge" bezeichnet.
Es handelt sich also um einen zusammengesetzten Strahler, dessen Wellenfronten
durch Überlagerung zweier gegenphasiger Strahler nullter Ordnung entsteht.
Ich versuche eine promitive Skizze:
..h........S1<----d---->S2 (h=Hörer, S1=Strahler1, S2=Strahler2)
..|<-r1->|
..|<-r2--------------->|
In dieser beispielhaften Anordnung erfolgte nach links und rechts die größte
Abstrahlung und nach oben und unten jeweils die geringste, wenn man sich ein
Polardiagramm in der Ebene des Bildschirms vorstellt.
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.
Für Dipole und Kardioide ist es auch gängig, Bündelungsmaße zu berechnen.
[QUOTE=P.Krips]
Nein, schon mal entsprechende Simulationen der Abstrahlkeulen im Bündelungsbereich
gesehen oder besser noch gemessen ?
Da ist die Wellenfront sogar stärker gekrümmt als unterhalb der Bündelungsfrequenz,
von einer "ebeneren" Wellenfront kann keine Rede sein.
[\QUOTE]
Beispielsweise ein Line Array mit Höhe groß gegen die abgestrahlte Wellenlänge,
welches - im Nahfeld - annähernd Zylinderwellen abstrahlt
(also "ebene Wellen in der Vertikalebene) hat in der Vertikalebene eine deutliche
Abstrahlkeule und das zugehörige Polardiagramm kann starke Krümmungen im Bereich
der Keule aufweisen, welche auch viel stärker sind als die "Krümmungen" im
Polardiagramm eines Strahlers nullter Ordnung. Da stimme ich zu.
Aber die in einem Polardiagramm dargestellte Kurve zeigt doch nicht die
Form der Wellenfronten ...
Sie zeigt den winkelabhängigen Schalldruck in einem bestimmten Messabstand und
in einer bestimmten Ebene in Polarkoordinaten.
Ist das die Form der Wellenfronten ?
Die "Form der Wellenfronten" wäre durch eine Art "Isobarenkarte" in der Umgebung
des Strahlers für eine bestimmte Frequenz darzustellen.
M.E. wäre das etwas anderes als das übliche Polardiagramm, ich lasse mich aber gern
eines Besseren belehren (...was ich jetzt nicht ironisch meine).
:MZuletzt geändert von Gast; 20.08.2013, 21:02.
Kommentar
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Gast
Hallo Oliver (Alter Hesse),
eine Bitte: Kannst du deine Beiträge etwas kürzer gestalten, als evtl. zweiteilen ?
Bei Antworten und noch einigen Quotings stösst man sonst schnell an das Textlimit hier.
Zitat von O.Mertineit Beitrag anzeigen
Deine Aussage erscheint mir - nach meiner eigenen Neukalibrierung - fachlich
richtig, aber man sollte auch sagen warum:
Es liegt an der Definition des Begriffs "Bündelungsmaß".
Ich nehme mal wieder diese Schrift her, weil die leicht im Netz
zugänglich ist:
http://www.dega-akustik.de/publikati...ehlung_101.pdf
Man misst auf einer Kugelfläche um einen Strahler alle Schalldrücke und bildet daraus einen Durchschnittswert. Der Unterschied zwischen dem Durchschnittswert und dem Achsenfrequenzgang ist dann das Bündelungsmaß.
In der Betrachtung ist keine allgemeine Aussage über die Form der Wellenfront des Achsenfrequenzgangs enthalten.
Damit hätten wir die die Begriffskette
Richtfaktor -> Bündelungsgrad -> Bündelungsmaß
Der Richtfaktor ist explizit für das Fernfeld definiert und somit die
anderen Begriffe auch. Sich im Fernfeld zu befinden heißt nicht etwa, sich
am Übergang zwischen Nahfeld und Fernfeld entlang zu hangeln, sondern sich
eindeutig im Fernfeld zu befinden.
Dort im Fernfeld haben wir eine Abnahme des Schalldrucks um 6dB bei
Verdopplung der Entfernung. Wellenfronten im Fernfeld hätten somit idealerweise
die Form einer Kugelkalotte. Ein Halbraumstrahler als Beispiel würde Wellenfronten
in Kugelkalottenform erzeugen, der Öffnungwinkel des zugehörigen Kugelsektors wäre
dabei 180 Grad.
Durch den Begriff "Bündelungsmaß" nicht beschreibbar wären dann sämtliche
Konstruktionen, welche eine Richtwirkung im Nahfeld dadurch erzeugen,
dass die Membranen nicht mehr klein gegen die Wellenlänge sind:
- angenäherte Linienstrahler wie wtwa lange Bändchenhochtöner
- jedwede Form von Line-Arrays auch Bessel-Arrays
Wobei Bessel Arrays da nicht rein passen, da da ja das Ziel ist, auch vertikal ein Abstrahlverhalten wie ein Einzeltreiber hinzubekommen.
Bei manchen Hornkonstruktionen, welche einen deutlichen Übergang vom
Nah- zum Fernfeld haben bin ich mir auch nicht sicher:
Bei den typischen auf gestapelten Waveguides basiertenden Hochton Line Arrays,
wie sie in der Beschallung eingesetzt werden, wäre der Begriff "Bündelungsmaß"
ebenfalls nicht anwendbar, denn diese Konstruktionen zielen darauf ab, das
Nahfeld bis weit ins Publikum auszudehnen.
Streng ausgelegt, wären die Bündelungsmaße aller realen Membranen oder Arrays
aus Membranen im Nahfeld "undefiniert".
Beispiel zu den Nahfeldkriterien:
Wenn wir das Kriterium "r > h^2/lamda" ernst nehmen
Oder verbal: "Der Messabstand muss größer sein als die quadrierte Ausdehnung der Quelle
geteilt durch die abgestrahlte Wellenlänge"
Dann gibt es noch viele andere Konstruktionen, für die ein Bündelungsmaß zumindest
für den Hochton nicht sinnvoll angebbar ist, weil der kleinste erlaubte Messabstand
im Hochton außerhalb der Wände des jeweiligen Hörraums wäre.
Darunter fallen z.B. viele größere elektrostatische Lautsprecher, sowie Linienstrahler
a la Magneplanar aber auch Mehrwege Arrays wie z.B. die Grundig Monolith Serie und viele
andere.
Keinen Übergang vom Nahfeld ins Fernfeld hätte z.B. ein Punktstrahler, der in einer
Raumecke plaziert wird (mit Bundelungsmaß 9dB), oder auch entsprechend aufgebaute
konische Waveguides, welche einen z.B. einen Kugelsektor mit konstantem Öffnungswinkel
darstellen. Der Trichter müsste nicht zwingend kreisförmigen Querschnitt haben,
auch Trichter mit rechteckigem Querschnitt und quadratischer Öffnungsfunktion hätten
bei geeigneter Auslegung ein angebbares Bündelungsmaß und keinen ausgeprägten
Nahfeld-Fernfeld Übergang. Auch hier müsste der Treiber am Hornhals jeweils klein gegen
die Wellenlänge sein.
Sämtliche Konstruktionen allerdings, welche eine auf dem Huygensschen Prinzip
- auch Superpositionsprinzip, Überlagerungsprinzip -
beruhende Richtwirkung im Nahfeld aufbauen, haben dann per Definitionem innerhalb
der wirksamen Distanz dieser Art von Richtwirkung kein definiertes Bündelungsmaß.
Das ist schade, hält Konstrukteure aber nicht davon ab, Strahler nach diesem Prinzip
zu konstruieren und für viele Anwendungen sogar als derzeit bevorzugte Technik s.o.
einzusetzen.
Der Knackpunkt ist, daß man im Nahfeld bei einer Schallquelle, welche nicht mehr
klein gegen die Wellenlänge ist, immer die Frage stellen kann: Wo ist denn eigentlich
der Schallenstehungsort, denn man ist z.B. bestimmten Strahlern eines Arrays immer
näher als anderen.
Später eintreffende Signale von entfernteren Flächenelementen spielen dann keine Rolle mehr. Verschiebt man das Mikro vetikal, würde man bei so einen Strahler immer den gleichen SEO messen.
Dann müssen wir - streng genommen - Strahler mit Nahfeldrichtwirkung eben
ohne den Begriff "Bündelungsmaß" beschreiben z.B. durch Polardiagramme und "Tannenbaumdiagramme" sei es durch Messung oder Simulation.
Zum Dipol:
Die offene Schallwand ist aber nur eine mögliche Bauform und beschreibt nicht den
"minimalen Ansatz", wie ein Dipolstrahler zustande kommt:
Demnach entsteht ein Dipol aus zwei Strahlern nullter Ordnung (Kugelstrahler) im
Abstand d, d wird als "Dipol Pfadlänge" bezeichnet.
Es handelt sich also um einen zusammengesetzten Strahler, dessen Wellenfronten
durch Überlagerung zweier gegenphasiger Strahler nullter Ordnung entsteht.
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.
Uploaded with ImageShack.us
Man kann es wohl noch gut erkennen (bei der bewegten Animation sieht man es besser), daß die grundsätzliche halbkugelförmige Wellenfront der Monopole erhalten bleibt, aber Richtung senkrechter Achse zwischen den Monopolen zunehmend Auslöschung eintritt.
Beispielsweise ein Line Array mit Höhe groß gegen die abgestrahlte Wellenlänge,
welches - im Nahfeld - annähernd Zylinderwellen abstrahlt
(also "ebene Wellen in der Vertikalebene) hat in der Vertikalebene eine deutliche
Abstrahlkeule und das zugehörige Polardiagramm kann starke Krümmungen im Bereich
der Keule aufweisen, welche auch viel stärker sind als die "Krümmungen" im
Polardiagramm eines Strahlers nullter Ordnung. Da stimme ich zu.
Aber die in einem Polardiagramm dargestellte Kurve zeigt doch nicht die
Form der Wellenfronten ...
Sondern einenn winkelabhängigen Schalldruck in einem bestimmten Messabstand und
in einer bestimmten Ebene in Polarkoordinaten.
Ist das die Form der Wellenfronten ?
Aus meiner bisherigen Messerfahrung heraus würde ich sagen: genauso wie unterhalb der Bündelungsfrequenz.
Gruß
Peter Krips
Kommentar
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O.Mertineit
Hallo Peter,
Dir war sicherlich klar, daß ich nochmal nachhake ...
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:
Zitat von P.Krips
Nein, hier mal eine Simu eines Dipols:
...
Man kann es wohl noch gut erkennen (bei der bewegten Animation sieht man es besser), daß die grundsätzliche halbkugelförmige Wellenfront der Monopole erhalten bleibt, aber Richtung senkrechter Achse zwischen den Monopolen zunehmend Auslöschung eintritt.
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.
Hier wird das grafisch recht anschaulich dargestellt:
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).
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.
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 ?
Das Bessel-Array beispielsweise "imitiert" recht gut das Polardiagramm eines
Einzelstrahlers, die Phase schwankt aber periodisch mit dem Winkel.
Ich muss dazu mal was rauskramen ... wird sicher bis morgen dauern.
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.Zuletzt geändert von Gast; 21.08.2013, 19:28.
Kommentar
-
O.Mertineit
Hallo Peter, hallo zusammen,
Zum Dipol-Strahler:
----------------------
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.
Nach meiner aktuellen Einschätzung haben sich Peter und ich übrigens nicht
nur gegenseitig, sondern teils auch selbst gelegentlich im Verlauf der
letzten Posts widersprochen ...
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
oder
- 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.
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.
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:
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.
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:
Diese Krümmung wäre m.E. unter eindeutigen Fernfeldbedingungen ohnehin immer
"ungefähr gleich" r.Zuletzt geändert von Gast; 24.08.2013, 17:35.
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O.Mertineit
Hallo ...
Zitat von O.Mertineit
Dann gibt es noch viele andere Konstruktionen, für die ein Bündelungsmaß zumindest
für den Hochton nicht sinnvoll angebbar ist, weil der kleinste erlaubte Messabstand
im Hochton außerhalb der Wände des jeweiligen Hörraums wäre.
Darunter fallen z.B. viele größere elektrostatische Lautsprecher, sowie Linienstrahler
... und ... andere.
Zitat von P.Krips
Ganz eng betrachtet sind bei solchen großflächigen Lautsprechern speziell im oberen Frequenzbereich
die üblichen Messungen in 1 m Abstand völlig für die Tonne, die müsste man zwingend im vorgesehenen
Hörabstand messen, bedarf dann aber auch entsprechender Messräumlichkeiten.
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 ?
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 ... ?Zuletzt geändert von Gast; 24.08.2013, 18:38.
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O.Mertineit
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.
... (?)
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?
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.
Für die zusammengesetzte Schallquelle aus unserem Lautsprecher und seiner
Spiegelschallquelle "unter" einem (frisch geputzten ...) Kachelfußboden ist sie
es u.U. aber nicht mehr.
Wie ... "das ist was anderes" ?
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
... (?)Zuletzt geändert von Gast; 24.08.2013, 19:09.
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