Schallwandbreite für TI100 + Ke25 mit Waveguide

[Sv.n.K]

Hallo zusammen,

die Exkursion in den Bereich der Schwinungstechnik neigt sich scheinbar dem Ende zu.

Ausgehend von den vorherigen Messungen, wollte ich die dämpfende Magnetstütze testen. Zuvor habe ich mit Fraggles Ersatzschaltbild zum Masse-Feder-Schwinger ein wenig experimentiert (siehe Abbildung unten). Die Werte für die Federn sind so eingestellt, dass sie in etwa den Beobachtungen der Resonanzfrequenzen von Korb sowie Tieftöner mit Exoskelett entsprechen. Weiter ist parallel zum Korb eine Magnetstütze mit Dämpfer modelliert. Von der Idee her der schon bekannte FraWal-Steg. Das dämpfende Element, welches in Serie zur Stütze liegt, wird mit verschiedene Dämfungsfaktoren simuliert.

Aus dem Simulationsergebnis für die Bewegung des Magneten geht hervor, dass bei geringer Dämpfung (blau) sich eine Resonanz mit hoher güte zu hohen Frequenzen ergibt. Wird die Dämpfung erhöht, verringert sich die Güte der Resonanz und die (dominante) Resonanzfrequenz wandert hin zu niedrigeren Frequenzen. Ist die Dämpfung zu hoch, erscheint wieder eine Resonanz mit hoher güte, jedoch zu einer niedrigeren Frequenz (gelb). Im mittleren Bereich lässt sich eine gute Dämpfung der beiden Resonanzen einstellen (Fraggle hatte dies schon zuvor bemerkt). Wie auch schon von Fraggle angemerkt, liegt die Herausforderung in der Auswahl des dämpfenden Materials. Zudem muss aber auch die Magnetstütze steifer sein, als das federnde Element im Korb. Da aber das Exoskelett dies schon gezeigt hat, sollte ein ähnliches Ergebnis wie in der Simulation erzielbar sein.

Für weitere Experimente, habe ich eine Magnetstütze, ähnlich dem Exoskelett, aufgebaut. Jedoch mit der Möglichkeit, verschiedene dämpfende Materialen zwischen Magnet und Stütze zu klemmen. Im ersten Durchgang habe ich (walwal im Ohr) eine dicke schicht Butyl verwendet. Diese wird beim Pressen auf ca. 1cm zusammen gedrückt.
Die nachfolgende Abbildung zeigt den Aufbau mit und ohne Magnet-Dämpfer sowie die Messergebnisse.

Aus den Messergebnissen ist zu entnehmen, dass die Resonanz in Amplitude und Ausschwingveralten gut gedämpft werden kann. Zudem werden die Klirrprodukte um die Resonanzfrequenz gut unterdrückt. Insbesondere sind die hohen Anteile, dargestellt in 6+ (grün), deutlich geringer.
Im Vergleich des Amplitudenverlaufs zwischen Simulation und der Messung könnte man annehmen, dass das Butyl noch eine zu geringe Dämpfung hat. Ein Material mit höheren dämpfenden Eigenschaften könnte den Aufbau noch optimieren. Jedoch ist diese Konstruktion in meinen Augen jetzt schon ein großer Fortschritt.

Grüße
Sven

[Sv.n.K]

Vielen Dank Fraggle !

[Fraggle]

Fraggle, das habe ich schon versucht. Vielleicht kannst du aus deinem Modell noch ein paar charakteristische Spannungs/Stromverläufe veröffentlichen. Im Vergleich zu meinen kann ich dann den Fehler eingrenzen.

Ich habe mir stattdessen selbst LTSpice installiert und habe damit das Problem wohl gefunden.

Die Induktivitäten haben in LTSpice standardmäßig einen Serienwiderstand von 0,001 Ohm. Das ist bei den simulierten mechanischen Elementen zu viel. Ich habe diese Widerstände stark verkleinert, damit ist das Problem offensichtlich gelöst.

Die "proforma" Widerstände konnte ich entfernen, da die Induktivitäten, wie gesagt, bereits einen eingebauten Serienwiderstand haben.
Der ursprüngliche Grund für die Proformawiderstände war, daß eine geschlossene Schleife aus Induktiviäten ohne Widerstand nicht vorkommen darf. Der Strom wäre unbestimmt.

Bei der Stromquelle F1 habe ich noch das Minuszeichen im Verstärkungsfaktor entfernt. Ich war mir wegen der Polung erst nicht sicher, aber der Phasenverlauf der Impedanz war mit Minuszeichen nicht realistisch.

[Sv.n.K]

Dämpfen der Resonanzspitze
Mit Fraggles Worten im Ohr und den lesenswerten Links ( #508) von walwal, wollte ich doch noch mal wissen, wie sich das System mit einer gedämpften Aufhängung verhält.
Hierfür habe ich den Tieftöner mit elastischen Montagekleber (Otto Coll RakelRalf) auf mit einem Ring auf der Schallwand verklebt (siehe Abbildung)


Ich habe die Eigenschaften der Verklebung über die Zeit betrachtet. Die folgende Abbildung zeigt den Amplitudenverlauf am Magneten nach 12h, 30h, 48h, 60h und 84h.


Für die Messung nach 12h, 48h und 60h habe ich auch den Klirr sowie Impedanzverlauf gemessen.


Es zeigt sich, dass insbesondere der noch nicht ausgehärtete Kleber nach 12h ein sehr gutmütiges verhalten bzgl Klirr hat. Ich vermute, dass hier die innere Viskosität im Kleber eine hohe Dämpfung erzeugt und den Klirr besonders gut dämpft.

Im Vergleich zwischen harter Aufhängung und gedämpfter Aufhängung fällt auf, dass der Klirr der harten Aufhängung zu tiefen Frequenzen geringer ist als der mit der weichen Aufhängung. Im Gegensatz dazu sind bei der weichen Aufhängung die fies klingenden Resonanzspitzen nicht so ausgeprägt.

Vielleicht ist doch der Mittelweg, den Treiber über eine Stütze am Magneten dämpfend zu verkleben, der bessere Ansatz .

Wie seht ihr das?

Grüße
Sven

[Sv.n.K]

Exoskelett
Die folgende Grafik zeigt den aktuellen Aufbau des Exoskeletts. Ihr seht den Treiber zunächst außerhalb des Gehäuses auf die Schallwand montiert. (mechanic, zymorg: ich habe eure Vorschläge bzgl. der Befestigung verstanden. Da ich aber Schraubverbindungen vermeiden wollte, habe ich mich für meine kompliziertere vollständig geklebte Variante entschieden)


Diesen Aufbau habe ich sehr intensiv studiert. Ich habe die Beschleunigungskurven an 25 Positionen gemessen. Exemplarisch seht ihr die Messpunkte für Korb, Klemmring, Magnetstütze, Schallwand (nähe Magnetstütze und zwischen zwei Stützen) sowie am Gehäuse.


Gemessen wird in den Himmelrichtungen Norden, Osten, Süden, Westen (bzw. Nord-Osten etc. bei den Magnetstützen).
Das Messergebnis sieht wie folgt aus (Farbkodierung im Uhrzeigersinn beginnend im Norden: türkise, blau, weinrot, ocker).

Man erkennt, dass am Magneten (oben links) der typische Amplitudenverlauf mit der "Nullstelle" und der resonanten Spitze ("Polstelle?") erhalten bleibt. Jedoch wird die Resonanzfrequenz von ca. 280Hz auf ca. 450Hz verschoben. Hier vermute ich, dass die härtere Aufhängung zum tragen kommt.
Das "federnde" Element scheint in diesem Aufbau zwischen Klemmring und Schallwand zu liegen. So fällt auf, dass insbesondere die Nullstelle, die am Magneten sowie am Klemmring gemessen wird, auf der Schallwand nicht mehr vorhanden ist.
Weiter ist zu erkennen, dass zwischen vermeintlich äquivalenten Positionen doch größere Unterschiede auftreten, als man zunächst vermutet würde. Insbesondere fällt die blau Kurve (osten) immer heraus. Diese Seite ist gegenüberliegend von der Klemmung der Schlauchschellen mit dem Schlitz im Klemmring. Es könnte also sein, dass durch den fehlenden "Klemmschlitz" diese Seite weniger gut fixiert ist, als die geschlitzte Seite. Weiteren Versuche, mit z.b. einem vierfach geschlitzten Klemmring, könnte hier Klarheit schaffen.

Weiter zur Frage, wie es sich mit dem Klirr verhält. Hierzu exemplarisch zwei Klirr -Messungen im eingebauten Zustand mit Exoskelett.

Einmal ist der Tieftöner mit ein paar Millimeter frei von der Schallwand aufgehangen und in der zweiten Messung mit einem Klemmring auf die Schallwand fixiert.
Aus den Messungen ist zu entnehmen, dass der Klirr auftaucht, sobald das System bei Resonanz mit größerer Amplitude anfängt zu Schwingen. Zwar können die Spitzen mit dem aufgebrachten Klemmring bei der Resonanz gedämpft werden, jedoch bleibt das "Singen" an sich erhalten. Sehr schön kann man auch das resonante Verhalten im K2 und K3 schon zu tieferen Frequenzen "voraussehen".

Die Versuche zeigen mit, dass man mit entsprechend fester Klemmung die Resonanz zu höheren Frequenzen schieben kann. Jedoch bleibt der klirr erhalten. Vielleicht ist es sogar der Lautsprecher der bei stärkerer Bewegung eine hohe innere Intermodulation erzeugt.

Für mich ist dieser Weg zwar ein Fortschritt, aber noch nicht die Erleuchtung.

[Sv.n.K]

So, jetzt ein wenig mehr.

Ich freue ich mich über die weiterhin konstruktive Arbeit in diesem Thread. Ohne euch, würde ich das nicht schaffen!

Befestigung Beschleunigungssensor
Entgegen den Empfehlungen vom Datenblatt des Beschleunigungssensors, habe ich mal den Vorschlag von UweG mit doppelseitigem Klebeband ausprobiert. Ein Vergleich eines am Magneten mit Heißkleber bzw. doppelseitigem Klebeband aufgebrachten Sensor zeigt, zumindest in meinem Fall, dass die Unterschiede marginal sind (siehe Grafik)

Weiter konnte ich durch wiederholte Montage mit jeweils neu aufgebrachten Klebeband eine ausreichend gute Wiederholgenauigkeit erzielen. Daher werden alle weiteren Messungen mit doppelseitigem Klebeband durchgeführt.

[Sv.n.K]

Fraggle, das habe ich schon versucht. Vielleicht kannst du aus deinem Modell noch ein paar charakteristische Spannungs/Stromverläufe veröffentlichen. Im Vergleich zu meinen kann ich dann den Fehler eingrenzen.

[Fraggle]

Wo ist mein Fehler - ich schau schon eine Ewigkeit drauf

Hallo Sven,
ärgerlich, ich sehe leider auch keinen Fehler.
Das Ergebnis sieht fast so aus, als würde ein Teil der Schaltung fehlen. Du könntest Dir Spannungen und Ströme an den einzelnen Bauteilen anzeigen lassen - vielleicht fällt irgendwas auf.

[Sv.n.K]

Nabend Zusammen,

ich habe eure Vorschläge schon in die Tat umgesetzt. Auswertung kommt noch.

Fraggle, deine Simulationen sind großartig - das ist lernen am Objekt, vielen Dank dafür!.
Um die Zusammenhänge genauer zu verstehen, habe ich dies in LTSpice nachgebaut. Leider gelingt es mir nicht, die von dir veröffentlichten Amplitudenverläufe für die Beschleunigung nachzuvollziehen.
Mein LTSpice-Schaltplan sieht wie folgt aus:

Der Impedanzfrequenzgang sieht gut aus:

Hier die Schnelle:


Wo ist mein Fehler - ich schau schon eine Ewigkeit drauf

Habe das LTSpice-Projekt als, BoxSim-Projekt getarnt, mit in den Anhang gelegt.

Zu den verschwundenen Bildern in den Beiträgen. Das passiert mir immer dann, wenn mich das Forum während des Schreibens eines Beitrages ausgeloggt hat. Das Forum scheint dann die Bilder zu vergessen. Wurde man einmal ausgeloggt, muss man die Bilder nochmal hinzufügen.

Grüße
Sven

[Mr.E]

@Mr.E: Ich glaube ich weiß was du willst, meine vorliegenden Werkzeuge können das aber m. M. nicht nativ erzeugen. Hierfür müsste ich nochmal Zeit in den Messaufbau investieren. Worin siehst du in einer solchen Darstellung einen Mehrwert?

Ich dachte mir, man sieht dann vielleicht genau, was wodurch angeregt wird, aber das hat sich mit deinen Messungen jetzt wohl erledigt.

Die Idee finde ich gut, weil damit der ursprüngliche Resonanzmechanismus so nicht mehr vorhanden ist.

Je weicher die Randabdichtung ist, um so besser wird das Prinzip umgesetzt. Ich schließe mich also mechanic an.
Heißkleber oder ein auf der Schallwand aufliegender Korb kommen von daher nicht in Frage.

Zum Lösen der Schlauchschellen brauchst Du Zugang von hinten, das endgültige Gehäuse müßte also eine abnehmbare Rückwand o.ä. bekommen. Oder verstehe ich da was falsch?

Die Idee, den Magneten anstelle des Korbes starr mit dem Gehäuse zu verbinden habe ich mit diesem Vorschlag verfolgt:

Wie ich das Ersatzmodell gesehen habe, dachte ich auch, daß das Gehäuse die eine Masse ist, der Magnet die andere und alles dazwischen die Feder, also der Korb. Daher hatte ich dann auch gleich vermutet, daß das Artefakt verschwindet, wenn man ein Stück Holz zwischen Magnet und Gehäuserückwand klemmt. Damit sollten die zwei Massen zu einer werden, und es gibt kein Dazwischen mehr. Erinnert mich an die Seele (heißt das so?) in einer Geige (hat dort aber ein anderes Ziel, glaube ich). Wenn ich jetzt alles richtig verfolgt habe, hat das nicht so richtig funktioniert. Allerdings bin ich etwas skeptisch, wenn ich den internen Stempel und die äußere Verspannung sehe, ich weiß nur grad nicht wieso.

Dabei ist zwar der Korb wieder festgeschraubt, aber wenn das Holzstück so lang ist, daß es auch bei großen Hüben stark gegen den Magneten drückt, sollte sich dieser doch nicht mehr relativ zum Gehäuse bewegen können, oder? Es muß halt wirklich geklemmt sein, also etwas zu groß für den Abstand zwischen Magnet und Gehäuse.

[Fraggle]

http://www.linkwitzlab.com/frontiers_2.htm#N (ganz unten)

Danke für den Link.
Ja, die Linkwitz-Seiten stecken voller guter Ideen, immer lesenswert.
So würde es dann auch ohne abnehmbare Rückwand gehen.

[walwal]

Anbei die Visaton-Messungen meiner Concorde WG und der "normalen" Concorde.

Sind aber mit Vorsicht zu genießen, da sowohl die Dämmung und Dämpfung der Mitteltongehäuse anders war.bei meiner Concorde WG waren die Magnete der AL 150 mit Steg und Butylkautschuk abgestützt, was sich um 500 Hz ausgewirkt haben könnte.

[walwal]

http://www.linkwitzlab.com/Driver%20Decoupling.doc

Conclusion


Experimental results of de-coupling experiments confirm that

• Diaphragm motion is minimally affected by de-coupling the drive unit from the cabinet
• Magnet motion, the “ground reference” for the cone motion, is better behaved when the drive unit is de-coupled
• Cabinet vibration is substantially reduced with a de-coupled drive unit

• Preliminary listening tests indicate a preference for the de-coupled drive unit

Further work will involve testing of the alternative proposed method of achieving de-coupling, confirming the correlation between predicted and measured results, and more listening tests.
--------------
http://www.linkwitzlab.com/frontiers_2.htm#N (ganz unten)


Messungen zur Entkopplung.

Sicher kommt es auch auf die Konstruktion des Chassis an...

[Fraggle]

Simulationsmodell

Wie angedroht, nachfolgend ein paar Simulationen vom mechanischen System.
Mein Ausgangspunkt war diese Impedanzmessung ohne und mit FraWal-Strebe.
Daraus habe ich die Impedanzspitzen abgelesen: Bild

Modell
Zum besseren Verständnis erst mal eine schnelle Skizze meines mechanischen Modells.
Die letzten Erkenntnisse bezüglich biegsamem Korbrand sind darin aber noch nicht enthalten.
Bild

Hier die komplette elektrische Ersatzschaltung:
Bild
VAS entspricht nicht der offiziellen Angabe, so paßte es besser.

Impedanz und Belastung des Korbs
Als nächstes meine wichtigste Kontrollmöglichkeit, die simulierte Impedanz. Das sieht schon mal gut aus:
Bild
Unten die vom Korb übertragene Kraft. Bei der roten Kurve bedeutet 10000 Ns/m den mechanischen Widerstand der Dämpfung, also des Alubutyls. Ich habe den Wert so angepaßt, daß die Impedanzspitze auf 0,35 Ohm kommt, siehe Bild ganz oben.

Beschleunigung
Die gemessenen Beschleunigungen lassen sich ebenfalls simulieren:
Bild
Der gemessene Verlauf der Magnetresonanz bestätigt sich. Bei höheren Frequenzen fehlt wohl noch einiges im Simulationsmodell.

Gedämpfte Magnetstütze
Zu Optimierung des gedämpften FraWal-Stegs hatte ich auch Simulationen mit anderen Werten der Dämpfung gemacht:
Bild
Die ursprünglichen 10000 Ns/m sind auch wieder dabei. Als optimal erwies sich aber in diesem Beispiel ein Wert um 1500 Ns/m. Darauf könnte man eventuell noch mal zurückkommen.

Unterlage
Auch die Dämpfung der Magnet-Korb-Resonanz durch eine geeignete Bodenkopplung läßt sich in der Simulation nachstellen (ohne Bild). Und zwar ist eine Dämpfung zu erkennen, wenn der mechanische Widerstand der Unterlage (R11) in einem bestimmten Bereich liegt.
Ein ähnliche Effekt der Unterlage wurde in diesem Beitrag beschrieben.

Doppelhöcker
Schließlich konnte ich noch die gemessene Doppelspitze im Impedanzverlauf bei der Grundresonanz des Lautsprechers nachvollziehen, bin mir aber nicht sicher, ob ich den richtigen Mechanismus simuliert habe.
Jedenfalls ist es aber möglich, eine solche Impedanzkurve zu bekommen, wenn die Gesamtmasse der Box mit der Unterlage auf einer Frequenz schwingt, die der Resonanzfrequenz des (eingebauten) Lautsprechers entspricht. Bei Frequenzunterschied wird die Doppelspitze schnell schwächer und ist kaum noch zu erkennen.
Die Magnetstütze könnte sich hier indirekt ausgewirkt haben, indem die die Gesamtmasse der Box beeinflußt hat.

P.S. Ich hatte diesen Beitrag zuerst mit eingebetteten Bildern erstellt. Die Bilder sind aber nach einiger Zeit verschwunden. Gibt es da etwas zu beachten?

[Fraggle]

Die Sache mit der parasitären Feder sollte sich auch erledigt haben wenn du den TT am Magneten einspannst und den Korb nur zur Abdichtung nutzt.

Die Idee finde ich gut, weil damit der ursprüngliche Resonanzmechanismus so nicht mehr vorhanden ist.

Je weicher die Randabdichtung ist, um so besser wird das Prinzip umgesetzt. Ich schließe mich also mechanic an.
Heißkleber oder ein auf der Schallwand aufliegender Korb kommen von daher nicht in Frage.

Zum Lösen der Schlauchschellen brauchst Du Zugang von hinten, das endgültige Gehäuse müßte also eine abnehmbare Rückwand o.ä. bekommen. Oder verstehe ich da was falsch?