somit möchte ich euch hier mal einen vollständigen Überblick geben.
Ebenfalls soll das Thema der Diskussion dienen, Fragen, Ergänzungen und Erfahrungen (und Korrekturen, falls ich mich irgendwo verhaspele)
Allgemeines zum Thema TSP:
Eigentlich gibt's für die Ermittlung der TSP Normen (IEC 60268-5/ DIN EN 60268-5),
schade daran ist nur, dass die Hersteller idR. keine Infos zu den Messmethoden (eher Rahmenbedingungen) in ihren Datenblättern angeben,
oder nur super spärlich, oder sich eben nicht 100% daran halten, das kann die Parameter massiv beeinflussen.
Beispiele:
- Man kann Re mit dem Multimeter, besser LCR-Messbrücke, aber auch von seinem TSP-Messprogramm ermitteln lassen.
- Die Einbaulage des Chassis
- Die verwendeten Ermittlungsmethode
- Signalart & Spannung
- Einspielzeit etc.
TSP-Ermittlungsmethoden:
- Die einfachste Methode ist hier Added-Mass-Methode
Sd bestimmen (Mitte Sicke zu Mitte Sicke) und evtl. Re via externem Messgerät genau ermitteln.
Chassis Free-Air messen, Zusatzgewicht haargenau bestimmen und anbringen, damit nochmals in genau gleicher Position messen.
- Die Alternative wäre Closed-Box-Methode
Chassis wird free-air gemessen, danach in einer Box mit genau bestimmten Volumen (Vb).
Die Einbaulage muss bei beiden Messungen identisch sein, praxisnah ist hier die vertikale Messposition.
Hier ist die 100%ige Volumenbestimmung je nach Chassis aber nicht ganz einfach, zudem muss das Gehäuse 100%ig dicht sein, damit die Ergebnisse nicht verfälscht werden.
Problem: Wir benötigen unterschiedliche Volumen, je nach Chassis, eine Box für alles ergibt keine sauberen Ergebnisse. (Stichwort: Frequenz-Shift)
Ebenfalls darf das Gehäuse absolut keine Dämpfenden Materialen beinhalten.
Je nach Gehäusegröße können Reflexionen/Stehwellen auftreten, die uns dann entsprechend die Messungen versauen,
vor allem für das Lossy Inductor Modell auch (eigentlich) völlig ungeeignet.
Vorteil: Wir beeinflussen nicht die Lage vom Konus durch ein Zusatzgewicht.
- Gute Alternative: Fixed-Mass-Methode
Hier muss Mms vorher bekannt sein, dann benötigt es nur noch eine weitere Free-Air-Messung.
Mms kann man auch ganz gut berechnen, wenn man ein Reconekit zur Hand hat, hier hat man zumindest schon mal Mmd,
in je mehr Einzelteilen das Kit kommt, desto genauer kann man entsprechend Mms bestimmen.
(Spider und Sicke rechnet man hier grob zu je 50% ein, dazu kommt noch etwas Kleber und zum Schluss die Luftlast)
Nachteil: Es gibt keine weiteren Kontrollen, da nur Einzelmessung, weicht Mms ab, werden auch alle anderen Werte davon mit-beeinflusst. Und gerade Mms hat idR. gut Serienstreuung.
Die Methode ist vor allem für flottes QC (Produktion) sehr interessant.
Die Signalart:
- Wideband Noise ist besser für Kleinsignal (Ich nutze hier Periodisches PN)
- Stepped Sine besser für Großsignal
Hinweise zum Rauschen:
- Pink Noise: Zufälliges Rauschen. Benötigt Windowing und viele Mittelungen (Averages).
- PN Pink Noise: Periodisches Rauschen. Passt mathematisch perfekt exakt in das jeweilige Software-Messfenster.
Ergibt sofort (schon ab 1-3 Averages) eine absolut glatte und fehlerfreie Impedanzkurve.
Hinweise zum Großsignal:
- Großsignal, also mit hohen Spannungen, ermitteln wir gerne diverse Parameter und Eigenschaften
vom Praxisbetrieb.
Z.B. Wie sich Antrieb, Aufhängung, Thermik und alle weiteren Parameter unter Last Verhalten.
Wichtig hierbei: Um den Hub vollstens symmetrisch zu halten, sollte hier immer die vertikale Messlage gewählt werden.
- Großsignalparameter simuliert
Die Signalspannung:
Hier sagen:
- AES2-2012: 0,1V (So klein um Verzerrungen auszuschließen, oft reicht dies als Anregungsspannung aber nicht aus)
- SB Acoustics: 1,0V (Weicht zwar von der Kleinsignallehre ab, wird aber praxisgerechter. fs sinkt leicht)
- Richard Small/Jobsti: So hoch, wie noch sauberes Messsignal (aber noch Kleinsignal. Der goldene Mittelweg)
Das Signal muss so hoch sein, dass der Signal-Rausch-Abstand (SNR) perfekt ist, aber noch so niedrig, dass die Aufhängung im absolut linearen Bereich arbeitet.
Praxistipp:
Bei potenten PA-Pappen mit harten Einspannungen muss man die Spannung oftmals höher ansetzen als bei sehr weich aufgehängten HiFi-Chassis, damit die Software überhaupt eine saubere Impedanzspitze ohne Zappler ausgibt.
Thema Einwobbeln:
- AES2-2012: Mehrere Minuten (Ungenau)
- SB Acoustics: 10 Minuten, 0,8*fs, Pegel = Circa Xmax. (Super praxisnaher Ansatz)
- Vance Dickason: Braucht man nur für Erkennung von Defekten. (Das galt vielleicht ganz früher mal)
- Jobsti: 15-30 Minuten, 0,7*fs. Pegel bis Lineares Xmax. (Wenn zu laut, dann niedrigere Frequenz, dafür länger)
Praxistipp:
Bei hochmodernen, extrem progressiv eingespannten Chassis (Wie einige der bekannten NLWs)
sollte man die Zeit auf 1-2h erhöhen. Mehr schaden nicht, nach eigener Erfahrung reicht das aber aus.
Hier gilt wieder: Wird es zu laut, dann weniger Spannung geben, oder Frequenz tiefer ansetzen, dafür die Zeit erhöhen.
Chassis-Einbaulage:
- Vertikale Messposition:
Je schwerer die Zusatzmasse, desto niedriger Qms, Rms höher.
Bevorzugt bei extrem weichen Einspannungen vor allem mit geringer Zusatzmasse.
Hier sollte zwingend PN genutzt werden, kein Sweep, da PN die Messung stabilisiert, Sweep/Sine neigt hier dagegen zum Taumeln.
Problem an dieser Methode: Je schwerer die Masse, desto eher gerät die Membran in Schräglage.
Bei modernen PA-Chassis zwingend einen manuellen Hubcheck machen, ob was kratzt!
Ich bevorzuge primär diese Methode.
- Horizontale Messposition:
Je schwerer die Zusatzmasse, desto niedriger Vas, BL verschiebt sich.
Bevorzugt bei harten Einspannungen (und super engem Luftspalt) mit viel Zusatzmasse.
Nachteile bei: Viel Zusatzmasse, hoher Signalspannung, sehr weichen Einspannungen und Chassis mit wenig Xlin.
Problem an dieser Methode: Die Membran wird nach unten gedrückt, auch ohne Zusatzmasse, je mehr Masse, desto weiter gerät die VC aus ihrer Nulllage hinaus. (Für Großsignalparameter in Gänze ungeeignet)
Praxistipp:
Bei viel Zusatzmasse muss man abwägen ob Horizontal oder Vertikal die bessere Wahl ist.
Erst untersuchen ob die Membran vertikal in Schräglage gerät, dann abwägen ob die Nulllagenverschiebung in Horizontaler Position das kleinere Übel darstellt.
Unbedingt vermeiden sollte man es, das Chassis beim Messen auf den Tisch zu legen, das gibt unnötige Reflexionen, versperrt ggf. die Polkernöffnung, als auch vibriert es.
Wichtig: Je fester und schwingungsfreier die Einspannung (und Reflexionsfrei), desto besser.
- Vergleich Einspannung: Vertikal (pink) & Horizontal am Tisch (blau)
Gewicht bei Added-Mass-Methode:
- Diverse Handbücher: 10% von mms. (oft zu wenig)
- ARTA: Resonanzverschiebung sollte 30-50% betragen
- Jobsti: Resonanzverschiebung 30-70%, je nach Chassis.
Praxistipps:
-Minimum 30% Shift bei kleinen Chassis, je potenter die Pappe (viel Bxl, geringes Cms), desto mehr Shift für gute Ergebnisse.
- Je weicher die Einspannung, desto geringer sollte man den Shift anpeilen, da das Gewicht zu schwer werden könnte.
Welche Zusatzmasse und wie anbringen?
Ich nutze hier gerne Knet- & Dichtkit aus dem KFZ- oder Sanitärbereich.
Mein derzeitiger Favorit ist Teroson RB IX, mit folgenden Eigenschaften:
- Lebenslange Knetbarkeit
- Kein Schrumpfen, da keine Lösungsmittel enthalten
- Zerstörungsfreie Demontage
Für die finale Messung nehme ich mir die entsprechende Menge und rolle die Zusatzmasse als Wurst.
Danach wird sie als Kringel in Dustcapgröße genau um diese angebracht und kann bei Bedarf (noch besserer Halt) auch richtig breitflächig angepresst werden.
IdR. kann man die Wurst dann wieder völlig rückstandslos entfernen und zurück in den Topf
Warum als Kringel um die Dustcap?
- Sauber gerollt, verteilen wir die Masse also möglichst gleichmäßig in der Mitte, somit identische mechanische Belastung.
- Um die Dustcap gepresst, sitzt es quasi genau über der Schwingspule, genau dort wo die Kraft eingeleitet wird,
dies minimiert das Risiko, dass die Membran selbst durch das Gewicht lokal verformt wird, was bei weichen Membranen sonst schnell passieren kann.
- Die Masse "klebt" zudem sehr gut und breitflächig an der Membran (und Dustcap), so dass dieses Zusatzgewicht nicht wackeln/schlabbern kann
und somit keine ungenaue Messergebnisse (zackelig) durch z.B. Eigenresonanz liefert.
Weitere Funktionen:
- Levenberg-Marquardt least-squares error minimization, kurz LSE.
(Sollte man immer nutzen! Glättet quasi zackige Kurven = Genauere Ergebnisse)
- Lossy Inductor Model, samt dessen Art.
(Interessant für Simulationen per Ersatzschaltbild, je nach Simu-Software. Kann idR. aus bleiben zur TSP-Ermittlung)
Erklärung:
- Le+L2||R2 - Standard Wright-Modell, für übliche Chassis samt 2-Wege Simulationen
- Le+L2||R2+L3||R3 - Erweitertes Klippel/Wright-Modell, präzises, reines Ersatzschaltbild, sinnvoll bei potenten Chassis, vor allem mit Demodulationsringen.
- Le+L2||R2||K - Semi-Induktives Modell nach Wright mit Frequenz-Exponent, vor allem für Breitbänder gut, die im HF sehr wellig werden.
- "LIM" Aus: Für übliche TSP Ermittlung im Bassbereich.
Temperatur:
Hier gilt eigentlich immer: alles bei 20°.
Die Frage ist hier aber, wie praxistauglich das ist, selbiges gilt für die Messspannung.
Da wir idR. mit den Herstellerdatenblättern vergleichen wollen, oder zumindest üblichen "Standard-Daten" ermitteln möchten,
halten wir uns erst mal an die gegebenen Temperaturen und Spannungen.
Abweichende Bedingungen können wir für unsere eigene Praxis/Einsatz natürlich problemlos schaffen,
z.B.:
- Wir erwärmen das Chassis etwas, was gerade im PA-Alltag mehr der Praxis entspricht.
Hierzu wobbeln wir mit einer festen Spannung 5 Minuten ein -> Messen, bringen zügig die Zusatzmasse an und wobbeln nochmals einen kleinen Moment -> 2te Messung.
- Ebenfalls können wir auch die Spannung etwas erhöhen, denn wer betreibt seine PA-Box schon mit 1-2V?
Meine Praxis:
Ich persönlich gebe immer alle Infos zu meinen Messungen mit an.
IdR. Gehe ich wie folgt vor:
- Gewicht der Zusatzmasse grob geschätzt auf um die 50-200% von Mms, Bis Shift 30-60% erreicht werden (ich peile immer erst mal 40% an, oftmals gleiche ich 2-3 Messungen mit verschiedenen Shifts ab)
- Genaue Ermittlung der Zusatzmasse
- Spannung: Nach R. Small
- Einwobbeln: Wie oben beschrieben (15-30m bei 0,7*fs bis Xlin)
- Signal: Im Regelfall PN
- LSE-Min: On
- Lossy Inductor: Off
- Re: Per TSP-Software, messe aber per TRMS-Multimeter nochmals nach. (Bei unschlüssigen Werten: Ich messe zusätzlich via LCR oder Milliohmmeter nochmals und nutze die vom externen Messgerät statt die Errechneten.)
- Sd: Wird von Mitte-Sicke zu Mitte-Sicke ermittelt. (Je kleiner das Chassis, desto genauer)
Die Zusatzmasse wird per kalibrierter Feinwaage auf 0,1g genau bestimmt.
Software ist haargenau kalibriert und alle Zuleitungen werden kompensiert (genau auf <0,01 Ohm)
Wichtig:
Nach dem Einwobbeln muss das Chassis erst mal ein paar Std. abkühlen.
Dann messe nicht im ganz kalten Zustand, sondern wobble nochmal nach Gefühlt etwas,
sprich ich messe mit ganz leicht erhöhter VC Temperatur, da praxistauglicher (ca. 30-40°, also Betriebstemperatur)
Die erste Messung (ohne Zusatzmasse) wird dabei als letzter Schritt zum Abgleich nochmals wiederholt.
Zum Schluss und Abgleich:
Ein Vergleich zwischen Simulation mit selbst ermittelten TSP und der Messung der Simulierten Box (WinISD), mache ich ebenfalls des Öfteren,
Hier sieht man auch, dass oberhalb 100Hz dann Simulationen ungenau werden, da hier z.B. der Bafflestep mit einspielt und auch die TSPs langsam ihre Gültigkeit verlieren, hier greifen dann die akustischen Messungen.
Wir erkennen an der Messung zudem noch den realen Pegel im Vollraum (Einfache Simulationsprogramme simulieren im Regelfall im Halbraum, und ohne Schallwand).
Auch erkennen wir unter anderem die Portresonanzen. Diese kann man im Vorfeld zwar grob simulieren, aber erst in der Messung aussagekräftig bewerten oder sogar via Nahfeldmessung haargenau untersuchen.
Praxistipp zur Fehlerkontrolle:
Messungen mit verschiedenen Shifts wiederholen.
Wenn sich im kleinen, optimalen Bereich, sagen wir bei 35%, 45% und 55% so viel in den Parametern ändert,
dass eine Gehäusesimulation sich nicht weitestgehend identisch verhält, dann muss man auf Fehlersuche gehen.
Der Fehler steckt dann oft im Messsystem (Kalibrierung, Übergangswiderstände, Zuleitungen, Spannung, oder ungenaue Vorabdaten),
oder aber im Messaufbau (Vibrationen, Chassis am Tisch, lockere Einspannung, Masse nicht ordentlich befestigt etc. Musik im Hintergrund an oder tiefe Geräusche durch Baustellen vorhanden)
- 12-280A. Datenblatt vs. Eigene TSP im Vgl. zur GPM Messung
Abweichungen & Thema fertige All-In-One Messsysteme wie DATS V3:
Was ist wenn man massive Abweichungen vom Original TSP-Satz ermittelt,
vor allem bei potenteren Boliden mit schwerer Membran (200-300g mms) und auch niedriger Impedanz (2-4 Ohm)?
Hier stellt sich dann die Frage nach dem Warum.
• Der Hersteller hat das Chassis komplett abgeändert, aber noch ein Vorserienmodell-Datenblatt online.
• Einfach zu wenig Zusatzmasse verwendet, dass der Shift nicht groß genug war.
• Vergleichsmessung in vertikaler Position machen, dank weicher Einspannung könnte horizontal die Pappe schon außerhalb der Nullachse geraten (vor allem inkl. Zusatzmasse = fast 0,5kg!)
• Ein Problem mit z.B. dem Messsystem, wie zu wenig Spannung für diese Art von Lautsprecher, oder Strombegrenzung.
DATS arbeitet beispielsweise nur mit der USB Bus-Power die gerne an ihre Grenzen stößt, gerade bei größeren Pappen, vor allem bei niedrigeren Impedanzen. ***
***
DATS V3 arbeitet intern meines Wissens nur mit einem kleinen Kopfhörerverstärker.
Dies in Kombination mit der USB Bus Power, legt nahe, dass DATS bei einem 4 Ohm Chassis bereits bei rund 0,09V (ohne Stromlimit wären wir bei ca 1,2 Vrms, aber wir stoßen hier vermutlich an das 24mA Limit) an seine Grenzen gerät.
Das reicht bei weitem nicht aus um solch ein Chassis zuverlässig zu vermessen!
Anmerkung:
Bei der super schweren Membran muss hier ordentlich Zusatzmasse drauf, ggf. 200g, damit landen wir bei fast einem halben Kg an zu bewegender Masse für einen kleinen Kopfhöreramp und das dazu noch in horizontaler Position bei ziemlich weicher Aufhängung.
Ergebnis:
Mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit sind hier die Grenzen des Messsystems überschritten worden.
Bevor Fragen zum DATS V3 kommen, möchte ich das noch etwas für die Interessierten aufdröseln:
Verbaut ist ein Texas Instruments TPA6111A2, der laut Specs maximal 150 mW Leistung liefern kann.
Mit verbaut ist in der Messbox ein Vorwiderstand (afaik 47 Ohm).
Ausgelegt sind solche Kopfhöreramps im Regelfall für 32-600 Ohm, allerdings wollen wir eher 2-8 Ohm messen.
Bei hohen Impedanzen kann das DATS also ca 1,2Vrms liefern (es geht ja noch einiges am Referenzwiderstand verloren),
je niedriger die Imepdanz wird, desto eher greift das Stromlimit.
Bei 8 Ohm Chassis liegen wir dann vermutlich im Bereich 0,2Vrms, mit Glück 0,3Vrms (was oft nicht ausreicht, wie wir oben im Beitrag erkennen),
hier sollte er bei seiner Grenze von rund 24mA arbeiten, an 4 Ohm im Bereich 0,1Vrms und an 2 Ohm nur noch im Bereich einiger mV (0,05V vielleicht).
Für leichte, weiche aufgehängt HiFi- oder Kleinlautsprecher liefert DATS also super Ergebnisse,
je potenter die Chassis werden, desto eher erhält man jedoch falsche Parameter, da die Membran durch die mangelnde Leistung nicht mehr ausreichend aus der Haftreibung (Stick Slip) geholt werden kann
Quasi das gleiche Problem hatten wir mit dem DATS LA als David bei mir war:
Werden die Pappen zu potent, liefert DATS LA nicht mehr genügend Dampf um vernünftige ("Klippel-Light") Ergebnisse zu erhalten,
da man die Pappen nicht in ihren Grenzbereich bekommt.
100W an 4 Ohm = 5A/20Vrms. Das reicht für weiche aufgehängt HiFi 12" Subs in 4 Ohm problemlos aus.
Am 21"er mit 8 Ohm und 450g Pappe, samt harter, progressiver Aufhängung, sollte die Impedanz bei der fs im Bereich 80 Ohm liegen,
hier haben wir dann nur noch 0,25A, was mit den 20V gerade einmal 5W ergibt.
Je progressiver und härter eine Pappe aufgehängt ist (also auch höher die Impedanz), desto weniger aussagekräftig sind dessen Ergebnisse.
Zum Vergleich: Leicht oberhalb/Unterhalb der fs würde das DATS LA vielleicht um die 25-30W an der schweren Pappe liefern können,
was grob überschlagen einem Hub von 3-4mm Peak entsprechen würde. Als viel zu wenig.
Fazit: ähnlich wie bei DATS V3:
Für HiFi, kleine Lautsprecher, vor allem weich aufgehängte und/oder mit wenig Xmax, also ein absolut geniales Stück Hard- und Software,
aber man muss eben wissen wo genau die Grenzen sind. Und da wir hier primär PA behandeln, sollte das mal leicht augfedröselt werden
Das war's für's Erste.