Multi-Subwoofer-Anordnungen im Raum

[raw]

Was macht man nur an einem von Aprillenwetter geprägten Samstagnachmittag? Da gibt es nur eine Möglichkeit: Mamas Bügelzimmer ausräumen und Messungen von Zapfufern machen.
OK, so spontan ist die Sache nicht. Ich wollte schon seit langem Messungen an Multi-Subwoofer-Anordnungen in Räumen machen und habe vor gut anderthalb Jahren acht geschlossene 17l-Gehäuse gebaut. Vor kurzem habe ich die Gehäuse mit 20cm-Tieftönern bestückt - richtig billige Gurken, aber das ist OK, weil die Teile nicht zum Musikhören, sondern zum Messen da sind. Natürlich ist die untere Grenzfrequenz viel zu hoch für einen Subwoofer, aber das kann ja sehr leicht entzerrt werden. Ich werde dazu irgendwann mal einen Pole-Shifter nach Linkwitz bauen, um so auf 20Hz untere Grenzfrequenz (-6dB) zu kommen. Das (und die Subwoofer an sich) werde ich hier dann präsentieren, wenn es so weit ist.

Das Folgende ist nur als Beispiel gedacht. Das waren gestern die ersten Schritte, quick and dirty, nur um mal zu sehen, ob es funktioniert.
Für diese ersten Schritte reichte eine Entzerrung per grafischem Equalizer. Deswegen sind die Amplitudengänge der Subwoofer etwas wellig:

Der Pegel wurde nicht kalibriert, es wird kein absoluter Schalldruck angezeigt! Es hängen jeweils zwei Subwoofer an einem Stereokanal, die Unterschiede kommen von den Toleranzen des Equalizers.

Es wurde eine "vertikale Single-Bass-Array-Anordnung" mit vier Subwoofern aufgebaut. Demnach waren vier Subwoofer auf dem Boden mit 1/4-Raumlänge/-breite Abstand zu den jeweiligen Wänden. Der Raum ist 3,80m lang, 2,47m breit und 2,44m hoch. Die Schallentstehungsorte waren also in 13cm Höhe und 62cm von den benachbarten Seitenwänden und 95cm von Stirn-/Rückwand entfernt:

4subzeichn.PNG (5.72 KiB) 1212 mal betrachtet

Der Sinn eines "Vertikal-SBA" ist die in vertikaler Richtung abgestrahlte ebene Wellenfront. Das funktioniert bis zu einer Frequenz, bei der die halbe Wellenlänge dem Abstand der Subwoofer zueinander entspricht. Hier sind das also 89Hz in der Länge und 137Hz in der Breite. Damit sind die ersten beiden Raumresonanzen jeweils in Raumbreite und -länge nicht mehr vorhanden. Diese Anordnung hat aber einen großen Nachteil: die Reflexion an der Decke bzw. zwischen Decke und Boden.


Messungen:
Mit dem Messmikro wurde um die Raummitte herum 1m² Fläche abgedeckt. Wegen der doppeltsymmetrischen Anordnung reicht die Betrachtung von einem Viertel. Daraus ergeben sich vier Messpunkte, siehe obige Zeichnung. Das Mikro ist in 1m Höhe.

Man sieht sehr gut, wie der Schalldruck weitgehend unabhängig von der Position in dieser Ebene ist. In Längsrichtung funktionierte die gestrige Anordnung offensichtlich nicht so gut, zu sehen an dem ortsabhängigen Schlenker bei 45Hz und an der Spitze bei 89Hz, also der nicht ganz eliminierten zweiten Raummode. Die Gründe dafür sind höchstwahrscheinlich eine nicht präzise Aufstellung der Subwoofer und die o.g. Unterschiede in den Stereokanälen sein (vorn und hinten war je ein Kanal). Der kleine Schlenker bei 30Hz kommt von der Zimmertür, die hier mitschwingt, wenn sie zu ist (bei der ersten Messung (rot) war sie nur angelehnt).

Anschließend wurde in Raummitte die Höhe des Mikrofons variiert:

Hier sieht man sehr gut die Auswirkungen von der Reflexion an der Decke. Man sieht die sehr schön ausgeprägte Raummode erster Ordnung bei 70Hz. Ebenso sehr auffällig ist die höhenabhängige destruktive Interferenz. Diese Auslöschung wandert zu hohen Frequenzen, wenn der Reflexionsweg verkleinert wird, also das Mikro nach oben geht. Diese beiden Phänomene sind die beiden großen Nachteile eines SBA. Man kann sie minimieren, indem man die Schallentstehungsorte am besten auf halbe Raumhöhe anhebt. So könnte ein raummodenfreier/auslöschungsfreier Bass bis fast 70Hz möglich sein. Das wird hier aber noch untersucht.


Wie gesagt, das waren nur die ersten Schritte in diesem Projekt. Ich werde die o.g. Filterschaltung aufbauen und dann kann ich machen, was ich will. Oder was ihr wollt - wenn ihr gute Vorschläge für Multi-Zapfufer-Anordnungen habt, werde ich sie nach Möglichkeit berücksichtigen und umsetzen. Ein DBA kann ich nicht machen, weil ich kein Delay habe/machen kann.

[Zweck0r]

Moin,

für Experimente kannst Du meine Schaltung vielleicht besser gebrauchen:

http://www.hifi-forum.de/viewthread-159-732.html

Dafür gibt es zwar keinen 'Berechnungsautomaten', man muss aber auch keine Kondensatoren tauschen. Mit 4 Potis (eins davon Stereo) ist der Verlauf ziemlich frei einstellbar.

[TasteOfMyCheese]

Wow, das ist mal ein interessantes Projekt, wäre klasse, wenn du uns hier auf dem Laufenden hälst.
Wenn ich das richtig sehe, hast du erstmal nur 4 der möglichen 8 Subs eingesetzt. Mit den restlichen könntest du ja die Reflexionen an der Decke unterbinden, bzw. überlagern, ich nehme an, das wirst du noch machen?!

Grüße
Berti

[MK II]

Nett und sehr anschaulich.

Die Magnituden sind wohl gemittelte FFTs? Unsere Welt ist linear, ich verstehe nicht was die HiFi-Mess-Fuzzis immer dazu bewegt ihre Schriebe nicht linear sondern logarithmisch darzustellen?

[Hifi-Biber]

Naja das liegt daran, dass ein 10 Hz-Schritt von z.B. 20 Hz auf 30 Hz frequenzmäßig interessant ist, der Schritt von 5000 Hz auf 5010 Hz aber niemanden interessiert!

[tiyuri]

Toll, das sind richtig gute Ergebnisse, raw!
Diese Idee hatte ich ebenfalls vor ein paar Jahren,
bin aber nie dazu gekommen, es mal auszuprobieren.
CB Subs muss man evtl nicht entzerren, weil der
Druckkammereffekt bei einer solchen Anordnung
früher einsetzen kann (bei der "längsten verbleibenden
halben Wellenlänge", quasi). Ging mir in einem Versuch
mit vier AW-560 ähnlich. Das hängt allerdings von der
"Dichtigkeit" des Raums ab.
Bin gespannt wie es weitergeht!

sorry 4 off topic

Unsere Welt ist linear, ...

Wie bitte?!
Wachstumsprozesse unterliegen Potenzgesetzen.
Wechselwirkungskräfte wie Elektromagnetismus und Gravitation
sind umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands.
2x so starke Erdbeben kommen 4x seltener vor (Potenzgesetz).
Die Richterskala für die Erdbebenstärke ist logarithmisch.
Unsere Wahrnehmung ist logarithmisch.
Eine Oktave geht zB von 100-200 Hz.
Auch 10-20 kHz ist eine logarithmisch

...ich verstehe nicht was die HiFi-Mess-Fuzzis immer dazu bewegt ihre Schriebe nicht linear sondern logarithmisch darzustellen?

Abgesehen davon, dass dies in der Elektrotechnik so üblich ist,
ist der "Informationsgeahlt" logarithmisch verteilt, wie bei den
Oktaven oben bereits angedeutet. Zudem ist es gelinde gesagt
viel praktischer! In doppellogarithmischer Darstellung sind Po-
tenzen (Hochzahlen) Steigungen. Ein Hochpass-Filter 1. Ordnung
steigt mit 1, eines 2. mit 2 usw. Gewöhnliche Filter können als
gebrochenrationale Funktionen dargestellt werden wzB für bis
zur 2. Ordnung:

Ua / Ue = ( a_2 f^2 + a_1 f + a_0 ) / ( b_2 f^2 + b_1 f + b_0 )

Ist a_0 = a_1 = 0 gibt's einen Hochpass 2. Ordnung (größte Potenz ist oben und unten gleich, kleinste nicht).
Ist a_1 = a_2 = 0 gibt's einen Tiefpass 2. Ordnung (kleinste Potenz ist gleich, größte nicht).
Ist a_0 = a_2 = 0 gibt's einen Bandpass ...

[Zweck0r]

Sogar die Lautstärkeempfindung ist logarithmisch. 10 dB mehr sind subjektiv ungefähr doppelt so laut. Lautstärkepotis haben deshalb auch eine logarithmische Kennlinie, mit einem linearen Poti wäre der untere Bereich zu grob und der obere zu fein aufgelöst.

[mcBrandy]

Hi

Das klingt echt nach einen sehr interessanten Projekt! Mach weiter so und halte uns auf den laufenden.

@Daniel
Schön, dass du trotzdem noch vorbeischaust!

Gruß
Christian

[Primius]

Danke für die Präsentation deines Projekts.

Wie gesagt, das waren nur die ersten Schritte in diesem Projekt. Ich werde die o.g. Filterschaltung aufbauen und dann kann ich machen, was ich will. Oder was ihr wollt - wenn ihr gute Vorschläge für Multi-Zapfufer-Anordnungen habt, werde ich sie nach Möglichkeit berücksichtigen und umsetzen.

Zwei Fragen/Vorschläge:
1.
Ändert sich der tiefere Teil vom Frequenzgang, wenn die 4-subwoofer Anordnung (1/4|3/4, halbe Höhe) als Gruppe verschoben wird (aber in der Höhe gleich bleibt) ?
2.
Ich frag mich was bei folgender 2-Sub Anordnung passiert:
erster Sub: (1/4;1/4;1/4)
zweiter Sub: (3/4;3/4;3/4)
könnte man damit schon die 1. und 2. Mode in jede Raumrichtung auslöschen?