Raummoden - Gegenmaßnahmen

[bilmes]

Hallo!

bin neu hier im Forum. Habe diesen Beitrag aufmerksam gelesen, dabei ist mir aufgefallen, dass nirgendwo die Formeln genannt wurden, welche ich zur Berechnung des K-Faktors und der Nachhallzeit des Helmholtz-Absorbers benötige. Wie sehen diese denn aus?

Zu meinem Vorhaben: Ich möchte eine heftige 48 Hz Raummode bekämpfen, indem ich mir einen 290l-Absorber unters Bett zimmere. Hier eine Zeichnung:



Und so sieht meine bisher geplante Abstimmung aus:

Helmholtz Resonator, Samstag, 24. April 2010 - 21:36:53
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Height : 18,5 cm
Width : 158 cm
Depth : 98 cm
Port length : 10 cm
Port diameter : 31,5 cm
Port area : 779,31 cm2
f res : 48,13 Hz
Volumen : 286,45 Liter
Q : 3,81
Bandwidth : 12,64 Hz
f-low : 41,81 Hz
f-high : 54,45 Hz
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vorab muss ich allerdings noch prüfen, ob an den Stellen wo nachher die Reflexkanäle sind, auch ein hoher Schalldruck herrscht. Bisher habe ich das nur auf Ohrhöhe in Wandnähe geprüft.

Grüße!

[nk]

Hallo bilmes,

willkomen im PIEGA-Forum. Ich gehe davon aus, dass Grundkenntnisse in Excel vorhanden sind, dann kannst du die Formeln einfach kopieren.

Ausgehend von folgenden Excelzellen:

B1 = Resonanzfrequenz
B2= Helmi-Volumen in Liter
B3= Gütefaktor (Wert vom Acoustic-Calculator übernehmen)
B4= Anordnungsfaktor (siehe unten)

Formel für Wirkungsgrad:
=5*POTENZ(10;-13) * POTENZ(B1;3) *(B2*1000) * B3 * B4

Formel für Nachschwingzeit in Sekunden
=(B3/3,141) * (6,9 + 0,5*LN(1+(1/(WURZEL(4*(B3*B3)-1)))))/B1


Anordnungsfaktor beinhaltet einen Wert für die Wirksamkeit im Raum:
Freie Aufstellung = 1
Wandeinbau = 2
Raumkante = 4
Raumecke = 8



Und natürlich…KEINE GARANTIE AUF RICHTIGKEIT.
Die Formel zur Nachschwingzeit ist aus der Audioenzyklopädie von Andreas Friesecke entnommen.

Aber die Helmi-Innenmessungen und die Rechenmodelle hatten bisher immer so halbwegs gepasst.


Die Verringerung der Güte (Q-Faktor) mittels Dämpfung und/oder „Stoffbremse“ lässt sich nicht mehr berechnen, dann muss gemessen werden. Werden die Rechenmodelle aber so konzipiert, dass der Q-Faktor irgendwo bei 3 – 3,4 liegt, kommt man schon ganz gut hin.


Ich habe mal dein Beispiel genommen und komme (bei gerundeten Werten) bei einem Anordnungsfaktor von 4 (Raumkante) auf:



K-Faktor = 0,24
Nachschwingzeit 0,18 Sek


Leichte Abweichung durch Rundungen beachten. In deinem Helmi ein klein wenig Dämmung und alles ist perfekt. Die Beachtung des Druckmaximum hast du ja schon erwähnt.

[bilmes]

Helmi fertig!

Hallo,
es gibt Neues vom Helmi: Er ist vorläufig fertiggestellt!

Hier mal ein paar Bilder: (Link zur Helmi-Gallerie)



Das Beste ist eigentlich, dass er funktioniert! Die wirklich heftige 49 Hz-Mode ist wesentlich angenehmer geworden. Sie ist nicht weg, aber sie ist leiser geworden und hallt nicht mehr so lange nach. Und bisher habe ich noch kein Dämpfungsmaterial drin.

Wenn ich mit dem Sinus-Generator den Bereich um 50 Hz prüfe, kann ich feststellen dass 49-50 Hz wesentlich besser geworden sind. 46-47 Hz sind allerdings immer noch relativ laut geblieben. Mit zwei Brettchen die ich vor die Öffnungen schiebe kann man richtig gut die Wirksamkeit prüfen: Wenn ich z.B. eine Öffnung langsam zuschiebe (entspricht einer 38 Hz-Abstimmung) während ein 47-Hz-Ton läuft, wird dieser leiser; der 50 Hz Ton ist dafür dann allerdings wesentlich lauter als mit beiden Öffnungen offen.

Habe nun vor ihn ein wenig tiefer abzustimmen, indem ich die Ports um 2 cm verlängere. Dies geschieht einfach indem ich das ohnehin geplante 22mm MDF-Brettchen davorschraube, nachdem ich ein passendes Loch reingesägt habe.

Ich überlege auch, mit Dämpfungsmaterial zu experimentieren, vielleicht lässt sich das Ergebnis dadurch noch weiter verbessern. Kann ich da was günstiges aus dem Baumarkt nehmen, z.B. Steinwolle?

[nk]

Hi bilmes,

ja, du kannst auch Steinwolle aus dem Baumarkt nehmen. Achte aber unbedingt darauf, dass die Luft vor dem Resorohr frei schwingen kann. Im Detail berechnen kannst du das dann allerdings nicht mehr. Da gilt dann try & error und/oder Mesungen durchführen.

Und den Grundsatz beachten:
Mit Dämmung wird Helmi leiser, dafür breitbandiger und mit kürzerer Nachschwingzeit.

[bilmes]

Hi,

es wird immer behauptet dass die Luft im Resorohr frei schwingen können muss. Jetzt habe ich aber kürzlich das Gegenteil gelesen:

"Damit ein Helmholtz-Resonator den Schall nicht verstärkt, sondern absorbiert, muss die schwingende Luft in der Öffnung durch Reibung gebremst werden. Dies geschieht meist durch ein dünnes, hinter die Öffnung geklebtes Vlies, manchmal versehen mit einer zusätzliche Auflage aus Mineralwolle oder Schaumstoff."

Quelle:

http://www.hunecke.de/de/wissen/absorber/helmholtz-resonatoren.html

Jetzt bin ich etwas verwirrt. Besteht das Arbeitsprinzip eines Helmi's nicht darin, einen um 180° phasenverschobenen Gegenschall zu erzeugen, der den Schall dann (teilweise) auslöscht? So gesehen wäre der Begriff "Absorber" auch falsch.

Versteht man den Helmi so wie bei hunecke.de beschrieben, ist der Begriff "Absorber" wieder treffend. Allerdings wird müsste der Resonanzeffekt doch strak abgemildert werden wenn man Dämpfung im Reflexkanal vorsieht.

Was genau bewirkt denn eigentlich Dämpfungsmaterial im Inneren? Tatsächlcih ist die Druckschwingung im Inneren doch stärker ausgeprägt als die Schnelleschwingung, meines Wissens wirkt Dämpfungsmaterial aber nur der Schallschnelle entgegen.

Was ist denn nun das dominierende Wirkprinzip des Helmi's? Auslöschung durch Interferenz mit der Mode oder Absorbierung durch das Dämpfungsmaterial?

Gruß, bilmes

PS: Mein Helmi funktioniert wirklich nicht schlecht, und ich habe überhaupt kein Dämpfungsmaterial...

[nk]

Hallo bilmes,

als es "losging" mit dem Thema Helmi hier im Forum, sind einige Widersprüche aufgefallen. In einer Beschreibung stand sogar, dass nur die Reibung im Rohr und in der Polsterwolle das Wirkprinzip darstellen. Dann könnte aber die Bassreflexbox nicht funktionieren. Natürlich entstehen durch Reibung an den entsprechenden Stellen Verluste, aber das sind Nebenwirkungen.

Das Wirkprinzip ist und bleibt der Resonator. Das heißt das Federvolumen des Gehäuses in Verbindung mit der schwingenden Luftmasse im Resorohr. Das steckt ja sogar im Wort HelmholtzRESONATOR.

Hier einmal die Beschreibung des Wirkprinzips aus Wikipedia:
Zitat:
Resonanzabsorber gehören zu den Schallabsorbern und bestehen im wesentlichen aus einer schwingenden Masse und einer Feder. Die auftreffende Schallenergie wird in kinetische Energie der Masse umgewandelt.
Zitatende


Wenn das Wirkprinzip Stoffbremse und Innendämmung wären, würde, wie schon erwähnt, die Bassreflexbox nicht funktionieren und wir könnten uns eigentlich die Abstimmung Rohr - Gehäusevolumen schenken. Also, warum muss dann Rohr - Gehäuse - Frequenz in eine Formel passen? In den Berechnungen findet nichts zu Dämmmaterialien.

Hier auch mal bei Strassacker


Natürlich könnte ein stark nachschwingender Helmi einen Eigenklang erzeugen. Und dieses Nachschwingen müssen wir mit Dämmung und/oder Stoffbremse reduzieren. Das Problem wird häufig darin liegen, dass viele ihren Helmi berechnen, um eine ausgeprägte Resonanz wegbügeln zu wollen. Sie streben also einen hohen Gütefaktor an, um den Frequenzgang zu linearisieren. Natürlich lockt es, auf eine hohe Güte zu optimieren, weil dann der Helmi kleiner werden kann. Aber eine hohe Güte ist schlecht für das Nachschwingverhalten.


Also: Das Wirkprinzip ist und bleibt die schwingende Luftsäule. Das Nachschwingen, das einen Ton erzeugen könnte, wird mit Dämmung verhindert. Wir können aber auf die Dämmung verzichten, wenn die Güte nicht zu hoch rutscht.

Denn letztlich macht ja die Dämmung nichts weiter, als die Güte zu reduzieren. Und ob wir eine Güte anstreben, die wir wegen der Nachschwinger mittels Dämmung reduzieren müssen, oder ob wir gleich eine nicht zu hohe Güte einplanen, kommt auf das Gleiche raus. Und in beiden Fällen verlieren wir Wirkungsgrad.

Im Prinzip hast du eigentlich zwei Wege zum gleichen Ziel: Einer nicht zu hohen Güte. Wenn du dir die Diagramme im Beitrag 24 ansiehst, siehst du das Dilemma: Wirkungsgrad vs. Nachschwingen.

[Freakofnature]

Helmholzresonator selbst gebaut

Bin ganz neu hier im Forum als Benutzer, lese aber schon eine Zeit lang. Ich habe gestern einen Helmi gebaut. Es war ein Erstversuch, für den Abhörraum eines Studios. Die Konstruktion selbst ist etwas roh ausgefallen, einfach eine Kiste aus Spanplatten zusammengeschraubt. Mit dem Akustirechner der hier ja auch empfohlen wurde habe ich folgendes berechnet:

Height : 60 cm
Width : 60 cm
Depth : 60 cm
Port length : 1,9 cm
Port diameter : 20 cm
Port area : 314,16 cm2
f res : 49,35 Hz
Volumen : 216,00 Liter
Q : 2,27
Bandwidth : 21,73 Hz
f-low : 38,49 Hz
f-high : 60,22 Hz

Wirkungsgrad: 0,23
Nachschwinzeit 0,10 sec

(Die gemessenen Problemfrequenzen lagen zwischen 45 und 60 Herz)

Nach dem Bau haben wir ihn natürlich sofort ausprobieren müssen. Dabei ergab sich erstaunliches. Die Messung der Nachhallzeiten ergaben dass es eine deutliche Absenkung bei 50 Herz gab, allerdings bei zugehaltenem Reso-Loch!!
Bei offenem Loch ergab sich kein so ein Effekt, je nach Mikrofonaufstellung ergab sich sogar eine Erhöhung der Nachhallzeiten speziell bei 100 Herz ???
Der vorgeschlagene Test mit der Kerze zeigte jedoch deutlich das sich bei 47 Herz am meisten tut (hätten wir mehr aufgedreht hätten wir die Kerze tatsächlich ausblasen können)
Eine breitbasigere Absenkung von 45-60 Herz ergab sich als wir den Resonator um 90° drehten, so dass das Reso Loch nicht direkt auf den Subwoofer zeigte.
Platziert haben wir den Helmi im "2.besten Eck" da er aus Platzgründen nicht vor den Schreibtisch gepasst hätte. Allerdings auch in einer Raumecke.


Somit ergeben sich einige Fragen bei denen ich um Hilfe bitte:

• Was hab ich da bitte gebaut? :-?
• Ist die Position des Reso-Loches entscheident für die Funktion?
• Kann es sein dass der Resonator bei 50 Herz Absorbiert und bei 100 Herz Lärm macht? - dachte das habe ich durch die Dimensionierung umschifft.

Vielen Dank schon jetzt!

[nk]

Willkommen im PIEGA-Forum.


Der "wissenschaftliche" Kerzentest beweist zumindest, dass der Helmi irgendwo um den Bereich der berechneten Frequenz abgestimmt ist. Sonst würde die Kerze im Bereich um 47 Hz nicht flackern. Siehe hierzu auch euer Rechenmodell, das von ~38 - ~60 Hz Bandbreite reicht. Die ~47 Hz liegen genau "mitten drin".

Das heißt also, dass Rechenmodell und Funktion, zumindest was die Abstimmung angeht, halbwegs übereinstimmen.


Für die reine Umsetzung des Rechenmodells ist es im Wesentlichen egal, wo die Öffnung ist. Es ist aber so, dass wir ein Druckmaximum benötigen, damit Helmi mit möglichst hoher Wirkung arbeitet. Ihr solltet also probieren, die Rohröffnung irgendwo im Bereich eines Druckmaximums zu platzieren. Versucht also den Helmi so platzieren, dass sein Resorohr im Bereich eines Druckmaximum "absaugen" kann. Das sich das Druckmaximum aber bereits auf 50 cm deutlich verändern kann, zeigt auch euer Versuch

Zitat
Eine breitbasigere Absenkung von 45-60 Herz ergab sich als wir den Resonator um 90° drehten, so dass das Reso Loch nicht direkt auf den Subwoofer zeigte.

Sowohl der Frequenzbereich als auch eure Feststellung der Absenkung zeigen, dass euer Helmi im Prinzip funktionstüchtig ist.

Warum jetzt bei 100 Hz eine Verlängerung der Nachhallzeit eingetreten ist, ist nur sehr schwer einzugrenzen. Aber wenn ihr Vergleichsmessungen macht, darf das Mikro nicht in der Position verändert werden! Ihr müsst also absolut identische Messungen machen und die einzige Veränderung darf nur durch den Helmi erfolgen. Am Besten sogar alle anwesenden Personen aus dem Zimmer raus.

Eine Überlegung: Ihr habt einen Würfel gebaut (siehe die Abmessungen). Nun ist aber der Würfel alles andere als ein optimales Gehäuse (wie viele LS im Würfeldesign gibt's?). Es besteht zumindest die Möglichkeit, dass sich im innern ausgeprägte stehende Wellen bilden, die Auswirkungen zeigen

Aber:
Die stehende Welle 1. Ordnung entsteht, wenn die halbe Wellenlänge zwischen die Wände passt.
Formel: Schallgeschwindigkeit/doppelte Wanddistanz

Danach kommt raus 343/1,2 = ~280 Hz, also eigentlich zu weit weg von den 100 Hz


Eine weitere theoretische Möglichkeit: 200 Liter ist ja schon eine ziemliche Größe. Das bedeutet, das die "Kiste" schon recht stabil sein sollte, damit die Holzplatten nicht schwingen (Innenversteifung). Siehe hierzu auch das Problem der schwingenden Gehäuse beim Lautsprecher.

Bei der Veränderung um 100 Hz gibt's einfach zu viele Möglichkeiten. Allerdings liegen die Veränderung deutlich oberhalb der Resofrequenz (~ 1 Oktave), so dass ich die "reine Funktionsweise" des Helmis jetzt nicht unbedingt als "1. Tatverdächtigen" einstufen würde.


Probiert es einfach mal mit ganz lockerer Dämmung. Die sorgt dafür, dass er breitbandiger arbeitet (mit Verlusten im Wirkungsgrad).

Ansonsten habt ihr auch noch die Möglichkeit die Resofrequenz vom Helmi nach oben zu verschieben.

Oder sogar einen 2. Helmi einsetzen. Da der auf 100 Hz abgestimmt wird, kann er deutlich kleiner ausfallen und vielleicht als Unterstelltisch für Verstärker usw. genutzt werden. Um 50 Liter müsste sich was realisieren lassen.

[Freakofnature]

Vielen Dank für die rasche Antwort!
Über das Design hab ich mir auch so einige Gedanken gemacht. Aber im Prinzip müsste es egal sein, da es ja um die Luftmasse geht. Ich denke mittlerweile das durch die 90° Anordnung das Loch einfach um 30cm näher an die Raumecke gelangt ist - wäre eine Erklärung.
Zur Steifheit: Es handelt sich um 19mm starke Sperrholzplatten sollte also kein Problem sein, falls es schwingt sicher in einem höheren Bereich.
Hab schon einen "100 Hz Helmi" geplant.
Hätte mir aber ein viel eindeutigeres Ergebnis erwartet, vorallem weil ich die Kiste extra groß dimensioniert habe.
Beim Messen war das Mikro jeweils immer am selben Platz und in der selben Höhe.
Werde die Kurven einstellen, wenn ich sie habe - vielleicht ist das aussagekräftiger.

[nk]

Denke daran, dass allein durch die Platzierung der Wirkungsgrad um den Faktor 8 differieren kann.

Oder: Ein perfekt platzierter 27 Liter Helmi wirkt genau so, wie ein schlecht aufgestellter 216 Liter Helmi. Zumindest im Rechenmodell


Richtig, zwar schwingt die Luftsäule im Rohr entsprechend der Resofrequenz, aber es treten von außen mehr oder weniger stark auch "höhere" Frequenzen in den Helmi, nur dass sie natürlich nicht auf die "Masse" im Rohr einwirken. Also zumindest in der Theorie könnten stehende Wellen im Innern entstehen und sich "böse" überlagern.



Wenn ihr bisher sowieso nur eine Rohkiste habt, könnt ihr auch ein Loch für das Mess-Mic bohren und den Helmi innen messen. Dann wisst ihr mehr. Wie es geht, steht weiter oben im Thema.

Für Versuche kann das Loch mit dickem Tesaband verklebt werden. Mit ganz gewöhnlichem 2-Komponenten-Spachtel (Autolacker oder Baumarkt) kann vor dem Finish das Loch verschlossen werden.

[nk]

...das Mic kann man bei den "Tunneldimensionen" eures Helmis auch dort reinhängen

[Freakofnature]

Was ganz grobes!

Hallo nochmal
Ich habe noch eine Frage, und diesmal handelt es sich für eure Verhältnisse wohl um eine "grobe" Aktion.
Mein Projekt für die nächsten Wochen ist mein Schlagzeug Proberaum. Ich ziehe in ein 7,5m² Kammerl. Ich habe mir schon einige Gedanken gemacht und auch schon mal die Raummoden kalkuliert und die dafür notwendigen Helmis berechnet.

Und dazu auch meine Frage:
Hat irgend jemand Erfahrung mit Proberäumen? Ich meine die Anforderungen daran sind natürlich bei weitem nicht so hoch wie in einem HiFi Abhörraum oder Heimkino. Andererseits liefert die 22 Zoll Base Drum unendlich viel Bass! Gibts unter diesen Umständen eine Möglichkeit die Raummoden zu dämpfen die eventuell effektiver ist (also Helmi und Plattenschwinger)? Die Optik ist dabei vollkommen egal! Ich habe schon von Dellwoll (Steinwoll) Platten gelesen die man in großen Quadern in den Raum stellen kann, von Verpackungs-Styropor und dergleichen mehr. Natürlich kann man die Base Drum selber dämpfen - ich denke aber auch der Raum wird einiges vertragen
Selbstverständlich werde ich meine Erfolge hier posten, bin schon gespannt was rauskommt!

Vielen Dank schon mal!

[Freakofnature]

Die Helmi Erfolge

Zu meinem 1. Beitrag :

Gestern war der Toningenieur im Studio und hat sich dabei auch die selbstgebauten Helmis angesehen. Der Mann war begeistert und hat gleich viele Tipps gegeben, die ich euch hier weitergeben will.

Lt. ihm haben wir den Helmi an der Raummode vorbei gebaut. Diese liegt bei 54 Hz. Durch diverse Ungenauigkeiten beim Bau ist die Resonanzfrequenz des Helmis allerdings bei 47 Hz (immer noch nur mit Kerze gemessen, wir sind noch nicht dazu gekommen das mit dem Messmikro zu machen). Allem Anschein nach zu urteilen ist der Helmi nicht nur schmalbandig sondern echt ein reiner Notch Filter. Die errechnete Bandbreite aus dem Acustik Calculator ist wohl eher theoretisch. Man müsste sich die Absorbtionskurve genau ansehen.

Mein Schluss dazu: Bitte verlasst euch nicht darauf dass die problematischen Frequenzen in der errechneten Bandbreite sind sondern legt den Helmi mit der Resonanzfrequenz GENAU auf die Raummode aus, Hierzu muss man einfach messen oder sehr gute Ohren haben. Und die Kiste auch exakt fertigen. Wie ich oben beschrieben habe haben wir einen echten Prototypen zusammengezimmert. Das reicht einfach nicht. Allerdings hat das Ding 16 Euro an Materialkosten verursacht, das tut wirklich nicht weh.

Noch ein Tipp: Nehmt zum ausprobieren keine MDF Platten oder ähnliches. Ist alles sehr teuer, und wenn man sich vermisst oder verschneidet ist alles im *?ß^ß!$%& Wir haben Bodenverlegeplatten (Spanplatten verwendet) diese haben 4,7€ pro m² gekostet.

Auf Anraten des Toningenieurs werden wir den großen 47 Hz Helmi innen bedämpfen. Auch hier haben wir einen guten Tipp erhalten: Keine Stein oder Dellwolle nehmen. Das Material fasert und ist definitv gesundheitsschädlich. Er hat uns zu basotect geraten und uns viele Abfälle geschenkt

Weiters hat er 2 von diesen Dingern hier gelassen http://www.vatter.at/index.php?id=14&L=0 Die funktionieren wie helmis, nur kann man durch zumachen oder offenlassen der Punkte die Resofrequenz verändern. Wir werden damit jetzt die nächsten 2 Monate herumexperimentieren. Der Plan ist das wir einen 54Hz Helmi über die Tür bauen mit 3 bis 4 Löchern, so dass er optisch auch was her macht.

Test und Messergebnisse folgen sobald sie vorliegen!

[Aurumer]

Hallo,

danke für den interessanten Bericht. Der Würfel gefällt mir. Funktioniert das gut und was kostet so ein Würfel?

Viele Grüße
Sven

[Freakofnature]

Akustikelemente kosten sehr viel

Hallo!

Wie gut der Würfel funktioniert kann ich noch nicht sagen. Er bietet Vorteile dahin gehend dass man eine definierte Frequenz "einstellen" kann, durch öffnen und schließen der Löcher. Und das Ding ist natürlich durch und durch Akustisch definiert und gemessen.

Ich bin mir nicht ganz sicher aber die Dinger liegen weit über der 400 Euro Marke. Im Zweifelsfall einfach bei der Firma anfragen.

Wenn er getestet ist kann ich mehr sagen