Modalanalysen von Gehäusen

Hallo!

Das Gehäuse eines Lautsprechers sollte ja möglichst keine Resonanzen im Übertragungsbereich aufweisen bzw. sollten diese ausreichend bedämpft sein.
Wenn man zum Beispiel Hoch- und Mitteltonkalotten einsetzt, ist der Frequenzbereich, der in das Gehäuse gestrahlt wird nicht sehr groß. Durch eine geschickte Dimensionierung kann man die Anzahl der stehenden Wellen im Gehäuse reduzieren und verbleibende bedämpfen.
Allerdings hat auch das Gehäuse ansich Resonanzen, die nach Möglichkeit nicht angeregt werden sollten. Mit Hilfe der Finite Elemente Methode kann man diese Eigenfrequenzen errechnen und versuchen diese durch konstruktive Massnahmen aus dem Frequenzbereich zu schieben.
Dafür benötigt man allerdings einige Materialdaten. Auch ist eine Simulation mit eigebauten Chassis fast nicht möglich. Die Validierung der Simulation dürfte dafür nicht sehr schwer sein.

Daher meine Frage, hat jemand schon mal so etwas ausprobiert?

[Beatmaster007]

FEM-Simulationen

Als Maschinenbaustudent bin ich auch in den Kontakt mit FEM-Simulationen gekommen. Auch ich habe mich gefragt, in wie weit solche Simulationen mit vertretbarem Rechenaufwand durchführbar und tatsächlich aussagekräftig sind.
Welche Software steht dir zur Verfügung? Ich habe bisher nur mit ABAQUS gearbeitet. Bei FEM-Simulationen sollte man wirklich genau wissen was man macht. Wenn man das Programm nicht richtig füttert, z. B. bei der Vernetzung Fehler begeht, dann ist das Ergebnis Murks und null aussagekräftig.
Was für Materialdaten brauchst du denn? Soweit ich mich entsinne haben wir immer den E-Modul, Zugfestigkeit, Dichte und Poisson-Zahl eingetippt. Man hätte noch viel mehr, wie z. B. Ausdehnungkoeffizient, Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität, Gleitmodul usw. eingeben können. Brauchte man natürlich für viele Berechnungen gar nicht und wäre somit Ballast gewesen. Einige Materialdaten der Holzwerkstoffe findet man in den technischen Datenblättern der Hersteller. Span- und MDF-Platten sind jedoch Naturprodukte und unterliegen gewissen Schwankungen.

[Beatmaster007]

Die Rohdichte von MDF liegt z. B. bei 12-19mm Platten bei 770 kg/m³. Das kann man hier nachschauen.

[SvenT]

ich glaub, bevor du da irgendwas simulierst, was dann am ende sowieso mist ist,

solltest du lieber das gehäuße mit piezo-sensoren spicken und ein paar mal kräftig mit dem hammer drauf hauen

die paar tausend messwerte, die du dann erhälst kannst du immer noch am rechner auswerten, wenn dir das so viel spaß macht

[Beatmaster007]

Das darfst du nicht falsch verstehen. Die FEM-Simulation ist eine weit verbreitete Methode, um komplex Aufgabenstellungen wie z. B. Stressanalyse an belasteten Bauteilen, Wärmeleitung, Fluid-Strömungen, elektro-magnetische Felder oder auch akustische Phänomene zu bewältigen. Man muss sich jedoch mit der Materie auskennen, um die Software mit den richtigen Daten zu füttern, den Rechenaufwand in Grenzen zu halten und um die Genauigkeit der Ergebnisse einschätzen zu können.
Beim richtigen Umgang mit FEM-Simulationen kann man viel Zeit und Geld für aufwändige Versuche einsparen. Ich denke da nur an Versuche in Windkanälen oder auch an Crash-Tests. Früher hat man um vernünftige Konstruktionen abzuliefern zig Autos gegen die Wand gesetzt und zwischendurch immer wieder optimiert. Heute findet die Entwicklung am Rechner u. a. mit FEM-Modellen statt. Erst nach der Optimierung verifiziert man die Entwicklung letztendlich im praktischen Versuch.

Wenn Cale also Zugang zu dieser Software hat und ihm der Umgang damit zumindest ansatzweise vertraut ist, dann kann er doch ruhig mal ein paar Modelle erstellen.

[Cale]

Hallo!

Klar ist die Sache recht aufwendig, aber ich baue ja auch nicht jede Woche einen neuen Lautsprecher. Da ich diese Analyse in der Firma häufiger einsetze um dynamisch belastete Baugruppen zu optimieren, liegt es für mich nahe, dies auch für Lautsprecher zu tun.
Als Software stehen mir Pro Engineer Mechanica und Ansys zur Verfügung, wobei letzteres eigentlich nur als FEM Programm betrachtetet werden sollte.
Als Daten bräuchte man auf jeden Fall die Dichte, den E-Modul und die Querkontraktionszahl.

Besonders die einfache Möglichkeit der Überprüfung finde ich sehr reizvoll.

Probleme sind auf jeden Fall:

- nicht mitsimulierte Chassis
- nicht homogener Werkstoff
- Einfluss der Verleimung (vermutlich eher gering)

Die Sache werde ich auch nicht in den nächsten Wochen durchziehen, da ich im Moment sehr viel zu tun habe und zudem noch an anderen Lautsprechersachen arbeite, die wichtiger sind. Daher wollte ich erstmal wissen, was ihr davon haltet und vielleicht wisst, wo ich die notwendigen Parameter herbekomme.

[Beatmaster007]

Original geschrieben von Cale
Probleme sind auf jeden Fall:

- nicht mitsimulierte Chassis
- nicht homogener Werkstoff
- Einfluss der Verleimung (vermutlich eher gering)

[list=1][*]Warum meinst du, dass man die Chassis zur Modalanlalyse der Gehäuse mitsimulieren muss? Die Membranen sind aufgrund der gummielastischen Sicke vom Gehäuse völlig entkoppelt. Es können Schwingungen also nur über die Luft und nicht als Körperschall an die Gehäuse übertragen werden. Demzufolge braucht man die Chassis nicht zu simulieren, sondern nur einen Ausschnitt in der Schallwand vorsehen.[*]Span- bzw. MDF-Platten sind anisotrop. Vielleicht kann man das aber vernachlässigen und kommt trotzdem zu brauchbaren Ergebnissen. Probier es einfach aus.[*]Ich denke auch, dass der Einfluss der Verleimung vernachlässigbar gering ist.[/list=1]

[Mr.E]

Wenn man mal den Impuls betrachtet, dann kann ein Chassis eigentlich gar nicht völlig vom Gehäuse entkoppelt sein. Bei geschlossenen (Mittelton-)Gehäusen erst recht nicht.

Außerdem versteift ja der Korb das Holz, und wenn von innen Dämm-Material gegen den Magneten drückt, wer weiß, was dann in Einzelfällen passieren kann.

[SvenT]

Original geschrieben von SvenT
....solltest du lieber das gehäuße mit piezo-sensoren spicken und ein paar mal kräftig mit dem (impuls-) hammer drauf hauen...

das sollte eigentlich in etwas bildlicher sprache die experimentale modalanalyse beschreiben

nix gegen FE-simulationen, aber bei den hier vorliegenden weitgehend unbekannten werkstoff-daten wird das wohl nix werden...

bei einem auto, da hat man ja stahl, also einen durch und durch bekannten, erforschten und (weitgehend) isotropen werkstoff

Außerdem müsstest du bei einem lautsprecher noch die dämpfung durch dämmwolle mit reinsimulieren,
denn bekanntermaßen verschiebt ja eine dämpfung die resonanzen auch noch um das ein oder andere stückchen.
Und DAS kann man dann wirklich nicht mehr vernünftig simulieren (nehme ich mal stark an)

[tiki]

Hallo,
die Maschinenbauer sollten als grobe, aber sicher ausreichende, Näherung Eigenfrequenzen von allseitig fest eingespannten Rechteckplatten eigentlich analytisch aus dem Ärmel schütteln, oder?
Gruß, Timo

[Cale]

Hallo!

Um das Ziel vielleicht noch mal etwas genauer zu verdeutlichen, habe ich mal schnell eine Platte meines Monitors mit Pro Engineer berechnet. Ich weiß das dieses Programm nicht sehr genau ist, aber es soll ja nur eine Vorstellung der Vorgehensweise vermittelt werden.
Der Lautsprecher hat einen Tieftöner der bis 700Hz läuft, die anderen Wege haben eigene Gehäuse.
Als E-Modul habe ich 2200Mpa, als Dichte 730kg/m³und als Querkontraktionszahl 0,3 angenommen, da ich von letzteren Wert keine Angaben gefunden habe.
Die Platte wurde an allen vier Seiten eingespannt.
Hier die erste Mode:



Durch eine Strebe soll nun versucht werden, diese Mode von 663Hz aus dem Übertrgungsbereich zu verschieben.



Mit 851Hz wurde das Ziel zwar erreicht, aber die Strebe zeigt noch nicht ihre volle Wirkung, da der Modenbereich nicht unterbrochen bzw. verschoben wurde. Daher wird die Höhe der Strebe von 30mm auf 50mm erhöht.



Wie zu sehen, liegt jetzt die Mode bei 988Hz und nicht mehr in der Mitte, wodurch das Ziel erreicht wurde.

[poor but loud]

Original geschrieben von Cale
Hier die erste Mode:

Heißt es eigentlich die Mode oder der Modus? Modus müsste doch im Plural ebenfalls zu Moden werden, oder?

Was sagst Du zu meiner Signatur?