Membranabsorber

Membranabsorber (auch Plattenresonatoren, umgangssprachlich auch Plattenschwinger genannt) sind Konstruktionen nach dem Feder-Masse-Prinzip, die der Schallabsorption dienen.

Aufbau

Der grundlegende Aufbau besteht aus einer Membran (Platte), die als Masse dient (beispielsweise Platten aus Holz, Metall, Glas, Gips, etc.), und einem dahinter befindlichen Luftpolster, das die Feder darstellt.

Aus dem Verhältnis der Masse der Membran zu dem Volumen des Luftpolsters (=Feder) ergibt sich die Eigenresonanz des Membranabsorbers:

Membranabsorber / Schnittbild

$\ f={\frac {600}{\sqrt {d\cdot m}}}$

wobei gilt:

• $f$ : Frequenz der Eigenresonanz ($Hz$)
• $d$ : Dicke des Luftpolsters in Zentimeter
• $m$ : Flächenspezifische Masse der Membran in ($kg/m^{2}$)

Im Bereich der Eigenresonanz ist die Schallabsorption am höchsten.

Bei sorgfältiger Auswahl der Materialien wird die Schwingung der Membran durch das Eigengewicht der Membran (=Trägheit) derart bedämpft, dass eine Schallabsorption stattfindet. In vielen Fällen ist es jedoch notwendig, zur Bedämpfung der Schwingung der Membran, in den Luftpolster entsprechendes Material (Mineralwolle, Hanfwolle, Baumwolle oder dergleichen) einzubringen. Dabei ist zu beachten, dass der Zeitbereich, von dem an die Membran durch Einwirken der Schallenergie in Schwingung versetzt wird bis zum Stillstand der Membran, deutlich kürzer ist, als die ursprüngliche, frequenzspezifische Nachhallzeit im Raum. Die Größe des Membranabsorbers (= Oberfläche) hat dabei keinerlei Einfluss auf die Eigenresonanzfrequenz, sofern die Oberfläche der Membran mindestens 60 cm × 60 cm beträgt.

Zusätzliche Parameter / Faktoren

Weitere wichtige Faktoren für schallabsorbierende Konstruktionen sind nebst der Eigenresonanzfrequenz:

• Bandbreite: Jener Bereich, in dem Frequenzen oberhalb/unterhalb der Eigenresonanz absorbiert werden (äquivalent zu Filtern auch Gütefaktor oder Q-Faktor genannt). Grundsätzlich gilt: je leichter die Membran und je größer das Volumen des Luftpolsters, desto größer die Bandbreite. (Beispiel: Eine 5 mm dicke Hartfaserplatte vor einem 3 cm Luftpolster ergibt die gleiche Eigenresonanzfrequenz wie eine 3 mm dicke Hartfaserplatte vor einem 5 cm Luftpolster. Der Unterschied beider Konstruktionsweisen liegt in der Bandbreite: Bei der Konstruktion mit der leichteren Membran/Platte ist erfahrungsgemäß eine Bandbreite von über 1,5 Oktave zu erwarten, bei der Konstruktion mit der schwereren Membran ist mit einer Bandbreite von knapp unterhalb einer Oktave zu rechnen.) Die Berechnung der Bandbreite gestaltet sich äußerst schwierig, da dazu genaue Kenntnisse über unterschiedlichste physikalische Eigenschaften der verwendeten Materialien notwendig sind, die nur durch aufwändige (kostenintensive) Messungen ermittelt werden können.
• Äquivalente Absorptionsfläche: Diese ist bei Membranabsorbern gleichzusetzen mit der physischen (tatsächlichen) Oberfläche; während zum Beispiel bei Helmholtz-Resonatoren die äquivalente Absorptionsfläche ausschließlich von der Eigenresonanzfrequenz abhängig ist, unabhängig der tatsächlichen Baugröße/Oberfläche eines Helmholtz-Resonators.

Anwendungsgebiete

Membranabsorber werden hauptsächlich in der Raumakustik angewandt, um den Nachhall eines Raumes in entsprechenden Frequenzbereichen zu gestalten; also jene Frequenzen gezielt zu absorbieren, die den Eigenresonanzfrequenzen der betreffenden Membranabsorber entsprechen. Membranabsorber eignen sich besonders zur Absorption tieffrequenter Schallanteile (20–400 Hz). Insbesondere finden Membranabsorber ihren Einsatz in Tonstudios wie auch in Auditorien, Konzerthallen und anderen Räumen, in denen akustische Darbietungen in hoher Qualität erwünscht sind.

Literatur/Quellen

• Lothar Cremer, Helmut A. Müller: Die wissenschaftlichen Grundlagen der Raumakustik Bd.2 Wellentheoretische Raumakustik. S.Hirzel-Verlag, Stuttgart 1976, ISBN 3-7776-0317-1.
• F. Alton Everest: The Master Handbook of Acoustics, 3rd Edition. TAB-Books/Division of McGraw-Hill Inc., Blue Ridge Summit, Pasadena 1994, ISBN 0-8306-4437-7.