MASSNAHMEN

Streuschwingungen von Lautsprechern können sich durch den Kontakt mit dem Boden direkt auf die Oberflächen des Raumes übertragen. Dies führt dazu, dass die Oberflächen des Raumes diese Schwingungen als hörbaren Lärm abstrahlen, was das Musikhörvergnügen beeinträchtigen kann. Das Problem wird durch die große Oberfläche des Raumes, die den Schall mit einem hohen Wirkungsgrad abstrahlt, noch verschärft. Niederfrequente Schwingungen sind die schlimmsten Übeltäter, da sie sich mit geringer Impedanz durch die Struktur des Raumes ausbreiten können.

 

Selbst mit einer einfachen Schwingungsisolierung lassen sich diese schädlichen Auswirkungen von Körperschall abmildern. Wenn Sie schwingungsisolierende Audiofüße unter die Lautsprecher stellen, verringern Sie die Nachhallzeit, die Artefakte des Schwingungsabfalls und die Verzerrungen bei einigen Frequenzen[1]. Ähnliche positive Auswirkungen hat die Isolierung der Audioelektronik von Vibrationen. Das Ausmaß dieser Vorteile kann zwischen den verschiedenen Audiofooter-Designs stark variieren.

Messung der Schwingungsisolierung

Wir haben versucht, die Vibrationsisolierung verschiedener beliebter Audio-Fußleisten zu messen. Anschließend haben wir unsere Carbide Base Fußböden nach den gleichen Kriterien zum Vergleich. Die Schwingungsisolierung wurde für jeden Audiofooter in horizontaler und vertikaler Richtung gemessen. Drei verschiedene Vibrationsquellen wurden verwendet, um Vibrationen zu erzeugen: ein elektromagnetischer Vibrationstisch, ein Subwoofer und ein 2-Wege-Lautsprecher. In jedem Experiment wurden vier Audiofüße auf die Vibrationsquelle gelegt und dann eine Aluminiumplatte auf die Audiofüße gelegt. An die Aluminiumplatte wurden Gewichte geschraubt, um die Masse eines Lautsprechers oder eines Audiogeräts mit einer Gesamtmasse von etwa 32 kg (70 lbs) zu simulieren. Die piezoelektrischen Beschleunigungssensoren ACH-01 von Measurement Specialties wurden dann mit doppelseitigem Klebeband an der Platte befestigt, um die Beschleunigung in horizontaler und vertikaler Richtung zu messen. Die Beschleunigungssensoren werden wiederum in Verstärker eingespeist, die für ihre jeweiligen Sensoren kalibriert sind.

Elektromagnetischer Vibrationstisch

Für die erste Reihe von Messungen wurde ein elektromagnetischer Vibrationstisch verwendet. Der Tisch wurde digital gesteuert, um die Schwingungsamplitude und -frequenz der Tischoberfläche präzise zu modulieren. Um die Schwingungsamplitude des Tisches zu bestimmen, wurde ein Beschleunigungssensor am Tisch angebracht und dann ein Multimeter verwendet, um den Ausgang des Sensorverstärkers zu messen. Das Gleiche wurde mit einem zweiten Beschleunigungssensor gemacht, der an der Aluminiumplatte befestigt war. Die Messungen wurden vom Plattensensor in 5 Hz-Intervallen von 10 Hz bis 200 Hz vorgenommen. Der Vibrationstisch wurde in jedem Intervall so eingestellt, dass der Tisch mit einer Beschleunigung von 2,5 m/s2 vibrierte. Die Messungen wurden zunächst mit den Sensoren durchgeführt, die an den nach vorne gerichteten Kanten der Tischoberfläche und der Platte angebracht waren, um horizontale Vibrationen zu messen. Die Messungen wurden dann mit den Sensoren wiederholt, die an den Oberseiten des Tisches und der Platte angebracht waren, um vertikale Vibrationen zu messen. Diese Messungen konzentrierten sich auf den Bassfrequenzbereich, um die Leistung der Schwingungsisolierung um die Resonanzfrequenz jedes Audiofußes herum zu bestimmen.

 

Der Vorteil dieses Experiments war, dass der Tisch während der Messungen gleichmäßige Vibrationen erzeugte. Dadurch konnten Resonanzen in den Audio-Fußnoten eindeutig identifiziert werden. Der Nachteil dieses Experiments war die begrenzte Auflösung, die sich aus den Abständen der Messungen ergab. Auch dieses Experiment bot keinen Einblick in das Verhalten des Schwingungsabfalls.

 

Subwoofer

Ein Subwoofer wurde als Vibrationsquelle verwendet, um Sweep-Messungen im Bassfrequenzbereich zu erhalten. Ein PC wurde verwendet, um ein logarithmisches Sinussignal von 15 Hz bis 200 Hz zu erzeugen, das dann über den Subwoofer abgespielt wurde. Die Beschleunigungssensoren wurden an der Vorderkante und der Oberseite der Platte angebracht, um gleichzeitig horizontale und vertikale Vibrationen zu messen. Der PC wurde verwendet, um die Ausgabe der auf der Platte montierten Sensoren aufzuzeichnen. Die Messungen wurden dann in Wasserfalldiagramme übersetzt, die den Schwingungsabfall zeigen. Die Y-Achse der Wasserfalldiagramme wurde so eingestellt, dass Rauschbodenartefakte ignoriert werden, wobei 0 dBFS dem Grenzwert vor dem Clipping entspricht. Der maximale Schalldruckpegel während des Sweeps betrug 93 dBA, gemessen auf dem Boden unserer schallharten Fabrik in einem Abstand von 1 m. Die maximale horizontale Kabinenbeschleunigung während des Sweeps betrug 2,4 m/s2.

 

2-Wege-Lautsprecher

Ein 2-Wege-Lautsprecher wurde als Vibrationsquelle verwendet, um Sweep-Messungen in den mittleren und hohen Frequenzbereichen zu erhalten. Das Experiment wurde nach dem gleichen Verfahren wie das Subwoofer-Experiment durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Sweeps von 200 Hz bis 1 kHz für die Mitten und 1 kHz bis 10 kHz für die Höhen durchgeführt wurden. Ein weiterer Unterschied war, dass die Verstärker der Beschleunigungssensoren so eingestellt waren, dass sie eine Verstärkung von +20 dB im Vergleich zu den Subwoofer-Messungen lieferten. Die zusätzliche Verstärkung wurde aufgrund der inhärent geringeren Vibrationsamplitude bei höheren Frequenzen angewendet. Die höhere Verstärkung erhöhte auch das Grundrauschen, was eine Begrenzung des sichtbaren Anteils der Wasserfallgrafiken im mittleren und hohen Frequenzbereich erforderte, um Rauschbodenartefakte zu vermeiden. Der maximale Schalldruckpegel des Lautsprechers betrug während der Sweeps ebenfalls 93 dBA, wobei die Steuerspannung während aller Messungen konstant gehalten wurde. Diese maximale horizontale Kabinenbeschleunigung, die während der Sweeps auftrat, betrug 1,9 m/s2.

 

Die Vorteile der Subwoofer- und Lautsprecherexperimente lagen darin, dass sie einen hochauflösenden Blick auf das Schwingungsabklingverhalten der einzelnen Audiofüße ermöglichten. Der Nachteil war, dass die Schwingungen der Schränke nicht so gleichmäßig mit der Frequenz waren wie bei dem Experiment mit dem Vibrationstisch. Das Schwingungsverhalten der Boxen war jedoch zwischen den Messungen konsistent, so dass nützliche relative Vergleiche zwischen den Audio-Fußläufern möglich sind. Jede Messung wurde zweimal hintereinander durchgeführt und dann gemittelt, um Unregelmäßigkeiten im Schwingungsverhalten der Schränke auszugleichen.

Audio-Fußzeilen im Test

Audio Fußzeile Designs

Es wurden sieben verschiedene Audio-Footer-Designs getestet. Für einen relativen Vergleich wurden auch Spikes getestet. Jeweils vier Stück wurden unter die Aluminiumplatte gelegt. Die Geräte, die über die entsprechende Bestimmung verfügten, wurden an der Platte verschraubt.

 

Die getesteten Audiofüße lassen sich in Bezug auf die Schwingungsisolierung grob in zwei Kategorien einteilen: kugelgelagert und viskoelastisch.

 

Kugellager

Die Audiofüße 1, 3 und 6 basieren auf einem weit verbreiteten Konzept[2], bei dem Kugellager in gekrümmten Lagerringen rollen. Diese Lagerkonstruktionen leiten die Übertragung von Vibrationen um und reduzieren so die Vibrationen, die durch das Gerät übertragen werden. Die Audio-Fußleiste 5 leitet die Übertragung von Vibrationen durch die Verwendung von Lagern in einer patentierten, gestapelten Konfiguration ab. Bei den Carbide Base werden Lager zwischen flachen Lagerringen mit viskoelastischen Puffern verwendet, um das Gerät bei Vibrationen zu zentrieren.

 

Viskoelastisch

Der Audio Footer 2 besteht aus geformten Glasfasern mit viskoelastischen Eigenschaften. Audio Footer 4 verwendet obere und untere viskoelastische Elemente, die mit einem ovalen Zylinder in einer patentierten Konfiguration verbunden sind. Carbide Base Fußplatten verwenden ein röhrenförmiges viskoelastisches Element namens ViscoRing™ in einer zum Patent angemeldeten Konfiguration.

Klicken Sie auf den Text Messungen über jeder Gruppe von Messungen, um deren Sichtbarkeit umzuschalten.

Horizontale und vertikale Messungen werden auf separaten Registerkarten angezeigt.

Spikes

Abmessungen:

Ø 14 mm (0.55″)

35 mm (1.4″) Höhe

Konstruktion:

Stahlspikes

Spike-Messungen (zum Umschalten klicken)

Horizontaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Horizontaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Horizontal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Horizontal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen
Vertikaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Vertikaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Vertikal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Vertikal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen

Audio Fußzeile 1

Abmessungen:

Ø 45 mm (1.78″) (Oberteil), Ø 70 mm (2.76″) (Unterteil)

51 mm (2.0″) – 61 mm (2.4″) Höhe

Maximales Gewicht für 4:

K.A.

Höhenverstellbar:

Ja

Bolzen Bereitstellung:

Ja

Konstruktion:

Gehäuse aus rostfreiem Stahl mit 3 Keramikkugellagern, die in sphärischen Lagerringen laufen.

Audio Footer 1 Messungen (zum Umschalten klicken)

Horizontaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Horizontaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Horizontal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Horizontal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen
Vertikaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Vertikaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Vertikal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Vertikal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen

Audio Fußzeile 2

Abmessungen:

50 mm (2″) Breite x 50 mm (2″) Tiefe

25 mm (1″) Höhe

Maximales Gewicht für 4:

34,4 kg (76 lbs.)

Andere Versionen für verschiedene Gewichte erhältlich.

Höhenverstellbar:

Nein

Bolzen Bereitstellung:

Nein

Konstruktion:

Schichten aus hitzeverdichteten, geformten Glasfasern mit hoher Dichte, die zwischen Stahlplatten eingebettet sind. Ober- und Unterseite aus strukturiertem Gummi.

Audio Footer 2 Messungen (zum Umschalten klicken)

Horizontaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Horizontaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Horizontal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Horizontal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen
Vertikaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Vertikaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Vertikal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Vertikal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen

Audio Fußzeile 3

Abmessungen:

Ø 45 mm (1.75″)

24 mm (0.94″) Höhe

Maximales Gewicht für 4:

K.A.

Höhenverstellbar:

Nein

(Optionales Upgrade)

Bolzen Bereitstellung:

Nein

Konstruktion:

Eloxiertes Aluminiumgehäuse mit 6 Kugellagern, die in sphärischen Lagerringen zwischen 3 separaten Schichten laufen.

Audio Footer 3 Messungen (zum Umschalten klicken)

Horizontaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Horizontaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Horizontal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Horizontal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen
Vertikaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Vertikaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Vertikal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Vertikal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen

Audio Fußzeile 4

Abmessungen:

Ø 51 mm (2″)

43 mm (1.7″) Höhe

Maximales Gewicht für 4:

55 kg (121 lbs.)

Andere Versionen für verschiedene Gewichte verfügbar

Höhenverstellbar:

Nur wenn verschraubt

Bolzen Bereitstellung:

Ja

Konstruktion:

Obere und untere viskoelastische Isolatoren in einem Gehäuse, die durch einen ovalen Zylinder in einer patentierten Konfiguration miteinander verbunden sind. Richtungsweisendes Design. Alle Messungen wurden mit dem Logo nach vorne vorgenommen, wie vom Hersteller empfohlen.

Audio Footer 4 Messungen (zum Umschalten klicken)

Horizontaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Horizontaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Horizontal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Horizontal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen
Vertikaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Vertikaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Vertikal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Vertikal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen

Audio Fußzeile 5

Abmessungen:

Ø 76 mm (3″)

57 mm (2.25″) Höhe

Maximales Gewicht für 4:

K.A.

Höhenverstellbar:

Nur wenn verschraubt

Bolzen Bereitstellung:

Ja

Konstruktion:

Edelstahlgehäuse mit 5 separaten Stapeln von Keramiklagern in einer nicht diametralen, patentierten Konfiguration.

Audio Footer 5 Messungen (zum Umschalten klicken)

Horizontaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Horizontaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Horizontal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Horizontal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen
Vertikaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Vertikaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Vertikal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Vertikal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen

Audio Fußzeile 6

Abmessungen:

Ø 45 mm (1.75″)

72 mm (2.8″) – 89 mm (3.5″) Höhe

Maximales Gewicht für 4:

K.A.

Höhenverstellbar:

Ja

Bolzen Bereitstellung:

Ja (Verschraubung erforderlich)

Konstruktion:

Aluminiumgehäuse mit 3 Keramikkugellagern, die in sphärischen Lagerschalen laufen.

Audio Footer 6 Messungen (zum Umschalten klicken)

Horizontaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Horizontaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Horizontal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Horizontal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen
Vertikaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Vertikaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Vertikal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Vertikal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen

Carbide Base Fußzeile

Abmessungen:

Ø 125 mm (4.9″)

56 mm (2.2″) – 74 mm (2.9″) Höhe

Maximales Gewicht für 4:

32 kg (70 lbs.)

ViscoRing™ austauschbar für höhere Gewichte

Höhenverstellbar:

Ja

Bolzen Bereitstellung:

Ja

Konstruktion:

Oberer Teil aus Aluminium, der das ViscoRing™ enthält. Der untere Teil aus Edelstahl enthält Keramiklager und viskoelastische Puffer in einer zum Patent angemeldeten Konfiguration. Die Messungen wurden mit installierten Light ViscoRings™ durchgeführt.

Maße des Carbide Base (zum Umschalten klicken)

Horizontaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Horizontaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Horizontal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Horizontal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen
Vertikaler Vibrationstisch
10 Hz – 200 Hz Bass
Vertikaler Subwoofer
15 Hz – 200 Hz Bass
Vertikal-Lautsprecher
200 Hz – 1 kHz Mitteltonbereich
Vertikal-Lautsprecher
1 kHz – 10 kHz Höhen

Haftungsausschlüsse

Diese Experimente simulierten die Vibrationsamplituden, die direkt am Gehäuse eines Lautsprechers oder Subwoofers bei mittlerer bis hoher Lautstärke auftreten. Einige Audio-Fußschalter können bei der Isolierung von Schwingungen mit geringerer Amplitude anders messen. Außerdem beeinflusst die Masse, die unterstützt wird, die Leistung einiger Audio-Footer, so dass eine Änderung der Masse die Messungen verändern kann. Schließlich wurden diese Messungen alle mit einem annähernd gleichbleibenden sinusförmigen Vibrationsreiz durchgeführt, der sich von dem dynamischen Zustand der Musik unterscheidet.

Schlussfolgerung

Die Vibrationsisolierung der getesteten Audiofüße war sehr unterschiedlich. In den meisten Fällen verstärkten sich unerwünschte Streuschwingungen durch die Fußleisten in den Bässen und unteren Mitten. In anderen Fällen war die Dämpfung unzureichend, was dazu führte, dass die Resonanzen noch lange nach dem anfänglichen Stimulus anhielten, wie die langen Abklingzeiten in einigen der Wasserfalldiagramme zeigen.

 

Die Carbide Base waren einzigartig in ihrer Fähigkeit, die Bässe und unteren Mitten zu isolieren und zu dämpfen und so die Klarheit in diesen Frequenzen zu maximieren.

Referenzen

[1] Katz, B. (2020). Über die akustische Abstrahlung aus dem Gehäuse eines Lautsprechers. AES: Journal of the Audio Engineering Society, Convention Paper 10405

 

[2] Kemeny, Zoltan A. „Mechanischer Signalfilter“. US 6520283 B2, Patent- und Markenamt der Vereinigten Staaten, 18. Februar 2003. Google Patente, https://patents.google.com/patent/US6520283B2

Viskoelastische Polymere oder Elastomere werden aufgrund ihres hohen Dämpfungsgrades häufig in der Schwingungstechnik eingesetzt. Elastomere können auch niederfrequente Schwingungen wirksam isolieren, indem sie in bestimmte Formen gebracht werden. Der Formfaktor ist der Fachbegriff für die Quantifizierung der Isolationsleistung einer bestimmten Elastomerform. Daraus folgt, dass die potenzielle Resonanzfrequenz umso niedriger ist, je niedriger der Formfaktor ist. Eine niedrige Resonanzfrequenz führt in der Regel zu einer großen Bandbreite der Schwingungsisolierung. Dies ist auf die Isolierung der Schwingungsfrequenzen oberhalb der Resonanzfrequenz zurückzuführen.

 

Für die meisten gängigen Formen ist der Formfaktor im Allgemeinen wie folgt definiert:

Formfaktor =
Durchschnittlich belastete Oberfläche
Wulstige Oberfläche

Die durchschnittlich belastete Fläche ist der Durchschnitt der oberen und unteren Fläche, die die Last tragen. Die Ausbeulfläche ist die Fläche, die sich senkrecht zur Last ausbeulen kann.

 

Die Stabilität eines Elastomers kann unterhalb eines bestimmten Formfaktors beeinträchtigt werden, wenn das Material immer höher und schmaler wird. Einige Elastomerhersteller empfehlen, einen Formfaktor von 0,3 nicht zu überschreiten, um ein Ausknicken zu verhindern – ein Problem, das zum Umkippen der gestützten Geräte führen kann.

 

Bei der Konstruktion des ViscoRing™ Elastomers, das in den
Carbide Base
Sockeln verwendeten Elastomers wurde ein Formfaktor von 0,17 vorgesehen. Dies wurde gewählt, um die Resonanzfrequenz so weit nach unten zu drücken, dass die niedrigsten hörbaren Frequenzen wirksam isoliert werden können.

Verbesserung der Stabilität

Es wurde ein Experiment durchgeführt, um die Fähigkeit des ViscoRing™ zu testen, eine Last vertikal zu tragen und ein Ausknicken zu vermeiden. Der Versuch bestand darin, schrittweise Masse aufzubringen und die vertikale Verformung des Materials zu messen. Die Gewichte wurden in Schritten von 1,13 kg (2,5 lbs) bei Raumtemperatur auf dem Medium ViscoRing™ angebracht. Der vertikale Verformungsabstand wurde in Form der abgebildeten Spannungs-Dehnungs-Kurve aufgetragen. Die y-Achse stellt die Spannung oder die Menge der aufgebrachten Masse dar, die x-Achse die Dehnung oder vertikale Verformung, die durch die aufgebrachte Masse verursacht wird.

Die rote Kurve zeigt den ViscoRing™ allein ohne Gehäuse. Es ist zu erkennen, dass sich das Material kurz nach dem ersten Aufbringen der Masse unter der Last stark zu verformen begann. Das Material trug selbst eine kleine Masse nur schlecht, was angesichts des extrem niedrigen Formfaktors zu erwarten war.

 

Um die Stabilität des ViscoRing™ zu verbessern, wurde für ihn ein Gehäuse im oberen Teil des Carbide Base Fußes entwickelt, wie in der vereinfachten Grafik dargestellt. Um den ViscoRing™ zu versteifen und ein Ausknicken zu verhindern, wurden in bestimmten Abständen Rippen am Umfang angebracht. Die Rippen waren so weit voneinander entfernt, dass sich die Oberfläche zwischen ihnen auswölben konnte, so dass die Vorteile des niedrigen Formfaktors erhalten blieben.

 

Wenn sich der ViscoRing™ nach außen wölbt, kommt ein immer größerer Anteil der gewölbten Oberfläche mit den schrägen Rippen in Kontakt. Dieser mit zunehmender Masse steigende Formfaktor führte zu einer gleichmäßigeren Resonanzfrequenz über einen breiteren Bereich von Lastmassen. Die Isolationsleistung des Carbide Base Fußsohle wurde bei unterschiedlichen Stützmassen konstanter.

 

Die blaue Kurve zeigt denselben ViscoRing™, der im Gehäuse des oberen Teils des Carbide Base Fußteils. Es wurde ein relativ linearer Anstieg der Dehnung bzw. der vertikalen Verformung bei Anwendung von Spannung oder Masse beobachtet. Das Material wölbte sich nicht wie vorgesehen.

 

Elastomere lassen sich nicht auf ein kleineres Volumen komprimieren. Daher müssen sich Elastomere nach außen wölben können, um sich unter Belastung zu verformen. Der selektiv verspannte ViscoRing™ zeigte keinen plötzlichen Anstieg der Neigung oder Steifigkeit, wie es der Fall gewesen wäre, wenn das Material am weiteren Ausbeulen gehindert worden wäre. Dies ist wichtig, da eine niedrige Steifigkeit oder Federrate erforderlich ist, um eine niedrige Resonanzfrequenz zu erreichen.

Verbesserung der horizontalen Isolierung

Nachdem es gelungen war, ein Elastomer mit niedrigem Formfaktor für die vertikale Isolierung zu verwenden, wurden ähnliche Vorteile für die horizontale Isolierung gewünscht. Horizontal ausgerichtete Elastomere mit niedrigem Formfaktor wurden zusammen mit Kugellagern eingebaut, um die horizontale Isolationsleistung weiter zu verbessern.

 

Die Verwendung von Kugellagern für die horizontale Isolierung ist ein bekanntes Konzept. Bei vielen Konstruktionen werden Kugellager zwischen gekrümmten Lagerringen eingesetzt. Die gekrümmten Lagerflächen anderer Konstruktionen halten die Lager zentriert. Sie ermöglichen auch eine Umlenkung des Übertragungsweges der Schwingungen, da sich der obere und der untere Laufring horizontal zueinander bewegen. Diese Umgehung des Übertragungsweges ermöglicht eine horizontale Isolierung[1].

 

Die Konstruktion für den unteren Teil der Carbide Base war anders, da die Lager auf flachen und nicht auf gebogenen Laufbahnen rollten. Die horizontal ausgerichteten Elastomere wirkten wie stark gedämpfte Federn, die das Gerät bei Vibrationen in der Mitte halten. Um die Verformung und den Rollwiderstand zu minimieren, wurde Zirkonium für die Lager und polierter, gehärteter Federstahl für die Lagerringe gewählt. Die horizontale Isolierung wurde mit einem höheren Dämpfungsgrad als bei früheren Konstruktionen erreicht.

Schwingungsprüfung

Messung der horizontalen Isolierung

Um die Verbesserung der horizontalen Isolierung zu bewerten, wurde ein weiteres Experiment durchgeführt. Ziel des Versuchs war es, die Verbesserung zu quantifizieren, die der Einbau von Kugellagern und horizontal ausgerichteten Elastomeren für die horizontale Isolierung brachte.

 

Ein elektromagnetischer Vibrationstisch wurde zur Erzeugung von Schwingungen für den Versuch verwendet. Der Tisch wurde über einen Touchscreen und mit Frequenzumrichtern (VFDs) verdrahtete Drehknöpfe digital gesteuert. Diese wurden verwendet, um die Schwingungsamplitude und -frequenz der Tischoberfläche präzise zu modulieren.

 

Vier Carbide Base Fußplatten mit Medium ViscoRings™ wurden auf dem Vibrationstisch platziert. Anschließend wurde eine beschwerte Aluminiumplatte mit einer Gesamtmasse von ca. 45 kg (100 lbs) auf die Fundamente geschraubt. Zwei Measurement Specialties ACH-01 Beschleunigungssensoren wurden zur Messung von Vibrationen verwendet. Der erste Sensor wurde mit doppelseitigem Klebeband an der Vorderkante des Vibrationstisches befestigt. Der zweite Sensor wurde in ähnlicher Weise an der Vorderkante der Aluminiumplatte angebracht. Jeder Sensor wurde an einen eigenen kalibrierten Vibrationssensor-Verstärker angeschlossen, der wiederum sein eigenes Tischmultimeter speiste. DieVRMS-Messwerte jedes Multimeters wurden verwendet, um die Beschleunigung des Tisches und der Aluminiumplatte separat zu bestimmen, wobei 1 mVRMS = 1 m/s2 Beschleunigung ist.

Horizontale Isolierung grafisch darstellen

Die Vorwärts- und Rückwärtsschwingungsfrequenz (Y-Achse) wurde in 10-Hz-Schritten von 10 Hz bis 300 Hz eingestellt. DieVRMS-Werte der beiden Sensoren wurden für jedes Intervall aufgezeichnet. Die Amplitude des Tisches wurde so eingestellt, dass der Tisch sinusförmig mit einer Beschleunigung von etwa 4 m/s2 schwingt.

 

Die Subtraktion des Ausgangs des Plattensensors vom Ausgang des Tischsensors ergab die Übertragung von Schwingungen durch die Carbide Base Standfüße. Positive Werte wiesen auf eine Verstärkung der Vibrationen durch das Gerät hin. Dies war bei Schwingungsfrequenzen um die Resonanzfrequenz des Geräts zu erwarten. Negative Werte bedeuten eine Verringerung der vom Tisch erzeugten Vibrationen. Mit anderen Worten: eine erwünschte Isolierung von Schwingungen. Je negativer der Wert ist, desto größer ist die Isolation.

 

Die rote Linie zeigt Messungen, bei denen die Carbide Base Fußteile ohne Kugellager und horizontal ausgerichtete Elastomere. Für die horizontale Isolierung wurde nur das ViscoRing™ verwendet. Die blaue Linie zeigt Messungen, die mit eingebauten Lagern und horizontalen Elastomeren durchgeführt wurden. Durch den Einbau von Kugellagern und horizontalen Elastomeren wurde die horizontale Isolationsleistung erheblich verbessert. Die Verringerung der Schwingungsamplitude war im Bereich der Resonanzfrequenz besonders ausgeprägt, was auf eine höhere Dämpfung hinweist.

Schlussfolgerung

Mehrere Konstruktionsmerkmale wurden in die Carbide Base Fußteile wurden mehrere Konstruktionsmerkmale eingebaut, um Elastomere mit niedrigem Formfaktor zuverlässig zur Isolierung von niederfrequenten Schwingungen zu nutzen. Elastomere, die in Formfaktoren geformt wurden, die zuvor als zu instabil galten, konnten mit einem richtig konzipierten Gehäuse ausreichend stabil gemacht werden. Durch die zusätzliche Kombination von Lagern und horizontal ausgerichteten Elastomeren wurde die horizontale Isolierung weiter verbessert. Diese neuen Merkmale wurden später in ein anhängiges Patent aufgenommen.

Referenzen

[1] Kemeny, Zoltan A. „Mechanische Signalfilter“. US 6520283 B2, Patent- und Markenamt der Vereinigten Staaten, 18. Februar 2003. Google Patente, https://patents.google.com/patent/US6520283B2

Es ist bekannt, dass das Gehäuse eines Lautsprechers bei seinen unteren Resonanzfrequenzen erheblich zum abgestrahlten Gesamtschall beiträgt[1]. Obwohl die Oberflächengeschwindigkeit der Platten eines Lautsprechers gering ist, strahlen die Platten mit einem um ein Vielfaches höheren Wirkungsgrad als die Chassis. Dies ist auf die große Abstrahlungsfläche der Platten im Verhältnis zur Abstrahlungsfläche der Treiber zurückzuführen. Schall, der von den Gehäusewänden abgestrahlt wird, kann zu hörbaren Verzerrungen führen und sollte gemildert werden. Die Dämpfung der Gehäusewände ist eine wirksame Methode zur Verringerung der Amplitude von Resonanzen[2].

 

Das Ziel dieses Experiments war es, festzustellen, ob die Platzierung von Carbide Base Standfüße unter einem Lautsprecher niederfrequente Resonanzen in den Platten des Lautsprechergehäuses reduzieren können. Die Verringerung der Plattenresonanzen würde dazu beitragen, die Verbesserung der Schwingungsdämpfung durch die Sockel zu quantifizieren. Diese Verbesserung wird mit dem Basisfall eines Lautsprechergehäuses verglichen, das auf Stahlspikes auf einem Betonboden steht.

Test-Lautsprecher

Um Vibrationstests durchzuführen, haben wir zunächst ein Test-Lautsprechergehäuse gebaut. Wir haben unser eigenes Gehäuse gebaut, um die unbekannten Variablen, die die Messungen beeinflussen könnten, zu minimieren. Das Gehäuse wurde aus HDPE-Platten (High Density Polyethylene) gefertigt, wobei 25 mm dicke Platten für die Außenseite und 50 mm dicke Platten für die Innenverstrebungen verwendet wurden. Zwei Accuton AS250-6-552 250 mm (10 Zoll) Tieftöner wurden an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses montiert. Das Gehäuse wurde mit einem Innenvolumen von 129 Litern versiegelt, was einen Qtc-Wert von etwa 0,64 ergibt. Im Inneren des Gehäuses war keine Füllung vorhanden. Die Gesamtmasse des Gehäuses mit den montierten Tieftönern betrug 83 kg (183 lbs.).

Messungen

In unserem Experiment zur Schwingungsdämpfung wurden die Messungen an den Außenplatten des Lautsprechergehäuses vorgenommen. Die erste Reihe von Messungen wurde in der unteren Mitte des Gehäuses vorgenommen. Die zweite Reihe von Messungen wurde am oberen Teil der linken Seitenwand in einer Höhe von 76 cm über dem Boden des Gehäuses vorgenommen. Die Messungen wurden zunächst mit dem Gehäuse auf Stahlspikes durchgeführt, die direkt auf dem Betonboden auflagen. Die gleiche Messung wurde dann noch einmal durchgeführt, als das Gehäuse auf den Carbide Base stand.

 

Zur Messung der Vibrationen wurde ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor ACH-01 von Measurement Specialties verwendet. Der Sensor wurde mit doppelseitigem Klebeband am Gehäuse befestigt. Zur Verstärkung des analogen Ausgangs des ACH-01-Sensors wurde ein Verstärker mit einem integrierten analogen Signalprozessor verwendet. Der Verstärker wurde für die Empfindlichkeit dieses speziellen ACH-01-Sensors kalibriert, so dass absolute Beschleunigungsmessungen möglich sind. Der Sensorverstärker wiederum speiste seinen analogen Ausgang in ein Tascam US-366 USB-Interface, das zur digitalen Aufzeichnung des Signals auf einem PC verwendet wurde. Ein logarithmisches Sinussignal von 35 Hz bis 200 Hz wurde in einen Class-AB-Verstärker eingespeist, der die Tieftöner mit einer Treiberspannung von 3,8 V versorgte.

 

Es wurden Wasserfalldiagramme erstellt, um das Abklingen der Vibrationsamplitude über die Zeit zu zeigen. Die y-Achse stellt dB unter dem Vollausschlag des aufgezeichneten Signals relativ zum maximalen Spitzenpegel vor dem Clipping dar. Die y-Achse wurde auf ein Minimum von -60 dBFS begrenzt, um Rauschbodenartefakte zu vermeiden.

 

Die blauen Wasserfälle stellen Messungen dar, bei denen das Gehäuse auf Carbide Base steht, und die roten Wasserfälle stehen für Messungen, bei denen das Gehäuse auf Stahlspikes steht, die direkt den Betonboden berühren.

Untere Platte

On Floor Spikes
Auf Carbide Base

Obere Seitenwand

On Floor Spikes
Auf Carbide Base

Ergebnisse

Die Messungen bestätigten, dass tieffrequente Resonanzen innerhalb der Paneele unseres Testlautsprechers gedämpft wurden, wenn der Lautsprecher auf Carbide Base Sockeln anstelle von Bodenspikes aufgestellt wurde. Dieser Dämpfungseffekt trat nicht nur lokal in der Nähe des Kontakts mit den Sockeln auf, sondern auch an einer Stelle nahe dem gegenüberliegenden Ende des Gehäuses. Die Amplitude und die Abklingzeit der meisten Resonanzen, die in beiden Paneelen vorhanden waren, wurden reduziert, wenn der Lautsprecher auf den Carbide Base stand. Eine bemerkenswerte Ausnahme war die Resonanz um 150 Hz, bei der eine Abnahme der Amplitude und ein anfänglich schnelleres Abklingen zu verzeichnen war, gefolgt von einer geringen Zunahme der Abklingzeit unter -40 dBFS. Im untersten Frequenzbereich, in dem Gehäuseresonanzen am stärksten hörbar sind, wurde die Schwingungsamplitude in einigen Fällen um über 80 % reduziert.

Referenzen

[1] Bastyr, K. J., & Capone, D. E. (2003). Zur akustischen Abstrahlung aus dem Gehäuse eines Lautsprechers. AES: Journal of the Audio Engineering Society, 51(4), 234-243.

[2] Juha Backman, Effect of panel damping on loudspeaker enclosure vibration, 1996, Nokia Mobile Phones, Finnland.