3-vegs høgtalar med dobbel waveguide og kardioidebass

[Georgb]

Eg har lenge jobba med eit høgtalarprosjekt (sidan midten av 2021!) som endeleg begynner å nærma seg eit resultat. Eg hadde eigentleg ikkje tenkt å dela med sentralen før eg faktisk var ferdig, men eg har diverre vorte sjuk, så då har eg ikkje noko betre å gjera på ein laurdags kveld. Når eg starta dette prosjektet hadde eg nokre mål for auga:

1. 3-vegs høgtalar med bølgeleiarar på mellomtone og diskant for kontrollert spreiing.
2. Høgt maksimalt lydtrykk, dette vert sjølvsagt hjelpt av bølgeleiarane i mellomtone og diskant.
3. Låg forvrenging, særleg ved "normale" lydtrykk (70-90dB).
4. Låg dybde på kassa.
5. Aktiv drift.
Langs vegen landa eg altså òg på ei passiv kardioideløysing (resistivt kabinett), utan at det har vore eit uttalt mål frå starten.

I tillegg ynskja eg at dette skulle vera ein god måte å læra på, så andre kriterier (som ikkje var naudsynt for ytinga til høgtalaren) var:

1. Bølgeleiar til både mellomtone og diskant skulle modellerast og simulerast frå bånn av meg sjølv.
2. Alt ved høgtalaren skal simulerast med BEM (AKABAK) før eg er ferdig med prosjektet, slik at eg kan sjå kor simuleringa funka, kor han feila, og kor det er mogleg å verta betre.

Høgtalarelementa eg har landa på til dette prosjektet er Bliesma T25B-6 som diskant, Kartesian Mid120_vHE som mellomtone og Kartesian Wom300_vDIY som bass.T25B vart valgt fordi ein knapt finn betre diskantar enn det Bliesma lagar for tida. T25B er både følsam, lineær og taklar deling nokså lågt. T25B vart valt heller enn T25A fordi T25A ikkje funkar godt i djupe bølgeleiarar på grunn av formen på domen. Stanislav Malikov var grei nok til å senda meg den nøyaktige geometrien til domen slik at kunne simulera dette, så tusen takk til han. Mid120 vart valt fordi det er eit element som er passe i størrelse mtp. avstand mellom mellomtone og diskant og kapasitet. Den er òg ganske følsam (91,5dB/2.83Vrms og 6 ohm) og har veldig låg forvrenging. Negativt er den ekstreme oppbrytninga som føregår over 4kHz, men eg har planen klar for det. Wom300 vart kjøpt meir impulsivt, men det er eit element med låg forvrenging og lineær frekvensrensrespons, som òg er greit følsamt.

Nyleg fekk eg kabinett frest hos trestokken (fantastisk service og pris, kan ikkje anbefala varmare). Kabinettet ser omtrent slik ut:

Eg har ikkje sett saman kabinettet heilt enno, difor får de nøya dykk med CAD-teikninga. Dimensjonane er 350x230x1100 WxDxH. Valget falt på hypex FA123 som plateforsterkar, så delefilter og annan tweaking av frekvensrespons gjerast der. Det kjem til å vera noko passiv filtrering i denne høgtalaren, i form av eit notchfilter til mellomtone og beskyttelseskondensator til diskanten.

Den delen av prosjektet som har vorte via mest merksemd er bølgeleiaren til mellomtonen. Tida eg har brukt til modellering og simulering er mange hundre timar til saman, og eg har passa på å alltid simulera både bølgeleiaren og kabinettet samstundes, slik at ein ikkje ender opp med eit resultat som ser kjempefint ut i ein uendeleg baffel, men som vert øydelagt av diffraksjon når bølgeleiaren monterast i eit kabinett. Det endelege resultatet ser slik ut simulert frå 200-6kHz med 20 punkter per oktav, alle resultat er normalisert:
Direktivitet (horisontal):

Frekvensrespons ved forskjellige vinklar, 5-graders inkrement ut til 90 grader (horisontal):
Legg merke til skaleringa på y-aksen, som er mykje meir finkorna enn det ein er vant med å sjå.

Strålingsbredde (-6dB-punktet):

Viss resultatet i verkelegheita er i nærleiken av det AKABAK seier her, er eg kjempenøgd. Tanken er at mellomtonen skal arbeida frå kring 400-2kHz, her er spreiinga ved dei frekvensane (den svarte streken er -6dB):

Mellomtoneløysinga skal altså ha så konstant spreiing som mogleg, og takket være bølgeleiaren får han òg ein boost på rundt 5-6dB i mesteparten arbeidsområdet sitt. Med rundt 100W disponibelt når ein enkelt mellomtone eit peaknivå på ca. 116-117dB@1m i arbeidsområdet sitt. For å handtera mellomtonen si oppbrytning frå 4-6kHz skal det brukast eit passivt notchfilter i serie med drivaren. Grunnen til at valget fell på eit passivt serienotchfilter i staden for eit enkelt peakfilter i DSP er å temma forvrenginga som skjer i straumen som går gjennom talespolen der elementet har si naturlege oppbrytning. Kort sagt: å auke inngangsimpedansen til elementet der det har oppbrytning lèt oss redusera forvrenginga i arbeidsområdet. Ein peak ved 4kHz vil til dømes generera ei auke i den 3. harmoniske forvrenginga ved ca. 1,3kHz. Meir info om dette finn de her: https://purifi-audio.com/tech/ (sjå den som heiter "low distortion filter for purifi PTT6.5X04-NAA")

Informasjon om bass- og diskantløysinga kjem snart, så hald augo opne...

 

[Georgb]

Andre innlegget her i tråden tykkjer eg skal vera om diskantløysinga eg har valt. Kontrollert spreiing var det aller viktigaste her, men eg fekk med ein del ting som er veldig greitt å ha på kjøpet. Siste versjon av bølgeleiaren til diskanten ytar utruleg fint, men eg vil informera om at simulasjonen har vorte gjort med uendeleg baffel i staden for eit kabinett. Grunnen er korleis BEM-simulasjon funkar, ei rask innføring fylgjer:

Når eg skal simulera noko i AKABAK teiknar eg det fyrst i Fusion360, etter det eksporterer eg det som ei .step-fil, som eg importerar til Gmsh for å laga ein mesh. Du må ha høgare oppløysing på meshen dess høgare frekvensar du ynskjer å simulera. Dette betyr at høg frekvens = fleire element = datamaskina brukar lenger tid på å løysa simulasjonen. Det er òg slik at alle simulasjonene eg gjer er i 3 dimensjonar (aksesymmetriske bølgeleiarar kan simulerast i kun 2 dimensjoner, som er mykje raskare), noko som betyr at ei dobling i antal element gjev ei 8-dobling (2^3-dobling) i løysingstid.

Mellomtonesimulasjonene mine med kabinett brukte ca. 5000 element, som tek maskina mi (med ein AMD Ryzen 5950x) ca. 25 minutt å løysa med alle 32 logiske prosessorar ved 100%. Ein diskantmodell med kabinett som har grei oppløysing til 20kHz krev nok 3-4 gongar så mange element som dette, eller ei løysingstid som er 27-64 gongar lengre! Dette ignorerer òg at maskina må ha nok arbeidsminne til å takla dette. noko mi ikkje har ("berre" 32GB RAM), ellers tek det enno lenger tid,. Med andre ord er det rett og slett ikkje praktisk å simulera diskanten heilt til topps med kabinett. Difor er diskantbølgeleiaren altså simulert med ein uendeleg baffel der eg kan sleppa unna med å berre ha ca. 4500 element, der ein betydeleg andel av desse ikkje ein gong er til bølgeleiaren, men til eit "interface" som krevst for at simulasjon med uendeleg baffel skal funka. Slik ser diskantsimulasjonen ut i AKABAK (dette er spreiing ved 13,8kHz):

I tillegg til dette har eg sjølvsagt same informasjon om diskant som mellomtone, så her kjem nokre grafer de kan kosa dykk med. Simulert frå 1.5kHz-20kHz med 17 punkt per oktav og normalisert til on-axis. Legg igjen merke til skala på y-aksen. Legg òg merke til at simulasjon med uendeleg baffel gjev lågare direktivitet ved låge frekvenser enn når bølgeleiaren er montert i kasse, det bør ikkje vera alt for ille i dette tilfellet (sidan kabinettet allereie er ganske bredt).



I tillegg til desse vil eg òg leggja ved ein simulasjon av korleis frekvensresponsen til diskanten kjem til å sjå ut montert i denne bølgeleiaren:

Dette er basert på ein lumped-element modell av diskanten + BEM-simulasjon av geometrien, så den vil ikkje vera heilt 100% korrekt, men det bør vera veldig nære (innan 1-2dB vil eg tru). Sjå kor følsam han er under 6kHz, Meir enn 100dB@2.83Vrms! AKABAK lèt oss òg simulera utslaget til diskanten ved forskjellige lydtrykk, så her kjem det fyrst med lydtrykket de ser i grafen over:

Her er same graf, men ved 11,2Vrms (+12dB):

T25B er spesifisert med linear center-to-peak utslag på 1mm, så her er me godt innafor sjølv ved 1.5kHz, og det er før delefilter som skal på plass rundt 2kHz ein stad (har simulasjon av utslag med dette òg, men synast det vert litt vel mange bilete no). Sidan det vart så mykje bilete frå programvare tykkjer eg det er på sin plass å belønna dei som har lese så langt med bilete frå levande livet, så her er waveguide til diskant og mellomtone:

Bølgeleiar til mellomtonen var for stor til at 3D-skrivaren min kunne skriva ut heile på ein gong. Planen er å få ordna det slik at den er ein heil del etter kvart, mest av estetiske grunner
Fortsetjing fylgjer...

 

[Georgb]

Bassløysinga
Her kjem endå meir oppgulp av tvilsam kvalitet, denne gong om bassløysinga. Dette kjem til å verta eit teoritungt innlegg, men eg skal prøva å gjera det så ikkje-teknisk og forståeleg som mogleg (ingen matematikk). Eg må nok òg dela dette innlegget om bassløysinga i to, eit om det teoretiske grunnlaget og eit om løysinga mi. Det å gå for ei kardioideløysing skjedde på grunn av fleire ting:

1. Eg ville ha eit kabinett som kan stå nære frontveggen utan at det vert store refleksjonar (difor bredt og grunt kabinett). Kardioide reduserer lyden på baksida av høgtalaren og er difor ein fin måte å nå dette målet.
2. Sidan bredden på kabinettet allereie var bestemt pga. bølgeleiarane, måtte eg finne ei løysing som fungerte med veldig lågt kassevolum til bassen, dette utelukka bassrefleks, men alt eg gjorde av simulasjon tyda på at internt volum på kabinettet slett ikkje betydde så mykje for ei kardioideløysing.
3. Høgtalaren sin direktivitet er ganske høg i mellomtone og diskant, og eg er ikkje overbevist om at det å gå frå 0dB SPDI ved 150hz til 11-12dB SPDI ved 10kHz er ideellt. Ein kardioide har ein DI på mellom 3dB (subkardioide) og 6dB (hyperkardioide) som bør gjeva oss ein jevnare balanse på frekvensresponsen in-room.

Samstundes måtte eg akseptera eit kompromiss: høgtalaren ville ha mykje lågare kapasitet ved låge frekvensar (under ~80hz). Viss du tykkjer dette høyrast ut som Sigberg si beskriving av Manta, så er det faktisk heilt tilfeldig. Det har seg berre slik at me begge må akseptera fysikkens lovar.

I tillegg finst det forskning som tydar på at ein kardioide ikkje er like avhengig av posisjon som ein dipol eller monopol for kopling til rommodane, då den kan eksitera både partikkelhastigheitsmodar og trykkmodar. Ein monopol vil kopla seg mest effektivt til rommodane når han står i ei sone med høgt trykk, slik som eit hjørne, mens ein dipol vil kopla seg mest effektivt til rommodane når han står i ei sone med høg partikkelhastigheit, altså der det er trykknoder (ein null). Ein kardioide kan effektivt kopla seg til begge typen modar fordi han fundamentalt er ein kombinasjon av ein monopol og ein dipol. Dette betyr at ein kardioide er mykje meir plasseringsvennlig av andre grunnar enn berre redusert SBIR frå bakvegg. Dei som er interessert i vidare lesning kan kosa seg med denne artikkelen frå Ferekidis og Kempe: https://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=12663 (send meg ei melding om du ikkje har AES-medlemskap, men ynskjer å lesa).

Kardioidehøgtalarar er definitivt i vinden for tida. Dutch&Dutch, Kii, GGNTKT, Sigberg, Buchardt, Mesanovic og sjølvsagt "the old guard": Amphion og ME Geithain har alle kardioidehøgtalarar til salgs. For ikkje å snakka om all DIY-eksempla som finst her på forumet og andre forum. Ideen om ein kardioidehøgtalar er derimot langt frå ny, berre sjå denne artikkelen frå Harry F. Olson, som kom ut for 50 år sidan: https://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=2006
Han snakkar faktisk òg om "second order gradient loudspeakers" i denne artikkelen, noko eg trur aldri har vorte kommersialisert av openberre grunnar. Tenk på det som ein kokaindopa utgåve av kardioidehøgtalarar, endå strammare kontroll over spreiing, men òg endå meir tap i lydtrykk ved låge frekvensar.

Trass dette er det likevel veldig vanskeleg å finna gode kjelder for korleis ein kan designa ein passiv (resistiv) kardioide. Aktiv kardioide vert mykje brukt i PA-verden (typisk på sub), så der er det masse dokumentasjon om korleis ting skal gjerast, men det same gjeld ikkje for passive løysingar, og produsentene held korta ganske tett til brystet. Det å simulera eit kardioidekabinett var faktisk ein veldig kjapp affære med AKABAK, fordi høgaste frekvens eg var interessert i var ~1kHz, dette lèt meg bruka få element, som gjer at ein simulasjon berre tek omkring 30 sekund. Eg har altså hatt moglegheita til å testa hundrevis av konfigurasjonar utan at det har teke veldig mykje tid.

Korleis funkar ein kardioidehøgtalar?
Som nemnt over er ein kardioidehøgtalar eigentleg berre ein kombinasjon av ein dipol og ein monopol. I praksis er nok den vanligste løysinga ein aktiv kardiode, som funkar ved at ein tek to monopolar separert med ein viss avstand og inverterer fasen på den eine samt gjev han ein (ideellt sett) frekvensavhengig tidsforseinking. Ved ein viss vinkel som kan definerast frå kriteriene over, vil det oppstå perfekt kansellering. I ein vanleg kardioide skjer dette direkte bak høgtalaren (180 grader), i ein superkardioide skjer det ved ca. 120 og 240 grader, men teoretisk kan ein altså plassera desse nullene nett kor ein ynskjer sjølv.

I ein passiv kardioide, som ofte òg omtalast som ein resistiv kardioide, gjeld det same prinsippet. Forskjellen er at me her nyttar lyden frå baksida av høgtalarelementet som er faseinvertert i forhold til lyden i front. Denne lyden sleppast ut gjennom hòl i kabinettet. Tidsforseinkinga modifiserast på 2 måtar:

1. Avstanden frå fronten av drivaren til bakdelen av drivaren, som kjem an på baffelbredda og kor hòla er plassert.
2. Dempematerialet i kabinettet og hòla, som sakkar hastigheita på lydbølgene som kjem frå bakdelen av høgtalarelementet.

Hòla i seg sjølv er òg eit problem som må løysast. Om totalarealet av hòla vert for lite kan det oppstå turbulens ved høge lydtrykk. Hòla vil òg ha ein resonans på ein frekvens avhengig av storleik på hòla og kabinettet, og denne må dempast. Over denne resonansen vil hòla ha ein lågpassfunksjon, som me kan forbetra ytterlegare ved bruk av dempemateriale. Dette er ein fordel fordi ved høge frekvenser vert det ikkje lenger mogleg for bølgene å koma seg rundt kabinettet, som kan bety eit underleg spredningsmønster der ein plutseleg kan ha høgare lydtrykk 120 grader off-axis enn 75 grader off-axis.

Det er likevel slik at det ikkje er noko som kjem gratis her i verda, og den negative sida ved ein kardioide er den akustiske kortslutninga som oppstår ved låge frekvenser, ikkje ulikt ein dipol (ein kardioide er jo dels dipol!). Dette betyr at ein får betydeleg lågare lydtrykk ved låge frekvenser enn til dømes eit bassreflekskabinett eller til og med eit lukka kabinett. Ein av fordelene med å simulera er at ein kan separera ting som hadde vore veldig vanskeleg å separera med målinger in-situ. Her kjem ein enkel simulasjon av eit resistivt kardioidekabinett med 3 grafer: frekvensresponsen til bakdelen av høgtalarelementet gjennom hòla, frekvensresponsen til framdelen av høgtalarelementet og til slutt summen av dei.

Som du kan sjå gjev kardioiden deg faktisk litt høgare følsamheit frå 90-500hz. Over det er det akustiske lågpassfilteret på lyden frå bakdelen av høgtalarelementet så effektivt at det knapt har noko effekt på responsen. Under det er interferensen mellom dei to lydkjeldene destruktiv, og ved 20Hz kan me sjå ca. 15dB lågare lydtrykk for same utslag. Denne typen høgtalar er altså ikkje eigna til å produsera djupbass, og bør nok helst kryssast over til subwoofer mellom 60-100Hz.
Neste post vert nok meir info om nett mi løysing. Den som venter får sjå...

 

[W.Sand]

DIY på masteroppgavenivå! Topp lektyre for påsken

 

[Georgb]

DIY på masteroppgavenivå! Topp lektyre for påsken

Godt å høyra at det fell i smak! Kan vera vanskeleg å summa tankane sine og finna ut kva som er passe mengde informasjon å dela, men utifrå responsen på innlegga så langt ser det ut som eg har treft ein grei balanse.

 

[Hornlyd]

Veldig bra

 

[espen]

Spennende prosjekt, og takk for god og forståelig beskrivelse temaet!

Det er bare å fortsette i den gode stilen!

 

[Georgb]

Det finst knapt noko som er betre enn å vakna ein måndags morgon med feber og muskelsmertar når du endeleg trudde du var på vei til å verta frisk, rett og slett ein flott start på påsken. Eg nyttar høvet til nok eit innlegg mens paracetamolet gjer sitt, denne gong om mi eiga bassløysing. Det er nok denne delen av simulasjonen der usikkerheiten er størst, fordi AKABAK vart noko begrensa i kva det kunne gjera her. Ideellt sett burde ein hatt multifysikkprogramvare som COMSOL, men det har eg ikkje, difor vert det ekstra spennende å samanlikna simulasjon og målinger her. Eg veit at om ein gjer dette rett i AKABAK så skal resultata svara til røynda ganske godt. Tusen takk til medlemmet Ctrl på ASR, som har vore veldig nyttig i å hjelpa meg i gong med dette. Du kan finna hans tråd om temaet her: https://www.audiosciencereview.com/...adiation-via-lateral-slots-like-d-d-8c.37863/

Når eg starta dette prosjektet modellerte eg eit kabinett med 5 par hòl (altså 5 på kvar side). Kvart par av hòla hadde forskjellig dybde frå høgtalarelementet, der det fyrste var rett bak dybda på baffelen, og det siste var nesten heilt bak. Eg definerte kvart par av desse hòla som sitt eige "subdomain" som betyr at eg kan aktivera og deaktivera dei som eg ynskjer. Med andre ord er det mogleg å testa dei 3 hòla i midten, dei to fyrste, berre det siste eller kva enn du kan tenkja deg. Eg skal spara dykk for alle resultata (som sagt, hundrevis av simulasjonar med forskjellige hòl aktive og forskjellig dempemateriale), men kom fram til eit par best practices når det kjem til passive kardioider:

1. Innsida av kassen bør vera så dempa som mogleg. I nesten alle simulasjonstilfella er meir demping lik eit betre resultat, men hugs at meir og tettare pakka dempemateriale ikkje alltid betyr meir demping!
2. For å oppnå høg demping på nullene, bruk eitt hòl. Dette er det mellom anna Dutch&Dutch 8C gjer. Viss eg skal gisse kva grunnen er så må det vera at lyden frå baksida av elementet vert mindre "smurt ut" i tid. Sjølv om Dutch&Dutch ikkje deler alt for mykje i patentet sitt så kan me sjå at dei talar om korleis posisjonen på hòla er viktig for å oppnå minimalt lydtrykk bak høgtalaren: https://patents.google.com/patent/EP3018915A1/en
3. For jamnast mogleg spreiing, bruk fleire små hòl med variasjon i avstand frå front av høgtalarelementet. Det ser ut til at det er vanskeleg å oppnå meir enn 10-12dB demping over eit stort frekvensområde med denne teknikken, men det er framleis meir enn i ein "vanleg" høgtalar ved låge frekvensar.

Den største usikkerheita i resultata kjem frå sjølve dempematerialet, fordi AKABAK ikkje er eigna til å simulera dette. Du kan setja ein absorpsjonskoeffisient og til og med gjera han frekvensavhengig, men det er vanskeleg å veta nett korleis absorpsjonen i kabinettet ditt kjem til å sjå ut. På grunn av dette vert det nok litt prøv og feil for å finna absorpsjon som er omtrent lik den eg har brukt i simulasjonen. Akkurat no trur eg det å 3D-skriva ein brakett som kan festast på innsida av hòla der forskjellige typer filt og dempemateriale raskt kan byttast ut for testing er ein god idé.

Eg har prøvd å bruka realistiske verdiar for absorpsjon, slik at det skal vera mogleg å oppnå dette. Inni kabinettet har eg spesifisert ei frekvensavhengig demping som er høg til ca. 350Hz, og deretter vert gradvis mindre effektiv. I hòla har eg spesifisert ei frekvensavhengig demping som er ganske låg under 800Hz, og ein smule høgare over det. Simulert med 17 punkt per oktav frå 20-1kHz, normalisert til on-axis. Resultata ser slik ut:

180 grader viser lydtrykket rett bak høgtalaren


Alt i alt ser vel dette ganske bra ut? Det einaste som umiddelbart slår ein er det merkelege tapet i demping kring 150Hz. Grunnen til dette trur eg er at basselementet er montert nesten midt på kabinettet si vertikale akse, så lyden som bevegar seg rundt kabinettet vertikalt har ein mykje lenger veg å fara. Resultatet er at faseforholdet mellom denne lyden og lyden frå hòla vert feil, slik at ein får dårlegare utfasing. Eg har ikkje sett dette på meir kompakte kabinett eg har simulert, difor denne konklusjonen. Dempinga er likevel nesten 12dB på det lågaste, som absolutt er akseptert resultat for min del

Det ideelle utifrå simulasjonane eg har gjort er å passa på at dimensjonane på kassa ikkje er alt for forskjellige horisontalt og vertikalt, slik som Dutch&Dutch og Sigberg har gjort. Viss du skal laga ein gulståande høgtalar har du diverre ikkje så mykje valg, så dette er berre eit kompromiss eg må akseptera.
Då har eg gjort reie for både mellomtone-, diskant- og bassløysinga mi. Lurar fælt på kva neste innlegg skal vera...

 

[Georgb]

Ei lita oppdatering no som eg er inne i den delen av prosjektet der eg er mest på ustø grunn. Eg likar å tulla med at eg ikkje har 10 tommeltottar, men heller kanskje 5-6. Sidan eg bur i blokk er handsaming av kabinetta i utgangspunktet lite praktisk. Heldigvis har eg ein ganske stor veranda som kan brukast til liming og tørking under ganske kontrollerte forhold, og ein garasje eg kan slipa/pussa i, utan at bustaden min vert full av MDF-støv og naboar som klagar på støy.

Litt "work in progress" frå i går. Eg trudde eg hadde nok tvinger (frå tidlegare erfaring med små kabinett), men har no lært at ein ikkje kan ha tvinger nok til ein større høgtalarkonstruksjon...
Fasiten vart ca. 22kg per kabinett, så kan ein nok leggja til kring 10 kilogram frå høgtalarelementa, forsterkarar og anna. Med andre ord bør dei vera greie å flytta på. På grunn av ein liten feil i teikninga eg sendte til trestokken måtte eg òg læra meg å bruka handoverfres for ei lita utbetring, så då har eg funne ut av det òg. Aldri så gale at det ikkje er godt for noko

Det vert fort vekk ei stund til neste oppdatering av denne tråden, då eg venter på ny målemikrofon (ein iSemCon EMX-7150) som har 8-12 veker leveringstid (bestilt for 2 veker sidan). Eg har allereie ein UMIK-1 men har bestilt EMX-7150 av to grunnar:

1. Ein bør bruka to-kanals loopback reference når ein gjer akustiske målinger som skal brukast til å simulera delefilter, på denne måten finn ein nøyaktig time offset på dei forskjellige høgtalarelementa. Dette er ikkje mogleg med ein USB-mikrofon.
2. UMIK-1 har ganske høg forvrenging med kraftig aukande andreordens forvrenging over 90dB, og er difor ikkje skikka til måling av forvrenging på høgtalarar som har veldig låg forvrenging eller som kan spela med høgt lydtrykk. EMX-7150 har ikkje dette problemet.

Lydkortet som skal brukast til måling er ein Sound Devices USBPre2 som eg allereie eig. God påske!

 

[Georgb]

Bølgeleiarar er eit interessant tema generelt, men kanskje særleg bølgeleiarar til domediskantar som skal funka til 20kHz. Eg las nyleg ein artikkel publisert i AES av Mark Dodd (GP acoustics (KEF/Celestion), tidlegare Tannoy) som omhandla bølgeleiarar for domediskantar, og den fekk meg i simuleringshumør: https://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=13720

I artikkelen skriv han spesifikt om geometri på ein mellomtone for å laga ein bølgeleiar til ein dome, altså eit koaksialelement. Samstundes er det slik at alt han skriv i denne artikkelen òg gjeld for ein dome i ein vanleg bølgeleiar. Meir spesifikt er det mykje snakk om geometrien til domen og korleis han har påverknad på kva slags bølgeleiar ein ynskjer å laga, samt kor godt resultata vert. Det eg synast er ekstra spennande, og det eg vil skriva litt om her, er korleis ein dome sine avvik frå eit ideellt utsnitt av ein ideell punktkilde er avhengig av forholdet mellom domen si høgde og storleik. Legg merke til at alt eg skriv her handlar om harde domar utan oppbrytning i nærleiken av det området mennesker kan høyra.

Fyrst eit bilete av 3 domar og andelen av ein kuleflate kvar av dei representerer, sett frå sida:

Den markerte delen er ein hemisfærisk dome, altså er høgda og radiusen til domen den same, og han representerer eit 180-graders utsnitt av ei pulserande kule. Linja under domen er normal til punktet der domen vert terminert, altså er det ein 90 graders vinkel mellom dei.
Den nest høgaste domen er eit 120-graders utsnitt av ei pulserande kule, altså berre ein tredjedel av heile kula. Du kan enkelt sjå det når du ser storleiken på "kakestykket". Også her er det eit sett linjer som er terminert normalt til domen.
Den lågaste domen er eit 80-graders utsnitt av ei pulserande kule. Den representerer 2/9-delar av heile kula.

Det er velkjent at ein vil ha ein bølgeleiar som er ein god match for bølgefronten domen skapar. Med ein perfekt match og perfekt terminering får ein ingen refleksjonar i det heile tatt inne i bølgeleiaren. For eit pulserande 120-graders utsnitt av ei kule betyr det ein konisk bølgeleiar som er 120 grader, slik som den markerte delen i denne teikninga:

Eller denne for eit 80-graders utsnitt:

Med slike ideelle kjelder er det altså veldig enkelt å laga ein bølgeleiar som spelar på lag med domen. Problemet er at domene våre ikkje er ei pulserande kjelde der kvart punkt på domen sin overflate bevegar seg normalt til sjølve domen. I staden er det slik at domen bevegar seg aksialt utover og innover. Det andre problemet er termineringa av bølgeleiaren. Ein konisk bølgeleiar som er matcha til eit utsnitt av ei kulekjelde vil berre ha konstant spreiing viss bølgeleiaren er uendeleg lang, eller han terminerast utan at refleksjonar kan oppstå (i praksis ikkje mogleg), altså er han ikkje konisk lenger. Ein kan framleis gjera eit segment av bølgeleiaren konisk sjølvsagt, sjå for eksempel Geddes sin OSWG.

Alt håp er likevel ikkje tapt, for sjølv om det er slik at ein dome som bevegar seg aksialt ikkje er ei ideell kjelde, så varierer avviket frå ei ideell kjelde når du bevegar deg vekk frå senter av domen. Eg tillèt meg å låna eit bilete frå denne artikkelen av Mark Dodd og Jack Oclee-Brown: https://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=14684

Senter av domen bevegar seg altså akkurat slik me ynskjer at han skal, men langs kantane er hastigheita normalt frå domen lågare, og det vert verre jo lenger vekk frå midten av domen me kjem. Den viktige detaljen her er at det ikkje handlar om avstand frå midten, men kor stor forskjellen på eit gitt punkt på domen er samanlikna med midten, og det er her simuleringsarbeidet mitt begynner. Teoretisk sett bør det vera slik at jo mindre del av ei kulekjelde domen består av, dess meir oppførar han seg som den kulekjelda i ein matcha bølgeleiar. Dette fordi differansen mellom normal og aksial bevegelse er mindre. For å gjera det så enkelt som mogleg - jo nærare ein dome er flat, dess enklare er det å spå korleis han kjem til å oppføra seg i ein bølgeleiar som matchar domen sin vinkel.

Eg gjorde 4 simulasjonar: 120-graders utsnitt med normal akselerasjon, 120-graders utsnitt med aksial akselerasjon, 80-graders utsnitt med normal akselerasjon og til slutt 80-graders utsnitt med aksial akselerasjon. Dei to simulasjonen som vart gjort med 120-graders utsnitt hadde ein matchande konisk bølgeleiar, det same gjeld dei to med 80-graders utsnitt. Ikkje sjå på kor godt dei ytar i bølgeleiaren, det som er av interesse er forskjellen mellom normal bevegelse og aksial bevegelse. Dette er fordi desse bølgeleiarane ikkje er optimaliserte i det heile tatt, utanom at dei matchar domane sine vinklar.

120-graders utsnitt, normal bevegelse:

120-graders utsnitt, aksial bevegelse:

80-graders utsnitt, normal bevegelse:

80-graders utsnitt, aksial bevegelse:


Forskjellen i toppoktaven er stor for eit 120-graders utsnitt, men nesten heilt fråverande på eit 80-graders utsnitt. Konklusjonen min er at viss ein ynskjer å laga ein bølgeleiar til ein hard domediskant bør ein unngå høge domar, fordi det er mykje vanskelegare å få dei til å oppføra seg som ei ideell kjelde ved høge frekvensar. Eg brukte hundrevis av timar på å simulera bølgeleiarar til eit par Peerless DA32TX (høg dome) i 2021, utan at eg klarte å få orden på toppoktaven, hadde eg visst det eg veit no trur eg ikkje eg hadde begynt å prøva ein gong. Dette er òg grunnen til at eg valgte Bliesma T25B heller enn T25A til denne konstruksjonen. T25A har ein høgare dome som er mykje vanskelegare å jobba med.
God helg!

 

[Valentino]

Deilig nerding. Tusen takk!

 

[tofter]

Veldig interessant, akkurat som tidligere innlegg! Erindrer at Troels Gravesen kan ha nevnt noe liknende, at Vifa ringradiator er enkel å få til i bølgeleder nettopp pga den flate membranen.

 

[kjtl]

Eg brukte hundrevis av timar på å simulera bølgeleiarar til eit par Peerless DA32TX (høg dome) i 2021, utan at eg klarte å få orden på toppoktaven, hadde eg visst det eg veit no trur eg ikkje eg hadde begynt å prøva ein gong. Dette er òg grunnen til at eg valgte Bliesma T25B heller enn T25A til denne konstruksjonen.

Dette er også grunnen til at jeg har et par T34A som jeg ikke helt vet hva jeg skal bruke til lenger/ennå.

 

[Georgb]

Dette er også grunnen til at jeg har et par T34A som jeg ikke helt vet hva jeg skal bruke til lenger/ennå.

Ein ting folk på andre forum har funne ut er at T34A funkar ganske godt i veldig små bølgeleiarar med låg dybde (@Fluid på DIYaudio har ein liten bølgeleiar til T34A han har vore villig til å dela). Det er òg ein kar som har fått gode resultat med noko lignande på DIY hifi forum: https://www.diy-hifi-forum.eu/forum/showthread.php?17431-Die-AB-Wave&p=247807&viewfull=1#post247807

Viss du ynskjer meir drahjelp og høgare direktivitet frå bølgeleiaren er ikkje dette mykje til hjelp diverre.

 

[Snickers-is]

Egentlig burde en simulering av selve domen gi liknende forskjeller. Men det er litt essensielt her at simuleringene er av perfekte domer, mens disse i virkeligheten er langt fra perfekte. Kraften starter ytterst ved kanten og flate domer er fryktelig mye tregere enn dypere domer. Det betyr at de sliter med å få bølgene inn til midten i tide til å opprettholde en kurvet bølgefront. På softdomer ser vi at dette er et kjempeproblem som fullstendig radbrekker spredningen i toppen.

Allikevel, i kontekst til denne simuleringen, siden vi vet at flatere domer er betydelig tregere enn dypere domer vil bølgeutbredelsen på en flat dome være langt tregere enn på en dypere dome. Den vil dermed i praksis være forholdsvis langt fra å matche vinkelen til en 90 graders waveguide. Ser vi på en dypere dome vil ikke den tape like mye lydhastighet grunnet langt mer gunstig koblingsvinkel til spoleformen, men samtidig vil det være en forsinkelse før bølgen når inn til domens senter. Dette gjør at både en 80-graders og en 120 graders dome vil spille som betydelig flatere domer, men bølgefronten fra en 80-graders dome vil flate ut betydelig mer enn en 120 graders dome.

På min coax er dette løst på en ganske uvanlig måte ved at spolen sitter lenger inne fra kanten. Dette gir ikke spesielt ideell koblingsvinkel, men det gir en massebalanse mellom det som er utenfor og det som er innenfor spoleformen. Dette stiver opp materialet i domen i koblingspunktet betydelig. I tillegg ligger det en avstiver helt ytterst som starter waveguiden, også er massen innenfor og utenfor domen balansert til det punktet der det gir minst resonans i kombinasjon med avstiveren. Dermed vil bølgen rekke tidligere inn til senter, og man får en liten forsinkelse også ut til ytterkant. Dette er betydelig nærmere det du har simulert enn om spolen hadde sittet ytterst i kanten.

Poenget mitt er at det er såpass mange forhold som spiller inn, som er idealisert i simuleringen din @Georgb at jeg ville vært forsiktig med å legge resultatene for grunn når du gjør vesentlige designvalg.

 

[Georgb]

Poenget mitt er at det er såpass mange forhold som spiller inn, som er idealisert i simuleringen din @Georgb at jeg ville vært forsiktig med å legge resultatene for grunn når du gjør vesentlige designvalg.

Ja, du har heilt rett. Eg vurderte å skrive ein lenger avhandling om korleis domen sin oppførsel i røynda ikkje heilt vil matche simulasjonen, men frå tidlegare samanlikning av idealiserte domer og verkelege domer har eg funne eit ganske godt samsvar (mellom anna med den nemnde DA32TX). Det er jo òg slik at opphenget bidreg med lyd sjølv, og eg valgte å utelata det i desse simulasjonane. På dei "skikkelege" simulasjonane mine er oppheng inkludert og løyst slik at forskjellige deler av opphenget har forskjellig vekting, det gjev greitt samsvar med røynda. Eg har ikkje 100% tiltro til AKABAK-simulasjonane eg gjer, både på grunn av tinga du nemner, og på grunn av begrensninger ved eigen dugleik.

Som nemnt tidleg i teksten er denne simulasjonen berre verkelegheitsnær for harde domar (eg har null interesse for mjuke domar, av grunnane du nemner), og helst harde domar med minimalt oppheng slik som til dømes T25B.
Konklusjonen min her tar støtte på ein god del meir empiri enn det eg har gjeve uttrykk for, deriblant eit stort utvalg bølgeleiarar til DA32TX og andre domer med ganske høg vinkel som eg 3D-printa og testa. Skal ein simulera ned til kvar minste desibel er eg samd i at dette ikkje er godt nok, då må ein anten segmentera domen der dei forskjellige delane har ein viss tidsforseinking (mogleg i AKABAK), eller ta til multifysikkprogramvare som COMSOL.

Kul dome du har til koaksen til forresten, eg har gleda meg til å sjå korleis den endar opp

 

[Georgb]

Minioppdatering: EMX-7150 har kome og eg har tatt ei lita måleøkt på diskanten i eiga stue. Dette er med diskanten montert i bølgeleiaren. Legg merke til at data er av låg kvalitet, på grunn av kort gating (3,6ms/278hz frekvensoppløysing) og sjølv då er det nokre refleksjonar inkludert. Desse er låge i nivå for vinklane eg har målt, men vart veldig tydelege forbi 70 gradar, difor har eg forkasta data derifrå. Målinger av betre kvalitet kjem når eg har moglegheit til det.

Fyrst ein samanlikning av simulert data og målt data, normalisert til on-axis:

Ved låge frekvensar er måling og simulasjon ganske forskjellig på grunn av at simulasjon vart gjort i ein uendeleg baffel (meir info om det i innlegg #2). Ved høge frekvensar er diffraksjonen som vart forutsett av simulasjonen litt lågare i frekvens og ganske mykje kraftigare. Eg må innrømma å vera noko overraska over det, typisk har eg opplevd at diffraksjonen i simulasjon er verre enn diffraksjon i røynda, sidan simulasjonen er tapsfri. Eg er uansett ikkje spesielt bekymra då det er såpass høgt i frekvens og eg har nokre idear for å løysa det. Meir om det i eit seinare innlegg. Igjen: hugs at dette er data av låg kvalitet, og difor ikkje det eg kjem til å bruka for å laga eit delefilter, at samsvaret likevel er så høgt vil eg seia er eit mykje godt teikn.

Målinga vart gjort med ein 6,8uF kondensator på diskanten, og eit signalnivå på 0,65V. Dette gjev oss eit lydnivå på kring 85-90dB@1m avhengig av frekvens. Altså eit ganske solid lyttenivå. Frekvensrespons og forvrenging ser slik ut:


For dei som føretrekk prosent:

Målingene er gjort på 1 meter avstand (eigenleg litt for kort), forvrenging er målt på 25cm avstand fordi all forvrenginga var under støygulvet med måling på 1 meter avstand. Alt under -80dB er under støygulvet i desse målingene (altså tredje, fjerde og femte harmoniske). For å bruka litt dialekt: dette e jysla lågt!

 

[AAaF]

Dette er ikkje akkurat nybegynnernivå, mistenker du har tjuvtrent noko først? Verken på det tekniske eller målføret

 

[sino]

Superimponert! Keep it coming!

 

[Georgb]

Dette er ikkje akkurat nybegynnernivå, mistenker du har tjuvtrent noko først? Verken på det tekniske eller målføret

Dette er ikkje fyrste høgtalaren eg byggjar, berre nesten

Angåande målforma, så har eg faktisk ikkje skrive nynorsk spesielt lenge. Viss du går kring 3 år tilbake kan du sjå at innlegga mine på den tida var bokmål. Eg tek meg fridomen til å forklara kvifor: i 2020 vart eg ferdig med fagbrevet mitt, og fann ut at ein av dei vidaregåande skulane i området mitt tilbydde påbygg til generell studiekompetanse på kveldstid, så eg gjorde det ved sidan av jobb. Som ein del av det måtte eg sjølvsagt ha sidemål, men nynorsken min var slett ikkje god, så eg bestemte meg for å byta til å skriva nynorsk både på jobb og privat. Rett og slett god gamaldags mengdetrening. Etter det skuleåret endte eg aldri opp med å byta tilbake, sjølv om eg nok framleis skriv betre bokmål enn nynorsk.

Ein digresjon frå tråden sitt tema, men det må vera lov i ny og ne.

 

[Georgb]

Det har gått sakte her, men no er det endeleg tid for ei stor oppdatering. På jobb har me nyleg fått eit kjempeflott nytt auditorium, med motoriserte tribunar! Når desse tribunane trekkjast inn, har ein plutseleg eit enormt ope rom, perfekt til høgtalarmålinger
Eg sette av gårsdagen til høgtalarmålinger, så no er det endeleg tid for å dela nokre resultat frå røynda.

OBS: mange av målingene eg skal dela er litt "vinglete", dette er på grunn av at gulvrefleksjonen vart inkludert, elles var gating-tida for kort (og difor låg oppløysing). Sidan høgtalaren sin avstand til mikrofonen endrer seg noko når han vert rotert for måling, så vert òg kamfiltereffekten litt forskjellig ved forskjellige vinkler, trenden er likevel klår, og avvika er små frå dei simulerte resultata sjølv med littegrann kamfilter inkludert.

Me startar me diskanten, eg gjorde allereie nokre målinger i innlegg #17, men no har dei altså vorte gjort på nytt, og denne gong er problema rundt 15kHz ingen stad å finna. Dette var på grunn av eit lite gap mellom fronten på diskanten og halsen til bølgeleiaren, som no er fiksa. Eg legg ved bilete i same format som det tidlegare innlegget. Legg merke til at målingene matchar simulasjonen mykje betre over 10kHz no. Ved låge frekvenser og breie vinklar (80-90 gradar) er det eit ganske stort avvik frå simulasjonen, men dette er forventa då simulasjonen vart gjort i uendeleg baffel.

Det er ein liten peak on-axis rundt 3kHz som utartar seg som ein dip off-axis i desse normaliserte grafene. Eg tykkjer ikkje det er eit stort problem, og har nokre mistankar om korleis eg kan utbetra det.

Mellomtonene bydde på ei lita velkommen overrasking, den eine mellomtona mi er defekt. Eg trur noko smårusk har funne vei inn i spolegapet, eg har fåfengt prøvd å få ut kva enn det er som kan vera inni der, utan hell. Heldigvis hadde eg ein til mellomtone eg kunne testa med i staden. Her er simulasjonen gjort med bølgeleiaren i eit kabinett, så forventninga var eit betre samsvar mellom simulasjon og måling, og eg vil seia det stemte godt:

Legg merke til at y-aksen er 2dB per divisjon. x-aksen er frå 300-3.5kHz. Eg er kjempeglad for å sjå eit så godt samsvar mellom simulasjon og røynda. Det betyr jo at all timane som har gått med på dette faktisk har gjeve eit brukbart resultat. På den negative sida er det eit skarpt (men lite) fall rundt 850hz på mellomtonen, og ei stor auke i den 2. harmoniske forvrenginga. Framleis usikker kva grunnen er, men har nokre tankar. Det er i alle fall ikkje mellomtona sjølv som er problemet.

Til slutt bassen. Denne har òg ein stor dip rundt 550hz, som eg trur er ei ståande bølge i breiddelengda til kabinettet. Satsar på at ein god dose dempemateriale fikser biffen der. Utanom det er spreiinga verkeleg fin i arbeidsområdet:

Totalt sett er det altså litt arbeid som må gjerast framleis for å ordna nokre småproblem, men eg trur det skal gå kjempefint. Spreiingsresultata er som eg håpa, og gjev eit veldig godt utgangspunkt for å starta design av delefilter.

Eg gler meg

 

[Naturlyd]

Veldig givende å følge et så gjennomført prosjekt. Blir motivert til å få fullført noe selv. Du er en inspirasjonskilde for flere her inne.

 

[Georgb]

Veldig givende å følge et så gjennomført prosjekt. Blir motivert til å få fullført noe selv. Du er en inspirasjonskilde for flere her inne.

Tusen takk for rosen!
Viss eg er ei inspirasjonskjelde for nokon så er det berre fordi eg sjølv har vorte inspirert av alle dei driftige folka her inne som delar fritt med seg av tankar og idéar. Eg skal fritt innrømma å vera typen til å driva meir med høgtalarkonsept og simulasjon enn det å faktisk setja idéane til live, så det å sjå folk som inselwind, W.Sand, Hunsbedt og Hornlyd med fleire faktisk fullføra prosjekt gjev meg mykje motivasjon. Motivasjonen fell litt når eg innser at snikkarferdigheitene mine er langt ifrå på høgde med deira, men det er ein annan sak

Innsåg òg no at eg gløymde eit bilete av det viktigaste av alt - høgtalaren (i all sin ikkje så veldige prakt)! Dempinga på golvet er ein halv meter iso-bond WLG045 som har veldig låg strømningsmotstand (~3kPa*s/m^2), det er difor kamfiltereffekten frå golvrefleksjonen er såpass liten i mellomtonemålinga. Måling vart gjort på 2 meters avstand.

 

[Georgb]

Har målt forvrenging på mellomtone og basselement no. Målenivå 2.83Vrms, som er ~95-97dB på mellomtonen i arbeidsområdet (~400-2kHz), og ~85-95 på bassen i arbeidsområdet (~100-400Hz)
Bass:

Mellomtone:

Dette er resultat ein kan jobba med. Kartesian lagar openbert gode høgtalarelement, for her er det lite forvrenging å spora.

Den skarpe auken rundt 900hz på mellomtonen har eg grunn til å tru er resonansfrekvensen til høgtalarelement+bølgeleiar, grunna at det å redusera massen til bølgeleiaren skyv han litt høgare i frekvens. Du kan sjå det same i enkelte bokhyllehøgtalar, der mellombasselementet ofte har ei auke i forvrenging rundt 400Hz. Mellomtonen skal òg få noko lågare forvrenging i den høgare enden av arbeidsområdet etter implementering av parallelle notchfilter kopla til høgtalarelementet serielt. Driv framleis og reknar på nøyaktige verdiar til filteret der, men det kjem nok snart meir snadder til tråden her

 

[Georgb]

Minioppdatering - målingene over er feil. Vet ikkje kva som har skjedd her, men faktisk målenivå ser ut til å ha vore kring 10-12dB lågare enn det som fyrst vart sagt. Korleis eg har fått til det veit eg ikkje.

Over til betre nyheiter - eg har no ein høgtalar som spelar! Den andre har ikkje vorte bygt enno, men det kjem etter kvart. Her er i måling av høgtalaren frå lytteposisjon i rommet mitt. Moving mic method, 1/24 oktav smoothing:

Dette er altså ei måling heilt utan romkorreksjon, berre delefilter og slikt er på plass. Det snodige fallet rundt 300-500hz er moglegvis eit problem med deling mellom bass og mellomtone (ca. 375hz). Skal nok få orden på det etter kvart når eg har moglegheit til å gjera målinger utan rompåverknad. Utanom det synast eg dette ser veldig bra ut. Ei jamn fin kurve som fell ørlite grann mot toppen (opp til kring 14kHz, der eg ikkje har kompensert for avrullinga til diskanten i bølgeleiar).

 

[Georgb]

Det har vore veldig mykje pusling med forskjellige ting dei siste vekene. Eg bestilte eit nytt sett mellomtoner sidan den eine mellomtona mi var defekt, og trur at Kartesian må har gjort ei stille endring i designet (eller så var det noko gale med begge mellomtonene mine), for dei nye mellomtonene har noko høgare andreordens forvrenging ved låge frekvensar (under ~500Hz), men nesten eit fullstendig fråver av høgareordens forvrenging. Det visar seg òg at auken i forvrenging rundt 900Hz faktisk er drivaren, kvifor dette ikkje visast i i målingene til Kartesian veit eg ikkje (men deira målinger visar òg mykje lågare andreordens forvrenging frå 200-500hz). Utanom det viser det seg at dei skarpe kantane på kabinettet har noko større påverknad enn simulasjonen forutsåg (det er her snakk om kring 0,5-1dB, flisespikkeri), så eg vurderer moglegheita for å avrunda kantane ved diskanten.

Forvrenging mellomtone (400-2kHz) 87dB@1m med aktivt delefilter + passivt notchfilter på plass:

Forvrenging mellomtone (400-2kHz) 97dB@1m med aktivt delefilter + passivt notchfilter på plass:

Det som er i grått ligg for langt under støygolvet til å måla. For å forbetra signal-til-støyforholdet gjorde eg òg ei nærfeltsmåling ved 87dB, dette kan gjeva oss meir innsikt i forvrenging ved låge frekvensar:

auken i tredjeordens rundt 1kHz er her eit artifakt av nærfeltsmålinga. Sjølv med det forbetra signal-til-støyforholdet er alle harmoniske utanom den andre under -80dB (0,01%) under 700Hz. Det er ganske absurd, og eg har trippelsjekka alle målingene for å vera sikker på at eg ikkje gjorde noko feil (slik som tidlegare i tråden...)

Utanom det er òg delefilter meir eller mindre på plass, det einaste som gjenstår no er litt tuning av frekvensresponsen i mellomtonen og under (har endå ikkje hatt moglegheit til å gjera nøyaktive målinger av summering mellom bass og mellomtone). Den horisontale spreiinga til høgtalaren ser slik ut:

Konturene er ved -6dB, -12dB og -18dB. Den marginalt ujamne åtferden mellom 3 og 6kHz er dét avrunding av kantane rundt diskanten vil avhjelpa. Sjølv no er dette eit eksepsjonelt godt resultat med kontrollert og svakt innsnevrande spreiing. Det er ikkje heilt "constant directivity", men det var ikkje målet, og det er heller ikkje langt unna. Ved endring av diskantbølgeleiaren vil det vera mogleg å oppnå konstant 120-graders spreiing frå ca. 650Hz og opp. Kanskje ein moro oppfylgjar når dette prosjektet er ferdig?

 

[Georgb]

Det tok meg ikkje lang tid å testa hypotesen om at det er baffelkantane som er årsak til den litt ujamne åtferden rundt 3-6kHz. Fyrst stilte eg opp høgtalar og mikrofon med 1m avstand, mikrofon sentrert mellom mellomtone og diskant. Deretter tok eg ei referansemåling som var høgtalaren slik han er, med skarpe kantar. Deretter la eg gradvis til forskjellige 3D-printa avrundingar med 45mm radius. Eg tok målinger med desse avrundingane berre på topp, samt på topp og sida av høgtalaren (som de kan sjå på biletet under). I tillegg gjorde eg ei kontrollmåling der eg tok to forskjellige målinger av høgtalaren med skarpe kantar for å sjå at det ikkje var store avvik frå måling til måling (1 minutt pause mellom målingene). Resultatet ser de her:

Blå linje ligger flat på 0dB. Grøn linje er her alle kanter avrunda. Rød er berre toppen avrunda. Oransje linje er kontrollmålinga.
Det som skjer under 2kHz er eg ikkje interessert i, då mellomtonen sin åtferd er heilt fin. Sjølv her er det største avviket under 0,7dB, og det er nok dels fordi baffelen i praksis er større enn før. Over 2kHz er det største avviket under 0,5dB, mens den største ujamnheita er rundt 3kHz og på kring 1,5dB. Altså er det ikkje baffelkantane som er den største kjelda til ujamnheita me ser. Sannsynlegvis er det på grunn av bølgeleiaren sin geometri, med andre ord.

Sjølv om desse kantane teknisk sett gjev ein ørliten fordel, er det så lite at eg tvilar på at det er høyrbart. Stygge som fy er dei òg, så det er godt å veta at eg kan sova godt om natta med dei skarpe kantane. Dette lille eksperimentet er for så vidt eit godt prov på at bølgeleiarar er ein god måte å redusera kantdiffraksjon på.

Redigering: eg gløymde å nemna det, men målingene har sjølvsagt gating slik at me berre ser forskjellen i frekvensresponsen on-axis.

 

[Georgb]

Utanom om dette har eg og vore nysgjerring på kva årsaka til forvrenginga ved låge frekvensar på mid120_vHE er. Kartesian har både Kms(x)-, Bl(x)-, og Le(x)-grafer for høgtalarelementet på sida si, og eg kan ikkje sjå noko der som skulle bety nesten 1% 2.-ordensforvrenging ved 500Hz (Kartesian sine eigne målinger av harmonisk forvrenging viser det heller ikkje). Symptomet som passar best med forvrengingskurven er Le(i), altså induktans som funksjon av straum. Noko som faktisk er veldig lett å verifisera med å måla den harmoniske forvrenginga til straumen i talespolen. Ifylgje Klippel er harmonisk forvrenging av straumen i talespola eit symptom som er unikt for ikkje-lineær Le(i). Eg har endå ikkje ordna eit oppsett for å måla dette, men det burde ikkje vera vanskeleg.

Om forvrenginga er på grunn av Le(i) er det ikkje mykje eg får gjort med det, men eg bestemte meg for å leka litt med høgare delefrekvensar mellom bass og mellomtone, slik at ein kan unngå denne forvrenginga. Interessant nok vil det å heva delefrekvensen til kring 530Hz gjeva endå litt jamnare horisontal spreiing (og moglegvis lågare forvrenging), på bekostning av at den vertikale spreiinga vert verre. Hypex sine fusionforsterkarar har moglegheit for å byta mellom 3 forskjellige presets, så eg skal lasta inn både 375Hz og 530Hz delefilter og sjå korleis forskjellen er. Den horisontale spreiinga til dette alternative delefilteret ser slik ut:

 

[Georgb]

Av ein eller annan grunn skjer den største framgangen på dette prosjektet når eg er sjuk. Eg har irritert meg stort over den lille peaken kring 3kHz i diskanten, som øydelegg eit ellers veldig fint spreiingsmønster. Etter månadsvis med forskjellige eksperiment og simulasjonar har eg funne ut at problemet kunne vorte løyst veldig enkelt. Øvre grense på desse simulasjonane er sett til 5kHz, det er ikkje høg nok oppløysing på meshen til å få gode resultat høgare enn det.

Spreiingsmønster på diskanten i kabinettet slik det er no:

Spreiingsmønster på diskanten i kabinettet med ein liten modifikasjon:

Eg har jo allereie prøvd meg på forskjellige måtar å bygga noko på kabinettet for å fiksa dette problemet, men løysinga er faktisk så enkel som dette:

Den blå linja er noverande form på kabinettet, med ei enkel innsnevring mot toppen av kabinettet er heile problemet løyst. Eg er grenselaust irritert på meg sjølv for at dette tok så lang tid å koma til botn i, særleg no som kabinetta allereie er bygt og det å gjera ein slik modifikasjon faktisk vert ein del jobb. Alt fordi eg "sparte" eit par timar med simulasjon når eg var lei av det sist vinter...

Er ikkje heilt sikker på kva eg vil gjera no. Vanskeleg å modifisera kabinetta slik dei er no til denne formen. Eventuelt teikna kabinetta på nytt og bestille nytt kapp frå trestokken... Me får sjå.

 

[Georgb]

Då var høgtalaren endeleg ferdig!
I går fekk eg endeleg teke eit fullt sett målinger, både horisontalt og vertikalt. Gating 16ms (62,5Hz oppløysing). Data under denne frekvensen er altså ikkje korrekt, og oppløysinga på data eit stykke over denne frekvensen er ganske dårleg. 1/24 oktav glatting.
Spinorama:

Horisontal spreiing frå 70Hz:

Vertikal spreiing frå 70Hz:

Nokre off-axis målinger normalisert til on-axis (1/6 oktav glatting):

Fyrst og fremst er det deilig å vera ferdig, sjølv om det er enkelte ting eg hadde gjort annleis om eg skulle gjort dette frå botn igjen, men det tydar vel på at eg har lært noko. Kardioidespreeinga i bassen var nok den største overraskinga i prosjektet, samalikna med dei tidlegare målingene har dempematerialet vorte endra, og no er det enno betre. Meir enn 15dB lågare lydnivå ved 160 gradar off-axis enn on-axis gjennom heile arbeidsområdet til basselementet.

Spin ser veldig fin ut, men eg skulle ynskja at han hadde ei meir gradvis auke i ERDI/SPDI frå 400-2kHz enn det plutselege steget mellom 1-2kHz. Grunnen til dette er fordi spreiingskontrollen til mellomtonen vertikalt er ganske dårleg. Det er ikkje mogleg å unngå med denne konfigurasjonen. Totalt sett eit veldig fint resultat. Predicted preference rating er 8.3 m/sub for dei som bryr seg om det (5.3 utan, men det er ikkje relevant her).

Takk til alle som har kome med hyggelege innspel i tråden her!

 

[Georgb]

Og til slutt eit bilete av konstruksjonen med den nøgde konstruktøren...

 

[tofter]

Bra jobba!!

 

[Georgb]

Samanlikning mellom fullstendig simulasjon av høgtalaren frå tidlegare i år og målt resultat (berre opp til 5kHz, VituixCAD anslår respons over det):

Det er ganske utruleg at ein kan simulera ein fullstendig høgtalar med så stor nøyaktigheit uten å bevega seg bort frå datamaskina i eit einaste sekund. AKABAK er vidunderleg programvare.

 

[Snickers-is]

Dette var skikkelig imponerende!

 

[steinost]

Tøft.

 

[Kalle Klovn]

Gratulerer med vel gjennomført prosjekt! Veldig mye godt ingeniørarbeid her!

 

[Georgb]

Eg gjorde ein liten feil i den samanlikninga. Den simulasjonen var frå hausten 2022 (ikkje tidlegare i år som sagt i førre post, tida flyr...), og då var eg ikkje klar over at VituixCAD som standard brukar on-axis til å berekna SPDI/ERDI heller enn listening window. Listening window er "det rette" og det som er definert i CEA-2034, så her er samanlikninga igjen, men denne gong med rett utrekning av SPDI og ERDI. No er dei enno meir identiske enn i fyrste tilfelle! Om ikkje anna gjev dette ein solid dose sjølvtillit til eigne evner

 

[tofter]

Det har du all grunn til, imponerende nivå!
Hvordan opplever du AKABAK - regner med det er en solid brukerterskel for å komme i gang der?

Hva tenker du om finish på kassene?

 

[Georgb]

Hvordan opplever du AKABAK - regner med det er en solid brukerterskel for å komme i gang der?

Læringskurven er ganske loddrett, men det er enklare med eit grafisk brukargrensesnitt enn eit skriptbasert program som ABEC. Eg begynte å prøva meg fram med AKABAK seint i 2019 ein gong, om ikkje eg hugsar heilt feil. No, 4 år seinare, følar eg at 90% av det eg kunne tenkja meg å simulera er ting eg veit korleis eg skal simulera. Dei siste 10% er til dømes å setja opp forenkla lumped-element modeller av kompresjonsdrivarar - ting som hadde vore greitt å få til, men som det ikkje er naudsynte mesteparten av tida. Ein annan ting eg fånyttes har prøvd å finna ut av er aksesymmetrimodusen til AKABAK, den gjev meg berre feilmeldinger

No når eg har teken på programmet (sånn nokolunde i alle fall), så opplever eg det som eit fantastisk program som opnar for utruleg mange moglegheiter, ikkje berre til høgtalardesign, men òg til romanalyse. Eg har sjølvsagt simulert mykje rart som ikkje er delt her på sentralen, men til dømes simulasjon av plassering av høgtalar/subwoofer i rom er ting AKABAK kan hjelpa med. Det kan òg hjelpa deg med å finnna/visualisera noder og anti-noder i geometrisk komplekse rom. Eg har sjølv brukt det til samanlikning av kardioidehøgtalarar og monopolhøgtalarar ved låge frekvenser i rom, ikkje ulikt det AES-paperet frå Ferekidis og Kempe som eg har lenka lenger oppe i tråden her.

For dei som har interessen vil eg definitivt anbefala AKABAK (eller tilsvarande kapabel programvare). Det er ikkje enkelt, det finst lite god info om korleis ein skal bruka programmet, og det kjem til å vera veldig frustrerande lenge. Når ein kjem over den kneika er det derimot ei rein glede å undra seg over noko og kunne tenkja "okei, dette veit eg ikkje korleis funkar, eg får hiva det gjennom AKABAK og sjå". Det er utruleg lærerikt.

Hva tenker du om finish på kassene?

Dei er ikkje veldig fine som dei er no...
Eg ynskjer sjølvsagt ein betre finish, men det er to ting som får meg til å stoppa og tenkja meg om:
1. Eg har rett og slett veldig lite peiling på dette. Eg har sjølvsagt sett på utallige videoar og lest mang ein artikkel om korleis ein kan finera/måla ei høgtalarkasse, men som det meste praktisk, så er det jo slik at ein faktisk må gjera det sjølv for å få ein god idé om korleis det heile funkar.
2. Eg har jo nemnt at det er ting eg ville gjort annleis om eg hadde starta frå botn av i dag, og kabinettet er den største delen der. Eg tek meg sjølv i å tenkja "jamen kva om eg finn ut at eg vil perfeksjonera denne høgtalaren og fiksa dei (små) utilsikta defektene han har i dag". Då måtte eg sjølvsagt bygt nye kabinett. Det er ein uting å tenkja slik, men sånn er eg visst...

Ja, og så ser ikkje lytterommet mitt ut i måneskin uansett, akkurat slik det skal vera for singel mann (23)

 

[bambadoo]

Seriøst imponerende . Kudos