im FB gab es eine interessante Frage, samt "interessanten" Antworten,
somit dachte ich mir, dass dies ein nettes Forenthema für alle Interessierten wäre,
da es so nicht in den Weiten des Internets untergeht, ich will meine Antworten ja nicht umsonst getippt haben.
Hier im Forum können wir jetzt gerne sachlich weiterdiskutieren
Tom Erben (is glaube ich auch hier im Forum) stellte folgende Frage:
"Könnte bitte jemand (für alle mal) kurz und klar erklären, warum PA Chassis mit hohem Wirkungsgrad eine harte Membranaufhängung haben, obwohl durch diese Aufhängung doch eigentlich mehr Kraft nötig ist, um die Membran zu bewegen?"
Antwort in kurz, bündig und einfach:
Eine harte Aufhängung sorgt für höheren Wirkungsgrad
(geringere akustische Dämpfung, kein Sickendehnung = es geht weniger Energie in der Aufhängung verloren)
und besseres Impulsverhalten (Nicht mehr Hub als nötig, harte Rückholung in die Nulllage =weniger Nachschwinger, mehr Kontrolle)
Dafür brauchen die entsprechenden Pappen aber ebenfalls einen stärkeren Antrieb.
Auch bleibt die Zentrierung der Pappen besser (Kein taumeln), somit kann der Spalt schmaler werden, was wiederum heißt:
Höhere verfügbare Kraft (Antrieb) = Höherer Wirkungsgrad.
Anm.:
Oftmals geht das einher mit weniger Hub, somit auch leichtere/einfachere Pappe möglich = nochmals mehr Wirkungsgrad.
Je härter die Einspannung, desto niedriger der CMS Parameter (daran erkennt man das. Also geringe Nachgiebigkeit)
-------------------------------------------
Zusatzinfos:
Extrem progressive Einspannung hilft zudem ungemein gegen DC-Displacement.
Primär wird das jedoch via Spider gelöst (oder mehrere), diese muss absolut symmetrisch arbeiten.
Ebenso kann die progressive Einspannung (wird stärker je mehr Hub) gegen zu viel Hub helfen/schützen.
Moderne Chassis kombinieren gerne extreme Spider mit langhubigen Gummisicken,
hat aber den Nachteil von argen Kipp- oder Taumelbewegungen = Spalt wird größer, es braucht extreme Antriebe.
Für Subwoofer nicht so tragisch (Außer dem Leistungsbedarf, da geringer Wirkungsgrad),
bei TMTs kann es aber zu erhöhten, auffälligen Verzerrungen führen (Partialschwingungen)
Daraufhin brach noch eine Diskussion los, die eignetlich etwas Offtopic war,
aber interessante Antworten mit sich brachte.
Es wurde fälschlicherweise verstanden, dass dies schlechten Sound implizieren würde
und es gab ein absurdes Gegenbeispiel mit Studiomonitoren.
Meine Beiträge zum Thema Luftspalt:
1. Der Studiomonitor-Vergleich hinkt
Ein Genelec-Studiomonitor ist auf maximale Linearität und Tiefgang bei moderaten Pegeln im Near- und/oder Midfield optimiert.
Er benötigt überhaupt keinen "PA-Wirkungsgrad" oder mega hohe Belastbarkeit.
Ein PA-Chassis hingegen MUSS auf maximalen Wirkungsgrad getrimmt werden. Das sind völlig unterschiedliche Einsatzbereiche.
Niemand hat behauptet, dass HiFi- oder Studiomonitore unpräzise sind,
sie nutzen die Physik nur für ein anderes Ziel (z.B. Tiefgang statt maximaler SPL)
2. Die Physik des Luftspalts
Zu behaupten, der Luftspalt sei primär zur Kühlung da, ist schlichtweg falsch.
Der Luftspalt ist ein magnetischer Widerstand.
Die magnetische Flussdichte im Spalt ist umgekehrt proportional zu dessen Breite.
Macht man den Spalt doppelt so breit, bricht das Magnetfeld im Spalt drastisch ein.
Da der Wirkungsgrad quadratisch vom Antriebsfaktor abhängt, kämpfen Chassisentwickler um jeden Zehntelmillimeter Luftspalt
um den Wirkungsgrad zu maximieren.
3. Warum dann die harte Einspannung?
Wenn der Spalt aus Effizienzgründen extrem schmal gebaut wird, sinkt die mechanische Toleranz gegen Taumeln (Rockingmodes) fast gegen Null.
Bei den enormen Kräften und mechanischen Belastungen im PA-Bereich sorgt die harte Einspannung (geringes cms) dafür,
dass die Spule auch bei maximaler Belastung perfekt zentriert bleibt und im schlimmsten Fall nicht kratzt.
FEM Simulationen, hochwertige Materialien und präzise Verarbeitung sind Grundvoraussetzungen, ändern aber nichts an den Gesetzen des Magnetismus.
Der Luftspalt wird so eng wie möglich gebaut um Feldstärke zu gewinnen und die harte Aufhängung sichert dies mechanisch ab.
Das ist keine Meinung, sondern die Basis von Thiele und Small.
Ein wilder Kommentar behauptete danach, die Spule würde im Spalt durch einen "Widerstand" gehalten,
das Feld funktioniere über reine "Polaritätsabstoßung" und der Spalt sei wegen der Wärmeausdehnung so breit.
Also habe ich mich noch einmal genauer mit dem Thema Luftspalt und dessen Ausdehnung bei Wärme beschäftigt:
• Erster Teil:
Die Spule wird im Luftspalt nicht von einem „Widerstand“ in Position gehalten, sondern mechanisch von der Zentrierspinne und der Sicke.
Auch wenn du mit „ferro“ sicherlich einen klassischen Ferritmagneten meinst, ist das physikalische Prinzip keine simple Polaritätsabstoßung zweier statischer Magnetfelder, sondern die Lorentzkraft, die auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld wirkt.
Und diese Kraft wirkt axial (nach vorne und hinten), sie hält die Spule also nicht radial in der Mitte des Spalts.
Dafür ist nur die Aufhängung verantwortlich.
• Zum Thema Wärme/Ausdehnung:
Schauen wir uns das mal an einem Extremfall genauer an.
Der Längenausdehnungskoeffizient von Kupfer liegt bei circa 16,5 × 10⁻⁶ K⁻¹.
Wir nehmen eine große 4" VC mit Kupferwicklung und erhitzen diese mit einer Belastung von 1kW rms auf 200°C,
dann wird sich diese um ungefähr 0,3mm vergrößern, also 0,15mm je Seite.
Das Trägermaterial hat hier dagegen nur noch Einfluss im Mikrobereich, da es idR. super dünn ist.
Auch die Ausdehnung des umliegenden Metalls (Polplatte und Polkern) ändern hier wenig,
da sie mega träge reagieren und auch wesentlich weniger warm werden.
Bei einer, in meinem Beispiel passenden, Spaltbreite von 1,5-2mm ist die thermische Ausdehnung also völlig vernachlässigbar.
Bevor eine Spule rein physikalisch durch Materialausdehnung die Polplatten berührt,
schmilzt der Isolack und das Chassis stirbt somit am thermischen Tod.
Wir rechnen das hier aber dennoch mal flott und grob nach und gehen dabei von einem schmalen 1,5mm Spalt aus:
Die VC hat hier dann eine Dicke von circa 1mm, bleiben pro Seite 0,25mm.
Sollten wir wirklich ganze 0,15mm pro Seite Ausdehnung haben, bleiben ganze 0,1mm je Seite übrig.
Hier erkennt man wie wichtig dann eine saubere Zentrierung und optimierte, vor allem harte Aufhängung sein kann.
Mit Alu-Flachdraht wird die VC noch dünner, haben aber eine größere Ausdehnung, nachgerechnet bleibt dann pro Seite fast das gleiche übrig.
Betrachten wir dazu die Polplatten, die idR. aus Eisen/Stahl sind (und sich dann vermutlich im Bereich 50-70°C bewegen),
wird sich die äußere um geschätzt 0,03mm nach außen ausdehnen, das Loch wird also größer, der Spalt wird also wieder breiter,
in diese Richtung dehnt sich ebenfalls die VC aus, zugleich wird der mittler Polkern eine ähnliche radiale Ausdehnung haben.
Ergebnis: Es bleibt am Ende doch wieder alles ziemlich gleich.
In 99% der fälle kratzt also eine Spule (im normalen Betrieb) nur durch Taumeln/Schräglage.
Oder eben bei/nach Überlastung, oder falls sie schonmal durch z.B. Anschlagen beschädigt wurde.
Die restlichen 1% sind dann Konstruktionen mit unsymmetrischer Belastung/Kompression, wie z.B. dem Punisher Horn,
oder sind auf ungenaue Zentrierung beim Reconen zurückzuführen.
(Deswegen sterben beim Punisher auch quasi alle Chassis bei hoher Belastung außer dem Ciare 12.00SW mit seinem untypisch, mega breiten Luftspalt)
Ansonsten sind wir hier ja eigentlich beim Thema "Harte Aufhängung" die einher mit dem Thema Luftspalt geht.
Um das Thema "Hochpräziser, hochauflösender Sound" ging es im ganzen Thema nicht.
Nur eben, dass eine harte Aufhängung oftmals für eine höhere Impulstreue verantwortlich ist
und das große Gummisicken für erhöhte Verzerrungen sorgen können
(nicht müssen, oder außerhalb vom Einsatzfrequenzbereich) und weniger gut das Taumeln im Griff haben.
Das war's vorerst.
Gerne können wir das hochinteressante Thema hier weiter analysieren.
