Passief filterontwerp voor 2-weg monitor

Bericht door **jeroen_d** » za 29 mar 2008, 13:47

Ik krijg nogal eens vragen, van mensen die net zijn begonnen met meten, hoe dat nu precies te doen en dan een filter te ontwerpen.

Omdat ik voor Toto een nieuw filter ontwerp voor mijn ultieme monitor (hij heeft ze overgenomen), hierbij verslag van hoe dat dan gaat bij mij. Natuurlijk kan het ook anders, maar dit is zoals ik het doe.

Allereerst begin ik met de monitor lekker vrij op te stellen en doe ik impedantiemetingen van de woofer en tweeter. Direct daarna een meting met de microfoon vlak voor de conus, met maximale resolutie. In mijn geval betekent dat met DLSA Pro de instelling FFT-length 4096 bij een sample rate van 51kHz. Mensen die met ARTA meten kunnen gemakkelijk een hogere resolutie halen met de default stand van FFT-length 32k en sample rate 48kHz, dat is prima om mee te werken.

De getoonde impedantiemeting is die van de Peerless HDS 1" tweeter.

Om nog even te showen hoe goed de inwendige sphere/tube van mijn ultieme monitor werkt, heb ik de waterval van de dichtbijmeting toegevoegd. Ook aan het amplitude en faseverloop van de dichtbijmeting kun je zien dat er tot 2kHz vrijwel geen resonanties in het systeem zitten.

Bericht door **jeroen_d** » za 29 mar 2008, 13:58

Vervolgens plaats ik de microfoon op de juiste hoogte precies tussen woofer en tweeter. Daarna zet ik de microfoon op 1 meter van de baffle vandaan.

Bericht door **b_force** » za 29 mar 2008, 14:06

Mooi verslagje, dit geeft een beetje het idee van mijn workshop die over een tijd gegeven wordt

Daar ga ik ook op zulke aspecten in, maar ok nog veeeeel meer

Typische kleurtje, zo zwart ipc grijs

en ehm is je heilige mic standaardje nu vervangen voor een high-tech mic standaard

Bericht door **jeroen_d** » za 29 mar 2008, 14:07

Dan calibreer ik mijn meetsysteem op 2,83V, dit kan met DLSA Pro door een 1:10 probe op de uitgang van de meetversterker te plaatsen en dan de volumeregeling te draaien totdat je op LINE1 0,283V meet.

Bericht door **jeroen_d** » za 29 mar 2008, 14:57

Dan de eerste meting van de midwoofer Peerless HDS152excl. waarbij de impulsresponse en de amplitude/faserespons wordt bepaald.

Bericht door **jeroen_d** » za 29 mar 2008, 15:03

Die meting heeft last van reflecties, dat vind ik onhandig. Daarom wordt het tijdvenster verkleind. Marker 1 zet ik vlak voor het begin van de impulsrespons en marker 2 net voor de eerste reflectie die hierin zichtbaar is. Dat levert een veel betere weergave op van wat de speaker doet, maar er is nu geen informatie meer beneden 250Hz. Dat is de reden dat ik de dichtbijmeting heb gedaan, ik ga later deze metingen combineren.

Bericht door **jeroen_d** » za 29 mar 2008, 15:19

Met de microfoon in dezelfde positie wordt nu de tweeter opgemeten.

Bericht door **jeroen_d** » za 29 mar 2008, 16:01

Nu meet ik de speaker ook op onder 15, 30, 45 en 60 graden. Hieronder is van deze metingen de amplituderespons uitgezet. Bij elke hoekmeting laat ik de microfoon dan wel monitor vast staan en meet ik zowel de woofer als tweeter op. Dit is belangrijk voor de amplitude, maar nog belangrijker om de faseverschillen tussen woofer en tweeter constant te houden. Je hoeft dan in het filterontwerp programma niets te doen aan fasecorrectie. De meetresultaten zijn direct bruikbaar.

Bericht door **jeroen_d** » za 29 mar 2008, 17:03

Hierbij, voor degene die ook eens wil spelen met filterontwerp programmatuur, de impedantie files (elektrisch) en de data met de microfoon opgenomen (akoestisch). Verder ook nog de files voor een ideale luidspreker met 90dB rendement, inclusief een bestand met een tilt-functie.

Bericht door **jeroen_d** » za 29 mar 2008, 17:31

Nu dus met de meetdata aan de slag. Ik gebruik het liefst speakerworkshop hiervoor. Eerst moet ik het volledige spectrum van de midwoofer bepalen door middel van bafflestep simulatie. Daarvoor roep ik de hulp in van The Edge. In dit programma voer ik de baffle van de monitor in met de midwoofer daarop en de microfoon op de hoogte en afstand zoals het in de meting was. Het resultaat is hieronder te zien, The Edge stelt dan een bafflestepcompensatie voor. Ik heb voor R1 een waarde van 6 ohm ingevuld, dat is dezelfde waarde die in het bestand zit voor de ideale luidspreker (ideal.zma).

Bericht door **jeroen_d** » za 29 mar 2008, 17:42

Het door The Edge voorgestelde circuit 1 heb ik ingevoerd in speakerworkshop en losgelaten op de ideal luidspreker. Circuit 1 van The Edge is in onderstaande figuur gerealiseerd met L en R2. Het resultaat is de blauwe lijn, dezelfde lijn als te zien was in de simulatie met The Edge.

N.B. die blauwe lijn is de compensatie van de bafflestep. Om de bafflestep te simuleren wil ik juist het tegenovergestelde loslaten op de midwoofer. Het tegenovergestelde circuit wordt gevormd door C en R3 en levert de groene lijn op.

Bericht door **jeroen_d** » za 29 mar 2008, 18:02

Nu even rustig kijken naar de figuur hieronder. De blauwe lijn is de dichtbijmeting van de midwoofer. De groene lijn is de midwoofer waar ik het circuit voor bafflestepsimulatie heb losgelaten. Ik heb de midwoofer niet zijn eigen impedantie gegeven, maar de ideale 6 ohm impedantie met het ideal.zma bestand. De rode lijn is de meting van de midwoofer met de microfoon op 1 meter afstand.

Rp1 en Rp2 zijn aan de bafflestepsimulatie toegevoegd. Dit is om het niveau van de midwoofer aan te passen op de rode lijn. Rp1 en Rp2 houden de impedantie gelijk aan 6 ohm en verzwakken de midwoofer met 2,7dB.

Verder heb ik de midwoofer 3 cm naar voren gezet in de simulatie, zodat de fase (lichtgroene lijn) netjes aansluit op de fase van de meting op 1 meter (lichtrode lijn).

De resulterende groene lijn sluit nu heel mooi aan op de rode lijn. De groene curve kan met speakerworkshop worden ge-exporteerd. De data tot 250Hz in het ge-exporteerde bestand knip ik eruit en plak ik bij de data in het bestand dat hoort bij de rode lijn (HDS152excl.frd).

Bericht door **jeroen_d** » za 29 mar 2008, 18:03

Er ontstaat dan een nieuwe HDS152excl.frd, ik heb hem bijgevoegd en de curve hieronder getoond.

JuuL · Bericht door **JuuL** » za 29 mar 2008, 18:41

Mooie tutorial Jeroen, bedankt!

Een paar dingen zijn me nog niet duidelijk:

Ook aan het amplitude en faseverloop van de dichtbijmeting kun je zien dat er tot 2kHz vrijwel geen resonanties in het systeem zitten.

Een resonantie in de amplitude meting krijg je te zien door een bult, maar hoe zie je dit bij de fase meting? Dan verspringt deze zeker flink?

Nu meet ik de speaker ook op onder 15, 30, 45 en 60 graden. Hieronder is van deze metingen de amplituderespons uitgezet. Bij elke hoekmeting laat ik de microfoon dan wel monitor vast staan en meet ik zowel de woofer als tweeter op. Dit is belangrijk voor de amplitude, maar nog belangrijker om de faseverschillen tussen woofer en tweeter constant te houden. Je hoeft dan in het filterontwerp programma niets te doen aan fasecorrectie. De meetresultaten zijn direct bruikbaar.

Waarom hoef je dan niets te doen aan fasecorrectie? Want dan simuleer je al voor elke hoek?

voodooless · Bericht door **voodooless** » za 29 mar 2008, 18:50

Staan een flink aantal goede tips in. Erg netjes gedocumenteerd!

Bericht door **jeroen_d** » za 29 mar 2008, 18:58

JuuL schreef:
Mooie tutorial Jeroen, bedankt!

Een paar dingen zijn me nog niet duidelijk:

Ook aan het amplitude en faseverloop van de dichtbijmeting kun je zien dat er tot 2kHz vrijwel geen resonanties in het systeem zitten.
Een resonantie in de amplitude meting krijg je te zien door een bult, maar hoe zie je dit bij de fase meting? Dan verspringt deze zeker flink?

Ja, je ziet in Toto11.jpg net boven 2kHz een dip ontstaan. Die gaat gepaard met onregelmatigheid in het faseverloop, dat loopt niet mooi lineair door naar beneden.

Nu meet ik de speaker ook op onder 15, 30, 45 en 60 graden. Hieronder is van deze metingen de amplituderespons uitgezet. Bij elke hoekmeting laat ik de microfoon dan wel monitor vast staan en meet ik zowel de woofer als tweeter op. Dit is belangrijk voor de amplitude, maar nog belangrijker om de faseverschillen tussen woofer en tweeter constant te houden. Je hoeft dan in het filterontwerp programma niets te doen aan fasecorrectie. De meetresultaten zijn direct bruikbaar.
Waarom hoef je dan niets te doen aan fasecorrectie? Want dan simuleer je al voor elke hoek?

Wat sommige anderen doen, is de microfoon verplaatsen en hem eerst op 1 meter van de woofer zetten en daarna op 1 meter van de tweeter (de baffle is hellend). Ook wil men de microfoon wel eens in hoogte verplaatsen hiervoor. Het nadeel hiervan is, dat omdat je het akoestisch centrum van de driver niet kent, je dit moet gaan gokken en de woofer en tweeter in je simulatie tov elkaar moet gaan verschuiven. Eigenlijk vind ik dit dus een slechte methode, de faserelatie is dan zoek. Je moet de onderlinge fase tussen woofer en tweeter niet simuleren, die moet je van de woofer en tweeter meten terwijl je de microfoon en de monitor niet verplaatst.

Bericht door **jeroen_d** » za 29 mar 2008, 20:37

De doelcurve die ik wil bereiken is een 2dB/dec tilt functie tot 4kHz. Boven 4kHz begint de tweeter te bundelen en geeft doortrekken van de tilt een te tam hoog. Bij 100Hz wil ik het -6dB punt hebben, zodat Toto de monitor kan aanvullen met een sub of hem als surround box bij de Galactica gebruiken.

Om richting deze doelcurve te komen moet ik een 1,5mH spoel voor de midwoofer zetten. Nu heb ik wel de echte impedantie van de HDS152excl gebruikt in de simulatie (HDS152excl.zma). De ideal_tilt heb ik met 4dB verzwakt, zodat de lijnen over elkaar komen te liggen. Deze resulterende tilt functie gebruik ik zo dadelijk om de laag- en hoogdoorlaat doelcurves te bepalen.

daniel · Bericht door **daniel** » za 29 mar 2008, 22:41

Zeer inzichtelijk verhaal, ben benieuwd wat er nog komen gaat! Toch een vraag:

Klopt het dat je voor de woofer en tweetermetingen andere gates hebt gebruikt? En wat is het gevolg daarvan voor je fasemeting?

Bericht door **jeroen_d** » zo 30 mar 2008, 0:27

Ja, ik heb iets andere gates gebruikt, de reflecties zitten op iets andere punten. Dit maakt niet uit voor de fasemeting, die wordt bepaald door het tijdstip van het begin van de impulsrespons en die ligt vast.

Rudy · Bericht door **Rudy** » zo 30 mar 2008, 0:28

Klopt het dat je voor de woofer en tweetermetingen andere gates hebt gebruikt? En wat is het gevolg daarvan voor je fasemeting?

Dat is ook de reden waarom hij dit moest compenseren met die 3cm afstand. Als je voor iedere driver dezelfde begin waarde gebruikt dan hoeft dit niet ( er vanuitgaande dat de afstand van de microfoon hetzelfde blijft uiteraard, wat altijd een must is ).

mvg Rudy

Bericht door **jeroen_d** » zo 30 mar 2008, 0:35

Nee rudy, dit compenseren van de afstand komt voort uit het feit dat ik in de dichtbijmeting geen gating gebruik. Feitelijk is de fasemeting vlakbij de woofer zuiverder dan die van de meting op 1 meter afstand.

Het gebruik van een gating leidt tot te grote fasedraaiing in het laag en hoog, aan de randen van je meting dus. De beperkte gating van 3-4ms zorgt voor rekenfouten in de FFT. Dit zie je nog harder terug in de fase dan in de amplitude.

Ik doe het in de simulatie alleen om geen fasesprong te krijgen. Het is verder niet zo belangrijk, het heeft geen invloed op de overgang tussen midwoofer en tweeter.

Ik zou je kunnen laten zien dat het verplaatsen van de markers geen invloed op de fasemeting heeft. Maar dat kost me teveel moeite, inmiddels is alles alweer opgeruimd. Misschien verderop in dit draadje nog een keer, wanneer ik het filter heb gesoldeerd en op correctheid ga controleren met een meting.

Morgen zal ik het filterontwerp verder toelichten.

Rudy · Bericht door **Rudy** » zo 30 mar 2008, 1:56

Ik zou je kunnen laten zien dat het verplaatsen van de markers geen invloed op de fasemeting heeft. Maar dat kost me teveel moeite, inmiddels is alles alweer opgeruimd. Misschien verderop in dit draadje nog een keer, wanneer ik het filter heb gesoldeerd en op correctheid ga controleren met een meting.

Je positie van je eerste marker heeft een enorme invloed op je fasemeting, maar als je het teveel werk vind, ik begin binnen 2 a 3 weken aan een 2 wegje, zal de stelling dan wel documenteren.
( zit te wachten op droog weer ... )

Yannick · Bericht door **Yannick** » zo 30 mar 2008, 7:15

Ik vind het zelf niet zo heel gek dat Jeroen_d geen zin heeft om heel de zooi weer op te trommelen alleenmaar omdat iemand beweert dat er iets niet klopt, of anders zou moeten zijn.

Verder wil ik alleen nog maar zeggen: 'Hou het gezellig!' en 'Bedankt voor de ontzettend duidelijke uitleg, jeroen!'

Bericht door **Wowly** » zo 30 mar 2008, 9:17

Het is nog steeds gezellig, mocht Yannick dat gemist hebben. Wat nu zal gaan volgens zijn vragen over methoden over en weer waar bepaalde voorkeuren uit naar voren zullen komen. Hierbij zie ik het niet gebeuren dat het er niet gezellig door zal worden. Dit zijn nu juist de meest waardevolle momenten van het forum

Daarbij stelt rudy zich erg goed op door zelf met een onderbouwing te komen (en deze niet van jeroen te verwachten), dus het word een buitengewoon waardevolle draad. Tot nu toe volg ik dit tenminste met zeer grote belangstelling!!! Goed werk!!!

Wowly

Martijn H · Bericht door **Martijn H** » zo 30 mar 2008, 11:34

Mooi verslag!

Mag ik weten watvoor afwerking de kast precies heeft? Watvoor verf is dat? Vind het erg mooi!

mvg,

Martijn