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Wirkungsgrad von HiFi-Boxen

Fragen und Antworten rund um Produkte und Dienstleistungen der Nubert Speaker Factory und Nubert electronic GmbH.
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bony
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Beitrag von bony »

Hallo,

ja, das würde mich auch interessieren. Sind das Überlegungen, die besonders für den Profi-/Studiobereich gelten, wo man evtl. weite "Einstellmöglichkeiten" hat? Viele Musikliebhaber hören ja nicht nur Kammermusik, sondern auch gerne Jazz oder ein mal ein imposantes Orgelkonzert. Ich habe auch schon Orchesteraufnahmen gehört, wo tiefbassmäßig bei "tutti forzato" ganz schön was geboten ist, wenn auch noch Pauken und diverses Schlagwerk dabei ist 8O; das kommt möglicherweise nur zu 0,1 % der CD vor, ist aber trotzdem beeindruckend. Oder sind das eigentlich Fehler, weil der Toning übertrieben hat?

Gruß
Christoph
burki

Beitrag von burki »

Hi,

kann die Einwaende (auf die "uebliche Realitaet bezogen") nicht ganz nachvollziehen.
Ich weiss, dass viele aus dem Studiobereich u.a. auf einen rel. hohen Wirkungsgrad pochen, doch das Produkt (eben die Konserve) vermittelt in den allerseltesten Faellen tatsaechlich die hier angesprochene Dynamik.
Ich mag daheim eben kaum in "Orginallautstaerke" hoeren (soll ich auch im Hoerraum die Ohrstoepsel nehmen ?), sondern ziehe das Kunstprodukt vor (man beachte immer, dass daheim zumeist das Visuelle fehlt --> ein "echtes" ppp macht auf einer CD m.E. wenig Sinn).
Im HK-Bereich ist das etwas anders, doch hier bevorzugen nicht wenige (gehoere auch dazu) eindeutig den/die aktiven Sub(s).

Trotzdem zwei Fragen:
Mein Fazit: Man sollte die Kennempfindlichkeit als Funktion der Frequenz so wählen, daß der erzielbare Maximalpegel den Anforderungen des Programm-Materials entspricht. Das ist bei Klassik ganz anders, als bei Pop-Musik, die wieder andere Anforderungen stellt, als Heavy Metal usw.
(i) wo existieren da anschauliche und verwertbare Messungen ?
und
Diese Wärme heizt die Schwingspule auf, erhöht deren Widerstand, es kommt zur sog. thermischen Dynamikkompression und auch zu nichtlinearen Verzerrungen.
(ii) auch dazu waere ich an konkreten Daten interessiert, d.h. z.B. Arbeitsbereich der Schwingspule.

Gruss
Burkhardt
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G. Nubert
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Beitrag von G. Nubert »

Hallo,
vielleicht nochmal einige "Blickwinkel" und "Argumente" zur ganzen Wirkungsgrad-Geschichte:

Wenn der Klang "fast egal" ist, kann man ja große Kugelwellen-Hörner oder PA-Boxen für HiFi einsetzen.
(Für Open-Air-Veranstaltungen braucht man sowas halt!!)
Diese Wärme heizt die Schwingspule auf, erhöht deren Widerstand, es kommt zur sog. thermischen Dynamikkompression und auch zu nichtlinearen Verzerrungen.
Zweifellos wahr, - aber in diese Diskussion absolut nicht relevant!

Die Chassis in einer HiFi-Box mit "ordentlichen Magneten" haben im mittleren und hohen Frequenzbereich so einen hohen Wirkungsgrad, dass der Wirkungsgrad der Box nicht durch die Chassis, sondern durch die Auslegung der Weiche bestimmt wird.
Die Chassis werden durch die Weiche im Mittenbereich also ohnehin um bis zu 8 oder 10 dB "gebremst", um einen sauberen Frequenzgang und ein gutes Verhältnis zum Tiefbass-Pegel zu erreichen.

Vor allem im Bereich 500 Hz bis 2 kHz senken wir also bei praktisch jeder Box unseres Programmes den Pegel mit der Weiche so deutlich ab, so dass die Energie, die zu einer thermischen Dynamik-Kompression führen würde, für gleichen Schalldruck auch nicht höher ist, als bei einer Box, die mit gleichen Chassis 94 dB "Wirkungsgrad" hat.

Das gleiche gilt für die Hochtöner.
Wir verwenden Hochtöner, von denen die meisten den "Basis-Wirkungsgrad" haben, mit dem man 93 dB/1Watt/1Meter erreicht.

Wenn man den Frequenzgang mit der Weiche linearisiert, sinkt natürlich der Pegel etwas.
Der Einsatz von 8 Ohm Hochtönern in 4 Ohm Boxen mit z.B. 86 dB/1W/1m verbessert die Belastbarkeit und verringert bei höchsten Lautstärken die thermische Kompression genauso gut, wie bei einer Box mit 93 dB.

Dabei kann man aber einen deutlich besseren Klang erzielen.
Nicht nur, weil 93 dB-Boxen mit HiFi-Basslautsprechern allgemein viel zu wenig Bass haben und dünn und metallisch klingen, sondern auch, weil man mit einer gut gemachten "gedämpften" Weiche eine Performance hinbekommt, bei der man die Impulsverarbeitung praktisch nicht mehr von Aktiv-Boxen unterscheiden kann.
(In Aktiv-Boxen helfen manchmal zusätzliche Passiv-Weichen-Glieder zur Phasen-Kompensation der Chassis, die auch die Impuls-Verarbeitung verbessern.)

In den letzten 20 Jahren haben wir natürlich auch immer wieder riesige HiFi-Boxen gebaut.

Bild
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Mit einem Volumen von 800 Litern und zwei speziell "weich" aufgehängten 46cm-Chassis pro Kanal (F res um 18 Hz) kann man einen 28 Hz Pegel von 93 dB/1W/1m erreichen.
Dafür könnte es natürlich sinnvoll sein, die Mittelhochtongruppe ebenfalls auf 93 dB auszulegen!?

Die Mittel-Hochton-Gruppe klingt bei 86 dB aber besser. Das würde für die gewünschten 93 dB dann mindestens Bi-amping (oder Aktivtechnik) erfordern.

Auf "klanglich bessere" Weise zu 93 dB im Mittel-Hochton-Bereich zu kommen, ist uns in 30 Jahren leider nicht gelungen.
(Lange Hörner finde ich immernoch nicht gut, kurze wave-guides schon eher. - Sie gefallen mir klanglich aber trotzdem nicht so gut wie gute Kalotten.)
Es gab natürlich schon viele Gespräche über dieses Thema mit den (meiner Meinung) besten und kompetentesten Horn- und Wave-guide-Entwicklern. Da sind die Ansichten halt geteilt.


Ansonsten könnte man das Thema ja auch immer weiter spinnen:

Wenn wir unsere Boxen (mit der gleichen Chassis-Bestückung) auf 76dB/1W/1m auslegen würden, könnten wir der Klang um vielleicht 1% (was auch immer das sein mag) verbessern und damit auf alle ABL-Modelle verzichten.
Das Dumme dabei ist nur, dass man dann halt Verstärker so um die 1000 bis 2000 Watt pro Kanal bräuchte, um ähnlich große Lautstärken wie bei unseren Serienboxen zu erreichen.

Es ist halt alles nur ein Kompromiss... oder?

Gruß, G. Nubert
AH
Semi
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Registriert: Di 26. Feb 2002, 15:53

Beitrag von AH »

Die Chassis in einer HiFi-Box mit "ordentlichen Magneten" haben im mittleren und hohen Frequenzbereich so einen hohen Wirkungsgrad, dass der Wirkungsgrad der Box nicht durch die Chassis, sondern durch die Auslegung der Weiche bestimmt wird. Die Chassis werden durch die Weiche im Mittenbereich also ohnehin um bis zu 8 oder 10 dB "gebremst", um einen sauberen Frequenzgang und ein gutes Verhältnis zum Tiefbass-Pegel zu erreichen.
Hallo,

das trifft unbestritten zu. Zur Allgemeinverständlichkeit vorweg: Wird ein Lautsprecher in ein Gehäuse eingebaut, dann fällt dessen Freifeld-Frequenzgang zu tiefen Frequenzen, im Vergleich zu einer Montage in einer unendlich großen Wand. Man verliert allein 6dB Kennschalldruck aufgrund der "nicht-Unendlichkeit" der Schallwand ("baffle step").
Bei guten Lautsprechern kommt oft noch ein konstruktionsbedingter Anstieg des Kennschalldruckes zu hohen Frequenzen hinzu. Aber auch ein "ordentlicher Magnet" ist nicht ganz frei von Nachteilen, denn bei einer Verdoppelung der Wandlerkonstante sinkt der Wirkungsgrad in der Nähe der Resonanzfrequenz auf 1/4. Auch hier lauert also ein Zielkonflikt, ein starker Antrieb verringert in manchen Frequenzbereichen den Wirkungsgrad.

Um einen korrekten Freifeld-Frequenzgang zu erreichen, müssen die in die Box eingebauten Lautsprecher anschließend entzerrt werden. Dazu kann man entweder (1) die Schalldruck-Überhöhungen abtragen oder (2) die Schalldruck-Senken auffüllen. Beide Verfahren sind vom Ergebnis äquivalent (auch der erzielbare Maximal-Pegel ist gleich), nur daß man im ersten Falle einen leistungsfähigeren Verstärker benötigt.

Worum es mir hier jedoch ging, ist der Kennschalldruck des LS vor dieser Entzerrung, da dies eine sehr wichtige Einflußgröße auf den Maximalpegel des LS als Funktion der Frequenz darstellt.
Wenn man den Frequenzgang mit der Weiche linearisiert, sinkt natürlich der Pegel etwas.
Der Einsatz von 8 Ohm Hochtönern in 4 Ohm Boxen mit z.B. 86 dB/1W/1m verbessert die Belastbarkeit und verringert bei höchsten Lautstärken die thermische Kompression genauso gut, wie bei einer Box mit 93 dB.
Das ist ein gutes Beispiel. In einem passiven Lautsprecher mit 86dB/W @ 1m Kennschalldruck kann ein (im Pegel reduzierter) guter Hochtöner mit 93dB stecken, oder einer mit vielleicht nur 88dB. Letzterer könnte sogar tiefer angekoppelt sein, da er wahrscheinlich eine größere nutzbare Bandbreite hat, nur wäre das unter dem Aspekt des maximal erzielbaren Pegels doppelt schlecht.
Meine Anmerkung im letzten Beitrag zu Hochtönern bezog sich jedoch nur auf die - mir etwas zu pauschal erscheinende - Aussage
92 dB würde man noch mit Kalotten schaffen.
Wenn man mehr will, muss man auf Hörner ausweichen. Manche mögen die ja.
Direktstrahlende Kalottenhochtöner mit mehr als 92dB Kennschalldruck kann man schon bauen, nur sinkt dann die nutzbare Bandbreite, d.h. man muß sie etwas höher einkoppeln. Wobei wir hier angekommen sind:
Es ist halt alles nur ein Kompromiss... oder?
Interessant wäre in diesem Zusammenhang, wenn man z.B. als groben Richtwert den Maximalpegel eines LS als Funktion der Frequenz bei 0,5dB, 1dB und 3dB Kompression erhalten würde (z.B. mit Sinus-Signalen oder Terzrauschen gemessen) - analog wie man in manchen Publikationen Maximalpegelkurven von LS bei 1%, 3% und 10% THD findet. Ganz trivial wäre die Interpretation solcher Daten jedoch nicht (auch aufgrund der Eigenschaften vom Musik, um deren Wiedergabe es ja geht).
Ein Problem der Kompression dürfte sein, daß bei Mehrwegesystemen die Einzelsysteme von Musik elektrisch unterschiedlich belastet werden, so daß sich deren Pegelverhältnisse zueinander ändern können. Somit würde Amplitudenfrequenzgang pegelabhängig. Da es sich um breitbandige (mehrere Oktaven) Verfärbungen handelt, wären sie schon ab 0,5dB Differenz hörbar.

Es bleibt wohl nur die Empfehlung, sich Lautsprecher am Ende eines Hörtests mit verschiedenem Programm-Material bei den höchsten Lautstärken anzuhören, mit denen man auch später hören möchte. Dabei sollte ein Vergleichslautsprecher zur Verfügung stehen, dessen "Pegelreserven" in allen Frequenzbereichen unerschöpflich sind. Wenn zufälligerweise gerade kein Großbeschallungssystem greifbar ist ;) reicht notfalls auch ein leistungsfähiger Kopfhörer, z.B. Sennheiser HD25.

Gruß

Andreas
paepcke
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Beitrag von paepcke »

G. Nubert hat geschrieben:Wenn wir unsere Boxen (mit der gleichen Chassis-Bestückung) auf 76dB/1W/1m auslegen würden, könnten wir der Klang um vielleicht 1% (was auch immer das sein mag) verbessern und damit auf alle ABL-Modelle verzichten.
Was ist denn mit dem umgekehrten Weg? Könnte man, mit einem entsprechend erweiterten ABL Modul fast ganz auf die Weiche in der Box verzichten, ggf. mit je einem ABL Modul für HT/TT Bereich getrennt für BiAmping? Ist es nicht wesentlich einfacher, bereits das Kleinsignal zu manipulieren, anstatt das Leistungssignal nach den Endstufen?
... hoffentlich demnächst wieder Nuberts im Haus! ^^ [url=http://paepcke.de/]paepcke.de[/url]
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Frank Klemm
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Beitrag von Frank Klemm »

paepcke hat geschrieben:
G. Nubert hat geschrieben:Wenn wir unsere Boxen (mit der gleichen Chassis-Bestückung) auf 76dB/1W/1m auslegen würden, könnten wir der Klang um vielleicht 1% (was auch immer das sein mag) verbessern und damit auf alle ABL-Modelle verzichten.
Was ist denn mit dem umgekehrten Weg? Könnte man, mit einem entsprechend erweiterten ABL Modul fast ganz auf die Weiche in der Box verzichten, ggf. mit je einem ABL Modul für HT/TT Bereich getrennt für BiAmping? Ist es nicht wesentlich einfacher, bereits das Kleinsignal zu manipulieren, anstatt das Leistungssignal nach den Endstufen?
Man könnte eine Box konstruieren, in der die Weiche nur die Aufgabe hat, das Signal auf die einzelnen Chassis in Pegel und Phase zu verteilen.

Die Passivweiche wäre einfacher, die Box hätte einen deutlich höheren Wirkungsgrad (außer am unteren Ende des Übertragungsbereichs), nur wäre die Box ohne ABL unbrauchbar, ein ABL wäre Pflicht.

Technisch ist das ganze zwar sinnvoll, aber neben dem ABL=Pflicht gibt es noch ein weiteres Problem: die Hifi-Voodoo-Presse.
Dort würde (da die Redaktionen aus technischen ***** bestehen), sofort die Meinung geäußert werden, daß der Lautsprecher an sich völliger Schrott ist und nur mit Hilfe von "Beschiss"-Elektronik ein halbwegs erträglichen Klang hat.

Deswegen kommt man, wenn man diesen Zweig bedienen will, nicht darum hin, der Box auch ohne ABL einen ordentlichen Klang zu geben und nur ein paar prinzipiell nicht korrigierbaren Problemen mit dem ABL auf die Sprünge zu helfen. Das erleichtert außerdem, das Produktportfolio halbwegs kompakt zu halten. Eine mittelständige
Firma muß auch auf so was achten.

Eine zweite Möglichkeit sind vollaktive und teilaktive Lautsprecher (vollaktive Lautsprecher sind in der Entwicklung, nur für die meisten zu teuer), teilaktive Lautsprecher als homogene Einheit von einer Kompaktbox (etwa der 360) und eines Subs (etwa dem 440) könnte man schon eher zu noch akzeptablen Preisen herstellen).

Bei der Entwicklung von Hifi muß man sehr vorsichtig sein, die technisch beste Lösung kann schnell von der Hifi-Voodoo-Presse zerrissen werden, deswegen muß man sich dieser Macht doch leider manchmal beugen.
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Frank Klemm
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Beitrag von Frank Klemm »

G. Nubert hat geschrieben:Die Chassis in einer HiFi-Box mit "ordentlichen Magneten" haben im mittleren und hohen Frequenzbereich so einen hohen Wirkungsgrad, dass der Wirkungsgrad der Box nicht durch die Chassis, sondern durch die Auslegung der Weiche bestimmt wird. Die Chassis werden durch die Weiche im Mittenbereich also ohnehin um bis zu 8 oder 10 dB "gebremst", um einen sauberen Frequenzgang und ein gutes Verhältnis zum Tiefbass-Pegel zu erreichen.
AH hat geschrieben:Hallo,

das trifft unbestritten zu. Zur Allgemeinverständlichkeit vorweg: Wird ein Lautsprecher in ein Gehäuse eingebaut, dann fällt dessen Freifeld-Frequenzgang zu tiefen Frequenzen, im Vergleich zu einer Montage in einer unendlich großen Wand. Man verliert allein 6dB Kennschalldruck aufgrund der "nicht-Unendlichkeit" der Schallwand ("baffle step").
Bei guten Lautsprechern kommt oft noch ein konstruktionsbedingter Anstieg des Kennschalldruckes zu hohen Frequenzen hinzu. Aber auch ein "ordentlicher Magnet" ist nicht ganz frei von Nachteilen, denn bei einer Verdoppelung der Wandlerkonstante sinkt der Wirkungsgrad in der Nähe der Resonanzfrequenz auf 1/4. Auch hier lauert also ein Zielkonflikt, ein starker Antrieb verringert in manchen Frequenzbereichen den Wirkungsgrad.
Das stellt kein Problem dar, wenn man tiefangekoppelte 3-Wege-Systeme hat, z.B. mit

25 mm-Hochtöner, 2 kHz....20 kHz, Rdc = 3 Ohm
18 cm-Tiefmitteltöner, 150 Hz...2 kHz, Rdc = 3 Ohm
22 cm-Tieftöner: 25 Hz...150 Hz, Rdc = 2 Ohm
22 cm-Tieftöner: 25 Hz...80 Hz, Rdc = 1,8 Ohm
22 cm-Tieftöner: 25 Hz...50 Hz, Rdc = 1,6 Ohm
Nennimpedanz der Box: 4 Ohm

- Man reduziert Rdc der Tieftöner, im interessanten Arbeitsbereich ist Z trotzdem immer hoch genug, um den Verstärker nicht zu überlasten.
- Im Bereich steigenden Z werden immer mehr Chassis parallel betrieben, was zum einen den Anstieg kompensiert, zum anderen den Richtfaktor auch im Grundtonbereich halbwegs konstant hält.

Ohne Subsonic-Filter muß man allerdings aufpassen: Rdc solcher Boxen kann Werte <1 Ohm annehmen.
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Beitrag von Master J »

paepcke hat geschrieben:Könnte man, mit einem entsprechend erweiterten ABL Modul fast ganz auf die Weiche in der Box verzichten, ggf. mit je einem ABL Modul für HT/TT Bereich getrennt für BiAmping? Ist es nicht wesentlich einfacher, bereits das Kleinsignal zu manipulieren, anstatt das Leistungssignal nach den Endstufen?
Klar, aber dann braucht man pro "Weg" der Box einen eigenen Leistungsverstärker (Endstufe).

Gruss
Jochen
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Beitrag von paepcke »

Master J hat geschrieben:
paepcke hat geschrieben:Könnte man, mit einem entsprechend erweiterten ABL Modul fast ganz auf die Weiche in der Box verzichten, ggf. mit je einem ABL Modul für HT/TT Bereich getrennt für BiAmping? Ist es nicht wesentlich einfacher, bereits das Kleinsignal zu manipulieren, anstatt das Leistungssignal nach den Endstufen?
Klar, aber dann braucht man pro "Weg" der Box einen eigenen Leistungsverstärker (Endstufe).

Gruss
Jochen
Ja perfekt, dann halt einen Korsun V8i pro Box habe auch schon einen Namen: NuWave 125 Abl-Bi-Delux.
Wurde mit sowas in den NSF Labs mal experimentiert, oder wurde an sowas mal als Kleinserie gedacht?

Gruss,
MPP
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G. Nubert
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Beitrag von G. Nubert »

Hallo paepcke,
...NuWave 125 Abl-Bi-Delux.
Wurde mit sowas in den NSF Labs mal experimentiert, oder wurde an sowas mal als Kleinserie gedacht?


Na klar, in den 70er Jahren haben wir in kleinem Umfang solche Aktiv-Konzepte gebaut und verkauft.
Später haben wir diese Sachen nur für unser Labor entwickelt und ständig zum Vergleich gegen unsere passiven Serien-Boxen eingesetzt.
Seit etwa 4 Jahren sind einige Varianten unserer aktiven DSP-Lautsprecher zur Serienreife entwickelt, - wir haben bisher aber nur sehr wenige Boxenpärchen ausgeliefert.
Ich hatte einfach meine Zeit-Reserven anders eingesetzt, anstatt diese Teile in "Stückzahlen" einzeln zu programmieren und die Feinjustage durchzuführen. Außerdem war für den Start der Serienproduktion die Preisfindung sehr problematisch.
Inzwischen haben wir aber Verstärkung in unserer Entwicklungsabteilung bekommen.

Durch die zusätzliche "Ingenieur-Power" ist absehbar, dass einige Produkte, an denen wir lang entwickelt haben, auch irgendwann auf den Markt kommen.

Gruß, G. Nubert
Antworten