Konstruktive Vermeidung von Kantenreflektionen

Lautsprecherbau und -tuning

Beitragvon phase_accurate » 27.05.2013, 14:48

Der Pegel der Reflektionen ist nicht das alleinige Kriterium. Selbst wenn im Frequenzbereich die Welligkeit des Pegels gleich bleibt, kann es bei einer Schallwandverbreiterung trotzdem eine Verbesserung geben, indem im Zeitberich die Reflektionen aus dem "gefährlichen" 700µs Bereich herausgeschoben werden. Ich gehe davon aus, dass sehr schmale Fronten die Reflexionenen ebenfalls aus diesem Bereich heraushalten.

Es gibt also Verzerrungen im Amplituden- und im Zeitbereich, welche es gilt unter Kontrolle zu haben. Unter Kontrolle haben heisst nicht unbedingt, dass man sie ganz vermeiden muss, sondern dass man Fehler dorthin verschiebt, wo sie am wenigsten schaden. Dies ist eigentlich immer das Ziel von gutem Engineering: Den Kompromiss zu finden, welcher eine Zielvorgabe am besten erfüllt. Da es den idealen Lautsprecher nicht gibt und auch nie geben wird, muss man versuchen, den Optimalen zu konstruieren. Da aber bezüglich Gehörphysiologie und Psychoakustik das letzte Wort noch nicht gesprochen worden ist, ist das Ziel auch etwas schwammig.

Gruss

Charles
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Beitragvon KlausR. » 27.05.2013, 14:55

phase_accurate hat geschrieben:Der Pegel der Reflektionen ist nicht das alleinige Kriterium. Selbst wenn im Frequenzbereich die Welligkeit des Pegels gleich bleibt, kann es bei einer Schallwandverbreiterung trotzdem eine Verbesserung geben, indem im Zeitberich die Reflektionen aus dem "gefährlichen" 700µs Bereich herausgeschoben werden.

700µs? Gibt's da irgendwelche Literatur zu?

Klaus
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Beitragvon phase_accurate » 27.05.2013, 15:06

Hallo Klaus

Die 700 µs entsprechen in etwa der Laufzeit zwischen unseren Ohren (respektive denen des Durchschnittlichen Zeitgenossen). Auf Neudeutsch auch als "inter aural time difference" bezeichnet.

John Watkinson z.B. geht in seiner Beitragsreihe "Speaker's Corner" in der Zeitschrift Electronics world and Wireless World darauf ein. Es wird wohl noch ein paar andere Quellen geben wenn man danach sucht.
Es sagt, dass die Kantenreflektionen des üblichen eckigen LS die Breite von Phantomschallquellen um die Breite des LS verbreitern.

Gruss

Charles
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Beitragvon KlausR. » 27.05.2013, 16:06

Hallo Charles,

phase_accurate hat geschrieben:Die 700 µs entsprechen in etwa der Laufzeit zwischen unseren Ohren (respektive denen des Durchschnittlichen Zeitgenossen). Auf Neudeutsch auch als "inter aural time difference" bezeichnet.

Bei Sengpiel finde ich den Wert von 630 µs als maximale Differenz (21.5 cm Ohrabstand).

John Watkinson z.B. geht in seiner Beitragsreihe "Speaker's Corner" in der Zeitschrift Electronics world and Wireless World darauf ein. Es wird wohl noch ein paar andere Quellen geben wenn man danach sucht. Es sagt, dass die Kantenreflektionen des üblichen eckigen LS die Breite von Phantomschallquellen um die Breite des LS verbreitern.

Habe etliche Artikel dieser Reihe, in dem über Kantenbeugung steht leider nix in diesem Sinne drin. Mal weitersuchen. Danke schon mal für die Hinweise.

Klaus
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Beitragvon Hans-Martin » 27.05.2013, 17:22

Hallo Klaus

(TT Sandel et al:) Localization of Sound from Single and Paired Sources*

Sandel (1955) hat geschrieben:The value 0.34 milliseconds, was chosen for the interaural time difference corresponding to a source located 40° from the median plane. This value was based on data in a table given by Woodworth • for an
average-sized head.
• R. S. Woodworth, Experimental Psychology (Henry Holt and Company, New York, 1938), pp. 518-534.

Hier spielt sowohl der Erfassungswinkel eine Rolle wie auch der individuelle Schädel, der vom Mittelmaß abweichen kann. Die Streuung beschreibt er hier:

Sandel (1955) hat geschrieben:Klumpp employed an electrical lag-line to produce a variable time delay to one ear and found that subjects could respond to changes in the interaural time difference for tones up to about 1500 cps but that at frequencies much above this they were unable to detect changes. There was some individual difference in the limiting frequency, some subjects being able to respond up to possibly 1700 cps and some failing to hear changes at 1300 cps. In the present experiments there is evidence of individual difference in this respect
R. G. Klumpp, J. Acoust. $oc. Am. 25, 823(A) (1953); and personal communication.

Anmerkung für den nicht-technischen Leser: cps=cycles per second = Hz

Grüße Hans-Martin
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Dark Side of the Birne

Beitragvon musikgeniesser » 27.05.2013, 23:48

Moin Forenten,

da kann ja jeder kommen und irgend etwas behaupten. Schließlich kann 0,34 bis 0,63 msec wohl kaum durch die Streubreite unterschiedlicher Kopfgrößen erklärt werden. Schon eher vorstellbar ist, dass es an den unterschiedlichen Einfallswinkeln liegen könnte.

  • Bei 40° -- 0,34 msec -- kann man sich noch vorstellen, dass der Schall beide Ohrmuscheln auf direktem Weg erreicht: der Weg zum fernen Ohr geht noch nicht allzu sehr ums Gesicht "herum", das Ohr liegt noch nicht im "Schatten".
  • Aber bei 90°, also von der Seite auftreffendem Schall, muss der Schall um die Kurve, also um die abgewandte Gesichtshälfte irgendwie herum, denn das ferne Ohr liegt im "Schatten" -- da sind es dann wohl 0,63 msec.
Da hilft nur eines: nachrechnen. 40°, da nehmen wir jetzt mal geradlinige Schallausbreitung zu den Ohren an. Geometrie kann ich mir wunderbar vorstellen und Excel macht dann den Rest. Mal sehen, was dabei herauskommt.

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Offenbar gingen die genannten Wissenschaftler von 175 mm Schädelbreite aus, denn für 215 mm komme ich auf 0,4 msec. Dazu heißt es unter "Ohrabstand" bei Wikipedia:

Wikipedia, Artikel 'Ohrabstand' hat geschrieben:Der wahre "Ohrabstand" als Luftlinie von Trommelfell zu Trommelfell ist etwa 14 cm. Oft wird als "Ohrabstand" der falsche Wert von 17,5 cm angenommen, zum Beispiel in Dickreiter, "Handbuch der Mikrofontechnik", oder beim ORTF-Stereosystem.

Und später:

Wikipedia, a. a. O. hat geschrieben:Impulsmessungen am Gehörgangseingang haben eine maximale Phasenlaufzeitverzögerung um den Kopf von Δ t = 0,63 ms (630 μs) ergeben. Δ t = (a • sin θ) / c und sin 90° = 1. c ist die Schallgeschwindigkeit mit 343 m/s bei 20 °C.

Das entspricht bei 90° Schalleinfall einer Wegstrecke von a = Δ t • c = 0,63 • 10−3 • 343 = 0,216 m. Für Tontechniker sollte diese Vereinfachung genügen.

Die Berechnung ist übrigens ausgesprochen Hörabstand-robust. Das erklärt, warum keiner angegeben ist. Ab 3 Fuß ändert sich praktisch nichts mehr. Kostprobe?

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Herzliche Grüße

Peter
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Beitragvon uli.brueggemann » 28.05.2013, 08:34

Hallo Peter,

ich habe versucht, Deine Rechnung in der Praxis nachzuvollziehen. Komme nicht ganz klar mit den 3 oder gar 30 Füssen. Ich hab doch nur zwei :mrgreen:
Und was haben meine Füsse mit meinen Ohren zu tun, ausser sie dorthin zu tragen, wo sie denn lauschen sollen ?

:cheers:
Uli
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Beitragvon uli.brueggemann » 28.05.2013, 09:55

modmix hat geschrieben:Hallo Uli,

mit 'Fuß' ist bestimmt ein herkömmliches Maß gemeint :wink:
Lt. wiki/Fuß (Einheit):

    1 ft = 0,3048 m; variabel in Europa
Beste Grüße
Ulli

Ach soooo, dann ist also die von Peter berechnete Laufzeitdifferenz auch noch variabel in Europa :mrgreen: :mrgreen: :mrgreen:

Uli
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Beitragvon phase_accurate » 28.05.2013, 10:08

Ist wohl trotz Regenwetter schon Biergartenzeit !!!!!! :wink: :mrgreen:

Gruss

Charles
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Beitragvon Jake52 » 28.05.2013, 10:13

Charles,

bei uns ist grade Biergartenwetter!! :cheers:

Schöne Grüße
Jakob
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Beitragvon phase_accurate » 28.05.2013, 10:23

Ach ist das fies !
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Beitragvon musikgeniesser » 28.05.2013, 10:37

Moin Uli,
moin Ulli,
moin Forenten,

als ich zu rechnen anfing, dachte ich noch, der Hörabstand habe einen (wesentlich größeren) Einfluss auf die Laufzeitunterschiede, sodass er wichtig wäre, sodass ich dafür realistische Annahmen treffen müsse, um überhaupt auf die 0,34 msec zu kommen. Zweimal sodass, na ja.

So habe ich mir, lieber Uli, gedacht, die von Hans-Martin genannte Quelle ist wohl aus den USA und da hat das MKSA-System bisher (bisher? Wer hat da gelacht?) keinen Einzug gehalten (die Kundigen unter Euch mögen mir verzeihen, dass ich Sekunde weiterhin -- gegen die Regel -- mit "sec" abkürze. Das liegt daran, dass mein Physiklehrer mich das so gelehrt hat: die Gefahr, es sonst mit der Größenbezeichnung "s" für Strecke zu verwechseln, ist einfach zu groß. Jedem Tierchen sein Pläsierchen. Für die Unkundigen unter Euch: MKSA = Meter-Kilogramm-Sekunde-Ampére, worauf sich die gesamte Physik -- zumindest bis zur Relativitätstheorie; wie es dort ist, weiß ich nicht -- reduzieren lässt). Die roten Länder verwenden das MKSA-System nicht.

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Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/MKSA-System

Also habe ich von vorn herein mit Fuß, feet,
uli.brueggemann hat geschrieben:ich habe versucht, Deine Rechnung in der Praxis nachzuvollziehen. Komme nicht ganz klar mit den 3 oder gar 30 Füssen. Ich hab doch nur zwei :mrgreen:
Und was haben meine Füsse mit meinen Ohren zu tun, ausser sie dorthin zu tragen, wo sie denn lauschen sollen ?


gerechnet. Als ich dann zum Ende meiner Algorithmus-Akrobatik feststellen musste, dass der Hörabstand ab rund 3 Fuß -- etwa 1 Meter -- völlig wurscht ist, habe ich nicht mehr geschaltet und das einfach weggelassen und auf MKSA umgestellt, sondern so gelassen. Ich bitte, das zu entschuldigen. Aber Du, lieber Ulli, hast das schon ganz richtig erkannt. Nun, 304,8 ist eine verräterische Zahl, das gebe ich zu.

Die Berechnung selbst ist dann simpel. Der Winkel führt zu einem Tangens, mit dessen Hilfe ich den Abstand der Schallquelle -- der Box -- zur akustischen Achse -- welche durch die Nasenspitze verläuft -- berechnen kann. Die Abstände zu den Ohren sind dann zum einen Ohr die Hälfte des Ohrenabstandes weniger, zum anderen mehr. Der Abstand ist dann der Pythagoras dieser beiden Seitenabstände mit dem Hörabstand. Die Differenz ist dann die Differenz daraus (auch irgendwie logisch), die ich -- ohne weitere Erläuterung, das ist natürlich nicht gerade gut -- in die Schallgeschwindigkeitszeile hinten 'reingequetscht habe. Die Schallgeschwindigkeit beträgt also keineswegs 112,31 oder 112,49 m/sec, sondern das ist Delta s (nicht sec. sic!).

Na ja, und wenn Sandel hier

Hans-Martin hat geschrieben:(TT Sandel et al:) Localization of Sound from Single and Paired Sources*

Sandel (1955) hat geschrieben:The value 0.34 milliseconds, was chosen for the interaural time difference corresponding to a source located 40° from the median plane. This value was based on data in a table given by Woodworth • for an
average-sized head.
• R. S. Woodworth, Experimental Psychology (Henry Holt and Company, New York, 1938), pp. 518-534.

Hier spielt sowohl der Erfassungswinkel eine Rolle wie auch der individuelle Schädel, der vom Mittelmaß abweichen kann.


0,34 msec in den (Hör)raum werfen lässt, dann wollte ich auf alle Fälle sicherstellen, nicht an seiner Quelle vorbeizurechnen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es für die Berechnung nur

  • auf den Hörwinkel und
  • auf den Ohrabstand

ankommt, wenn es um die Laufzeitdifferenz geht. Dabei wäre es zweckdienlich, für den Ohrabstand zutreffende Werte zu wählen. Bei gegebenem Hörwinkel ist sie -- egal, ob in Europa oder Übersee -- gerade nicht variabel, wie hier

uli.brueggemann hat geschrieben:Ach soooo, dann ist also die von Peter berechnete Laufzeitdifferenz auch noch variabel in Europa


fälschlich und damit zur allgemeinen Verwirrung ganz keck behauptet wird.

Herzliche Grüße

Peter
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Beitragvon uli.brueggemann » 28.05.2013, 11:07

musikgeniesser hat geschrieben:fälschlich und damit zur allgemeinen Verwirrung ganz keck behauptet wird.

Peter,

wo Du recht hast, hast Du Recht :wink:
Da hat mich doch die Darstellung in gemischten Zahlensystemen verwirrt. Üblicherweise bevorzuge ich daher ja auch, in einem System zu bleiben.
Selbst wenn man nun annimmt, dass die Angabe Fuß mit variablen Werten in verschiedenen Regionen verwendet wird, würde sich ja der Ohrabstand als auch die Schallgeschwindigkeit entsprechend mitändern, so dass die Zeit identisch bleibt.
Problematisch wird es also nur, wenn man mit gemischten Systemen arbeitet. Insofern hätten es 1m oder 30 m Abstand auch getan.
Du hast aber nun auch dargestellt, dass Du den zitierten Wert 0,34 ms nachvollziehen wolltest, welcher nun mit einem anderen Maßsystem ermittelt wurde. Insofern versteh ich damit auch die Anwendung der Füsse in Deiner Beispielrechnung.

Grüsse
Uli
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Beitragvon KSTR » 28.05.2013, 11:18

modmix hat geschrieben:Im freien Raum nimmt die Amplitude ~ 1/r^2 ab, bei einem Halbraum ist es weniger
Welche Amplitude, die des Schalldrucks der sicherlich gemeint ist?. Die geht mit 1/r. Von der Abstrahlumgebung ist das auch unabhängig, es wird halt der Pegel insgesamt höher. Wie immer alles bei einem akustisch klein angenommenen Stahler für die gegebene Entfernung, damit man von sphärischen Wellenfronten ausgehen kann, und die Abstrahlumgebung muss natürlich ein saubere Kugelsektor mit der Quelle im Zentrum sein damit es keine Reflexionen gibt.

-------:-------

Der effektiv akustische Ohrabstand ist winkelabhängig, genau wie Peter schon ausgeführt hat. Für kleine Winkel darf man den Ohrmuschelabstand nehmen (Trommelfell-Abstand ist irrelvant, die Ohrkanallaufzeit ist eine symmetrische Totzeit), aber je seitlicher der Einfall umso größer wird die zusätzliche Lauzeit weil der Schall ja um die Wange herum gebeugt wird. Das bedeutet, dass bei einer sehr nahen seitlichen Quelle das Delay sich nach der Laufzeit des Umfangs von Muschel zu Muschel richtet, also ca der Faktor 1.5 ggü der direkten Enfernung. Für eine ebene Welle wird es natürlich weniger weil die Tangente des Schalleinfalls am Kopf nicht weiter weg als bis zur Nasenspitze wandern kann.
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KSTR
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