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Einfluss der Kantenform auf das Ausmaß der Schallbeugung

Spätestens bei der Messung des Frequenzganges eines Lautsprechers kommt man mit den unangenehmen Auswirkungen der Kantenbeugung in Berührung. Das äußert sich in einem welligen Frequenzgang des Hochtonchassis. Wie kommt so etwas zustande?
Der Schall mit einer Wellenlänge, die kürzer als der Abstand zur nächstliegenden Gehäusekante ist, bildet an der Kante eine neue Schallquelle. Stellt man sich das bildlich vor, so muss man feststellen, dass die Laufwege des Schalls vom Chassis und von der Kante zum Hörer unterschiedlich lang sind. Zum Hörer gelangt Schall gleicher Frequenz, aber unterschiedlicher Phasenlage. Die Überlagerung bewirkt eine Verstärkung bzw. Schwächung des Pegels.

Besonders krass ist dieser Effekt bei scharfen Kanten, da die Wellenfront sofort eine größere Fläche für die Ausbreitung vorfindet. Mit einem seichten Übergang sollte sich die Störung abschwächen lassen. In der Praxis geschieht das durch Abschrägen oder Abrunden. Eine spürbare Wirkung tritt jedoch erst ein, wenn die Verrundung in der Größenordnung der Wellenlänge liegt. Bei 19 mm MDF ergeben sich rechnerisch:
f = Schallgeschwindigkeit/Wellenlänge              f = 344 m/s : 0,019m             f = 18105 Hz
Theoretisch wäre also bei den üblichen Abmessungen jede Maßnahme wirkungslos. Da bekanntlich Probieren über Studieren geht, soll ein Versuch mehr Klarheit schaffen. Von Interesse ist auch die quantitative Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen.

Versuchsaufbau:

In eine Schallwand, 18 cm breit und 50 cm hoch, wird mittig in 42 cm Höhe ein Hochtöner eingesetzt. Die Frontplatte des Hochtöners wird bündig eingesenkt, um Beugungen an der Chassiskante zu vermeiden.
Mit verschiedenen Chassis wurden dann erste Messungen durchgeführt, bis endlich ein Chassis mit gradlinigem Frequenzgang ausgewählt wurde. In unserem Fall der Vifa XT300 K/4. Als günstiger Mikrofonabstand ergab sich 0,5 m.
Nun ging es an die Messungen. Der Abstand, das Chassis und die Schallwand blieben jeweils unverändert, nur die beiden seitlichen Kanten zeigten unterschiedliche Bearbeitungen auf.

Ergebnisse:

  1. Scharfe unbearbeitete Kante, 19 mm Holzfaserplatte.

SchallwandVifa

 

  1. 45 Grad Kante, ca. 2 cm breit, 19 mm MDF. Die rote Linie stellt zum Vergleich den Frequenzgang bei scharfer Kante dar. Außerdem wurde die Pegelskale zur besseren Kennung gestreckt.

Schallwand Frequenzgang

 

  1. Abgerundete Kante, Radius 25 mm, 19 mm MDF.

Schallwand Frequenzgang

 

  1. Schräg abgeschnittene Kante, Breite der Schräge in Chassismitte 25 mm, 28 mm Leimholzplatte. der Winkel des Schnitts beträgt 25 Grad.

Schallwand Frequenzgang

 

Fazit:

Bei der Abschrägung und Verrundung ist der Erfolg eher minimal. Es ist aber deutlich zu erkennen, dass Buckel und Senken in der Frequenz etwas höher liegen. Für die Wellenfront wird die Kante jetzt schon früher erreicht und dadurch verringert sich die Differenzwegstrecke.
Das beste Ergebnis wird mit der schräg geschnittenen Kante erreicht. Beiläufig sei jedoch bemerkt, dass die Herstellung nicht ganz einfach ist.
Um die Wirkung der Maßnahmen deutlicher aufzuzeigen, wird die letzte Messung noch einmal in der üblichen Darstellung von 50…100 dBSPL gezeigt.

Frequenzgang