Baffled

[Wieger61]

Erg interessant. Inhoudelijk kan ik er niet echt op reageren, maar ben de materie wel tegengekomen in het boek van Leo L. Beranek & Tim J. Mellow: Acoustics, sound Fields and Transducers. Het leuke van dat boek is dat je met een fatsoenlijke werktuigbouwkunde opleiding, je programma's zoals WinISD en Hornresp volledig kan begrijpen, en zelf kan gaan simuleren met bijvoorbeeld Matlab.

Een bafflestep kan je beter niet zomaar wegfilteren. Op pagina 383 - 386 van Mellows boek staat een slim gebruik van de bafflestep: hij rekent in een tweeweg-opzet voor hoe je met een condensator in serie met een tweeter een akoestisch hp-driewegfilter kunt bouwen (7.177), waarmee je met een enkele spoel in serie met de woofer een bijpassend aftrekfilter kunt maken (zie formules van het principe). Het lp-filter (7.178) bestaat dan uit een 1e orde laagdoorlaagfilter 'in serie' met een bafflestep die hij modelleert ahv een afstraalmodel van een gesloten box. Los van de vraag over de wenselijkheid van een aftrekfilter, geeft het een intelligent voorbeeld van een berekend gebruik van de karakteristiek van een luidspreker in je filterontwerp. Hij verwijdert die bafflestep dus juist niet, maar gebruikt hem voor het filter.

WP_20180716_002.jpg

Dit herinnert mij aan het inzicht van Eelco Grimm dat je met het wegfilteren van de bafflestep die geluidsenergie in het middenhoog kwijt bent, waardoor de klankkleur van het galmveld in je luisterruimte verstoort kan raken, wat ongunstig is. Een van de inzichten van Linkwitz is namelijk dat de 'nagalm' van een luidspreker in de luisterruimte (binnen 450ms) gevoed door het rondom afgestralende geluid van de luidspreker belangrijk bijdraagt aan de ervaring van het directe geluid. Zijn dipoolluidsprekers zijn precies daarop ontworpen, opdat de stereoweergave, het fantoombeeld direct en galmend optimaal ruimtelijk vorm krijgt, waardoor diepte, breedte en plaatsing van de opname optimaal worden (schrijft hij). Sommige dure commerciële luidsprekers hebben daarom een tweeter achterop de kast. Los van de vraag wat van een bafflestep overblijft in een luisterruimte waar het laag vaak onevenwichtig door modi versterkt wordt, geeft het aan dat je met het wegfilteren van de bafflestep het kind met badwater kunt kwijtraken. Grimm kiest in zijn LS1 eigenwijs voor een extra brede baffle om de step extra laag te leggen ipv weg te filteren.

[Tom Magchielse]

Dat idee dat in de luisterruimte sprake is van een direct en een diffuus veld, is wel een sterke simplificatie. Het idee is afkomstig uit de zaalakoestiek, waar inderdaad op voldoende grote afstand van de bron wel een soort diffuus veld optreedt.
In huiskamer-achtige omstandigheden is er eigenlijk nooit sprake van een diffuus veld, maar eerder van een groot aantal reflecties die in amplitude en fase willekeurig optellen.
Een luidspreker ontwerpen met als één van de criteria een zo vlak mogelijke karakteristiek in het diffuse veld, lijkt voor huiskamergebruik niet heel zinvol. Maar in ieder geval is voor de eerste klankindruk het directe geluid bepalend.
En dat directe geluid bestaat bij een luidspreker uit het directe geluid van de driver plus het geluid afkomstig van de kastreflecties. Die zijn voor het oor allemaal direct geluid. De balans in dat directe geluid wordt door de baffle-step verstoord. Omdat we in een huiskamer niet te maken hebben met een diffuus veld, lijkt het voordeliger om toch maar het directe geluid te corrigeren. De ervaring leert dat correctie van de baffle-step ook gehoormatig heilzaam werkt.

Overigens zullen de reflecties van het kastfront leiden tot een frequentie-afhankelijke toename van de bundeling, juist in dat baffle-step gebied. Door die extra bundeling neemt de druk op de as van de luidspreker toe, wat we "baffle-step" noemen. In dat gebied zal de verhouding tussen het directe geluid en het totaal afgestraalde geluid iets toegenomen zijn, anders gezegd: het diffuse veld ( als je daarvan wilt spreken) zal naar verhouding iets zwakker zijn.
Corrigeer je de baffle-step niet, dan zal het "diffuse veld" vlak kunnen zijn, en het directe veld niet. Corrigeer je wél, dan is het directe veld vlak en het diffuse veld niet. Maar de verhouding direct/diffuus blijft hetzelfde. Deze wordt niet door filtering bepaald, maar (mede) door de kastvorm.
vr groet,
Tom M

[ds23man]

Als ik goed heb, is de LS1 vnl ontworpen door Bruno P. en niet door Eelco.

[Wieger61]

Klopt, als je afgaat op de pdf-auteur van het white paper over de Grimm LS1 (en de voordelen van een brede baffle). Het bevat inderdaad typische Bruno-uitspraken, zoals 'If we can get reasonable, constant directivity above that, we have a design spec!'.

[Wieger61]

Dat idee dat in de luisterruimte sprake is van een direct en een diffuus veld, is wel een sterke simplificatie. Het idee is afkomstig uit de zaalakoestiek, waar inderdaad op voldoende grote afstand van de bron wel een soort diffuus veld optreedt.
In huiskamer-achtige omstandigheden is er eigenlijk nooit sprake van een diffuus veld, maar eerder van een groot aantal reflecties die in amplitude en fase willekeurig optellen.

Desalniettemin verklaart Linkwitz de kwaliteit van zijn Open-Baffle-ontwerpen aan de hand van de zogenaamde reverberation distance, de afstand waarop in de luisterruimte de geluidsdruk van het galmveld gelijk is aan dat van het directe geluid, een maat inderdaad relevant in zalen (ivm verstaanbaarheid). Het niveau van het laatste neemt af naarmate je verder verwijderd van de speaker luistert. Gelijk blijft dat van het het galmveld in dit model. Zie plaatje van LS. Nu klinkt het galmveld bij een OB zachter (4.8dB minder), wat volgens SL tot het volgende voordeel leidt: "The 4.8 dB lower level of the reverberant field in the case of the dipole significantly reduces the masking influence of the room upon sonic detail. It eliminates the sensation of overload of the room during loud passages of program material and makes your listening sessions much less noisy to your neighbors."
Ergo: Het galmveld bepaalt mede het luistergenot. http://www.linkwitzlab.com/rooms.htm

Galmveld kamer.gif

[Wieger61]

Mellows analytische oplossingen geven interessante inzichten in de rol van randreflectie en bafflestep op de response. Neem de response van een kogelvormige kast met een ronde speaker van dezelfde vorm met diameter a. Zeg maar met perfect afgeronde hoeken. Zie plaatje.

WP_20180718_004.jpg

Dit is het resultaat op grote afstand (far field):

WP_20180718_005.jpg

Interessant is hier de alfa = 60 graden curve (zoals in figuur 12.16), omdat Mellow die curve ook voor een vlakkeschijfluidspreker berekent:

WP_20180718_006.jpg

Met als resultaat (let op andere vertikale dB-schaal):

WP_20180718_007.jpg

Beide modellen leveren een baffle step (logisch), maar het effect van de randreflectie van de laatste is sterker (~7dB ipv ~4dB @ 60 graden) dan de eerste en treedt bij veel lagere frequentie op: rond ka 2 ipv 10. De rand van de vlakkeschuifluidspreker werkt als ringbron, verklaart Mellow, en dat is te zien (en te horen).

[Wieger61]

Wat wellicht interessanter is om uit te zoeken is welke kastvorm het meest de originele, gemeten op een oneindige baffle, response van een driver recht doet.

Verwerk je luidsprekers in de muur, of in een volle-breedte kastwand. Zoiets heb ik gedaan met een 16 cm woofertje, die daardoor gelijk een stuk voller klonk. Het verschil was ook duidelijk te meten. Ook in het niveau van enkele staande golven: sommige sterker, andere zwakker. Hoe het uitpakt, weet je pas als je het hoort, na de verbouwing van je luisterruimte .
Het bovengenoemde filter van Mellows maakt van een nadeel een voordeel en werkt de BS weg zonder filteren. Hij gebruikt de BS voor het filter.

[Tom Magchielse]

Voor de volledigheid±
De afstand waarbij direct veld en galmveld even sterk zijn bedraagt voor een omnidirectionele bron 0.1*(V/pi*T)^1/2
Gaan we uit van een huiskamer met V=80m3 en T=0.5 s dan krijgen we een zgn galmstraal (=reverberation distance) van 71 cm. Is er een richteffect van zeg 6 dB dan neemt de galmstraal in de hoofdrichting van de bron toe tot 1m. ( Room Acoustics, H Kuttruff blz 120)
M.a.w. of je nu met een rondstralende of een dipool luidspreker luistert, op basis van die theorie zit je in een huiskamer altijd voorbij de galmstraal. Dat zou het waarnemen van richteffecten en details ernstig belemmeren.
Waarom klopt dat niet? Omdat de theorie van de galmstraal uit gaat van een volledig diffuus galmveld, wat in een huiskamer in het geheel niet aan de orde is. Probeer de nagalmtijd van een huiskamer maar eens te meten!
Of de OB ontwerpen van Linkwitz zo goed klinken, weet ik niet, maar er moet een andere verklaring zijn.
Tom

[Tom Magchielse]

De theoretische beschouwingen van Mellow zijn natuurlijk correct, maar zijn alleen geldig voor zeer eenvoudige geometrieën. Bij ingewikkelder vormen zoals luidsprekerkasten loopt het compleet uit de hand qua wiskunde. Je kunt uit de theoretische modellen in hoofdstuk 12 van Mellow dan ook alleen maar heel globale conclusies trekken.
Wil je het bij Mellow houden, dan moet je verder gaan naar hoofdstuk 13, waarin de "boundary integral" methode wordt besproken. Die geeft een beter houvast bij ingewikkelder kastvormen, is echter mathematisch nog onhanteerbaarder
( integralen) .
Om hiermee toch uit de voeten te kunnen is de "boundary elemnt" methode bedacht, die in gediscretiseerde vorm oplossingen geeft voor de bedoelde integralen. En zo komen we uit bij BEM software.

groeten
Tom

[Wieger61]

Interessant. De galmstralen vond ik ook merkwaardig kort. Waarom SL daarmee komt, snap ik nog niet. Wel herinner ik mij een plaatje van het geluidsverloop in een kamer na een puls vanuit een luidspreker met daarna de verschillende fases in de geluidswaarneming (direct - eerste reflecties - veel reflecties - afsterving), maar kan dat plaatje met het verhaal (van SL?) en de bijbehorende psycho-akoestische redeneringen nu niet vinden. Ingewikkeld. Wat ik uit een en ander i.i.g. afleid, is dat de on-axis optimalisatie enkel een onderdeel is van een optimaal afstemming tussen filter, luidspreker, ruimte en luisterplek. Misschien een open deur.

ps: Ik koos de modellen van Mellow juist voor de eenvoud: het toont m.i. het verschil tussen baffle step en randreflectie, voor hen die daar nog aan twijfelen. Ik vind het overigens fascinerend wat Mellows voor elkaar krijgt analytisch. Het helpt mij mijn metingen beter te duiden, voor zover mijn meetobject natuurlijk die niet te veel van zijn modellen afwijkt.

[markbakk]

Zeker interessante materie. En al een oude discussie. Dat Linkwitz’ akoestische kennis ‘not on par’ is met zijn elektronische kennis is overigens ook geen nieuws. Ik zou niet blind varen op wat hij op dat vlak beweert.

[Wieger61]

Ik heb nog even wat huiswerk opgezocht: http://www.linkwitzlab.com/Loudspeaker- ... ements.htm Voor in de vakantie

[Tom Magchielse]

Je hebt gelijk, de baffle step, of beter gezegd het optreden van een drukophoging vóór de in een harde baffle gemonteerde driver treedt altijd op, of er nu een harde rand is of niet. Gewoonlijk wordt de scherpe begrenzing van de baffle daarvoor verantwoordelijk gehouden, maar dat is onjuist. De aan het oppervlak van de baffle gereflecteerde golf is de dader, de scherpe rand zorgt alleen maar voor interferentie met het directe geluid waardoor de kenmerkende rimpels in de karakteristiek optreden.
De denkfout is waarschijnlijk ontstaan doordat het redelijk eenvoudig is de baffle step te berekenen uit de interferentie van het directe geluid en de reflecties van de rand. Dat is wat The Edge doet, en wat bijv. Bews & Hawksford en Vanderkooi hebben gedaan. Dat geeft een redelijke benadering, die in de praktijk wel voldoet, maar die het echte mechanisme verdoezelt. Zo zou je concluderen dat in een kast met ronde of sterk afgeschuinde baffleranden geen baffle step kan ontstaan (er zijn immers geen reflecterende randen meer) terwijl dat in de praktijk en volgens de BEM benadering wel degelijk het geval is.
Dat heb ik in mijn bijdrage willen laten zien, en dat hebben jouw voorbeelden uit Mellow ook duidelijk gemaakt.
vr groet,
Tom M

[markbakk]

Je hebt gelijk, de baffle step, of beter gezegd het optreden van een drukophoging vóór de in een harde baffle gemonteerde driver treedt altijd op, of er nu een harde rand is of niet. Gewoonlijk wordt de scherpe begrenzing van de baffle daarvoor verantwoordelijk gehouden, maar dat is onjuist. De aan het oppervlak van de baffle gereflecteerde golf is de dader, de scherpe rand zorgt alleen maar voor interferentie met het directe geluid waardoor de kenmerkende rimpels in de karakteristiek optreden.

Ik was je na je antwoord op mijn post van 28 april al een beetje kwijt... fijn dat ik het weer snap

[Wieger61]

Tip: Het effect (en non-effect) van de afronding op de bafflestep heb ik in het verleden ook goed kunnen simuleren met de boxsim van Visaton. Ik weet alleen niet welke modellen zij gebruiken en wat zij onder 'chamfers' precies verstaan. Wel dat ze rekening kunnen houden met de afmetingen van de baffle waarin je de driver gemeten hebt. Ze rekenen bij het simuleren blijkbaar om van de meetbaffle naar de te simuleren, ingestelde baffle. Slim.

Hoe dat met Lspcad6 moet, heb ik niet uitgezocht. Wel dat je (volgens mij) bij Lspcad6 (demoversie) helaas niet de kastafmetingen en afrondingen kunt gebruiken als parameter in de optimaliseringsroutine. Dan zou je bijv. met het filter, of met de boxvorm, of met beide tegelijkertijd als parameter de gewenste doelkarakteristiek kunnen laten uitrekenen. Bijvoorbeeld monopool, cardioïde, dipool, enz. dus met een frequentierespons afhankelijk van de hoek ivm gewenste ruimteeffecten. Zo zou je niet rekenkundig, zoals Mellow doet, maar simulerend met je computer een baffelstep op kunnen nemen in de vormgeving van je kast en je filter samen. Misschien rolt dan bijvoorbeeld de brede LS1 van Putzeys/Grimm als een mogelijk optimum uit de routine. Of een smalle kast met een bolvormige tweeter bovenop voor zij die zoveel mogelijk een rondstralende monopool willen. Natuurlijk een en ander afhankelijk van de begindata (drivers), grenzen (bijv kastformaat, kasttype) en gewenste optimaliseringspunten (filtercomponenten en baffle-afmetingen) die je zelf vooraf ingeeft.

[Tom Magchielse]

Dat is wel heel optimistische toekomstmuziek, vrees ik. Je zou het diffractie-effect "on the fly` voor iedere stap in de optimalisatie opnieuw moeten uitrekenen. De enige routines die de diffractie van een willekeurige kastvorm kan uitrekenen, zijn boundary element of verwante routines, gebaseerd op de bij Mellow in hoofdstuk 13 besproken functies van Green.
De complexiteit van die rekenroutines gaat die van eenvoudige LSP Cad programma's verre te boven ( ABEC gebruikt alle 8 processoren in mijn 3.5 GHz I7 computer, en doet er dan nog regelmatig een kwartier over..) Dus om zo'n routine op te nemen in LSP Cad....Maar niets is onmogelijk.
vr groet,
Tom M

[One World Concepts]

Ik ben geen programming expert, maar ik heb begrijpen dat een andere programmeertaal (Fortran oid?) daar nog veel in kan betekenen.
Zolang het niet langer duurt dan bv een minuut of twee, is het nog wel te overzien.

Praktisch gezien is het denk enkel interessant wanneer je vanuit een theoretisch model een luidspreker ontwikkeld.
Aangezien er fabrikanten zijn die steeds meer freq resp files opgeven, scheelt dat een hoop prototyping.
Het is echter wel interessant om te zien wat de effecten nu eigenlijk zijn zodat je daar op kan anticiperen bij het design.
Hoewel in de praktijk de looks vaak belangrijker zijn, lol

[Pjotr]

Vanuit een theoretisch model een luidspreker ontwikkelen?

Ehh jaaaaaaaaa....????????????? Meestal is er eerst iets fysiek tastbaars of waarneembaars en kan men a.d.h. daarvan een theoretisch model ontwikkelen/afleiden. Niet andersom. Maar niets is onmogelijk lijkt het hier. Stel dus voor een Toslink plugje achte de oren, of moderner, een Bluetooth doosje onder het schedeldak te implementeren. Dat ouderwetse gezeur met speakers ook

[One World Concepts]

Vanuit een theoretisch model een luidspreker ontwikkelen?

Ehh jaaaaaaaaa....????????????? Meestal is er eerst iets fysiek tastbaars of waarneembaars en kan men a.d.h. daarvan een theoretisch model ontwikkelen/afleiden. Niet andersom. Maar niets is onmogelijk lijkt het hier. Stel dus voor een Toslink plugje achte de oren, of moderner, een Bluetooth doosje onder het schedeldak te implementeren. Dat ouderwetse gezeur met speakers ook

Ik doelde op het feit dat je dus niet continu heen en weer hoeft met metingen.
Dus ipv kast maken -> meten -> corrigeren -> meten -> corrigeren -> meten, kun je dus alles direct op de PC modelleren.
Dat lukt enkel wanneer je een goede benadering hebt van de werkelijkheid.

[richard]

Heb je een suggestie voor zo’n filter?

Niet echt, maar als je zoekt op "Baxandall circuit" kom je vast wat passends tegen.

[Wieger61]

De baffle automatisch laten optimaliseren leek me handiger dan zelf achter je scherm trial en error met Edge of Boxsim of wat ook, zoeken naar een baffle die akoestisch gunstig zou kunnen klinken. Dat besteed ik liever uit.

Luidsprekers maken zonder modellen die je helpen te kiezen uit de overdaad aan fysieke mogelijkheden is onbegonnen werk. Bij het maken van een wisselfilter sta je dan stamelend in de winkel bij de vraag: 'Welk component wilt u dan? We hebben tientallen verschillende types en groottes!' Dankzij de theorie en het model van Linkwitz-Riley wordt die vraag veel eenvoudiger: Welke frequentie en welke steilheid? Overigens al moeilijk genoeg Daaruit rollen dan automatisch de waarden van de benodigde spoelen en condensatoren. Dus wat mij betreft: Lang leve de modellen! Anders blijf ik klooien

[wouter]

Bij het maken van een wisselfilter sta je dan stamelend in de winkel bij de vraag: 'Welk component wilt u dan? We hebben tientallen verschillende types en groottes!' Dankzij de theorie en het model van Linkwitz-Riley wordt die vraag veel eenvoudiger: Welke frequentie en welke steilheid? Overigens al moeilijk genoeg Daaruit rollen dan automatisch de waarden van de benodigde spoelen en condensatoren. Dus wat mij betreft: Lang leve de modellen! Anders blijf ik klooien

Er zijn zat zelfbouwontwerpen beschikbaar, wat in de praktijk in ieder geval niet werkt zijn theoretische filters!

[Wieger61]

Klopt. En in hifi- winkels kun je kant en klare luidsprekers krijgen. Nog makkelijker

[Wieger61]

De complexiteit van die rekenroutines gaat die van eenvoudige LSP Cad programma's verre te boven ( ABEC gebruikt alle 8 processoren in mijn 3.5 GHz I7 computer, en doet er dan nog regelmatig een kwartier over..)

OK, duidelijk. Ik dacht dat LspCad al geavanceerd was, want de maker zegt dat veel fabrikanten het gebruiken.

[Wieger61]

Je kunt ook aan de BS ontsnappen door vlak voordat die bij stijgende frequentie opkomt, over te stappen op een kleinere driver in een kleinere kast. Zoals vroeger de B&W801 die een woofer in een kast, een middentoner in een boxje en een tweeter in een bolletje had. Elke driver in zijn eigen kast werkt dan zonder BS als rondstralende monopool. Het kan zijn dat je rekenend aan je BS-model uitkomt op een 4-wegsysteem.