Dopplerffekt bei Tief-Mitteltönern?

[TasteOfMyCheese]

Hallo Leute,

ich habe heute mal wieder Lärm gemacht und ein tiefbasslastiges Lied auf meinen 125ern mit ABL abgespielt. Dabei habe ich mir mal besonders die Membranen angesehen, die da schon einiges arbeiten müssen. Besonders aufgefallen ist mir dabei der Tief-Mitteltöner meiner 125. Der bewegt sich wirklich stark und auch sehr schnell vor und zurück. Dabei kam der Gedanke auf, ob hier nicht der Dopplereffekt einen Einfluss hat und wenn ja, welchen. Angenommen, man spielt einen Sinus mit 100Hz bei hohem Pegel ab, dann bewegt sich die Membran sehr weit vor und zurück und ob der hohen Frequenz auch sehr schnell. Würde man jetzt ein Signal mit bspw. 400Hz, welches der Tief-Mitteltöner ja sicher auch noch spielt dazugeben, müsste dieses doch verzerrt werden, da sich die Membran ja während des 400Hz-Sinus schnell bewegt (durch den 100Hz-Sinus).
Insbesondere müsste das doch auch bei den NuVero-Tieftönern der Fall sein, da es sich hier ja um Ultra-Longstroke-Tieftöner handelt, welche bis zu 3cm Hub machen und sich dementsprechend nochmals schneller bewegen müssen.
Was meint ihr, kommt dabei schon ein merklicher Dopplereffekt zustande oder nicht? Dann müssten sich bei hohen Pegeln die "aufgesetzten" Frequenzen ja verbiegen, oder? Im Straßenverkehr ist der Dopplereffekt ja schon bei "geringen" Geschwindigkeiten wie etwa 30km/h hörbar (Martinshorn). Leider habe ich keine Ahnung, wie schnell so eine Membran wirklich ist. Weiß da irgendjemand etwas drüber?

Grüße
Berti

[Oli H]

Hallo Berti,

das ist eine wirklich interessante Überlegung. Allerdings glaube ich, dass der Dopplereffekt in der von Dir beschriebenen Art- und Weise nicht auftritt.

So wie ich ich den Doppler-Effert bspw. bei einem fahrenden Auto kenne geht es darum, dass bspw. das Auto mit einer bestimmten Geschwindigkeit bspw. 25 m/s bewegt. An diesem Fahrzeug ist bspw. ein Hupe montiert und strahlt die Schallwellen mit 343 m/s in einer bestimmten Frequenz bspw 100 Hz ab. Das entspricht 100 Schwingungen/s. Die Wellenlänge beträgt 3,43 m.

Wenn sich das Fahrzeug also bspw. mit 90 km/h bzw. 25 m/s auf einen zu bewegt, wird die Hupe immer noch mit 100 Hz abstrahlen. Dabei bewegt diese sich aber mit mit 25 m/s auf den Hörer zu. Somit bewegt sich das Auto von Schingungsmaximum zu Schwingungsmaximum um
25 m/s x 1/100s = 0,25 m zu. Somit verkürzt sich die vom Hörer wahrgenommene Wellenlänge auf 3,18 m was einer Frequenz rund 109 Hz entspricht.

Eine Lautsprechermembran verhält sich aufgrund der Art der Schallerzeugung jedoch m.E. völlig unterschiedlich. In der Regel erzeugt ein Lautsprecher die Töne durch elektrische Anregung eines Magneten. Dieser Magnet wiederum erhällt die unterschiedlichen Frequenzen nicht getrennt sondern bereits als überlagertes Signal.

Um im Bild des Autos zu bleiben, wenn der Lautsprecher 100 Hz wiedergibt, so schingt er harmonisch in dieser Frequenz. Durch die Wiedergabe einer weiteren Frequenz, wird auf diesen Lautsprecher nicht plötzlich ein "zweiter Lautsprecher" montiert, der dann diese Frequenz wiedergibt und sich um im Autobespiel zu bleiben vorwärts- und rückwärts bewegt.

Stattdessen bekommt der "eine" Lautsprecher jetzt ein gemischtes (überlagertes) Signal und bewegts sich entsprechend der gemischten Amplitude des Signals. Durch Überlagerung verschiedener Frequenzen, kann man fast jeden beliebigen Amplituden und somit Bewegungsverlauf der Mebran erzeugen.

LG Oli

[TasteOfMyCheese]

Hallo Oli,
danke für deine Ausführungen. Ein paar Sachen sind mir trotzdem noch nicht klar.

Eine Lautsprechermembran verhält sich aufgrund der Art der Schallerzeugung jedoch m.E. völlig unterschiedlich. In der Regel erzeugt ein Lautsprecher die Töne durch elektrische Anregung eines Magneten. Dieser Magnet wiederum erhällt die unterschiedlichen Frequenzen nicht getrennt sondern bereits als überlagertes Signal.

Das ist richtig, doch woher weiß die Quelle, welchen Hub diese Membran machen muss, um diesen Ton zu erzeugen? Wenn die Membran für den 100Hz Ton aufgrund ihrer großen Fläche nur sehr wenig Hub macht, wird sie an der Schallschnelle langsamer sein, als eine kleine Membran, welche einen großen Hub braucht. Wenn diese dann dasselbe überlagerte Signal erhält, wird der höhere Ton doch über eine gewisse Strecke "verteilt" abgespielt, was genau der Effekt wäre, den du mit der Hupe gut beschrieben hast!
Grüße
Berti

[Oli H]

Hallo Berti,

Das ist richtig, doch woher weiß die Quelle, welchen Hub diese Membran machen muss, um diesen Ton zu erzeugen? Wenn die Membran für den 100Hz Ton aufgrund ihrer großen Fläche nur sehr wenig Hub macht, wird sie an der Schallschnelle langsamer sein, als eine kleine Membran, welche einen großen Hub braucht. Wenn diese dann dasselbe überlagerte Signal erhält, wird der höhere Ton doch über eine gewisse Strecke "verteilt" abgespielt, was genau der Effekt wäre, den du mit der Hupe gut beschrieben hast!

Wie schon beschrieben, versucht der Lautsprecher immer die Gesamtamplitude des frequenzüberlagerten Signals wiederzugeben.
Woher er, bzw. die Quelle das weiß, habe ich versucht in beigefügter Skizze darzustellen.

Überlagerung.jpg (23.58 KiB) 936 mal betrachtet

Die roten und grünen Linien, sind die unterschiedlichen Frequenzen in unterschiedlicher Lautstärke. Die blaue Linie (sorry nur grob per Hand eingezeichnet) stellt schematisch das Amplituden und Frequenez-summierte Signal dar. Dieses Signal wandelt gibt der Verstärker an die Lautsprecher und je nach Amplitude bewegt sich der Lautsprecher auf der "blauen Kurve" nach innen bzw. außen. Verstärker und Lautsprecher "wissen" somit wo sich die Mebran befindet und packen nur noch ein wenig "Überlagerungsamplitude" drauf. Somit entsteht der Schall immer durch gewünschte Auslenkung um die gedachte Nulllinie.

Ich wünschte ich könnte es besser erklären... Aber vieleicht verstehst Du ja worauf ich hinaus will.

LG Oli

[TasteOfMyCheese]

Danke dir für die Mühe und die Erklärung! Ich denke ich verstehe worauf du hinauswillst. Durch das Signal ist es quasi vorbestimmt, wie der Weg der Membran aussehen wird, wodurch bei größerem Hub, einfach auch der höhere Ton mit der "passenden" Amplitude "aufgesetzt" wird.
Grüße
Berti

[Thias]

Eine Lautsprechermembran verhält sich aufgrund der Art der Schallerzeugung jedoch m.E. völlig unterschiedlich. In der Regel erzeugt ein Lautsprecher die Töne durch elektrische Anregung eines Magneten. Dieser Magnet wiederum erhällt die unterschiedlichen Frequenzen nicht getrennt sondern bereits als überlagertes Signal.

Um im Bild des Autos zu bleiben, wenn der Lautsprecher 100 Hz wiedergibt, so schingt er harmonisch in dieser Frequenz. Durch die Wiedergabe einer weiteren Frequenz, wird auf diesen Lautsprecher nicht plötzlich ein "zweiter Lautsprecher" montiert, der dann diese Frequenz wiedergibt und sich um im Autobespiel zu bleiben vorwärts- und rückwärts bewegt.

Stattdessen bekommt der "eine" Lautsprecher jetzt ein gemischtes (überlagertes) Signal und bewegts sich entsprechend der gemischten Amplitude des Signals. Durch Überlagerung verschiedener Frequenzen, kann man fast jeden beliebigen Amplituden und somit Bewegungsverlauf der Mebran erzeugen.

LG Oli

Hm, interessantes Thema. Obwohl ich auch mehr zu der Meinung tendiere, dass man so etwas nicht hört, möchte ich obige Argumentation ergänzen oder hinterfragen.
Es ist letztendlich egal, wo die Addition der Frequenzen erfolgt, ob schon elektrisch oder erst bei den Schallwellen in der Luft. An meinem Ohr ist es egal, wo die Addition erfolgte, der Schalldruckverlauf ist der gleiche.

Um bei den Lautsprechern zu bleiben: Ich erzeuge ein Frequenzgemisch von 100 Hz und 1 kHz und strahle es mit einem Breitbandlautsprecher ab oder ich nehme 2 Lautsprecher und füttere diese jeweils mit 100 Hz und den anderen mit 1 kHz.

Hört man da einen Unterschied?

Wenn ich einen Koax konstruiere und den Hochtöner (1 kHz) mit der Membran des Tieftöners (100 Hz) mitschwingen lasse, ist es von der Sache das Gleiche wie beim Breitband mit Signalgemisch.

Es kann theoretisch schon zum Dopplereffekt kommen, da die Schallquelle (1 kHz) bewegt wird. Die 1 kHz werden bei einem Hub von z.B. 5 cm mit einer Maximalgeschwindigkeit von 20 m/s bewegt. Überschägig schwankt der 1 kHz-Ton um 5 Hz und das abwechselnd 100 mal in der Sekunde.

Ob man das hört??? In der Praxis wird man allerdings ein Tieftonchassis mit 5 cm Hub nie mit 1 kHz belasten

Wiki geht so weit, dass sie sagen, dass selbst die Erzeugung einer Frequenz mit einer Membran einen Dopplereffekt bewirkt, da die Membran sich ja bewegt.... hm, naja.. . durch die bewegte Membran mit einer Frequenz kann lediglich klirr entstehen, aber keine GFrequenzverschiebung.
Diese Diskussion liefert jedenfalls Argumente für die Verfechter von Flächenstrahlern mit kleinem Hub...

[Oli H]

Hallo thias,

über dein Gedankenexperiment mit den zwei Lautsprechern, bzw. dem hypthetisch konstruierten Koax, bei dem der HT mit bewegt wird muss ich erst mal ein wenig nachdenken. Mir raucht jetzt schon der Kopf... . Mal sehen wie lange meine "Denkstarre" anhält.
LG Oli

[joni]

Wenn der Hochtöner an der Membran des Tieftöners befestigt wäre, er also gezwungen wäre dessen Schwingungen zu folgen, dann würde es auch zum Dopplereffekt kommen.

[Oli H]

Hallo Joni,

danke für deinen Beitrag. Jetzt löst sich auch bei mir wieder die "Denkstarre"

Ein "befestigter" Hochtöner, würde unabhängig von seiner Position im Raum (Hub des Tieftöners) versuchen seine Frequenz mit der vollen Amplitude abzuspielen. Aufgrund der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Tieftöners käme es dann wohl zum Dopplereffekt.

Ein Lautsprecher, der hingegen ein überlagertes Signal wiedergeben soll, packt beim Hub je nach Frequenz und Amplitude nur noch so viel oben drauf, dass es im "Summensignal" wieder stimmt. Somit gibt es quasi keinen bewegten Phantom-Hochtöner und somit auch keinen Dopplereffekt.

LG Oli

[Nubi]

Guten Morgen miteinander,

interessante Diskussion die ihr führt.
Ich hab mich deswegen im Labor schlau gemacht und bekam (auch mangels Zeit) eine kurz und bündige Antwort.

Es hieß dass der Dopplereffekt bei Lautsprecher zwar vorhanden, jedoch völlig vernachlässigbar sei.
Wer es wirklich genau wissen will, sollte bei Prof. Klippel nachfragen.

Grüße aus Schwäbisch Gmünd
Nubi