Schwingungsdämpfung durch Carbide Base

Schwingungsdämpfung durch Carbide Base

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.