Einfluss von Raumbegrenzungsflächen (Wände) bei Lautsprechern

von 00Schneider, 19.02.06.

  1. 00Schneider

    00Schneider HCA PA-Praxis und Drum-History HCA

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    Erstellt: 19.02.06   #1
    In Anregung an diesen Thread versuche ich hier kurz und einfach den Einfluss von Begrenzungsflächen auf den Schallpegel zu erklären.

    Zu dieser Betrachtung nehmen wir eine kleine Box mit kugelförmiger Abstrahlcharakteristik, d.h. die Schalleistung wird in jede Richtung gleich verteilt. Der Lautsprecher gibt im Folgenden auch immer dieselbe Leistung ab.

    Am Anfang stellen wir uns vor, dass die Box frei im Raum hängt, d.h. es gibt praktisch keine Begrenzungsflächen die nahe dran sind. Der Schall wird in jede Richtung gleichmäßig abgestrahlt, kugelförmig. Die akustische Leistung die abgegeben wird verteilt sich nun auf eine Kugeloberfläche. Mit der Fläche ist in dem Fall die Oberfläche der sich ausbreitenden Welle gemeint, d.h. in dem Fall eine Kugeloberfläche = 4*pi*r². Als Formel: Schallintensität ist Leistung pro Fläche, J = P / A.
    Diese Verteilung nehmen wir als Ausgangspunkt.

    Nun steht die Box auf dem Boden, wir haben also eine Begrenzungsfläche. Dieselbe Leistung verteilt sich jetzt nur noch auf eine Halbkugel, die Schallintenstität wird somit verdoppelt. Bei einer Verdopplung der Schallintensität erhöht diese sich um 3 dB.

    Jetzt wird die Box auf den Boden und an eine Wand gestellt, also zwei Begrenzungsflächen. Die Leistung verteilt sich auf eine Viertelkugel, d.h. die Schallintensität wird wieder verdoppelt (+3 dB), also 4 mal so groß im Vergleich zur Kugel (gesamt +6 dB).

    Nun die Box in eine Ecke, macht drei Begrenzungsflächen. Die Leistung wird auf eine Achtelkugel verteilt, wieder Verdopplung zum vorigen Fall, ergibt +9 dB gesamt.

    Entsprechend der Zahl der Begrenzungsflächen nennt man den Raum dann auch Vollraum, Halbraum, Viertelraum, Achtelraum etc., bzw. englisch full space, half space, quarter space, eighth space.


    Wie relevant ist das aber in der Praxis?

    Damit der Effekt zum Tragen kommt, muss der Lautsprecher sehr nah an der Begrenzungsfläche sein, für eine gute Addition (die angesprochenen 3 dB Gewinn) von direktem und reflektiertem Schall sollte der Abstand zur Begrenzungsfläche kleiner als die halbe Wellenlänge sein. Bei 50 cm Abstand ist dieser Effekt also nur bei Frequenzen kleiner ca. 340 Hz zu beobachten, bei höheren Frequenzen ist der Abstand zu groß und die Welle des reflektierten Schalls trifft zu spät nach der direkten Welle ein und es kommt zu keiner positiven Überlagerung.

    Eine Box hat in der Regel mehrere Lautsprecher für die verschiedenen Frequenzbereiche, und meistens sind auch die Höchtöner bei PA-Boxen mit Hörnern versehen, der Schall breitet sich also nicht mit gleicher Leistung in alle Richtungen aus sondern ist gerichtet. Für eine ("saubere") Verdopplung müssen aber die Wellen gleiche Amplituden haben, da der Direktschall aber überwiegt und somit lauter ist, kommt es zu keiner Überlagerung die sich stark auswirkt. Problematisch wird es in dem Bereich, in dem der Abstand größer als die halbe und kleiner als die ganze Wellenlänge ist. In diesem Bereich sind die Überlagerungen nicht positiv, sondern mehr negativ, es ergibt sich ein in diesem Bereich ein welliger Frequenzgang ("Kammfilter"). In der Praxis ist die negative Auswirkung also eher im Mitteltonbereich der Fall. Die (nützliche) Schallpegelerhöhung trifft somit nur im Tieftonbereich zu.

    Das heißt für die Praxis: Subwoofer auf den Boden gestellt ergeben 3 dB mehr Schalldruck in seinem Frequenzbereich. Mittel- und Hochtöner (in der Regel also die "Tops") sollten eher weit genug von seitlichen Begrenzungsflächen weg. (Eine rückwärtige Begrenzungsfläche, also eine Top auf ein Stativ gestellt mit dem Rücken zur Wand, hat bei hohen Frequenzen keine Auswirkung da der Schall nur nach vorne abgestrahlt wird.)


    Ich hoffe das war verständlich und ausführlich genug, ohne zu viel zu erklären.

    Anregungen und Ergänzungen gerne hier oder per PM.


    Am Schluss ein kleiner Literaturtipp: Eine verständliche und praxisnahe Erklärung dieses und natürlich weiterer Zusammenhänge findet sich z.B. im Handbuch der PA-Technik von Ebner, vermutlich im PA-Handbuch von Pieper (kenn ich persönlich nicht) und ähnlichen Werken. Für den Anfänger/Einsteiger und allen denen sich manche Zusammenhänge in der Praxis noch nicht ganz erschließen sind diese Bücher zu empfehlen.
     
  2. Uwe 1

    Uwe 1 PA-Technik/Elektronik HCA

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    Erstellt: 22.04.06   #2
    Kleiner Nachtrag, zu diesem sehr guten Beitrag:

    Schall an Begrenzungsflächen subsummiert sich, dass ist gut so ... aber meistens nicht. Stichwort Akustik ;) .
    Das Web bietet hierzu unzählige Seiten. Tipp von mir. Schaut mal mal hier vorbei, insbesondere "Beschallungstechnik Folien".http://iem.kug.ac.at/~sontacchi/beschallung/
    Begrenzungsflächen können, bewusst eingesetzt, einem minderbemitteltem Bass die notwendige Durchsetzung geben.
    Dennoch sollte eine Anlage an sich linear klingen, plug&play so zusagen.
    Selbst einem Terzband-EQ sind deutlche Grenzen gesetzt... und wenn der Raum akustisch die Hölle ist, sollte man jedem dB, welches im entsprechenden Band jenseits der "Null" zur Verfügung, dankbar sein.

    Grüße aus Oberfranken
    Uwe
     
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