Soundveränderung durch Gratung

komplexes Thema;)
ich meine dass die Auflagefläche per se nicht dämpft sondern einfach den kessel ankoppelt

Zitat

Original von Bibbelmann
Hallo Nils,

habe die Auffassung dass die Auflagefläche nicht einfach dämpft sondern den Kessel mehr oder minder stark ankoppelt.

Warum? Wenn das Fell in Richtung Kessel schwingt, dann muss die gesamte Kraft auf die Gratung wirken, wenn es vom Kessel weg schwingt, muss die Gratung um den Betrag der Kraft entlastet werden. Diers kann nicht von der betroffenen Fläche abhängig sein. Stell doch einfach mal einen Liter Milch auf das Fell. Ist die Kraft auf die Gratung nun von der Rundung bzw. Auflagefläche abhängig ? Wohl nicht. Der Druck (Kraft pro Fläche) schon, aber ehrlich gesagt ist der nicht relevant für die Kopplung, es sei denn man geht bis in den plastischen Bereich des Gratungsmaterials. Das werden die allerneisten Trommler allerdings vermeiden.

Nils

Zitat

Original von Bibbelmann
komplexes Thema;)

Weswegen ich mich hier nicht kurz fassen wollte.

hier kurz nochmal meine Sicht, Nils hat sich ja viel Mühe gegeben. Respekt!

mal eben im Schnellschuss als Antwort auf Nils`letzten Beitrag

Das fell ist so oder so nicht entkoppelt
Ohne kessel kanns ja nicht schwingen, das wär die eine Hand die für sich nicht klatschen kann.
Aber die Oberschwingungen auf dem Fell werden dann vermehrt auf die Gratung "gekoppelt", eigentlich der gleiche Begriff den du Dämpfung nennst

ich nenn das vermehrte Kopplung- weil es geht vor allem um die Obertöne des kesselmaterials und des fells und um das Ein/Ausschwingverhalten
http://www.physics.uiuc.edu/Ed…nal%20Papers/Macaulay.pdf

Sehr interessantes Dokument. Das werde ich bei Gelegnheit genau lesen.

Zitat

Das fell ist so oder so nicht entkoppelt

Das habe ich auch nicht behauptet. Meine These ist, dass der Kopplungsgrad nicht von der Auflagefläche abhängt. Was ich anhand des verlinkten Dokumentes überprüfen werde.

Unabhängig davon, was darin steht, sind Kopplung und Dämpfung völlig verschiedene Dinge.

Bei Kopplung geht es darum, dass zwischen verbundenen Oszillatoren Schwingungsenergie übertragen wird und das Schwingverhalten der beteiligten Oszillatoren durch die Interaktion verändert wird.

Kopplung zwischen Kessel und Fell findet auch über die Luft statt, was ich einige Seiten weiter vorne schon genauer dargestellt habe. Das Experiment mit einem zusammengerollten Blatt Papier oder einer Papprolle spricht hier eine eindeutige Sprache.
Daher wäre das verlinkte Experiment idealerweise im Vakuum durchzuführen und die Energieübertragung dann anders zu messen als mit dem Mikrofon.

Bei Dämpfung geht es um Umsetzung von Schwingungsenergie in Wärme.

Ich habe übrigens nie einen Einfluss der Gratung auf den Sound der Trommel bestritten, auch nicht auf das Resonanzverhalten. Aber ich will schon genau schauen, was wie wirkt.

Nils

P.S.: Ein erster Eindruck von dem Experiment wirft zumindest einige Fragen zur Systematik auf.

1. Die Kessel sind nicht gleich schwer. Was bedeutet das für die Vergleichbarkeit der Ergebnisse?
2. Die Lagenkonfiguration der Trommeln ist nicht gleich. Was bedeutet das für die Messungen?
3. Die Kessel haben den selben Aussendurchmesser. Die Gratungen haben aber nicht den selben Abstand zum Mittelpunkt. Deshalb ist die Größe der schwingenden Membran unterschiedlich. Wie wirkt sich das aus?
3b. Was bedeutet das für die Messung der Spannung mit dem DrumDial?
3c. Kommt es eher auf die Lage oder die Form der Gratung an ?

Eindeutig scheint das Ergebnis zu sein, dass die Energieübertragung von der Fellspannung abhängt, was nicht weiter überrascht.

Weiterhin ist bemerkenswert, dass der Autor in der Ergebnisauswertung sagt, dass die Trommel mit der gerundeten Gratung am wenigsten bzw. schlechtesten die Energie vom Fell auf den Kessel überträgt. Das würde meine These stützen, dass nicht die Größe der Kontaktfläche entscheidet, jedenfalls nicht nach der Formel je größer die Fläche desto mehr Energieübertragung. Dann sind schon eher die Winkel an beiden Seiten der Gratung und die Lage auf dem Kesselrand bedeutsam. Die große Kontaktfläche scheint also tatsächlich eher zu großer Dämpfung als zu großer Resonanz zu führen. Es ist auch naheliegend bei größerer Dämpfung auf schlechteres Resonanzverhalten zu schliessen.

Bemerkenswert ist auch, dass Eigenresonanzfrequenz mit dem montierten Fell höher zu sein scheint als ohne und mit Böckchen niedriger als ohne. Das wirft ein neues Licht auf Timbre Matching. Es wäre interessant zu erfahren, wie die Kesselnoten bei DW ermittelt werden (vermutlich nackt)und wie man dann den zugehörigen Sweet Spot der Trommel mit komplett montierter Hardware und Fellen am besten bestimmt.

Nils

Nils,

ich hab nen anderen Begriff von Kopplung und Dämpfung. Glaube das geht nicht 1:1 ineinander.

z.B.: Bei ner Trommel entstehen durch die "Dämpfung" des Fells Oberschwingungen(Klirr sozusagen) des Kessels, die Energie geht nicht nur in Wärme über

Hallo Bibbelmann,

ganz klar: die physikalischen Definitionen sind wie oben angegeben. Das muss man unbedingt auseinanderhalten. Wenn man über Physik redet, kann man nicht eigene Definitionen verwenden. An einer Trommel, genauer an der Gratung, gibt es immer beides, Kopplung UND Dämfung. Und bei gleicher vorhandener Gesamtmenge der Energie, muss die auf den Kessel übertragene Energiemenge zwangsläufig kleiner sein, je größer die Dämpfung ist.

Der Autor schreibt auch, dass an der Trommel mit der gerundeten Gratung (Gratung B in dem Dokument), also der größten Auflagefläche, am wenigsten Energie vom Fell auf die Trommel übertragen wird. Da fühle ich mich bestätigt.

Nils

meine kloppifrage:

Wenn die Schwingung des Fells durch eine runde Gratung stärker gedämpft wird als durch die Spitze, wo geht dann die Energie hin wenn nicht in den Kessel?

Wie schon erwähnt: Dämpfung resuliert aus Reibung und aus Reibung ensteht Wärme. An einer runden gratung reibt das Fell mehr als an einer spitzen. Der Effekt ist vergleichbar mit dem, der hörbar wird, wenn Du einen Finger am Rand auf das Fell legst oder ein Taschantuch draufklebst :D.

Umwandlung in Wärme ist ohnehin das, was mit der gesamten Schallenergie aus der Trommel passiert, wenn sich der Schall ausbreitet. In der Luft gibt es auch Reibung. Nur, wenn Du ein mikrofon an die Trommel hälst, wird ein winziger Teil der Schallenergie in elektrische gewandelt.

Nils

ich kann mir nicht so recht vorstellen, daß wärme der einzige effekt ist.

ich erinnere mich, daß meine lautsprecherfüße pyramidenform haben um die lautsprecher vom boden zu entkoppeln. das prinzip sollte nicht viel anders sein.

im endeffekt ist mir das eigentlich wurst, mir kam beim lesen dieses threads nur dieser gedanke...

Der Energieübergang von Fell zum Kessel besteht zum einen aus einer mechanischen Kopplung, und zum anderen findet an der Gratung Dämfung statt. Je nach Form und Ausprägung der Gratung wirkt die Gratung imho wie ein Filter, d.h. es wird ein jeweils unterschiedliches Spektrum vom Fell an den Kessel übertragen, der Rest wird gedämft, d.h. in Wärme umgewandelt. Das bestätigt auch die Pyramiden unter den Boxen: eine kleine mechanische Übertragungsfläche wirkt wie ein Hochpass, d.h. die Bässe kommen nicht durch die Pyramiden, und die Höhen nicht durch den Boden. So dürfte eigentlich alles zusammen passen.

Gruß

Alex

Zitat

Original von Slowbeat
ich erinnere mich, daß meine lautsprecherfüße pyramidenform haben um die lautsprecher vom boden zu entkoppeln. das prinzip sollte nicht viel anders sein.
...

Zitat

[i]zorschl[i]
Je nach Form und Ausprägung der Gratung wirkt die Gratung imho wie ein Filter, d.h. es wird ein jeweils unterschiedliches Spektrum vom Fell an den Kessel übertragen, der Rest wird gedämft, d.h. in Wärme umgewandelt. Das bestätigt auch die Pyramiden unter den Boxen: eine kleine mechanische Übertragungsfläche wirkt wie ein Hochpass, d.h. die Bässe kommen nicht durch die Pyramiden, und die Höhen nicht durch den Boden.

Das ist eine Konstruktion nach dem sog. Diodenprinzip. Durchlässigkeit hauptsächlich vom dicken Ende zum dünnen hin, Sperrfunktion in umgekehrter Richtung. So weit das Prinzip.

Das Ergebnis der verlinkten Studie deutet allerdings darauf hin, dass die lage der Gratung (also am Rand oder in der Mitte der Kesselwand) auf dem Kessel eine wichtige Rolle spielt.

Nils

Zitat

Original von nils
Das ist eine Konstruktion nach dem sog. Diodenprinzip. Durchlässigkeit hauptsächlich vom dicken Ende zum dünnen hin, Sperrfunktion in umgekehrter Richtung. So weit das Prinzip.

Bitte, das mit dem Hochpass klingt deutlich plausibler. Eine einseitige Sperrfunktion wär mit normalen Stahlfüßen garantiert nicht machbar (dazu muß ich nichtmal Materialwissenschaftler sein).

Zitat

Das Ergebnis der verlinkten Studie deutet allerdings darauf hin, dass die lage der Gratung (also am Rand oder in der Mitte der Kesselwand) auf dem Kessel eine wichtige Rolle spielt.

Mein Fazit ist eher, daß die Lage der Gratung auf dem Fell entscheidend ist. Wenn der Kessel also kleiner als der Standardkessel ist (neudeutsch: underzized) kann die Gratung gerne ganz außen sein.

PS: Dein Zitat war von Zorschl.

Hallo Nils,

Du scheinst ja recht fit in physikalischen Fragen zu sein, aber das mit dem Diodenprinzip kann ich mir nicht so recht erklären. Demnach wären diese Lautsprecherpyramiden nutzlos, wenn ich sie umdrehe... aber wie ich schon eingangs irgendwann mal erwähnt habe, lasse ich mich immer gerne eines besseren belehren. Wie sähe also das Diodenprinzip für Körperschall aus? By the way: würde diese Theorie stimmen, wäre die Kesselgratung gegen das Fell eine Diode in Sperrrichtung...

Insgesamt finde ich das Thema nach wie vor sehr interessant. Gestern abend vor dem einschlafen hatte ich die Vision, vielleicht ein mehr oder minder exaktes mathematisches Modell zu entwickeln, das nicht nur das Resonanzverhalten verschiedener Kesselmaterialien und Felle bei bestimmten Stimmungen wiedergibt, sondern sich evtl. verschiedenene Gratungen mit ein oder zwei Parametern beschreiben lassen. Man stelle sich das vor: man könnte am PC simulieren, wie eine Trommel klingt, diese gezielt Stimmen und verstimmen, mit allen möglichen Felltypen. So könnte sich in letzter Konsequenz ein E-Drummer seine Ahorn-Shells als Short-Stack mit Amba-Coated simulieren.... aber schon alleine an die empirischen Daten zu kommen, ist vermutlich ein Lebenswerk...

Hat eigentlich mal wer eine Literaturempfehlung zu dem Thema?

Gruß

Alex

Zitat

By the way: würde diese Theorie stimmen, wäre die Kesselgratung gegen das Fell eine Diode in Sperrrichtung...

Also, dieses Ding, das als Diodeneffekt in Hifi-Zeitschriften und -Foren ein vieldiskutiertes Phänomen ist, wird beispielsweise HIER recht anschaulich beschrieben. Allerdings ist das noch keine physikalische Beweisführung, weshalb das Ganze als unbewiesen gelten muss. Allerdings basiert hierauf die Vorstellung, dass eine spitze Gratung weniger Enrgie auf den Kessel überträgt als eine runde, deshalb habe ich das zitiert. Hätte ich wohl gleich deutlicher kenntlich machen müssen.

Zitat

Gestern abend vor dem einschlafen hatte ich die Vision, vielleicht ein mehr oder minder exaktes mathematisches Modell zu entwickeln, das nicht nur das Resonanzverhalten verschiedener Kesselmaterialien und Felle bei bestimmten Stimmungen wiedergibt, sondern sich evtl. verschiedenene Gratungen mit ein oder zwei Parametern beschreiben lassen.

Mathematische Modelle dazu gibt es im Prinzip schon, zumindest für Teilaspekte.
Vorlesungsfolien Physik der Musikinstrumente v. Prof. Lohse

Literaturliste

Java Applets zur schwingenden Membran und anderen Phänomenen

Echt interessantes Material. Viel Spass.

Nils

Den "Diodeneffekt" bei Spikes halte ich für falsch. Da es sich um ein starres System handelt, wirken die Kräfte auch in beide Richtungen. Deshalb kann es keine "mechanische Diode" sein. Es gibt vielleicht gewisse andere Effekte, aber diese haben andere Gründe (besserer Stand). Die Schwingung wird zwar nicht mehr sauber übertragen, aber ist deshalb immer noch im hörbaren Bereich, wirkt sich sogar eher schlechter aus ("Klirr"). Bei der Erklärung von tmr findet sich keine physikalisch-logische Betrachtung, für mich ein Werbetext.

Zum Entkoppeln taugt eine Dämpfung viel mehr. Es geht darum ein Resonanzsystem zwischen beide Körper zu bringen, dessen Resonanzfrequenz außerhalb, meist unterhalb, der genutzten Frequenzen liegen, z.B. 5-10 Hz. Das geht mit speziellem Gummi, Schaumstoff, Federn etc. (Die Aufnahmeräume des Galaxy Studios in Belgien stehen z.B. freischwimmend auf einem Federsystem mit 8 Hz Resonanz.)

Ich glaube bei der Gratung geht es hauptsächlich darum, dem Fell eine gute bzw. passende Einspannung zum Schwingen zu geben.

Naja, dass ich nicht das Rad neu erfinde war mich klar. Du hast dieses Skript von Prof. Lohse auch schon mal an anderer Stelle gepostet, wenn ich mich recht entsinne, nur ohne ein paar warme Worte zur Erläuterung ist es wie die meisten Skripte zu kompakt, um sich sinnvoll was erarbeiten zu können.

So was ähnliches wie die Java-Geschichte habe ich als Beispielskript für ein FEM-Programm. Da wollte ich mal ran und mir die Randbedingungen für den Fellrand/Gratung anschauen, und das Ganze mal z.B. 'verstimmt' durchrechnen. Außerdem ist da die Masse der Membrane noch nicht drin. Ich könnte jetzt noch Stunden schreiben, bin aber momentan zum Wertschöpfen verdammt... schon mal danke für die Links!

Gruß

Alex