Minimum Messabstand für Winkelmessungen an Mittel/Hochton-Hörnern

[Uli_Bel]

Da die Frage nicht die Software eines Messplatzes betrifft sondern grundsätzlicher Natur ist, stelle ich diese hier im Lautsprecher Bereich unter Allgemeines....

Ich möchte Mittel/Hochtonhörner unter Winkel korrekt vermessen um die Abstrahlung beurteilen zu können.
Muss ich das zwingend im Fernfeld messen oder gibt es auch korrekte Resultate bei Nahfeldmessungen ?

Ab welchem Abstand beginnt bei Hörnern überhaupt das Fernfeld :
- min. Abstand = 3...4 mal Durchmesser des Hornmundes ? oder
- minimum Abstand = 3...4 mal Wellenlänge ?

Was passiert, wenn ich unter Winkel im Nahfeld messe - welche Auswirkungen hat das auf die Messergebnisse (Abstrahlung) - lässt sich das irgendwie vorhersagen ?
Bei 1kHz ist die Wellenlänge ja nur 30cm..
Mein JMLC 400 hat aber einen Durchmesser von fast 50cm... darf ich da schon in 20cm Abstand messen ??

Mein Versuch gestern zeigt unter Winkel offenbar Interferenzen, die möglicherweise bei größerem Abstand verschwinden...
Hat da mal jemand Versuche mit Winkelmessungen gemacht mit verschiedenen Mess-Abständen ?
Ab welchem Abstand zeigten die Messungen unter verschiedenen Abständen dann Ubereinstimmung ?

Ich nehme an, daß verlässliche Winkelmessungen nur mit ordentlichem Abstand (2m oder gar mehr ?) machbar sind, die bis 500Hz runter aussagekräftig sein sollen..

Das hat natürlich Konsequenzen für die Einhaltung der akustischen Reflektionsarmut... vielleicht gelingt mir im Sommer mal ein Aufbau im Garten mit Hilfe einer Aufstellung meines JMLC400 in 5..6m Höhe ...

Ulli

[FoLLgoTT]

Hier die Simulation eines 3-Wegers mit verschiedenen Abständen. Der Lautsprecher ist ca. 70 cm hoch.

48079


Horizontal

0,5 m:
48078

1 m:
48077

2 m:
48076

4 m:
48075


Vertikal

0,5 m:
48083

1 m:
48082

2 m:
48081

4 m:
48080

Ab 1 m werden die Unterschiede zunehmend geringer. Irgendwann lohnt sich ein größerer Abstand nicht mehr.

[Uli_Bel]

Nils,
hast Du Informationen/Erkenntnisse, daß die Simulation den Ubergang von Fernfeld zu Nahfeld richtig darstellt - es kann ja sein, daß die Simu ein Fernfeld voraussetzt.

Ich befürchte ja, daß in einem Abstand vom Horn < Hornmund Durchmesser (bei JMLC oder Traktrix) irgendwelche Interferenzeffekte womöglich durchschlagen..

Aber danke schonmal für die Antwort...
Hier in der (wegen Renovierung) kahlen Wohnung kann ich momentan nix machen und bei Windstärke 5 und Regenschauern im Garten bei 8c schon gar nix...

Ulli

[java4ever]

Wieso sollte die Simulation Fernfeld voraussetzen?
Kannst du näher erläutern, was du meinst?

[Uli_Bel]

Es könnte ja sein, daß bestimmte Eigenschaften der Schallausbreitung im Nah- bzw. Fernfeld anders zu interpretieren sind, Dann muss die Software das entsprechend berücksichtigen.

Ich bin kein Physiker - aber bei elektromagnetischen Wellen sind die Eigenschaften der Ausbreitung in Nah und Fernfeld z.B. total unterschiedlich. Ob es bei Schall auch Unterschiede gibt ?

Ich hatte bei der Schallausbreitung an nichts konkretes gedacht...

Ulli

[java4ever]

Schall und Elektromagnetismus basieren letztendlich auf derselben Gleichung (Helmholtz Gleichung).
Die in kommerziellen Simulationssoftwaresuiten verwendeten Verfahren (FEM, BEM) lösen im Allgemeinen schlicht diese Gleichung und machen keine Annahmen über Nah- und Fernfeld.
Nah- und Fernfeld sind im Grunde genommen auch nur Eigenschaften, die sich durch die Single- und Dual-Layer-Potential Integrale ergeben, es existiert kein explizites Nah- und Fernfeld...

[adicoustic]

Hallo Uli,

ich versuche mal, Deine Fragen zu beantworten.


Ich möchte Mittel/Hochtonhörner unter Winkel korrekt vermessen um die Abstrahlung beurteilen zu können. Muss ich das zwingend im Fernfeld messen oder gibt es auch korrekte Resultate bei Nahfeldmessungen ?

Im Nahfeld einer Schallquelle kann über deren Richtwirkung keine Aussage gemacht werden. Es gibt Simulationsprogramme, die lassen sich mit Nahfeldfrequenzgängen und Geometriedaten füttern und versuchen dann, auf die Abstrahlung im Fernfeld zu schließen. Aber Dir geht's hier in erster Linie um Messung, vermute ich.



Ab welchem Abstand beginnt bei Hörnern überhaupt das Fernfeld :
- min. Abstand = 3...4 mal Durchmesser des Hornmundes ? oder
- minimum Abstand = 3...4 mal Wellenlänge ?


Fernfeld ist dort, wo die sogenannten Fernfeldkriterien erfüllt sind, die da heißen

1. r >> h; Der Abstand r zwischen Schallquelle und Mikrofon muss erheblich (üblich Faktor 3 bis 5) größer sein als die größte Abmessung der Schallquelle. Dort nimmt der Schalldruckpegel mit 6 dB pro Abstandsverdoppelung ab.

2. r >> h²/Lambda; Dieser Abstand ist notwendig, damit die Phasenunterschiede vernachlässigt werden können. Heißt im Fernfeld, geht der Phasenwinkel zwischen Schalldruck und Schallschnelle gegen 0. Weil aber Dein Horn doch eine gewisse Größe hat, kann man einzelne Stellen der Öffnung als Teilschallquellen betrachten, deren Schalle unterschiedliche Laufzeiten zum Mikrofon (oder Ohr) haben, und damit Phasenunterschiede, was zu Interferenzen führt.

3. r >> Lambda/(2*pi); (Die Grenze wischen Nah- und Fernfeld. Trifft für Dein Horn nicht zu.)

Für Dein Horn mit Durchmesser 50 cm würde das bei f = 2 kHz bedeuten:
1. r > 3...5 h = 1,5...2,5 m
2. r > 3...5 * 0,5²/0,17 = 4,4...7,3 m (ziemlich weit, hast eben ein ziemlich großes Horn)

Hier ein Link, wo das näher durchleutet wird:
https://www2.ak.tu-berlin.de/~akgroup/aufgabensammlung/Download/AT-1/Nahfeld_und_Fernfeld_Loesung.pdf


Was passiert, wenn ich unter Winkel im Nahfeld messe - welche Auswirkungen hat das auf die Messergebnisse (Abstrahlung) - lässt sich das irgendwie vorhersagen ?

Messung im Nahfeld unter Winkel macht nicht wirklich Sinn.

Nahfeld ist dort, wo der Phasenwinkel zwischen Schalldruck und Schallschnelle 90° beträgt. Und da gab es mal einen Artikel von einem Herren mit Namen Don B. Keele, in dem das hergeleitet wurde, dass für ka = 0,11, also einem Abstand vom 0,11-fachen Radius der Schallquelle diese Bedingung näherungsweise erfüllt sei. Das würde für Dein Horn bedeutet, Nahfeldmessung im Abstand von max. 2,8 cm vor der Öffnung.


Bei 1kHz ist die Wellenlänge ja nur 30cm..
Mein JMLC 400 hat aber einen Durchmesser von fast 50cm... darf ich da schon in 20cm Abstand messen ??

Nein. Siehe oben.


Das hat natürlich Konsequenzen für die Einhaltung der akustischen Reflektionsarmut... vielleicht gelingt mir im Sommer mal ein Aufbau im Garten mit Hilfe einer Aufstellung meines JMLC400 in 5..6m Höhe ...

Es hat auch das Raumschallfeld deutlichen Einfluss auf Deine Messungen. Misst Du mit Zeitfenster? Ist Dein Raum so gebaut, dass Du im Direktfeld messen kannst?

Und: Hast Du schon mal im ARTA-Handbuch (http://www.artalabs.hr/AppNotes/ARTA-HB-D2.4-Rv0.1.pdf) ab Seite 79 nachgelesen?

[Uli_Bel]

...Nah- und Fernfeld sind im Grunde genommen auch nur Eigenschaften, die sich durch die Single- und Dual-Layer-Potential Integrale ergeben, es existiert kein explizites Nah- und Fernfeld...

Die besonderen Eigenschaften von Nah- und Fernfeld gilt es eben zu berücksichtigen, wenn man Messungen richtig beurteilen will.
Es ist häufig so, daß die Mathematik die verschiedenen Eigenschaften dann doch wieder auf ein und denselben Grundzusammenhang zurückführen kann, selbst wenn Beobachtungen sich (scheinbar) widersprechen.
Allerdings muss ich in der Praxis des Messens bei meinem Horn doch wissen, was ich tun und lassen muss. Die Gründe für möglich andere Messergebnisse von Nah und Fernfeld bei meinem Hornlautsprecher sind da schon hilfreich zu wissen...
Bei der Simulation vom Nils, sieht man ja bei 0.5m auch bereits leichte Unterschiede - womöglich wären die bei 10cm noch wesentlich größer ...

Letztlich hat auch Nils mit seinen Simulationsbildern ja schon gezeigt, daß man die Winkelmessungen auf Abstand machen sollte...

@Adi
Danke für Deine sehr praktische Antwort.
Ja, Fensterung ist mir natürlich bekannt. Nur ist das momentan praktisch nicht machbar - einfach wegen der Renovierungsarbeiten im Haus - ich kann dann nicht weit genug von den Reflexionsflächen weg mit Horn und Messmicro - einfach weil hier alles voll steht mit Arbeitsmaterial... alles sehr beengt und mich interessiert ja schon der Bereich ab 500Hz...

Deshalb wollte ich einfach auf die Schnelle mal im Nahfeld messen (um störende Reflexionen von Wänden und Krimskrams zu unterdrücken) und mir wurde dann aber bewusst, daß eine Nahfeldmessung fragwürdig ist - eben schon auf Grund von Interferenzen, etc (z.B. durch die Hornbegrenzungsfläche, die bei der Winkelmessung nur wenige cm vom Micro entfernt ist, wenn man in der Nähe des Hornmundes das Micro positioniert.... das macht keinen Sinn...)

In der Regel messe ist sowieso draußen, denn ich habe nicht nur einen sehr ruhigen Garten, weitab von Reflektionsflächen, sondern auch einen Mast, wo ich sogar Messungen in der Höhe machen kann - ich muss allerdings einen ruhigen Frühlings/Sommertag erwischen mit Windstille...

Ulli