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Wie verstärkt ein Grammophon Trichter? Warum macht der Trichter "laut"?
Moderatoren: SchellackFreak, berauscht, Grammophonteam, Formiggini, krammofoon, Limania, DGAG, Der_Designer
Autor Eintrag
Formiggini
So Mai 13 2012, 13:44 Druck Ansicht


Dabei seit: Di Dez 28 2010, 19:20
Einträge: 1758
Zunächst, eine Grammophon Trichter verstärkt nicht!

Dies mag sich auf den ersten Moment seltsam anhören. Viele kennen den Effekt, zieht man von einem Grammophon den Trichter ab, so wird der Klang leise, nasal und ohne Bässe – das Klangbild verschlechtert sich erheblich.
Aber warum verstärkt ein Trichter nicht, wenn er doch „lauter“ macht?
Ohne zu tief in die Physik der Akustik zu gehen, müssen wir uns für den Schall ein Ersatzbild schaffen.

Am besten stellen wir uns die einzelnen Luftmoleküle als Kugeln unterschiedlicher Größe vor.

Zunächst haben alle Moleküle/Kugeln die gleiche Größe.
Nun bewegen sich diese Kugeln/Moleküle nicht beliebig weit im Raum, sie schwingen nur kurze Strecken hin und her. D.h. Schallausbreitung findet nicht dermaßen statt, das ein einzelnes Molekül weit in den Raum hinaus rast, sondern jeweils nur das nächste Molekül anstößt und die Schallenergie (Bewegungsenergie) an dieses weiter gibt.

Am besten kann man sich dies so vorstellen, wie bei dem bekannten Newton´schen Pendel:

Urheber Grafik: DemonDeLuxe Link - Hier klicken


Ein Molekül gibt seine Bewegungsenergie an das nächste weiter und so fort. Liegen die Moleküle nun eng beieinander, so ist kaum Bewegung sichtbar, jedoch wird die Energie weitergegeben, bis das letzte Molekül/Kugel angeregt wird. Dieses schlägt dann weiter aus.
Dies wäre in unserem Falle der hörbare Schall, also eben dieses eine, bewegte Molekül das an unser Trommelfell trifft.

Schall(energie) wird also „weitergegeben.

Stellen wir uns nun Schallbewegungen in einer Röhre vor, z.B. dem Tonarm ohne aufgesetzten Trichter. In der Röhre geben nur wenige Moleküle die Bewegungsenergie weiter. Am Ende der Röhre treffen nun einige wenige Kugeln auf eine gr0ße Anzahl von Kugeln – die Luftmoleküle im freien Raum.



Das gleiche geschieht mit den Luftmolekülen/Kugeln am Ende der Röhre/Tonarm. Die große Masse der Molekülen im freien Raum, reflektiert einen großen Teil der Energie zurück in die Röhre, der Klang, bzw. die Energie der Bewegung hebt sich gegenseitig auf. Im schlechtesten Falle setzt sich diese Rückbewegung bis zur Schalldose fort, und regt die Membran an – die Nadel würde die Rille weiter aushobeln.

Hier greift nun das Prinzip des Trichters in der Akustik. „Verbreitert“ man langsam die Röhre (und macht sie dabei möglichst lang), haben die Kugeln/Moleküle mehr „Zeit“ ihre Energie ohne große Verluste oder Rückreflektionen weiter zu geben.



Anstatt das eine kleine, schnelle Kugel auf eine sehr große „knallt“, wird die Energie langsam von einer größeren zur nächst größeren Kugel weitergereicht. So geht möglichst wenig Energie verloren.



Dieses langsame vergrößern erfolgt nun eben durch das langsame zunehmen der Trichtersteigung. D.h. je länger ein Trichter ist, bei einer möglichst langsamen Steigung des Durchmessers, desto besser kann der Trichter die Bewegungsenergie von den wenigen Molekülen im Tonarm an die große Masse im freien Raum anpassen.



Dies bringt uns zum Anfang, das ein Trichter eben nicht verstärkt, sondern ähnlich wie ein Transformator in der Elektrik unterschiedliche Größen im Raum an einander anpasst.



D.h. vereinfacht, je mehr "kleinere", bzw. langsam anwachsende Kugeln/Moluküle zwischen Schalldose und Trichterende sind, umso besser kann die Bewegungs/Schallenergie weitergegeben bzw. ausgenutzt werden.

In der Praxis bedeutet dies, das ein langer Trichter mit einer großen Schallöffnung besser und lauter klingt, als ein kurzer mit kleiner Öffnung.

Wichtig ist noch, das alle Verbindungen absolut Luftdicht sind, da sonst Bassanteile verloren gehen - der Klang verliert an "Tiefe".
Warum nun dies?
Bassfrequenzen/Moleküle (auch wieder vereinfacht ausgedrückt), bewegen sich langsamer als hohe Töne. Die hohen Töne/Moleküle würden quasi über eine undichte Stelle "hinweg rasen", die langsamen tiefen Töne haben aber Zeit, aus einem Loch heraus "zu schlüpfen". Dies macht sich umso mehr bemerkbar, je näher ein Loch/undichte Stelle an der Schalldose, bzw. im Tonarm ist.

In den späten zwanziger Jahren wurden dazu bereits Messungen durchgeführt, hier aus dem Buch: Modern Gramophones & Electrical Reproducers by Percy Wilson, 1929
eine Graphik:


(Einfärbung von mir)


A (rot) ist der Frequenzverlauf ohne undichte Stellen
B (schwarz) mit einer insgesamt 0,6cm großen undichten Stelle 2,5cm vom Tonarmstutzen entfernt
C (grün) mit einer insgesamt 1,2cm großen undichten Stelle 30cm vom Tonarmstutzen entfernt
D (blau) mit einer insgesamt 2,1cm großen undichten Stelle 60cm vom Tonarmstutzen entfernt

Dies gilt natürlich vor allem für modernere, elektrische Aufnahmen die auf einem dafür gebauten Grammophon mit entsprechender Schalldose abgespielt werden.

Bei einer akustischen Aufnahme mit einer alten Schalldose gespielt auf einem Trichtergrammophon von 1910 wird der Unterschied nicht so stark ausgeprägt sein.

Im ersteren Fall sind jedoch undichte Stellen in der Schalldose oder im Tonarm/Übergang Tonarm zum Trichter durchaus als Klangverlust wahrnehmbar.

Hoffentlich konntet ihr mir bei meinem kleinen Ausflug folgen, vielleicht findet sich noch jemand, der es besser Ausdrücken kann, warum ein Grammophon Trichter "laut" macht.

Für einen wirklich guten Klang, bzw. das Optimum in der Wiedergabe eines Grammophons spielen noch weitere Gründe eine Rolle, wie z.B. die Trichterform ausgebildet ist (z.B. expotential), das Material (harte, glatte Oberflächen geben hohe Töne besser wieder), sowie wie viele Biegungen und/oder Knicke die Tonführung besitzt, da auch diese den Klang stark beeinflussen können.

[ Bearbeitet So Mai 13 2012, 13:47 ]
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Willi-H-411
So Mai 13 2012, 20:27
Dabei seit: Mi Okt 12 2011, 11:42
Wohnort: Ruhrpott
Einträge: 1377
Hallo!

Das liest sich sehr gut. Kann man eigentlich diese "Pseudo-Verstärkung" auch irgendwie errechnen? Du schreibst, daß es auf die Länge und auf den Enddurchmesser des Trichters ankommt. Steht das irgendwie in einem rechnerischen Zusammenhang?

Was weiß ich, vielleicht "Länge dividiert durch Durchmesser"?

Aber nee, das kann ja nicht sein. Dann müßte ein kurzer Trichter mit kleinem Durchmesser ja dieselbe Wirkung haben, wie ein langer mit großem Durchmesser.

Aber vielleicht "Länge mal Durchmesser"?

Irgendein Zusammenhang wird doch da sein?

VG Willi

[ Bearbeitet So Mai 13 2012, 20:29 ]
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RF-Musiker
So Mai 13 2012, 20:56
Dabei seit: Do Sep 15 2011, 11:21
Wohnort: Berlin
Einträge: 362
Eine bekannte Anwendung dieses Prinzips ist die Hornbox, welche ursprünglich fürs Kino entwickelt wurde und heute bei sehr großen Beschallungsanlagen sicher stellen soll, dass mit möglichst wenig Verstärkerleistung möglichst viele Leute das Gehör ruiniert bekommen ;-)
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Formiggini
So Mai 13 2012, 20:59


Dabei seit: Di Dez 28 2010, 19:20
Einträge: 1758
An solche Berechnungen würde ich mich selber nicht heranwagen...
Sie würden wohl so oder ähnlich aussehen

Berechnung der Öffnungsfläche des Horns, gefunden auf dieser Seite: Link - Hier klicken

Bei dem Bau meines Grammophon (Trichter) halfen mir jedoch diese Programme

Link - Hier klicken
Link - Hier klicken

Eigentlich gedacht für den Lautsprecher Selbstbau, können sie aber auch Hörner/Trichter berechnen.

Grüße

[ Bearbeitet Sa Jan 06 2018, 13:11 ]
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Rundfunkonkel
So Mai 13 2012, 22:17
Dabei seit: So Jul 03 2011, 16:48
Wohnort: Umkreis Köln
Einträge: 1137
Hmm, ich glaube ich habe bei Professor Knox im Fix und Foxi nicht genug aufgepasst. Auf jeden Fall scheint man als Ergebnis eine Amiga Matrize zu erhalten!

Spaß beiseite, vielen Dank für diese Erklärung, die einiges ans Licht bringt.

Gruß

RFO
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Willi-H-411
Di Mai 15 2012, 15:54
Dabei seit: Mi Okt 12 2011, 11:42
Wohnort: Ruhrpott
Einträge: 1377
Noch mal 'ne Frage zur Konkretisierung:

Man nehme zwei Trichter. Beide Öffnungen vorne sind gleich groß. Nur die Trichter sind in der Länge verschieden. Ist der längere Trichter dann lauter, als der kürzere?

VG Willi
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kronackel
Mo Aug 13 2012, 12:17
Gast
Ich habe im rahmen eines Schulprojektes die absicht ein Grammophon für einen Teil meines abschlusses zu bauen.
Gibt es einen deutlichen Unterschid was die Tonqualität betrifft, wenn ich verschiedene Holtzsorten für den Trichter nehme? und welches Holz ist das Beste?

Gruß Felix.
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veritas
Mo Aug 13 2012, 12:45
Dabei seit: Do Jun 28 2012, 17:52
Wohnort: Allgäuer Provinzpampa
Einträge: 536
Hi Felix!

Das Material macht bei der Wiedergabe wie auch bei Aufnahme einen sehr großen Unterschied. Es kommt aber auch auf Form Deines geplanten Trichters an. Wenn Du eine feste Konstruktion baust, dann ist eine Rechtecks- oder Quadratform wahrscheinlich am einfachsten zu bauen. Dafür kannst Du ggf. auch Spanplatten verwenden. Früher hat man sehr gern z.B. Eiche oder Mahagoni oder andere Harthölzer verwendet.

Du kannst aber auch Furnierholz nehmen und es biegen um einen runden Trichter zu bauen. Grundsätzlich gilt, je weicher das Material, desto mehr Schall wird geschluckt. Manchmal ist das aber auch von Vorteil, weil der Trichter dann etwas basslastiger wird.

Stahl- oder Messingblech eignen sich klanglich auch ganz hervorragend. Das dürfte aber doch zuviel Aufwand bedeuten.

Bei Holztrichtern ist es auch günstig, wenn sie zum Schluß noch lackiert werden. Das macht die Oberfläche glatter und reflektiert den Schall noch etwas besser. Aber das ist oben im Artikel ja schon sehr schön beschrieben.

Bei der Größe würde ich nicht zu sparsam sein. Ein geradliniger Trichter sollte ruhig 40 cm oder noch länger sein. Das macht auch mehr Eindruck als ein kleiner Quäkerich.

Viele Grüße, Norman
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kronackel
Mo Aug 13 2012, 15:48
Gast
Erst mal danke für die schnelle hilfe. Und aus der ersten Frage hat sich gleich die nächste ergeben.

Jetzt weis ich, dass ein Hartholzarten geeignet sind. Allerdings wird es auch eine dicke optimal dicke geben. Hat da irgendjemand eine Ahnung welche das so sein dürfte?
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grammofar
Di Aug 14 2012, 13:03
Dabei seit: Do Aug 02 2012, 23:11
Wohnort: 24364 Holzdorf
Einträge: 267
Zur Dicke des Holzes ist zu sagen: je dicker desto besser.
Wenn das Material zu dünn ist, gibt es Resonanzen. Der Trichter oder Trichterwandungen fangen an zu schwingen und dadurch geht Energie verloren.
Es gibt Experimente bei denen der Trichter in Beton gegossen wurde :)

Sonst kann man sich eine exponentielle Erweiterung errechnen (wenn man es kann und dazu Lust hat).

Da gibt es einmal die Möglichkeit den Beginn des Trichters - also den Querschnitt des Schalldosenausgangs - mit dem Trichterausgang ins Verhältnis zu setzen.
Dadurch wird dann die Trichterlänge errechnet...so wurde z.B. bei HMV vorgegangen um die Re-entrant Modelle zu fertigen.

Diese Möglichkeit ist auch fast die einzig ausführbare Variante, denn die Öffnung der Schalldose ist eig. immer vor gegeben :)
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Formiggini
Mi Aug 15 2012, 22:15


Dabei seit: Di Dez 28 2010, 19:20
Einträge: 1758
Der ideale Trichter ist akustisch "tot", sprich er neigt bei keinen Frequenzen zu Eigenresonanzen.

(Trichter)material ist umso besser geeignet, je steifer es ist.

Von daher ist obige Aussage "Je dicker je besser" richtig.
Nun haben aber unterschiedliche Materialien verschiedene Resonanzfrequenzen.

Je mineralischer/anorganischer ein Material, umso weniger neigt es zu Eigenschwingungen die zu Resonanzen/Verzerrungen im Klangbild führen können.

D.h. ein Trichter darf durchaus aus einem dünnen, leicht formbaren Material bestehen, wenn es zusätzlich "akustisch tot" versteift/verstärkt wird.

Hier eignet sich Gips sehr gut.

Die Eigenresonanz von Gips liegt unter der Hörschwelle, also in einem Frequenzbereich unter 40 - 50Hz.

Man kann einen Trichter aus einem Resonanz starken Material formen (dünnem Holz, Blech usw.) wenn man den Trichter zusätzlich mit Gips versteift.

Hier eignen sich z.B. Gipsbinden recht gut.

Ähnlich waren auch Aufnahmetrichter gebaut. Entweder wurden diese von außen versteift (Gips?), oder es wurden kleine Löcher in den Trichter gebohrt um die Eigenresonanz unterhalb der Hörschwelle zu verlagern.

Aufnahmetrichter der VOX.
Deutlich zu erkennen die außen auf dem Trichter liegenden "Versteifungen".
Es könnte sich tatsächlich um Gips getränkte Tücher handeln, den Vorläufer der heutigen Gipsbinden.

In einer Quelle über die (akustischen) Aufnahmen bei der HMV in England (leider finde ich den Artikel gerade nicht), war auch die Rede davon, das Trichter für Orchesteraufnahmen gänzlich aus Gips gefertigt waren.


Viele Grüße


[ Bearbeitet So Jul 27 2014, 23:11 ]
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kronackel
Mi Sep 12 2012, 12:59
Gast
Mein Mathelehrer konnte wirklich nicht viel damit anfangen...

So habe ich einfach irgend ein Modell selbst erfunden und meinen Trichter danach gebaut.
Wenn Interesse besteht, kann ich den "Grammophon bau" in einem neuem Thema genauer erläutern.


Jetzt habe ich noch einige Frage.


Es geht um den Bass bei´m Grammophon und den Trichter.

1. Die Bass Frequenz schwingt langsamer... nimmt man dann nicht Theoretisch zuerst die hohen Töne wahr??? oder folgt der Bass zu schnell um einen Unterschied zu merken?

2. Wird der Bass "verstärkt" wenn der Trichter Schwingt?

3. Warum verbessert der Trichter überhaupt den Ton?


danke schon mal im vorraus
Gruß, Felix *telen
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_-_-_
Mi Sep 12 2012, 15:07
Dabei seit: Do Mai 12 2011, 09:46
Einträge: 273
kronackel schrieb ...

Mein Mathelehrer konnte wirklich nicht viel damit anfangen...

Mit welcher Formel konnte dein Mathelehrer nichts anfangen?

kronackel schrieb ...

1. Die Bass Frequenz schwingt langsamer... nimmt man dann nicht Theoretisch zuerst die hohen Töne wahr??? oder folgt der Bass zu schnell um einen Unterschied zu merken?

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist bei allen Frequenzen konstant.
Es ist die Schallgeschwindigkeit in Luft: c

c = λ·f = konstant = 343 m/s

c: Schallgeschwindigkeit in Luft in Meter pro Sekunde [m/s]
λ: Wellenlänge in Meter [m]
f: Frequenz in Hertz [1/s]

Das heißt:
Niedrige Frequenz, große Wellenlänge zum Beispiel: f = 196 Hz, λ = 1,75 m
Hohe Frequenz, kleine Wellenlänge zum Beispiel: f = 3500 Hz, λ = 0,098 m

Gruß
_-_-_


[ Bearbeitet Mi Sep 12 2012, 15:08 ]
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Formiggini
Mi Sep 12 2012, 21:27


Dabei seit: Di Dez 28 2010, 19:20
Einträge: 1758
2. Wird der Bass "verstärkt" wenn der Trichter Schwingt?

Nein.
Zwar gab es immer wieder Versuche (manche glückten ganz gut) die Resonanzen eines Trichters in die Klangwirkung ein zu beziehen, generell sollten aber Resonanzen vermieden werden.
Am besten ist ein Trichter aus einem akustisch "toten" Material. D.h. die Eigenresonanz des Trichter(materials) soll unter oder über der Hörschwelle liegen.
Ersteres ist besser zu erreichen durch "schweres" Material wie Gips, Stein, Pappmaché, Kunststoffe, dickeres Holz oder Metall usw.

3. Warum verbessert der Trichter überhaupt den Ton?

Weil der den Wirkungsgrad der Schalldose verbessert.
Aus dem Eröffnungseintrag: ...das ein Trichter eben nicht verstärkt, sondern ähnlich wie ein Transformator in der Elektrik unterschiedliche Größen im Raum an einander anpasst.


Viele Grüße



[ Bearbeitet So Jul 27 2014, 23:16 ]
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