Simulationsumgebung für einen Lautsprecher in einem beliebigen Gehäuse

Es soll ein Simulationstool implementiert werden, das den Einfluss des Gehäuses auf die Abstrahlcharakteristik einer Lautsprecherbox wiedergibt. Das Abstrahlverhalten einer Kolbenmembran in unendlich schallharter Wand kann in einer bestimmten Entfernung auf der Bezugsachse als frequenzunabhängig angesehen werden. Der Einsatz in ein geschlossenes Gehäuse bewirkt einen abweichenden Frequenzgang durch Beugung (Diffraktion) an den begrenzenden Kanten. Die Welle „sieht“ an einer Kante angekommen in Ihrer Fortschreitung eine überproportional zunehmende Fläche (doppelt so groß „wie erwartet“ ). Die Wirkung der Diffraktion kann schematisch vereinfacht wie folgt beschrieben werden: Hinter der Ecke erfolgt eine Ausbreitung mit halber Druckamplitude in Phase mit der abstrahlenden Membran, die Ausbreitung der reflektierten Welle nach vorne erfolgt ebenfalls mit halber Druckamplitude jedoch mit invertierter Phase. Dadurch ergibt sich auf der Bezugsachse in z.B. 1m Entfernung bei tiefen Frequenzen eine destruktive Interferenz, die zu einem -6 dB Einbruch führt. Bei mittleren und höheren Frequenzen kommt es abhängig von den Abmessungen der begrenzenden Kanten, der Membran und dem betrachteten Aufpunkt zu konstruktiven (bis zu +6 dB) als auch destruktiven (bis zu -6dB) Interferenzen.

Die Implementierung erfolgt in Matlab. Dabei wird die Lautsprechermembran als eine Primärquelle bzw. durch eine Anordnung von Primärquellen und die Einflüsse der Lautsprecherboxkanten durch eine Verteilung von Sekundärquellen modelliert. Die Wahl der Lage des Aufpunktes kann sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung von der Bezugsachse abweichen. Die Implementierung erfolgt modular, sodass zwischen verschiedenen Quellformen ausgewählt werden kann, wodurch der Berechnungsaufwand skalierbar ist und die damit jeweilige erzielbare Genauigkeit untersucht werden kann. Die mit Hilfe der Simulation gewonnenen Ergebnisse werden realen Vergleichsmessungen gegenübergestellt.