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Der Raum ist ein Bandpass! (oder: was passiert, wenn man ein Fenster öffnet)

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  • FoLLgoTT
    Registrierter Benutzer
    • 01.02.2002
    • 699

    Der Raum ist ein Bandpass! (oder: was passiert, wenn man ein Fenster öffnet)

    Ich habe hier bereits gezeigt, wie stark der Druckkammereffekt in einem gemauerten Kellerraum ausgrprägt ist.

    Jetzt möchte ich vorstellen, wie sich der Raum verhält, wenn man ein Fenster öffnet. Die weit verbreitete Theorie besagt, der Druckkammereffekt müsste schwächer werden, da der Raum undicht wird. Ich sage, diese Theorie ist grundlegend falsch, da sie eine unendlich hohe Schallgeschwindigkeit voraussetzt. Das ist einfach Quatsch! Vielmehr gilt auch bis in die tiefsten Frequenzen das Wellenmodell mit all seinen Folgen. Es gibt keinen dynamischen Druck, der überall im Raum dem statisch zeitgleich aufmoduliert wird. Daher ist es auch ein Irrglaube, ein Raum müsste dicht sein, damit der Druckkammereffekt stark ausgeprägt ist.
    Eigentlich müsste man den Anstieg zu tiefen Frequenzen Grenzflächenverstärkung statt Druckkammereffekt nennen. Denn mit sinkender Frequenz gibt es immer mehr konstruktive Interferenz und immer wneiger destruktive. Das ist der Grund für den Anstieg. Eine Druckkammer dagegen ist ein idealisiertes Modell, das mit der Praxis nicht viel gemein hat.

    Aber es geht hier ja eigentlich um das offene Fenster...

    Das sind die beiden kleinen Fenster in meinem Kellerraum:



    Da mein bedämpftes SBA mit Druckkammereffekt eine untere Grenzfrequenz von 3,3 Hz besitzt, eignet es sich hervorragend, den Sachverhalt zu untersuchen.

    Messungen im Raum:
    Amplitudengang:


    Abklingspektrum (Fenster geschlossen):


    Abklingspektrum (beide Fenster offen):


    Wie man sieht, entsteht eine starke Resonanz unterhalb von 10 Hz, sobald ein Fenster geöffnet ist. Die Frequenz dieser Resonanz steigt mit vergrößerter Öffnungsfläche. Das ist exakt das Verhalten, dass ein Bandpass 4. Ordnung an den Tag legt.

    Als nächsten Schritt habe ich in WinISD meinen Raum als Bandpass 4. Ordnung simuliert und den Amplitudengang draußen, direkt vor dem Fenster, gemessen.

    Amplitudengang vor dem Fenster (Simulation):


    Amplitudengang vor dem Fenster (Messung):


    Simulation und Messung stimmen sehr gut überein. Die reale Resonanz besitzt zwar eine geringere Güte (ist breiter), das Fenster hat durch den Rahmen aber auch eine variierende Öffnungsfläche. Die Realität ist nun mal nicht ideal.
    Angehängte Dateien
    Gruß
    Nils

    Meine Entwicklungen & Untersuchungen
  • FoLLgoTT
    Registrierter Benutzer
    • 01.02.2002
    • 699

    #2
    Hier ist noch eine Lasermessung der Membranauslenkung. Dazu habe ich einen Laserdistanzsensor benutzt und direkt mit REW die Amplitude der Tieftönermembran gemessen. Da REW die Amplitude nur logarithmisch darstellt, ich aber eine lineare Darstellung benötigte, habe ich die Daten in Excel importiert.

    Auslenkung (Simulation):


    Auslenkung (Lasermessung):


    Und auch hier sieht man, dass die Auslenkung wie erwartet bei der Resonanzfrequenz des offenen Fensters geringer ist und darunter ansteigt. Die Theorie stimmt!

    Übrigens: wenn man die Tür zum Flur öffnet, wird die Mode des Flurs in der Messung sichtbar.
    Angehängte Dateien
    Gruß
    Nils

    Meine Entwicklungen & Untersuchungen

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    • Gast-Avatar
      krabat

      #3
      Zitat von FoLLgoTT Beitrag anzeigen
      Die Theorie stimmt!
      klar doch - ich hatte ähnliches mal für einen doppelraum mit breitem durchgang gerechnet. die eigenfrequenz der resonanzschwingung lag aber derart tief, dass sie praktisch nicht hätte stören dürfen.

      würde die eigenschwingung durch eine kleinere öffnung zum bespiel der fenster höher, dann so meine schätzung würde sich auch die resonanzgüte verringern. eine verminderung der "besten lautsprecherwiedergabe der welt" hatte ich für unwahrscheinlich gehalten.

      Kommentar

      • Gast-Avatar
        LineArray

        #4

        @krabat




        ><((((*>



        ...

        Durch eine geringere Öffnung der Fenster - kleinerer Querschnitt - wird die Resonanzfrequenz des ansonsten geschlossenen Raums tiefer und nicht höher. Es handelt sich um einen gewöhnlichen Helmoltz Resonator.


        >> Foren sind zum gegenseitigen Austausch unter redlichen Teilnehmern da und nicht etwa dazu, dass Menschen, die - aus welchen Gründen auch immer - zu allem und jedem etwas sagen müssen sachlich falsche und irreführende Äußerungen vor den Mitlesern verbreiten.

        Es wird hier im Forum übrigens in absehbarer Zeit nur noch entweder Dich oder mich als User geben: Darauf kannst Du Dich schonmal vorbereiten.

        Ich bin nicht der einzige, der hier schon von Dir diffamiert wurde. Deine Praxis, andere Leser durch sinnlose und inhaltlich falsche Posts zu provozieren, setzt Du ja munter fort. Dabei ist es Dir völlig egal, um welches Thema es gerade geht: So auch hier.

        Leute wie Du existieren in Foren allein aufgrund der Anonymität im Netz. Du bist aber durch Deinen Schreibstil - auch aus anderen Foren - trotz wechselnder Identitäten erkennbar.
        Darüber solltest Du Dir im Klaren sein: Dies gilt ganz besonders dann, wenn Du es versuchst Dich mit authentischen Personen anzulegen.
        Zuletzt geändert von LineArray; 02.02.2014, 19:51.

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        • Peter K
          Registrierter Benutzer
          • 18.10.2000
          • 927

          #5
          Hallo Nils,
          ich befürchte, du bist da auf dem Holzweg. Der Druckkammereffekt funktioniert doch nach deinen Messungen durchaus.

          Ich sehe es wie Oliver, du machst mit den offenen Fenstern den Raum zur BR, das macht die Pegelüberhöhung bei den zwei fb's und, das ist der entscheidende Punkt, den Pegelabfall unter der Überhöhung.

          Gruß
          Peter Krips

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          • Gast-Avatar
            LineArray

            #6
            Hallo Peter,

            m.E. hat Nils das auch richtig analysiert und modelliert.

            Die Frage ist m.E. "was ist in einem Raum noch eine Undichtigkeit" und wann wird die Undichtigkeit zu einem "BR-Port".

            Ist ja auch wurscht, es ist eben eine "etwas größere Box" und sie verhält sich nach den bekannten Gesetzmäßigkeiten.

            Ich habe mich hier nur zu Wort gemeldet, weil ich die Systematik der Posts des Users "krabat" mittlerweile durchschaut habe s.o.

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            • FoLLgoTT
              Registrierter Benutzer
              • 01.02.2002
              • 699

              #7
              Zitat von Peter K Beitrag anzeigen
              ich befürchte, du bist da auf dem Holzweg. Der Druckkammereffekt funktioniert doch nach deinen Messungen durchaus.
              Ich habe seine Existenz auch niemals angezweifelt. Ganz im Gegenteil, in dem verlinkten PDF habe ich ihn ja sogar in meinem Raum quantifiziert.

              Ich zweifel nur die physikalische Ursache an, die allerorts verbreitet wird. Die gängige These, dass dem statischen Druck überall zeitgleich ein dynamischer Überlagert wird, kann überhaupt nicht stimmen.

              Ich sehe es wie Oliver, du machst mit den offenen Fenstern den Raum zur BR, das macht die Pegelüberhöhung bei den zwei fb's und, das ist der entscheidende Punkt, den Pegelabfall unter der Überhöhung.
              Um genau zu sein, zum Bandpass 4. Ordnung.

              Der Abfall unter der Überhöhung ist interessanterweise nur mit zwei Fenstern messbar. Mit einem nicht. Also stimmt auch die These nicht, der Raum müsse dicht sein, damit der Druckkammereffekt vorhanden ist.

              Ich bleibe weiterhin dabei. Der Anstieg unterhalb der 1. Mode entsteht durch konstruktive Interferenz an den Begrenzungsflächen (und zwar an allen). Sobald eine Öffnung nach innen entsteht (z.B. Tür zum Flur), werden neue Moden hinzugefügt. Bei einer Öffnung nach draußen entsteht ein Helmholtz-Resonator.
              Zuletzt geändert von FoLLgoTT; 02.02.2014, 19:51.
              Gruß
              Nils

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              Kommentar

              • FoLLgoTT
                Registrierter Benutzer
                • 01.02.2002
                • 699

                #8
                Zitat von LineArray Beitrag anzeigen
                Ist ja auch wurscht, es ist eben eine "etwas größere Box" und sie verhält sich nach den bekannten Gesetzmäßigkeiten.
                Ich denke, das ist eine gute Zusammenfassung. Da passiert schlicht und ergreifend nichts "Magisches" unterhalb der 1. Mode.
                Gruß
                Nils

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                • Gast-Avatar
                  krabat

                  #9
                  Zitat von LineArray Beitrag anzeigen
                  Durch eine geringere Öffnung der Fenster - kleinerer Querschnitt - wird die Resonanzfrequenz des ansonsten geschlossenen Raums tiefer und nicht höher.
                  stimmt, mein fehler.

                  Kommentar

                  • harry_m
                    Registrierter Benutzer
                    • 16.08.2002
                    • 6421

                    #10
                    Ich weiß nicht, ob man es verallgemeinern kann...

                    Ich habe ein Türe im Wohnzimmer, die auf den Balkon führt. Ich hatte immer den Eindruck, dass offene Türe eine verbesserung der Raumakustik bewirkte.
                    Zwei Tragödien gibt es im Leben: nicht zu bekommen, was das Herz wünscht, und die andere - es doch zu bekommen. (Oscar Wilde)
                    Harry's kleine Leidenschaften

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                    • Gast-Avatar
                      LineArray

                      #11
                      Zitat von harry_m Beitrag anzeigen
                      Ich weiß nicht, ob man es verallgemeinern kann...

                      Ich habe ein Türe im Wohnzimmer, die auf den Balkon führt. Ich hatte immer den Eindruck, dass offene Türe eine verbesserung der Raumakustik bewirkte.
                      Deshalb beschreibt man Absorber ja auch mit ihrer "äquivalenten Fensterfläche", die natürlich frequenzabhängig ist:

                      "Wie groß müsste ein (offenes) Fenster sein, um soviel Schallenergie verschwinden zu lassen wie dieser Absorber X."

                      Das "Fenster" steht dabei quasi symbolisch für einen Absorber mit Absorptionsgrad 100%.

                      Interessant ist dabei, dass Resonanzabsorber eine größere äquivalente Fensterfläche haben können als ihre physische Fläche: Zumindest in dem Frequenzbereich für den sie optimiert sind, ist das möglich.
                      Zuletzt geändert von LineArray; 02.02.2014, 23:31.

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                      • Gast-Avatar
                        krabat

                        #12
                        Zitat von LineArray Beitrag anzeigen
                        Deshalb beschreibt man Absorber ja auch mit ihrer "äquivalenten Fensterfläche", die natürlich ...
                        ... (k)eine resonanz nach Helmholtz bringt. der schallverstärkende resonanzeffekt liegt bei gewöhnlichen fenster/türflächen sehr tief. darüber ist eine schalldämpfung durch die ausbleibende reflektion von der wand, die das loch hat, der größere effekt.

                        erstaunlich fand ich, wie riesig die offenen flächen sein müssten, um für einen wohnraum die resonanz in den hörbereich zu schieben.

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                        • FoLLgoTT
                          Registrierter Benutzer
                          • 01.02.2002
                          • 699

                          #13
                          Zitat von harry_m Beitrag anzeigen
                          Ich habe ein Türe im Wohnzimmer, die auf den Balkon führt. Ich hatte immer den Eindruck, dass offene Türe eine verbesserung der Raumakustik bewirkte.
                          Was meinst du mit "Verbesserung"? Weniger hallig?

                          Das würde ja Sinn ergeben, denn die offene Balkontür wirkt weit oberhalb der Helmholtzresonanz wie ein Absorber und müsste die RT60 verringern.

                          Zitat von krabat
                          erstaunlich fand ich, wie riesig die offenen flächen sein müssten, um für einen wohnraum die resonanz in den hörbereich zu schieben.
                          Stimmt. Aber wenn man das z.B. in seinen Hausbau gleich mit einplant, ist es möglich den Raum quaso zu "tunen". Natürlich sollte man sich darüber im Klaren sein, dass das Mehr an kostenlosem Bass auch ein längeres Abklingen zur Folge hat. Interessant ist das trotzdem.
                          Gruß
                          Nils

                          Meine Entwicklungen & Untersuchungen

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                          • Gast-Avatar
                            krabat

                            #14
                            Zitat von FoLLgoTT Beitrag anzeigen
                            Aber wenn man das z.B. in seinen Hausbau gleich mit einplant, ist es möglich den Raum quaso zu "tunen". Natürlich sollte man sich darüber im Klaren sein, dass das Mehr an kostenlosem Bass auch ein längeres Abklingen zur Folge hat. Interessant ist das trotzdem.
                            das mit dem abklingen ist so ein gerücht ... wenn der amplitudenfrequenzgang einigermaßen glatt ist, dürfte das abklingen auch in ordnung sein. beides bedingt sich in gewisser weise. es ist eben ein zusätzlicher bandpass, der an den tieftöner koppelt, nicht mehr. ob sich der aufwand aber lohnt

                            eine hübsche wohnung steigert das wohlbefinden, dann klingt die musik nochmal so gut.

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                            • FoLLgoTT
                              Registrierter Benutzer
                              • 01.02.2002
                              • 699

                              #15
                              Zitat von krabat Beitrag anzeigen
                              das mit dem abklingen ist so ein gerücht ... wenn der amplitudenfrequenzgang einigermaßen glatt ist, dürfte das abklingen auch in ordnung sein.
                              Das ist richtig. Wenn die Resonanz mit einem minimalphasigen Equalizer exakt getroffen wird, verringert sich auch das Abklingen. Das konnte ich bei meinem Experimenten zu verschiedenen Subwoofersystemen wunderbar nachvollziehen. Am Ende bleibt ein erhöhter Maximalpegel in dem Bereich. Das ist ja auch nicht zu verachten.

                              ob sich der aufwand aber lohnt
                              Ich denke auch nicht. Dafür muss die Öffnung einfach zu groß sein. Und im Winter wird es dann doch ein bisschen kalt...
                              Gruß
                              Nils

                              Meine Entwicklungen & Untersuchungen

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