Welche Lautsprecher, Mikros, Technik benötige ich für dieses Experiment?

[backonstage]

Hallo zusammen,

ich hoffe, dass ich in diesem Unterforum richtig (bzw. am wenigsten falsch) bin.
Und zwar möchte ich ein kleines physikalisches bzw. akustisches Experiment durchführen, wozu ich

• eine Schallquelle per Mikrofon abnehmen
• die Phase drehen
• das gedrehte Signal über Lautsprecher wieder ausgeben möchte.
  • Bei der Wiedergabe sind mir vor allem die tieferen Frequenzen (z.B. 40-300 Hz) wichtig, darüber kann/darf/sollte gern recht steil abgeschnitten werden (Tiefpass)
  • regelbare Lautstärke (bestenfalls muss das sogar nur einmalig zur Justierung passieren und kann danach auf fixem Wert bleiben)
  • zusätzlicher Equalizer nicht zwingend, aber wäre hilfreich
  • direkte Rückwärtsabstrahlung (-180°) der Lautsprecher am besten weitestgehend vermeiden (optimal also nur als Halbkugel nach vorne... sofern das gerade bei den tiefen Frequenzen aufgrund von Beugung überhaupt realisierbar ist).
• Das ganze soll auf möglichst kompaktem Raum stattfinden mit frei wählbarer Geometrie zum experimentieren

Als Musiker hab ich natürlich diverse Bühnen- und Studiomikrofone, PA, Monitore, massig Kabel, Mischpulte, DI-Boxen, Laptop/Software ... damit könnte ich meine Idee "prinzipiell" realisieren, aber das Hauptproblem ist, dass diese Consumer-Endgeräte bei weitem zu klobig wären für mein Experiment, wo ich z.B. um die Anordnung von Mikrofonen und Lautsprechern cm-genau abstimmen möchte (weil es sonst gar nicht erst Sinn macht, d.h. mit den Fertigkomponenten werde ich den Effekt allein aufgrund der Geometrie nicht mal testweise erreichen können)

Ich suche daher eine Art "Einkaufs- oder Zutatenliste", die diese Komponenten aufs Wesentliche reduziert, das ein oder andere könnte ich vielleicht hierzu auch etwas Altes ausschlachten/auseinandernehmen (bzw. vorher zu dem Zwecke irgendwo billig gebraucht kaufen, aus ner alten Bass-Box, oder aus'm Kfz-Bereich).

Bisher hab ich als Endverbraucher immer fertige PA-Geräte zu ihrem eigentlichen Zweck verwendet und habe noch nicht sooo die Erfahrung mit elektrischen/elektronischen Verstärkerschaltungen, aber man ist ja lernfähig.

Kann mir da jemand vielleicht Komponenten empfehlen, mit denen ich das o.g. auch als Technik-Anfänger zusammenschalten kann?

Fragen wären z.B.:
Was benötigt man dazu prinzipiell? (Also z.B. besser aktive Lautsprecher, oder aber passive + einfache Verstärker-Schaltung, gern schon fertig, ganz einfache Endstufe oder so?)
Was sind die Mindestanforderungen an einen günstigen Lautsprecher (ohne Box)? Gibt es z.B. eine Faustformel, welchen Durchmesser er haben sollte, um einen bestimmten Frequenzbereich (wie im Beispiel 40-300 Hz) mit einem bestimmten Schallpegel wieder geben zu können?
Was ist das kleinstmögliche (günstige) Mikrofon (für o.g. tiefe Frequenzen)? ggfs. möchte ich es sogar mehrmals verbauen. In einem anderen Projekt hab ich mal mit münzgroßen Piezo-Elementen für 0,10€ das gebastelt, sowas in der "Größenordnung" (von den Abmessungen) wäre cool, wobei ich bei meinem Experiment vermutlich Luftschall statt Körperschall abnehmen werde...

 

[MS-SPO]

Was wird das?

 

[Haensi]

direkte Rückwärtsabstrahlung (-180°) der Lautsprecher am besten weitestgehend vermeiden (optimal also nur als Halbkugel nach vorne... sofern das gerade bei den tiefen Frequenzen aufgrund von Beugung überhaupt realisierbar ist).

Das wird ohne Gehäuse bzw. mehr oder weniger große Schallwand nicht funktionieren.
Mir sind jedenfalls keine Bass-Chassis geläufig (um so etwas geht es ja hier), die nur in eine Richtung strahlen.

Das ganze soll auf möglichst kompaktem Raum stattfinden mit frei wählbarer Geometrie zum experimentieren

Wie kompakt?
Gehäusegröße und untere Grenzfrequenz lässt sich ja berechnen. Da ist irgendwann dann Schluss, weil die Physik nicht mehr mitspielt.
Ein 1 Liter Gehäuse mit 2" Zoll "Tieftöner und 20 Hz Tiefbass wird wohl nicht funktionieren. Ein Porsche mit Mofa-Motor würde auch keine 200 km/h fahren.

Fragen wären z.B.:
Was benötigt man dazu prinzipiell? (Also z.B. besser aktive Lautsprecher, oder aber passive + einfache Verstärker-Schaltung, gern schon fertig, ganz einfache Endstufe oder so?)
Was sind die Mindestanforderungen an einen günstigen Lautsprecher (ohne Box)? Gibt es z.B. eine Faustformel, welchen Durchmesser er haben sollte, um einen bestimmten Frequenzbereich (wie im Beispiel 40-300 Hz) mit einem bestimmten Schallpegel wieder geben zu können?
Was ist das kleinstmögliche (günstige) Mikrofon (für o.g. tiefe Frequenzen)? ggfs. möchte ich es sogar mehrmals verbauen. In einem anderen Projekt hab ich mal mit münzgroßen Piezo-Elementen für 0,10€ das gebastelt, sowas in der "Größenordnung" (von den Abmessungen) wäre cool, wobei ich bei meinem Experiment vermutlich Luftschall statt Körperschall abnehmen werde...

Mit diesem Fragen bist du bei den reinen Lautsprecher-Selbstbauforen besser aufgehoben.
Ganz gute Anlaufstellen: die Zeitschriften Klang & Ton und Hobby Hifi.

So ganz klar, was das Experiment bezwecken soll, verstehe ich zwar nicht, aber ich verstehe auch kein chinesisch und bin trotzdem glücklich.

 

[Frans13]

das gedrehte Signal über Lautsprecher wieder ausgeben möchte.

• Bei der Wiedergabe sind mir vor allem die tieferen Frequenzen (z.B. 40-300 Hz) wichtig, darüber kann/darf/sollte gern recht steil abgeschnitten werden (Tiefpass)
• regelbare Lautstärke (bestenfalls muss das sogar nur einmalig zur Justierung passieren und kann danach auf fixem Wert bleiben)
• zusätzlicher Equalizer nicht zwingend, aber wäre hilfreich
• direkte Rückwärtsabstrahlung (-180°) der Lautsprecher am besten weitestgehend vermeiden (optimal also nur als Halbkugel nach vorne... sofern das gerade bei den tiefen Frequenzen aufgrund von Beugung überhaupt realisierbar ist).

Viel Glück dabei, daß das aufgenommene / wieder abgespielte Signal noch allzugenau korrelieren (=die Wellenformen übereinstimmen)
Du hast da mehrere Probleme in der Realität: eine gerichtete Abstrahlung von Bass findet ohne Trickserei nur statt, wenn die Wellenlänge des Schalls und der Durchmesser der Lautsprechermembrane etwas näher aneinander sind, also die Membrane ein paar Meter Durchmesser hat, salopp formuliert. Das ist selten, teuer, sperrig als Lautsprecher.
MIT Trickserei gibt es Lautsprecher die Bass so etwa nierenförmig abstrahlen. Groß, teuer, etc. aber funktioniert so okay.
Das nächste Problem ist, daß du in kleineren Räumen (Größe unterhalb Turnhalle) Bass nicht wirklich reinbekommst ohne daß er sich wie Blätterteig hundertmal in sich selbst faltet (weil von den Wänden wie ne Billiardkugel zurückgeworfen) und jeder Standort der Schallquelle ein etwas anderes Muster an Phasenbeziehungen macht. Also zigfache Überlagerung einer Schallwelle, komplexe Muster wie auf einem Teich im Regen.

Zurück zum Thema - was möchtest du mit deinem Versuch erreichen/herausfinden?

 

[Haensi]

Zurück zum Thema - was möchtest du mit deinem Versuch erreichen/herausfinden?

Würde mich auch interessieren.

Nicht böse gemeint, aber bei der Uhrzeit, in der der Thread eröffnet wurde, frage ich mich, wie diese Thematik entstanden ist (Insider nennen das "Schnaps-Idee").

 

[Bass_Zicke]

ich denke , das er mit dem aufbau , geräusche eleminieren will .....

.... theoretisch funktioniert das ja , aber ob das wirklich real auch funktioniert ???

 

[chris_kah]

Bei den Mikros wären Elektretkapseln sinnvoll, die kommen auch weit genug runter und sicn im Vergleich zu Piezos und dynamischen Mikros der Billigklasse auch einigermaßen linear.
https://www.conrad.de/de/o/mikrofonkapseln-0235010.html

 

[backonstage]

Vielen Dank für die vielen, wenn auch teils kritischen Zuschriften. Ich geh mal der Reihe nach, um etwas mehr Licht ins Dunkel zu bringen:

ich denke , das er mit dem aufbau , geräusche eleminieren will .....

.... theoretisch funktioniert das ja , aber ob das wirklich real auch funktioniert ???

Ja, das geht schon ziemlich in die Richtung. Und genau da möchte ich experimentieren, was möglich ist. Dass es theoretisch, nein auch praktisch, z.B. mit ein oder zwei Sinusgeneratoren und 2 Lautsprechern geht, kenne ich noch aus dem Physikunterricht in der Schule. Interessieren würde mich die Anwendung auf komplexere reale Geräusche.

Nicht böse gemeint, aber bei der Uhrzeit, in der der Thread eröffnet wurde, frage ich mich, wie diese Thematik entstanden ist (Insider nennen das "Schnaps-Idee").

Bei mir sagt die Uhrzeit des Aufschreibens nichts über die Entstehung der Idee aus. Diese hab ich in der Tat schon seit Jahren(!) und dachte mir immer "man müsste mal... man müsste mal..." Bis man sich eines nachts sagt: "Müsste, müsste, Fahrradkette Jetzt bau ich das einfach mal." Und um 3 hatte ich gerade eine ruhige Minute und wollte mich nur mal erkundigen, welche grundlegenden "Zutaten" ich dafür bräuchte.

Wie kompakt?
Gehäusegröße und untere Grenzfrequenz lässt sich ja berechnen. Da ist irgendwann dann Schluss, weil die Physik nicht mehr mitspielt.
Ein 1 Liter Gehäuse mit 2" Zoll "Tieftöner und 20 Hz Tiefbass wird wohl nicht funktionieren.

Ja, diese Größenordnung war mir schon klar und hatte da auch nicht an "2-Zoll-Tieftöner" im 1-Liter-Gehäuse gedacht Aber das mit der unteren Grenzfrequenz fände ich interessant, über welche Formel sich das berechnen lässt. (grobe Faustformel reicht ja schon.) Ich weiß, dass Schallgeschwindigkeit = Frequenz * Wellenlänge ist, aber was genau sagt mir das über die benötigte Größe des Lautsprechers. (Lass uns das Gehäuse für den Moment mal gedanklich ganz weglassen, müsste doch eigentlich gehen, oder? Also nur der nackte Lautsprecher.)

Viel Glück dabei, daß das aufgenommene / wieder abgespielte Signal noch allzugenau korrelieren (=die Wellenformen übereinstimmen)
Du hast da mehrere Probleme in der Realität [...]

Kannst du das präzisieren, was mir die Korrelation zerstört? Das fände ich nämlich interessant. Bisher hatte ich z.B. nur an Laufzeitunterschiede bis zum Mikro gedacht, daher auch der Gedanke, sich auf große Wellenlängen zu konzentrieren, weil dort 1 cm Streckenunterschied noch keinen riesigen Unterschied in der Phase macht.

Möglicherweise würde ich vorübergehend vielleicht doch Laptop + Software mit ins Boot nehmen, weil man da einfach 1000 mal mehr Möglichkeiten hat, mal eben schnell Laufzeitunterschiede auszugleichen, Phase zu drehen, evtl. noch nen EQ drauf... und noch so einige andere mehr oder weniger sinnvolle Plugins zur Signalaufbereitung...

Und wahrscheinlich war ich da mit meinen Wünschen vielleicht zu fromm: Es muss nicht zwingen ein Frequenzband von 30-300 Hz sein, meinetwegen auch 100-400 Hz, oder auch noch höher angesetzt... das was technisch realisierbar ist, damit würde ich halt ein bisschen experimentieren. Und den Wunsch mit der nur-vorwärts-Abstrahlung streiche ich dann auch erst mal.

Bei den Mikros wären Elektretkapseln sinnvoll, die kommen auch weit genug runter und sicn im Vergleich zu Piezos und dynamischen Mikros der Billigklasse auch einigermaßen linear.
https://www.conrad.de/de/o/mikrofonkapseln-0235010.html

Das ist schon mal ein SUPER-Tipp! Danke, genau so etwas hatte ich gesucht Da kann man zum Basteln ruhig mal 10 Stück kaufen, ohne ein Vermögen auszugeben, und von der Größe sind die echt schön platzsparend

Jetzt brauche ich eigentlich "nur noch" passend dazu Lautsprecher und eine Verstärkung, an der ich sie betreiben kann. Ich denke mal, das mit der Phasendrehung bekäme man einfach hin, wenn man die Kabelzuführungen zum Lautsprecher vertauscht? Aber wenn ich einen Laptop als Steuerzentrale einsetze, geht Phasendrehung natürlich auch erst mal per Software. Nur die softwareseitige Latenz macht mir da Bedenken, ob diese mir nicht einen kompletten Strich durch die Rechnung machen würde...?

 

[Frans13]

Kannst du das präzisieren, was mir die Korrelation zerstört? Das fände ich nämlich interessant. Bisher hatte ich z.B. nur an Laufzeitunterschiede bis zum Mikro gedacht, daher auch der Gedanke, sich auf große Wellenlängen zu konzentrieren, weil dort 1 cm Streckenunterschied noch keinen riesigen Unterschied in der Phase macht.

Zuerst wird der Lautsprecher durch seine Eigenheiten die Wellenform nicht exakt original ausgeben. Im Raum wird sich diese Welle nicht durch das Mikrofon auffangen lassen, weil quasi sofort die Reflektionen der Welle und das Muster stehender Überlagerungen im Raum aus einer Welle 100 Wellen machen, die sich gegenseitig destruktiv mischen/überlagern... dann kann das Mikrofon durch seine Eigenheiten die Wellen nicht 100% neutral aufnehmen. Ist in etwa so, als ob du einen Tropfen Tinte ins Wasser gießt und ihn dann mit einem kleinen Sieb wieder herausholen willst. Das was du versuchst würde in einer reflektionsfreien Umgebung (also draußen, ohne Wände und ein Stück weg vom Boden) eher klappen. Das ist das, was man versucht wenn man eine https://en.wikipedia.org/wiki/Anechoic_chamber für Testzwecke baut.
Du kannst keinen Schall seperat vom Raum drumherum nutzen. So wie du kein Auto ohne Straße nutzen kannst. Ist Schotterpiste Grütze, nützt dir der Ferrari auch nichts.

 

[backonstage]

Im Raum wird sich diese Welle nicht durch das Mikrofon auffangen lassen, weil quasi sofort die Reflektionen der Welle und das Muster stehender Überlagerungen im Raum aus einer Welle 100 Wellen machen, die sich gegenseitig destruktiv mischen/überlagern... [...] Das was du versuchst würde in einer reflektionsfreien Umgebung (also draußen, ohne Wände und ein Stück weg vom Boden) eher klappen.

Ja, das verstehe ich. Zum Glück möchte ich aber mein Experiment tatsächlich (größtenteils) draußen machen, über einem weichen Boden, recht weit entfernt von reflektierenden Wänden. Also von daher würde ich es schon versuchen.

Zuerst wird der Lautsprecher durch seine Eigenheiten die Wellenform nicht exakt original ausgeben. [... ] dann kann das Mikrofon durch seine Eigenheiten die Wellen nicht 100% neutral aufnehmen.

An diesem Punkt möchte ich noch mal nachhaken, um es zumindest so weit zu optimieren, wie es geht:

Mein Gedankengang ist aktuell, mit einem Mikrofon (wie z.B. den o.g. Elektretkapseln) den Klang abzunehmen, von dort über ein Interface in den Laptop zu gehen, und darin mit einer DAW wie Cubase (oder mit einem spezialisierteren Programm, das es vielleicht gibt) alle Einstellungen zu machen. Dann wieder übers Interface raus, in eine Verstärkerstufe auf den Lautsprecher.
Ich kann mir schon vorstellen, dass auch dieser ganze Weg mit mehrfacher A/D-D/A-Wandlung Probleme u.a. mit der Phasenlage machen könnte (deswegen war der ursprüngliche Plan ja, alles in einer einfachen analogen Schaltung zu bauen), hinzu kommt die schon erwähnte softwareseitige Latenz im Rechner... Es geht mir auch nicht darum, einen Effekt von 100%iger Auslöschung zu bekommen (das ist wohl utopisch), sondern zu probieren, um wieviel man das Geräusch durch destruktive Interferenz verringern kann, da freu ich mich schon über jedes dB, was effektiv im Mittel runtergeht oder unangenehme Frequenzbereiche dämpft. Mit der Anordnung von Mikros und Lautsprechern würde ich ein bisschen tüfteln wollen.

Da wäre nun bei einigen Setups, über die ich nachdenke, aber vor allem das von dir angesprochene Problem, dass weder das Mikro noch der Lautsprecher die Wellenform 1:1 nachbilden können. Das würde ich zumindest gern manuell so weit "nachregeln", wie es halt "geht", sprich erstmal z.B. die relative Intensität der Frequenzen über einen EQ anpassen und auch eventuelle Laufzeit- und Phasenunterunterschiede mit Tools manuell ausgleichen. Ich hab mal irgendwo gelesen, dass analoges EQing immer auch Phasenveränderungen mit sich bringt, digitale EQs (bzw. Plugins) aber komplett "anders" arbeiten und das Phasenproblem nicht haben - stimmt das?

Ich hätte identische Messmikrofone hier, mit denen ich (a) das Signal der Quelle und (b) das Signal, das letztlich aus dem Lautsprecher kommt, zwecks optischem Abgleich gleichzeitig abnehmen könnte.
Kann man vielleicht einen bestimmten EQ (als VST-Plugin) empfehlen, der "möglichst sauber" arbeitet, und wo man z.B. die Frequenzgänge von zwei Kanälen gemeinsam in einem Analyser darstellen kann?

Und ich benötige noch immer einen Tipp für die Lautsprecher und die passende Verstärkung dazu

 

[chris_kah]

Im Freifeld wird das scheitern, was du vorhast.

Destruktive Interferenz funktioniert in 2 Fällen einigermaßen gut:

1. Am Ende, Empfänger z.B. bei Noise Cancelling Kopfhöreren

2. Direkt an der Schallquelle, z. B. am Auslass von Anlagen, die Lärm emmitieren, also an einer Art Schornstein. (Und da auch nur für tiefere Frequenzen, denn bei hohen Frequenzen ist die Schallwellenlänge zu kurz und damit kann man nicht mehr in alle Richtungen gleichermaßen gegenschallen).
Solche Anlagen gibt es tatsächlich und die beseitigen den tieffrequenten Lärmanteil, den man sonst schlecht wegdämpfen kann und der dafür eine hohe Reichweite hat. Die höherfrequenten Anteile kann man mit Absorbern einfacher wegdämpfen.

Im Freifeld gibt es vielleicht einen Punkt, an dem genau das funktionert, aber schon kurz daneben in einer anderen Richtung geht das definitiv nicht mehr.