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Georgio

Kugelwellenhorn: Treiberfrage

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Hallo zusammen,

 

vielleicht kennt sich ja jemand aus mit Kugelwellenhörnern:

Kann man einen Breitbänder als Treiber einsetzten?

Welche Eigenschaften müßte dieser Treiber haben? Muß z.B. der QTS < 0,25 sein?

Ab welcher Frequenz wäre dieser machbar?

Funktioniert als Treiber auch eine 25 mm Hochtonkalotte, so ab 1500 Hz?

 

Grüße

Georgio

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Hi Georgio

 

 

generell denke ich schon das ein BB in einem Kugelwellenhorn spielen kann. Was meine Versuche mit KW-Hörnern angeht möchte ich keine Pläne veröffentlichen. Die sind einfach zu schlecht und vom Konzept nicht ausgereift.

 

Ich habe, was Hörner angeht, eine andere Auffassung als warscheinlich die meisten. Ich bin der Meinung das die besten Treiber für ein Horn Güten zwischen 0,3 und 0,5 aufweisen, eine Nachgiebigkeit um 0,5-0,7mm/N haben und nach Möglichkeit einen leichten Anstieg im Frequenzgang haben. Weiterhin bin ich der Überzeugung das auch Hörner eine Druckkammer hinter dem Treiber brauchen. In den ganzen Versuchen die ich so angestellt habe, war die Druckkammer bei einem FL-Horn immer 10-15% größer gegenüber der geschlossenen Variante. Des weiteren stimme ich die Öffnungsfläche immer etwas tiefer ab als die Einbauresonanz des Treibers. Die Öffnungsfrequenz sollte aber nicht tiefer als die Freiluftfrequenz des Treibers sein. Somit ist die Frequenz des Horns abhängig vom Treiber.

 

Zu der Kalotte: funktioniert sicher auch, wenn Du eine Kalotte findest die tief genug spielt. Ich spiele aber seit Jahren nicht mehr mit Kalotten, sondern nur noch mit Breitbändern.

 

 

 

mfg T. Römhild

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Hallo Römhild,

 

(wie ich schon in einem anderen Forum gelesen hab, bist Du Experte im Hornbau).

 

 

Zum KWH: Meine Berechnungen ergeben, daß bei einer Horn-Grenzfrequenz von 600 Hz der Hornmunddurchmesser 180 mm und die Länge 142 mm sein muß. Dann ist der Hals 25mm im Durchmesser. Problem: welche 25 mm Kalotte geht bis 800 Hz? Da muß man wohl einen 1-Zoll Treiber nehmen. Welchen?

 

Die MT-Kalotte G50FFL von Visaton geht z.B. ab 900 Hz, ist aber 50 mm im Durchmesser und dürfte bei 900 Hz nur d16 mm sein!

 

 

Grüße

 

Georgio

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Hi Georgio

 

 

Meine Erfahrungen mit Expo.Hörnern haben gezeigt, dass die Öffnungsfläche die untere Grenzfrequenz und damit die Abstimmfrequenz darstellt. Dabei ist die Treibergröße zweitrangig.

 

http://www.audiomap.de/forum/user_files/502.jpg

Die Graphik sollte verdeutlichen, dass mit zunehmender Größe des Treibers die Länge verkleinert werden kann. Ob das bei KWH auch so ist weiß ich nicht.

 

 

Wichtig ist aber sicher auch hier, dass die Abstimmfrequenz des Horns nicht tiefer als die Freiluftfrequenz des Treibers gewählt wird.

 

 

mfg T. Römhild

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"dass die Öffnungsfläche die untere Grenzfrequenz und damit die Abstimmfrequenz darstellt. " Ja, sehe ich auch so. Aber:

der Mundumfang sollte der einfachen Wellenlänge der unteren Grenzfrequenz entsprechen, und die Hornlänge 1/4 dieser Frequenz. So steht es im Patent von Mr. Voight 1927.

Jetzt ergibt sich die Treibergröße zwangsläufig: 600Hz untere Grenzfrequenz, entspricht λ=568 mm=Umfang → d=180,8mm Hornmund. Jetzt die Länge: 568/4=142, und die Kurve anlegen, um den Hals zu ermitteln:

Ich überlege noch, ob man auch ein ganzzahliges vielfaches der Wellenlänge nehmen kann.

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Hi Georgio

 

 

Versuchen wir das Pferd mal von hinten zu besteigen. Angenommen wir haben die Öffnungsfläche, die sich durch die Resofrequenz der Kalotte ergibt.

Als Kalotte nehme ich jetzt einfach die [a href=http://www.boxy-lautsprecher.de/index.html?target=p_402.html〈=de]WA10 von Peerless[/a]. Die Reso liegt bei 917Hz. Mit dieser Frequenz können wir ja die Öffnungsfläche des Horns bestimmen.

 

Wenn wir die Halsfläche mit der Membranfläche (6,2cm²) gleich setzen, ergibt sich die Länge ja aus der Funktion der Kugelwellenhörner.

 

Ist uns damit geholfen? Hab mich wie schon geschrieben nur kurz mit KWH auseinander gesetzt.

 

 

 

mfg Till

 

p.s. hast Du das Patent? kannst Du mir das event mailen?

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Hi Till, Georgio,

 

ein Horn vor einen BB ist nicht sooo einfach! Meine Erfahrung mit dem FE127E bei einem Vergleich: der F-Gang über 2kHz entsprach praktisch genau dem FE ohne Horn....

 

Also ist ein Treiberchen mit stark ansteigendem HT-Anteil erst mal nicht verkehrt.

 

Bzw. stimmt an der Dimensionierung des Horns was nicht! Wenn die abzustrahlende Wellenlänge schon beinahe quer in den Hornhals passt ( FE127 Durchmesser 92mm, Lambda/Halbe bei 2kHz 86mm ) wird offensichtlich bei meinem letztem Experiment das Horn nicht mehr "geladen"! Bin mir zwar noch nicht ganz sicher warum, werde das aber hoffentlich ergründen.

 

Schau Dir mal diese uralte Lautsprecherkonstruktion von Eckmiller an Georgio:

http://people.freenet.de/Hornlautsprecher/...ckmiller-01.jpg

 

Der Hornhals für die HT-Halbkugelmembran ist viel kleiner als diese und eine Druckkammer ist vor dieser auch praktisch keine....

 

MfG

Peter

 

PS: an der Schrift wäre ich auch interessiert, weil mein link funzt nicht mehr und habs leider nicht gespeichert.

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"Wenn wir die Halsfläche mit der Membranfläche (6,2cm²) gleich setzen, ergibt sich die Länge ja aus der Funktion der Kugelwellenhörner." Ja, leider entspricht das nicht unbedingt 1/4 der Wellenlänge der Grenzfrequenz; und das ist wohl das Problem.

 

"hast Du das Patent? "

Nein, ist Britisch, 5.10.1927, P.G.A. Voight, British patent 278,078.

Hab ich aus einer Anleitung für Traktrixsimulationen: HornCalc demo version von Sonic Design.

 

Grüße

 

Georgio

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So, hier der Text:

 

Sonic Design, Sweden:

 

Zitat:

"The Tractrix horn is designed to produce a hemispherical wave front

and to have less coloration than other horns. In October 5, 1927

P.G.A. Voight got the British patent 278,078 for a horn based on

the tractrix curve.

 

The following is an excerpt from his patent application:

 

"In a horn constructed according to this invention, the taper at any

point is as nearly as possible such that the sound is expanding as if

the source was at a fixed distance which is at least a quarter wavelength,

of the lowest frequency at which full efficiency is required, away".

And: "Since according to this invention, the rate of expansion shall be

as if the source was a fixed distance away, it follows that the length

of the tangent is equal to this distance. The property of this curve

is therefore that the length of tangents is constant.

At the point where the tangent is at right angles to the centre line,

it becomes the radius. I call this point the "mouth" and prefer either

to terminate the curve at this point, or to continue the plane (baffle)

at right angle to the centre line. The curve whose tangent to the centre

is of constant length is called the "Tractrix", and may be drawn by

drawing a small portion of one tangent after the other.

In the case of a square horn, the tangent to the corners is longer than

that to the middle of the sides and a compromise is unavoidable.

I prefer to make the section correspond to the tractrix.

The shortest tangent is then correct, but the area is 4/pi=1.27 times

that of the corresponding tractrix. If the area is made equal to the

corresponding tractrix, the tangent at the sides will be short,

a defect which is partly compensated for by the excess length of the

tangent to the corners."

 

And more:

"If the horn is assumed to have a horizontal partition along the centre

which is preferably continued for some distance in front of the mouth,

the sound will still expand perfectly in each half.

When the sound is not required to expand downwards, as for example in

a table gramophone [or a horn placed on the floor -- Sonic Design],

the lower half of the horn can be omitted and considerable space will

be saved."

 

 

 

 

3. Designing tractrix horns with HornCalc.

 

HornCalc is based on this formula:

x = a * ln((a + sqrt(a^2 - r^2)) / r) - sqrt(a^2 - r^2)

where;

x is the distance from the mouth of the horn,

a is the radius at the mouth, and

r is the radius at distance x from the mouth.

 

Different authors on loudspeaker horns have proposed different ideas

about approximating a square or rectangular horn shape to the tractrix

contour. P.G.A. Voight preferred the section height to equal the diameter

of the (round) tractrix. The area of a square horn is then 1.27 times

larger than the tractrix contour, and the circumference, to which some

authors pay great attention, will be even larger compared to the circular

circumference. To calculate from the circumference, on the other hand,

would yield a smaller area from square horns than the circular tractrix,

and since the square and rectangular shapes are compromises anyway,

it seems safe not to complicate things more than necessary.

Consequently HornCalc calculates the sectional area of square and

rectangular horns based on equal area as a circular horn of the selected

cut off.

 

The cut-off frequency is determined by the size of the horn, and the

circumference of the mouth should be at least one wavelength of the

lowest reproduced frequency for a free field. The horn length should

be at least 1/4 wavelength of this frequency.

If you have input values that make the length shorter than 1/4 wavelength,

the calculated table will print a warning. But if you are to add it to

another horn, you may ignore the warning.

 

The cut off is calculated according to this and the formula;

Fc=c/(2*pi*r),

where "c" is the speed of sound, 340m/s, and "r" is the radius of the

horn mouth for the fully expanded tractrix. This is in line with Bruce

Edgar's articles. You may note, however that P.G.A. Voight was of the

opinion that the length of the tangent from the horn flare to the centre

line should be a quarter wave of the lowest frequency at which full

efficiency isrequired. This tangent is a constant throughout the horn

and finally defines the opening radius. Thus, P.G.A. Voight can be claimed

to calculate: Fc=c/(4*r). His remark "at full efficiency" may suggest a

somewhat different definition of cut off than -3dB, and this perhaps could

explain the difference.

 

A ratio of at least one to five between the throat and the mouth area

should be achieved. If this and the length are considered, the mouth

area can be reduced to 1/2 for placement in one wall (baffle), to 1/4

for placement close to the floor and one wall, and to 1/8 if the opening

is placed in a corner. If the room walls are not heavy enough, their

supporting effect may be lost and a larger mouth may be necessary.

 

One cannot simply choose a smaller mouth to get the reduction of size,

since the contour would not become right in that case.

A full-size horn is the base for the calculation of the reduced horn,

and the reduction is done by HornCalc by dividing the full tractrix horn

section into half, a quarter or an eighth, and, as Voight said about the

horn for half space, "The sound will still expand perfectly in each half".

 

For midrange and tweeter horns, many of the tractrix horn advantages are

lost if the horn curve is terminated before the full, right-angle turn is

reached. Unwanted edge diffractions would be created by the sharp edges

of such a mouth. Thus no provision is made for the reduction of circular

cross-section horns.

 

The produced table of the calculations for circular horns has an

interesting feature in the angle column. If you would like to add a

tractrix mouth to an existing horn or compression driver with a known

or measured opening angle, it is possible to make the start angle fit.

Set the throat diameter to fit the preceeding horn, and try different

cut-off frequencies until you get the desired start angle.

 

For rectangular horns it is possible to select two flat sides if you would

like the horn to be easier to build. If you make the distance between

sides 1A and 1B equal at both the throat and the mouth, these sides will

become parallel -- this can be useful when designing folded horns.

 

The two flat sides may be used to design a horn for constant directivity

with the desired projection angle in one plane.

 

The produced table, when calculating rectangular horns with two flat sides,

has a column with values for the distance along the horn measured on the

flat side. This will greatly simplify the construction of the horn sides." Zitat Ende

 

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Genau das ist doch das worauf ich hinaus will. Wer sagt das die Länge genau auf 1/4 der Wellenlänge sein muss? Ich habe das noch nicht versucht und würde jetzt ersteinmal versuchen irgendwie heraus zu finden was sich klanglich ändert wenn wir das mal versuchen.

 

Entweder neue/andere Wege gehen oder nach einem Treiber suchen der genau in das Muster der Literatur passt.

 

Ich persönlich bin für einen neuen Weg. Machste mit?

 

 

mfg Till

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Ja, klar. Allerdings dauert es bei mir ziemlich lange, bis ich zu Potte kommen. Bis ich also erst mal das Negativ der Form hab und dann ein Positiv... das dauert.

 

Da ich vermutete, einen Fehler in der Konstruktion gemacht zu haben, habe ich die Hornzeichnung noch mal neu gemacht:

Bei 80 mm Treiber ergibt sich nun eine untere Grenzfrequenz von 216 Hz, ein Hornmund von 500 mm und eine Länge von 394 mm.

 

 

 

Bei 25 mm Treiber: 1000 Hz, Mund 108 mm, Länge 85 mm:

 

 

 

Damit kann man leben!

 

Grüße

Georgio

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Hi

 

 

bei dem MT-Horn kommen ich auf die gleichen Ergebnisse.

 

Bei der 25mm Kalotte erhalte ich aber bei 700Hz eine Länge von 120mm und einen Durchmesser von 150mm. Nach meinen Rechnungen sollte das Horn für eine 1000Hz Abstimmumng ca. 65mm Lang und 110mm Durchmesser haben. Rechenfehler oder Absicht?

 

 

mfg Till

 

P.S. für welche Treiber hast Du die Hörner berechnet? Oder sind die allgemein gehalten? Wie baust Du die Hörner?

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Hallo Till!

 

Nun:

Umfang = Wellenlänge, Länge = 1/4 der Wellenlänge

700 Hz = 486 mm Wellenlänge.

Munddurchmesser = 486 mm/pi = 154.7 mm.

Hornlänge =1/4 * Wellenlänge = 121.5 mm

 

1000 Hz = 340 mm Wellenlänge.

Munddurchmesser = 340 mm/pi = 108.2 mm.

Hornlänge =1/4 * Wellenlänge = 85 mm

 

Nimmst Du eine andere Berechnungsformel?

Die Berechnungen sind allgemein gehalten. Ich würde mal den Veravox3 ins Auge fassen.

Die Hörner zu bauen wird ziemlich aufwendig: Zuerst ein Negativ anfertigen. Das lasse ich entweder aus Styropur NC-fräsen, oder ich forme es mit einer Lehre aus Ton oder Gips. Das eigentliche Horn, das Positiv, wird dann gegossen mit quaderförmiger Aussenkontur. Wahrscheinlich aus Gips (hat schon ein anderer so gemacht) oder Kunststein, sprich Beton. Auf jeden Fall nicht aus laminiertem Kunststoff.

 

Grüße

Georgio

 

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Hi Georgio

 

 

in der Patentschrift steht:

 

(...)The cut off is calculated according to this and the formula; Fc=c/(2*pi*r), where "c" is the speed of sound, 340m/s, and "r" is the radius of the horn mouth for the fully expanded tractrix (...)[/font color]

 

 

damit ergibt sich der Radius mit:

 

r= c/(2*PI*fm)

 

fm=1000 --> d=109mm

 

mit der Formel

 

(...)x = a * ln((a + sqrt(a^2 - r^2)) / r) - sqrt (a^2 - r^2) where;

x is the distance from the mouth of the horn,

a is the radius at the mouth, and

r is the radius at distance x from the mouth(...)[/font color]

 

habe ich dann die Länge ausgerechnet, OHNE Bezug auf 1/4 der Wellenfrequenz zu nehmen.

 

 

 

Daher nochmal zum Vergleich:

 

1000Hz Horn mit 25mm Treiber:

 

Länge: 65mm

Öffnungsdurchmesser: 109mm

 

 

 

700Hz Horn mit 25mm Treiber:

 

Länge: 120mm

Öffnungsdurchmesser: 156mm

 

 

 

700Hz Horn mit 80mm Treiber:

 

Länge: 34mm

Öffnungsdurchmesser: 156mm

 

 

 

220Hz Horn mit 80mm Treiber:

 

Länge: 38mm

Öffnungsdurchmesser: 497mm

 

 

 

mfg Till

 

hab ich da jetzt nen Knoten drin? *kopfkratz*

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Hallo Till,

 

(...)x = a * ln((a + sqrt(a^2 - r^2)) / r) - sqrt (a^2 - r^2) where;

x is the distance from the mouth of the horn,

a is the radius at the mouth, and

r is the radius at distance x from the mouth(...)

 

Also, wenn ich mir diese Formel genau ansehe, müßte man diese mal umschreiben: Irgendwie hat der in seinem Patent andere Zusammenhänge für seine Variablen. Mathematisch richtig müßte das m.E. lauten:

 

y(x) = a * ln((a + sqrt(a^2 - x^2)) /x) - sqrt (a^2 - x^2)

 

wobei x auf der X-Achse liegt (Hornlänge), y auf der Y-Achse (Mundradius) und a die (konstante) Tangentenlänge ist von einem beliebigen Punkt auf der Kurve mit dem Schnittpunkt zur Y-Achse.

Aussserdem gilt: X>0 und |x|<2, sodaß letztendlich

 

y(x) = 2 * ln((2 + sqrt(4 - x^2)) /x) - sqrt (4 - x^2)

 

So steht es jedenfalls im Mathematikbuch, ist jetzt von mir nur nachvollzogen.

Demnächst stelle ich noch ein Bild von der Hornmantelfläche in 3D hoch, sowie das Negativ und das Positiv zum Anfertigen

 

Als Treiber stelle ich mir den Veravox3 vor. Wär das was?

 

Grüße

Georgio

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Hi Georgio

 

 

die Formelumstellung habe ich anders interprettiert.

 

zuerst ein paar Verallgemeinerungen:

 

Lg = Länge gesamt

Lx = Länge vom Hornmund bis Punkt x

Rm = Radius am Hornmund

Rh = Radius am Hornhals

Rx = Radius am Punkt x

 

 

 

original:

x = a * ln((a + sqrt(a^2 - r^2)) / r) - sqrt (a^2 - r^2) where

 

x is the distance from the mouth of the horn --> Lx

a is the radius at the mouth, --> Rm

r is the radius at distance x from the mouth --> Rx

 

 

Lx = Rm * ln ((Rm + WURZEL(Rm^2 + Rx^2)) / Rx - WURZEL ( Rm^2 + Rx^2)

 

Rh < Rx < Rm

0 < Lx < Lg

 

 

 

Damit lassen sich alle Längen zwischen der Halsfläche und der Mundfläche ausrechnen. Setzt man den Halsradius Rh statt Rx ein erhalte ich die Gesamtlänge. Dabei ist aber kein (!!) Bezug auf die geforderten 1/4 Wellenlänge der Mundfläche für die Länge genommen.

 

 

Zu dem Treiber kann ich Dir schon sagen, dass ich den bereits gewerblich in einem Horn teste. Daher alles darüber nur privat über mail.

kleiner Vorgeschmack:

http://www.audiomap.de/forum/user_files/516.jpg

 

mfg Till

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Hallo Till,

 

nun gut, das ist so korrekt. Diese Form läßt sich so aber nicht in mein CAD-Programm eintippen, da hier ja das Ergebnis Lx von 2 Variablen (Rm, Rx) abhängt. Und irgendwie brauch ich ja die Kurve bzw. die Mantelfläche. Daher die Version, die ich aus einem pdf file habe. So kann ich auch die Wellenlänge berücksichtigen.

 

Der Veravox3 sieht ja schon sehr gut aus.

Warum hört die Simulation bei 6000 Hz auf?

 

Was sagst Du zu dem Gießen?

 

Grüße

Georgio

 

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Hi Georgio

 

Die Funktion hat nur eine Variable, Rx. Rm hast Du ja gegeben wenn Du die Abstimmfrequenz des Horns weist. In dem Patent steht ja, das die Abstimmfrequenz des Horns mit der Formel Fc=c/(2*pi*r)[/font color] errechnet werden kann. Da wir das Horn auf eine bestimmte Frequenz abstimmen, können wir ja die Formel nach r umstellen. (r = Rm und Fc = Abstimmfrequenz des Horns)

 

r = c/ (2*pi*Fc)

 

das r (Rm) kannst Du dann als Konstante in die Formel einsetzen.

 

 

 

Die Simulation hört bei AJ-Horn leider immer bei 6kHz aus. Leider sind da noch weitere Fehler, so ist der Schalldruck ca 15dB lauter mit Horn als ohne. Und noch ein paar Kleingkeiten.

 

 

Das Gießen find ich super. Wäre mal wirklich eine Überlegung ob wir das Veravox3 Horn zusammen entwickeln. Ich würde Dich, sofern Du daran interessiert bist, an der Entwicklung und Entstehung teilhaben. Was wir dann aus dem Projekt zusammen machen müsten wir dann noch klären. Nur das bitte nicht im Forum, sondern per mail oder telefonisch.

 

Wo kommst Du her?

 

 

mfg Till

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Hallo

 

Kann ja auchnoch meinen Senf abgeben.

 

....

vielleicht kennt sich ja jemand aus mit Kugelwellenhörnern:

Kann man einen Breitbänder als Treiber einsetzten?

 

Warum nicht, wird vielfach praktiziert. Man sollte nur bedenken, daß die Verstärkende Wirkung mit zunehmender Frequenz abnimmt. Der Treiber sollte also "pur" im Frequenzgang deutlich ansteigen.

 

Welche Eigenschaften müßte dieser Treiber haben? Muß z.B. der QTS < 0,25 sein?

 

Im Hinblick auf den ansteigenden F-Gang wäre ein Treiber mit starkem Magnet vorzuziehen. Das ergibt normalerweise ein niedriges Qts.

Ausnahmen sind aber auch oftmals die Regel. Ausprobieren ist angesagt.

 

 

Funktioniert als Treiber auch eine 25 mm Hochtonkalotte, so ab 1500 Hz?

Klar, warum nicht. Entscheidend ist der F-Gang, der rauskommt dabei.

 

.......

 

Noch was allgemeines zu Traktrixhörnern (Kugelwelle).

Sind im allgemeinen die "neutralsten" Hörner, weil die Kontur sich am schnellsten öffnet, dh Längsresonanzen werden am besten vermieden. Ihr habt ja abenteuerliche Berechnungen angestellt in der bisherigen Diskussion, die ich dann auch nicht vollständig verfolgt habe.

Aber in die korrekte Berechnung einer Tractrix geht EIN (1!) Parameter ein, nämlich nur die untere Grenzfrequenz. Wenn man deren Wellenlänge als Mundumfang ansieht, dann gibt es auch nur EINEN Weg, eine korrekte Tractrix zu konstruieren. Das Horn wird dann auch genau so lang, daß der Querschnitt des Chassis erreicht ist. Es wird einfach dort abgeschnitten, fertig! Nicht kürzer,nicht länger.

Alles andere ist eine Verfälschung der Kontur, und somit auch keine Tractrix mehr.

 

Ich benutze ein Programm "tractrix 12", vormals als freeware unter http://melhuish.org/audio/index.htm

zu bekommen.

Die Seite ist allerdings inzwischen deutlich renoviert. Bietet selbst sogar einen Tractrix-Calculator an.

 

 

Zum Thema Breitbänder: Ich selbst höre Breitbänder, allerdings Frequenzgangkorrigiert. Nicht passiv (dämlich, unflexibel, umständlich), sondern per digitalem Equalizer. Meiner Auffassung nach muß jeder (!) Breitbänder korrigiert werden, wenn auch manche nur gering. Insofern ist die Anschaffung eines vernünftigen Entzerrungsgerätes sowieso notwendig, wenn man vernünftig (!) per Breitbänder Musik hören will. Alles andere ist Bastelei. (entschuldigung)

Das heißt für mich weiter gedacht, daß auch ein Breitbänder in einem Fronthorn entzerrt werden muß. In erster Konsequenz sollte also der Frequenzgang erstmal egal sein (solange man den ansteigenden Frequenzgang berücksichtigt). So würde/werde ich an die Sache rangehen.

Ich will auchmal Fronthörner bauen (Tractrix selbstredend), bislang fehlt mir leider Platz und Zeit.

 

 

 

grüße

Andi

 

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