Værelse mode

Raummode (fra engelsk room-mode , der fra latin modus ; flertal: Raummoden ) er en teknisk term i akustik . Den beskriver egenskaberne ved stående lydbølger med en naturlig frekvens i lukkede rum, hvorved virkningen på menneskets høreindtryk af dem er af særlig interesse.

Værelse mode mellem to hårde vægge. Der skal altid være maksimalt lydtryk på væggene , hvilket kan ses af trykbøjningerne der.

En rumtilstand er en naturlig form af luften, der fylder rummet, mens den vibrerer ved en af ​​flere naturlige frekvenser. Svingningen svinger mellem to modstående afbøjningstilstande . Rumtilstandene viser, hvor i rummet vibrationsnoder og antinoder udvikler sig ved bestemte naturlige frekvenser.

I observationsperioden bevæger bølgen sig ikke længere gennem rummet, men har faste amplitudemaksima og minima. Oscillationsknuderne er nul point for amplituden, dvs. H. der er ingen afbøjning på det punkt, hvor en klump opstår. I praksis betyder det, at z. B. for stuer med hi-fi-systemer ændres høreindtrykket med personens position i rummet. Afhængigt af rumakustikken udvikles nogle stueindstillinger i det lave frekvensområde , især med normale stuedimensioner , som kan have en meget foruroligende effekt. Af primær betydning er de mode, der er mest udviklede. I rum er der seks frihedsgrader for naturlige vibrationer , hvilket resulterer i en flerdimensionel sammensætning af de mulige naturlige frekvenser og deres bølgeformer.

I princippet reduceres antallet af maksimalt mulige frihedsgrader igen med de gældende begrænsninger . Hvis heltalets harmoniske er udelukket, er der en naturlig svingning for hver grad af frihed. Frihedsgraderne for tilstande i rum kan begrænses til tre som en god tilnærmelse til beregninger.

Stimulering af egenmoder

Mens små rum har ekstremt diskrete naturlige frekvenser, overlapper alle tilstande i store rum såsom kirker sig for at danne et kontinuum - efterklang forekommer mere intenst . I rum afspejler rumtilstandene, hvordan lyden i et rum misfarves, fordi visse toner er særligt fremtrædende og har en ujævn fordeling af energi i rummet. Hvis der opstår diskrete resonansfrekvenser , er disse mere mærkbare, end hvis flere resonanser er jævnt fordelt i spektret .

En bestemt resonansfrekvensfordeling er en fysisk egenskab i rummet, der afhænger af dets dimensioner. Kun visse frekvenser er begejstrede. Både det øgede niveau og lydens varighed spiller en rolle i disse resonanseffekter . Amplituden for en akustisk tilstand afhænger af dens placering i rummet. Graden af ​​lydens farve varierer derfor fra sted til sted.

En stående bølge. I enderne (rumgrænserne) vises en trykmave som et maksimum.

Schröder-frekvens

Hvis du kender rumets efterklangstid (i sekunder) og dets volumen (i ), kan Schröderfrekvensen eller den store rumfrekvens bestemmes ved hjælp af følgende numeriske værdiligning , som er omkring 300 Hz i de fleste rum:${\ displaystyle T}$${\ displaystyle V}$${\ displaystyle \ mathrm {m ^ {3}}}$${\ displaystyle f _ {\ text {s}}}$

${\ displaystyle f _ {\ text {s}} = 2000 \, {\ sqrt {\ frac {\ text {T}} {\ text {V}}}} {\ text {Hz}} \ approx {\ frac {1} {\ pi}} {\ sqrt {\ frac {c_ {S} ^ {3} {T}} {V}}} = {\ frac {c_ {S}} {r_ {H} \ pi} }}$

Næsten de samme resultater, hvis man bruger lydens hastighed c _S eller Hall-radius r _H og deler resultatet med π.

Under Schröder-frekvensen kan akustiske tilstande i rummet forårsage mærkbar misfarvning af lyden. Da disse især påvirker de lavere toner, opfattes de som droning , blomstrende eller en-tone bas . Ovenfor forårsager de imidlertid ikke nogen hørbar forvrængning af reproduktionen i stuer, fordi tilstande smelter sammen i hinanden i form af tætte refleksioner og efterklang.

beregning

Tre typer stående tilstande, der forekommer i et typisk kuboidt lytterum, beregnes primært . Disse er aksiale (langsgående), tangentielle og diagonale tilstande (også kaldet obligue eller skrå). De aksiale tilstande dominerer klart.

”Den første ordens rumlige tilstand forekommer ved en frekvens, hvis halvbølgelængde svarer til afstanden mellem de to vægge. [...] De naturlige frekvenser af det endimensionelle rum, der er omsluttet af det pågældende par vægge, beregnes ud fra ${\ displaystyle f _ {\ text {n}}}$

${\ displaystyle f _ {\ text {n}} = {\ frac {c_ {0} \ cdot n} {2 \ cdot d}}}$

det er

• ${\ displaystyle c_ {0}}$den lydens hastighed ,
• ${\ displaystyle d}$ afstanden mellem de to vægge og
• ${\ displaystyle n}$ rækkefølgen af ​​rumtilstand, der samtidig svarer til antallet af lydtryksminima [...].

Overvejelserne på to parallelle vægge kan overføres til tredimensionelle kubiske rum. Ud over de tilstande, der er beskrevet som aksiale, er der også tilstande mellem to modstående par af vægge, hvis stier bevæger sig i to og tre dimensioner af rummet. Disse kaldes tangentiale tilstande i det to-dimensionelle tilfælde og skrå tilstande i det tredimensionelle tilfælde.

Beregningen af ​​alle naturlige frekvenser i et kuboidrum kan udføres med formlen beskrevet af John William Strutt, 3. baron Rayleigh i 1896 : ${\ displaystyle f _ {\ mathrm {n_ {x} / n_ {y} / n_ {z}}}}$

${\ displaystyle f _ {\ mathrm {n_ {x} / n_ {y} / n_ {z}}} = {\ frac {c_ {0}} {2}} {\ sqrt {\ left ({\ frac { n_ {\ text {x}}} {l _ {\ text {x}}} \ højre) ^ {2} + \ venstre ({\ frac {n _ {\ text {y}}} {l _ { \ text {y}}}} \ right) ^ {2} + \ left ({\ frac {n _ {\ text {z}}} {l _ {\ text {z}}}} \ right) ^ { 2}}} \,}$

det er

• igen lydens hastighed,${\ displaystyle c_ {0}}$
• ${\ displaystyle l _ {\ text {x}}, l _ {\ text {y}}}$og er rummets dimensioner, dvs. længde, bredde og højde, og${\ displaystyle l _ {\ text {z}}}$
• ${\ displaystyle n _ {\ text {x}}, n _ {\ text {y}}}$og betegner rækkefølgen af ​​tilstande i de respektive retninger. [...]${\ displaystyle n _ {\ text {z}}}$

Det rumlige lydtryk - lydhastighed - fordeling og dermed det tredimensionelle felt med komplekse lydfeltimpedanser består af overlejringen af ​​alle rummets tilstande . Rumtilstande er systemer, der er i stand til resonans. "( Stefan Weinzierl )

Atom nummer

Frekvenserne og de naturlige vibrationsformer er navngivet efter deres ordinære antal, dvs.

1. Den første naturlige oscillationsform eller basisform opstår i tilfælde af en oscillation med den første naturlige frekvens, den grundlæggende frekvens .
2. Den anden form for naturlig svingning svinger ved den anden naturlige frekvens.
3. etc.

Hvis sammensætningen af ​​de naturlige frekvenser er mere kompleks, for eksempel i rum, er det ordinære tal angivet i parentes med flere cifre eller adskilt af kommaer.

Minimering af virkningen

Et rum med hårde vægge viser markante toppe ved bestemte rumresonansfrekvenser. Dette kan ændres gennem lydabsorptionsforanstaltninger . Afhængig af mængden og placeringen af ​​de absorberende materialer i et rum reduceres disse karakteristiske egenskaber. Der er nu en række akustiske absorberingsmaterialer, der er egnede til fortrinsvis at dæmpe bestemte frekvensområder. Mikroperforerede loftspaneler, specielle folier med perforeringer og konventionelle absorberpaneler kan bruges eller kombineres for at optimere rumakustik til det respektive anvendelsesområde.

Passive og aktive resonansabsorbenter anvendes også. Hvis det er muligt at ændre rumgeometrien i planlægningsfasen, kan du opnå gunstige proportioner. I kombination med passende lydreduktionsindikatorer kan rumakustikken optimeres yderligere til anvendelsesområdet. Vægkonstruktionen har også indflydelse på rumakustikken; letvægtskonstruktion betyder normalt, at der er mindre behov for yderligere foranstaltninger. Tæpper eller tunge gardiner skifter imidlertid rumakustikken til et område, der ikke nødvendigvis bør dæmpes. Disse har næsten ingen indflydelse på dybe rumtilstande, der fører til rumets brøl.

Lydsystemer

Nogle udbydere har tilbudt komplekse såkaldte rumkorrektionssystemer med målemikrofoner siden 1990 og bruger de nuværende digitale filtreringsmuligheder til at implementere den nødvendige kompensation for rumtilstande. I betragtning af de høje omkostninger ved disse systemer er der kontroverser om den relative værdi af forbedring i normale rum. Optimal brug kræver, at operatøren har en grundlæggende viden om akustiske indbyrdes forhold og omfattende dataindsamling på installationsstedet, som skal udføres automatisk i indstillingsfasen for enheden. Kompensationen og udligningen via det anvendte lydsystems frekvensrespons er begrænset, da tidsmæssige processer ikke påvirkes, såsom efterklangstid og forbigående processer. Udligningen passer kun til en bestemt lytteposition og kan, hvis den bruges forkert, endda forværre andre lyttepositioner. Hverken højttaleren eller målemikrofonen kan placeres i en node, fordi den akustisk inducerede annullering af en frekvens ikke kan kompenseres for ved at øge forstærkningen af ​​den samme frekvens. En sådan overkompensation ville overdrive højttalerne uden nogen mærkbar fordel.

Rumkorrektionssystemer registrerer den aktuelle tilstandsfrekvensrespons på målestedet, brugeren kan normalt vælge en målkurve eller designe den selv, og korrektionssystemet genererer en udligningskurve, der er beregnet til at kompensere for forskellen mellem målkurven og målingen kurve. Designet af målkurven kræver viden og opmærksomhed på lokale forhold; en lineær frekvensresponsspecifikation, der bruges til enkelhed, ville være en typisk begynderfejl. Selvom en højttaler målt i et anekoisk rum stadig viser en lineær frekvensrespons, kan man i praktisk brug i rum udover rumresonanser forventes refleksioner på gulv, loft og sidevægge, der ankommer med en tidsforsinkelse. Det resulterende målte frekvensrespons kan ikke længere være lineært, fordi tidsvinduet til målingen skal være stort nok til ikke at udelukke opbygningen af ​​rumresonanser.

Et alternativt kompromis er at undertrykke de kendte rumresonansfrekvenser så fuldstændigt som muligt ved hjælp af digitale kamfiltre eller hakfiltre, når rummet belyses. En anden mulighed er at øge antallet af bashøjttalere og forstærkerkanaler og kontrollere dem i fasemodstand ved de berørte resonansfrekvenser ved hjælp af kompleks digital behandling og under hensyntagen til signaludbredelsestider gennem rummet og således delvis annullere refleksioner, hvorved placeringen af ​​højttalerne i rummet er særlig vigtig Betydningen er. Dette forbedrer delvist reproduktionen i større rum og forsømmer rumtilstandene i tangentiel og diagonal justering.

Se også

• Normal vibration
• Shuntimpedans

litteratur

• J. Krüger, M. Leitner, P. Leistner: PC-instrumenter til måling og test af akustiske parametre . I: IBP-kommunikation . bånd 331 , nr. 25 , 1998 ( fraunhofer.de [PDF]). 
• HV Fuchs, C. Häusler, X. Zha: Små huller, stor påvirkning. I: akustik af gipsvægge. 14, nr. 8, 1997, s. 34-37.
• HV Fuchs, M. Möser: Lydabsorbenter. I: Gerhard Müller: Lommebog om teknisk akustik. Springer, 2003, ISBN 3-540-41242-5 , s. 247 ( begrænset forhåndsvisning i Google- bogsøgning ).
• H. Kuttruff, E. Mommertz: Rumakustik. I: Gerhard Müller: Lommebog om teknisk akustik. Springer, 2003, ISBN 3-540-41242-5 , s. 331 ( begrænset forhåndsvisning i Google- bogsøgning ).

Weblinks

• Spatial eigenmode calculator. For rektangulære rum bestemmer denne lommeregner rumets egenmodus med de 20 laveste naturlige frekvenser og viser dem i stigende rækkefølge.
• Beregning af de tre rumtilstande i rektangulære rum (beregning af stående bølge)
• Omfattende rumtilstandsberegner (3D-visning af trykfordelingen i hver tilstand, lydafspilning, Bonello-diagram, boltområde, Schröder-frekvens afhængigt af efterklangstid osv.)
• Forskellen mellem tilstande som fordeling af lydtryk i rum og tilstande for strengvibrationer
• Procedure til analyse af rumakustik - Praktiske instruktioner til bestemmelse af rumakustik
• Simulering af excitation af små rum ved lave frekvenser, IBP, Fraunhofer Institute Building Physics ( Memento fra 11. august 2011 i Internetarkivet )

Individuelle beviser

1. ^ Thomas Görne: Lydteknik. 2008, ISBN 3-446-41591-2 , s. 72 ( begrænset forhåndsvisning i Google- bogsøgning ).
2. ^ Stefan Weinzierl: Håndbog til lydteknologi. 2008, ISBN 3-540-34300-8 , s. 284–285 ( begrænset forhåndsvisning i Google- bogsøgning ).
3. ↑ Rumakustik, forskningsretning: "Mikroperforerede metalkassetter som et falsk loft". ( Memento fra 21. oktober 2012 i internetarkivet ) Fraunhofer Institute for Building Physics:
4. ↑ Egnede rummål. Hentet 27. marts 2020 .