Idee für Bändchenhochtöner - Simulation

[Spatz]

Moin,

ich hab mich endlich mal mit FEMM beschäftigt und mich durch die frickelige Eingabe gearbeitet, um eine Idee für eine Mittelhochtoneinheit mit Bändchenmembranen zu simulieren. Dabei kam folgendes raus:

http://www.diy-hifi-forum.eu/forum/attachment.php?attachmentid=3227&stc=1&d=1298987311

Mangels besseren Wissens habe ich das ganze folgendermaßen simuliert: Die Magneten sind Neodym-Magneten mit den Maßen 40x10x5 mm, in zwei Reihen und jeweils sechs übereinander, so dass eine Magnetreihe die Gesamtmaße 240x10x10 mm hat. Mittig ist ein 3 mm breiter Spalt, der durch die lokale Abschwächung des Magnetfelds die Grundmode des Bändchens weniger anregen soll. Der Eisenträger besteht aus "US Steel Type 2-S 0.018 inch thickness", was auch immer das heissen soll. An den Enden ist jeweils ein 1 cm tiefer Einschnitt, in der das Bändchen befestigt werden kann. Die Tiefe der Simulation beträgt 10 mm.

Im Endeffekt ergibt sich damit in allen drei Spalten ein homogenes Magnetfeld (bis auf den Dip in der Mitte) mit etwa 0,47 - 0,48 Tesla. Das homogene Feld ist dabei etwa 230 mm lang, im mittleren Spalt sind der Dip in der Mitte und die Peaks am Ende etwas ausgeprägter (siehe Anhang).

Die Idee dahinter ist eben, durch die Anordnung der Magnete zwei breitere Bändchenmembranen und eine schmale Bändchenmembran möglichst nah zusammen zu bekommen. Die größeren Membranen haben dabei bei angenommenen Maßen von 230x38mm zusammen eine Fläche von 125 cm², also die Fläche eines 17ers mit 0,675 g Masse. Das kleinere Bändchen ist genauso lang und 9 mm breit und kommt so auf 20 cm².

Kann man irgendwie fu und Wirkungsgrad der Bändchen in diesem Setup abschätzen? Die Idee ist, die beiden breiteren Bändchen als Mitteltöner zu verwenden und das kleinere bei hohen Frequenzen zu verwenden.

Was meint ihr, lohnt sich so ein Aufbau? Wo könnte die untere Grenzfrequenz liegen und wie wird der Wirkungsgrad sein?

Ciao,

Spatz

PS: Wie schaut es mit der Magnetischen Sättigung aus, ist das zuviel im Kern? Wenn ich den oberen und den unteren Steg noch um 10mm schmaler mache, dass wird das Magnetfeld deutlich schwächer (0,4-0,43 Tesla), wenn der Steg noch breiter wird passiert nicht mehr viel...

[Marcus.S]

Spatz, du hast nen Knall. :D
Das ist so abgedreht, dass ich Nerv auf das Thema habe ;)

Die Idee, Mittel- und Hochtonmembran sehr nah aneinander rücken zu lassen ist sicher eine gute Idee. Das wird, bei korrekter Abstimmung, quasi ein "zwei-Wege-Breitbänder".
Davon ab wird das bei der Größe eine Sache die nur in einem recht kleinen Sweetspot funktioniert. Ich denke da z.B. an den RTII (ja, ich weiß, ist ein Magnetostat, das macht aber am Bündelungsverhalten nix aus) ... ich liebe den Klang von dem Teil, aber er macht beim Hören recht einsam ;)

Ich denke schon, dass man fu zumindest grob bestimmen kann. Nur wie ... ich glaube, da bist du mit deinem FEM-Wissen besser unterwegs als ich.

[Spatz]

Spatz, du hast nen Knall. :D
Das ist so abgedreht, dass ich Nerv auf das Thema habe ;)

;) Manchmal brennen die Ideen mit mir durch...


Die Idee, Mittel- und Hochtonmembran sehr nah aneinander rücken zu lassen ist sicher eine gute Idee. Das wird, bei korrekter Abstimmung, quasi ein "zwei-Wege-Breitbänder".

So oder so ähnlich war das gedacht... D'Appo-artige Effekte muss man im Übertragungsbereich der Bändchen sicher auch nicht erwarten.


Davon ab wird das bei der Größe eine Sache die nur in einem recht kleinen Sweetspot funktioniert. Ich denke da z.B. an den RTII (ja, ich weiß, ist ein Magnetostat, das macht aber am Bündelungsverhalten nix aus) ... ich liebe den Klang von dem Teil, aber er macht beim Hören recht einsam ;)

Das sehe ich deutlich weniger kritisch: Die beiden MT haben eine über-alles-Breite von 86 mm, das entspricht einem 10er. Wenn man bei etwa 2,5 k trennt (das dürfte der HT ja zulassen), dann spielt danach eine sehr schmale Membran. Ich vermute sogar (zumindest in horizontaler Ebene) ein sehr breites Abstrahlverhalten.


Ich denke schon, dass man fu zumindest grob bestimmen kann. Nur wie ... ich glaube, da bist du mit deinem FEM-Wissen besser unterwegs als ich.

HAHA! Welches FEM-Wissen? Ich hab einfach geklickt und geguckt was passiert... ;)

[Chlang]

Wow,

das sieht richtig gut aus und entspricht auch dem, was man bei Elektrostaten macht.

Nur - ich will eigentlich keinen Sand ins Getriebe streuen, weil mir die Idee gut gefällt - aber war da nicht was mit den zwei stromdurchflossenen Leitern, die sich, je nach Fließrichtung des Stroms, entweder anziehen oder abstoßen? Also eher anziehen, wenn im Übergangsbereich die gleichen Ströme anliegen. Wenn dann die drei Bändchen rech nahe sind, könnte es bei der relativ geringen mechanischen Stabilität Probleme geben.

Mir fehlt aber völlig jede Idee, wie groß der Effekt dann tatsächlich sein wird.

Fazit: Nicht verunsichern lassen - weitermachen!

Grüße
Chlang

[Spatz]

Wow,

das sieht richtig gut aus und entspricht auch dem, was man bei Elektrostaten macht.

Danke, daher kam auch die Idee. Dass man so auch noch ein schön homogenes Feld hinbekommt ist natürlich doppelt fein.


Nur - ich will eigentlich keinen Sand ins Getriebe streuen, weil mir die Idee gut gefällt - aber war da nicht was mit den zwei stromdurchflossenen Leitern, die sich, je nach Fließrichtung des Stroms, entweder anziehen oder abstoßen? Also eher anziehen, wenn im Übergangsbereich die gleichen Ströme anliegen. Wenn dann die drei Bändchen rech nahe sind, könnte es bei der relativ geringen mechanischen Stabilität Probleme geben.
Mir fehlt aber völlig jede Idee, wie groß der Effekt dann tatsächlich sein wird.

Die Stabilität lässt sich ja durch Riffelung steigern... Die Anziehung der Membranen zueinander kann ich leider schwer abschätzen, kennt sich da irgendjemand besser aus? Dieser Effekt dürfte aber nur die äußeren Membran betreffen, die mittlere ist ja im Kräftegleichgewicht...


Fazit: Nicht verunsichern lassen - weitermachen!

Grüße
Chlang

Weitermachen ist schwer, ich hab leider nicht die technischen Möglichkeiten, sowas umzusetzen.

[Marcus.S]

Horizontal müßte das gehen, das stimmt allerdings.
Ich denke übrigens, dass das Sättigungsthema keines ist. Du hast es ja simuliert. Selbst wenn der Kern in der Sättigung sein sollte macht das an dieser Stelle wenig aus, da diese ja konstant erreicht wird und nicht durch das Musiksignal wie bei einer Spule.
Man könnte dann lediglich die Stärke der Magneten verringern ohne an der Flussdiche in den Spalten etwas zu ändern. Macht die Konstruktion minimal günstiger. Wobei der Kostentreiber dabei wohl eher die Übertrager sind als die paar Neodymplättchen.

Hast du schon ne Idee zum Material des Bändchens und kannst du den Trägerteil mal grob aufzeichnen?

Wenn das erstmal funktioniert müssen wir auf jeden Fall mal Mono- gegen Dipol testen. Eventuell auch Varianten dazwischen.

[Spatz]

Moin,

im Anhang zwei Bilder, einmal eine bemaßte Zeichnung des Kerns, das andere ist ein Gesamtdesign, wie es ausschauen könnte. Ich hab den Kern nochmal 2cm schmaler gemacht, das macht keinen Unterschied.

Als Membran ganz klassisch geriffelte Alufolie, oder gibts da was besseres?

Interpretiere ich das richtig, dass du über einen Nachbau nachdenkst?

Ciao,

Spatz

[julzZz303]

mich interessiert sowas brennend,
ich les`malmit und wennmir waseinfällt schrei ich hier!!

das einzige was mir auch durch diekonstruktion aufgefallen ist, hat chlang schon eingeworfen.
erfahrungen kann ich leider keine beisteuern :/

[Marcus.S]

Irgendwie vermisse ich die Bilder ;)


Interpretiere ich das richtig, dass du über einen Nachbau nachdenkst?

Naja, fürn Nachbau müßte es ja erstmal zumindest einen funktionierenden Prototypen geben.
Da ich jemanden mit ner kleinen Portal-CNC kenne ists für mich eventuell etwas einfacher als für dich und da mich das Thema echt fasziniert bin ich durchaus bereit, da was zu tun. Wenn du das lieber selber zuende bringen möchtest halte ich mich da aber auch ´raus. Vielleicht ists ein wenig mit mir durchgegangen ;)

[Spatz]

Irgendwie vermisse ich die Bilder ;)

Oha! War gestern wohl schon zu spät... naja, jetzt sind sie da, zusammen mit den *.fem-Dateien, die ich in *.txt umbenannt habe. Nachdem man diese in FEMM geladen hat, muss man oben mit dem kleinen gelben Knopf ein Gitter berechnen, dann mit der Kurbel daneben die Simulation durchführen und als letztes kann man das ganze mit der Brille angucken. Im Betrachtungsmodus sind wichtige Knöppe der Regenbogen, der das ganze einfärbt, die Rote Linie, mit der man eine Schnittebene definiert und der kleine Graph zeigt die Werte durch diese Schnittebene an.


Naja, fürn Nachbau müßte es ja erstmal zumindest einen funktionierenden Prototypen geben.
Da ich jemanden mit ner kleinen Portal-CNC kenne ists für mich eventuell etwas einfacher als für dich und da mich das Thema echt fasziniert bin ich durchaus bereit, da was zu tun. Wenn du das lieber selber zuende bringen möchtest halte ich mich da aber auch ´raus. Vielleicht ists ein wenig mit mir durchgegangen ;)

Neinneinnein, ganz im Gegenteil! Wie gesagt, ich habe keine Möglichkeit sowas zu tun, und ich fände es schade, wenn das Konzept (auch wegen des guten Simu-Ergebnisses) in der Versenkung verschwinden würde. Insofern: Tob' dich aus! Ich würde gerne sehen, dass daraus was wird. Eventuell würde ich dir auch einen Satz gefräste Trafobleche abnehmen, das ist in meinen Augen das komplizierteste an der ganzen Sache. Magnete und Befestigungsmechanismus sind da schon leichter zu fertigen.

Die Gesamtkonstruktion könnte man so bewerkstelligen, indem man die Trafobleche auf die Frontplatte aufklebt und dann die Magnete einklebt, mit einem Abstandshalter im Luftspalt, bis die Magnete fest sind.

Zum Befestigungsmechanismus für die Bändchen mache ich mir auch schon Gedanken.

Ciao,

Spatz

€: Etwas sorgen macht mit nur die Linearität in Richtung des Hubes. Die ist zwar nicht schlacht, aber auf Geadtkes Seite sieht man ein schönes kleines Plateau, das ich nicht habe...

[hesinde2006]

@Spatz
Das Chassis scheint genial....wieso hat das noch keiner vor dir probiert?!

[Marcus.S]

Das Idee ist so neu nicht. Bei einigen Vollbereichselektrostaten wird z.B. der Stator segmentiert und die Folie so unterschiedlich angeregt.

Was die Befestigung angeht: Ich würde den Prototypen so bauen, dass man die Spannung variieren kann. Also einen Spannblock, in dem die Folie eingeklemmt wird und der selber über eine Schraube verstellbar ist. Für den Versuchsaufbau würd ich glaub ich noch gar nix fräsen, sondern den Trägerrahmen aus handelsüblichem Halbzeug zusammenschrauben. Hätte auch den schönen Vorteil, dass man die einzelnen Magnetträger getrennt voneinander bekleben kann.
Auf meinem Zettel stehen auch Versuche mit Riffeln und ohne.

Klar, handelsübliche Alufolie ist die einfachste Variante. Ich halte aber auch noch Ausschau nach anderem Material. Vielleicht findet sich da was.

[Spatz]

Wie gesagt, bei der Idee standen auch durchaus Magnetostaten Pate. €: Ich meine natürlich Elektrostaten...

Hat man bei Teilen aus Volleisen nicht das Problem der Wirbelströme? Wie gesagt, ich kenne mich da nur sehr rudimentär aus. Ich weiss nicht mal, welches Eisen ich für die Simu nehmen sollte... Ich hab jetzt nochmal testweise mit einem reinen Eisenkern simuliert, da ändert sich auch nicht viel...

Zu den Folien: Man könnte noch andere Metallfolien testen, z.B. Titanfolie, man könnte mit einer Leiterbahn bedampfte Kunstofffolie nehmen, man könnte einen Folien-Kondensator schlachten.

Eine Idee, die ich schonmal hatte, wäre folgendes: Man nehme ein Alubändchen und falte an beide Enden eine kleine Sicke. Nun tauche man die Enden in Wachs, dass sie isoliert sind. Nun eloxiert man die Membran und überwacht dabei den internen Widerstand des Bändchens. Beim Wunschwiderstand wird der Eloxalvorgang abgebrochen und das Wachs entfernt. Nun hat man eine Keramik-Bändchenmembran mit definiertem Widerstand.

Marcus, wie schätzt du die kosten für einen Prototyp ein?

Übrigens: Nach D'Appo ist man unter einer Trennfrequenz von ca. 3,6 kHz im grünen Bereich. Das sollte doch machbar sein...

Ciao,

Spatz

[Marcus.S]

Wirbelstöme? Nö, wo sollten die herkommen? Der Kern hat ja ein statisches Magnetfeld. Das "kleine" Feld der Folien ist sicher nicht dazu in der Lage, einen Wirbelstrom im Kern zu verursachen.
Wie gesagt: Es geht hier ja um Permanentmagnete. Die produzieren schon per Definition kein wechselndes Feld, weswegen im Kern auch keine Ströme induziert werden können.

Ich habe noch keine Idee, wieviel das Ganze kosten könnte.

[Spatz]

Okay, das mit den Wirbeln verstehe ich... eventuell kann man ja die Geometrie noch verändern, dass man mit leichteren Zuschnitten auskommt.

Die Magnete für zwei Stück kosten bei SuperMagnete übrigens knapp 150 €...

[Spatz]

Egal, was ich am Aufbau ändere, es wird nicht besser:

Wenn man das System 80 mm länger macht hat man nur noch ca. 0,42 Tesla, wenn man es aber 80 mm kürzer macht bleibt es bei den 0,47 Tesla.

Da hab ich wohl echt nen Glücksgriff entworfen... ;)

[Marcus.S]

Jop, scheint ein Volltreffer zu sein. Wenn mehr Feldstärke her soll müßte man auf andere Magnete zurückgreifen.
150€ pro Paar zzgl. Rahmen und Übertrager. Wenn das auch nur ansatzweise so gut geht wie ich hoffe wirds sich lohnen.

[Spatz]

So, hab nochmal den einfachen Aufbau simuliert: Einfach nur 4 quaderförmige Eisenkerne, oben und unten 166x36 mm, links und rechts 263x30 mm. Keine Rundungen, keine winzigen Stücke, viel einfacher zu machen. Am Ergebnis ändert sich nichts...

Ich würde das ganze auf eine Alu-Front aufbauen, allein schon, weil man sich sonst immer Sorgen um die Stabilität der mittleren Magneten machen müsste.

Auch für die Befestigung ist mir was eingefallen: Direkt auf die Front kommen in den schmalen Spalt zwischen Magneten und Eisen 5-6mm Moosgummi. Anschließend nimmt man ein Stück Epoxy-Platte (106x8 mm) und schraubt da vier Abstandshalter mit passendem Schraubgewinde dran, das Gewinde zeigt vom Moosgummi weg. Nun kann man über eine zweite Epoxyplatte das Ding am Eisen befestigen, das Befestigt das Bändchen, und mit einem dritten Stück Epoxy oder Leiterplatte kann man dann den elektrischen Kontakt herstellen, indem man es am Gewinde der Abstandshalter befestigt.

Die beiden äußeren Bändchen würde ich riffeln, wegen der besseren Großsignalfestigkeit, das innere Bändchen sollte glatt bleiben, das ist besser für den Klirr...

Hast du eine Möglichkeit, günstig Frontplatten fertigen zu lassen? Schaeffer will für sowas in 4mm Alu auch schon 62€...

Ciao,

Spatz

€: Achja, wenn man sich schon mit DIY-Bändchen beschäftigt, dann wäre doch ein (oder in diesem Fall zwei) Stromverstärker die logische Konsequenz...

[Marcus.S]

Das schaut gut aus! Halten wir mal so fest.
Für die Frontplatte habe ich leider auch keine günstige Lösung. Allerdings sehe ich die auch grad nicht als Primärthema an ;)

Die Idee mit dem Stromverstärker ist eine Gute (ich durchforste übrigens während meine Schulungsgruppe mit Gruppenarbeiten beschäftigt ist die Seite von Gaedtke). Eigentlich müßte das z.B. mit meinem AlephJ-Clone gehen. Ob da noch Anpassungen notwendig sind müßte ich noch schauen.
Ich würde ein - wie auch immer geartetes - Stromverstärkerkonzept aber auf jeden Fall gegen eine Übertragerlösung testen wollen. Schon weil letztere für den Großteil eventueller Nachbauer sicher das Mittel der Wahl darstellen wird.

[Spatz]

Man könnte mal Gusti fragen, der hat ja viel mit Alu fräsen zu tun...

Einen guten Übertrager zu (ent-)wickeln stelle ich mir auch nicht so leicht vor... wenn man stattdessen einen Stromamp nimmt wäre das ein meinen Augen ein ähnlicher Aufwand, aber das Ergebnis dürfte beim Amp deutlich besser sein.

Wenn man die Magneten am Rand anstatt 10 mm 15 mm dick macht, dann kommt man sogar knapp über 0,5 Tesla, ob das die Mehrkosten von 70 €/Paar lohnt muss man sich überlegen. Mit 20 mm sind es sogar 0,55 Tesla.

Ciao,

Spatz

[Spatz]

Das ganze ist übrigens in der Länge gut skalierbar, wenn man beachtet, dass man bei steigender Länge am besten die äußeren Magnete breiter macht und entsprechend auch die Eisenkerne verbreitert.

Hier ist ne Simu mit 483 mm Magnetlänge, 20 mm Magnetbreite, die seitlichen Kerne sind 60 mm breit, die oberen/unteren 57 mm. Das führt zu ca. 0,55 Tesla bei gewohnter Linearität.

Marcus, welche Länge würdest du denn realisieren wollen?