Høyttaler med horn og dobbel kardioide?

[tofter]

Har hatt denne greia på tegnebrettet en stund, men har ikke gjort noen fancy simuleringer.
Kanskje stikker det innom noen som har tanker om forbedringer eller tips til elementvalg? Om tråden kan være til inspirasjon eller underholdning for andre er det bare bra.

Målet er kontrollert og begrenset spredning ned til rundt 100Hz hvor bass-systemet (DBA) tar over. Et annet designmål er stor kapasitet i hele frekvensområdet, på et lite fotavtrykk.

Hornet er 18sound XT1086, sammen med en spretten 6,5"-8" mellomtone og to 10" midbass elementer. Horn og CD har jeg fra før, resten må eventuelt kjøpes inn.

Driftes selvfølgelig aktivt.

 

[aardappeleter]

Bare å øse ut erfaringer, jeg følger med. Mitt prosjekt blir temmelig annerledes, og kommer nok ikke i gang før rundt juletider. Men kardioidlesestoff er gefundenes Fressen om dagen1

 

[tofter]

Ser du planlegger aktiv kardioide? Det er nok en god tanke, mye enklere å få til i praksis.

Etter hva jeg har skjønt vil en passiv kardioide fungere i et relativt begrenset passband, ellers detter effektiviteten i kjelleren. Derav er planen så langt å dele opp bass og mellomtone i egne kammer. Ser for meg deling med HP 1500-500-100.

Det jeg er mest usikker på er plassering og dimensjonering av spaltene. For mellomtone må man være obs på korte bølgelengder når man begynner å komme litt opp i frekvens, dette betyr at man må ha spaltene tett inntil elementet hvis man ønsker å styre (dvs. kortslutte) spredningen i dette området. Lenger ned i frekvens tror jeg plassering av spaltene blir mindre viktig, men man må her begynne å tenke på at spaltene kan fungere som en resonator, avhengig av arealet til åpningen.

 

[aardappeleter]

Mitt skal bli aktivt, ja. Og jeg har planer om beste slags hjelp fra Snickers. Skissene er så langt ikke slått ihjel, men det er åpenbart kompromisser der også. Det er grenser for hvor stor fungerende båndbredde man klarer uansett, men muligens bedre kontroll innenfor grensene.

Jeg håper å få det til å fungere ned til deling mot hjørneplasserte subber ved 80-ish, og aller helst opp til deling mot mellomtonen over 300 (for å unngå floor bounce-dip fra mellomtonen, som havner en snau meter over gulvet).

Det er avveiinger mellom kassevolum, dybde som påvirker både øvre og nedre grense, bredde som jeg vil ha lik hele veien opp, høyde som jeg vil ha visuelt akseptabel, platetykkelser, og i det hele tatt.

Krota akkurat ned en serviettskisse med "tredelt enveis" løsning med elementer foran i full range, sidemonterte med høypass (nærmere fronten), og ryggmonterte med lavpass (lengre fra fronten). Da kunne man kanskje økt systemets totale båndbredde en del. Men med flere elementer, og med tre forsterkerkanaler til et ganske smalt frekvensområde..

Skulle gjerne hatt budsjett til å realisere en lang rekke "proof of concept"-greier....

 

[tofter]

aardappeleter: Det høres ut som en god plan! To oktaver bør være godt innenfor hva som lar seg gjøre, men jeg tror det fort kan bli en utfordring med effektivitet hvis du skal helt ned mot 80Hz.

Har glemt denne litt siden jeg jobber med å fullføre et par andre prosjekter.. Tror jeg skal begynne med å lage en simpel testkasse, og teste om "kart og terreng stemmer", med elementer jeg allerede har liggende.

I en annen tråd sier Snickers-is følgende: "Når det gjelder kardioideeffekten har jeg erfart at om denne skal være effektiv opp til der en 15cm driver har sin egen beaming er man i området 2cm, altså tykkelsen på en vanlig baffel, før man begynner å få et område der man ikke har kardioideeffekt, og heller ikke har naturlig spredningsbegrensning i driveren."

Hvis jeg tenker riktig henger dette sammen med bølgelengden og avstanden fra frem- til bakside av elementet, via baffelen. Målet er ikke en fullstendig kortslutning på sidene som en dipol, men en gradvis overgang til der elementet smalner inn naturlig. Dette styres sannsynligvis av mengde/type dempemateriale i tillegg så mulig dette er en massiv overforenkling.

En 6,5" med effektiv diameter på 14,8cm skal teoretisk begynne å beame rundt 1500Hz og ved 1500Hz er bølgelengden 22,9cm.
Lurer derfor på om jeg bør legge til spalter tettere på driver siden jeg ser for meg deling rundt 1500Hz, hvor hornet fortsatt har god spredningskontroll (-3db ved 30gr horisontalt). På tegningen under vil effektiv baffelbredde være ca 20cm frem til spalte.

Vel, det blir spennende å begynne med litt testing..

 

[tofter]

Er så smått i gang med litt innledende tester etter å ha "choppet" et gammelt klesskap som skulle på dynga. Det ble kun halv høyde i første omgang for å bygge litt erfaring - hadde ikke materiale til mer..

Beklager for skurr på øya til alle estetikere, her er et lite innblikk til mitt DIY-helvete

Kasse nr 2 er foreløpig "blankt lerret" og åpen for andre spaltevarianter, men interessant å sammenligne kardioide og lukket direkte også.

Noen notater så langt, basert på målinger innendørs:

• On-axis måling fra lytteposisjon viser betydelig mindre kamfiltereffekt i område 300-1500Hz.
• Nærfeltsmålinger:
  • Driverens output i kardioide detter under 140Hz sammenlignet med lukket (har ikke noe å si nå for mellomtone).
  • Minimal forskjell ved 45 grader fra 300Hz og oppover.
  • Ved 90 grader gir kardioide ca 2-3db lavere output i område 300-1500Hz.
  • Det er også stor forskjell ved 180grader, men jeg tror videre målinger må foregå utendørs for å si noe sikkert. Ta derfor ovenstående med en klype salt.

Det skjer altså mest under 300Hz, men jeg hadde trodd det skulle bli større forskjell over også. Har må jeg få klart for meg hva designmålet skal bli for å matche hornet best mulig. Kanskje jeg bør gå for en større driver som beamer tidligere i tillegg? Mye testing gjenstår..

 

[tofter]

Holder på å lete etter best egnede midbassdrivere i område 100-500 til bruk i kardioide.
Hvis jeg skal ha noen forhåpning om å bevare godt nivå helt ned mot 100- tallet tror jeg QTS bør ligge i det høyere sjiktet, og jeg finner egentlig kun én interessant 10 tommer i det området, 10W650 fra Eighteen Sound.

Dette er basert på WinISD simulering i lukket kasse for en pekepinn på avrullingen. Alle typiske midbassdrivere med QTS 0,2 - 0,3 dropper som en sten i forhold. Så spørs det om dette like gjerne kan løses via DSP?

Til tross for litt "slappere" motor, mon tro om disse kan gi skikkelig SMEKK?

 

[Hornlyd]

Høres lurt ut med høy qts ved passiv deling.
Det er jo klassisk dipol tankegang.
Og ja, lav qts fixes med EQ.

Jeg liker folk som tester ting i praksis. M J King har gjort jobben for oss

http://www.quarter-wave.com/OBs/OB_Design_Part_1.pdf

 

[tofter]

Sånn for ordens skyld planlegger jeg aktiv deling, men "passiv" kardioide dvs. med spalter

Jeg setter også pris på outsourcing av arbeid Interessant papir, takk for deling!
Her fikk jeg en nødvendig oppfrisking av gammel lærdom, denne grafen viser effekten av driverens Q-verdi ganske tydelig (uendelig baffel).

M.J. King minner også om at en åpen baffel vil ha 18db/okt avrulling (under FS), mens en lukket kasse vil ha 12db/okt.
Man kan vel ganske trygt anta at kardioide plasserer seg et sted i mellom disse, men akkurat hvor er vel umulig å si på generelt grunnlag.

 

[tofter]

Problemet nå er at jeg har fått nye griller i hue
Har søkt litt etter egnet høyeffektiv mellomtone som også kan ivareta spredningskarakteristikken til hornet. I denne prosessen snublet jeg over Limmerhorns og jeg hang meg helt opp i coax-løsningen 870qx.

Jeg tror dette kan være en fin match mot kardioide bass rundt 500Hz.

Måtte lage en rask skisse og dette kan fortsatt bli ganske kompakt, selv om midbass nå har vokst til (dobbel) 12"

Vorten bak er mellomtonedriver som blir hengende litt utenfor, den har heldigvis lukket kammer

Hmm...

 

[erikm]

Mulig jeg overser noe her, men hvordan regner man ut størrelse og plassering på spaltene? Eller er det noen grunnregler? Og finnes det simuleringer for fall i bassen?

 

[Bergfinn]

Jeg vil tro Mr. Sigberg har testet og forkastet mang en løsning på dette området.
Kanskje det er mannen og spørre?

Når det gjelder DIY med tilpasset/custom kardioide løsning for spesifikk plassering/spesifikt rom, så ville jeg tatt utgangspunkt i grunnreglene for kardioide, ekkofri/utendørs målinger, måling/lytting inne der de skal stå.
....som igjen medfører myyye jobb, tålmodighet...og av og til oppgitthet og frustrasjon.

@tofter, den Limmerhorns løsningen ser spennende ut.

 

[tofter]

Mulig jeg overser noe her, men hvordan regner man ut størrelse og plassering på spaltene? Eller er det noen grunnregler? Og finnes det simuleringer for fall i bassen?

Tror ikke det finnes noen etablert fasit på dette, men det er nevnt litt grunnleggende her og der på forumet. Hadde vært interessant å samle sammen dette og oppsummere litt en dag, skal se om jeg finner en anledning.

Alt dette kan antakelig simuleres også, se den flotte tråden til Georgb. Dette er nok for de med A+++ innen datateknikk!

For min del som amatør blir dette stor grad av prøv- og feil, med sterkt inspirasjon fra allerede tilgjengelige produkter

 

[tofter]

@tofter, den Limmerhorns løsningen ser spennende ut.

Mon tro om det gir lydsignatur som et stort horn? Hornet er jo tross alt ganske lite, så jeg er litt bekymret for effektiviteten i nedre grenseområde. Jeg tror dessverre at 500Hz er å dra det for langt.

 

[Asbjørn]

Mulig jeg overser noe her, men hvordan regner man ut størrelse og plassering på spaltene? Eller er det noen grunnregler? Og finnes det simuleringer for fall i bassen?

Hvis du ser for deg hver spalte som en bølgekilde, slår konsentriske sirkelbuer ut fra den med en passer og med avstand som tilsvarer bølgelengden for aktuell frekvens, gjentar for alle spalter på samme tegning, og legger merke til i hvilke retninger sirkelbuene summerer i fase og i hvilke retninger i motfase, så får du kanskje en litt intuitiv modell. For ekstra presisjon, ta hensyn til ulik løpetid fra elementet til hver spalte, til at kantene på hver spalte vil være utgangspunkt for hver sin bølgefront, og til diffraksjon fra kantene på høyttalerkabinettet.

Om du gjentar det for ulike frekvenser vil du også se kamfiltrering som funksjon av frekvens i bestemte retninger, f eks rett forover. Du vil få -6 dB/oktav under den laveste peaken i kammen. Det er også frekvensen hvor kardioiden gir maksimal nulling bakover.

Etter å ha brukt opp noen ark papir på det der vil det fort fremstå som enklere å utlede de nødvendige sinuser og cosinuser for å beregne det i Excel i stedet.

Physics Tutorial: The Path Difference

Two-point source interference patterns consist of a collection of nodes and antinodes formed by the constructive and destructive interference of waves from the two sources. The nodes and anti-nodes lie along lines referred to as nodal and anti-nodal lines. The Path Difference refers to the...

www.physicsclassroom.com

Two Source Wave Interference 2D | Zona Land Education

4.3.5 The Mathematics of Delays, Comb Filtering, and Room Modes – Digital Sound & Music

 

[tofter]

Glimrende forklaring!

 

[Hornlyd]

Hva tenker dere om en kort linjekilde med like drivere (f eks 4 tommere på tegningen) men forskjellig plassering av spaltene for å shade slik at man får fordelt kardioide spredningen over et stort frekvensområde (dvs 200 til 7000 ish?). Subwoofer under 100 Hz ca.

Blir det for komplekst?

 

[tofter]

Hvis jeg skal gjette litt:

Antar denne er tenkt som en 4-veis?
Over en viss frekvens der baffelen (edit: og spalter) ikke lenger har noen innvirkning vil det vel være selve elementets spredning som avgjør, så spørs hvordan dette klaffer med diskanten? Usikker hvor dette punktet slår inn, men 7000 høres høyt ut. Poenget må jo være jevn spredning over (edit: og under) deleflankene.

Med min begrensede forståelse kjenner jeg at jeg blir jeg litt svett av tanken på denne konstruksjonen men sikkert ikke umulig?

Slik jeg ser det er litt av greia med kardioide mulighet for å matche den begrensede spredningen man gjerne oppnår med horn eller diskant i waveguide, men dipol er jo også et alternativ.

 

[Georgb]

Å få god effekt frå spaltene over 1-2kHz er vanskeleg, av fleire grunnar.
1. Spreiinga frå både høgtalarelementet hòla vert meir retningsbestemt, så den intuitive forklaringa til Asbjørn over her bryt saman ved høge frekvensar.
2. Hòla funkar som eit akustisk lågpassfilter (og det same gjer dempematerialet som trengs), slik at me får mindre lydtrykk frå hòla jo høgare i frekvens me går.
3. Lyden på framsida og baksida av elementet vert forskjellig når ei går høgare i frekvens. Ved låge frekvensar kan ein gå ut i frå at frekvensenrespons framme og bak er meir eller mindre den same. Dette er òg ei aktuell problemstilling for ein dipol.

Frå eigne eksperiment ville eg tenkt fleire små spaltar nesten heilt frå baffelkanten framme og bakover, med så smal baffel som mogleg, slik som det er gjort med basselementet på Sigberg Audio Manta (eller slik du har gjort det på dei to øvste elementa i teikninga di). Å finna rett storleik på spaltane til bruk høgt i frekvens kan vera vanskeleg, då det å endra storleik òg endrar lågpasskarakteristikken deira, men eg ville tenkt at dette var eit godt utgangspunkt i alle fall.

Eit lite tips på slutten: det er lett å halda kontroll langt ned i frekvens sjølv med spaltar som er nære basselementet, det einaste plassering av spalte bak hjelper med er maks lydtrykk (eg gisser 3-4dB i bånn samanlikna med spalte så nære som mogleg i ditt tilfelle) sidan du legg den akustiske kortslutninga lenger ned i frekvens.

 

[Hornlyd]

@tofter

jeg tenkte halveis nedover med spoler som shader i tre runder altså 1-1-2-4

 

[tofter]

Eit lite tips på slutten: det er lett å halda kontroll langt ned i frekvens sjølv med spaltar som er nære basselementet, det einaste plassering av spalte bak hjelper med er maks lydtrykk (eg gisser 3-4dB i bånn samanlikna med spalte så nære som mogleg i ditt tilfelle) sidan du legg den akustiske kortslutninga lenger ned i frekvens.

Kjempenyttig innlegg!

Litt usikker om jeg tolker siste avsnitt korrekt, kan du utdype?

 

[tofter]

@tofter

jeg tenkte halveis nedover med spoler som shader i tre runder altså 1-1-2-4

Dette bør antakelig noen andre svare på, men kardioide utført med akustiske spalter har i alle fall begrenset pass band slik jeg forstår det, så å få dette til å klaffe med passive komponenter? Grøss og gru tenker jeg

 

[Hornlyd]

Jeg har tenkt grøss og gru selv også

 

[Georgb]

Litt usikker om jeg tolker siste avsnitt korrekt, kan du utdype?

Den akustiske kortslutninga mellom front og bakdel av høgtalarelementet kjem an på kor lang kortaste avstand mellom dei er. For eksempel brukar ein ofte H-baffel eller U-baffel på ein dipol for å leggja denne kortslutninga lenger ned i frekvens, utan å måtte byggja ut høgtalaren i breidda. Under kortslutningsfrekvensen ("dipolpeaken") fell lydtrykket med -6dB/oktav som Asbjørn sa tidlegare.

Å plassera spalta på baksida av kabinettet betyr altså at ein aukar avstanden mellom front og bakdel på elementet, slik at kortslutninga kjem lågare i frekvens, ergo, meir bass. Det er dette ME Geithain gjer på sine høgtalarar. Den negative sida ved å gjera dette er at effekten frå spalta ved høge frekvensar vert verre, sidan lydbølgene ikkje klarar breia seg om kabinettet. Du kan sjå at ME Geithain i praksis har optimalisert for å redusera lyden rett bakover ved veldig låge frekvensar:
Det er òg dette som gjer det mogleg for høgtalarane deira å spela djupt i bassen med greitt lydnivå, sidan dei i praksis flyttar den akustiske kortslutninga så langt ned som dei klarar.

"tipset" mitt var vel eigenleg berre at ein kan få til god spreiingskontroll ned til 100Hz som hornlyd ynskjer, utan at ein må ha spalta på baksida. Å få sidespalta til å funka langt ned i frekvens er mykje lettare enn å få bakspalta til å fungera høgt i frekvens.

 

[Hornlyd]

Det er derfor de 4 nederste driverne mine er i u baffel og ikke cardioide

 

[Georgb]

Viss tanken er ein udempa (eller dempa...) u-baffel i bånn ville eg teke meg tid til å lesa denne tråden av Ctrl: https://www.audiosciencereview.com/forum/index.php?threads/open-baffle-speaker-pitfalls.39216/

I utgangspunktet ville eg tenkt at lågpassfilteret på ein U-baffel bør vera av rimeleg høg orden og låg frekvens for å unngå resonansen i bakvolumet. Det kan fort verta vanskeleg med passivt filter, tør eg gisse.

For all del, det er ein kul idé, men eg får nærast hovudpine berre av å tenkja på korleis ein skal optimalisera noko slikt

 

[Sluket]

Slik blir det her!
2 x 12" midbass (150 - 800/1.000 Hz)
Spalter på sidene rett bak innvendig baffel. max areal = areal som drivere. Justerbar spalte/demping
tilgjengeleig via avtagbar topp. Aluminium.

I tillegg langsgående spaltefelt bak på kab. Alt kan stenges/kombineres fritt.

​

 

[Asbjørn]

Jeg så litt på Geithains høyttalere da jeg konstruerte mine kardioider, tenkte vel også litt på varianten med spalter, men kom til at den analoge tilnærmingen med akustiske ventiler med rett tidsforsinkelse og fase ville kreve ufattelig mye prøving og feiling før man kunne forvente noe brukbart. Så jeg gikk for digitalt styrte elementer foran og bak for å ha en viss kontroll på hva som foregår.

Rett forover blir det slik, inkludert avrullingen nederst.

Den "akustiske kortslutningen" består i at bølgene forover og bakover slukker ut hverandre ved lave frekvenser. Løpetidsforskjellen (inkl elektronisk styrt delay) mellom dem blir en mindre del av perioden ved lave frekvenser, så de kommer nærmere å være i eksakt motfase, som for en dipol. Ved peakene tilsvarer løpetidsforskjellen at bølgen fra det bakre elementet kommer frem til baffelen i fase med det fremre elementet, og de summerer seg i fase med +6 dB.

Jeg snublet forresten over denne patentsøknaden, andreordens akustisk ventil bakover.

Patent Review: Passive Cardioid Speaker

Renowned audio speaker design, David W. Gunness, now with Fulcrum Acoustic, and previously with Electro-Voice and Eastern Acoustic Works, is no stranger to this field of research where he holds numerous patents.This review is a fascinating read, especially given that Fulcrum has already proven...

audioxpress.com

 

[Hornlyd]

@Georgb kikk litt på det H.R har gjort mtp å redusere ressonanser oppover fra U baffel, det er faktisk mulig å skvise den sitronen med det dobbelte, har hørt det selv

@Sluket nydelig skisse og takk for du deler litt konkret teknisk informasjon til oss nerder PS! Flere sier at cardioide åpningene bør være 2/3 av membranareal?

@Asbjørn ja «ufattelig mye prøving og feiling» er vel det som surrer i hodet mitt når jeg drodler rundt cardioide. Har lyst til å besøke et par av disse W.Sand/Inselwind/Snickers kreasjonene med et par finerplater og gaffatape for å høre forskjell på lyden med/uten cardioide. Når jeg var på hyggelig besøk hos deg for 10 år siden ? så slo du den aktive cardioide funksjonen din av og på med DEQX, forskjellen var ikke stor men tørrere med cardioide

 

[Asbjørn]

Ja, tiden flyr. Jeg mener den viktigste effekten hos meg er det tilnærmet konstante spredningsmønsteret med frekvens, fra noenslags kardioide i bassen, via normal selv-skygging i mellomtonen og nedre diskant, til bakover/oppoverstrålende ekstra diskant for å spre litt mer englestøv øverst. Kardioiden fungerer under baffelstep, sånn circa. Resultatet er fortsatt forbausende bra stereoperspektiv i et nokså reflekterende rom uten akustisk behandling.

Om jeg skulle forsøkt på en passiv kardioide tror jeg at jeg ville forsøkt å sette opp en modell i AKABAK først.

AKABAK-Technical Specifications

www.randteam.de

JBL 9350'ene mine har et kontrollert strålingsmønster med helt passive virkemidler, horn og akustiske ventiler, men der mistenker jeg at det var seriøst mye finite elements-analyser før de bygde noen prototyp. De tok ut flere patenter og har fire white papers på produktsiden.

JBL Professional 9350

Configurable Pattern, Unique 3-Way 15" Design The 9350 packs a sonic punch, and delivers extraor...

jblpro.com

 

[SigbergAudio]

Her er to studier som bekrefter effekten av kardioide for de interesserte

https://aaltodoc.aalto.fi/server/api/core/bitstreams/53118e62-e0d0-4a6d-949b-b74049a069e4/content (2020)

Konklusjon:
"This Thesis has studied the audible effects of increasing the loudspeaker directivity at low-mid frequencies (LMF). A functional prototype of a compact two–way loudspeaker having an increased LMF directivity has been designed and implemented. An AB listening test has been conducted with two loudspeakers A and B, where the LMF directivity was the only varying characteristic between the loudspeakers A and B. The listening test results were statistically analysed, showing significant improvements in clarity, absence of sound colourations, transient reproduction and accuracy of the virtual sound images improved with increasing LMF directivity. Sound quality impairments were not detected when the LMF directivity increased. The LMF directivity was the main factor contributing to the subjective assessment of the sound quality"

og

https://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=12663 (2004, krever AES abbo).

Konklusjon:
"Most low frequency sources radiate energy in an omni-directional manner. This often leads to unsatisfying results
regarding the reproduction of low frequencies in small listening rooms. The influence of different radiation characteristics is investigated concerning the reproduction of low frequencies in a sparsely modal environment. In this paper the room transfer function characteristic of a monopole, a dipole, and a cardioid are compared. The different room mode excitation mechanisms are explained using comparative measurements taken in a reverberation chamber. Furthermore the effect of a single reflective boundary on the low frequency response is simulated. The cardioid turns out to be the more preferable low frequency source for the three types investigated"

 

[Sluket]

@Sluket nydelig skisse og takk for du deler litt konkret teknisk informasjon til oss nerder PS! Flere sier at cardioide åpningene bør være 2/3 av membranareal?

Derom strides de ulærde..... Jeg har uansett designet det for 1:1 i forhold til arealet fordi STØRRE gir liten mening - da kan en like gjerne prøve OB, og reduksjon i arealet kan jeg gjøre helt trinnløst ned til stengt åpning. I motsatt ende av cardioideskalaen så er kabinettene designet for å dempe helvete ut av bakblåsten til elementene - via et sinnrikt system med forskjellige dempinger og inverse "stepped expansion" irrganger. Har mest tro på at det vil gi best resultat men det var relativt enkelt å designe inn og løse en cardioidevariant underveis. Koster lite og ingen teori gir bedre svar enn fysisk testing i skala!

 

[Sluket]

BTW, en cardioideløsning går jo på virkningsgraden løs.. det er jeg ikke så bekymret for her for de 12" er 16 Ohm / 100 dB og med to i parallell så har vi greie 106 dB i følsomhet. M.a.o. nok å ta av og tilhørende aktivt delte effektforsterkere har justerbar gain også. Med annen bestykning ville jeg nok vektlagt endret virkningsgrad mer.