helmholtzresonator DIY

[karumba]

wie versprochen hier nun der helmholtz resonatorbau. vorab: das experiment war erfolgreich & dier performance von dem teil ist hervorragend - der bau & das tuning ein kinderspiel!

ich werde heute hier nun alles dokumentieren

was macht das teil? es bedämpft den bassbereich in einem eher schmalen frequenzbereich. der vorteil ist jedoch, dass man das teil auf die gewünschte frequenz stimmen kann womit er eine alternative zu anderen bassabsorbern darstellt oder diese ergänzt.
weitere infos:
http://de.wikipedia.org/wiki/Helmholtz-Resonator

so...dann wollen wir mal. zunächst eine kurze beschreibung zum bau.
mein helmholtzresonator (ab nun abgekürzt mit HH) hat folgende daten:
außenmase: 100x46x46cm
material: spanplatten 19er stärke (im baumarkt schon fertig zuschneiden lassen!)
aufbau: verschraubt und innen mit acryl abgedichtet
arbeitszeit: kasten 20 minuten, tuning 10 minuten
kosten: keine 20€

alles bis auf die fronplatte zusammenschrauben und innen schöne mit acryl abziehen - das teil muss 100% dicht sein!

bevor die frontplatte draufkommt nochmal dick acryl drauf:

platte drauf und verschrauben + außen dann nochmal zusätzlich acryl:

so sieht dann der fertige kasten aus (ruhig 1-2h warten bis das acryl fest ist):

ich habe zunächst mal 3 löcher a 3cm gebohrt & nehme nun mit einem messmikro auf um nun auf die frequenz abzustimmen.
das mic nicht ins oder aufs loch zeigen, sondern daneben, damit die membran nicht durch den luftstrom beschädigt wird! :

 

[karumba]

so, kommen wir zum tunen. wie schon oben erwähnt, habe ich schonmal 3 löcher a 3cm gebohrt. der kasten hat ca. 170l volumen.
mit diesem rechner habe ich mal grob durchgerechnet was ich an lochdurchmesser brauchen werde & das waren ca. 8cm:
http://www.lautsprechershop.de/index_tools_de.htm

zum tunen nimmt man einfach das micro & einen FFT analyser. ich habe den voxengo SPAN genommen. den stellen man einfach auf den mode "high res" & schaut sich dann interessanten bereich 20-200hz an.

nun klopfen wir mit der faust kräftig auf den kasten & sehen dass der HH bei 28.9hz resoniert (man sieht im bild den cursor nicht, aber ich hatte meinen mauszeiger am scheitelpunkt der resonanz & dann wird links unten die frequenz angezeigt):

hm...noch zu tief, also nochein loch mit 2.5cm bohren:

die richtung stimmt, denn wir haben nun 31.8hz. ist aber noch nicht das was ich brauche (34.7hz)

aber hier habe ich nun entschieden mehrere kleine löcher zu bohren. am ende waren es
3x 3cm, 1x 2.5cm, 5x 1cm, 1x 0.6cm & voila:

perfekt erwischt! so klingt das übrigens wenn man auf den kasten klopft (wers selbst im analyser mal anschaun will):

[DaVogi] Links zum Rechner aktualisiert [/edit]

 

[karumba]

nun die messungen. zunächst mal der raum vollständig unbehandelt:

aufstellung 1:

ergebnis 1:

aufstellung 2:

ergebnis 2:

aufstellung 3:

ergebnis 3:

 

[karumba]

aufstellung 4:

ergebnis 4:

aufstellung 5:

ergebnis 5:

aufstellung 6:

ergebnis 6:

 

[karumba]

aufstellung 7:

ergebnis 7:

aufstellung 8:

ergebnis 8:

 

[karumba]

vorab: ich hatte noch andere aufstellungen ausprobiert, z.b. auch alle mit löchern richtung wand, diese haben aber eine deutlich schlechtere performance gezeigt.

beobachtung / auswertung:

aufstellung 5 & 7 zeigen die beste performance. wenn wir #7 mit der unbehandelten version für die 34.7hz vergleichen ergibt sich folgendes ergebnis:
vorher: 65.6dB

danach: 51.5dB

innerhalb von 1s klingt diese resonanz also um ca. 14dB stärker ab. der helmholtz funktioniert also & das - in anbetracht der größe - garnicht mal so schlecht. der frequenzgang glättet sich auch - das war zu erwarten.

ich sehe nun noch folgende optimierungsmöglichkeiten:

1. scheinbar liegt meine resonanz doch einen kleinen tick höher oder sich hat sich durch die bedämpfung verschoben - das sieht man sehr schön im vergleich zur "unbehandelten" grafik. ich bin mir daher nicht sicher ob ich exakt die resonanz erwischt habe & dadurch noch etwas mehr performance herausgekitzelt werden kann. folglich wäre es besser den helmholtz direkt in der ecke & via wasserfall-messung abzustimmen.

2. das volumen der HH ist noch nicht sehr groß. je größer man das also wählt, desto stärker die bedämpfung. ich könnte mir vorstellen, dass man mit 4 von den teilen die resonanz um 35hz in einen vernünftigen bereich bekommt. für alles darüber würde ich dann keine HHs mehr nehmen...wobei man aber prinzpiell auch mit der bandbreite spielen könnte...

3. eine weitere möglichkeit besteht auch, dass man die löcher mit pfropfen wieder schließen kann: http://antstore.net/shop/index.php/language/de/cat/c57_Stopfen-Stopfen.html

4. der HH ist aktuell noch unbedämpft um einen möglichst schmale bandbreite zu haben. man könnte auch mit etwas flies oder mineralwolle experimientieren. dadurch erhöht sich aber das effektive volumen & die resonanzfrequenz verschiebt sich. die bandbreite nimmt auch zu (& die effektivität bei einer bestimmten frequenz nimmt u.U. ab).

 

[basti_mmt]

ahhh, sehr gut. dabei war ich schon fast eingepennt. hehe...

danke!!!

wichtigste frage bevor du es selber erwähnen kannst. wabert der kasten nach?

edit: das wars mit platz!

 

[karumba]

nein, die kiste wabert nicht nach. ergebnisse kommen gleich...stay tuned!

 

[LM18]

Hmmm...

Ich bin gespannt ob der dir was bringt, wenn der so klein ist...
Vom Nachschwingen abgesehen.

 

[Fischkopp]

Das ist ja fast günstiger als sich den Raum mit Sonorock zuzustopfen und deutlich Handlicher!

 

[karumba]

sonorock hat schon seine vorteile, denn alles über 50hz ist mit mineralwolle dann doch cooler zu bedämpfen, da sie auch breitbandiger wirkt. aber sehr tiefe frequenzen für die man sonst sehr viel & sehr dicke mineralwolle bräuchte sind mit einem HH scheinbar gut in den griff zu bekommen.

 

[karumba]

interessant. ich glaube mir ist gerade eingefallen warum sich die resonanz nach oben verschiebt. man koppelt ja den HH mit seinem volumen an den raum & "verkleinert" damit scheinbar den raum weshalb die resonanz nach oben wandert. es wäre nun interessant herauszufinden ob ich nun den HH auf die anfangs oder endresonanz tunen sollte oder auf etwas dazwischen. wenn man nun einen weiteren HH bauen würde, müsste dieser auf jeden fall anders abgestimmt werden! das spricht auch dafür mehrere kleinere HHs zu bauen anstatt einen großen. oder man müsste die bandbreite hier dezent erhöhen. um die 200l lässt sich aber scheinbar gut abstimmen.

ich werden die tage mal solche pfropfen bestellen...

 

[rolanded]

sehr interessante Erkenntniss!

Es wäre noch interessanter zu sehen wieviele solche Kästen notwendig sind um diese Raummode (35Hz) komplett zu entfernen, aber bei einer Zeit von 300ms.

LG

 

[LM18]

sehr interessante Erkenntniss!

Es wäre noch interessanter zu sehen wieviele solche Kästen notwendig sind um diese Raummode (35Hz) komplett zu entfernen, aber bei einer Zeit von 300ms.

LG

Mein Akustiker hat mir damals berechnet, dass ich bei einer gegebenen Energie, in einem ähnlichen Frequenzbereich, die ich eintrage mit ca. 1.000 Liter rechnen müßte.
Er hat dazu eine Äquivalenzfomel herangezogen, welche ich später auch noch irgendwo im Netz gefunden hatte.
Diese Formel stellt den Resonator einer völlig schallabsorbierenden Fläche gegenüber.
Man muss gewissermassen die Raumecke akustisch verschwinden lassen...

Diese vernichtende Ausrechnung war ernüchternd und machte einen sofort kompromissbereit und duldsam

Der Raum- und Mühenbedarf der Volumenresonatoren gegenüber der Lösung mit porösen Eckabsorbern macht die letzere attraktiv.

 

[emu2009]

interessant. ich glaube mir ist gerade eingefallen warum sich die resonanz nach oben verschiebt. man koppelt ja den HH mit seinem volumen an den raum & "verkleinert" damit scheinbar den raum weshalb die resonanz nach oben wandert. es wäre nun interessant herauszufinden ob ich nun den HH auf die anfangs oder endresonanz tunen sollte oder auf etwas dazwischen. wenn man nun einen weiteren HH bauen würde, müsste dieser auf jeden fall anders abgestimmt werden! das spricht auch dafür mehrere kleinere HHs zu bauen anstatt einen großen. oder man müsste die bandbreite hier dezent erhöhen. um die 200l lässt sich aber scheinbar gut abstimmen.

ich werden die tage mal solche pfropfen bestellen...

Das glaube ich nicht, denn wenn dem tatsächlich so wäre, müßte das Raumvolumen ja bei der Berechnung irgendwo in den Formeln mit einbezogen werden und Du müßtest Tische, Stühle, Schränke usw. auch berücksichtigen, da sie ja dem Raum auch irgendwie Volumen (Luft) entziehen.
Auch würde dann ein gestimmter Resonator in einem anderen Raum bei gleicher Frequenz nicht funktionieren, weil die Volumina höchst wahrscheinlich ja auch unterschiedlich sein werden, was aber nicht der Fall ist - daher halte ich diese Schlußfolgerung für schlicht falsch.

Ich glaube eher, dass es vom Prinzip her sehr schwer ist, in einem Gehäuse ohne jegliche Bedämpfung die exakte Resonanzfrequenz zu finden und man da wohl immer ein wenig daneben liegen wird. Rechne mal aus, was bei Deinem Gehäusevolumen ein paar mm mehr oder weniger bei den Löchern ausmachen (unter der Prämisse, dass man den Punkt exakt treffen muß).

Das Dämmaterial macht den Resonator einfach breitbandiger, auch wenn vielleicht der Wirkungsgrad ein wenig sinkt (man soll halt nicht zu stark bedämpfen). Wäre mal interessant, was das bei Deinem Modell ausmachen würde.

Ansonsten danke für den Bericht.

 

[karumba]

Ich glaube eher, dass es vom Prinzip her sehr schwer ist, in einem Gehäuse ohne jegliche Bedämpfung die exakte Resonanzfrequenz zu finden und man da wohl immer ein wenig daneben liegen wird.

vergleich aber doch mal die resonanzfrequenz vor & nach der messung. sie hat sich nach oben verschoben.
vorher: 34.7hz
nachher: 35.8hz

wenn ich also vorher exakt 34.7 messe, den HH auf exakt 37.4 stimme & er auch eine sehr gute wirkung zeigt, kann ich ausschließen dass ich die frequenz falsch bestimmt habe. MB müsste ich ja z.b. auch die resonanzfrequenz der messung angeben & nicht die resonanzfrequenz danach (die ich ja eh noch nicht kenne). das könnte aber auch ein grund sein, warum sie den HH etwas bedämpfen - so wird er breitbandiger & das verschieben nach oben quasi mit abgefangen. das könnte am ende sogar besser sein, da durch das verschieben ja sonst die resonanz aus dem wirkungsbereich (bandbreite) des HH "rausrutscht".

die ursache der verschiebung (die definitiv da ist) bleibt aber dann noch ungeklärt & ich kanns mir nur über obige überlegung erklären. wer einen andere erklärung hat, immer her damit

letztenendes würde ich es aber trotzdem effektiver finden den HH in der ecke abzustimmen & zwar so, dass ich resonanz maximal (nämlich via wasserfallmessung) dämpfe.

 

[newborn]

@ emu 2009: wieso nicht einfach mal nichts schreiben, wenn man [scheinbar] keine Ahnung hat?

Klar beeinflussen sämliche Objekte, die sich im Raum befinden die Akustik des Raums! (sie können nur in den Formeln, die vereinfacht zur Berechnung genutzt werden, nicht berücksichtigt werden)

Und natürlich müssen Helmhotzresonatoren auf den Einsatzraum abgestimmt werden und natürlich wirken sie in jedem Raum anders!


Ich halte die Schlußfolgerung von Karumba durchaus für plausibel.

Ansonste: Danke Karumba für den Bericht und die vielen anschaulichen Bilder und Grafiken!

Gruß,
newborn

 

[emu2009]

@karumba

Der Grund, warum ich an diese Theorie nicht glaube, liegt einfach daran, dass man sich dann ja eigentlich jegliche Berechnungen schenken könnte, weil immer eine Unbekannte - der Raum - bliebe und das wäre doch sicher schon mal irgendwem vorher aufgefallen. Es gibt zur Theorie der Helmholtze ja jede Menge Ausführungen im Web und sogar ziemlich umfangreiche Experimente - schau Dir mal diese Arbeit hier an (vor allem, wie die die Resonanzfrequenz gemessen haben), aber von einer Verschiebung der Resonanzfrequenz auf Grund des Raumeinflusses hat noch niemand etwas geschrieben.

Es ist natürlich ´ne Theorie und etwas Gegenteiliges kann ich Dir leider auch nicht beweisen .

Die Bedämpfung erfolgt aber in der Regel nicht ausschließlich um Verschiebungen abzufangen (es gibt sogar Leute, die behaupten, mit einer Bedämpfung würde sich die Resonanzfrequenz des Helmholtzes erst recht weiter verschieben - auch so ein Streitthema, wobei ich das bei mir nicht feststellen konnte), sondern auch um ein Nachschwingen des Resonators zu verhindern und damit die Nachhallzeit nicht zu erhöhen (hier sind dazu ein paar gute Ausführungen).
Von daher probst Du hier gerade den Extremfall (gänzlich ohne Bedämpfung). Interessant wäre nun wirklich mal, was passiert, wenn Du die Rückwand bedämpfst.

@newborn

Solche Aussagen liebe ich immer: nichts konstruktives beigetragen (Du hälst die Schlußfolgerung für plausibel - schön für Dich, warum ?), Posting nicht verstanden, aber erstmal draufhauen - klasse.

Ich habe nicht behauptet, dass der Raum und seine Objekte keine Auswirkungen auf die Akustik im Allgemeinen hätten (wo habe ich etwas derartiges geschrieben ?), sondern das der Raum als solches bei keiner Berechnungsformel eines Helmholtzresonators (und darum geht es hier!) eine Rolle spielt. Die Resonanzfrequenz ist abhängig vom Volumen des Gehäuses, dem Durchmesser der Öffnung(en) und von der Wandstärke (bzw. der Länge des Rohres) und man kann die Teile zumindest theoretisch exakt berechnen.
Und natürlich müssen die für jeden Raum angepaßt (berechnet!!) werden, aber nicht der Raum ist dabei entscheidend, sondern die modalen Verhältnisse des Raumes. Wenn Du also einen Resonator auf 36 Hz tunest und 4 Räume hast, in denen diese Frequenz das Problem darstellt, dann funktioniert der Helmholtz in allen 4 Räumen - sonst könnte MB seine Masterlababsorber kaum verkaufen, denn nichts anderes machen die (Du teilst denen Deine Problemfrequenz mit und die berechnen daraufhin die Lochgröße der Frontplatte, abgestimmt auf diese Frequenz - nicht das Raumvolumen oder ähnliche Sachen).

Ich bin bestimmt nicht der Helmholtzgott und lasse mich gerne vom Gegenteil überzeugen, aber nach dem ich mich doch recht intensiv mit der Materie (zumindest der Theorie) befaßt habe und gerade selbst mit 4 etwas größeren Geschossen herum experimentiere, hielt ich es durchaus für angemessen, meine Meinung hier kund zu tun - man verzeihe mir den Verpaux.

 

[karumba]

aber von einer Verschiebung der Resonanzfrequenz auf Grund des Raumeinflusses hat noch niemand etwas geschrieben.

wir reden ja aktuell auch "nur" von 1hz verschiebung (obwohl ich das schon als signifikant bezeichnen würde) & ich kenne auch nicht die bandbreite meines HH. laut everest wird er wohl mehrere Hz haben, denn sehr hohe Qs erreicht man nur mit speziellen materialien wie z.b. keramik, nicht aber mit holz.

es gibt sogar Leute, die behaupten, mit einer Bedämpfung würde sich die Resonanzfrequenz des Helmholtzes erst recht weiter verschieben

hm...zu den leuten gehöre auch ich
ich denke wenn du etwas in den HH steckst verschiebt das seine resonanzfrequenz, weil sich das effektive volumen ändert. simpel betrachtet: wenn du eine halbleere bierflasche seitlich anpustest, sodass sie resoniert & das ganze dann mit der flasche machst wenn nochmal 3 schluck fehlen, bleibt die resonanzfrequenz ja auch nicht gleich.

 

[Black_Bender]

hey man wie toll.

rolandeds bassabsorber thread und dein helmholzresonator thread kommt einfach genau richtig für mich.

in den nächsten wochen gehts nämlich endlich los bei mir mit der erweiterung des frequenzkellers.

das erleichtert mir die arbeit aufs extremste.

ihr könnt euch ja garnicht vorstellen wie dankbar ich euch dafür bin.

hat einer von euch beiden lust noch einen ähnlichen beitrag zu schreiben wie man einen subwoofer in eigenregie optimal einmisst?

das wäre das sahnehäupchen

falls es wichtig ist: ich will meine satteliten dann nicht durch den sub schleifen sondern will das über die abhörmatrix machen. also einmal gehen die sats von der matrix ab und getrennt von der matrix aus wird der sub zugeschaltet.

echt ihr beide seit die größten