Brechnung einer Bandpasskiste

Bandpasssysteme (geschlossene oder ventilierte) kombinieren das geschlossene und das Bassreflexsystem, der Vorteil dabei ist, dass man auch eine vom Gehäuse abhängende, obere Grenzfrequenz hat und so einen zusätzlichen Tiefpaßfilter einsparen kann, weshalb er meist Verwendung in Car-Subwoofern findet. Aber es gelten die gleichen Beziehungen wie bei geschlossenen und BR-Systemen. Je tiefer die untere Grenzfrequenz, desto größer das Volumen. Aber die Abstimmung ist schwieriger, da auch die Resonanzfrequenz die Welligkeit beeinflusst. Das geschlossene Volumen beeinflusst die Güte, die Reflexabstimmung die Breite und Welligkeit. Das heißt, es werden große Volumen benötigt, will man einen Bandpass gut abstimmen, das geschlossene Volumen ist genauso groß wie beim Einbau in eine normale geschl. Box mit gleicher Güte. Das ist bei großen Subwoofern beträchtlich, also mehr als bei einem vergleichbaren geschlossenem oder BR-System. Da sich so etwas schwierig verkaufen lässt (z.B. 200l Gehäuse bei 38ern), werden im Consumer-Bereich nicht so tiefe, aber unpräzise (z.B. Qtc>=1) Abstimmungen gewählt, die jedoch meiner Meinung nach mit Car-HiFi wenig zu tun haben. Vorteil dabei ist der Wirkungsgradgewinn von ein paar Dezibel.
Entgegen einigen Meinungen: Bandpässe benötigen mehr Volumen als Bassreflexgehäuse! Deshalb kann ich sie im allgemeinen nicht empfehlen.

OK, hier die Formeln zum Abschätzen einer Bandpass-Abstimmung: (Quelle autohifi)
(gelten nur für X zwischen 60…100)
1. Ermitteln der Einbaugüte Qtc = fm/fs * Qts (fm ist die Mittenfrequenz von ca. 60 Hz)
2. geschlossenes Volumen in Litern Vg = (0,8*Vas) / [ (Qtc^2/Qts^2)-1 ]
3. Reflexvolumen in Litern Vr = 2 * Vas *Qts^2
4. Tunnelquerschnitt At = 0,1…0,16 * Am, oder Tunneldurchmesser dt = 0,3 … 0,4 * dm, abhängig von der Membran wählen
5. Tunnellänge lt = 6,54*(dt^2/Vb) - 0,73*dt (lt in cm, Vb in Litern)

Berechnung einer Bassreflexkiste

Bei Bassreflexsystemen benutzt man eine zusätzliche Resonanz (Prinzip Helmholtz-Resonator), um den Frequenzgang nach unten hin zu erweitern. Der Qts-Wert sollte für Baßreflexsysteme zwischen 0,3 und 0,4 sein. Das liegt daran, dass man die gewünschte Einbaugüte wesentlich geringer wählen muss als bei geschlossenen Systemen. Je größer das Gehäuse, desto kleiner ist die mögliche gewünschte zusätzliche Resonanzfrequenz (Tuningfrequenz) und umso tiefer liegt auch die mögliche untere Grenzfrequenz. Aber dabei wird der Bass immer unpräziser. Das bedeutet auch eine größer werdende Welligkeit, sobald die Tuningfrequenz (Abstimmfrequenz des Resonators) kleiner als die Freiluftresonanzfrequenz fs wird. Das heißt, dass das Volumen nicht größer als das Äquivalentvolumen des Chassis sein sollte, will man präzisen Bass und keine große Welligkeit. So entstehen bei einer Bassreflexabstimmung 2 Resonanzfrequenzen, eine vom Chassis im Gehäuse und eine tiefere vom Rohr. Bei passiven Frequenzweichen muss evtl. die obere “linearisiert” werden, die untere lässt man meist stehen, dies erweitert den Frequenzbereich noch einmal ein wenig.Mit höherer Gesamtgüte (z.B. über 0,38) wird das Volumen meist sehr groß, da die Dämpfung der Resonanzfrequenz zu gering ist.
Ist die Güte jedoch zu niedrig (<0,30) fehlt der Tiefgang.

Hier noch die Formel zur Berechnung der Helmholtz-Resonanzfrequenz:
fb=sqrt(3000*Ar/(Vbox*lr+Vbox*0,846*sqrt(Ar)))
wobei Ar-Rohrquerschnitt, lr-Rohrlänge, Vbox-Innenvolumen, alles in Standard-SI-Einheiten (m, m², m³)
(nicht verrechnen:1m²=10 000cm²; 1m³=1000Liter; 1m=100cm)
Also ist die Abstimmfrequenz vom Volumen (hinter dem Chassis), der Rohrlänge und dessen Querschnitt anhängig. => Bei mehreren Rohren geht in die Berechnung der Gesamtinnenquerschnitt ein. Weiterhin ist darauf zu achten, dass das Reflexrohr keinen zu kleinen oder zu großen Querschnitt besitzen darf und nicht zu kurz oder zu lang ist, weniger als 3cm (bei großen d) oder mehr als 30cm (bei kleineren d) werden schnell kritisch, dann ist es oft empfehlenswert das Volumen zu verändern. Geht das nicht, ist das Chassis sicher ungeeignet. Als Richtwert gilt Minimum-Durchmesser des Rohres ist ein Drittel des Chassis.

Zum Abschätzen des Volumens und der Rohrlänge kann man folgende Formeln (aus autohifi-Katalog 1994) benutzen:

Vbox=15*Vas*Qts^2,87
l= (168 939 * Ar*Qts^1,8) / (fs^2 * Vbox) -0,88 * sqrt(Ar)
(Einheiten: Volumen in Litern, Rohrquerschnitt A in qcm)Zusätzlich zum berechneten Innenvolumen kommen die verlorengegangenen Räume von Rohr und Chassis…
Das Ergebnis ist meist eine tiefe Abstimmung mit großem Volumen.

Welche Kistenart für den Woofer

Anhand dieser TSPs kann man ungefähr erkennen, wofür das Chassis geeignet ist:
Erster Hinweis ist natürlich die Resonanzfrequenz fs, sie sollte für Tiefgang entsprechend niedrig sein, also bei einem Subwoofer etwa 20…40 Hz. Setzt man dieses Chassis in ein (geschlossenes) Gehäuse steigt die Resonanzfrequenz an. Die Resonanzfrequenz allein sagt jedoch nichts über die untere Grenzfrequenz aus. Ein weiterer Faktor ist die Gesamtgüte Qts. Die Güte ist ein Faktor, der zeigt, wie stark der Pegel bei der Resonanzfrequenz ist und gibt indirekt auch die Präzision an. Die Güte steigt, wenn man das Chassis in ein Gehäuse setzt und ergibt die Einbaugüte Qtc. Je niedriger Qtc, desto präziser, aber auch bassärmer die Wiedergabe.
Anhand der Gesamtgüte Qts und der Freiluftresonanzfrequenz fs lässt sich erkennen, wofür man ein Lautsprecherchassis ungefähr benuztzen kann. Das Äquivalentvolumen Vas gibt dann indirekt Auskunft darüber, wie groß das Volumen sein muss.

OK es gelten folgende Näherungen:
Faktor X = fs/Qts

X <= 40 Transmissionline
X ca. 50 (40…80) geschlossene
X ca. 60 (50…100) Bandpass-Systeme
X ca. 100 (80…120) Bassreflex
X>= 120 Chassis für Hornsysteme

Die Zahlenwerte sind nicht all zu genau zu nehmen. z.B. ein Chassis mit Qts=0,37 und fs=22 (X=59) würden viele trotzdem eher in ein BR als ein geschl. System bauen.

Grob gelten auch folgende Regeln zum Qts: 

Qts Eignung
<0,3 Horn-System
0,3…0,4 Bassreflex oder Bandpass
0,4…0,6 geschlossenes System
0,5…0,8 Free-Air
0,8…1,4 Offener Lautsprecher, bedingt Free-Air

Zur besseren Unterscheidung verwendet man auch den sogenannten EBP-Wert. (Efficiency-Bandwidth-Product) Das ist der Quotient aus fs und Qes. Dieser Wert sollte für geschlossene Systeme um 50, also zwischen 35 und 65 liegen. Bei Werten zwischen 50 und 80 kann man den Lautsprecher in ein geschlossenes Bandpasssystem setzen. Bei Werten um 100 (zwischen 60 und 120) ist ein Bassreflexsystem sinnvoll.

Parameter der Lautsprecherberechnung

Parameter:

  • Z : Die Impedanz ist der gemittelte und gerundete Wechselstromwiderstand des Chassis oder der Box und fast immer bei 4 oder 8 Ohm.
  • fs : ist die Resonanzfrequenz (in Hz) des Chassis, d.h. das erste Impedanzmaximum unter Freiluftbedingungen (oder in einer Schallwand je nach Definition)
  • Re : der ohmsche, direkt messbare Gleichstromwiderstand der Schwingspule (in Ohm), er liegt meist ca. 20% unter Z.
  • Qes : ist die elektrische Güte, das Verhältnis der Impedanz bei fs zu Re und so der Reziproke der elektrischen Dämpfung
    Eine Güte ist nur eine Verhältnisgröße und hat deshalb keine Einheit.
  • Qms : ist die mechanische Güte, ein Wert, der das Verhältnis der erhöhten Auslenkung (bei fs) zur normalen Schwingungsamplitude beschreibt.
  • Qts : ist die Gesamtgüte. Die Gesamtdämpfung setzt sich aus der Summe elektr. und mech. Dämpfung zusammen und geht direkt in die gewünschte Gehäusegüte ein.
  • Sd : effektive Membranfläche (in cm², qcm) des Lautsprechers, berechenbar aus dem Membrandurchmesser, ich nehme immer : reine Membran + etwa 50% der Sicke.
  • Vas : das Äquivalentvolumen in l (Liter) gibt die Dämpfung des Lautsprechers im Vergleich zu einem Luftvolumen an, ist also hier abhängig von der Membranfläche und der Aufhängung.
  • B*l : Wandlerkonstante oder auch Kraftfaktor, da die Kraft der Spule abhängig vom durchflossenen Strom in N/A [Newton pro Ampere] oder T*m [Tesla*Meter] angegeben wird, was, wie die 2. Einheit verrät, die magnetische Feldstärke des Magneten angibt. B: magnetische Flußdichte, l : Länge des Schwingspulendrahtes im Magnetfeld
  • SPL : (Sound-Pressure-Level) damit wird indirekt der Wirkungsgrad des Lautsprechers angegeben als Schalldruckpegel in dB bei einem Watt und einem Meter Abstand.
  • Rms : der mechanische Widerstand der Aufhängung in einer Art mechanischen Ohm: kg/s (Kilogramm pro Sekunde) Je geringer der Wert desto besser.
  • Mms : ist die dynamische Membranmasse (mit mitschwingender Luftmasse) in g (Gramm)
  • Cms : mech. Nachgiebigkeit der gesamten Aufhängung (Sicke…) (Compliance) in mm/N (Millimeter pro Newton), lässt sich mit einer reziproken Federkonstante vergleichen.
  • Le : Die Schwingspuleninduktivität in mH (Milli-Henry) ist wichtig für Filterberechnungen, da sie den (komplexen) elektrischen Widerstand des Chassis zu hohen Frequenzen hin ansteigen läßt.
  • Xmax : Damit ist die maximale lineare Auslenkung gemeint. Das heißt, dass in jede Richtung von der Nullage z.B. 15mm ausgelenkt werden kann, ohne dass die Schwingspule den Magnetspalt verlässt. Xmax=15mm bedeutet also +-15mm, der lineare Gesamthub (Hub) ist somit 30mm.

Wie und Was bei Subwoofer und was ist SPL

 Ein Subwoofer ist ein Tiefton-Lautsprecher, dessen Kontruktion für tieffrequente Schallschwingungen von ca. 30 bis 160Hz optimiert ist. Als Woofer bezeichnet man das Tiefton-Chassis einer Breitband-Lautsprecherbox.

Ein Subwoofer verstärkt also Tiefton-Frequenzen - den sogenannten Bass oder Tiefbass -, die unterhalb der Frequenzbereiche eines “normalen” Lautsprechers liegen. Subwoofer werden immer als Ergänzung zu breitbandigen Lautsprecher-Konfigurationen eingesetzt und erzeugen je nach Einstellung eine vom Original erheblich abweichende Verstärkung des Bass-Bereiches.

Es wird zwischen zwei Arten von Woofern unterschieden:

Frontfire-Subwoofer geben den Schall wie normale Lautsprecher direkt an die Raumluft des Hörraums ab. Die Energieübertragung an die Gebäudebausubstanz ist gering.

Downfire-Subwoofer pressen den Schall zwischen Subwooferboden und Zimmerboden heraus. Dadurch wird der Schalldruck im 360°-Bereich verteilt und überträgt sich zu einem guten Teil auch auf die Gebäudesubstanz, was den Bass nicht nur hörbar, sondern auch körperlich spürbar macht.

Wooferchassis:

Der Durchmesser des Tiefton-Chassis ist zusammen mit dem Membran-Hub von sehr großer Bedeutung fürden erzeugten Schalldruck und die Dynamikfähigkeit des Subwoofers. Der Hubweg sollte möglichst lang sein und dennoch eine hohe Geschwindigkeit ermöglichen, damit der Subwoofer auch kurze Impulsspitzen ohne Verzerrungen verkraftet. Die optimale Kombination aus beiden Kennwerten ist das Geheimnis eines jeden Chassis-Herstellers

Schalldruck:

Der maximale Schalldruck ( SPL, Sound Pressure Level), auch Wirkungsgrad oder Empfindlichkeit genannt, ist die Maßzahl für die akustische Leistung des Subwoofers. Der Schalldruck wird bei 1 Watt Eingangsleistung in 1 Meter Entfernung gemessen und in Dezibel (dB) angegeben. Der Wirkungsgrad wird in Prozent angegeben. Hier der Zusammenhang: Ein Subwoofer mit (theoretischen) 100% Wirkungsgrad erzeugt bei 1 Watt Eingangsleistung in einem Mess-Mikrophon-Abstand von 1 Meter rund 112 dB Schalldruck. Die Angaben in dB sind relative Angaben, daher bedeutet ein Unterschied von 3 dB (z.B. 93 dB statt 96 dB) in den Leistungsangaben, dass der leistungsschwächere Subwoofer etwa doppelt soviel Verstärkerleistung benötigt, um den Basspegel bzw. Bass-Schalldruck des stärkeren Subwoofers zu erzeugen. Diese Leistungsangaben sind also besonders kritisch zu beäugen. Allerdings machen viele Hersteller bei ihren technischen Angaben im Bereich Subwoofer keine Angaben zum Schalldruck

Gehäuse:

Das Gehäuse sollte massiv und schwer gebaut sein. Da stehende Wellen auch im Gehäuseinneren Auftreten können, setzen manche Hersteller auf ein ssymmetrisches Gehäusedesign

Radical Audio RA10.4P & RA12.4

Bassreflexkiste von Radical Audio in den Größen 25cm und 30cm. Radical Audio typisch super klang und guter Pegel, wobei die Ausrichtung bei RA auf den Klang geht.

 Radical Audio 12.4 Trunkbox  Radical Audio 10.4 Trunkbox

Daten RA10.4 (25cm)

  • Frequenzgang: 25-150Hz
  • Wirkungsgrad: 91db
  • Nennbelastbarkeit: 300 Watt
  • Musikbelastbarkeit 500 Watt

Daten RA12.4 (30cm)

  • Frequenzbereich: 25-150Hz
  • Wirkungsgrad 92db
  • Musikbelastbarkeit: 600 Watt
  • Nennbelastbarkeit: 400 Watt

Emphser 12″ Xtreme T4 Woofer

Viel Druck, guter Klang, wobei der Fokus schon sehr auf dem Druck liegt.

Die Bassboliden für Anwendungen, bei denen auf trockenen Klang und gnadenlose Maximallautstärke Wert gelegt wird - geeignet zum Einbau in mittelgroße Baßreflex- und Bandpassgehäuse sowie geschlossene Systeme. Der Endschallpegel und die mechanische Belastbarkeit konnten durch diverse Konstruktionsmassnahmen im Vergleich zu den T3 Vorgängern deutlich erhöht werden

  • Belastbarkeit: 1000 Watt RMS
  • Impedanz: 4 Ohm
  • Frequenzbereich: 20 - 100 Hz
  • speziell konstruierter T4 Aluminium Druckgusskorb
  • 2-fach gestackter Strontium Ferrit Magnet
  • Nomex-Celllulose Membran
  • Hi-Profile Santoprene Sicke
  • Sicke und Membrankonus miteinander vernäht
  • Doppelzentrierung aus Nomex

 Emphaser XT4 30cm

Emphaser E12 SPL-X4

Da haben wir einen SPL. Dicke Spaßmaschine mit Allround Fähigkeiten. Bringt einen guten Pegel aufs Parkett und der Klang kann mithalten. Ganz klar für den Bassfetisch …

  • Belastbarkeit RMS: 2500 Watt
  • Belastbarkeit Musik: 5000 Watt
  • Frequenzbereich: 40 - 85 Hz
  • Schalldruck: 89 dB/1W/1m
  • Impedanz: 2 x 2 Ohm
  • Abmessungen: 582 x 480 x 402 mm

Emphaser E12 SPL-X4



Emphaser EBR 110 S4, EBR 112S4

Der Testsieger bei Car & Hifi 03 / 2007 (EBR 110)
Hatte selbst eine Doppel T3 Kiste in meinem CRX und muss sagen, die drückt und die klingt ….. allerdings muss man bei Woofern in dieser Klasse auch an den Rest des Sounds denken.

Zitat:
Ungemein präzise und dynamisch legt der Emphaser im Auto los. Er kann staubtrocken und zackig spielen, weiß aber auch bei weicheren Bässen zu überzeugen

Die Einstiegsklasse von Emphaser.

 Emphaser EBR110 S4 Emphaser EBR 112 

 Technische Daten EBR110:  EBR 112
 

  • Belastbarkeit RMS: 500 Watt
  • Belastbarkeit Musik: 700 Watt
  • Frequenzbereich: 25 - 150 Hz
  • Schalldruck: 90 dB/1W/1m
  • Impedanz: 4 Ohm Schwingspule
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  • Belastbarkeit RMS: 700 Watt
  • Belastbarkeit Musik: 900 Watt
  • Frequenzbereich: 25 - 150 Hz
  • Schalldruck: 93 dB/1W/1m
  • Impedanz: 4 Ohm Schwingspule
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