Die Geschichte des Plattenabsorbers muss neu geschrieben werden

Liebe Gemeinde,

nach dem Studium diverser Raumakustikforen war es doch sehr auffällig, daß Plattenresonatoren selten die erhofften Effekte brachten. Sei es, daß die Zielfrequenz nicht getroffen wurde, die Bandbreite nicht stimmte oder der Schallabsorptionsgrad doch recht gering ausfiel.
Durch Zufall bin ich über eine Masterarbeit zum Thema 'improved membrane absorber' der University of Salford gestossen, die unter Aufsicht von Professor Cox geschrieben wurde (genau der Prof. Cox, der als 'Guru' unter den Raumakustikexperten gilt).

Die Studie setzt sich u.a. auch mit den oben bestehenden Problemen im Heimkino- bzw. Studiobereich auseinander. Demnach folgen Plattenabsorber aufgrund der üblichen Konstruktion mit festgeklebter oder geschraubter Membran eben NICHT den bekannten Formeln mit Fs=600/Wurzel(Flächengewicht*Tiefe) für ungedämpfte bzw. Fs=500/Wurzel(Flächengewicht*Tiefe) für bedämpfte Gehäuse.

Die Gründe liegen vor allem in der Randeinspannung der Platte, die ein freies, kolbenförmiges Schwingen der Membran verhindert. Zusätzliche 'Schmutzeffekte' wie z.B die unbekannte Steifigkeit der Aufhängung und der Membran lassen dann keine genaue Berechnung mehr zu. Im Grunde gelten die obigen Formeln nur für den idealen Kolbenschwinger und scheinen aufgrund der häufigen (aber falschen) Verbreitung in den Foren zum allgemeingültigen Gedankengut geworden zu sein. Auch wird darauf hingewiesen, daß eine Verkleinerung der Aussenmasse zwangsläufig zu einer Erhöhung der Resonanzfrequenz führt, es also einen zusätzlichen Parameter bei der Auslegung gibt.

Ausserdem ist die Annahme, die Membran könnte einfach dicker gemacht werden, um eine niedrigere Grenzfrequenz zu erreichen irreführend. Dadurch wird beim konventionellen Plattenschwinger (mit Randeinspannung) leider auch der Wirkungsgrad dramatisch reduziert, da die innere Dämpfung der Platte überproportional zunimmt. Laut Prof. Cox führen Flächengewichte über 5kg/m² in (hier in Bezug auf Sperrholzmembranen) schon zu einer deutlichen Reduktion des Absorptionskoeffizienten. Auch funktionieren die Zusammenhänge -Flächengewicht verdoppeln, dafür Bautiefe halbieren- nicht zu identischen Resultaten, obwohl es die o.g. Formeln suggerieren. Ein besseres Ergebis laut Prof. Cox' Messungen wird immer aus der Konstellation leichte Membran mit tiefem Gehäuse erreicht.

Soviel, so schlecht. Ich komme wieder auf die Masterarbeit zurück. Es wurden Versuchsaufbauten mittels Membranen realisiert die in Lautsprecher- Gummisicken aufgehangen waren, also mittels 'weicher' Randlagerung. Nun konnten bei Vergleichsmessungen tatsächlich Resonanzfrequenzen gemessen werden, die sowohl dem analytischen Modell, als auch den o.g. Formeln entsprachen. Eine leichte Abweichung stellt sich nach wie vor durch unkontrolierbare Eigenschaften dar Gummilagerung und der Membraneigenschaften ein. Der Fehler lag aber nicht mehr bei über 40% (wie für die geklebte Membran) sondern bei wenigen Prozent. Auch der Wirkungsgrad der Absorber gewann beträchtlich mit der freien Membranaufhängung. Im Versuchsaufbau hatte die Membran mit Randbefestigung bei 60Hz noch einen Absorptionsgrad von 20%, die mittels Gummisicke aufgehängte Membran einen von fast 100% (der Vergleich hinkt ein bisschen wegen verschiedener Resonanzfrequenz der beiden Systeme und bezieht sich nur auf vergleichbare Plattengrösse, Plattengewicht und Bautiefe).

Als wichtigste Maßnahme für die Konstruktion eines vorhersagbaren Plattenschwingers sollte also eine Lagerung der Membran/Platte in einer Gummisicke vorgesehen werden. Auch hier wird es wieder besser und schlechter funktionierende Designs geben.

Sollten die Erkenntnisse von Prof. Cox eine weitere Verbreitung finden, dürfte es in Zukunft zufriedenere Selbstbauer in diesem Bereich geben. Und bitte gebt die alten Formeln nicht mehr ungeprüft in Verbindung mit der herkömmlichen Konstruktionsweise von Plattenabsorbern weiter!

Viele Grüsse
Guido


P.S.: wer die englische Masterarbeit lesen will, sollte 'Improved Membrane Absorbers' von Robert Oldfield auf der Uni-Salford Seite als pdf-file herunterladen. Ansonsten das leider sehr teure Buch von Prof. Cox bei Amazon bestellen....

ach so. Als Rahmen & Rückwand wollte ich 12mm MDF nehmen... alternativ wären 9mm Multiplex Birke im Angebot...