Hallo an die Interessenten dieses Threads,
... und danke auch für's Feedback durch manche sonst stilleren Mitleser ...
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Wie versprochen folgt eine kurze Auswahl einschlägiger Grundlagenartikel zum Gehäuseprinzip "Closed Box" (geschlossene Box) und "Vented Box" (Bassreflex-Box), wobei letzteres hier den Schwerpunkt der Liste bildet. Doch zuvor einige Anmerkungen dazu:
Wer die Interpretation von Ersatztschaltbildern elektromechanischer Komponenten in Kraft-Strom Analogie gewohnt ist, findet in
"Vented-Box Loudspeaker Systems—Part 1: Small-Signal" von Richard H. Small
m.E. einen guten Einstieg.
Fig. 3 auf S. 319 zeigt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild eines Treibers im ventilierten Gehäuse.
Der o.g. Artikel beschreibt auch die verwendeten Symbole ausführlich. Für Neueinsteiger ist es evt. hilfreich, die Artikel von Richard H. Small über das geschlossene Gehäuse vorweg zu lesen. Diese können dann als Einstieg für die ventilierte Box dienen:
Im Wesentlichen wird bei der "Vented-Box" das Ersatzschaltbild des Treibers im geschlossenen Gehäuse um eine Massekomponente "Cmep" und eine Widerstandskomponente "Rel" im Ersatzschaltbild ergänzt, welche in der geschlossenen Box so nicht vorhanden sind (eine effektive Leckage gem. Rel kann es jedoch auch beim geschlossenen Gehäuse geben).
Der so gebildete Reihenschwingkreis - nach Kraft-Strom Analogie - entzieht dem Treiber im Bereich der Abstimmfrequenz Energie. Gleichzeitig kann der durch "Cmep" dargestellte Port Schall abstrahlen.
Dazu muss im Ersatzschaltbild die Geschwindigkeit des Ports (genauer "der durch den Port dargestellten Massereaktanz", welche typischerweise viel größer als die "reale" Luftmasse im Port ist ... ) entsprechend der Spannnung über "Cmep" betrachtet werden ("Cmep": Compliance, Mass Equivalent (to) Port), welche im realen Objekt einer Volumengeschwindigkeit entspricht, die wiederum proportional zu einem durch den Port erzeugten Schalldruck ist.
Die wesentlichen Frequenzbereiche eines Gehäuses 4. Ordnung (Ventiliertes Gehäuse, Bassreflex-Gehäuse) mit Abstimmfrequenz fb können grob vereinfachend so dargestellt werden:
f<fb: Membran und Port bewegen sich mechanisch in Phase, aufgrund von Phasenumkehr durch den Port (Außenseite des Ports strahlt ab !) ist dies jedoch nach außen eine gegenphasige Bewegung zur Membran, der Schalldruck nimmt daher zu tieferen Frequenzen stark ab.
f=fb Maximale Schallabstrahlung des Ports, minimaler Hub der Treibermembran. Phasenunterschied von Membran und Port ca. 90 Grad. Die Treibermembran trägt hier nur gering zur Schallabstrahlung bei.
f>fb Die Schallabstrahlung des Ports nimmt stark ab. Treibermenbran und Port sind mechanisch in Gegenphase, durch Phasenumkehr (Außenseite des Ports strahlt ab !) sind Membran und Port zu höheren Frequenzen hin jedoch nach außen in Phase. Schallabstrahlung durch die Membran allein dominiert mit steigender Frequenz immer mehr: Der Unterschied zu einer geschlossenen Box "verschwindet" zu mittleren bzw. höheren Bassfrequenzen weitgehend. (Vgl. dazu z.B. auch die Messungen an meinen Subwoofern.)
... das war jetzt "BR im Schnelldurchlauf" (!) für extrem Ungeduldige, denen das Prinzip bis jetzt evt. noch nicht geläufig war.
Die unten gelisteten Artikel von Neville Thiele und Richard Small sind vom technischen Inhalt m.E. immer noch "up to date" und absolut richtungsweisend. Natürlich sind sie in einer Zeit entstanden, in der die Nutzung von Digitalcomputern noch nicht so weit verbreitet war. Daher wurde u.a. mit "Analog Circuit Simulatoren" gearbeitet. So etwas Ähnliches mache ich heute in digitaler Form auch, denn ich berechne meine BR-Systeme meist aufgrund von Ersatzschaltbildern mit einem "Spice" ähnlichen Programm für die Schaltungssimulation ... Ich hatte sehr früh begonnen, eigene Simulationsprogramme zu schreiben, nachdem ich die Aufsätze von Richard Small gelesen hatte, und meine ersten BR-Gehäuse zuvor mehr aus "Intuition und Glück" einigermaßen funktionierten. Die eigene Beschäftigung mit der Materie gab mir früh die Gelegenheit, die "Welt der Standardabstimmungen" zu verlassen und meine BR-Gehäuse von vornherein z.B. auf einen "raumfreundlichen" sanft abfallenden Freifeld-Frequenzgang meiner Wahl abzustimmen oder bei Bedarf auch etwas anderes zu tun.
Außerdem konnte ich dadurch früh die Auswirkungen oder den Bedarf von Modifikationen an Tieftonchassis berechnen (Darf es eine etwas höhere Luftspaltinduktion sein ? Was passiert mit einer durch dämpfende Beschichtung um N-Gramm schwereren Membran ? ...) und ebenso die oft nicht ganz unerheblichen Auswirkungen von passiven Weichenbauteilen, welche man in die Gesamtabstimmung u.U. einfließen lassen muss (z.B. merkliche Serienwiderstände von Spulen, falls vorhanden, etc.).
Meine erste intensive Beschäftigung mit den Aufsätzen war, als ich so Anfang 20 war in der Freizeit als Student, das ist jetzt bald 30 Jahre her ...
Die damals von mir entwickelte eigene Software - über die Jahre auch weitergepflegt - verwende ich mittlerweile nicht mehr: Ich verwende nun Standardsoftware, jedoch mit meinen eigenen Ersatzschaltbildern (die natürlich auf denen von Thiele und Small beruhen ...) und eigenen Abstrahlmodellen. Hier gibt es einige Varianten und auch im Internet veröffentlichte (teils auch mal fehlerbehaftete ...) Schaltbilder. Die vereinfachte Version aus Fig. 3 S. 319 s.o. ist jedoch immer noch "völlig OK" und durchaus schon als Basis für Simulationen zu gebrauchen. Freilich fehlen hier noch viele Komponenten für eine brauchbare Simulation inklusive realer Dimensionierung von Gehäusen ...
Mit den heutigen Simulationsprogrammen muss sich auch der "Nicht-Programmierer" schon lange nicht mehr sklavisch an die von Thiele und Small untersuchten Filter "Alignments" halten. Die Autoren hatten das aber m.E. auch nie so gedacht(!):
Sie haben damals nur exemplarische Filteralignments (Gehäuse 4ter Ordnung sind Tiefpässe) erzeugt und beschrieben. Daraus zu schließen, ihre Aufsätze seien "veraltet" ist m.E. ein Irrtum: Es sind bis heute anwendbare Grundlagenartikel, auch wenn in der Zwischenzeit noch Aspekte ergänzt wurden.
(Sorry für die teils autobiografischen Anklänge, hier kommt die Liste ....)
Richard H. Small, Grundlagenartikel Geschlossene Box
Closed-Box Loudspeaker Systems-Part 1: Analysis
Author: Small, Richard H.
Affiliation: School of Electrical Engineering, The University of Sydney
JAES Volume 20 Issue 10 pp. 798-808; December 1972
Publication Date:December 1, 1972
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http://www.atps.net/notes/Closed-Box-Lo ... alysis.pdf
Closed-Box Loudspeaker Systems-Part 2: Synthesis
Author: Small, Richard H.
Affiliation: School of Electrical Engineering, The University of Sydney
JAES Volume 21 Issue 1 pp. 11-18; February 1973
Publication Date:February 1, 1973
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http://diyaudioprojects.com/Technical/P ... thesis.pdf
Richard H. Small, Grundlagenartikel Vented Box (Bassreflex-Box)
Vented-Box Loudspeaker Systems—Part 1: Small-Signal Analysis
Author: Small, Richard H.
Affiliation: School of Electrical Engineering, The University of Sydney
JAES Volume 21 Issue 5 pp. 363-372; June 1973
Publication Date:June 1, 1973
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http://www.northreadingeng.com/R_Small_Part_I.pdf
Vented-Box Loudspeaker Systems-Part 2: Large-Signal Analysis
Author: Small, Richard H.
Affiliation: School of Electrical Engineering, The University of Sydney
JAES Volume 21 Issue 6 pp. 438-444; August 1973
Publication Date:August 1, 1973
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http://diyaudioprojects.com/Technical/P ... art-II.pdf
Vented-Box Loudspeaker Systems-Part 3: Synthesis
Author: Small, Richard H.
Affiliation: School of Electrical Engineering, The University of Sydney
JAES Volume 21 Issue 7 pp. 549-554; September 1973
Publication Date:September 1, 1973
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http://www.northreadingeng.com/R_Small_Part_III.pdf
Vented-Box Loudspeaker Systems-Part 4: Appendices
Author: Small, Richard H.
Affiliation: School of Electrical Engineering, The University of Sydney
JAES Volume 21 Issue 8 pp. 635-639; October 1973
Publication Date:October 1, 1973
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http://diyaudioprojects.com/Technical/P ... art-IV.pdf
Neville Thiele, Grundlagenartikel Vented Box
Loudspeakers in Vented Boxes: Part 1
Author: Thiele, Neville
Affiliation: Australian Broadcasting Commission
JAES Volume 19 Issue 5 pp. 382-392; May 1971 Import into BibTeX
Publication Date:May 1, 1971
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http://diyaudioprojects.com/Technical/P ... Part-I.pdf
Loudspeakers in Vented Boxes: Part 2
Author: Thiele, Neville
Affiliation: Australian Broadcasting Commission
JAES Volume 19 Issue 6 pp. 471-483; June 1971
Publication Date:June 1, 1971
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http://diyaudioprojects.com/Technical/P ... art-II.pdf
E.J. Jordan, Artikel zu einem ventilierten Gehäuse mit Widerstandskomponente
Sehr interessanter Artikel von 1956 über ein "modifiziertes Reflex-Gehäuse"
mit kontinuierlich ansteigender Membrangeschwindigkeit zu tiefen Frequenzen
A Cabinet of Reduced Size With Better Low-frequency Performance
Author: Jordan, E.J.
Wireless World, Feb. 1956
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http://www.ejjordan.co.uk/PDFs/A-Cabine ... rmance.pdf
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Der letzte Artikel ist für mich mehr ein "Goodie", er wird nicht benötigt, um das BR-Prinzip zu verstehen. Er zeigt jedoch, daß es schon vor mittlerweile kanpp 60 Jahren in diesem Umfeld ziemlich anspruchsvolle und ausgeklügelte Ansätze gab. Ich habe u.a. noch als Schüler ein Gehäuse nach diesem Artikel gebaut und untersucht: Es gibt ein paar Nachteile, welche der Autor m.E. verschweigt: U.a. ist das Gehäuse zu tiefen Frequenzen hin nicht mehr sehr effizient und der Treiber macht viel Hub.
Aber das Einschwingverhalten ist selbst bei Treibern mit eher geringen Güten damit sehr gut zu kontrollieren und die lobenden Worte über die saubere unaufringliche Basswiedergabe ließen sich nach vielen Jahrzehnten immer noch nachvollziehen. Damals waren BR-taugliche Treiber wohl eher unüblich und die Gehäuseabstimmung war sicher geeignet - für die Zeit vor Thiele & Small - etwas sehr Brauchbares aus verfügbaren Komponenten herzustellen.
Viel Spaß bei der Lektüre !
Grüße Oliver