Gehäusevibrationen Einleitung - waveguide-audio

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Gehäusevibrationen Einleitung

Gehäuse-Vibrationen

Vibrationsmessungen an Lautsprechergehäusen
Maßnahmen gegen Gehäusevibrationen

Zunächst provisorisch erstellt am 8. Juni 2012
Zuletzt überarbeitet am 12. November 2017

Auch dazu gehörig:
Gehäusevibrationen Messungen 1
Gehäusevibrationen Messungen 2
Gehäusevibrationen Nachlese
(Empfehlungen und Weiteres)
Vergleich von zwei Sensoren zur Vibrationserfassung
Konstruktive Unwägbarkeiten bei sog. Bitumen-Sandwich
Alu-Butyl Sandwich bzw. Elastomerbitumen Sandwich

Vorwort


Der Autor hat sich an der Vibrationsdämpfung typisch kleiner Gehäusewände versucht, wie vorkommend bei seinen Satellitenboxen
WG 1.A oder WG 1.C und evtl. anderen.

Aus zunächst Vorversuchen mit weit über 1.000 Messungen mit ca. 25 unterschiedlichen Maßnahmen zur Vibrationsbedämpfung von Gehäusewänden, konnten wichtige Erkenntnisse gewonnen werden.
Einmal hinsichtlich, welche Methoden der Wand-Vibrationsbedämpfung, denn vorrangig effektiv sein würden. Eine sinnvolle Auswahl davon, wurde dann weiter verfolgt. Andererseits wurden bei den Vorversuchen, auch wichtige Erkenntnisse hinsichtlich dem Messverfahren selber gewonnen.



Bezüglich hiesigen Messaufbau von Wandvibrationen:

Mess-Signal:

- Pinknoise mit ca. 2Veff am Chassis (AL 130).
- Abtast-Frequenz 8.000Hz, Zeitfenster ca. 240msec.
- Mess-Sensor: Fabrikat AKG, Typ C411L
- (dieser Sensor ist auch für symmetrischen Anschluss erhältlich).

Der in den Diagrammen ausgewiesene SPL ist ohne
Aussage. Er steht jedenfalls nicht in Relation zum SPL, den man
von akustischen Messungen an Lautsprecher-Chassis kennt.

 

Verwendetes 300Hz bis 3.000Hz Mess-Fenster bei den später folgenden Mess-Reihen

bedingt durch die für den Tiefton-Bereich optimierte Messauflösung mittels 8kHz Abtast-Frequenz, sind Werte über so 3.000Hz, dann nicht verfügbar. Das ist insofern nicht schlimm, weil im wahren Leben, ein Konus-Chassis (in einem Mehr-weger jedenfalls) nur in seltenen Fällen höher betrieben würde.

Viel Mess-Zeit ließe sich (im Nachhinein festgestellt) einsparen, wenn als Abtastfrequenz statt der langsamen 8kHz, die schneller ablaufenden 24kHz oder 48kHz verwendet gewesen wären. Dabei bekäme man auch vergleichsweise höhere Frequenz-Bereiche ausgewertet. Falls Sie selber solche Messungen machen wollen, dann werden Sie Gehäuse-Vibrationen auch mit 48kHz Abtastfrequenz sachdienlich genug aufdecken können. Und damit vielleicht auch die Welt zum Staunen bringen, was ein Hochtöner wiederum an Gehäuse-Vibrationen verursacht.

Nach unten hin, da ist ist der Anzeigebereich in den später folgenden Mess-Reihen, bei 300Hz endend.
Das hat als Grund, weil unterhalb der tiefst-frequenten Stehwelle in der verwendeten Gehäuse-Größe, eh keine weiteren Vibrations-Peaks mehr auftreten würden.


Sensor-Empfindlichkeit versus Rauschen:

hier ist anhand vorgenommener Vibrationsmessungen dargestellt,

- um wieviel das vom Sensor empfangene Signal bei den Messungen
- über dem Rauschen des Messaufbaues liegt.

Wie zu sehen, ergibt sich bei Rosa-Rauschen mit rund 2Veff, ein brauchbarer Abstand zum Grundrauschen des Messaufbaues.

Diese 2Veff sind allerdings auch schon heftig laut.



Bild unten:


Ausschnitt aus der Bedienungsanleitung des Sensor-Herstellers AKG.

Ersichtlich ist:

- der Aufnahme-Frequenzgang,
- sowie im Polar-Diagramm, in wieweit nicht nur axial Bewegung erfaßt wird.


Messung unten:

entsprechend obigem Polar-Diagramm müsste der Sensor deutlich weniger Körperschall aufnehmen, wenn er wie in der Skizze rechts:

- statt mit seiner vorgegebenen Kontaktfläche
- per einer Seite (somit 90 Grad zur Kontaktfläche)
- auf einem vibrierenden Objekt befestigt sein würde.

Wie es sich in Bezug auf eine hubende Membran dabei verhält, zeigt folgende Messung:


Der Signalabstand zwischen der 0 Grad Sensorausrichtung und der falschen 90 Grad Ausrichtung beträgt wie ersichtlich im Schnitt etwa 25dB, was sich erwartbar tendenziell mit dem Datenblatt deckt.


Bild unten:


Wie sich die beiden Anbringungsvarianten dann in Bezug auf zu messende Boxengehäuse verhalten, zeigt folgende Messung.

 


Bild oben:


Wie zu sehen ergibt sich hier nun nicht einfach nur ein geringerer Pegel, wenn der Sensor um 90 Grad um seine Achse gedreht angewendet wird. Sondern: es zeigen sich in den aufgenommenen Frequenzgängen Unterschiede von Tag zu Nacht.

Der Grund für diesen Unterschied:

- das Lautsprecher-Gehäuse hat bei speziell 630Hz offenbar nicht nur einen Wand-Vibrationspeak (gelbe Kurve).
- Sondern: es macht bei 630Hz auch heftige vor und zurück Bewegungen (violette Kurve).

Solche vor und zurück Bewegungen werden um so eher erfasst, je deutlicher die "Fühl"-Achse des Sensors in Richtung dieser Bewegung ausgerichtet ist (der Sensor in diesem Fall um 90 Grad vorsätzlich falsch angebracht ist).


"Aber nun wird man so einen Sensor aber ja nicht versehentlich
um 90 Grad komplett falsch ansetzen !?"


Ja ist klar, dennoch:

- je weniger plan-parallel so ein Sensor mit sog. 8er-Charakteristik zum Messobjekt (Gehäusewand) angebracht ist,
- desto stärker werden eventuelle vor und zurück Bewegungen parasitär mit erfaßt und
- verfälschen die Messung von Vibrationen der Fläche.


Unten ein Versuch zur ganz allgemeinen Wiederholbarkeit hiesiger Vibrationsmessungen

Der Sensor wurde dazu 10 mal abgenommen.
Und an selber Stelle wieder angesetzt.  
Vor dem Ansetzen wurde die Betylknete jeweils neu rück-geformt.
Die Ausrichtung auf Plan-Parallelität, erfolgte durch Augenschein.
Also so, wie bei den tatsächlichen Messreihen an Gehäusen.

Wie zu sehen, werden die Frequenzen der Vibrationen jeweils stabil erfasst.
Aber: es ergeben sich zu tieferen Frequenzen hin, Unterschiede im Pegel.
Die Ursache dafür liegt halt darin, dass der Sensor nicht stets genau gleich plan-parallel zur Messfläche ausgerichtet war.

 
 
 
 
 

Skizze rechts:

Bei den späteren Messungen werden die Begriffe
"eingefaßte Seite" sowie "umfassende Seite"
vorkommen.

Höhe und Breite der Testboxen sind gleich. Da sie auf Stoß verleimt sind, haben die Bretter jedoch andere Maße.


Die Unterscheidung hat der Autor gemacht, weil die unterschiedlichen Brettmaße, vielleicht ein gering unterschiedliches Vibrationsspektrum aufweisen könnten.







Bezüglich der Messreihen auch noch diese Erläuterung

Die Messungen erfolgten in aller Regel an 8 gleichen Punkten, die Grafik unten gibt über deren Lage Auskunft.
Im Falle, dass eine Querverstrebung auf dem Messpunkt liegen würde, wurde der Sensor neben die Verstrebung gesetzt.



Unten eine Bespielmessung. Die Kurvenfarben entsprechen denen der Messpunkte.

 
 

Bezüglich der Durchführung der Messungen ist auch noch zu erwähnen:

- die Gehäuse lagen auf einem weichen Untergrund (Couch)
- mit so 50cm Abstand vor dem Chassis, war ein Berg aus schallschluckendem Material (Wolldecken, Bettdecken) angehäuft.

So war die Ohr-Belastung beim Messen erträglicher.
Und die Messungen weniger krusselig, als wenn ein Gehäuse auf einem eher harten Untergrund aufliegt.





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