Rommote

Raummode (fra engelsk room modus , der fra latin modus , flertall: Raummoden ) er et teknisk begrep i akustikk . Den beskriver egenskapene til stående lydbølger med en naturlig frekvens i lukkede rom, hvor effekten av hørselsinntrykket til menneskene i dem er av spesiell interesse.

Rommote mellom to harde vegger. Det må alltid være maksimalt lydtrykk på veggene , noe som kan sees fra trykkbulene der.

En rommodus er en naturlig form av luften som fyller rommet mens den vibrerer ved en av flere naturlige frekvenser. Svingningen svinger mellom to motsatte avbøyningstilstander . Rommodusene viser hvor i rommet vibrasjonsnoder og antinoder utvikler seg ved visse naturlige frekvenser.

I observasjonsperioden beveger bølgen seg ikke lenger gjennom rommet, men har faste amplitudemaksima og minima. Svingningsknodene er null poeng av amplituden, dvs. H. det er ingen avbøyning på det punktet der det oppstår en klump. I praksis betyr dette at z. B. for stuer med hi-fi-system, endres høreinntrykket med posisjonen til personen i rommet. Avhengig av romakustikken , utvikler noen stue-moduser seg i det lave frekvensområdet , spesielt med normale dimensjoner i stuen , noe som kan ha en veldig forstyrrende effekt. Av største betydning er de motene som er mest utviklet. I rom er det seks frihetsgrader for naturlige vibrasjoner , noe som resulterer i en flerdimensjonal sammensetning av mulige naturlige frekvenser og deres bølgeformer.

I prinsippet reduseres antallet maksimale mulige frihetsgrader igjen av de rådende begrensningene . Hvis heltallsharmonikken er ekskludert, er det en naturlig svingning for hver grad av frihet. Frihetsgraden for moduser i mellomrom kan begrenses til tre som en god tilnærming for beregninger.

Stimulering av egenmodus

Mens små rom har ekstremt diskrete naturlige frekvenser, overlapper alle moduser seg i store rom som kirker for å danne et kontinuum - etterklang skjer mer intensivt . I rom gjenspeiler rommodusene hvordan lyden i et rom misfarges fordi visse toner er spesielt fremtredende og har en ujevn fordeling av energi i rommet. Hvis diskrete resonansfrekvenser oppstår, er disse mer merkbare enn om flere resonanser er jevnt fordelt i spekteret .

En viss resonansfrekvensfordeling er en fysisk egenskap i rommet som avhenger av dimensjonene. Bare visse frekvenser er glade. Både det økte nivået og varigheten av lyden spiller en rolle i disse resonanseffektene . Amplituden til en akustisk modus avhenger av posisjonen i rommet. Graden av fargelegging av lyden varierer derfor fra sted til sted.

En stående bølge. I endene (romgrensene) vises en trykkmage som et maksimum.

Schröder-frekvens

Hvis du vet etterklangstiden til et rom (i sekunder) og dets volum (in ), kan Schröderfrekvensen eller den store romfrekvensen bestemmes ved hjelp av følgende numeriske verdiligning , som er rundt 300 Hz i de fleste rom:${\ displaystyle T}$${\ displaystyle V}$${\ displaystyle \ mathrm {m ^ {3}}}$${\ displaystyle f _ {\ text {s}}}$

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

Nesten de samme resultatene hvis man bruker lydhastigheten c _S eller Hall-radien r _H og deler resultatet med π.

Under Schröder-frekvensen kan akustiske moduser i rommet føre til merkbar misfarging av lyden. Siden disse spesielt påvirker de lavere tonene, oppfattes de som droning , blomstrende eller en-tone bass . Ovenfor forårsaker de imidlertid ingen hørbar forvrengning av reproduksjonen i stuer fordi modusene smelter sammen til hverandre i form av tette refleksjoner og etterklang.

beregning

Tre typer stående modus som forekommer i et typisk kuboid lytterom beregnes først og fremst . Disse er aksiale (langsgående), tangensielle og diagonale moduser (også kalt obligue eller skrå modus). De aksiale modusene dominerer tydelig.

“Den første ordens romlige modus oppstår ved en frekvens hvis halv bølgelengde tilsvarer avstanden mellom de to veggene. [...] De naturlige frekvensene til det endimensjonale rommet som er omsluttet av det aktuelle paret av vegger, beregnes fra ${\ displaystyle f _ {\ text {n}}}$

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

Det er

• ${\ displaystyle c_ {0}}$den lydens hastighet ,
• ${\ displaystyle d}$ avstanden mellom de to veggene og
• ${\ displaystyle n}$ rekkefølgen på rommodus, som samtidig tilsvarer antall lydtrykkminima [...].

Hensynet til to parallelle vegger kan overføres til tredimensjonale kuboidrom. I tillegg til modusene som er beskrevet som aksiale, er det også moduser mellom to motstående par av vegger, hvis baner beveger seg i to og tre dimensjoner av rommet. Disse kalles tangensielle moduser i det todimensjonale tilfellet og skrå modus i det tredimensjonale tilfellet.

Beregningen av alle naturlige frekvenser i et kuboidrom kan gjøres med formelen beskrevet av John William Strutt, 3. baron Rayleigh i 1896 : ${\ displaystyle f _ {\ mathrm {n_ {x} / n_ {y} / n_ {z}}}}$

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

Det er

• igjen lydens hastighet,${\ displaystyle c_ {0}}$
• ${\ displaystyle l _ {\ text {x}}, l _ {\ text {y}}}$og er dimensjonene til rommet, dvs. lengde, bredde og høyde, og${\ displaystyle l _ {\ text {z}}}$
• ${\ displaystyle n _ {\ text {x}}, n _ {\ text {y}}}$og betegne rekkefølgen til modusene i de respektive retningene. [...]${\ displaystyle n _ {\ text {z}}}$

Det romlige lydtrykket - lydhastighet - fordelingen og dermed det tredimensjonale feltet for komplekse lydfeltimpedanser består av overstillingen av alle moduser i et rom . Rommodus er systemer som er i stand til resonans. "( Stefan Weinzierl )

Atomnummer

Frekvensene og de naturlige vibrasjonsmåtene er navngitt i henhold til deres ordinære nummer, dvs.

1. Den første naturlige svingningsformen eller grunnformen oppstår i tilfelle en svingning med den første naturlige frekvensen, grunnfrekvensen .
2. Den andre formen for naturlig svingning svinger ved den andre naturlige frekvensen.
3. etc.

Hvis sammensetningen av de naturlige frekvensene er mer kompleks, for eksempel i rom, blir ordinaltallet gitt i parentes med flere sifre eller atskilt med komma.

Minimere virkningen

Et rom med harde vegger viser særegne topper ved visse romresonansfrekvenser. Dette kan endres gjennom lydabsorpsjonstiltak . Avhengig av mengden og plasseringen av de absorberende materialene i et rom, reduseres disse karakteristiske egenskapene. Det finnes nå en rekke akustiske absorberingsmaterialer som er egnet for fortrinnsvis å dempe visse frekvensområder. Mikroperforerte takpaneler, spesielle folier med perforeringer og konvensjonelle absorberingspaneler kan brukes eller kombineres for å optimalisere romakustikk for det respektive bruksområdet.

Passive og aktive resonansdempere brukes også. Hvis det er mulig å endre romgeometrien i planleggingsfasen, kan du oppnå gunstige proporsjoner. I kombinasjon med egnede lydreduksjonsindikatorer kan romakustikken ytterligere optimaliseres for bruksområdet. Veggkonstruksjonen har også innvirkning på romakustikken; lett konstruksjon betyr vanligvis at det er mindre behov for ytterligere tiltak. Tepper eller tunge gardiner endrer imidlertid romakustikken til et område som ikke nødvendigvis bør dempes. Disse har nesten ingen innflytelse på dype rommodus som fører til brølet i rommet.

Lydanlegg

Noen leverandører har tilbudt komplekse såkalte romkorreksjonssystemer med målemikrofoner siden 1990 og bruker nåværende digitale filtreringsalternativer for å implementere den nødvendige kompensasjonen for rommodus. Gitt de høye kostnadene ved disse systemene, er det kontroverser om den relative verdien av forbedring i normale rom. Optimal bruk krever at operatøren har grunnleggende kunnskap om akustiske innbyrdes forhold og omfattende datainnsamling på installasjonsstedet, som må utføres automatisk i innstillingsfasen for enheten. Kompensasjonen og utjevningen via frekvensresponsen til lydsystemet som brukes, har begrenset bruk, da timelige prosesser ikke påvirkes, slik som etterklangstid og forbigående prosesser. Utjevningen passer bare til en viss lyttestilling, og hvis den brukes feil, kan den til og med forverre andre lyttestillinger. Verken høyttaleren eller målemikrofonen kan plasseres i en node, fordi den akustisk induserte kanselleringen av en frekvens ikke kan kompenseres for ved å øke forsterkningen av samme frekvens. Slik overkompensasjon ville overdrive høyttalerne uten noen nevneverdig fordel.

Romkorreksjonssystemer registrerer den faktiske tilstandsfrekvensresponsen på målestedet, brukeren kan vanligvis velge en målkurve eller designe den selv, og korreksjonssystemet genererer en utjevningskurve som er ment å kompensere for forskjellen mellom målkurven og målingen kurve. Utformingen av målkurven krever kunnskap og oppmerksomhet til lokale forhold; en lineær frekvensrespons-spesifikasjon brukt for enkelhet ville være en typisk nybegynnerfeil. Selv om en høyttaler målt i et anechoic rom fremdeles viste en lineær frekvensrespons, kan det i praktisk bruk i rom, i tillegg til romresonanser, forventes refleksjoner på gulv, tak og sidevegger som kommer med en tidsforsinkelse. Den resulterende målte frekvensresponsen kan ikke lenger være lineær fordi tidsvinduet for måling må være stort nok til ikke å utelukke oppbygging av romresonanser.

Et alternativt kompromiss er å undertrykke de kjente romresonansfrekvensene så fullstendig som mulig ved å bruke digitale kamfiltre eller hakkfiltre når du belyser rommet. En annen mulighet er å øke antall basshøyttalere og forsterkerkanaler og å kontrollere dem i faseopposisjon ved de berørte resonansfrekvensene ved hjelp av kompleks digital prosessering og ta hensyn til signalutbredelsestiden gjennom rommet og dermed delvis avbryte refleksjoner, hvorved plasseringen av høyttalerne i rommet er av særlig betydning Betydningen er. Dette forbedrer delvis reproduksjonen i større rom og forsømmer rommodusene i tangentiell og diagonal justering.

Se også

• Normal vibrasjon
• Shuntimpedans

litteratur

• J. Krüger, M. Leitner, P. Leistner: PC-instrumenter for måling og testing av akustiske parametere . I: IBP-kommunikasjon . teip 331 , nr. 25 , 1998 ( fraunhofer.de [PDF]). 
• HV Fuchs, C. Häusler, X. Zha: Små hull, stor støt. I: akustikk av gipsplater. 14, nr. 8, 1997, s. 34-37.
• HV Fuchs, M. Möser: Lydabsorbenter. I: Gerhard Müller: Lommebok med teknisk akustikk. Springer, 2003, ISBN 3-540-41242-5 , s. 247 ( begrenset forhåndsvisning i Google- boksøk ).
• H. Kuttruff, E. Mommertz: Romakustikk . I: Gerhard Müller: Lommebok med teknisk akustikk. Springer, 2003, ISBN 3-540-41242-5 , s. 331 ( begrenset forhåndsvisning i Google- boksøk ).

weblenker

• Romlig egenmodus kalkulator. For rektangulære rom bestemmer denne kalkulatoren rommets egenmodus med de 20 laveste naturlige frekvensene og viser dem i stigende rekkefølge.
• Beregning av de tre rommodusene til rektangulære rom (stående bølgeberegning)
• Omfattende rommoduskalkulator (3D-visning av trykkfordelingen i hver modus, lydavspilling, Bonello-diagram, boltområde, Schröder-frekvens avhengig av etterklangstid osv.)
• Forskjellen mellom modusene som lydtrykksfordeling i rom og modusene for strengvibrasjoner
• Prosedyre for romakustisk analyse - Praktiske instruksjoner for å bestemme romakustikk
• Simulering av eksitasjon av små rom ved lave frekvenser, IBP, Fraunhofer Institute Building Physics ( Memento fra 11. august 2011 i Internet Archive )

Individuelle bevis

1. ^ Thomas Görne: Lydteknikk. 2008, ISBN 3-446-41591-2 , s. 72 ( begrenset forhåndsvisning i Google- boksøk ).
2. ^ Stefan Weinzierl: Håndbok for lydteknologi. 2008, ISBN 3-540-34300-8 , s. 284–285 ( begrenset forhåndsvisning i Google- boksøk ).
3. ↑ Romakustikk, forskningsretning: "Mikroperforerte metallkassetter som et falskt tak". ( Memento fra 21. oktober 2012 i Internet Archive ) Fraunhofer Institute for Building Physics:
4. ↑ Egnede romdimensjoner. Hentet 27. mars 2020 .