Hallo WVIER
Ich möchte mir aus optischen Gründen einige verschieden dimensionierte
Plattenresonatoren für den Bass und Grundtonbereich bauen, und habe einige Fragen zur
Auslegung der Membrane. Mein Ziel ist natürlich : hoher Absorbtions-koefizient/möglichst
Breitbandig/geringe Bautiefe/niedrige Resonanzfrequenz. Mir scheint eine 3mm
Hartfaserplatte als Membrane besser geignet als Sperrholz da sie bei gleichem Gewicht
flexibler wirkt und ich dadurch bei gleichbleibender Resonanzfrequenz eine vieleicht etwas
schmalbandigere aber höhere Absorbation erziele. Ist dieser Eindruck richtig ?
Um eine geringere Bautiefe der geschlossenen Resonatoren zu ermöglichen möchte ich die
Hartfaserplatte vollflächig mit 2mm Gummimatten bekleben. Ich hoffe dadurch das
Membrangewicht erhöhen zu können, ohne die Biegeweichheit sehr zu beinträchtigen.
Mit welchen Effekten muß ich bei solch einer Sandwichmembrane rechnen?
Ist bei der Verbindung von Hartfaserplatte mit Gummimatte eine punktuelle oder
vollflächige Verklebung vorzuziehen?
vielen Dank
Christop von Kannen
Mönchengladbach
w vier Antwort: (12.04.02)
Sehr geehrter Herr von Kannen
Für die Auslegung der schwingenden Flächen eines "Plattenresonators" lohnt es einmal den Mechanismus im Detail zu betrachten. Wie bei anderen drucksensitiven Absorberkonstruktionen, z.B. auch Helmholtzabsorber, haben wir es auch beim Plattenresonator oder Plattenabsorber mit einem klassischen Masse-Feder-Dämpfungs-System zu tun. Die Funktion der Feder übernimmt weitgehend das im Korpus eingeschlossene Volumen. Die Dämpfung wird üblicherweise als Strömungswiderstand mittels einer porösen Füllung erzielt und die Masse durch eine schwingungsfähige, an den Rändern befestigte Platte umgesetzt. Dabei beschreibt dieses Modell nur grob die realen mechanisch-akustischen Vorgänge. In der Praxis besitzen alle drei Komponenten noch zusätzliche, oft als parasitär betrachtete Eigenschaften. So kann beispielsweise ein Korpus nicht unendlich steif konstruiert werden und neigt ebenfalls zu Eigenschwingungen oder die Volumenbefüllung (Dämpfungskomponente) führt zu einem Einfluß auf die virtuelle Volumengröße (Federsteife). Die einzelnen Faktoren sind also nicht unabhängig voneinander. Gleiches gilt auch für die Massekomponente in Form der schwingenden Platte. Diese Platte besitzt, abhängig von ihrem Flächengewicht, den Abmessungen und Ihrer Steife typische Eigenschwingungen (Moden) die für die Absorption ausgenutzt werden sollen.
Abbildung: Schwingungsformen
(Moden) einer allseitig eingespannten Platte,
aus "Mechel, Schallabsorber, Band II, Hitzel Verlag Stuttgart"
Für eine tiefe Abstimmung und möglichst
breitbandige Wirkung ist nun die Struktur der Eigenschwingungen bestimmend. Das
Längen-Breiten-Verhältnis muß, ähnlich den Dimensionen eines Raumes, so gewählt
werden, daß eine gleichmäßige Verteilung der auftretenden Moden entsteht. Es sollten
Seiten-Verhältnisse >1:1 und <2:1 angestrebt werden. Je größer die Fläche und je
höher das Flächengewicht, desto tiefer liegt die Fundamentalmode der Platte und damit
die tiefste erreichbare Absorptionsfrequenz. Hohe Breitbandigkeit bedeutet, die
auftretenden Oberwellen der Moden bei höheren Frequenzen sollten möglichst ausgeprägt
sein. Die Platte muß also eine hohe Steife und niedrige innere Dämpfung besitzen um
viele Oberwellen entstehen zu lassen (Steife!) oder diese nicht zu unterdrücken (innere
Dämpfung).
Wenn Sie diese Voraussetzungen auf die von Ihnen beschriebenen Materialien anwenden, wird
der zu beschreitende Weg eindeutig klar. Handelsübliche Hartfaser besitzt gegenüber
Sperrholz bei gleicher Dicke die höhere Dichte und damit das größere Flächengewicht,
die geringere Steife aber eine niedrigere innere Dämpfung. Sie hat somit klare Vorteile
für die Konstruktion eines tiefer abgestimmten Plattenabsorbers, wohingegen Sperrholz
eher für die höheren Abstimmung in Frage kommt..
Eine nachträgliche Erhöhung des Flächengewichts beider Werkstoffe durch Bekleben mit
anderen Materialien bewirkt eine markante Anhebung der Plattendämpfung, vor allem aller
Oberwellen, und ist somit für eine große Bandbreite eher kontraproduktiv! Sie sollten
also, für eine tiefere Abstimmung ihrer Plattenabsorber, eher die absolute
Flächengröße und/oder das eingesetzt Volumen (Bautiefe) vergrößern. Wir wünschen
viel Erfolg beim Bau Ihrer Absorber,
w vier
w vier
Ing. Büro für Raum- und Elektroakustik
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