Transmissionline, moeilijk, of valt het mee.

 

Beste lezer, het hier volgende artikel is bedoeld om enige duidelijkheid te geven over het bouwen van TL kasten. De Quarter-wafe TL dan wel te verstaan.

Er wordt over TL systemen nog al verschillend gedacht, van -’t is maar niks – tot - de hemel in geprezen. En ja, het is maar wat je voorkeur is in weergave en wat je kunt plaatsen in je luisterruimte.

Zoals bij ieder luidsprekersysteem gaat er de nodige filosofie en theorie aan vooraf. Interessant natuurlijk, maar moet je dat nu eerst allemaal bestuderen voor je kunt gaan bouwen? Welnu, dat valt nog al mee. Ik heb het bewust weggelaten om het verhaal niet te ingewikkeld te maken en, wie zich daar toch in wil verdiepen, kan genoeg hierover op internet vinden. Bijvoorbeeld op de site van M.J.King

De gegevens in dit artikel zullen voldoende zijn om je eigen TL  te ontwerpen, want meer heb je er niet voor nodig.

 

Dit artikel is dus puur om te kunnen bouwen en niet om de Transmissionline opnieuw uit te vinden.

 

Transmissionline, de theorie,

 

De werking

 

Een TL is een open systeem, voorzien van een baskamer met daarop aansluitend een taps toelopend kanaal, de line genoemd, die uitmond in een poort. Teneinde de kastgrootte aanvaardbaar te houden wordt de line meestal enkele malen gevouwen en vormt zodoende een labyrint. Wanneer de line in resonantie is, en dit is bij 1/4 van de golflengte van de grondfrequentie, dan keert er van het open einde een reflectie terug. Deze reflectie bereikt de achterzijde van de conus in tegenfase, waardoor ongewenste conusbewegingen bij resonantie worden verminderd. De even harmonischen, die optreden op iedere kwart golflengte van de grondfrequentie ( ieder even veelvoud van de grondfrequentie ) worden door het labyrint onderdrukt. Daarom is men bijzonder geïnteresseerd in de oneven harmonischen.
De reflektie van de derde harmonische bereikt het eind van de lijn in fase en geeft dus geen probleem.  De vijfde harmonische komt daar uit fase en moet worden gedempt. Door deze vijfde zijn er 3 punten in de lijn, waar gedempt moet worden om een verzwakking van ca 3 dB te bewerkstelligen. (lengte gedeeld door vijf geeft drie punten tussen eind en begin)

De eind korrektie.

Doordat de luchtdeeltjes de poort met een grote snelheid verlaten, volharden deze een korte tijd in deze beweging en "zien" daardoor een langere line dan er in werkelijkheid is. Dit wordt veroorzaakt door het wervelings effect. Hierdoor kan een eindkorrektie worden toegepast waardoor de line iets korter mag worden. Maar het hoeft niet persé.

 

De invloed van dempingsmateriaal op de geluidssnelheid.

Wanneer dempingsmateriaal in de line wordt aangebracht, zal er door de passerende luchtdeeltjes een warmte wisseling plaats vinden. Dit wordt het isothermisch effect genoemd. Hierdoor wordt het kastvolume schijnbaar groter en ook wordt de geluidssnelheid lager. Indien te weinig demping wordt aangebracht, wordt het maximale isothermische effekt niet bereikt, terwijl met te veel demping een mechanische belemmering ontstaat. De normale geluidssnelheid is 340 m/sec en wordt onder ideale isothermische omstandigheden verlaagd tot 290 m/sec. Voor de berekeningen wordt daarom een gemiddelde van 300 m/sec aangehouden.

Demping versus de Q-faktor van het totale systeem.

De Q-faktor oftewel de kwaliteitsfaktor is een vergrotingsfaktor waar mee de resonantie wordt vergroot. Indien te veel demping wordt aangebracht, wordt de Q-faktor van het hele systeem laag en het geluid dik en dood. Bij te weinig demping wordt de Q-faktor te groot en ontstaat er een bult in de weergave karakteristiek. Een boemerig geluid dus.
Het effect dat kan ontstaan in de woonkamer ten gevolge van terugkaatsend geluid naar de speaker is te verwaarlozen. Er kan door dit effekt een EMK (elektro-motorische kracht) in de speakerunits  ontstaan, die de Q-faktor verhoogt. Gewoon vergeten want onder normale luister omstandigheden zul je daar niks van merken.

De invloed van het taps toelopen van de line.

 

Indien het oppervlak van de doorsnede van de line over de gehele lengte gelijk zou zijn, wordt één bepaalde frequentie benadrukt, net als bij een orgelpijp. Daarom dient deze doorsnede naar het einde toe geleidelijk verminderd te worden, teneinde mogelijke resonantie’s te verminderen en te verspreiden over een breed frequentie gebied. Indien de vermindering van de doorsnede echter te groot wordt genomen, zal dit de kwaliteit van de bas weergave aantasten, hetgeen zich uit door een "opgesloten en omfloerst" geluid. Voor de duidelijkheid, dan is de uitgangsopening dus te klein.

 

Samenvatting van de werking van de TL.

1- Het versterken van de output beneden de resonantie frequentie van de speaker en het beperken van de ongewenste conusuitslagen.
2- Het dempen en beheersen van de conusbewegingen bij resonantie.
3- Versterken en het verkrijgen van een rechte weergave van 30 tot ca 120 Hz. Afhankelijk van de resonantie frequentie van de basspeaker
4- Het verzwakken van de vijfde harmonische met ca 3 dB
5- Verzwakken van de weergave boven 150 Hz.
6- Het leveren van de vereiste Q-faktor.

De praktijk.

De lengte van het labyrint wordt bepaald door deling van de geluidssnelheid door de resonantie frequentie en dat gedeeld door vier. Dus met de volgende formule:

 

L= 1/4 x C/fs  ( lengte zonder eindcorrectie.)

 

C is de gemiddelde geluidssnelheid in de line en dus 300 m/sec en fs de resonantie frequentie van de basunit.

 

Of:

 

Je kunt ook de lengte van de line verminderen met een verkortingsfactor die afhankelijk is van de oppervlakte van de doorsnede. Dit laatste mag maar hoeft niet persé. Het verband tussen de lengte L en de doorsnede A wordt gegeven in de formule:

 

L= 1/4 x C/fs - 1,7 x de wortel uit A/pi  ( lengte met eindcorrectie.)

 

Hier is fs de resonantie frequentie van de basunit. pi is een wiskundig begrip maar is het getal 3,14 . Hier is A dus 1,5 maal het stralend oppervlak van één driver. Die 1,7x de wortel uit A/pi, is dus die verkortingsfactor. ( verwaarloos ik meestal, zeker als de uitgang niet bij de vloer zit )

 

Wanneer is nu de line in resonantie. Welnu, dat is als de lengte van de line 1/4 golflengte is van de grondfrequentie van de basunit, of te wel de Fs van die unit. Hoe reken je dat dan uit? Welnu, met de volgende formule waarbij we even aannemen dat de fs van de unit 30Hz is.

Met de formule voor het berekenen van de lengte van de line, kom je dan op 2,5 mtr. Dus,

 

1/4 x C/L , dus, 1/4 x 300/2,5 dan kom je op 30 Hz.

 

Voor het verkrijgen van de verlangde kwaliteit moet de doorsnede van het begin van de line ca 50% groter zijn dan het stralend oppervlak van de basunit, terwijl de line eindigt met een oppervlak gelijk aan dat stralend oppervlak.(is het stralend oppervlak van de basunit)
De lengte van de line begint direct achter de woofer. Bij meerdere basunits ga ik uit van het midden van die woofer opstelling.

En hoe reken je het oppervlak uit van een circelvormig iets?

 

1/4 x pi x dia kwadraad.

 

Dus, als voorbeeld de diameter is 10 cm. Dan wordt het oppervlak:

 

1/4  x 3,14 x 10 x 10 = 78,5 cm* Begin van de line wordt dan dus 1,5 x 78,5 = 117,75 afgerond dus 118 cm* .

 

De praktische praktijk van uit mijn ervaringen.

Hoe te beginnen. Welnu, je kunt op zoek gaan naar een bouwpakket natuurlijk, maar als je het aandurft, met eigen fantasie een kast te creëren, moet je er met dit verhaal uit kunnen komen.

Je moet dan dus op zoek naar units en als je dan een keuze gemaakt hebt voor de te gebruiken units, wordt de kastafmeting vooral bepaald door de woofer(s). Bepaal de breedte van het front zodanig dat de woofer er mooi op past. De inhoud van de kast werk je vervolgens uit naar achter toe. Afhankelijk van de lengte van de line zal die één of meerdere keren moeten worden opgevouwen.

Niet vergeten het mid /hoog compartiment te integreren. Dit compartiment kan naar keuze basreflex of gesloten zijn. Hangt ook een beetje af van de te gebruiken basmid unit. Een los boxje hiervoor kan natuurlijk ook.

De afstemming voor de laagweergave van het compartiment is niet kritisch want de TL doet dat laag al wel.

 

Nu zijn de meeste TL ontwerpen met één basunit ontworpen, maar meerdere basunits in een TL kan heel goed. Dit moeten dan wel gelijke units zijn.

Als je meer dan 1 basunit wilt gebruiken, dan hoeft het begin van de line in oppervlak niet groter te worden. Waarom niet?

Veronderstel je hebt 10 Watt en één unit. De conusuitslag zou dan bv 1cm zijn. Zet je nu nog een unit parallel of in serie, dan zal het vermogen over de twee units worden verdeeld en deze dus nog de halve uitslag maken. De lucht verplaatsing in de line blijft dus vrijwel het zelfde als met één unit. Het heeft ook nog een voordeel.

Met meerdere woofers wordt het effectieve conusoppervlak vergroot, waardoor het afgestraalde geluidsvermogen toeneemt  ten opzichte van één bas. Meerdere basunits zullen dus  minder last hebben van intermodilatievervorming omdat ze samen een minder grote conus uitslag hoeven te maken dan één, om de zelfde geluidsdruk te leveren.

 

Denk daarbij wel aan het volgende,

 

- als je twee woofers in serie zet, zullen ze even hard spelen als de enkele woofer maar je moet er in je passieve filter rekening mee houden dat de impedantie verdubbeld is. Je past dit toe als je zowel je woofers als je versterker minder hard wilt laten werken, maar niet geïnteresseerd bent in grotere geluidsdruk.
- als je twee woofers parallel zet, neemt de geluidsdruk toe met 6dB, maar houd er dan wel rekening mee dat je versterker het dubbele vermogen moet leveren ( = de dubbele stroom ).
- als je vier woofers in een combinatie van serie en parallel schakelt, zodat de totale impedantie gelijk blijft, heb je 6dB toename in geluidsdruk, terwijl je versterker even hard moet werken en elke woofer maar de halve uitslag hoeft te maken. Dat is natuurlijk een geweldige winst maar het kost je het nodige aan drivers.

.

Nog een voordeel van twee of meer basunits in een line, is, dat ze elkaars lopende en staande golven tegenwerken, waardoor het dempen van de line gemakkelijker wordt. Een dunne laag dempingsmateriaal langs de achterwand van de line doet het dan bij mij goed. Pas op met het “opvullen” van delen in de line. Dat kan negatief uitpakken. Opgesloten bas. Altijd eerst uitproberen tot je oren zeggen dat het goed is.

 

Voor de woofers worden units gekozen met een Qts van 0,5 tot 0,7. Dit soort units gaan wat verder in het laag dan die met een lage Qts en dat willen we graag. Een unit met een lagere Qts zal wat verder doorlopen in het hogere laag of lage mid gebied.

 

Het filteren is een kwestie van keuze en de toe te passen units.

Zoals je hiervoor al hebt kunnen lezen, is een TL alleen functioneel tot ca 150Hz. Daarboven zal de line het signaal gaan afzwakken. Nu zijn de meeste ontwerpen zo gefilterd dat de scheidingsfrequentie tussen laag en mid bij de 500 Hz ligt. Dus, tussen die 150 en 500 Hz, moet die woofer het maar zien klaar te spelen, wat soms wel lukt, maar daar toch moeite mee zal hebben vanwege ook de negatieve invloed van de line bij die frequenties. Middentonen kunnen in tegenfase de uitgang van de line bereiken en zo de weergave verstoren. Men noemt dit wel het TL gat. Toch een soort dipje in de weergave dus.

Dit verschijnsel wordt nog wel eens opgelost door een extra basunit in een eigen compartiment toe te voegen. In dat geval wordt de “grote” bas laag afgefilterd en loopt de tweede door tot de overname frequentie van de midunit.

Gegevens over filters zijn te vinden in het artikel over filters, ook hier op de homepage.

 

Welnu, ik vind het opvallend dat ik geen last heb van een TL gat met een twee en halfweg filter. Het geeft een vloeiend verloop van laag naar mid met een simpele manier van filteren.

Ik filter dan de bas af op 100 Hz, want hoger heeft immers geen doel en geeft ook nog negatieve effecten. Vervolgens laat ik een basmid, liefst een breedbandig type, meelopen om die vervolgens af te filteren op de overnamefrequentie van de tweeter die je wilt toepassen. En die frequentie is niet afhankelijk van je smaak, zoals ik zo vaak lees, maar van je eigen interpretatie van dat, wat bij jou als realistische weergave overkomt.  Een crossover tussen mid en hoog op ca 4000Hz voldoet mij erg goed en alles 6 dB. Maar je kunt kiezen voor hogere orde filters en andere scheidingsfrequenties als je dat beter denkt te vinden.

 

Dan nog even twee plaatjes van hoe een line gevouwen kan zijn. De rode lijn geeft aan hoe je de lengte van de line in de praktijk meet.

A is in deze gevallen het mid/hoog compartiment.  B het begin met daar achteraan  C en D die in doorsnede steeds kleiner worden.

 

 

Tot slot,

 

Ik hoop dat ik met dit artikel enige duidelijkheid heb geschapen over het bouwen van TL kasten. Als het goed is, moet je met dit artikel in de hand, enige fantasie voor de vormgeving en je oortjes (meten mag ook) voor de afstelling van de units, een TL kunnen bouwen. Moeilijker is het niet.

Na dit gelezen en bestudeerd te hebben, zul je best nog wel vragen kunnen hebben. Nou, we hebben ook nog een forum waar je met vragen terecht kunt.

 

TL kasten zijn vaak niet echt klein en als je luisterruimte ook nog de woonkamer is, dan eventueel bloemetje er op, de kleurstelling een beetje aanpassen aan de rest van het interieur en dan is iedereen blij.

Veel succes met bouwen.

 

Sietse