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Helmholtz-Resonator-Experimente

Dieses Thema im Forum "Raumakustik & Dämmung" wurde erstellt von Baweg, 13.02.17.

Status des Themas:
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  1. Baweg

    Baweg Themenersteller

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    Hallo,
    um meine Bassprobleme im Wohnzimmer in den Griff zu bekommen, wollte ich mal etwas mit Helmholtzresonatoren herumexperimentieren.
    Ich würde meine Ergebnise gerne hier dokumentieren, vielleicht sind sie ja für den ein oder anderen ganz nützlich bzw. interessant.

    Da es erstmal nur ein Herumexperimentieren ist, wollte ich möglichst kein Geld ausgeben, daher habe ich zwei alte Lautsprechergehäuse genommen und das Loch vorne mit einer Holzplatte geschlossen.
    Auf der Rückseite war ein Terminal für den Anschluss der Kabel. Dieses habe ich entfernt, sodass ein rechteckiges Loch übrig blieb.
    Dann habe ich mit nur einer Schraube ein Holz über das Loch befestigt, welches sich bewegen lässt, sodass der HHR stimmbar ist.
    Das ganze sieht nicht sehr hübsch aus, erfüllt aber seinen Zweck :D
    [​IMG]

    Beide HHR haben jeweils 28 L Innenvolumen und sind nicht gedämmt.
    Ich habe zwei starke Raummoden bei 35 Hz und 56 Hz, die ich bekämpfen möchte.
    Dabei möchte ich mich zunächst um die 56 Hz Raummode kümmern.

    Gestimmt habe ich folgendermaßen:
    1. 56 Hz Sinuston abspielen lassen.
    2. HHR in die Ecke gestellt, wo die 56 Hz Raummode am meisten gedröhnt hat.
    3. Kalibriertes Messmikro in die Ecke zum HHR gestellt.
    4. Das Loch des HHR durch Schieben des Holzes langsam geöffnet, im Spektrum-Analysator wird der Peak bei 56 Hz nach und nach kleiner.
    5. Sobald der Peak wieder zu steigen beginnt, muss man das Loch wieder etwas schließen.
    6. So findet man ziemlich einfach und schnell das perfekte Tuning.
    Hier meine ersten Messungen mit nur einem der beiden HHRs auf 56 Hz gestimmt in der Ecke neben dem rechten Lautsprecher positioniert:

    Links ohne HHR:
    [​IMG]

    Links mit HHR:
    [​IMG]

    Rechts ohne HHR:
    [​IMG]

    Rechts mit HHR:
    [​IMG]

    Das Ergebnis finde ich für einen einzigen 28 L HHR schon sehr gut. Ich hoffe bald mit beiden HHRs zusammen eine neue Messung machen zu können.


    Ich habe mich dann noch mal etwas in die Theorie zum Helmholtz-Resonator eingelesen.
    Man findet in der Regel folgende Formeln:
    fr = 54.61 × √(π × R²/(V × (l + (π/2 × R))))
    Q = 2 × π × √(V × (l / A)³)
    k = 5 × 10-13 × V × F × Q × fr3

    Ich wollte vor allem wissen, welchen Einfluss das Volumen hat. Man liest ja immer: "Mehr Volumen = mehr Wirkungsgrad".
    Ich habe auf Grundlage der Formeln eine Anwendung programmiert, welche das Ganze mal in einem Diagramm zeigt (Die Anwendung liegt gezippt im Anhang. Es wird Java benötigt).
    Und dabei ist mir etwas interessantes aufgefallen:
    Wenn man, so wie ich, keine Rohre beim HHR einsetzt, sondern die Dicke des Holzes als Kanallänge nutzt, dann stimmt die Aussage "Mehr Volumen = mehr Wirkungsgrad" nicht ganz.
    Wie man in den Diagrammen unten sieht, fällt der Kopplungsfaktor und somit der Wirkungsgrad des HHR mit steigendem Volumen.
    Was hingegen mit dem Volumen steigt, ist die Bandbreite des HHR.
    Die einzige Möglichkeit aus mehr Volumen auch mehr Wirkungsgrad anstatt mehr Bandbreite zu machen ist, die Kanallänge zu vergrößern.
    Dazu ist jedoch ein Rohr nötig.
    Da ich jedoch auf Rohre verzichten möchte, macht mehr Volumen keinen Sinn.
    Ich habe die Anwendung so erweitert, dass man eine gewünschte Bandbreite (in Hz) angeben kann.
    Eine orange Linie zeigt an, bei welchen Volumen diese Bandbreite erreicht ist.
    Genau an dieser Stelle ist das perfekte Volumen. Weniger Volumen hätte zu wenig Bandbreite, mehr Volumen hätte einen geringeren Wirkungsgrad.
    In meinem Fall komme ich für 56 Hz, einer Bandbreite von 2 Hz und 1,9 cm Holzdicke auf ein optimales Volumen von 36 L.

    Screenshot der Anwendung:
    [​IMG]
    Ich habe schon häufiger gesehen, dass 200 L HHRs gebaut wurden und diese hatten dann kaum eine Auswirkung.
    Ich war mir daher sicher, dass mein kleiner 28 L HHR wohl eine kaum messbare Wirkung haben wird.
    Doch zu meiner Überraschung, war die Wirkung doch ziemlich groß.
    Vielleicht ist das oben genannte genau der Grund. Die 200 L HHRs waren nur sehr breitbandig, aber hatten einen zu geringen Wirkungsgrad.
    Man sollte also zuerst gucken, welche Bandbreite man benötigt, und dann lieber mehrere HHRs mit möglichst kleinem Volumen bauen, als einen großen.

    === UPDATE: 15.02.2017 ===



    Ich habe mal einige Szenarien in meiner Anwendung durchgerechnet.
    Dabei kam ich auf folgende Regeln:
    [​IMG]

    === UPDATE: 18.02.2017 ===


    Hier nun die Messergebnisse mit beiden HHRs. Beide HHRs stehen in der Ecke direkt übereinander, wie im Bild oben zu sehen. Der zweite HHR zeigt tatsächlich nochmal die gleiche Wirkung wie der erste. Ich bin sehr zufrieden mit den Ergebnissen :)

    Links:
    [​IMG]

    Rechts:
    [​IMG]


    === TODO-Liste ===


    • Messungen mit gedämmtem HHR => Verhalten wie HHR mit mehr Volumen?
    • Messungen mit sehr breitbandigen HHR
      • 100 - 200 Hz
      • Beispiel: V = 13,5 L, L = 1,9 cm, D = 12,2 cm => K = 0,3
     

    Anhänge:

    Zuletzt bearbeitet: 18.02.17
    wer, Beatback, DocNo und 6 andere bedanken sich.
  2. maxton

    maxton

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    Um Gottes willen.....
    Ziemlich kompliziert :D
     
  3. DrownedInTrance

    DrownedInTrance

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    Wow, sehr guter Beitrag ! Der kleine HHR wirkt ja schon echt wahnsinnig gut, das hätte ich auch nicht erwartet. Du hast dir echt viele und gute Gedanken gemacht, und gleich dazu noch mal eben ein Programm dafür geschrieben, Daumen hoch ! Deine Überlegungen machen für mich Sinn und die Messungen bestätigen das ja auch. Ich hab auf jeden Fall Lust bekommen, nun auch mit HHRs zu experimentieren. Dann werde ich wohl Donnerstag mal in den Baumarkt fahren und mir ein bisschen MDF zuschneiden lassen ;) Dann werde ich mich hier auch mit Fotos und Messungen beteiligen.
    Zwei Fragen: Ist die Lautsprecherbox bedämpft, wenn ja, womit ? Und würdest du das Programm zum testen zur Verfügung stellen ?
     
  4. Schlumpfpeter

    Schlumpfpeter Loudness-Opfer

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    Das klingt natuerlich interessant!
     
  5. Baweg

    Baweg Themenersteller

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    Die HHRs sind nicht bedämpft und auch kein Vlies hinter den Öffnungen.

    Ich bin schon sehr auf die Messungen mit beiden HHRs gespannt. Leider muss ich immer warten bis die Nachbarn weg sind :D

    Die Anwendung kann ich gerne zur Verfügung stellen.
     
  6. rauschkiller

    rauschkiller

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    Hallo Baweg :)

    Schönes Experiment und gute Anwendung :)

    Das größte Problem welches ich leider sehe ist, das HH's Skalpelle sind im Bereich der Raummodenbekämpfung.

    Relativ hohe Wirkung in schmalem Frequenzband.
    Wie man in deinen Wasserfällen auch sehen kann.

    Das gleiche Problem hatte ich in meinem Arbeitsraum auch... Mehrererere Varivents waren testweise verbaut.
    Und je mehr verbaut wurden, um so zerklüfteter wurde das Wasserfalldiagram...

    Hatte einen ähnliches Bassproblem wie Du, relativ gesehen. Massive Raummoden in engem Frequenzband ( knappe 2 Oktaven ) Bei mir fiel der Pegel im Bass erst nach 1,9 Sek. um die geforderten 60 dB ( Bild 1 vor dem Umbau, welches ich meinem Studiokollegen gesendet hatte ). Bild 2 zeigt die Sache in deinem Zeitrahmen.

    Habe schlussendlich alle HH's entsorgt, da unbrauchbar.
    Keine Messdaten / Bilder mehr vorhanden.

    Die Moden wurden dann nach einer Denkwoche, mit einer Eigenentwicklung bezwungen... Die nicht Wohnraumtauglich ist, da grösserer Aufwand und Platzbedarf (Bild 3 und Bild 4 / Finalmessungen ).

    Bild 4 ( Spektrogramm ) ist für deine Experimente alternativ sinnvoll, da es ansatzweise ein Wasserfalldiagramm von oben zeigt.

    Bei deinen Experimenten würde ich in die Richtung gehen mehr auf Breitbandigkeit zu setzen als auf maximal absorbierten "Pegel"

    Vielleicht hast Du mehr Glück, als ich es hatte.
    Bei mir sind mehrere qm Grundfläche durch den Umbau verloren gegangen...

    Daumen drück...


    01_water_02_vor_antibass_1900er_zeit.jpg 02_water_02_vor_antibass_700er_zeit.jpg FB_IMG_1487033189594.jpg FB_IMG_1487034249956.jpg
     
    Zuletzt bearbeitet: 14.02.17
    Beatback und Loop_Breaker bedanken sich.
  7. Schlumpfpeter

    Schlumpfpeter Loudness-Opfer

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    Genau, deshalb macht man im Normalfall auch erstmal so viel mit breitbandigen, porösen Absorbern wie möglich und dann den Rest mit hh, sofern nötig. Niemand hat behauptet das die hh eine alleinige Lösung wären, ops Wasserfall sieht auch nicht so aus als wäre da noch nichts im Raum gemacht, insofern scheint er sich dessen bewusst zu sein.

    Edit: hab die Bilder verwechselt... Nach viel gemacht siehts doch nicht aus :D ist aber eigentlich auch Lachs, mit siehts besser aus, also Erfolg!
     
    Zuletzt bearbeitet: 14.02.17
    Bert4 bedankt sich.
  8. Baweg

    Baweg Themenersteller

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    Meine programmierte Anwendung liegt jetzt als ZIP-Archiv im Anhang des ersten Beitrags.
    Es wird Java zur Ausführung benötigt.
     
  9. DrownedInTrance

    DrownedInTrance

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    Perfekt, vielen Dank ! Lustigerweise habe ich direkt mal 73 Hz eingegeben, weil dort eine Raummode bei mir liegt, und da spuckt mir das Programm -1 Liter aus. :D Bei 74 und 72 Hz ist alles in Ordnung.
     
  10. Baweg

    Baweg Themenersteller

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    Die Sorge habe ich aktuell auch, dass meine beiden aktuellen HHRs zwar eine hohe Wirkung haben, aber viel zu schmalbandig sind, um die Bassprobleme wirklich in den Griff zu bekommen.

    Doch ein HHR kann ja ohne Probleme auch breitbandig ausgelegt werden, dann werden jedoch ein größeres Volumen und Rohre benötigt.
    Mit 183 L Volumen und mehreren 10 cm langen Rohren (Gesamtdurchmesser 28 cm) müsste ich laut meinem Rechner auf den gleichen Wirkungsgrad (K = 0,7) kommen wie mit den bisherigen HHRs, jedoch mit 10 Hz Bandbreite:
    [​IMG]
     
  11. Schlumpfpeter

    Schlumpfpeter Loudness-Opfer

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    @DrownedInTrance
    Hmm... Scheinbar ist dein Raum ein besonders verzwickter und das einzige was hilft ist en schwarzes Loch. Auf den Strömungswiderstand achten beim Kauf! Wir wollen schließlich keinen Quasar im Studio...
     
    Synophon und Yacc bedanken sich.
  12. Baweg

    Baweg Themenersteller

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    Da war noch ein Fehler drin.
    Habe das ZIP oben aktualisiert, jetzt funktioniert es auch mit 73 Hz :D
    Bitte gleich sagen, falls noch jemand Fehler entdeckt.
     
    Eff16 bedankt sich.
  13. Loop_Breaker

    Loop_Breaker Hippie

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    Saugeil!!! Danke für den Thread!!!

    Auch wenn es vermutlich eine saudumme frage ist:
    Warum wolltest Du keine rohre verwenden?

    LG
     
  14. Baweg

    Baweg Themenersteller

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    Jetzt im ersten Schritt vor allem aus Kostengründen.
    Für meine Experimente wollte ich möglichst kein Geld ausgeben und daher auch keine Rohre kaufen müssen.

    Sollte sich tatsächlich herausstellen, dass ich mehr Bandbreite und somit mehr Volumen brauche für meine 56 Hz Mode, dann werde ich auf Rohre setzen müssen, um auch einen hohen Wirkungsgrad zu erhalten (siehe Screenshot oben).
     
    Loop_Breaker bedankt sich.
  15. Kosaken-Kaffee

    Kosaken-Kaffee Überschätzte Legende

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    Man sollte jede Möglichkeit nutzen, sein Rohr zu verlegen. :L:
     
    Yacc und Schlumpfpeter bedanken sich.
  16. Yacc

    Yacc Musikmacher

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    beim absorber bau hat man eh die ganze zeit eine latte in der hand:lalala: irgendwo muss man sich ja abreagieren :kratzamkinn:
     
    Kosaken-Kaffee bedankt sich.
  17. Baweg

    Baweg Themenersteller

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    Ein Füllen des HHR mit Dämmmaterial vergrößert ja "virtuell" das Volumen.
    Verhält sich dann ein 28 L HHR mit entprechender Menge Dämmwolle wie z.B. ein 60 L HHR?
    Oder gibt es da doch Unterschiede?
    Ich hoffe, dass ich mal die Zeit finde, da auch ein kleines Experiment zu machen.
     
  18. Schlumpfpeter

    Schlumpfpeter Loudness-Opfer

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    Das Problem mit dem Rohr ist auch das man sich da nicht so einfach annähern kann an die zielfrequenz wie beim Löcher bohren. Ein kleines zusätzliches Loch ist schnell gebohrt, ein Rohr mal eben zwei cm zu verlängern ist nicht so einfach. Man muss da dann hoffen das die Berechnungen stimmen... Was sie selten tun.
     
    Loop_Breaker bedankt sich.
  19. Baweg

    Baweg Themenersteller

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    Ich habe in meinen Startbeitrag eine Tabelle mit Regeln für typische Szenarien hinzugefügt.
    Diese basiert nur auf Berechnungen mittels meiner Anwendung, sind also noch rein theoretisch :)
    Ich hoffe einiges davon bald per Messung überprüfen zu können.
     
    Schlumpfpeter bedankt sich.
  20. engineer

    engineer Ton-Guru

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    Hm, sagen wir, die Trägheit wird erhöht - allerdings wirkt der Einfluss auf das erste Differenzial, die Geschwindigkeit, während das Volumenen über die Masse und Kompression auf das zweite Differenzial wirkt. Das ist nicht Dasselbe!

    Ja, aber das muss man schon so detailliert angehen, um zu Ergebnissen zu gelangen, die auch interpretier- und nutzbar sind.

    Was die konkreten Messobjekte angeht: Wie dicht ist der Verschlussmechanismus der HR-Öffnungen vorne?
     
    DocNo bedankt sich.
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