Helmholtz-Resonator-Experimente

[engineer]

Vorsicht mit dem Klopftest! Da hört man Holzresonanz. Das ist nicht Dasselbe, wie die Luftresonanz und ergibt nicht die HHR-Reo-Frequenz!

 

[Baweg]

Vorsicht mit dem Klopftest!

Nur wie stimme ich meinen HHR dann am besten?
Bei meinen stimmbaren HHRs mit drehbarer Platte konnte ich das sehr gut per Mikro machen:
Sinuston mit der gewünschten Frequenz und Platte bewegt bis der Pegel minimal war.
Doch wie macht man das beim Bohren der Löcher?

 

[Schlumpfpeter]

Warum hat das klopfen denn dann bei den anderen Leuten hier zu nem gut gestimmten Ergebnis geführt?

 

[Baweg]

Für das sehr ungenaue Ergebnis des Rechners hätte ich eine Lösung:
Es wurde keine Mündungskorrektur mit eingerechnet.
Mit Mündungskorrektur von 1,23 (beidseitig geflanscht) komme ich mit meiner Gesamtöffnungsfläche von 16 cm² auf 61 Hz.
Damit liege ich nur noch 1 Hz unter dem letztendlich gemessenen Wert.
Das wäre ja brauchbar

 

[engineer]

> Nur wie stimme ich meinen HHR dann am besten?
Messen und Bohren, Messen und Bohren. Aufbohren, wenn es irgendwie geht. Vielleicht kann man auch ein Holzgewinde reinschneiden und eine Bohrung wieder verändern.

Wichtig: Beim "Messen" musst Du das Ding im Studio an der Zielposition und mit beiden aktiven Monitoren an der Zielposition betreiben und mit Messmikros im Bereich des sweet spots arbeiten. Der HH hat im Nahbereich eine andere Wirkung / Phase als dort, wo Du seine Wirkung eigentlich haben willst. Dabei ist auch das Ausmass der Anregung in Verbindung mit der Position wichtig: Da die Helmis meistens im Bass eingesetzt werden, ist damit die Position der Monitore, der Subs und die sich ausbildenen Moden relevant. Was Du durch das Klopfen anregst, ist eigentlich was komplett anderes. Üblicherweise solltest Du auch den Anteil der Holzresonanz - sofern vorhanden - am Ort des sweet spots möglichst gar nicht hören.

Ich weiß auch nicht, wer sich das ausgedacht hat mit der Klopferei:

Der HHR ist ja durch seine Luftresonanz aktiv und alle Formeln, die ICH kenne, nehmen einen "harten" Resonator an, d.h. ein im Vergleich zur Luft nicht mitschwingendes, da quasistarres Gehäuse. Je mehr nämlich ein Helmi "weich" ist, also ein dünnes Gehäuse hat, das nennenswerten Schallbeitrag liefert, desto mehr wird es zu einem Schwingplattenabsorber-Resonator. Der klassische Helmi besteht ja üblicherweise aus Metall und Glas- siehe das Beispiel der Glasflasche. Dass er in der Studiotechnik aus Holz gebaut wird, ist ein Sonderfall. Genau so wie bei Lautsprechern, sind auch die Resonanzen des Gehäuses beim Helmi im Grunde eigentlich nur störende Beikomponente, welche die Angelegenheit verkomplizieren. Einfacher abzustimmen wäre der sicher, wenn er aus dickem, nicht relevant schwingendem Holz wäre. Oder aber man belegt das Holz innen mit Bitumen und macht es so schwer, dass es tief genug schwingt und stimmt die Hauptfrequenz mitsamt der Luftfrequenz ab. Oder man entwickelt den Multifunktions-Superhelmi als Quader, der 3 Eigenresonanzfrequenzen im Holz hat, die so getrimmt wurden, dass sie zu denen des Raumes passen. Das kann man sicher beliebig kompliziert aufziehen. Meine Befürchtung ist aber, dass das für die Meisten nicht hinzubekommen ist.

Ich glaube einfach, dass Viele generell nicht wissen, was sie da eigentlich bauen und z.B. beim Klopfen im Wesentlichen das Holz hören und nicht die Luftresonanz. Von daher wäre Blasen über der Hauptöffnung vielleicht zweckmässiger.

 

[AndiPaulo]

Ich hab das schon in einigen Threads von mir gegeben:

Ich lass die Boxen rauschen und halt dabei das Messmikro in die Ecken, so sehe ich uffm Analyzer wo der Helmi hin muss.
Zum Stimmen wieder Rauschen uff die Boxen und Messmikro in den Helmi, dann sieht man uffm Analyzer uff was der HH gestimmt ist. Dafür bei kleinen HH ein abdichtbares Loch einplanen wo man das Messmikro rein hängen kann. Bei meinen großen ist die Lochfläche groß genug daß ich das Kabel vernachlässigen kann.

 

[Baweg]

Ich habe meine Problemfrequenzen als Sinuston abgespielt und bin mit meinem Messmikro die Ecken abgelaufen und habe geguckt, wo der Pegel am höchsten ist.
So habe ich die besten Postionen für die jeweiligen Helmis gefunden.
Da gab es tatsächlich extreme Unterschiede. Hätte gedacht, dass es in den Ecken immer sehr laut ist, aber z.B. bei meiner 45 Hz Raummode hört man in einer Ecke fast nix. Dort wäre der HHR wohl nutzlos gewesen.

Zum Stimmen wollte ich Löcher bohren, HHR an die Zielposition, Messmikro an die Hörposition und per REW, Sweep und Wasserfall prüfen bei welcher Frequenz er wirkt.
Ich finde man sieht im Wasserfall immer sehr schön wo der HHR gerade wirkt.

 

[engineer]

Klar, direkt in der Ecke ist die Drucküberhöhung maximal, aber die Schallschnelle 0! Man muss die Wellenlänge ins Spiel bringen und sich Lamba/4 ansehen. Raummoden prägen sich überdies durch Überlagerung aus. Die Überlagerung einer jeden Welle jeder Frequenz ist aber an der Kante Faktor 2. Die Problemintereferenz bildet sich hingegen bei ganzzahligen Vielfachen der Frequenz bei Auslöschung , also wenn im planaren Fall sin (k * phi1) = - sin (k * phi2) mit phi1 = phi2 + x. Maximum für x = phi / 2.

 

[Schlumpfpeter]

Sinus...... Uuuuuuund ich bin raus

 

[Bert4]

Klar, direkt in der Ecke ist die Drucküberhöhung maximal, aber die Schallschnelle 0! Man muss die Wellenlänge ins Spiel bringen und sich Lamba/4 ansehen. Raummoden prägen sich überdies durch Überlagerung aus. Die Überlagerung einer jeden Welle jeder Frequenz ist aber an der Kante Faktor 2. Die Problemintereferenz bildet sich hingegen bei ganzzahligen Vielfachen der Frequenz bei Auslöschung , also wenn im planaren Fall sin (k * phi1) = - sin (k * phi2) mit phi1 = phi2 + x. Maximum für x = phi / 2.

Hier geht es um HHR und die wirken nun mal nur im Druckmaximum.
Deine angesprochene Wellenlänge und Lambda/4 bezieht sich auf poröse Absorber!

Ich weiß auch nicht, wer sich das ausgedacht hat mit der Klopferei:

Mit dem Faustballen auf den HH schlagen zeigt klar und deutlich seine Resonanzfrequenz.
(die Holzresonanz schlägt im Analyser dabei enorm gering bis kaum aus)
Natürlich sollte man nicht mit dem Fingergelenk klopfen

Ich glaube einfach, dass Viele generell nicht wissen, was sie da eigentlich bauen und z.B. beim Klopfen im Wesentlichen das Holz hören und nicht die Luftresonanz. Von daher wäre Blasen über der Hauptöffnung vielleicht zweckmässiger.

Probier es einfach mal aus,
danach berichtest du bitte von deinem mühselig versuchten Pusten und Misserfolg!

lg Bert

 

[technoreinhard]

@Bert
Dass Resonatoren nur im Druckmaximum wirken, ist nicht ganz richtig. Sie wirken dort nur besonders stark. Daher stehen die meistens in den Ecken, soweit sich das machen lässt.

@engineer:
Ich denke auch, dass das Klopfen in aller Regel ausreicht, zumal Du ja selbst weiter vorne schreibst, daß der Holzklang nur messbar ist.

Klar, man hört den Resonanzton in der Nähe des Auslasses und natürlich durch die Auslöschung. In der Nähe vom Holz hat man gfs auch noch die Holzresonanz, aber die sollte nur messbar sein.

 

[engineer]

Deine angesprochene Wellenlänge und Lambda/4 bezieht sich auf poröse Absorber!

Ich bezog mich durchaus auf Resonanz - konkret auf den maximalen Energieübertrag auf den Resonator, der bei 90 Grad Phasendifferenz am Grössten ist, was im Zeitpunkt - umgerechnet auf die Welle selbst, eben einem Viertel entspricht. Bringt man nämlich die Zeitdauer einer Tonwelle ins Spiel, ist die abstrakte Wellenlänge da durchaus auch von Interesse, weil das letzliche Ergebnis der Auslöschung eine Frage der konkreten Überlagerung eine Frage der Dauer der Superposition ist. Daher spielt die Art des Signals eine Rolle. Ohne ausreichende Pulslänge ist da keine Anregung zu erwarten und wenn, keine Auslöschung mehr

Mithin war der Einwurf als Antwort auf "Baweg"s Angabe zu sehen, daß er dort nichts gehört hat. Angenommen, er hat einen Druckgradientenmikro genommen, wäre dies auch eine Erklärung. Angenommen, er hat richtigerweise einen Druckempfänger genommen, bliebe festzustellen, dass die theoretischen Druckmaxima, die wie Ich ja schrieb, sich am Rand zeigen, jene Verhältnisse in einem Raum ohne HHR skiziieren. Mit dem HHR hat man (und möchte man ja haben) ja den idealen Wert 0, also eine vollständige Kompensation der Welle. (Wegen zweimal 90 Grad).

Am Ende wird die beste Wirkung dann erzielt, wenn durchschnittlich die maximale Energie an den HHR übertragen wird, was nur bei statischen Verhätlnissen bei 90 Grad Phasendifferenz zustande kommt, also für einen Wellenverlauf nicht gilt. Der Resonator läuft der anregenden Welle zu Beginn der Anregung mit anderer Phase nach, als im eingeschwungenen Zustand. Bau Dir mal einen HR in MATLAB und simuliere den in 3D mit und ohne Anregung. Dann siehts Du das bildlich vor Augen, was Ich meine. Die Verhältnisse sind da ungefähr dieselben wie bei Sperrfiltern in der Elektrotechnik.

Es wird also je nach Anregung der Raummode und dem Tonverlauf auf einen Kompromiss hinauslaufen - gfs Lamba/8 - um die maximale Wirkung zu erzielen. Dies ist auch schon deshalb der Fall, weil der HHR eine Ausdehnung hat und nicht mathematisch exakt in eine Ecke gestellt werden kann. Das ist auch der Grund, warum es oft nicht gut ist, die Öffnung des HHR an die Wand zu stellen,

 

[Baweg]

@engineer Du scheinst dich echt auszukennen

[...] maximalen Energieübertrag auf den Resonator, der bei 90 Grad Phasendifferenz am Grössten ist [...]

90° Phasendifferenz zu was?
Deiner Meinung nach sollten sich die HHR-Öffnungen also in einer Entfernung von λ/4 von der Wand befinden?
Mein 35 Hz HHR müsste seine Öffnung dann ja bei 2,4 m von der Wand haben, also fast mitten im Raum.
Hab ich da was falsch verstanden?

 

[engineer]

Nein, die Schlussfolgerung ist nicht richtig. Ich versuche es nochmal:

Es geht um das Verständnis, wie ein Resonanzsystem funktioniert. Die anregende Energie wird auf den Resonator übertragen, weil (und solange) es eine Phasendifferenz gibt. Bei 90 Grad Versatz ist der Energieübertrag an Größten, d.h. dann wird der Resonator stark angeregt, was das Hinterhereilen, (also die PD) verkürzt. Das passiert bei einer statisch konstanten Anregungsamplitude solange, bis sich eine Phasendifferenz eingestellt hat, die von den Schwingungseigenschaften abhängt. Soweit gilt das generell.

Aus "unserer" Sicht führt das nun dazu, dass

a) Energie in den Resonator fließt, also nicht sofort reflektiert wird, (was gut ist) und
b) mittelfristig eine Gegenwelle erzeugt wird, die zu teilweise Auslöschungen führt (was teilweise, ortsabhängig gut ist) und
c) der nicht als Gegenwelle emittierte Teil in der Dämpfung des Resonators (am Ort der Luftöffnung) in Reibung umgesetzt wird (was sehr gut ist) und
d) der nicht gedämpfte Anteil, der im Resonator gespeichert bleibt, am Ende wieder abgegeben wird (was nicht so besonders gut ist).

Ob und wie man das akustisch nutzen kann, hängt, sehr vom Verlauf der anregenden Welle ab:

Ein langer Basston (2 Sekunden tiefes Cello) wird den Resonator stark anregen, wobei die Phase des Resonators genügend Zeit hat, in einen statischen Zustand zu gelangen. Damit wird die Gegenwelle (und damit der Ort des Resonators) sehr wichtig. Der Nachklang ist unwichtig, weil - sofern die Position gut angepasst ist - die Wellenphase weiter vernichtend wirkt nur eben schwächer. Während der gesamten Dauer wäre die Energievernichtung durch die Reibung wirksam, die ansonsten im Raum aufschaukeln würde.

Ein kurzer Bassschlag (Kickdrum) als einmalig angeregte, schnell abklingende Welle, profitiert zwar auch von der Schallvernichtung durch die Reibung und Wegnahme, hat aber nichts von der Gegenwelle, weil die zu langsam aufbaut und laboriert zudem stark vom Nachklang des Resonators, der den Bass mitunter verzögert und schwammig macht.

Die Fragestellung, WO nun der Resonator optimal steht, hängt damit zusammen, welche Art von Bässen zu bekämpfen willst: Wenn Du Dir einen längeren Basston in der Ausbreitung vorstellst, braucht der auch in kleinen Räumen eine gewisse Zeit, bis er mehrfach durch den Raum geschossen ist und sich die Wellenüberlagerung bildet. Solange das nicht statisch genug ist, werden sich die Ort des Druckmaximums stark verschieben. Zu aller erst ist das Druckmaximum mal am Ort der Erzeugung jeweils am Größten, das ändert sich aber rasch, wenn die erste Reflektion ankommt und der Ton selbst schon wieder im Verschwinden ist.

 

[studio19]

Hallo,
ich selbst habe zwecks Realisierung eines HHRs erst einmal nach brauchbarem Grundlagenwissen gesucht. An der Uni Graz wurden einige Arbeiten erstellt, die man als PDF herunterladen kann. Vor diesem Hintergrund wird die Komplexität der Grundlagen zur Berechnung eines HHRs ersichtlich. Vielleicht findet es das Interesse all derjenigen, die bereits in einen HHR investiert haben, aber nicht zum gewünschten Ergebnis gelangt sind. Man findet auch Näherungswerte [ 3 ], Seite 38, zur Grobdimensionierung.
Folgende Arbeiten habe ich gefunden:
1. https://spsc.tu-graz.ac.at/sites/default/files/PA_Braeuer_Schlitzplattenabsorber.pdf
2. https://www.spsc.tugraz.at/sites/default/files/DA-Meister-Tiefenabsorber.pdf
3. https://www.spsc.tugraz.at/sites/default/files/BA_Braun_Helmholtzresonatoren.pdf
4. http://pub.dega-akustik.de/DAGA_2011/data/articles/000084.pdf

Ein weiterer Link zeigt die Kurve eines käuflichen HHRs mit mehreren individuellen Bohrungen. Es lassen sich also auch verschiedene Resonanzbereiche mit einem Absorber breitbandig beeinflussen.
5. http://systemintegration.berlin/datenblaetter/SIB_Datenblatt_HelmholzresonatorBT3.pdf

Ich hoffe, es kann euch bei der Umsetzung unterstützten.

 

[shAGGie]

Erst einmal Respekt für die bis dato geleistete Arbeit.

1. bedeutet Bandbreite + - angegeben Frequenz?
2. ist der Quellcode offen?

Ich habe eine Raumeigenmode bei 111 +-3 Hz, als Ergebnis liefert er mir ein Volumen von gerade mal 5 Liter bei einer Kanalläge von 1,8cm, K bei 1,0. Das finde ich fast nicht glaubhaft. Ich werde dennoch testweise mal so einen kleinen Kasten bauen und schauen wie das Ergebnis ist.

Viele Grüße

 

[AlphaMastering]

Ja, das stimmt ungefähr.
Schnell drübergerechnet: ca. 6 Liter bei 19mm Länge und 13,5cm² Öffnung, Breite 4Hz.

ABER: Du musst ein paar davon bauen, da es viele Druckmaxima bei dieser hohen Frequenz gibt.
Oder wenn Du noch Platz für einen Lochplattenabsorber über eine kleine Fläche (0,5-1m²) hast ist der noch besser und auch nicht dick (~<10cm). Natürlich alles symmetrisch anordnen im Raum.

 

[shAGGie]

Ja, das stimmt ungefähr.
Schnell drübergerechnet: ca. 6 Liter bei 19mm Länge und 13,5cm² Öffnung, Breite 4Hz.

ABER: Du musst ein paar davon bauen, da es viele Druckmaxima bei dieser hohen Frequenz gibt.
Oder wenn Du noch Platz für einen Lochplattenabsorber über eine kleine Fläche (0,5-1m²) hast ist der noch besser und auch nicht dick (~<10cm). Natürlich alles symmetrisch anordnen im Raum.

Da könnte ich ja glatt eine HHR Batterie bauen, linke Ecke 2, rechte Ecke 2, beides in einen rechteckigen Kasten mit Trennwand.
Ich will die Resonatoren in Würfelform bauen, weil sie so näher an der Kugelform sind. Innenmaße wären dann 17,1cm pro Innenkante.

Da die Länge des Raumes fast das doppelte der Breite beträgt (5,97m x 3,07m), habe ich nahe liegende stehende Wellen längs, als auch quer zur Abhörposition, am stärksten stört mich dabei halt die bei 111 Hz, demzufolge muss ich die Längs- und Querwelle gleichermaßen bedämpfen, da denke ich das ich in den Ecke am meisten erfolg haben werde. Zum Glück habe ich keine parallel zueinanderstehende Decke und Boden (Dachgeschoss). Dadurch habe ich nur mit Längs- und Querwellen zu kämpfen.

Mit Lochplatenabsorber habe ich mich noch nicht beschäftigt, ich werde mir mal die Berechnungsgrundlagen anschauen.

Viele Grüße

 

[AlphaMastering]

Da die Länge des Raumes fast das doppelte der Breite beträgt (5,97m x 3,07m), habe ich nahe liegende stehende Wellen längs, als auch quer zur Abhörposition, am stärksten stört mich dabei halt die bei 111 Hz, demzufolge muss ich die Längs- und Querwelle gleichermaßen bedämpfen, da denke ich das ich in den Ecke am meisten erfolg haben werde.

Probier mal: https://www.hunecke.de/de/rechner/raumeigenmoden.html
Dann siehst Du, wo ca. die richtigen Punkte wären.
Am besten vor Ort dann nochmal die 111hz als Sinus auf die Speaker und im Raum diese Punkte kontrollieren, ob dort wirklich der Schalldruck am höchsten ist.

 

[AlphaMastering]

weil ich gerade drübergestopert bin: http://www.acousticmodelling.com/helmholtz.php
Damit kann man einen Lochplattenhelmi ausrechnen. Wie genau der Rechner ist weiß ich aber nicht.