Membranstruktur: Stimmt es dass...

[Sideshow]

...die Oberflächenbeschaffenheit einer Membran die "Ankopplung" der Luftmasse beeinflusst? Ein alter und kompetenter Radio und- Fernsehtechniker hat mir mal erzählt das Papier hierbei einen Vorteil besitzen soll aufgrund der mikroskopisch betrachtet größeren Oberfläche.

Zitat aus Wikipedia:

1 Akustische Impedanz
...
1.3 "Mechanische Impedanz

Diese Impedanzdefinition wird benutzt, um für mechanische Schwingungen wie z. B. Lautsprechermembranen, Mikrofone, Gehörknöchelchen oder mechanische Filter den Widerstand zu beschreiben, der der Schwingungsausbreitung entgegengesetzt wird. Die mechanische Impedanz ZM ergibt sich aus dem Quotienten von Kraft F und Geschwindigkeit v.

Mechanische Impedanz, Kraft und Geschwindigkeit werden hierbei als komplexe Größen beschrieben, die abhängig von der Frequenz f und Phasenwinkel ? sind. Befinden sich Kraft und Geschwindigkeit in Phase, so ist die mechanische Impedanz eine reelle Größe."

Soweit so gut, Kraft durch Geschwindigkeit, alles klar. Von der Fläche ist also nicht die Rede.

weiter -> Akustischer Strahlungswiderstand

"Der Akustische Strahlungswiderstand beschreibt das Verhältnis von Kraft (oder Druck) und Schnelle von Teilchen auf einer gedachten oder tatsächlich vorhandenen Oberfläche. Der Begriff ist wesentlich für die Ermittlung des Energieflusses und damit auch des Wirkungsgrades bei akustischen Strahlungsvorgängen."

Kann mir das bitte mal jemand aufdröseln! Hat die Membranstruktur nun Einfluss auf die "Ankopplung" der Luft oder nicht?
Ich könnte mir vorstellen vielleicht im Ultraschallbereich...

[helli]

Das erscheint mir vollkommen plausibel, ich gehe sofort mal mit der groben Körnung über meine TIs!

[Frankynstone]

Strukturen können die Schallabstrahlung beeinflussen, wenn ihre Größe relativ zur Wellenlänge nicht zu klein ist. Die faserige Papieroberfläche ist im akustischen Sinne spiegelblank.

Was den großen Unterschied zwischen Metall- und Papiermembranen ausmacht, ist die Schallausbreitung im Material. Metalle sind sehr, sehr gute Schallleiter. Wellen breiten sich schnell aus und verlieren nur wenig Energie. Pappe leitet den Schall langsamer und durch innere Reibung zwischen den Zellstofffasern geht eine Menge Energie verloren.

Wie wirkt sich das aus? Pappmembranen kommen schnell zur Ruhe, sie weisen zwar Partialschwingungen auf, die jedoch oft gutmütig sind. Wenn Metallmembranen in sich resonieren, dann oft sehr scharf und nur schwer durch passive Filterung oder Design des Chassis kontrollierbar. Um so wichtiger sind bei Metallmembranen also die Elastizität von Verklebungen, Absorption von hohen Frequenzen in der Sicke und geometrische Gestaltung der Membran selber.

Aluminium ist an sich ein ziemlich weiches Metall. Durch Legierung z. B. mit Kupfer kann es härter gemacht werden, wodurch sich störende Resonanzen zu hohen Frequenzen abschieben lassen. Pappe kann man durch Bindemittel oder Synthetikfasern versteifen und man kann sie unterschiedlich stark pressen.

Weil Pappe gern bei niedrigeren Frequenzen resoniert, muss man manchmal ein paar Tricks machen, um im gewünschten Übertragungsbereich einen glatten Frequenzgang zu erzielen. Dazu gehört es, konzentrische Ringe zu prägen. Dadurch wird die Membran einerseits verwindungssteifer, was Partialschwingungen unterdrückt oder in ihrer Frequenz stark verschiebt. Andererseits wirken diese geprägten Ringe als Sicken, wodurch hohe Töne hauptsächlich vom inneren Teil, tiefe jedoch durch die gesamte Membran abgestrahlt werden. Das bewirkt ein gleichmäßigeres Rundstrahlverhalten.

Ringförmig geprägte Membranen sind etwas aus der Mode gekommen. MEG verbaut sie noch in High-End-Monitoren. Sie sehen wohl zu technisch aus, als dass man sie gut verkaufen könnte. Strahlenförmige oder andere geometrische Muster hingegen sind im Kommen, teilweise mit zweifelhaftem Erfolg. Manche von ihnen sind groß genug, um für hohe Frequenzen die akustisch wirksame Oberfläche der Membran tatsächlich etwas zu vergrößern. Ob es hilft, könnte man mit Stroboskopaufnahmen klären.

[aurelian]

Polypropylen soll ähnliche innere Dämpfung wie Papier haben. Kann wer dazu noch genaueres sagen (Vor/Nachteile von PP gegenüber Pappe). Meine TTs sind aus PP und haben kreisförmige konzentrische Verstärkungen, wie auch bei Pappe des öfteren gemacht.

Welche klanglichen Effekte hat zB eine starre Alumembran (Gewicht der bewegten Masse fast 1/2 kg) eines 18 Zoll Subs? Kriegt man deren Partialschwingungen wirklich unter Kontrolle (ist ein extremes Beispiel, auf das ich zufällig gestoßen bin (ein Dayton Sub 18")) oder handelt man sich nur Probleme ein?

[krabat]

... handelt man sich nur Probleme ein?

Ja - lass mich Dir etwas sagen: Du bist kein Chassiskonstrukteur. Du verwendest stattdessen fertige Angebote. Deine Absicht ist, aus konstruktiven, sichtbaren Auffälligkeiten auf besondere Klangeigenschaften zu schließen. Das ist der Weg, den die Werbung geht: "Schaut her, das was wir da tolles gemacht haben, muss sich doch so und so auswirken!"

Diese Schlussfolgerungen sind im Allgemeinen falsch. Leider ist der Fall so gestrickt, dass die Eigenschaften von Lautsprechern akustisch gemessen werden müssen. Das wäre eine vernünftige Grundlage für Qualitätsbeurteilungen. die sogenannte Optik, ob nun technisch verbrämt oder einfach nur chic ist akustisch wirkungslos.

In der Vergangenheit sind ganze Konstruktionen auffällig geworden, weil die Ingenieure das Material falsch eingesetzt haben. Zum Beispiel haben Metallmembranen regelmäßig Resonanzen, die sich zusätzlich als meist drastischer Klirranstieg unterhalb der Resonanz (bei 1/2, 1/3, 1/4 ... der Resonanzfrequ.) bemerkbar macht. Schielt man nur darauf, dass die Resonanz "klingelt" und trennt zu hoch, ohne Berücksichtigung des Klirr darunter, dann hat man Pech gehabt, und einen typischen Materialsound, der aber doch nur ein typischer Konstruktionsfehler ist.

On Topic:

Ein alter und kompetenter Radio und- Fernsehtechniker hat mir mal erzählt ...

Vermutungen, in diesem Fall auch falsch.

[Lui]

Klar gibt es Effekte durch die Oberflächenstruktur. Diese werden aber so gering sein, dass sie keinerlei Einfluss haben.

Als ich noch in Jugendklubs rumhing, war es mode, Eierkartons an Wände und Decke zu kleben, um die Raumakustik der sonst recht kahlen Räume zu verbessern. Auch diese Maßnahme war weitgehend wirkungslos, aus dem selben Grund wie bereits von Dr.Frankenstein geschrieben.

"Strukturen können die Schallabstrahlung beeinflussen, wenn ihre Größe relativ zur Wellenlänge nicht zu klein ist."

Bei 10Khz wird das Reflexionsverhalten durch Eierkartons beeinflußt.

Grüße Lutz

[Frank]

Um so wichtiger sind bei Metallmembranen also die Elastizität von Verklebungen, Absorption von hohen Frequenzen in der Sicke und geometrische Gestaltung der Membran selber.

Auf dei Gefahr hin, dass ich jetzt wie Timmermanns klinge (wer hätte das je gedacht?): mechanische Dämpfung ist böse weil nichtlinear. Dämpfung kann IMHO nicht die Lösung sein. Mit der Formgebung ist da schon eher ein Blumentopf zu gewinnen.

Weil Pappe gern bei niedrigeren Frequenzen resoniert, muss man manchmal ein paar Tricks machen, um im gewünschten Übertragungsbereich einen glatten Frequenzgang zu erzielen. Dazu gehört es, konzentrische Ringe zu prägen. Dadurch wird die Membran einerseits verwindungssteifer, was Partialschwingungen unterdrückt oder in ihrer Frequenz stark verschiebt. Andererseits wirken diese geprägten Ringe als Sicken, wodurch hohe Töne hauptsächlich vom inneren Teil, tiefe jedoch durch die gesamte Membran abgestrahlt werden. Das bewirkt ein gleichmäßigeres Rundstrahlverhalten.

Das widerspricht sich in sich. Entweder, es versteift oder es wirkt wie Sicke beides gleichzeig geht nicht. Wenn schon Prägung zur Versteifung, dann bitte strahlenförmig mit dem Radius wachsend und nicht konzentrisch.

Strahlenförmige oder andere geometrische Muster hingegen sind im Kommen, teilweise mit zweifelhaftem Erfolg. Manche von ihnen sind groß genug, um für hohe Frequenzen die akustisch wirksame Oberfläche der Membran tatsächlich etwas zu vergrößern. Ob es hilft, könnte man mit Stroboskopaufnahmen klären.

Ja, deshalb nur für Tieftöner wirklich sinnvoll. aber auch nur bei denen gab es früher die Ringförmige Prägung.


Und nun nochmal zurück zur Ausgangsfrage: fragt mal bei ScanSpeak, ob die ollen luftgetrockneten Membranen eine Funktion im Sinne des Ausgangspostiungs hatten. Wenn dem so wäre, würden die wohl heute noch gebaut werden Ich muss aber sagen, ich mochte die rustikale Optik.

[Frankynstone]

Polypropylen und andere weiche Kunststoffe erzeugen auch klirr, weil sie nichtlinear sind. An der Stelle hilft dann wirklich nur messen, in welchem Frequenzbereich das unauffällig bleibt. Es gibt aber auch Membranen aus festeren Kunststoffen, Hartschäumen und Wabenstrukturen, die zum Ziel haben, Bewegungen innerhalb der Membran, die für Resonanzen und Klirr verantwortlich zeichnen, zu verhindern. Je steifer die Membran ist, desto höher ist die Frequenz, bei der sie aufhört, sich kolbenförmig zu bewegen und anfängt, "aufzubrechen". Das Aufbrechen ist, wie oben beschrieben, für die breite Abstrahlung hoher Frequenzen durchaus positiv.

Das mit Sicke und Versteifung widerspricht sich nicht. Es kommt auf die Richtung an. Die normale Wellenausbreitung in der Membran verläuft von der Schwingspule zum Rand hin. Eingeprägte Ringe können hier als Sicken wirken. Partialschwingungen sind Verwindungen der Membran, sie bewegen sich im Rechten Winkel zu den normalen Schallwellen. Eingeprägte Ringe stellen sich diesen Partialschwingungen in den Weg.

[krabat]

... wie Timmermanns ... Wenn schon ... dann bitte ... und nicht .. .
...nur für Tieftöner ... sinnvoll. ...

Hallo Frank, ich will dir nicht zu nahe treten, aber - ganz abseits einer spannenden Diskussion - hast du praktische Erfahrungen mit der Konstruktion von Lautsprechermembranen, und wenn ja, wieviel?

Polypropylen und andere weiche Kunststoffe ... Membranen aus festeren Kunststoffen, Hartschäumen und Wabenstrukturen, die zum Ziel haben ... für ... und Klirr verantwortlich ... Je steifer die Membran ist, (umso) höher ...

Das Aufbrechen ist, wie oben beschrieben, für die breite Abstrahlung hoher Frequenzen durchaus positiv..... im Rechten Winkel zu den normalen Schallwellen. Eingeprägte Ringe stellen sich diesen Partialschwingungen in den Weg.

Sind das Vermutungen oder ist es die Wiedergabe von allgemein anerkannten Daumenregeln ohne jede Gewähr?

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SEAS und auch Scan Speak bekommen ihre Membranen zumindest zum Teil von Zulieferern. Ein Konstrukteur, der alle Bauteile und auch noch die Fertigung unter Kontrolle hat, ist eine Idealvorstellung. Vielfach wird's wohl so laufen, dass man nimmt was gerade en vogue ist und der Erwartungshaltung der Vor-Vor- und End-Kunden entspricht, darf's auch ein bisschen modischer sein? Sie können das tragen!

Für uns als Hobbyisten ist allein interessant, was vorne rauskommt. Das misst Mann. Spekulationen über feinstoffliche Kausalketten in Chassis und folglich transzendente Klangeigenschaften überlässt Mann den Kreativen aus der Vermarktungsabteilung. Oder man ist selbst genau so einer ...

[Frank]

Hallo Frank, ich will dir nicht zu nahe treten, aber - ganz abseits einer spannenden Diskussion - hast du praktische Erfahrungen mit der Konstruktion von Lautsprechermembranen, und wenn ja, wieviel?

Nun, als stupidierter Maschinenbauer, der sein mal seind Geld mit Werkstoffprüfung verdient hat und später das Verforungsverhalten von Membranen mittels einer speziellen FEM Software untersucht hat, kann ich wohl sagen: ja, ich habe Erfahrung. Da ist zwar 1 bis 2 Jahrzehnte her, aber die Mechanik dürfte sich in der Zeit nicht geändert haben.

Sind das Vermutungen oder ist es die Wiedergabe von allgemein anerkannten Daumenregeln ohne jede Gewähr?

Was glaubst Du?

SEAS und auch Scan Speak bekommen ihre Membranen zumindest zum Teil von Zulieferern. Ein Konstrukteur, der alle Bauteile und auch noch die Fertigung unter Kontrolle hat, ist eine Idealvorstellung. Vielfach wird's wohl so laufen, dass man nimmt was gerade en vogue ist und der Erwartungshaltung der Vor-Vor- und End-Kunden entspricht, darf's auch ein bisschen modischer sein? Sie können das tragen!

Ich war schon mal in Videbaek, als Scan und Vifa noch unter einem Dach waren. Damals hab ich dem Ulrik Schmidt ziemlich lange über die FEM-Software und die technische Mechanik dahinter unterhalten.


Ich hoffe, die Antworten fielen zu Deiner Zufriedenheit aus.

[Frank]

Wabenstrukturen

sehen übrigens ganz furchtbar unterm Laser aus. Da kann man schön sehen, dass ganze Areale lose auf der Trägerschicht flattern.

[Frank]

Das mit Sicke und Versteifung widerspricht sich nicht. Es kommt auf die Richtung an. Die normale Wellenausbreitung in der Membran verläuft von der Schwingspule zum Rand hin. Eingeprägte Ringe können hier als Sicken wirken. Partialschwingungen sind Verwindungen der Membran, sie bewegen sich im Rechten Winkel zu den normalen Schallwellen. Eingeprägte Ringe stellen sich diesen Partialschwingungen in den Weg.

Jo, wir wollen aber beides nicht, oder? Wenn wir ein partielles abkoppeln der äußeren Membranbereiche zum Wohle des Rundstrahlens wollten, müssten wir die ollen Bravoxe mit den gespritzten Plopploppmembranen wieder einführen. Die waren ja genau deswegen am Rand dünner.

Ich bin mir in dieser Frage tatsächlich noch nicht so recht einig. Meine aber (Achtung: aus dem Bauch heraus), dass geprägte Ringe als Sicke dafür einfach zu unkontrolliert funktionieren.

[Lui]

Nach meiner Beobachtung sind die Ringe in der Membran schon dazu da, die Membran nach oben hin geziehlt aufbrechen zu lassen.
Gerade bei großen TT, 12"-15", gibt es ein paar Exemplare mit blitzsauberem Rolloff. Anders ist es auch nicht vorstellbar, dass ein PA-Top mit 15", der bis 1,2-1,5Khz spielt auch tatsächlich recht passabel abstrahlt und auch gut klingt.

[krabat]

Nun, als stupidierter Maschinenbauer, der sein mal seind Geld mit Werkstoffprüfung verdient hat und später das Verforungsverhalten von Membranen mittels einer speziellen FEM Software untersucht hat

... hab ich dem Ulrik Schmidt ziemlich lange über die FEM-Software und die technische Mechanik dahinter unterhalten.
Ich hoffe, die Antworten fielen zu Deiner Zufriedenheit aus.

Nein, leider nicht. Was fehlt: die (professionelle) Prüfung der FEM-simulierten und dann in Papier gegossenen Membranen. Du hast keine Membranen zu Ende entwickelt und deshalb keine (praktische) Erfahrung. Sonst wäre ich auch Raketentechniker und Psychologe und Anstreicher und Balletttänzer und Olympiasieger, bin ich aber nicht!

Aber ich sehe gerade, auch Amateuren macht das Konstruieren von Membranen mittels Foren-Diskussions-Software Riesenspaß! Haut rein Jungs, die Welt braucht eure Membranen!

[Chaomaniac]

Ach krabat…
auf Deine Kommentare haben wir jahrelang gewartet, hau rein Junge!