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Montag, 3. Oktober 2011, 19:50

Alles über die Thiele-Small-Parameter (TSP)

Thiele-Small-Parameter


Vor 1970 waren keine einfachen oder erschwinglichen Methoden als Standard in der Industrie entwickelt worden, um vergleichenden Daten über Lautsprecher zu erhalten. Anerkannte Labortests waren teuer und wirklichkeitsfremd für die Tausenden, die Leistungsinformationen benötigten. Standardmesskriterien waren erforderlich, um konsequente Daten für Kunden zu erstellen und Vergleiche zwischen verschiedenen Lautsprechern zu ermöglichen.
In den frühen Siebzigern wurden mehrere technische Papiere der AES (Audio Engineering Society) vorgestellt. Die Entwicklung daraus ergab das, was wir heute als 'Thiele-Small-Parameter' kennen. Diese Papiere wurden entwickelt durch A.N.Thiele und Richard H. Small. Thiele war der ältere Ingenieur für Konstruktion und Entwicklung bei der Australian Broadcasting Commission und war zu der Zeit verantwortlich für das Federal Engineering Laboratory, ebenso wie für das Analysieren der Entwürfe für Ausstattung und Systeme der Audio- und Videoübertragung. Small war zu der Zeit ein Commonwealth Student an der Schule für Electrical Engineering an der Universität von Sydney.
Thiele und Small betrieben einen erheblich Aufwand, um zu zeigen, wie die folgenden Parameter die Beziehung zwischen einem Lautsprecher und einem Gehäuse definieren. Sie können jedoch unbezahlbar sein bei der Auswahl, weil sie weit mehr über des Lautsprechers reale Leistung erzählen, als die Basisgrößen Maximalleistung oder durchschnittliche Empfindlichkeit.


Resonanzfrequenz Fs

Dieser Parameter ist die Freiluft-Resonanzfrequenz von einem Lautsprecher.
Einfach ausgedrückt ist es der Punkt, an dem sich das Gewicht von den sich bewegenden Teilen des Lautsprechers und die Kraft der Lautsprecheraufhängung bei Bewegung, ausbalancieren. Wenn Sie schon mal einen Bindfaden gesehen
haben, der in dem Wind unkontrolliert sich bewegt, dann haben Sie bereits gesehen, wie der Effekt der Resonanzfrequenz entsteht. Es ist wichtig diese Information zu kennen, damit ein Klingeln ihres Gehäuses verhindert werden kann. Mit
einem Lautsprecher, der Masse der sich bewegenden Teile und die Steifheit der Aufhängung (Sicke und Zentrierspinne) sind die Schlüsselelemente, die die Resonanzfrequenz beeinflussen. Als eine generelle Daumenregel gilt, je niedriger
eine Fs eines Tieftonlautsprecher ist, desto besser ist er für eine niedrige Frequenzreproduktion geeignet, als ein Tieftonlautsprecher mit ein höherer Fs. Dies ist nicht immer der Fall, weil andere Parameter beeinflussen die allerletzte Leistung ebenso.


Gleichstromwiderstand Re

Dies ist der Gleichstromwiderstand des Treibers, gemessen in Ohm mit einem Ohmmeter und wird oft auch als 'DCR' oder 'RDC' bezeichnet. Diese Messung wird fast immer geringer sein als der nominelle Scheinwiderstand (Impedanz). Käufer werden oft nachdenklich, wenn die Re weniger ist als der Scheinwiderstand und befürchten
deshalb die Verstärker zu überlasten. Aufgrund der Tatsache, dass die Induktivität eines Lautsprechers mit der Erhöhung der Frequenz steigt , ist es unwahrscheinlich, dass der Verstärker oft mit dem Gleichstromwiderstand, als seine Last, zu arbeiten hat.


Schwingspulen-Induktivität Le

Dies ist die Schwingspule Induktivität gemessen in milliHenry (mH). Der Industrie Standard misst die Induktivität bei 1000 Hz. Werden die Frequenzen höher, steigt auch der Scheinwiderstand über Re. Das ist so, weil die Schwingspule als Induktor fungiert. Folglich ist der Scheinwiderstand eines Lautsprechers kein fester Widerstand, kann aber als eine Kurve, die sich in Abhängigkeit von der Eingangsfrequenz ändert, repräsentiert werden.
Der maximale Scheinwiderstand (Zmax) ereignet sich bei der Resonanzfrequenz (Fs).


Q - Parameter

Qms, Qes, und Qts sind Messungen in Zusammenhang mit der Überwachung der Membranaufhängung, wenn die Resonanzfrequenz (Fs) erreicht wird. Die Aufhängung muss so beschaffen sein, dass jegliche seitliche Bewegung verhindert wird, die sonst zum Kontakt zwischen Schwingspule und Polplatte/Magnet führen würde (dies würde den Lautsprecher zerstören). Die Aufhängung muss dabei auch wie ein Stoßdämpfer agieren.
Qms ist ein Maß für die Güte, die abhängig ist von der mechanischen Aufhängung (Sicke und Zentrierspinne) des Lautsprechers. Betrachten Sie diese Komponente als Feder. Qes ist ein Maß für die Güte, die abhängig ist von der elektrische Aufhängung (Schwingspule und Magnet) des
Lautsprechersystems. Qts ist das Maß der Gesamtgüte eines Treibers und wird abgeleitet aus Qms und Qes.

Als Richtlinie gilt:
Qts von 0.4 oder niedriger zeigt an, das ein Wandler gut geeignet ist für ventilierte Gehäuse.
Qts zwischen 0.4 und 0.7 zeigt an, dass der Lautsprecher besser in geschlossenen Gehäusen zurechtkommt.
Qts von 0.7 oder höher zeigt an, das ein Wandler gut geeignet ist für FreeAir oder für "unendliche" Schallwand.
Wie immer, auch da gibt es Ausnahmen!


Äquivalentvolumen Vas

Vas entspricht dem Luftvolumen, dass, wenn es komprimiert wird zu einem Kubikmeter, dieselbe Kraft anwendet wie die
Kraft (Cms) der Aufhängung eines Lautsprechers. Vas ist eines der heikelsten Parameter, die zu messen sind, weil sich der Luftdruck relativ zu Feuchtigkeit und Temperatur ändert - daher ist ein genau kontrollierte Laborumgebung sehr wichtig. VAS wird in Litern angegeben. Cms wird gemessen in Metern pro Newton. Cms ist die Kraft, die durch die mechanische Aufhängung des Lautsprechers bestimmt wird. Es ist einfach eine Messung von seiner Steifheit. Betrachtet man die Steifheit (Cms), in Verbindung
mit den Q-Parametern, so kann man einen Vergleich mit einem Automobilhersteller schließen, wenn dieser eine Abstimmung der Autos zwischen Komfort, zur Beförderung des Präsidenten oder optimale Performance im Rennsport, trifft.
Wenn sie jetzt die Spitzen und Täler eines Audiosignals mit einer Straßenoberfläche vergleichen, dann bedenken Sie, dass die ideale Lautsprecheraufhängung wie die Federung eines Autos ist. Ein Auto muss das wackeligste Gelände mit Renn-Auto-Präzision durchqueren können und mit dem Feingefühl der Geschwindigkeit eines Jagdflugzeuges. Es ist eine ziemlich Herausforderung, denn wenn man sich auf irgendeine Disziplin konzentriert, leidet meist eine andere.


Membranverschiebungsvolumen Vd

Dieser Parameter gibt das maximale Membranverschiebungsvolumen an - mit anderen Worten: die Menge Luft, die die Membrane bewegen kann. Es wird berechnet durch die Verdopplung von Xmax (der Abstand, den die Schwingspule vom Treiber hervorsteht) und dann multiplizieren mit Sd (Membranfläche). Vd wird in Europa in cm³ oder Liter angegeben. Der höchste Vd-Wert ist wünschenswert für einen idealen SubBass-Wandler.


Kraftfaktor BxL oder BL

Ausgedrückt in Tesla Meter, dies ist eine Messung der Antriebskraft eines Lautsprechers.
Vergleichen sie dies mit einem guten Gewichtheber. Eine bestimmte Masse wird auf der Membran befestigt und somit die Membrane zurückgedrückt. Es wird gemessen, wie viel Strom benötigt wird, um die Membrane wieder in die Ausgangslage zu bewegen.
Die Formel ist Masse in Gramm geteilt durch den aktuellen Strom in Ampere.
Ein hoher BL-Wert, zeigt einen starken Wandler, der Kontrolle über die Membrane hat.


Bewegte Masse Mmd

Dieser Parameter ist die Kombination aus den Gewichten aller mechanisch bewegten Teile eines Woofers. Der Wert setzt sich aus dem Gewicht von Membran+Sicke+Zentrierspinne+Dustcap+Spule mit Träger+Anschlusslitzen zusammen.


Effektive bewegte Masse Mms

Dieser Parameter ist die Kombination aus Gewicht der Membrane (= Mmd) plus die Luftmasse auf der Membrane. Das Gewicht der Membrane zu bestimmen ist einfach: Siehe oben unter "bewegte Masse Mmd". Die Bestimmung der Luftmasse ist komplizierter. In einfacher Terminologie ist es das Gewicht der Luft (der Betrag berechnet in Vd) das die Membrane zusätzlich bewegen muss.


Mechanische Verluste Rms

NICHT zu verwechseln mit der Leistungsangabe Wrms!
Dieser Parameter vertritt den mechanischen Widerstand hervorgerufen durch die Verluste der Aufhängung. Es ist ein Maß für die Absorptionseigenschaften der Lautsprecheraufhängung und ist festgelegt in N*s/m.


Efficency Bandwith Product EBP

Dieser Wert wird berechnet durch Quotienten von Fs zu Qes. Die EBP-Figur wird verwendet bei vielen Gehäusekonstruktionen, um zu bestimmen, ob ein Lautsprecher passender ist für ein geschlossenes oder ventiliertes Gehäuse. Ein EBP nahe zu 100 zeigt gewöhnlich an, dass ein Lautsprecher am besten geeignet ist für ein ventiliertes Gehäuse. Ein EBP näher zu 50, zeigt gewöhnlich an, dass ein Lautsprecher besser
geeignet ist für ein geschlossenes Gehäuse. Dies ist lediglich ein Anhaltspunkt. Viele gut entworfene Systeme haben diese Faustregel über den Haufen geworfen! Qts sollte dabei auch beachtet werden.


Membranhub Xmax und Xmech

Xmax ist ein Maß für die maximale lineare Auslenkung und wird in mm angegeben. Lautsprecherwiedergabe wird nichtlinear, wenn die Schwingspule beginnt, den Magnetspalt zu verlassen. Ebenso können Aufhängungen Nichtlinearitäten
der Wiedergabe erzeugen. Der Punkt, an dem sich die Anzahl Windungen im Spalt (siehe BL) verringert, ist der Punkt, wo die Verzerrungen zunehmen. Xmax gibt also den Weg an, den die Schwingspule in eine Richtung zurücklegen kann, ohne die Windungszahl im wirksamen Magnetspalt zu unterschreiten.

Xmech ist ein Maß für die maximale mechanische Auslenkung und wird ebenfalls in mm angegeben. Zugrunde gelegt werden vier potenzielle Fehlerbedingungen:

1. Die Zentrierspinne reißt wegen Überdehnung
2. Die Schwingspule schlägt auf Polplatte auf
3. Die Schwingspule tritt aus dem Magnetspalt aus
4. Physische Begrenzungen der Membrane

Man nehme den niedrigsten Wert dieser Messungen und multipliziere es mit 2.
Dies ergibt eine Entfernung, die die maximale mechanische Bewegung der Membrane beschreibt.


Membranfläche Sd

Dieser Parameter gibt die effektive Membranfläche an. In Europa wird sie in Quadratzentimeter gemessen.


Impedanz Z (Zmax)

Dieser Parameter gibt den Scheinwiderstand (Impedanz) in Ohm an. Je nach Frequenz kann der Widerstand aber auch leicht weniger, oder wesentlich höher sein! Eigentlich sollte man ihm vertrauen können, um anhand der Laststabilität einen passenden Verstärker zu wählen. Im Car-HiFi-Bereich kann man das meist auch, doch beim Home-HiFi wird seit den 90ern immer mehr geschummelt. Auch bei Boxen mit angeblicher 8-Ohm-Impendanz sollte dort ein 4-Ohm-stabiler Verstärker gewählt werden, doch das sollte hier nicht vertieft werden.


Leistung Pe

Sie entspricht den Wattangaben zur Belastbarkeit des Lautsprechers (RMS, Nenn- oder Sinusleistung, was alles in etwa ähnliche Werte sind). Theoretisch ist es möglich, den Lautsprecher durch thermische oder mechanische Belastung zu zerstören, wenn die reale Leistung des angeschlossenen Verstärkers diesen Wert überschreitet. Jedoch gilt das nur unter Freiluftbedingungen, da aber Lautsprecher in Gehäusen betrieben werden, die wie eine Dämpfung auf die Membran einwirken, wird dieser Wert in der Praxis nur für Simulationen verwendet, und hat nur groben Richtliniencharakter bei der Auswahl des passenden Verstärkers. Es werden öfter Lautsprecher durch zu wenig Leistung ("Clipping") zerstört, als durch zuviel Leistung: Zu viel Leistung kann man drosseln, doch wo zu wenig Leistung vorhanden ist, wird das Signal unsauber und kann zu Schäden führen, oder, wenn man Glück hat, nur einfach schlecht klingen.


Empfindlichkeit / Schalldruckpegel

Diese Daten vertritt eine von den meist verwendeten Spezifikationen für Schallwandler. Es ist eine Darstellung des Nutzungswertes und der Lautstärke, die sie erwarten können, von dem Lautsprecher relativ zu dessen Leistungsaufnahme. Lautsprecher Hersteller folgen verschiedenen Regeln um diese Informationen zu erhalten - da ist kein genauer Standard akzeptiert von der Industrie. Als Ergebnis, oft ist es der Fall, kann der Lautsprecher-Käufer nicht diesen Wert vergleichen, wenn die Empfindlichkeiten von verschiedenen Herstellern anders ausgelegt werden. Als Standard hat sich die Einheit dB/W/m entwickelt.
Es gibt Hersteller, die ihren Wert mit dB/W/0,5m angeben, um einen höheren Betrag zu bekommen. Solche Werte sind
mit entsprechender Vorsicht zu bewerten. Ebenso Werte, die sich auf dB/2,83V/m beziehen.


Quelle:
<!-- m --><a class="postlink" href="http://www.HiFi-Forum.de">http://www.HiFi-Forum.de</a><!-- m -->, zitiert nach <!-- m --><a class="postlink" href="http://www.hifi-online.net/hifi-wissen_thilesmallparameter.html">http://www.hifi-online.net/hifi-wissen_ ... meter.html</a><!-- m -->
Gekürzt und ein einigen Passagen verändert von kampfmeersau, <!-- m --><a class="postlink" href="http://www.car-hifi-auto.de">http://www.car-hifi-auto.de</a><!-- m -->
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docmopped

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2

Dienstag, 4. Oktober 2011, 06:58

Alles über die Thiele-Small-Parameter (TSP)

Und wieder mal sehr viel Wissen auf den Punkt gebracht! :idea:
Gruß
Jens

3

Mittwoch, 5. Oktober 2011, 20:15

Alles über die Thiele-Small-Parameter (TSP)

Klasse Bericht! Schön einfach dargestellt! Ich hab aber bissl was dazuzufügen. Ihr könnt das auch gern noch mit hineinarbeiten!
Zur Reso Fs: Der Subwoofer sollte niemals unter seiner Reso betrieben werden, auch weil er im Bereich der Reso seinen größten elektrischen Widerstand hat!
ZU Le: Die Messung erfolgt bei 1000Hz, nicht bei 1,000Hz!
Zu Vas: unbedingt beachten das Vas abhängig von der Membranfläche ist und deshalb fast nie als Vergleichsgröße betrachtet werden kann!
bei Vd ist die Einheit nur cm³ oder Liter.
bei EBP: "Diese Messung wird berechnet durch Quotienten von Fs zu Qes" --> eine Messung wird nicht berechnet!
Bei Impedanz Z: das ist falsch. Z gibt die minimale Impedanz im nutzbaren Bereich an. Sprich: den Widerstand im Frequenzbereich über Fs!
zu Leistung Pe würde ICH etwas ganz anderes schreiben. Ich glaube du auch, Sebastian..

soll jetzt trotzdem nichts schmälern! Schöne Arbeit die ihr euch gemacht habt. Ein prima Zusammenfassung!
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Jetzt aktualisiert!!!

4

Mittwoch, 5. Oktober 2011, 21:27

Alles über die Thiele-Small-Parameter (TSP)

Ich hab erstmal nur kopiert, nächste Woche werd ich das nochmal durcharbeiten...

Eins kann ich gleich aufklären, bei Le sinds tatsächlich 1000Hz, das ist schlicht und einfach ein Übersetzungsfehler: US-Amerikaner (zumindest Herr Small war einer, Thiele war Australier, bei denen weiß ichs nicht) haben eine andere Interpunktion bei Zahlen: Komma heißt Punkt, Punkt heißt Komma. Gemeint sind daher 1.000Hz statt 1,000Hz, wobei der Punkt nur die in Deutschland übliche Lesehilfe bei großen Zahlen ist.
Wird gleich verbessert... Rest dann später.
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Mittwoch, 5. Oktober 2011, 21:54

Alles über die Thiele-Small-Parameter (TSP)

Das ist übrigens beim Übertragungsbereich das gleiche.
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6

Mittwoch, 5. Oktober 2011, 23:05

Alles über die Thiele-Small-Parameter (TSP)

Übertragungsbereich nehme ich mal ganz raus, weil diese Erklärung in der Praxis absolut nicht wichtig ist.

EDIT:
Der Mist zu Pe ist nun auch umgeschrieben...
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Freitag, 7. Oktober 2011, 07:43

Alles über die Thiele-Small-Parameter (TSP)

Wing, hast du noch ein paar Quellen zu deinen Aussagen zu VAS und Reso FS? Ich glaube dir auch so, aber ich muss ja die entsprechenden Punkte umschreiben und bin mir bei einigen Sachen nicht sicher... ;)

EDIT:
EBP, Vd, Sd, Impendanz Z bearbeitet... Korrekturen (falls nötig) erwünscht!
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