Leserprojekte

HighPowerSat (Wandeinbau)

Lauter Satellit für Surround-Systeme (Wandeinbau)

In einem extra Heimkino möchte man die Lautsprecher häufig gerne in der Wand verschwinden lassen: das sieht unscheinbarer aus und ist auch akustisch durchaus vorteilhaft.

Wir haben daher den High-Power-Sat in unser Messpodest eingebaut und detailliert untersucht wie die Abstrahlung unter verschiedenen horizontalen und vertikalen Winkeln erfolgt.

 

 

Es sollte geklärt werden, ob:

  • die Weiche des High-Power-Sats übernommen werden kann
  • der High-Power-Sat auf den Hörer ausgerichtet werden sollte

Dazu wurde der Frequenzgang in 1 m Abstand gemessen mit einem Offset von:

  • 5 bis 50 cm in 5 cm Schritten vertikal (Y-Richtung)
  • 10 bis 50 cm in 10 cm Schritten horizontal (X-Richtung)
  • jeweils 10 bis 50 cm in X- und Y-Richtung in 10 cm Schritten diagonal

Schließlich wurden alle Messungen energetisch gemittelt um so einen Eindruck von der im Mittel abgestrahlten Schallleistung zu bekommen.
 


Da unsere Messraum bei einem Messabstand von 1 m nicht gut genug ist wurde der Frequenzgang unter 400 Hz im Nahfeld bestimmt. Ausgangsbasis bildet die Messung auf Achse (der 450 Hz Sperrkreis wurde hier natürlich weggelassen):


- das sieht nicht so toll aus. Die Überhöhung auf Achse um 1800 Hz ist jedoch für andere horizontale und vertikale Winkel nötig (s.u.)

Zunächst wurde die Änderung des Frequenzgangs bei einem Mikrofonversatz nach oben (Y-Richtung) von 5 bis 25 cm betrachtet (Summe, nur Tieftöner, nur Hochtöner). Hier wird durch die Doppelanordnung des Tief-/Mitteltöners mit Interferenzen gerechnet:


- das auf Achse noch vorhandene "Loch" bei 3 kHz wird zunehmend aufgefüllt
- die auf Achse vorhandene Überhöhung um 1800 Hz wird zunehmend abgebaut


- ab 800 Hz stark zunehmende Bündelung mit Minima bei 2300 bzw. 2000 Hz bei 20 bzw. 25 cm Offset


- nur ganz leicht zunehmende Bündelung

Im Folgenden wurde der Y-Offset von 10 bis 50 cm betrachtet (Summe, nur Tieftöner, nur Hochtöner):


- zwischen 800 und 2000 Hz fehlt zunehmend Energie


- ab 800 Hz stark zunehmende Bündelung mit Minima bei 1800, 1300 bzw. 1000 Hz bei 30, 40 bzw. 50 cm Offset


- oberhalb von 3500 Hz leicht zunehmende Bündelung

Ein Offset von 10 / 20 / 30 / 40 / 50 cm entspricht bei gleichbleibender Mikrofonhöhe einem Winkel von 5.7 / 11.3 / 16.7 / 21.8 / 26.6°. Der Abstand vergrößerte sich dabei auf 100.5 / 102.0 / 104.4 / 107.7 / 111.8 cm, damit einher ging eine Pegelreduzierung um 0.04 / 0.17 / 0.37 / 0.64 / 0.99 dB.

Horizontal (X-Richtung) wirkt sich die Doppelbestückung nicht negativ aus, daher wird gleich in 10cm-Schritten gemessen:


- gleichmäßig zunehmende Bündelung


- gleichmäßig zunehmende Bündelung


- gleichmäßig zunehmende Bündelung

Bleibt noch zu untersuchen was passiert, wenn man die Hörposition sowohl in X- (= horizontal) als auch Y-Richtung (= vertikal) verändert. Statt alle möglichen Kombinationen zu messen wurde ein Offset von je 10 bis 50 cm in beiden Richtungen gleichzeitig untersucht:


- oberhalb von 4 kHz gleichmäßig zunehmende Bündelung
- zwischen 2500 und 3000 Hz kaum zunehmende Bündelung (Hochtöner)
- zwischen 1000 und 2000 Hz stark zunehmende Bündelung (doppelte Tief-/Mitteltöner)

Vor lauter gemessenen Winkeln wird einem ja ganz schwindelig! Was hört man denn jetzt davon? Unserer Erfahrung nach tragen die Reflexionen stark zum Lautstärkeeindruck bei. Daher wäre ein energetischer Mittelwert aller Messungen (magenta Kurve, dick) sicher näher an der Wahrnehmung als eine einzelne Messung unter einem einzelnen Winkel (blau: 30° nach oben; rot: 30° seitlich):


- im Mittel ist der Verlauf > 1600 Hz sehr gerade
- um 1 kHz wird zu wenig gemessen

Das "Loch" um 1kHz ergibt sich im Wesentlichen durch die Doppelanordnung der Tief-/Mitteltöner - eine höhere Trennfrequenz hätte die Sache (noch) schlimmer gemacht.

Den linearsten Frequenzgang gibt es bei leicht seitlichem Versatz (ca. 15 bis 30°) und leichtem Höhenversatz (ca. 5 bis 10 cm / Meter Abstand). Die Lautsprecher sollten daher bei Wandeinbau oberhalb der Ohrhöhe angebracht werden. Wenn man ein mittleres Heimkino annimmt (4.5 m breit, 6.5 m lang, 2 Reihen à 3 Sitzen), dann erreicht man die günstigste Schallverteilung, wenn man die Frontlautsprecher ca. 40° einwinkelt, so dass der vordere mittlere Platz etwa unter 15° beschallt wird. Der vordere rechte Platz (in Sehrichtung) ist dann etwas weiter von der linken Box entfernt und etwas näher an der rechten Box -> Geräusche würden fälschlicherweise zu weit rechts geortet. Dadurch, dass die linke Box aber mehr in die Hauptstrahlrichtung rückt (= etwas lauter wird) und die rechte Box etwas aus der Hauptstrahlrichtung heraus rückt (= etwas leiser wird) wird dem entgegen gesteuert und die Geräusche würden in etwa an der korrekten Stelle geortet.

 

Fazit:

Bei einer Doppelanordnung von Chassis gibt es leicht Probleme beim vertikalen Rundstrahlverhalten. Joe D'Appolito fordert in der nach ihm benannten D'Appolito-Anordnung, dass der:

Abstand der Chassismittelpunkte [m] < (2 · Schallgeschwindigkeit c [m/s]) / (3 · Trennfrequenz [Hz])

ist, oder dass die

Trennfrequenz F [Hz] < (2 · Schallgeschwindigkeit c [m/s]) / (3 · Abstand der Chassismittelpunkte [m])

ist. Bei einem Abstand der Chassismittelpunkte von 36 cm müsste die Trennfrequenz demnach kleiner als 2 · 343 / (3 · 0.36) = 635 Hz sein. Dann sieht man selbst bei 50 cm Offset noch keinen deutlichen Einbruch bei der Addition der Signale der Tief-/Mitteltöner. Dummerweise macht das Hochtonhorn da nicht mit :-(.

Außerdem fordert Joe D'Appolito eine Filtersteilheit von 18 dB/Oktave, damit der Überlappungsbereich möglichst klein ist. Auch damit kann der HighPowerSat nicht dienen. Dennoch ist das Verhalten unter verschiedenen Winkeln recht gleichmäßig. In einem Heimkino stören die Einbrüche im vertikalen Rundstrahlverhalten weniger, da die Raumbegrenzungsflächen meist hochabsorbierend sind. Durch geeignete Auswahl der Anbringungshöhe und Anwinkelung kann man für einen gleichmäßigen Frequenzgang und eine gleichmäßige Schallverteilung sorgen.

Kommentare  

# Nilsens 2014-10-13 10:31
Danke für den tollen Test... Eine Frage zum Verständnis...

Wenn ich nun selbigen Lautsprecher aktiv bauen würde, die Trennfrequenz tiefer wähle und steiler trenne (18db oder 24db), dann sollte das Problem in der Vertikalen doch verringert werden (ganz weg wird man es nicht bekommen), oder?

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