Constant Directivity

Rundstrahlverhalten von Hörnern

Wenn es:
- sehr laut werden muss,
- oder der Wirkungsgrad sehr hoch sein muss (weil z.B. bei Röhrenverstärkern nur sehr wenig Leistung zur Verfügung steht)
- oder wenn der Schall gerichtet abgestrahlt werden muss
kommt man an Hörnern nicht vorbei.

Als ideale Abstrahlcharakteristik gilt heute das Constant Directivity Verhalten (kurz: CD-Verhalten). Das bedeutet:
- der Frequenzgang auf Achse und unter Winkeln ist weitgehend gleich
- nur der Pegel nimmt mit zunehmendem Winkel zunehmend ab

Dadurch erreicht man, dass der Klangeindruck unter allen Winkeln weitgehend gleich bleibt. Aber am Hörplatz kommt ja nicht nur Direktschall an sondern auch Reflexionen - die bei einem CD-Horn weitgehend dieselbe Klangfarbe haben wie der Direktschall . . .

Eine Schalldruckmessung unter Winkeln sähe dann prinzipiell so aus:

Wenn man daraus den winkelgewichteten Schalldruck und den Bündelungsgrad bestimmt sieht das so aus:

Simuliert man das in ARTA kann man das so darstellen:

In der Realität ist dies nur bedingt erreichtbar:
- bei tiefen Frequenzen ist das Horn oft nicht groß genug um die Richtwirkung aufrecht zu erhalten
- bei hohen Frequenzen fällt der Frequenzgang stärker ab

Dann sehen die Kurven tendenziell so aus:

Hinweis: der "eckige" Verlauf der obigen Kurven wurde durch Shelving-Filter angenähert um ARTA gefilterte Dirac-Impulse unterzujubeln

Reale Hörner zeigen das ideale Constant-Directivity-Verhalten also nur im mittleren Arbeitsbereich (hier etwa von 1.1 bis 5 kHz):
- bei tieferen Frequenzen ist die Mundfläche oft nicht groß genug um die Bündelung aufrecht zu erhaöten
- bei höheren Frequenzen kommen Bündelungseffekte aufgrund der Treibergröße hinzu

Ein CD-Horn wird üblicherweise auf den Hörer ausgerichtet um den maximalen Schalldruck am Hörplatz zu erzielen und so den Anteil des Direktschalls zu maximieren.

Im Heimkino werden CD-Hörner oft "zu stark" eingewinkelt, so dass sie sich ihre Hauptstrahlachsen vor dem in der Mitte sitzenden Hörer kreuzen. Das freut z.B. den rechts daneben sitzenden Hörer, der nun vom linken Horn (das ja etwas weiter von ihm entfernt und daher eigentlich etwas leiser ist) etwas mehr Pegel abbekommt (weil er näher an der Hauptstrahlachse sitzt) und vom rechten Horn (das ja etwas weniger weit von ihm entfernt und daher eigentlich etwas lauter ist) etwas weniger Pegel abbekommt (weil er weiter von der Hauptstrahlachse entfernt sitzt). So lässt sich erreichen, dass die Mittenortung auch auf den seitlichen Plätzen noch gut funktioniert. In diesem PDF (Quelle: http://www.avsforum.com/attachments/65007) wird das sehr gut darstellt.

Speziell für die Eckaufstellung im Heimkino wurden die SEOS-Waveguides (= Super Elliptical Oblate Spheroid) im amerikanischen AVS-Forum entwickelt.

Ein Blick zurück . . .

Am Anfang des Artikels hieß es: "Als ideale Abstrahlcharakteristik gilt heute das Constant Directivity Verhalten (kurz: CD-Verhalten)".

Früher wurden große HiFi-Boxen mit Hörnern (wie die ELECTRO VOICE Sentry III) direkt an die Wand gestellt, da musste der Schalldruck unter 30° (= Richtung Hörplatz) maximal sein. So sieht dann das Rundstrahlverhalten des Mitteltonhorns der Sentry III (s. HSB-Datenblatt) aus:

Bezieht man den Schalldruckverlauf unter X° auf den Verlauf bei 0° sieht das gar nicht nach CD-Verhalten aus:

Bezieht man das aber auf den Schalldruck unter 30° sieht es schon weniger schlimm aus . . . :

Die Schwankungsbreite reduziert sich von +7/-10 dB (relativ zur 0°-Kurve) auf +3/-8 dB (relativ zur 30°-Kurve).

Bei Nachbauten des Klipsch-Eckhorns wurde häufig das ACR/FOSTEX H220 mit dem FOSTEX D800 eingesetzt (s. HSB-Datenblatt). Hier standen die Lautsprecher in der Ecke, die Hauptstrahlachsen kreuzten sich häufig vor dem Hörplatz (s.o.). Und so sahen die Frequenzgänge unter Winkel aus (unter 600 Hz sind die Messungen wegen des großen Messabstandes von 150 cm durch Raumreflexionen kontaminiert):

Hinweis: unter 600 Hz sind die Messungen wegen des großen Messabstandes von 150 cm durch Raumreflexionen kontaminiert

Zwischen 600 Hz (s.o.) und 4.5 kHz strahlt diese (immerhin schon fast 50 Jahre alte) Kombination sehr breit und schön gleichmäßig nach CD-Manier ab, darüber bündelt sie sprunghaft stärker.

Zum Abschluss noch das Rundstrahlverhalten des SEOS-30 mit dem B&C DCX-464 (s. HSB-Datenblatt) - so schön gleichmäßig kann das Rundstrahlverhalten eines Horns heute sein . . .

Richtwirkung MT (< 3kHz) + HT (>3 kHz) grafisch kombiniert (horizontal), Glättung 1/6 Oktave, Auflösung 10° (0°-90°):

Richtwirkung MT (< 3kHz) + HT (>3 kHz) grafisch kombiniert (vertikal), Glättung 1/6 Oktave, Auflösung 10° (0°-90°):

-> bis 8 kHz sehr schönes CD-Verhalten, darüber moderate Zunahme der Bündelung

Weitere Messungen von Treiber-/Hornkombinationen finden Sie z.B. unter Datenblätter/Hochtöner. Hier eine Liste der bisher gemessenen Treiber-/Horn-Kombinationen:

In Kürze folgen noch weitere Messungen von einem Multicell-Horn und einem Smith-Horn . . .