"Worp" vs. -6db / afstandsverdubbeling

[sjig]

Ha allen,

Ik probeer me wat te verdiepen in db winsten en verliezen (koppeling ed).Maar blijf nu steken bij één onderwerp, als volgt;
Er wordt vaak gesproken dat hornloaded subs en toppen meer 'worp' hebben en het dus erg goed buiten zouden doen omdat ze ver komen met het geluid. Dit lijkt mij alleen wat tegenstrijdig met de wet van 6db afval per verdubbeling van de afstand. Lijkt mij dat die speakers daar ook mee te maken hebben...

Iemand die hier wat opheldering zou kunnen leveren?


Dank vooraf!

[MusicXtra]

Het is een natuurkundige wet dat per verdubbeling van de afstand de geluidsdruk met 6 dB afneemt (in het vrije veld).
Dat geldt zowel voor front-loaded als horn-loaded systemen.
Alleen zorgt een hoorn ervoor dat het geluid beter gericht wordt waardoor het rendement hoger wordt, de hoeveelheid energie veranderd niet maar het wordt meer geconcentreerd naar één richting en tevens is de koppeling van de conus/diafragma met de omringende lucht beter.
Je begint dus eigenlijk met meer geluidsdruk, bijvoorbeeld 6 dB meer op 1 meter betekent dus ook 6dB winst op 30 meter. Zie het als een lamp waar je een reflector achter plaatst.
Overigens komen hoorn geladen subs niet verder dan front geladen subs, anders zouden er veel meer hoorngeladen subs gebruikt worden op echt grote evenementen. Enkel het rendement is hoger maar daar staat als nadeel tegenover dat de kast ook veel groter moet zijn.

[sjig]

Kon niet duidelijker, thx

Om nog verder te gaan op hoorn werking;
Aardig wat dubbele subs hebben de woofers in een V vorm tegenover elkaar staan (bv jou dubbele sub, of sb 1000 van EAW). Heeft die V vorm naast ruimtebesparing nog andere voordelen? Kan me voorstellen dat je >70 Hz wat meer lawaai krijgt, maar daar onder lijkt me dat het niet veel doet...?

[MusicXtra]

Bij mijn subs heeft het een duidelijke functie die ik hier niet uit de doeken doe.

[Timo B Geluidstechniek]

Een hoorn heeft ook nog zijn eigen sound zeg maar. Waar sommige subs ergens tussen de 50 tot 80 hun best doen doet een hoorn dat pas als hij "vriendjes" heeft. Het diepe sub koppelt bij hoorns pas als je er meer gebruikt. In de hogere regionen hebben ze meer richting dus iets minder koppeling.


Ik weet niet zeker of ik de meet gegevens nog terug kan vinden van dit setje (niet op dit moment dus sorry als ik ze überhaupt nog heb) maar bij een van die lab hoorns meet je aan de bovenkant van zijn bereik meer level dan aan de onderkant. Bij 4 van die hoorns begint het diepe laag als een malloot te koppelen en krijg je zo'n 12dB meer diep laag en de klap aan de bovenkant van die subs al van zich zelf hebben.
Verder kun je een hoorn "simuleren" zeg maar.
zeg een zin op op normaal volume en daarna nog een keer dezelfde zin als eerst maar nu met je handen in een "hoorn" vorm om je mond. Je merkt dat naast meer volume ook zeer waarschijnlijk een flinke klank verandering. De lengte van een hoorn bepaald dus over welk frequentie gebied hij het meest effectief is en daardoor veranderd de klank een "tikkie".
Het voordeel van hoorn subs is dus een hoger rendement tegen meer vervorming en frequentie afhankelijke delay (group delay).

By the way: die onderste subs zijn dus lab hoorns met 12" speakers er in daarboven 18" kick bins en daarna dus turbo toppen. Dit setje gingen soort van aan zeg maar

[jadjong]

Het grootste voordeel van hoornconstructies is de richtwerking en bundeling. Als je een topkast hoog genoeg plaatst gaat het grootste gedeelte van de energie over de mensen vooraan. Hierdoor lijkt het achteraan harder maar eigenlijk is het vooraan 'stiller'. Daarnaast betekend een strakke bundel minder reflecties van muren en dak (mits goed gericht) waardoor je op afstand de verhouding direct signaalnverstaanbare puinhoop goed uitpakt.

[MusicXtra]

Even inhaken op Timo; dat een sub in z'n eentje in de lage regionen een lager rendement heeft komt omdat hij daar nog steeds omni-directioneel is, hij straalt dus als een bol af wat je al snel 6 dB kost.
Bij clusteren van hoorn subs gaan ze als één grote hoorn werken en worden bij een steeds lagere frequentie pas omni.
Overigens merk je dit ook al bij front loaded subs, wanneer je een cluster van 8 of zo bij elkaar zet zijn de middelste in feite in een muur gemonteerd en geven daardoor ook zo'n 6 dB meer druk.

[T.O.P.]

Dan echter het grootste nadeel van een hoorn is dat de lengte van de "pijp" bij 100Hz 3,40 meter is, terwijl dit bij 10Hz 34 meter wordt. 50hz is 6,80 meter. Uw definitie van sub moogt U zelf geven, maar de gemiddelde kortere hoorn komt dan ook zelden in de diepte .

[teunos]

Dan echter het grootste nadeel van een hoorn is dat de lengte van de "pijp" bij 100Hz 3,40 meter is, terwijl dit bij 10Hz 34 meter wordt. 50hz is 6,80 meter. Uw definitie van sub moogt U zelf geven, maar de gemiddelde kortere hoorn komt dan ook zelden in de diepte .

Hoorns met een gesloten kant en een open kant zijn 1/4 golflengte resonators. De onderste frequentie die te behalen is als vuistregel is de frequentie waar de lengte van de hoorn 1/4 van de golflengte is. op 100Hz heb je dus slechts een hoorn nodig van 85cm. 50Hz hoorns hoeven echt niet zo lang te zijn, 1,7m is makkelijk in een kastje te vouwen. Die labhoorn is uit mijn hoofd richting de 2.8m lang, dus gaat net de 30Hz niet halen.
Waarom een hoornsub in het laag beter koppelt is simpelweg omdat het oppervlak, om de impedantieomvorming die een hoorn doet succesvol te laten zijn, er een bepaald hoornoppervlak nodig is. Met een enkele kast lukt dit nooit omdat het gaat over meerder m^2 bij lage frequenties. Bij stapelen van meerdere kasten word dit oppervlak steeds groter waardoor de impedantietransformatie efficienter is. Vandaar dat hoorns als je van 1 naar 4 gaat ''koppelen''. Dit heeft direct gezien niets te maken met omnidirectioneel zijn of niet.
Ga je echte hoeveelheden subs koppelen, dan ga je inderdaad wel directionele effecten krijgen. Maar van 1 naar 2 hoornsubs, of 2 naar 4 is het koppelen het eerste effect dat je ziet.

Een BR kast zoals met de drivers onder een hoek zoals die van Sander (de dubbel 18'' sub) zal echt geen hoorn achtige effecten vertonen onder de +-70Hz om twee redenen. De effectieve lengte is vrij kort, en ook al was die lang genoeg om 30Hz te ondersteunen (1/4 golflengte) dan nog is het oppervlak veel te klein om ook maar iets te doen.

Zoals Sander correct aangaf, bij een bron die relatief klein is tov de golflengte die gereproduceerd word, en beschouwd kan worden als puntbron, zit je altijd vast aan de Inverse Square law waarmee het vermogen afvalt met -6dB per verdubbeling van de afstand, hoe de spreiding ook is.
Mid en hoog hoorns zijn efficienter omdat deze de spreiding beperken, alsmede de koppeling van het diaphragma aan de lucht efficienter te laten verlopen (transformator van akoestische impedantie). Hierdoor is simpelweg de geluidsdruk vanaf de bron hoger, maar ''worp'' bestaat pas bij lijnbronnen.

Bij lijnbronnen van voldoende lengte gedraagt de bron zich niet als punt maar als lijn. Hierdoor is er slechts -3dB afval ipv -6dB afval (in theorie!). Line arrays (niet van die nepperds zoals JBL VRX) maken hier gebruik van mits de lengte voldoende is. In de praktijk is een lijnbron maken echter heeeeel erg lastig, en lukt het bijna geen enkele fabrikant om over het gehele spectrum een lijnbron te creeren, ook Lacoustics of Brooklyn audio niet. Zelfs dan is overigens de -3dB halen moeilijk, meeste systemen halen net de -4dB oid. Mits echter voldoende kasten per kant worden gebruikt, en het ontwerp goed is, kan de afstand totaan waar de line array zich als lijnbron gedraagt over het gehele spectrum redelijk opgerekt worden (50meter is wel haalbaar). Daarna zit je met alle system die er bestaan in het farfield en word elke lijnbron alsnog een puntbron en heb je weer -6dB afval per verdubbeling van de afstand.(een line array van 8meter lang lijkt op 1km afstand immers gewoon een puntbron).
Omdat deze afstand per frequentie verschillend is, zul je in het far field van het systeem een hele andere klankbalans hebben, en dan hebben we het nog niet gehad over absorptie van HF door de lucht op grotere afstanden.
Wil je dit allemaal goed berekenen, zul je elke paar kasten (per 2 of 3 bijvoorbeeld) hun eigen processing moeten geven, en hele krachtige software moeten hebben. Een van de fabrikanten die dit (vind ik) extreem goed voor elkaar heeft is Electro voice. Zo hebben zij een heel krachtig DSP platform met geadvanceerde FIR filtering, en bovendien (het belangrijkste) FIRmaker waarmee je voor elke gig de optimale FIR filters kan genereren voor elk clustertje kasten.
Maar zelfs dan, zul je niet tot op oneindige afstand een lijnbron hebben.
Een puntbron (zij het frontgeladen of hoorngeladen) lijkt dus ineens zo slecht nog niet voor korte afstanden...


Let wel, dit is alleen een back of the envelope theoretisch verhaal. Er zijn genoeg acceptabele system op de markt die voldoende prestatie leveren voor grote publieken, die beter zijn dan puntbronnen. Line arrays zijn zo slecht nog niet en de resultaten zijn vaak prima, maar het is een fabeltje dat er ook maar één systeem bestaat dat zich als echte lijnbron gedraagt.

[MusicXtra]

Let wel, dit is alleen een back of the envelope theoretisch verhaal. Er zijn genoeg acceptabele system op de markt die voldoende prestatie leveren voor grote publieken, die beter zijn dan puntbronnen. Line arrays zijn zo slecht nog niet en de resultaten zijn vaak prima, maar het is een fabeltje dat er ook maar één systeem bestaat dat zich als echte lijnbron gedraagt.

Zo, da's duidelijk. Nog even een aanvulling op het line-array verhaal: Ook een line-source blijkt in de praktijk nog steeds 6 dB per afstandsverdubbeling te hebben, slechts de eerste meters voor de array is sprake van een afval van minder dan 6 dB per verdubbeling. Een line-source array bestaat uit kastjes met wave-guides welke ervoor zorgen dat het hoog over de hoogte van het kastje allemaal netjes met elkaar in fase is en de afstraling niet meer bolvormig maar cilindrisch is. Hierdoor gaat de hoogdriver extreem bundelen in het verticale vlak, in theorie zelfs 0º, in de praktijk een graad of 5. Door die kleine verticale afstraling bepaal je de geluidsdruk per gebied door daar meer of minder kasten op te richten, dit wordt weer bepaald door de onderlinge hoek die de kastjes ten opzichte van elkaar maken.
Door nu bij een array van bijvoorbeeld 12 kasten de bovenste 6 kasten op het farfield te richten, de 3 eronder op het mid-field en de onderste drie te verdelen over het near-field kun je de afval bij toename van de afstand minder krijgen dan in eerste instantie op basis van de natuurkunde wetten mogelijk lijkt. In het far-field krijg je immers een optelling van 6 kasten, in het mid-field nog slechts de helft waarmee de druk vlak voor de array 6 dB minder is maar door de kleinere afstand van het gebied waarop ze gericht zijn de uiteindelijke druk nagenoeg gelijk is aan die in het far-field. Dit verklaard ook waarom een line-array altijd hoog moet hangen, het geluid van de bovenste toppen moet immers over het publiek heen wat vooraan staat zonder dat ze hier last van hebben.
Hiermee is ook gelijk duidelijk waarom een line-array van 6 kasten weinig voordeel heeft ten opzichte van een conventioneel systeem, simpel omdat je te weinig kasten hebt om op het far-field te richten en ook nog een goede spreiding te krijgen over de totale diepte van het te bespelen vlak. Bovendien geldt voor het laag dat hier door de lengte van de array de drivers gaan koppelen en er verticale bundeling optreedt, hierdoor neemt de worp van het laag toe door concentratie van de energie in de richting die je het wilt hebben. Te korte array's zullen dan ook altijd tekort komen in het laag waar het hoog wel over grote afstanden komt, dit compenseren door een extra laag kastje mee te vliegen zorgt slechts voor versterking van dit effect omdat die geen lijn vormen en daardoor omni-directioneel blijven afstralen. Het probleem van teveel hoog in het far-field wordt op deze manier dus gecompenseerd door nog meer laag in het near-field toe te voegen....
De absorptie van het hoog van de kasten welke het far-field aanstralen wordt gecompenseerd door een extra hi-shelf in de processing van deze kasten toe te passen, vaak zelfs tot wel 6dB afhankelijk van de te overbruggen afstand.