HPE funktioniert das?

[Gaga]

Moin,

vielen Dank, Jochen!

Da ich gerade eh dabei war die Situation mit AKABAK anzuschauen, schnell ein paar Abbildungen in Bezug auf Deine Erklärung.

Ich habe einen TMT in ein geschlossenes Gehäuse mit der Höhe L=80cm gesetzt und betrachte zunächst nur diese Resonanz. Bei lambda/2 (hier ca. 215Hz) ist die Grundresonanz und entsrechende Druckverteilung im Gehäuse zu sehen:


Wie von JFA beschrieben:

Bei L = lambda/2 präsentiert das Gehäuse an jedem Ende die gleiche Impedanz des jeweils anderen Endes. Klingt ja auch einleuchtend, zwischen Hin- und Rückweg liegt ja eine ganze Wellenlänge. Soll heißen: das Chassis sieht dann also nicht mehr das Gehäuse als Induktivität, sondern als unendlich hohe Impedanz. Halt wie eine Wand. Und weil es so schwierig ist, gegen eine Wand zu arbeiten, steht das Chassis: still. Es bewegt sich einfach nicht mehr. Natürlich nur in diesem idealisierten Modell, in der Realität kommen da ein paar Faktoren hinzu, die das verhindern, aber hier soll das vereinfachte Modell genügen.

Die Druckmaxima sind an den gegenüberliegenden Wänden zu sehen, dazwischen in der Gehäusemitte ein Druckminimum (daher fand ich die erste hier geteilte Abbildung von QAcoustics (in der sich im Gehäuse unten ein Druckmaximum, an der gegenüber liegenden Gehäusewand ein Druckminimum befindet) auch falsch.

Der FR sieht so aus (einmal nah vor der Membran, einmal in 1m Entfernung axial):


Die lambda/2-Resonanz ist gut zu sehen:

Dieses völlig frei schwingen ist dann das, was man als Höcker in der Impedanzkurve sieht. Im Frequenzgang dagegen kommt erst ein schmalbandiger Einbruch, dicht gefolgt von einer ebenso schmalbandigen Spitze. In Akabak kann man das schön betrachten, wenn man keine Wallimpedance benutzt.

Für L=lambda/4 (hier bei ca 108Hz) sieht das so aus:


Am Gehäuseboden befindet sich ein Druckmaximum, der Druck nimmt zur gegenüber liegenden Seite (Gehäusedeckel) kontinuierlich ab.

Der Fall für L< lambda/4 (hier L=80cm und 51Hz; lambda=687cm):

Sobald L < lambda/4 wird wirkt das Gehäuse nicht mehr als C, sondern als L. Auch das ist erstmal kein großes Problem, es bremst das Chassis ein wenig ein.

Der Druck baut sich im ganzen Gehäuse auf.

Und nu?

Was kann man dagegen tun? Den tiefen Einbruch bekommt man weg, indem man dem Chassis bei der fraglichen Frequenz eine geringe akustische Impedanz präsentiert. Im Ersatzschaltbild gesprochen: Das Gehäuse entspricht in etwa einem Parallelschwingkreis (hohe Impedanz bei seiner Resonanzfrequenz), dann muss parallel der dazu duale Serienschwingkreis geschaltet werden. Das geht zB durch einen Helmholtzresonator (Rohr = Impedanz, Volumen = Kapazität), oder einen einseitig geschlossenen lambda/4-Resonator - siehe oben, der hat dann ein seinem Eingang eine sehr geringe Impedanz. Ein beidseitig offener lambda/2 ginge auch, aber wo soll das "entfernte" Ende hin? Ein gerades Rohr tut es nicht, das würde genauso schwingen wie das Gehäuse, aber vielleicht funktioniert es wirklich, wenn man es biegt: ein Ende an der Wand, ein Ende auf halbem Wege, aber eben mit Umleitung.

An diesen Simulationen bastel ich gerade, bzw. deshalb zieht es sich etwas. Das Problem ist, dass ich nicht klar habe, wie ich die Dämpfungseigenschaften im Rohr in AKABAK simuliere (versuche das gerade über Wall Impedance / Damping, ggf. über Flächen im Rohr, für die ich ein Damping zuordne). Ich hoffe ich kriege was sinnvolles hin, dann stelle ich das hier rein.... Sachdienliche HInweise werden sehr gerne entgegen genommen.


Grüße,
Christoph

PS: Vielleicht ist das noch hilfreich - die Membranauslenkung über die Frequenz:

Bei L = lambda/2 präsentiert das Gehäuse an jedem Ende die gleiche Impedanz des jeweils anderen Endes. Klingt ja auch einleuchtend, zwischen Hin- und Rückweg liegt ja eine ganze Wellenlänge. Soll heißen: das Chassis sieht dann also nicht mehr das Gehäuse als Induktivität, sondern als unendlich hohe Impedanz. Halt wie eine Wand. Und weil es so schwierig ist, gegen eine Wand zu arbeiten, steht das Chassis: still. Es bewegt sich einfach nicht mehr. Natürlich nur in diesem idealisierten Modell, in der Realität kommen da ein paar Faktoren hinzu, die das verhindern, aber hier soll das vereinfachte Modell genügen.

[AR]

Hi,

superinteressant, danke !

Gruß
AR

[Gaga]

Moin zusammen,

Hi,

superinteressant, danke !

Vielen Dank! Denn mach ich doch mal weiter hier.

Für heute nur noch ein Teaser, ich hab' etwas Zeit gebraucht, das mit AKABAK zu simulieren. Zunächst - was passiert beim IRR? Dasselbe versuche ich dann basierend auf diesem Modell mit dem HPE.

Hab das ursprüngliche Modell nochmal vereinfacht und neu aufgebaut. Wieder eine einfache, geschlossenen Box mit einem TMT und einer Höhe von 80cm:



In Schnitt dann, was bei der Längenresonanz bei 219 Hz (lambda/2) im Gehäuse passiert:

Die lambda/2 Resonanz mit Druckmaxima am Gehäuseboden und -Deckel.


Der Frequenzgang in 1m Entfernung und nah vor dem TMT:


Der Einbruch bei 219 Hz.

Das selbe Modell mit einem IRR (D=10cm, L=35cm) mit Dämpfung (alles noch nicht optimiert, aber das Prinzip sollte zu sehen sein) bei 199Hz:


Der FR mit IRR:


Genauere Erklärungen dann später - ichhabe ohnehin eine tolle Erklärung von Onno hiergefunden:

So, liebe Freunde der resonierenden Röhren, ein paar Grundlagen vom Orgelbauer:

Hat das Resorohr an beiden Enden einen identischen Abschluss (offen oder geschlossen ist egal, wichtig ist, dass es an beiden Enden gleich ist), gibt es eine lambda/2-Resonanz. Hier gibt es alle harmonischen Oberwellen, also alle ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz, bzw ganzzahligen Quotienten der Grundwellenlänge.

Haben wir ein Rohr, bei dem ein Ende offen und ein Ende geschlossen ist, bekommen wir einen lambda/4-Resonator, welcher nur ungradzahlige Harmonische ausbildet, also das 1, 3, 5, 7....fache der Grundfrequenz.

Was passiert letztendlich bei so einer Resonanz/Stehwelle? Es wird Energie gespeichert, indem sie immer wieder von potenzieller Energie in Form von komprimiertem Gas im Druckknoten in kinetische Energie in Form von bewegtem Gas im Schnelleknoten und wieder Retour umgewandelt wird, bis die dabei auftretenden Verluste die vorher hineingesteckte Energie aufgebraucht haben.

Resonanzen wird man los indem man diese Verluste soweit erhöht, dass die ganze Energie innerhalb einer Schwingungsperiode aufgebraucht wird, der Physiker sagt dann "aperiodisch gedämpfter Oszilator". Dies erreicht man entweder durch Strömungswiderstand im Schnelleknoten einer Stehwelle oder durch Druckverluste im Druckknoten. Der IRR stellt hierbei die zweite Option dar, eingebrachtes Dämpfungsmaterial die erste Option dar.

In unserem Fall bedeutet es also, dass wir eine große Röhre mit zwei geschlossenen Enden haben, da weder die Lautsprechermembran noch die Passivmembran sich von Frequenzen mehr als zwei Oktaven oberhalb ihrer Eigenresonanz noch großartig beeindrucken lassen. Beidseitig geschlossene Röhre ist also erstmal Lambda/2-Resonator, mit Druckknoten an den geschlossenen Enden und Schnelleknoten in der Mitte. (Bei zwei offenen Enden [aka BR-Rohr] ist das genau umgekehrt, Schnelleknoten an den Enden und Druckknoten in der Mitte.) Die genaue Form der Rohrabschlüsse ist dabei erstmal ziemlich egal, solange es einigermaßen dicht ist (also geringe Druckverluste) resoniert das erstmal fröhlich vor sich hin.

Was macht jetzt der IRR? Der hat ja seinen Schnelleknoten im Druckknoten der zu entfernenden Stehwelle. Dadurch wird er zu einer gegenphasigen Schwingung angeregt: Wenn im Druckknoten gerade viel Druck ist, schwingt die Welle in den IRR hinein, wodurch sich der Druck im Druckmaximum verringert. Diese Welle läuft jetzt den IRR rauf un runter, und da er nur halb so lang ist wie das große Rohrgehäuse, ist die Welle wieder da, wenn das Druckmaximum gerade am anderen Rohrende angelangt ist und nun ein Druckminimum vorliegt. In diesem Moment kommt aus dem IRR also die Welle wieder heraus und erhöht so den Druck im Druckminimum....

Dämpfung findet also statt, indem Druckkdifferenzen verringert werden. Allerdings nur sehr selektiv bei einer Frequenz, bei schon leichte Abweichungen wird der Effekt stark verringert. Also sollte man, wie Karsten es schon schrieb, zunächst die andere, deutlich weniger kritische und viel breitbandigere Methode der Schallschnellebedämpfung benutzen, um anschließend gezielt die hartnäckigste Stehwelle per Resonator bekämpfen.

Gruß, Onno

Grüße,
Christoph

[4711Catweasle]

Moin Christoph,

erstmal meinen herzlichen Dank für Deine Simulationen.
Das stimmt weitgehend mit meinen Messungen über mehrere Jahre und Projekte überein.

Interessant ist nebenbei,was passiert wenn der TMT (Einbauposition) in Richtung Schnellemaximum wandert....
...die TMT Membran ist für die Gehäuse Längsresonanz akustisch durchlässig (Nahfeldmessung TMT).
Bei einem Projekt mit annähernd mittig verbautem Chassis war die Längsreso nur noch sehr abgeschwächt zu messen.
Ich weiß allerdings nicht ob Deine Simulation das zeigen kann?

Worauf ich hinaus will - Einbauposition Chassis / Port(Öffnung innen) machen durchaus einen Unterschied.

Bin sehr gespannt wie sich das beidseitig offene Rohr simuliert.....

[Chlang]

Danke, Christoph,

dass du den Ball aufgegriffen hast - mit solchen Simus kann man schön veranschaulichen, was passiert. Dazu weiter unten auch von mir noch ein bisschen was...

Das stimmt weitgehend mit meinen Messungen über mehrere Jahre und Projekte überein.

Interessant ist nebenbei,was passiert wenn der TMT (Einbauposition) in Richtung Schnellemaximum wandert....
...die TMT Membran ist für die Gehäuse Längsresonanz akustisch durchlässig (Nahfeldmessung TMT).
Bei einem Projekt mit annähernd mittig verbautem Chassis war die Längsreso nur noch sehr abgeschwächt zu messen.
Ich weiß allerdings nicht ob Deine Simulation das zeigen kann?

Worauf ich hinaus will - Einbauposition Chassis / Port(Öffnung innen) machen durchaus einen Unterschied.

Das habe ich hier mal simulatorisch angeschaut - Ergebnis war Chassis am besten in die Mitte des Gehäuses und BR-Kanal auf 1/4 der Höhe setzen.


Zeitlicher Verlauf von stehenden Wellen (Grundschwingung) in Gehäusen

Zu den stehenden Wellen glaube ich, dass die zeitliche Variabilität noch nicht ausreichend von allen verstanden wurde. Unter dem folgenden Link im Bereich "Schall" mit der Einstellung Teilchen kann man schön sehen, wie sich die Luftmoleküle unter dem Einfluss einer Schallwelle verhalten - das hilft beim weiteren Verständnis:
https://phet.colorado.edu/sims/html/...-intro_de.html

In einem geschlossenen Rohr haben wir dann im Frequenzbereich der stehenden Wellen longitutionale Wellen, die sich eben (ohne Krümmung) zwischen den Gehäusewänden bewegen. Die Luftmoleküle schwingen also in Ausbreitungsrichtung mit der entsprechenden Frequenz hin und her. Bei der Grundschwingung der stehenden Welle läuft die Welle innerhalb einer Periode (ganze Schwingung) einmal von oben nach unten und wieder zurück.Das wird unten grafisch für die Druck- und Geschwindigkeitsverhältnisse dargestellt.
Mein Sohn war so nett, mir in GeoGebra was zu basteln, so dass ich das nicht händisch zeichnen musste (und man es sich auch im zeitlichen Verlauf ansehen kann). Allerdings liegt hier das Gehäusewä zwischen den zwei senkrechten Strichen, die die linke (durch den Punkt B) und rechte Wand (durch den Punkt A) des Gehäuses (in einer Dimension) dartstellen. Die Bereiche links von B und rechts von A dürft ihr für die Grundschwingung vergessen.
Die Geschwindigkeit der Luftmoleküle (Schnelle) wird orange und der Druck im Gehäuse blau dargestellt.

1. Starten wir zum Zeitpunkt Null mit dem Part der Schwingung, bei dem die Luftmoleküle maximale Geschwindigkeit (orange) von links nach rechts haben. Man sieht, die Geschwindigkeit ist in der Mitte maximal und nimmt in Richtung der Gehäusewände ab, bis sie logischerweise an den Wänden null wird. Der Druck im gesamten Gehäuse ist jetzt Null. Die Energie der Schwingung steckt hier nur in der Bewegungsenergie der Luft-Moleküle.
   
2. Gehen wir in der Zeit 1/8 Periode (1/8 Schwingungsperiode) weiter, baut sich durch die Bewegung der Luft-Moleküle nach rechts in der linken Hälfte ein Unterdruck, in der rechten Hälfte ein Überdruck auf (blau), der gleichzeitig die Geschwindigkeit (orange) der Luft-Moleküle abnehmen lässt.
   
3. Wieder 1/8 Periode weiter (Zeitpunkt 2/8 Schwingungsperioden) wird der Druck links minimal und rechts maximal und bringt die Luft-Moleküle, die sich bis jetzt nach rechts bewegt haben, komplett zum Stillstand (Geschwindigkeit überall Null (orange)). Die Energie der Schwingung ist jetzt komplett im Druckunterschied zwischen links und rechts gespeichert. Und man kann sich schon denken, was jetzt passiert...
   
4. Wieder 1/8 Periode weiter (3/8 Schwingungsperioden) zieht der Druckunterschied die Luftmoleküle zurück, sie gewinnen an Geschwindigkeit in die andere Richtung, der Druckunterschied wird abgebaut (blau). Da die Moleküle sich jetzt von rechts nach links bewegen, ist die Geschwindigkeit negativ (orange).
   
5. Noch 1/8 Periode später (4/8 = 1/2 Schwingungsperiode) haben die Moleküle ihre maximale Geschwindigkeit von rechts nach links erreicht (orange) und die Druckdifferenz ist vollständig abgebaut (blau).
   
6. (5/8 Schwingungsperiode) ab jetzt wiederholt sich das Ganze in die andere Richtung...
   
7. (6/8 Schwingungsperiode)
   
8. (7/8 Schwingungsperiode)
   
9. (8/8 Schwingungsperiode (ein ganzer Umlauf geschafft, es beginnt von vorne...))
   

Ich denke, das Gezeigte kann dazu beitragen, den zeitlichen Verlauf der "stehenden Wellen" zu verstehen, der aus den meisten Grafiken, die oft nur die Verteilung des Maximaldrucks bzw. der Maximalgeschwindigkeiten (unabhängig von der Zeit und Richtung oder nur zu einem bestimmten Zeitpunkt) angeben, nicht hervorgeht.

Grüße
Chlang

[Gaga]

Moin Chlang,

schön, dass Du da auch genau draufschaust!

Zeitlicher Verlauf von stehenden Wellen (Grundschwingung) in Gehäusen

Zu den stehenden Wellen glaube ich, dass die zeitliche Variabilität noch nicht ausreichend von allen verstanden wurde. Unter dem folgenden Link im Bereich "Schall" mit der Einstellung Teilchen kann man schön sehen, wie sich die Luftmoleküle unter dem Einfluss einer Schallwelle verhalten - das hilft beim weiteren Verständnis:
https://phet.colorado.edu/sims/html/...-intro_de.html

Das ist genau der Punkt, mit dem ich mich im Moment rumschlage. Sehr schöne Erklärungen und Animationen gibt es auf dieser Seite hier.

The particular example of a standing wave that I want to illustrate is a standing sound wave in a pipe that is forced (by a moving piston or loudspeaker) at the left end and closed at the right end. This is the situation depicted by the figure from the Prentice Hall textbook, shown above and animated at right. The piston at the left end of the tube oscillates back and forth at a frequency equal to the ninth harmonic of the fundamental frequency of this "quarter-wavelength resonator." I'll describe each of the three plots that comprise the animation in turn.

Zu sehen sind (i) standing wave particle motion, (ii) longitudinal particle displacement und (iii) pressure variation. Ich denke das ist recht nah an dem, was Du mit den schönen Darstellungen auch (ähnlich) zeigst.

Allerdings ist bei diesem Beispiel ein Rohr gezeigt, an dessen einem Ende ein Treiber sitzt, am anderen Ende ist eine feste, reflektierende Wand. Das entspricht nicht der Situation in einem Gehäuse oder Raum (zwei feste Wände gegenüber, der Treiber sitzt irgenwo dazwischen (hat natürlich, wie Du auch schreibst, einen Einfluß, so wie auch die Position des Lautsprechers in einem Raum) und regt eben genau die 'passenden' Stehwellen an (lambda/2 -/4 etc.). In der Mitte des Raumes (oder mittig im Lautsprechergehäuse, bzw. allgemein an der Position von Druckknoten) regt er die erste Mode (bzw. höhere Moden) nicht an, so wie hier gezeigt.

Nun meine Frage: Schwankt der Schalldruck an den Gehäusewänden von Maximaldruck zu Minimaldruck in der Frequenz der jeweiligen Raummode (was ich annehme)? Oder stellt sich eine statische Druckverteilung ein, die halt vom Treiber gespeist wird?

Bei einer statischen Druckverteilung würde die LSP-Membran auch nicht weiter von der Stehwelle gestört (nu ja, genau genommen doch, weil je nach Über-oder Unterdruck die Membran eine DC-Auslenkung abbekäme, die man auch nicht möchte). Aber die Schwingung der Membran würde nicht angeregt oder gebremst, was aber tatsächlich passiert und entsprechend in der FR-Messung als Einbruch bzw. Überhöhung sichtbar ist.

Noch ein Gedanke: Sollte die erste Mode (lambda/2) durch einen IRR oder HPE entschärft worden sein, könnte die 2. Mode durch geschickten Einbau des Treibers am Schalldruck-Knoten (hier dann bei ca 1/5 Gehäuselänge) verringert werden, die dritte Mode dann eh vergleichsweise einfach durch eingebrachtes Dämpfungsmaterial unterdrückt werden.

Bei den IRR/HPE-Simus bin ich noch am schauen, wie ich die akustische Impedanz von eingebrachtem Dämpfungsmaterial am besten simulieren kann, daher braucht's noch etwas Zeit hier...

Grüße,
Christoph

[JFA]

Nun meine Frage: Schwankt der Schalldruck an den Gehäusewänden von Maximaldruck zu Minimaldruck in der Frequenz der jeweiligen Raummode (was ich annehme)? Oder stellt sich eine statische Druckverteilung ein, die halt vom Treiber gespeist wird?

Der Druck muss immer zwischen Maximum und Minimum wechseln. Ansonsten gäbe es keine Wellenausbreitung. Zumindest gibt es dann eine Stehwelle.

Du hast gefragt was passiert, wenn das Chassis nicht an einem Ende des Rohres sitzt. Dann kommt es darauf an, ob das Chassis im Rohr oder am Rohr sitzt. Ersteres wäre zB eine TML, bei der man vor das Chassis noch ein Rohr geflanscht hat. Der zweite ist eher das klassische Lautsprechergehäuse.

In beiden Fällen hilft es dann, zwei Rohre zu betrachten. Die "Doppel"-TML könnt ihr euch relativ leicht herleiten indem ihr meine vereinfachte Betrachtung von oben um ein sich genauso verhaltendes Rohr ergänzt, welches in Reihe zum Chassis und dem anderen Rohr sitzt. Beide Rohre sind Kapazität, Induktivät, 0 oder unendlich je nachdem, welche Frequenz gerade ansteht und wie lang die Rohre sind. Dementsprechend vielfältig sind auch die Wechselwirkungen.

Im zweiten Fall habt ihr auch ein zweites Rohr, aber das liegt parallel zum ersten. Und jetzt einmal schnell denken: das heißt, dass während das eine Rohr schon seinen Übergang zur Induktivität gemacht hat (L < lambda/4) ist das andere noch kapazitiv. Also bilden die zusammen einen Parallelschwingkreis. Und dann gibt es auch noch die Wechselwirkung mit der Chassismasse!

Herrlich, oder?

[Gaga]

Herrlich, oder?

Ja, absolut! Ich finde es großartig (und für mich spannend), die verschiedenen Betrachtungsweisen (elektrische Entsprechung, bildhafte Darstellungen, Messungen und Simus) des selben Systems zu vergleichen und in Übereinstimmung zu bringen.

Daher vielen Dank!

Grüße,
Christoph

[JFA]

Stimmt, und ich würde gerne mal einen gestandenen Physiker dazu hören. Außer, er stellt dann gleich die DGLs dazu auf und meint, das wäre doch alles ganz einfach

[Franky]

Obwohl ich das gerade interessant fände. Eine DGL aus einem aktuellen Fall zu entwickeln hat was - das hat mir im Studium immer gefehlt.

[Chlang]

Hi Christoph,

vielleicht in Ergänzung zu Jochen noch:

Allerdings ist bei diesem Beispiel ein Rohr gezeigt, an dessen einem Ende ein Treiber sitzt, am anderen Ende ist eine feste, reflektierende Wand. Das entspricht nicht der Situation in einem Gehäuse oder Raum (zwei feste Wände gegenüber, der Treiber sitzt irgenwo dazwischen (hat natürlich, wie Du auch schreibst, einen Einfluß, so wie auch die Position des Lautsprechers in einem Raum) und regt eben genau die 'passenden' Stehwellen an (lambda/2 -/4 etc.). In der Mitte des Raumes (oder mittig im Lautsprechergehäuse, bzw. allgemein an der Position von Druckknoten) regt er die erste Mode (bzw. höhere Moden) nicht an, so wie hier gezeigt.

Wenn der Treiber am Anfang des Rohres sitzt, dann entstehen die selben stehenden Wellen, solange die Bewegung des Treibers sehr klein im Vergleich zur Wellenlänge ist und die Rückwirkung der stehenden Wellen auf den Treiber ebenfalls vernachlässigbar bleibt. Das heißt, die gezeigte Animation der stehenden Welle entspricht den Verhältnissen in einem Gehäuse mit festen Wänden. (Darauf, wie die stehenden Wellen angeregt werden, bin ich oben nicht eingegangen - die stehende Welle war unter idealen Bedingungen ohne Dämpfung in dem Gehäuse gegeben).
Wenn ich an einem Ende anrege, kann ich immer alle in Frage kommenden Schwingungen anregen, da ich immer in einem Druckbauch sitze. Solange der Treiber und sein Abstand zur Wand wieder deutlich kleiner als die Wellenlänge ist, sollte es wieder vernachlässigbar sein, ob er am Anfang der Röhre (Deckel) oder eben entsprechend nahe dran in einer Seitenwand sitzt.
Ansonsten ist es so, dass der Treiber (im Wesentlichen) ein Druckwandler ist und nur dort (nennenswert) Energie ins System einkoppeln kann, wo kein (zur Frequenz passender) Druckknoten ist.

Nun meine Frage: Schwankt der Schalldruck an den Gehäusewänden von Maximaldruck zu Minimaldruck in der Frequenz der jeweiligen Raummode (was ich annehme)? Oder stellt sich eine statische Druckverteilung ein, die halt vom Treiber gespeist wird?

Dass der Druck an den Gehäusewänden mit der Frequenz schwankt, sollte jetzt ja klar sein. Von einer quasistatischen Druckverteilung (also überall gleicher Druck im Gehäuse) kannst du nur solange ausgehen, wie die Wellenlänge deutlich größer ist als die größre Gehäusedimension. Bildlich gesprochen tut sich erst was, wenn die Welle noch nicht bis zum Ende des Gehäuses gekommen ist, die Anregung aber schon wieder in die andere Richtung geht.

Noch ein Gedanke: Sollte die erste Mode (lambda/2) durch einen IRR oder HPE entschärft worden sein, könnte die 2. Mode durch geschickten Einbau des Treibers am Schalldruck-Knoten (hier dann bei ca 1/5 Gehäuselänge) verringert werden, die dritte Mode dann eh vergleichsweise einfach durch eingebrachtes Dämpfungsmaterial unterdrückt werden.

Ich versuche es bei geschlossenen Gehäusen z.Zt. immer andersherum zu machen und den Treiber in die Mitte der größten Gehäuseausdehnung zu setzen. Bei kleineren Gehäusen erübrigen sich dann meist schon irgenwelche Resonatoren

Im übrigen finde ich das mit den schwingenden Molekülen in einem Rohr wesentlich anschaulicher als irgendwelche Differentiagleichungen unter speziellen Randbedingungen zu betrachten

Grüße
Chlang,

der auf Simulationsergebnisse gespannt ist

[Gaga]

Moin zusammen,

der auf Simulationsergebnisse gespannt ist

Es hat leider ein bisschen gedauert - der Grund ist aber aus meiner Sicht jedoch höchst erfreulich: Heinrich (Ente) hat angeboten ein entsprechendes Testgehäuse zu bauen und Messungen ohne und mit verschiedenen internen Resonatoren (IRRs, halbseitig geschlossen und einem HPE (beidseitig offen)) durchzuführen, um die Mesungen mit den entsprechenden Simulationen vergleichen zu können.

Das ist natürlich außerordentlich hilfreich, um (i) die Wirkungsweise der verschiedenen Resonatoren und gleichzeitig (ii) die Genauigkeit, bzw. Fehlerbehaftung der entsprechenden Simulationen anschauen und verstehen zu können. Zudem können Annahmen der Simulationen, z.B. hinsichtlich angenommener Dämpfung, anhand der Messungen verifiziert und entsprechend justiert werden.

Heinrich hat folgendes Testgehäuse aufgebaut:


Eingesetzt wurde der ScanSpeak 22W4534G00. Die von Heinrich gemessenen TSP des Treibers habe ich in die Simulation übernommen.

Die Messungen sind sehr umfangreich: Es liegen Messungen für
(A) das leere Testgehäuse;
(B) den Resonator B, IRR, halbseitig offen;
(C) den Resonator C, 'HPE' beidseitig offen (Yamaha);
(D) den Resonator D, IRR, halbseitig offen;
vor.

Die Messungen umfassen
- den Frequenzgang im Nahfeld,
- die Impedanz,
- Frequenzgang an verschiedenen Stellen im Gehäuse (0.25, 0.33, 0.5, 0.66, 0.75 der Gehäusehöhe),
mit gedeckelten (geschlossenen) und offenen Resonatoren, sowie Messungen an einer BR-Variante des Gehäuses.

Ich habe daher meine Simulationen nochmals mit den Gehäußeabmessungen des Testgehäuses, sowie mit den TSP und Maßen des ScanSpeak 22W4534G00 durchgeführt (und bin noch dabei, diese zu vervollständigen).

Letztlich möchte ich die Test-Setups (A)-(D) entpsrechend simulieren, ebenfalls den Frequenzgang im Nahfeld, die Impedanz und den Frequenzgang an verschiedenen Positionen innerhalb des Gehäuses. Zusätzlich erlaubt die Simulation die Radiation Impedance des Treibers und die Druckverhältnisse im Gehäuse bei verschiedenen (relevanten) Frequenzen darzustellen.

Also eine Menge an Daten und eine Menge Möglichkeiten, diese darzustellen.

Zunächst das leere Testgehäuse der Simulation. Hier noch mit 'Bordmitteln' von Akabak aufgebaut:


Im Schnitt ohne Resonator:


Und im Schnitt mit Resonator (B):


Bevor es mit dem leeren Testgehäuse losgeht ein paar Anmerkungen:
- Die erste Simulation mit Resonator (B) ist nicht ganz korrekt, d.h. identisch mit der entsprechenden Messung. Grund ist, dass ich in Akabak Symmetrie verwenden wollte, um sehen zu können, was im Resonator bei verschiedenen Frequenzen vor sich geht. Das finde ich für das Verständnis der Wirkungsweise zunächst nützlich. Später dann die hinsichtlich de rgenauen Einbaulage der Resonatoren korrigierten Simulationen.
- Bei den Simulationen gehe ich zunächst von 'ideal' schallharten Gehäusewänden aus. Dies wird später ggf. beim eingehenden Vergleich Messung vs Simulation noch angepasst.

Ggf. fasse ich (bzw. wir) die Daten bei Interesse mit Hilfe und Einverständnis von Heinrich noch in einem Dokument zum Download übersichtlich zusammen.

Denn also im nächsten Beitrag zunächst der Vergleich von Messung und Simulation von FR und Gehäuseresonanzen im geschlossenen Gehäuse.

Als Teaser die Druckverteilung bei 120Hz im Gehäuse bei den verschiedenen Setups.

Leeres Gehäuse:


Gehäuse mit geschloseenem Resonator:


Gehäuse mit einseitg offenem Resonator (IRR), Dämpfung = 0:


Gehäuse mit einseitig offenem Resonator (IRR), Dämpfung = 1:



Grüße,
Christoph

[Chlang]

Noch spannender...

Klicke schon die ganze Zeit auf Refresh.
Lasst euch die Zeit, die es braucht.

Grüße
Chlang

[Gaga]

Moin zusammen,

Noch spannender...

Dann will ich mal. Hat sich etwas verzögert, weil ich die erste Simulation nochmal überprüfen musste und weil es recht aufwädig war, die ganzen Abbildungen halbwegs in ein sinnvolles Format zu bringen.

Zunächst einmal die Messungen von Heinrich, Gehäusemaße und Treiber siehe Beitrag #92 oben. Im ersten Schritt einfach im geschlossenen Gehäuse im Nahfeld.

Der Frequenzgang:


Die Impedanz:


Zusätzlich hatt Heinrich im Gehäuse gemessen. Die Mikrofon-Positionen sind in Beitrag #92 in der Abbildung 'Im Schnitt ohne Resonator:' zu sehen. Gemessen wurde in 0.25, 0.33, 0.5, 0.66 und 0.75 x Gehäusehöhe, 7cm von der Seite. Die Messungen in einer Abbildung:


Schwarz: 0.5 x Gehäusehöhe;
Grün: 0.75 x Gehäusehöhe (= oben);
Dunkellila (?): 0.66 x Gehäusehöhe (=oben);
Rot-Lila: 0.33 x Gehäusehöhe (=unten);
Rot: 0.25 x Gehäusehöhe (=unten);

Sieht erstmal etwas wirr aus - erklärt sich aber mit den unten folgenden Abbildungen zu den Druckverhältnissen im Gehäuse weiter unten.

Der Vergleich mit den simulierten Daten zeigt, dass die Simulationen noch ordentlich abweichen, also im Lauf des Threads noch verbessert werden.

Der Frequenzgang im Nahfeld:

Schwarz: Messung;
Rot: Simulation;

Die Impedanz:

Schwarz: Messung;
Rot: Simulation;

Die Frequenzgänge an den Mikrofonpositionen im Gehäuse:

Hier nur die Simulation, die Darstellung in einer Abbildung mit den gemessenen Frequenzgängen wäre etwas unübersichtlich geworden. Das passt aber - zumindest für die ersten Resonanzen ganz gut.

Zusätzlich simuliert die Radiation Impedance des Treibers:


Ich zeige das, weil die Resonanzen ganz gut zu sehen sind. Die ersten Resonanzen des Gehäuses (50 dm3, H=0,7m, B=0,24, T=0,3) liegen rechnerisch bei:
f(Höhe) Hz: 246, 491, 737,...
f(Breite) Hz: 716, 1433, 2150,...
f(Tiefe) Hz: 573, 1146, 1720,...

Die Druckverhältnisse im Gehäuse bei den wichtigsten Frequenzen:


249 Hz, erste Längenresonanz.


490 Hz 2. Längenresonanz.


567 Hz: 1. Tiefenresonanz


1173 Hz: 2. Tiefenresonanz plus...

Mit höheren Frequenzen wird das zunehmend unübersichtlich - ich hab mal versucht das in einem GIF zusammenzufassen. Hoffe es läuft auch in unserer Forensoftware...


Wie geht's weiter? Die entsprechenden Messungen und SImulationen mit einem IRR gegen die Resonanz der Gehäusehöhe.

Bis denn, Grüße,
Christoph

[Gaga]

Moin zusammen,

es hat leider etwas gedauert, aber jetzt geht's mit der Simulation der Wirkung eines IRR im geschlossenen Gehäuse (Maße siehe Beitrag oben) weiter.

Die Simulationen zeigen die Wirkung eines Resonators in folgenden Varianten:
1. IRR komplett geschlossen.
2. IRR einseitig offen ohne Dämpfung.
3. IRR einseitig offen mit maximaer Dämpfung.

Zunächst die Frequenzgänge im Nahfeld:


IRR geschlossen.


IRR offen, keine Dämpfung.


IRR offen, maximale Dämpfung.

Und gleich der Vergleich:


Was ist mit geschlossenem IRR zu sehen:
- Zunächst sehr deutlich die Längenresonanz des Gehäuses bei ca.250 Hz.
- Die kleinere 2. Längenresonanz bei ca 500Hz.
- Die erste Resonanz der Gehäusetiefe bei etwa unter 600 Hz.

Der offene, unbedämfte IRR interagiert mit der Längenresonanz, diese neue, etwas tiefere Resonanz ist bei knapp über 200 Hz sichtbar. Eine zweite Resonanz bei knapp über 250 Hz bleibt stehen. Die 2. Längenresonanz und die 1. Resonanz der Gehäusetiefe bleiben stehen. Insgesamt werden die Resonanzen leicht gedämpft - der Energieeintrag de Tieftöners ist ja gleich, aber es ist eine 2. Längenresonanz entstanden (Gehäuse + IRR).

Der maximal bedämpfte IRR zeigt natürlich Wirkung: Die erste und zweite Längenresonanz werden durch ihn stark bedämpft. Die Resonanz der Gehäusetiefe bleibt bestehen - hier bräuchte es einen weiteren, entsprechend liegenden IRR zur wirkungsvollen Dämpfung.

Die Wirkung des Resonators ist auch in der imulierten Impedanz zu sehen:


Wie sehen die Druckverhältnisse, bzw. die Wirkung des IRR im Gehäuse aus?

Für den geschlossenen IRR wie zu ertwarten sehr ähnlich wie für das geschlossenen Gehäuse ohne IRR:


Die erste Längenresonanz bei ca 250 Hz.


Die zweite Längenresonanz bei ca 500 Hz.


Die erste Resonanz der Gehäusetiefe bei etwas unter 600Hz.


So weit so gut. Was passiert bei offenem, aber unbedämpftem IRR?


Die etwa erniedrigte Längenresonanz bei 215Hz....

...bei 237Hz...

...und bei 261Hz.

Der offene, ungedämpfte Resonator interagiert mit der Längenresonanz - was schon im Frequenzgang zu sehen war.


Die zweite Längenresonanz (hier bei 490Hz dargestellt).


Und die erste Resonanz der Gehäusetiefe (hier bei 567 Hz dargestellt).

Schließlich: Wie sieht das aus, wenn der Resonator maximal bedämft ist (die Schallwellen gehen in den Resonator, es kommt aber nichts mehr raus = maximale Dämpfung)?


Die erste Längenresonanz (hier bei 215Hz).


Die zweite Längenresonanz bei kanpp 500Hz. Diese bildet sich nicht mehr vollständig aus.


Die erste Resonanz der Gehäusetiefe.

Die Wirkung/Wirkungsweise des Resonators ist schön zu sehen. Wie genau oder fehlerbehaftet die Simulationen (mit den derzeitigen Annahmen) tatsächlic sind - dazu mehr im nächsten Beitrag. Als Einstig nur kurz die Messung des Frequenzgangs (identisches Gehäuse, ein bedämpfter IRR):


Und die Messung der Impedanz:


BIs dahin, Grüße,
Christoph

Ein Vergleich der Simulationen mit den Messungen dann im nächsten Beitrag,

[walwal]

Super

[Chlang]

Super

Genau und Danke, Christoph (und Heinrich)!

Soweit scheinen die Simulationen ja zu funktionieren - bin auf die weiteren Vergleiche mit den Messungen gespannt!

Grüße
Chlang

[ente]

Hier der Vergleich Simulation - Messung in der Reihenfolge
1. IRR komplett geschlossen.
2. IRR einseitig offen ohne Dämpfung (D=0)
3. IRR einseitig offen mit maximaler Dämpfung.(D=1)

Messung (schwarz), Simulation (rot)
ohne Pegelanpassung


Variante Closed

Variante D=0

Variante D=1


Messtechnischer Vergleich der drei Varianten

Gruß
Heinrich

[walwal]

Alles klar, danke. Die Yamaha-Variante - macht ihr da noch was?

[ente]

... und hier der Impedanzvergleich:


Closed

D=0

D=1

Gruß
Heinrich