Gehäuseeigenschaften aus elektrischer Impedanz interpretieren

[matchee]

Hallo Fuzzies,

ich bin gerade dabei eine 3 Wege Kiste zu bauen und überlege an welcher Stelle und wieviel Dämpfungsmaterial (folgend umgangssprachlich Dämmwatte) ich einbringe.
Ich schaue mir dazu die Impedanzmessung an und arbeite mich dann stück für stück ran. Den Aufwand mache ich weil es mich einfach interessiert. Wieviel bringt welches Material an welcher Stelle.

Dabei ist mir aufgefallen, dass nicht nur die Resonanzen weg gehen, sondern auch die beiden typischen BR Spitzen gehen runter, wenn ich mehr Dämmwatte einbringe.
In "Testing Loudspeakers" vom D'Appolito steht einiges zur Impedanzkurve, auch mit Beispielen, was jeweils das Problem war. Aber was die Höhe der üblichen BR Spitzen angeht konnte ich noch nicht raus lesen.

Kann mir hier jemand weiter helfen? Ist halt eher von akademischen Interesse. Aber durch innere Dämpfung verschiebt sich ja auch die Abstimmung geringfügig, deswegen möchte ich nicht mehr Material als nötig einbringen.


Hier ist mal ein Auszug der Messungen. Rot ist ungefüllt, blau ist oben und unten jeweils Polyesterwatte und grün ist oben und unten Fibsorb plus Noppenschaum an einigen Stellen rund um den Tieftöner.
Wie man sieht geht sowohl der Peak, als auf die Frequenz der Peaks nach unten.
Die Spitze bei 190 Hz ist die stehende Welle der Gehäusehöhe, die kleine Spitze bei 480 Hz die tiefe/breite. Das ist reduziert nachdem ich unten/hinten in die Ecke Watte gepackt habe. Ebenso die kleine Spitze bei 920 Hz.

Die beiden höher frequenten Spitzen sind aber auch im Datenblatt zum Tieftöner andeutungsweise zu erkennen.

Wie gesagt, kann mich einer zur Bedeutung der Peaks erleuchten? Also was sagt die höhe der BR-Peaks aus? Die Frequenzen sind klar.

 

[Moe]

Ich versuche soweit zu bedämpfen, dass die Fehler im Impedanzgang verschwinden aber die spitzen so wenig wie möglich bedämpft werden. In meiner Empfindung reduziert sich dadurch die Impulstreue und knackigkeit der Abstimmung. Weiterhin achte darauf zwischen Port Und Chassis nicht zu bedämpfen, das reduziert den Wirkungsgrad des resonators deutlich.

 

[komet]

aagggrrr - mich schüttelt es immer wieder, wenn Fuzzis Dämmen und Dämpfen nicht nur nicht auseinander halten können, sondern genau verkehrt herum bezeichnen...

Dämmwatte beeinflusst die Schallgeschwindigkeit im Gehäuse, weil die (möglichst feinen) Fasern wie örtliche Mini-Tilger wirken. Unter 200 Hz wirkt das praktisch nicht. Wem die Impedanzspitze zu steil sind, sollte
1) das Gehäusevolumen vergrößern oder
2) einen Variovent einsetzen.
Ein Variovent ist quasi ein Überdruckventil, dass bei einer Frequenz wirkt, die von Fläche und Länge abhängt (quasi ein mit Dämmung verstopftes Bassreflexrohr).

 

[matchee]

Danke Moe für die Tipps und Erfahrungswerte.
Das heißt so viel Dämmwatte wie nötig, an den richtigen Stellen, aber nicht mehr.

So verstehe ich auch Dickason. Dass zu viel und vor Allem an der falschen Stelle hinderlich ist. Der Bereich hinter dem Chassis und Kanal sollte frei bleiben.

sondern genau verkehrt herum bezeichnen

Danke für den Hinweis... die Schwingungen der stehenden Wellen werden gedämpft, aber das "Zeug" heißt Dämmmaterial.

Jetzt bin ich ein bisschen verwirrt. Warum sollten mir die Spitzen zu steil sein? Deutet das nicht auf eine hohe mechanische Güte hin?

So oder so, ich habe mal ein paar mehr Messungen gemacht. Grün ist jeweils die Messung mit Dämmwatte, gelb ist die Rohmessung ohne.
Links ist das Gehäuse und die Dämmwatte skizziert, damit man einen Eindruck hat, wo das Zeug ist. Das dunkelgraue sind die Lautsprecher und hellgrau sind Versteifungen. In den unteren Versteifungen sind jeweils 40 mm Bohrungen.


Fibsorb 50 doppelt am Boden ausgelegt hat nur einen geringen Effekt. Am Boden wird aber die kleine Spitze um 500 Hz etwas weg gedrückt.


Die gleiche Menge eher mittig angeordnet drückt die stehende Welle über die Gehäusehöhe relativ gut weg.
Das absinken der Frequenz der Spitze ist wohl der Reduzierung der Schallgeschwindigkeit zu verdanken, wodurch das obere Gehäuseteil akustisch länger wird.


Das wäre vorerst meine Wahl. Oben ist eine Packung Sonofil locker drin und unten im hinteren Bereich etwa 0,5 m^2 Fibsorb 50. Hatte es auch mit Sonofil gemessen, aber da tut sich bei der 500 Hz Spitze deutlich weniger.

 

[Prometheus]

Hi,

dass das Minimum zwischen den Spitzen die Abstimmfrequenz ist, weißt du vermutlich. Der Hintergrund des Impedanzminimums ist die Hubreduktion, die exakt auf der BR-Frequenz auftritt.
(Edit: Kein Hub bedeutet keine gegen-EMK der Schwingspule, die die Impedanz ansteigen lässt)
Hier arbeitet die Kraft, die die schwingende Luftsäule im BR-Rohr über der Gehäusevolumen auf die Membran ausübt, exakt gegen die Kraft des Antriebs.
je besser das funktioniert, desto weiter sinkt das Impedanzminimum ab, idealerweise - aber nie ganz - auf den DC-Widerstand plus Impedanz der Schwingspuleninduktivität des Lautsprechers auf dieser Frequenz.

Die Quelle des Anstiegs rechts und links der Abstimmfrequenz ist mir selbst noch nicht ganz klar, darüber muss ich mal noch nachdenken.

Dass das Chassis alleine schon eine Doppelspitze hat, ist aber eher schlecht. Die Quelle jeder Spitze im Impedanzschrieb ist ein Schwingfähiges System.
Ein Chassis sollte genau ein schwingfähiges System haben, und zwar bewegte Masse gegen die Federsteife der Aufhängung.
Wenn eine zweite Spitze auftaucht bedeutet das, dass irgendwas sonst noch resoniert. Das kann bei höherer Frequenz zum Beispiel eine Membranresonanz sein, die dann im Mittelton stört weil sie Nachschwingen und bündeln produziert.

Das absinken der Frequenz der Spitze ist wohl der Reduzierung der Schallgeschwindigkeit zu verdanken, wodurch das obere Gehäuseteil akustisch länger wird.

Generell ist es noch so, dass die Eigenfrequenz eines schwingfähigen Systems beim bedämpfen absinkt, hier zum Beispiel im Fall des Elektrotechnischen Äquivalents in eine recht einfache Formel gepackt:

https://www.leifiphysik.de/elektriz...en/elektromagnetischer-schwingkreis-gedaempft

Die letzte Formel, der den LC-Schwingkreis bedämpfende Widerstand R steht im Zähler und beeinflusst die Eigenfrequenz die in Omega steckt.

Unterm Strich siehst du also beim stärker Bedämpfen dass die beiden Impedanzspitzen niedriger werden, in der Ferequenz nach unten rutschen und gleichzeitig das Impedanzminimum etwas ansteigt, und ebenfalls in der Frequenz nach unten rutscht.
Das bedeutet dass du mit der Dämmwolle den Schwinger "BR-Gehäuse" selbst bedämpfst. Das dürfte dir einfach nur den Gain reduzieren den du dank BR rausbekommst.

 

[komet]

Dämmen tut man Luftschwingungen, Dämpfen tut man Feststoff- (Gehäuse-) Schwingungen. Darüber gibt es noch die "Tilgung", die von manchen Menschen auch als Dämpfung fehlbezeichnet wird. Mehr hier reinzutippen erspare ich mir, wozu gibt es Physikbücher. Die Helmholzresonanz (Bassreflex) ist übrigens solch ein Tilger, denn die Masse der im Rohr befindlichen Luft tilgt durch Gegenphasigkeit die resultierende Resonanz des TT im Gehäuse.

Dein Bildchen zeigt ein ventiliertes Gehäuse, also "Bassreflex". Somit ist die Doppelspitze des Impedanzverlaufs korrekt. Die Stehwelle zwischen Boden und Deckel würde garnicht erst auftreten, wenn der Boden des Mitteltöner-Gehäuses (deutlich) schräg verliefe. Und sie würde garnicht erst angeregt, wenn der Tieftöner deutlich darunter be-tiefpassfiltert würde.

 

[matchee]

Generell ist es noch so, dass die Eigenfrequenz eines schwingfähigen Systems beim bedämpfen absinkt...

Stimmt! Ich erinnere mich. Ist aber schon 12 Jahre her...

Die Quelle des Anstiegs rechts und links der Abstimmfrequenz ist mir selbst noch nicht ganz klar

Da sehe ich deine Begründung mit der EMK und den Hub. Bei der Spitze ist der Hub groß und die durch die Bewegung erzeugte Spannung in Phase.
Nach unten steigt zwar auch der Hub, aber die Phasenlage ändert sich und man kommt zum akustischen Kurzschluss.

Und sie würde garnicht erst angeregt, wenn der Tieftöner deutlich darunter be-tiefpassfiltert würde.

Die Messung ist ohne Weiche gemacht. Der Tieftöner ist kein Subwoofer, sondern muss bis etwa 500 Hz laufen. Deswegen interessiert mich, was in dem Bereich bis 1 Oktave darüber passiert. Und, wie eingangs geschrieben, persönliches, akademisches Interesse.

 

[Prometheus]

Dämmen tut man Luftschwingungen, Dämpfen tut man Feststoff- (Gehäuse-) Schwingungen.

Sachen die schwingen werden bedämpft, egal was ist Naja, nach Gusto kann man in meinem Beitrag dämpfen durch dämmen ersetzen, solange der Sinn transportiert bleibt.

Da sehe ich deine Begründung mit der EMK und den Hub. Bei der Spitze ist der Hub groß und die durch die Bewegung erzeugte Spannung in Phase.
Nach unten steigt zwar auch der Hub, aber die Phasenlage ändert sich und man kommt zum akustischen Kurzschluss.

An sich ja, aber die Impedanz steigt an den beiden Stellen sogar über die des Treibers alleine in einer unendlichen Schallwand...ist mir noch nicht hundert Prozent schlüssig begründbar.

 

[wing]

@Prometheus: Überlegst du wegen den beiden Impedanzspitzen bei dem BR-System? Eine kommt vom Chassis, die andere vom Port. Beim idealen Bassreflex-Gehäuse sind diese übrigens genau gleich hoch.
@ matchee: Alle Impedanzhöcker, die vom Chassis kommen bekommst du mit Dämmung nicht weg. Beim Rest kannst du dich, wie richtig vermutet auf Stehwellen im Gehäuse konzentrieren oder die Portresonanz ausrechnen.

P.S. Daumen hoch für die Arbeit und das Thema! Da macht sich jemand Gedanken!

 

[matchee]

Ja genau. Die stehenden Wellen, Gehäuseschwingungen und „blöde Gehäusekonstruktion“ lassen sich finden und beheben.

Das bisschen Unregelmäßigkeit und der Datenblattmessung kommt möglicherweise nicht vom Treiber, das ist ja bei mir auch noch weg gegangen. Jedenfalls bei knapp 500 Hz das Buckelchen.

Was die Tuningfrequenz angeht, da kann das Impedanzminimum tiefer liegen als das Tuning. Insbesondere bei großen Spuleninduktivitäten und langen Zuleitungen bzw. wenn die Weiche davor ist.
Ich messe zwar ohne Weiche, aber am Terminal der Box.

Genauer geht es wohl, wenn man zusätzlich eine Messung mit geschlossenem Kanal macht. Dann lässt sich die Frequenz aus den insgesamt 3 Spitzen errechnen.

Möchte ich auch gerne probieren, wird aber vermutlich erst am Wochenende.

 

[matchee]

Habe heute mal den Mittel-Hochtonkasten messen können. Gelb ist wieder ungedämmt zum Vergleich, grün die Kurve mit Dämmung.
Es zeigt sich, dass es hier nicht viel Spielraum gibt. Firbsorb drückt praktisch alles, was geht weg. Da ist auch nicht viel mit unterschiedlichen Positionen außer rundum, weil der restliche Raum eigentlich eh von den Lautsprechern beansprucht wird.

Rundum doppelt mit Fibsorb 50 belegt drückt eigentlich alles weg, was weg geht.

Das gleiche mit Fibsorb 100 und zusätzlich mittig noch ein Stück 50 zwischen die beiden Treiber sieht fast gleich aus. Die Resonanzfrequenz sinkt etwas und das Impedanzminimum. Eventuell ist es Vorteilhaft das Volumen zu verkleinern.
Die Spitzen bei 2,5 und über 5 kHz sind in der Impedanzmessung des Treibers schon im Datenblatt.
Versuche mit selbstklebenden Schaum auf der Innsenseite des Blechkorbs haben praktisch keinen Messbaren Effekt gezeigt. Ist in der zweiten Messung noch dran.
Der Mitteltöner hat auch ein Horn mit Phaseplug gegen das er arbeiten muss.

Das Fibsorb ist schon relativ krass. Mal sehen, was sich im Bass mit den 100er ergibt. Von dem 50er habe ich leider nicht genug für beide Gehäuse und das gab es bei der letzten Bestellung leider nicht.

 

[matchee]

So, nochmal ein paar Messungen vom Bass. Der Deckel ist jetzt aufgeleimt und das Sonofil oben drin. Eine Packung. Deswegen werde ich hier nur noch auf die Unterschiede der Füllung im unteren Bereich eingehen.

Eine kleine Matte Fibsorb 100 hat etwa den gleichen Effekt auf die ungewollten Resonanzen wie eine Packung Sonofil, die BR-Spitzen bleiben aber besser erhalten.



Die gleiche Matte an die Rückwand wirkt schlechter als am Boden in allen Bereichen.

Eine Matte Fibsorb 100 auf der Seite wirkt etwa wie am Boden auf die ungewollten Resonanzen, dämpft aber die BR-Spitzen stärker ab.


Zwei Matten Fibsorb 100 dämpften die BR-Spitzen deutlich ab, die 486 Hz Spitze wird effektiver gedämpft, der Effekt auf die 187 Hz Resonanz ist marginal stärker als mit einer Matte.


Doppelt Fibsorb 100 über zwei Lagen Noppenschaum Dämpfen die ungewollten Resonanzen nochmal besser, senken jedoch die BR-Spitzen deutlich ab. Unter Berücksichtigung der Messung mit einer einzigen Matte Noppenschaum kann davon ausgegangen werden, dass die stärkere Wirkung im Wesentlichen durch die Position des Fibsorb kommt. Es wirkt also etwas weg vom Boden stärker als am Boden.
Im Vergleich zu 0,5 m² Fibsorb im gleichen Bereich werden die ungewollten Resonanzen vergleichbar gedämpft, die BR-Spitzen aber wesentlich mehr.


Nochmal der Vergleich 0,5 m² Fibsorb 50 (gelb) gegen zwei Matten Fibsorb 100 im hinteren Bodenbereich.
Das 50er ist vom Volumen etwa das doppelte, dämpft die ungewollten Resonanzen etwas besser aber auch die BR-Spitzen stärker ab.

Ich denke, die ~500 Hz Resonanz von der Gehäusebreite kommt. Die Matte über ein größere Volumen und an den Seiten bringt hier den größeren Effekt als an der Rückseite oder nur am Boden. Eventuell hat auch die Konstruktion der Versteifungen eine Rolle.

Ich werde wohl bei zwei Matten Fibsorb 100 bleiben, als Kompromiss zwischen Dämpfung der Resonanzen und Erhaltung der Gehäuseabstimmung.