Raummoden - Gegenmaßnahmen

[manfbenz]

Fortsetzung : Helmholtzresonator

Gestern konnte ich nun endlich meinen HR in der Schreinerei abholen. Ist ein sehr schönes Teil geworden. Der Mehraufwand an Kosten hat sich tatsächlich auch optisch gelohnt.
Nun ging’s los:
- zuerst wurde die Dämpfungsmatte eingebracht (3cm dicke Polyesterwolle)
- danach mit unterschiedlich langen Tunnelrohren auf die Zielfrequenz (f= 78Hz) grob abgestimmt (über Messungen im HR)
- (Tunneldurchmesser = 15cm, Rohrlänge = 6cm)
- dann wurde der HR in die kritische Raumecke gestellt
- Messungen in der ‚Dröhnecke’ als auch am ‚sweet spot’ folgten und wurden mit den Messungen ohne HR verglichen
- schließlich fanden viele Hörproben bis spät in die Nacht auch mit meiner Frau statt

Resultat: Messtechnik

• Die Pegelüberhöhung in der als kritisch gefundenen Raumecke wurde im Peak um ca. 9 dB gedämpft
• Zwischen 35Hz und 170 Hz weist nun der Frequenzgang (ohne weiteres Feintuning) am ‚sweet spot’ nur noch +/- 6dB auf (gegenüber einem gemittelten Pegel) à vorher +/-10dB, bedingt durch eine Res.Spitze bei 68Hz
• Der Pegelverlauf ist mit einer Ausnahme (bei der Fres des HR –> wahrscheinlich habe ich ‚überdämpft’) wesentlich ausgeglichener als vorher
• Mit weiteren Feintuningmaßnahmen (Bedämpfung, Verschiebung der Fres, etc lässt sich sicherlich noch etwas bezüglich Linearisierung erreichen

Resultat: Akustik

• Die Bässe kommen deutlich konturierter und differenzierter (ohne diesen gewissen Anhang, Nachschwinger??) auch bei größeren Lautstärken
• In der Gegend der kritischen Raumecke ‚scheppert’ nichts mehr mit
• Der Bass im ‚Midnight Sugar’ vom Yamamoto Trio oder der Kontrabass eines Vivaldi Stückes oder... es ist ein Genuss
• Selbst beim Frühstück im angeflanschten Esszimmer habe ich heute morgen Klangveränderungen positiv wahrgenommen

Fazit: Ursprünglich wollte ich allfällige Raummoden bedämpfen. Viele Messungen im Raum als auch Hörproben bei kritischen Frequenzen zeigten den wahren ‚Übeltäter’ , nämlich eine deutliche Anregung in einem Raumeck. Von dort wurden einige Möbelstücke (selbst im Esszimmer) angeregt, als auch eine Pegelüberhöhung am Hörplatz erzeugt. Wie schon Norbert (nk) berichtete, ging auch von dort ein ‚Nachschwingen’ aus. Dieser störende Effekt ist nun stark vermindert.
Entsprechende Messungen und Hörproben sind allerdings bei solchen Projekten unabdingbar.

[nk]

Liest sich echt gut. Und das Problem mit dem "Frauenakzeptanzfaktor" konntest Du ja ganz offensichtlich auch lösen.

Wie wär's mal mit einem Bildchen?

[manfbenz]

@ Norbert,

ja, bezüglich des Akzeptanzfaktors bin ich ganz zufrieden. Die Erfolgsfaktoren waren tatsächlich der doch geringe Platzbedarf (netto 54 liter) und meine negative Einstellung zu dem störenden Schrank. Schließlich konnte ich ihr auch die Resonanzüberhöhung nebst scheppernder Möbel mehrmals vorführen. Das half.

Anbei ein Bild und der noch nicht feingetunte Frequenzgang. Das Abflussrohr muss ich noch streichen und endgültig befestigen. Die Messungen habe ich aus praktischen Gründen mit einer CD gemacht. Der tatsächliche Peak bei ca 68 Hz (ohne HR) ist etwas höher.
Aber wie schon beschrieben, mein primäres Ziel war nicht mehr, diesen Peak zu bedämpfen, sondern die Energie aus der 'Dröhnecke' umzuwandeln. Dabei ist der vorherige Peak auch gleich mit bedämpft worden.

[nk]

Hallo Manfred,

das sieht doch alles schon sehr gut aus und mit ~55 Liter Volumen ist das Teil sogar recht zierlich. In der Ecke stört es nicht einmal. "Zur Not" eine kleine Steinplatte mit einer Pflanze rauf.

Erstaunlich die Wirkung, insbesondere der Zugewinn im Tiefbass bei Glättung des Peaks und Abschwächung des Nachschwingens

Glückwunsch zum Erfolg.

[nk]

Wir haben den Hinweis erhalten, dass der Link zum Acoustic Calculator aus Beitrag 1 nicht mehr läuft. Darum hier die Korrektur/Zusammenfassung/Ergänzung rund ums Thema:

Der Acoustic Calculator zur Berechnung eines Helmholtzresonators:

http://www.mh-audio.nl/user/acoustic%20calculator.asp

Der Tongenerator:

http://www.falstad.com/mathphysics.html

Programm, um am PC den Raum zu messen (Messmikro erforderlich)

http://www.audionet.de/main/service/downloads/carma-v30/page.html

[andy_]

Hallo zusammen

Zusatzinfo:

für die Mac-Fraktion ist das Carma Programm auch ab OS X 10.3.4 einsetzbar...

(hab ich auch erst gerade gelesen, dachte bisher, das sein ein reinrassiges PC-Programm - ich glaub ich organisiere mir auch mal ein Messmikro...)

Gruss Andy

[nk]

Dabei nicht vergessen, manche Mikros benötigen eine Phantomspannung (Kondensatormikros).

Manche PC-Soundkarten können das aber. Ansonsten muss man einen passsenden Mikrofonverstärker nehmen. Oder eben ein Mikro, was ohne Phantomspannung auskommt (dynamische Mikros)

Hier einige mit erforderlicher Phantomspannung in unterschiedlichsten Preisgruppen:

http://www.musik-service.de/behringer-ecm-8000-prx14007de.aspx

http://www.thomann.de/de/superlux_ecm999.htm

http://www.rockshop.de/oshop-1019718.html?&campaign=ShopzillaDE

http://www.audiopalace.de/product_info.php?products_id=41469&language=nl

Ohne Phantomspannung habe ich leider kein Messmikro gefunden, vielleicht hat ja jemand einen Tipp.

[andy_]

Dabei nicht vergessen, manche Mikros benötigen eine Phantomspannung (Kondensatormikros).

Besten Dank für den Tipp - ich lass das mal das Problem von meinem Vertrauensfachhändler sein...
kaufen will ich so ein Ding eh nicht... will nur mal prüfen, wie mein Hörraum sich objektiv verhält...

[nk]

Wir müssen uns beim HH-Resonator noch um zwei sehr wichtige Dinge kümmern. Das ist sein Standort und was beim Helmi die Güte bedeutet.

Grundsätzlich ist es so, dass Helmi am wirkungsvollsten im Bereich des Druckmaximums arbeitet, im Gegensatz zum Absorber, der ja in der Schallschnelle am effektivsten ist. Das bedeutet für den Helmi: Ran an die Wand. Noch besser direkt in die Ecke. Sein Wirkungsgrad kann dabei ganz stark differieren. In der Raummitte muss er 8 x größer sein als in der Raumecke, um gleiche Wirkung zu zeigen. Das ist schon ein Wort, wenn wir beim Helmi so um 100 Liter planen. Jetzt kann man aber nicht irgendeine Wand/Ecke nehmen. Es ist sinnlos ihn dort hinzustellen, wo es eine Auslöschung gibt, wir brauchen schon eine „dröhnende Stelle“, um ihn so effektiv wie möglich einzusetzen, weil dort auch das Druckmaximum einer stehenden Welle ist. Das bekommt man übrigens ganz simpel ermittelt. Einfach einen länger andauernden Sinuston abspielen und mit dem Ohr „immer an der Wand lang“.

Und jetzt kommt die Güte ins Spiel, Maßeinheit: Q (für Quality). Die Güte gibt an, wie unser Helmi arbeitet. Je höher die Güte ist,

·um so mehr Wirkungsgrad hat er,
·um so schmalbandiger arbeitet er und
·um so größer seine Eigenschaft als „Selbstschallquelle“ durch Nachschwinger.

Logischerweise gelten für eine niedrige Güte die genauen Gegensätze. Also gilt es einen Kompromiss zu finden. Mit Hilfe des Tools „AcousticCalculator“ kann man die Güte ganz schnell ermitteln lassen ohne sich mit Formeln rumärgern zu müssen. Leider werden im AcousticCalculator zwei Werte nicht errechnet: das ist der K-Faktor, der für den Wirkungsgrad steht und die Nachschwingzeit.

Oft liest man, dass der Selbstbauhelmi nichts gebracht hat. Warum, wieso, weshalb kann man nur vermuten. Ein Verdacht könnte aber das Nachschwingen des Helmis sein. Dann haben wir die Situation, dass er die Resofrequenz „wegsaugt“, auf der anderen Seite aber deutlich nachschwingt. Könnte also unterm Strich auf „0-Wirkung“ rauslaufen. Wir können den Helmi mit Hilfe der Güte auf eine ganz bestimmte Resonanz („Dröhnfrequenz“) abstimmen. Haben wir also einen Frequenzbuckel, der deutlich hervorsticht, ist es nicht schwer eine Punktlandung zu machen und diesen Buckel zu dämpfen. Im Ergebnis kommt unter Umständen ein sehr glatter Frequenzgang raus. Trotzdem stellt sich nicht das „Aha-Erlebnis“ ein. Helmi selbst erzeugt sehr lange Nachschwinger, die dahingehend stören, dass wir von einem präzisen Bass vielleicht sogar weiter entfernt sind als vorher. Das wir die Abflachung des Buckels gar nicht so bemerken, hängt dann wieder mit der Unempfindlichkeit des Ohres im Tiefbass zusammen.

Wir können die Güte durch entsprechende Dimensionen des Gehäuses und Resorohres bestimmen und wir können eine „Bremse“ einbauen. Setzen wir Polsterwolle ein, arbeitet Helmi breitbandiger, leiser und „kürzer“ = wir verringern die Güte. Auf Grund der Art, Menge und „Stopffaktor“ gibt es keine verlässliche Berechnung, wie sich die Polsterwolle im Detail auswirkt. Die nächste Möglichkeit die Güte zu senken ist, dass vor dem Resorohr eine Dämpfung durch Stoff erfolgt. Wenn man so will eine Stoffbremse. Durch Stoffdicke und Material können große Schwankungen erfolgen.


Unser Hauptaugenmerk sollte also dahin gehen, dass der Bass präzise ist und nicht eine schöne „glatte Linie malt“. Das heißt Nachschwinger müssen so kurz wie möglich gehalten werden. Wir müssen demnach darauf achten, dass die Güte nicht zu hoch wird, damit Helmi nicht selbst „Krach“ macht. Es gibt sogar Formeln, mit der man alles berechnen kann, die sind aber zum Teil sehr „verwirrend“. Aber mal so für eine ungefähre Vorstellung:

Beispiel: Helmi mit 96 Liter Innenvolumen, abgestimmt auf 54 Hz, Q = 2,9 (wird im AcousticCalculator angezeigt) ergibt:
K-Faktor: 0,14 (mäßig)
Nachhallzeit: 0,12 Sekunden (sehr gut)

Als Beispiel ein Helmi, der recht genau auf eine störende Frequenz getrimmt ist
35 Hz, 200 Liter, Q = 7,4 ergibt:
K-Faktor: 0,25 (sehr ordentlich)
Nachschwingzeit: 0,47 Sekunden (seht schlecht)


Ergo: Tiefe Resofrequenz + hoher Wirkungsgrad + kurze Nachschwingzeit = Groooooß. Ich habe dazu auch einmal Kurt kontaktiert. Nein, es gibt keinen Trick. Hier gilt’s wirklich….. Groß ist gut.


Unterm Strich bleibt viel Versuch und Irrtum. Aber es gibt eine Messmethode, um nur den Helmi zu messen und nicht seine Auswirkung auf den Raum. Von daher können wir in der Bauphase entsprechend reagieren.


Aber zuerst einmal der grundsätzliche Aufbau eines Prototypen. Das Innenvolumen bei meinem Helmi liegt so bei ~96 Liter, die Abmessungen wurden so gewählt, dass er im Falle eines Soforterfolges optisch aufgewertet werden kann und als Sockel für eine Skulptur dient. Das Baumaterial ist 19 mm MDF, als Resorohr dient ein 11 cm Abwasserrohr aus dem Baumarkt. Materialkosten einschl. Leim, Schrauben und Kleinzeugs ca. 50 Euro. Die Kiste wird eigentlich nur „stumpf“ zusammengebaut. Im Innern habe ich ungefähr auf halber Höhe ein „Schnurnetz“ mit kleinen Ösen reingesetzt. Das dient lediglich dazu, dass die Polsterwolle nicht durch die Kiste fliegt. Abwasserrohr aus dem Baumarkt ist so billig dass man sich gleich mehrere Stücke zum Testen auf Länge sägen kann. 11 cm Rohrdurchmesser ist ein ganz guter Kompromiss zwischen Größe und Wirkung. Zu klein im Durchmesser sollte das Rohr nicht werden, da ansonsten die Gefahr von Strömungsgeräuschen entsteht. Man kann aber auch mehrere dünnere Rohre einsetzen. Je breitbandiger unser Helmi ausgelegt ist, desto „ungenauer“ kann das Rohr in der Länge werden.

Wie kann der Helmi gemessen werden, ohne dass wir den Raum einbinden? Auch da kann uns im Hobby-Heimbereich das Audionet-Tool helfen. In den Helmi wird ein Loch gebohrt und das Messmikro wird dort eingesteckt. In den Bildchen seht ihr, wie sich die Veränderung der Güte auswirkt. Ohne Polsterung sind eine deutliche Resospitze (hoher Wirkungsgrad), dafür lange Nachschwinger erkennbar. Im krassen Gegensatz eine niedrige Güte, die durch relativ starke Innenbedämpfung plus eine Lage Stoff vorm Resorohr erzielt wurde.


Gehörmäßig wirkt sich das alles wie beabsichtigt aus, der Bass kommt präziser und knackiger, das Nachschwingen bei „ruckartiger“ Abschaltung eines tiefen Tones ist verkürzt. Zur Kontrolle kann ein Brettchen vor‘s Resorohr gehalten werden. Allerdings sind es keine dramatischen Auswirkungen im Zimmer bei der Musikwiedergabe. Meine „Schweinerein im Bass“ halten sich Grenzen und Helmi ist mit seinen 96 Liter zu klein, um dramatisch zu wirken. Das darf man nun nicht für alle Räume und Gegebenheiten ummünzen. Eine Verschiebung der Resofrequenz nach oben, ein kleinerer/größerer Raum, Helmivolumen und der Standort können erhebliche Abweichungen von meinem Ergebnis bewirken.

Grundsätzlich aber funktioniert er, wie die Theorie es vorgibt.


Die weiteren Fotos…

… zeigen die Bauteile, den grundsätzlichen Aufbau, die Innenmessung, das Ausschwingverhalten im Raum und den Einsatz als Helmi-Figur-Sockel. Zwei Analysen entstanden mit identischen Einstellungen, der einzige Unterschied: Helmi war im bzw. aus dem Zimmer. Ein Sinus von 37 Hz wurde abgespielt-aufgenommen und mit der 3-DAnalyse von Wavelab grafisch dargestellt. Es wird das Ausschwingverhalten am Hörplatz gezeigt. Deutlich ist zu sehen, dass mit Helmi ein 37 Hz-Ton deutlich schneller abklingt und dass mit dem Helmi der Pegel am Hörplatz niedriger ist.

[nk]

Noch'n Nachtrag:

Weil es auf dem Foto mit dem Messmikro durch das extreme Weitwinkelobjektiv etwas verzerrt dargestellt wird: Das Loch für das Mikro muss so gebohrt werden, dass man beim gucken durch das Loch die Reso-Öffnung NICHT sieht.

Also am besten Seitenwand und deutlich ober-/unterhalb des Resorohres.

[manfbenz]

[quote=nk;8918]

Grundsätzlich aber funktioniert er, wie die Theorie es vorgibt.

quote]

Hallo Norbert,

„quod erat demonstrandum“ ....

Da Helmi’s in der Literatur überwiegend zur Bekämpfung von Pegelüberhöhungen (Raummoden) beschrieben werden, hast du hier eine sehr nützliche Pionierarbeit bezüglich des Themas ‚Nachschwinger’ geleistet.
Wichtig für Hobby-Bastler ist besonders der Hinweis über die Zusammenhänge zwischen dem gewünschten Wirkungsgrad und der Nachschwingzeit des Helmi’s selbst.
Überrascht haben mich die deutlich kürzeren Nachhallzeiten bei doch noch mäßigem k-Faktor.
Mit deinen Daten und Messergebnissen müsste es jetzt eigentlich für viele ‚Betroffene/Interessierte’ möglich sein, einen wirkungsvollen HR ebenfalls zu bauen.
Allerdings, so ganz ohne Messtechnik geht es (wie man sieht) nicht.

Viel Spaß damit!

Manfred

[nk]

Irgendwann kam der Punkt, wo eine weitere Dämpfung und/oder "Stoffbremse" vorm Resorohr nichts mehr brachte. Es ging lediglich der Wirkungsgrad weiter runter.

Ein leichte Innendämmung war der günstigste Kompromiss. Da der Helmi grundsätzlich wie eine Bassreflexbox funktioniert, bekommt man schon einen großen Respekt vor der Entwicklungsarbeit eines wirlich guten LS nach diesem Prinzip.

Der Figur-Sockel-Helmi ist auf ~37 Hz abgestimmt, weil hier die Nachschwinger des Raumes am deutlichsten waren. Daher ist natürlich bei dieser tiefen Abstimmung das Volumen von 96 Liter schon recht klein. Dass er sich gehörmäßig nur selten "aufdrängt" liegt einfach daran, dass "da unten" musikalisch nicht mehr soviel los ist. Man darf ja nicht vergessen, der Akusitkbass geht nur bis ~40 Hz.

Und trotzdem wird's in einigen wenigen Aufnahmen unten "knackiger", "straffer".

Jetzt bleibt es erst einmal wie es ist. Im Sommerhalbjahr fehlt der nötige Wille zu irgendwelchen Weiterentwicklungen. Vielleicht beschäftige ich mich einmal intensiver mit dem Plattenschwinger oder ein >300 Liter Helmi ?????

Aber da gibt's überhaupt noch keine konkreten Überlegungen.

[Lars]

Hallo Norbert,

wenn man sich INSGESAMT ein wenig in das Thema hereinfuchst,

ist diese Zusammenfassung sehr sachdienlich und hilfreich.

Danke für Deine empirischen Versuche und Berechnungen.

Hat sich die C40 / Master One - lose Zeit doch gelohnt.


Lars

[nk]

Manfred,

setze mal als Abschluss beim Zitat

[/quote]

Achte auf die eckigen Klammern und den Schrägstrich, dann klappt's.

[nk]

Die Sache mit der Güte

Hier noch einmal zur Erinnerung die beiden Beispiele:

Beispiel: Helmi mit 96 Liter Innenvolumen, abgestimmt auf 54 Hz, Q = 2,9 (wird im AcousticCalculator angezeigt) ergibt:
K-Faktor: 0,14 (mäßig)
Nachhallzeit: 0,12 Sekunden (sehr gut)

Als Beispiel ein Helmi, der recht genau auf eine störende Frequenz getrimmt ist
35 Hz, 200 Liter, Q = 7,4 ergibt:
K-Faktor: 0,25 (sehr ordentlich)
Nachschwingzeit: 0,47 Sekunden (seht schlecht)


Die Tools für die Berechnungen gehen natürlich immer von der leeren Kiste aus. Das heißt, im ersten Beispiel bekommen wir zumindest im Rechenmodell schon einen ganz guten Helmi ohne Dämmmaterial hin. Denn der Wirkungsgrad geht so und der Nachschwinger ist für 54 Hz unschädlich. Zwar könnten wir dämmen, dann geht aber der Wirkungsgrad runter und der schon jetzt nicht mehr störende Nachschwinger wird weiter reduziert.


Im zweiten Beispiel sieht's anders aus. Zwar tierisch Wirkung aber selbst für diese Frequenz viel zu lange Nachschwinger. Hier sollte also eine Dämmung rein, was den Wirkungsgrad reduziert aber die Nachschwinger verkürzt. Ich hab's mal durchgerechnet:

Bei dem großen Helmi sollten wir in den Bereich Q=3 kommen. Dann ergibt sich ein K-Faktor = 0,1 und ein Nachschwinger von 0,19 Sekunden. In Anbetracht der tiefen Frequenz vertretbar.

Soweit die Güte zu drücken bedeutet viel Dämmung und vielleicht sogar zusätzlich eine "Stoffbremse" vorm Resorohr.