Elektroakustik

Für die Entwicklung von elektroakustischen Systemen bieten wir eine Reihe spezialisierter Dienstleistungen und natürlich auch komplette Projektabwicklungen an. Wir unterstützen unsere Kunden beginnend bei der Entwicklung eines Systems, über den Prototypenbau bis zur Finalisierung von CAD-Daten für die Serienfertigung.

Wir begleiten Sie von der Idee zum seriennahen Prototyp.

In den folgenden Bereichen können wir komplette Projektabwicklungen und auf die Lautsprecherentwicklung spezialisierte Dienstleistungen anbieten:

• Beschallungssysteme
• Hörner und Waveguides
• Sirenen
• Signalgeber (Piezo und elektrodynamisch)
• Begutachtung von Lautsprecherchassis und Horntreibern
• Frequenzweichendesign
• Erstellung von Controllersetups und Cardiodsetups

Wir unterstützen Ihre Entwicklungsaufgaben angefangen bei der Produktdefinition und Chassis/Treiber- Bemusterung bis zum seriennahen Produkt. Dabei greifen wir auf eine umfangreiche Palette von Hilfsmitteln zu. Dazu gehören detaillierte Labormessungen bei der Bemusterung von Komponenten, 3D-CAD-Modellierung des Lautsprechers, sowie BEM-Abstrahlungsberechnungen der Anordnung inklusive passiver und/oder digitaler Frequenzweichen. So liegen schon in der Entwicklungsphase umfangreiche akustische Daten des Produktes vor. Hörner, Waveguides und Boxengehäuse können in unserem Prototypenbau zeitnah hergestellt werden, so dass entwicklungsbegleitende Messungen und Hörtests durchführbar sind. Dies ermöglicht eine effiziente Entwicklung ohne Reibungs- und Zeitverluste.

Bei der Entwicklung von Beschallungssystemen muss neben den akustischen Eigenschaften der Einzellautsprecher auch immer das Zusammenspiel der Lautsprechergruppen berücksichtigt werden. Ob die einfache Clusterung zur Erweiterung der Strahlbreite oder die Kopplung von gecurvten Line-Arrays schließlich in der Praxis erfolgreich sind, wird in der Entwicklung durch Cluster/Array Simulationen überprüft und optimiert.

• Produktdefinition
• Marktrecherche zur Auswahl geeigneter Chassis
• Bemusterung von Lautsprecherchassis, Horntreibern, Hörnern, Waveguides, Dämmmaterial, Schutzgittern
• CAD-gestützte Entwicklung des Lautsprechergehäuses
• Entwicklung optimierter Hörner, Waveguides, Schallführungen
• Akustische Abstrahlungsberechnung (BEM) des kompletten Lautsprechers, inklusive Frequenzweichenfunktion
• Akustische Abstrahlungsberechnung (BEM) von Clustern und Line-Arrays, inklusive Frequenzweichenfunktion
• Berechnung von passiven Frequenzweichen und Entzerrern
• Prototypenbau aus Holz/ABS
• Abnahmemessungen an Prototypen
• Erstellung von Controllersetups mit FIR/IIR-Filtern und Limitern für alle gängigen Digitalcontroller
• Erstellung von Setupbibliotheken für Lautsprecherfamilien und Line-Arrays

Die Entwicklung von Hornlautsprechern und Waveguides erfolgt bei uns per numerischer Simulation und Optimierung anhand der Simulationsergebnisse. Dabei benutzen wir ausschließlich eigene Software-Tools zur Erzeugung der Horngeometrien und zur Simulation (mit BEM) der akustischen Eigenschaften der Hörner. Um die Simulationsgenauigkeit im HF-Bereich zu steigern, können vermessene Schallwellengeometrien von Horntreibern in die Simulation einbezogen werden. Erst wenn die akustischen Eigenschaften, wie z. B. die Directivity, den Entwicklungsvorgaben genügt, erfolgt die prototypische Umsetzung als ABS-Muster. In diesem Entwicklunsschritt können bereits sämtliche Details, wie Flansche, Verrippungen, usw., des späteren Serienprodukts im CAD eingearbeitet werden. Das ermöglicht neben den akustischen Tests am Prototyp auch gleich Mechaniktests am seriennahen Prototyp.

• Projektierung von Hörnern, Hornfamilien, Waveguides für Line-Arrays, Waveguides für Kalotten und Konusmembranen
• Numerische Optimierung von Hörnern und Waveguides zur Erzielung der gewünschten akustischen Eigenschaften
• Messtechnische Bemusterung von Hörnern, Waveguides
• CAD-Umsetzung von Hörnern und Waveguides bis zum spritzgußbereiten Modell
• Rapid-Prototyping
• Messtechnische Abnahme am Prototypen

Wir entwickeln im Kundenauftrag Sirenen für verschiedenste Einsatzbereiche. Das Spektrum reicht dabei von Kleinstsirenen mit Piezowandlern für den Einsatz in Brandmeldern bis zu Hochleistungssirenen für Einsatzfahrzeuge. Wir unterstützen Ihre Projektierung begleitend mit Bemusterungen von Schallwandlern und helfen bei der Auswahl der optimalen Schallwandlerlösung. Zur Entwicklung der schallführenden Geometrie setzen wir Schallfeldsimulationen (mit BEM) zur Optimierung der Abstrahlung und des Wirkungsgrades ein und führen entwicklungsbegleitend Wirkungsgradmessungen an Prototypen durch. Wir unterstützen bei Bedarf auch Ihre Fertigung durch Serienmessungen und Problemanalysen.

• Produktdefinition
• Bemusterung von Lautsprecherchassis, Horntreibern, Piezoschallwandlern
• Entwicklung geeigneter Hörner, Waveguides, Schallführungen
• Akustische Abstrahlungsberechnung (BEM)
• Prototypenbau aus Holz/ABS
• Abnahmemessungen an Prototypen
• Produktionsbegleitende Serienmessungen und Analyse

Wir entwickeln im Kundenauftrag Sirenen für verschiedenste Einsatzbereiche. Das Spektrum reicht dabei von Kleinstsirenen mit Piezowandlern für den Einsatz in Brandmeldern bis zu Hochleistungssirenen für Einsatzfahrzeuge. Wir unterstützen Ihre Projektierung begleitend mit Bemusterungen von Schallwandlern und helfen bei der Auswahl der optimalen Schallwandlerlösung. Zur Entwicklung der schallführenden Geometrie setzen wir Schallfeldsimulationen (mit BEM) zur Optimierung der Abstrahlung und des Wirkungsgrades ein und führen entwicklungsbegleitend Wirkungsgradmessungen an Prototypen durch. Wir unterstützen bei Bedarf auch Ihre Fertigung durch Serienmessungen und Problemanalysen.

Die richtige Auswahl eines Lautsprecherchassis oder Horntreibers ist die Grundlage für die erfolgreiche Entwicklung eines Beschallungssystems. Neben den Parametern müssen auch die akustischen Messwerte, wie Verzerrungen, Maximalpegel, Directivity oder Partialschwingungsverhalten, den Anforderungen genügen. Wir unterstützen unsere Kunden durch Recherche nach geeigneten Komponenten und führen die akustischen Messungen im Labor durch. Durch unsere jahrelange Erfahrung bei der Bemusterung von Lautsprecherchassis aller Größen und Typen helfen wir, die richtige Bestückung zu finden.

Zur Überprüfung der Haltbarkeit von Lautsprecherkomponenten bei erhöhten Anforderungen, können Stresstests mit Hitze, Kälte, Salzwasser, usw. durchgeführt werden. Dies richtet sich u.a. nach den werksinternen Normen, wie es z. B. im automotiven Bereich oder im Flugzeugbau üblich ist. Durch akustische Dauerbelastungstests vor und nach der Beanspruchung durch einen Stresstests kann die Haltbarkeit und Degradation beurteilt werden. Wir unterstützen Sie bei allen akustischen Messungen, die zur Qualifikation der akustischen Komponenten bei erhöhten Anforderungen durchgeführt werden.

Bei der Serienfertigung mit sehr hohen Stückzahlen, wie z. B. bei Brandmeldern, Autoalarmanlagen und ähnlichen Produkten, müssen oftmals bestimmte Mindestanforderungen an die akustische Leistung erfüllt werden. Durch Serienmessungen unter Laborbedingungen und statistische Auswertung kann beurteilt werden, mit welchen Ausschußraten in der Serienfertigung zu rechnen ist.

• Recherche nach Lautsprecherchassis, Miniaturlautsprechern, Horntreibern
• Messtechnische Bemusterung von Komponenten
• Qualifikation von Komponenten nach Werksnormen für Stresstests und Dauerbelastung
• Produktionsbegleitende Serienmessungen an Komponenten und Produkten

Bei der Entwicklung passiver Netzwerke zur Entzerrung und Filterung der Einzelwege eines Lautsprechers müssen gleichzeitig mehrere Parameter optimiert werden. Neben der optimalen Weichenfunktion zur Erzielung des gewünschten Summenfrequenzgangs und Steilheit der Weiche muss auch die Directivity im Übernahmebereich die Zielvorgaben erfüllen. Darüber hinaus müssen bei Hochleistungslautsprechern die passiven Netzwerke besonders verlustarm designed werden, um eine unnötige Erhitzung der Weichenbauteile zu verhindern. Wir verwenden neben kommerziellen Netzwerksolvern und Optimierern eigene Softwaretools, die den Einfluss der Weiche auf die Directivity berücksichtigen. Gerade bei Mehrwegesystemen mit stark überlappenden Frequenzbereichen, wie z.B. bei Zeilenlautsprechern, ist die komplette Simulation des Systems ein unerlässliches Hilfsmittel bei der Optimierung des Abstrahlverhaltens.

• Frequenzweichendesign mit Optimierung der Directivity und der Topologie des Netzwerks
• Aufbau von Prototypenweichen
• Messtechnische Beurteilung von Frequenzweichen

Bei der Erstellung von Controllersetups werden zunächst alle Wege eines Lautsprechersystems im reflexionsfreien Raum einer Komplettmessung unterzogen. Dieser Datensatz stellt die Basis für das Controllersetup dar. Unter Berücksichtigung des Verzerrungsverhaltens und der Directivity der Einzelwege werden die Weichenfunktionen implementiert. Zur Optimierung des gesamten Abstrahlverhaltens greifen wir auf eigene Softwaretools zu, die anhand der Einzelwegmessungen und der X-over-Funktionen die resultierende Directivity und Frequenzgang berechnen. So lassen sich auch gezielt Überlappungen der Einzelwege nutzen, um zu einem optimalen Ergebnis zu kommen. Selbstverständlich justieren wir auch die Limiter passend, so dass die Betriebssicherheit gewährleistet ist. Abschließend erfolgt immer eine Komplettmessung des Systems mit Setup, sowie ein Hörtest zur Beurteilung. Bei der Erstellung von Setupbibliotheken für Beschallungsysteme, wie Line-Arrays oder Lautsprecherfamilien, berücksichtigen wir auf Wunsch die möglichen Kombinationen der Einzelsysteme und programmieren entsprechende Array-Filter.

Die Erstellung von Cardioidsetups erfordert, insbesondere bei größeren Lautsprechergruppen, aufwendige Freifeldmessungen auf großen Parkplätzen o.ä., was oft einen enormen Aufwand bedeutet. Deswegen verwenden wir ein kombiniertes Verfahren aus Labormessungen und BEM-Simulationen. Im Labor werden nur die Einzelwege eines einzelnen Subwoofers gemessen. Anschließend wird für die gewünschte Anordnung von Subwoofern eine BEM-Abstrahlunsgberechnung aller Einzelwege durchgeführt. Dabei werden die Gehäusegeometrie, alle Einzelmembranen und sämtliche Beugungseffekte exakt erfasst. Beide Datensätze werden schließlich geeignet kombiniert und als Datenbasis zur Erstellung von Setups verwendet. Dabei können nun beliebige Kombinationen und Anzahlen von Subwoofern mit vertretbarem Aufwand im Setup berücksichtigt werden. Egal ob gestackt, geflogen oder als Horizontalarray, es lassen sich nun per Simulation Setups für alle erdenklichen Anwendungen erstellen

• Erstellung von Basismessungen der Einzelwege eines Lautsprechers
• Erstellung von Controllersetups (FIR, IIR oder FIR+IIR)  mit Optimierung der Directivity und des Verzerrungsverhaltens
• Erstellung von Setupbibliotheken für Line-Arrays und Lautsprecherfamilien
• Programmierung von Limitern
• Erstellung von Cardioidsetups für beliebige Lautsprecheranordnungen
• Programmierung aller üblichen Digitalcontroller

Für jegliche Anwendung, für die eine direktionale Schallaufnahme gefordert ist, entwickeln wir Mirkofonarrays. Hierbei kann ganz allgemein durch räumlich verteilte Mikrofone die Richtung bestimmt werden, aus der ein Schallereignis kommt, bzw. in der Konsequenz, mit der entsprechenden Signalverarbeitung, eine dynamisch richtungsselektive Schallaufnahme implementiert werden (Beamforming).

Die Entwicklung von Mikrofonarrays durch das IFAA erfolgt nach Maß, ganz auf die Anforderungen des Kunden zugeschnitten. Sie umfasst den gesamten Designprozess von der Erarbeitung eines grundlegenden Konzeptes bis hin zum Bau eines Prototypen und anschließenden Messungen. Dazwischen liegen einige Arbeitsschritte, angefangen mit der Erstellung der Geometrie für das Array ausgehend von den Anwendungsspezifikationen, eine Auswahl und Bemusterung der Komponenten, ggf. eine Selektierung beispielsweise der Mikrofone, um das Einhalten von Toleranzgrenzen zu gewährleisten und damit die Störanfälligkeit des Systems für äußere Einflüsse zu begrenzen. Weitere Schritte sind das Erstellen der Filterfunktionen für das Beamforming, die Konstruktion eines CAD Modells der Anordnung und auf Basis dessen eine BEM-Simulation unter Einbezug der Filter.

Entspricht das Ergebnis den Anforderungen, so wird die Signalverarbeitung implementiert und eine Hardwarelösung erarbeitet. Der Prototyp des Arrays kann je nach Art der Entwicklung hausintern mit einer der uns zur Verfügung stehenden Prototyping-Verfahren hergestellt, und anschließend umfassenden Testmessungen unterzogen werden.

• Entwicklung von Mikrofonarrays für verschiedene Anwendungen
• Auswahl, Bemusterung, Selektierung von Komponenten
• Erstellen der Filterfunktionen für das Beamforming, Implementierung
• BEM-Simulation von Mikrofonarrays
• Prototypenbau
• Messungen an Mikrofonarrays

Mit unserem Prototypenbau können alle bei der Entwicklung von Hörnern, Waveguides, Lautsprechern und Line-Arrays erforderlichen Komponenten hausintern hergestellt werden. So können schnell und unkompliziert aus CAD-Daten Gehäuse und Komponenten für akustische Messungen, Hörtests oder Mechaniktests hergestellt werden. Für die Fertigung von Hörnern, Waveguides, Griffschalen und kleinen Lautsprechergehäusen kommen 3D-Drucker zum Einsatz. Für die Herstellung von Holzgehäusen und Boxenfronten arbeiten wir mit Schreinereien zusammen.

Für die Herstellung von Hörnern, Waveguides, Griffschalen, kleinen Boxengehäusen oder Bassreflexröhren benutzen wir einen 3D-ABS-Drucker. Das Verfahren basiert auf der FDM-Technologie (Fused Deposition Modeling), bei dem ein thermoplastischer Kunststoff streifenweise auf einer Arbeitsplattform aufgetragen wird und so das Modell aus Schichten aufgebaut wird. Das bei uns verwendete ABS-Modellmaterial hat eine Festigkeit, die in etwa 70% der Festigkeit der im Spritzgussverfahren hergestellten ABS-Teile entspricht. So lassen sich seriennah komplexe Bauteile unmittelbar aus den CAD-Daten herstellen und für akustische Messungen und Mechaniktests verwenden. In unserem ABS-Drucker können Bauteile bis zu den Abmessungen 254 x 254 x 305 mm in einem Stück hergestellt werden. Größere Bauteile können problemlos aus Einzelteilen geklebt werden, so dass z.B. auch sehr große Hornlautsprecher mit hoher Genauigkeit hergestellt werden können. ABS-Prototypen lassen sich nach einem Oberflächenfinish auch als Vorlage für die Herstellung von Formen für eine Kleinserienfertigung verwenden, so dass nach der Verifizierung durch Messungen und Tests am ABS-Prototyp unmittelbar eine Form für eine Vorserie hergestellt werden kann.

Dienstleistungen

• Rapid Prototyping von ABS-Teilen aus CAD-Daten

Prototypen aus Holz oder Schichtplatten werden bei uns hauptsächlich zum Testen der Akustik im Rahmen der Projektabwicklung gefertigt. Komplexe Frontplatten werden auf CNC-Portalfräsmaschinen bearbeitet.

Dienstleistungen

• Prototypen von Boxengehäusen aus Holz
• CNC-gefräste Prototypen von Holzfrontplatten

Im Rahmen der Projektarbeit werden von uns bei Bedarf die CAD-Daten weiter bearbeitet, um z.B. eine Serienfertigung im ABS-Spritzguß vorzubereiten. Dabei werden Verrippungen, Flansche und weitere Details im CAD nach Kundenwünschen umgesetzt.

Dienstleistungen

• Bearbeitung von CAD-Daten von Hörnern, Waveguides, etc. zur Spritzgussvorbereitung oder für andere Verfahren