Zelfbouw Dipool Bandje, reductio ad minimum

[Dan]

Wauw, buiten de resonantie is dit gewoon geweldig! Ik had dit nooit verwacht, het waterval diagram is gewoon fantastisch. Wat betreft het verwachte "harmonica effect", zou het bandje niet te behandelen zijn bv door het te verhitten en vervolgens laten schrikken in een olie badje?

Mvg Reinder

Wat verwacht je te bewerkstelligen met een warmtebehandeling?
Als je het mij vraagt raak je de versteviging van de gevouwen ribbels kwijt. Het bandje wordt slapper.
Het snelle afkoelen doet niets met zuiver aluminium. Dat is meer iets voor koolstof- of gelegeerd staal denk ik.
Maar stel je voor dat het materiaal "harder" zou worden, dan gaat toch alleen de resonantiefrequentie omhoog?

Dat lijkt te voldoen aan de wet van behoud van ellende

Het lijkt mij dat er ergens op een slimme manier demping aangebracht moet worden.

[Gerrit]

Wauw, buiten de resonantie is dit gewoon geweldig! Ik had dit nooit verwacht, het waterval diagram is gewoon fantastisch. Wat betreft het verwachte "harmonica effect", zou het bandje niet te behandelen zijn bv door het te verhitten en vervolgens laten schrikken in een olie badje?

Mvg Reinder

Dank je
Het lijkt wel als of door de reductie tot het absolute minimum ook een hele hoop schadelijke invloeden zijn verdwenen, wat er niet is kan ook niet misgaan.

Had jij niet al eerder eens een dergelijke suggestie gedaan? Die had me mede aan het denken gezet om het bandje te etsen en zo lichter te maken. Ik heb heb al eens geprobeerd om het bandje 30 min bij 200 graden te verhitten om zo de spanning van het ribbelen er uit te halen maar dat bandje werd toen te zwak en ging vervormen door flexen. Het flexen is nu echter een veel kleiner probleem, misschien dat het nu wel gaat.
Ik heb nog folie liggen van 6µm, maar ik wil nu ook nog dunnere folie gaan proberen om enerzijds het rendement te verhogen en anderzijds de invloed op de resonantie uit te zoeken.

Het is ook echt een bandje voor zelfbouw. Door de open constructie is het magnetisch niet afgeschermd en bovendien nogal kwetsbaar, het zal daardoor nooit in de handel komen Voor gebruik in het te bouwen systeem ga ik twee nieuwe bandjes maken, deze is nog niet optimaal wat betreft de centrering en precisie. In Maastricht is ook een Fablab, ik zit te denken om daar het triplex te laten lasersnijden, die kleine stukjes zijn anders lastig mooi gelijk te krijgen.

Ik ben heel erg benieuwd hoe dit straks gaat klinken met twee van die bandjes. Het MLS signaal hangt als nu een wolkje ruis op de plaats van het bandje maar je hersens leggen het verband niet tussen die twee, dat geeft een beetje cognitieve dissonantie, heel apart

Gerrit

[Gerrit]

Het lijkt mij dat er ergens op een slimme manier demping aangebracht moet worden.

Het is geen kwestie van demping, ik heb bij het vorige bandje uitgebreid met 'dotjes' en streepjes dun siliconenvet geëxperimenteerd en daar werd het alleen maar slechter van. Het zit in de ribbels, hier is een vervalspectrum van het vorige bandje met fijne ribbels:

De resonantie is in het vervalspectrum nog wel te zien en nog een klein beetje in de frequentiecurve zelf maar het is maar een fractie van het bandje met grovere ribbels. Ik ben er zelf van overtuigd dat met sinusvormige ribbels van de juiste fijnheid de resonantie weg te krijgen is.

Gerrit

[Pjotr]

Gezien de zig-zag vorm van de curve heb ik ergens het vermoeden dat het een gevolg is van een looptijdverschijnsel, een staande golf o.z.i. in het bandje?

[Gerrit]

Gezien de zig-zag vorm van de curve heb ik ergens het vermoeden dat het een gevolg is van een looptijdverschijnsel, een staande golf o.z.i. in het bandje?

Hier is de oude meting met de vergelijking van normaal gespannen (blauw), iets strakker gespannen (groen) en overspannen (rood) d.w.z. bijna plat getrokken:

Er moet gewoon nog meer met verschillende diktes, ribbels en spanning geëxperimenteerd worden dan zal het uiteindelijk wellicht duidelijk worden. Het is in ieder geval de moeite waard om dit uit te zoeken.
De integratie met de Neo10 wil ik toch eerst uitzoeken vanwege de mogelijke problemen door het verschil in rendement aangezien dit gevolgen heeft voor het hele systeem/idee.

Gerrit

[meiborg]

Wauw, buiten de resonantie is dit gewoon geweldig! Ik had dit nooit verwacht, het waterval diagram is gewoon fantastisch. Wat betreft het verwachte "harmonica effect", zou het bandje niet te behandelen zijn bv door het te verhitten en vervolgens laten schrikken in een olie badje?

Mvg Reinder

Wat verwacht je te bewerkstelligen met een warmtebehandeling?
Als je het mij vraagt raak je de versteviging van de gevouwen ribbels kwijt. Het bandje wordt slapper.
Het snelle afkoelen doet niets met zuiver aluminium. Dat is meer iets voor koolstof- of gelegeerd staal denk ik.
Maar stel je voor dat het materiaal "harder" zou worden, dan gaat toch alleen de resonantiefrequentie omhoog?

Dat lijkt te voldoen aan de wet van behoud van ellende

Het lijkt mij dat er ergens op een slimme manier demping aangebracht moet worden.

Tja, ik ben natuurlijk geen expert op het gebied van aluminium harden maar weet wel dat dit gebeurd bij bijvoorbeeld fietsframes. Daar echter door koud vervormen wat volgens mij ook de meest toegepaste manier is bij aluminium maar nogmaals pin mij er niet op vast.

Echter, dat de resonantie omhoog gaat durf ik niet te zeggen. Het gaat hier als het een "harmonica" effect betreft meer om een soort ongecontroleerde beweging op een bepaalde frequentie, die zou misschien prima op te lossen zijn als het materiaal minder makkelijk vervormd.

Ik zie wel meer in het experimenteren met verschillende ribbels in het bandje, als ik het mij goed herinner had dit bij het vorige bandje ook het meeste effect.

Mvg Reinder

[Dan]

Wauw, buiten de resonantie is dit gewoon geweldig! Ik had dit nooit verwacht, het waterval diagram is gewoon fantastisch. Wat betreft het verwachte "harmonica effect", zou het bandje niet te behandelen zijn bv door het te verhitten en vervolgens laten schrikken in een olie badje?

Mvg Reinder

Wat verwacht je te bewerkstelligen met een warmtebehandeling?
Als je het mij vraagt raak je de versteviging van de gevouwen ribbels kwijt. Het bandje wordt slapper.
Het snelle afkoelen doet niets met zuiver aluminium. Dat is meer iets voor koolstof- of gelegeerd staal denk ik.
Maar stel je voor dat het materiaal "harder" zou worden, dan gaat toch alleen de resonantiefrequentie omhoog?

Dat lijkt te voldoen aan de wet van behoud van ellende

Het lijkt mij dat er ergens op een slimme manier demping aangebracht moet worden.

Tja, ik ben natuurlijk geen expert op het gebied van aluminium harden maar weet wel dat dit gebeurd bij bijvoorbeeld fietsframes. Daar echter door koud vervormen wat volgens mij ook de meest toegepaste manier is bij aluminium maar nogmaals pin mij er niet op vast.

Echter, dat de resonantie omhoog gaat durf ik niet te zeggen. Het gaat hier als het een "harmonica" effect betreft meer om een soort ongecontroleerde beweging op een bepaalde frequentie, die zou misschien prima op te lossen zijn als het materiaal minder makkelijk vervormd.

Ik zie wel meer in het experimenteren met verschillende ribbels in het bandje, als ik het mij goed herinner had dit bij het vorige bandje ook het meeste effect.

Mvg Reinder

Je kan op grofweg twee manieren de weerstand tegen vervormen van een metaal beinvloeden

- door het materiaal koud te vervormen. Je vervormt daarmee de kristalstructuur waardoor er spanning in het metaal ontstaat.
Buig maar eens een paperclip om en probeer hem daarna weer recht te buigen. Dat gaat je zonder gereedschap niet echt lukken.
Als je na het koud vervormen het metaal verwarmt tot boven een bepaalde temperatuur zal herkristallisatie plaatsvinden. Daarmee verdwijnt de spanning in het metaal waardoor het weer slap wordt.

-Door het materiaal te legeren (voorzien van een extra element) waardoor de kristalstructuur onder spanning komt te staan.
Daarna zijn er nog warmtebehandelingen mogelijk of noodzakelijk om de juiste eigenschappen te verkrijgen.

Zuiver aluminium(folie) kun je dus eigenlijk alleen verstevigen door het koud te vervormen.

[meiborg]

Hmm het aluminium zou eigenlijk gewalst moeten worden tot de juiste dikte.

Mvg Reinder

[Pjotr]

Is het niet handiger om eerst eens te proberen om vast te stellen wat de oorzaak van die resonantie nu eigenlijk is voordat we met allerlei exotische oplossingen komen?

[Gerrit]

Is het niet handiger om eerst eens te proberen om vast te stellen wat de oorzaak van die resonantie nu eigenlijk is voordat we met allerlei exotische oplossingen komen?

Zeker, maar suggesties van allerlei aard zijn welkom omdat ze ook aanleiding kunnen geven tot weer andere ideeën. Een test met een bandje met fijne ribbels staat hoe dan ook op het programma, bij de vorige constructie nam de vervorming teveel toe dit zou nu niet of veel minder het geval moeten zijn. Misschien dat het probleem met een aantal verschillende experimenten 'omsingeld' kan worden en zo ook de oorzaak kan worden achterhaald.
Nog een redenering waarom het waarschijnlijk niet om een trilling als een snaar gaat: De spanning op het bandje in de lengterichting is uiteindelijk erg weinig, het is nauwelijks voor te stellen dat dit een trilling in de kHz tot gevolg heeft.
Aangezien de resonantie sterk te beïnvloeden is door de spanning en de fijnheid van de ribbels neem ik aan dat het ook niet in het frame zit (afmeting luchtspleet).
De mogelijke oorzaken zijn volgens mij:
- 'harmonica' beweging, het bandje werk door de ribbels een beetje als een AMT
- kantelen van het bandje doordat het niet exact is uitgelijnd
- zijwaartse beweging, als een slang

Gerrit

[Pjotr]

Voorlopig nog niet uit geëxperimenteerd

In dat kader zou ik eens gewoon met een vlak bandje beginnen. Heb je misschien wel meer vervorming maar het gaat er om wat die resonantie dan doet. Zoals ik al zei, die zig-zag vorm geeft aan dat het géén fase lineaire oorzaak heeft.

[jeroen_d]

En het rendement is:
75dBSPL/A op 50cm bij 2kHz
Het houdt niet over Voor 95dBSPL op 50cm is dus 10A nodig, er wordt dan 200W in de serieweerstanden verstookt. Ondanks dit trieste rendement denk ik dat het toch wel gaat werken en zullen de weerstanden niet als straalkachel gaan fungeren. Om te beginnen is een continue toon van 2kHz bij dit volume echt heel erg hard, zelfs met gehoorbescherming is het behoorlijk irritant. Vervolgens zit er in normale muziek niet zoveel (gemiddelde) energie in het hoog, zolang de versterker genoeg piekstroom kan leveren gaat het prima en zal de warmte ontwikkeling in het koelprofiel denk ik wel meevallen.
Vervolgens is er meer goed nieuws, de vervorming:

50cm-harmonics-2-3-4-5.png

De grondtoon is in rood, op 1,5kHz zitten we op 90dBSPL/50cm en bij 5kHz is dat 100dBSPL/50cm. De 2e harmonische is in groen en zit vanaf 1kHz duidelijk onder de 1%. De 3e harmonische (oranje) duikt bij 1,5kHz onder de 1% en bij 3kHz onder de 0,2% De 4e (blauw) en 5e (paars) zitten in het werkgebied onder de 0,2% Zo te zien veroorzaakt de resonantie(s) vooral 2e harmonischen, da's dan weer een geluk bij een ongeluk , dit duidt er ook op dat er sprake is van assymmetrie. De sterke toename van de 3e harmonische onder de 2kHz is consistent met de grote uitslag van het bandje, het magneetveld is niet echt constant maar wel symmetrisch en dit resulteert in oneven harmonischen.
Tenslotte nog een FFT van een multitone met een gemiddeld niveau van 83dBSPL op 50cm:

50cm-83dBSPL-multitone.png

Ook dit is weer een prima resultaat, het aantal vervormingspieken houdt zich in grenzen en ze zitten allemaal zo'n 60dB (=0,1%) of meer onder het signaal. Het is vooral goed om te zien dat er geen intermodulatie producten onder de 1kHz zitten.

Gerrit

Allereerst, mooi werk Gerrit! De waterval ziet er spectaculair uit, afgezien van die resonantie.

Ik ben minder enthousiast over de gemeten vervorming, de derde harmonische wil je onder de 0,1% hebben en dat het liefst tot geluidsdrukken van 105dB.
Een 4de en 5de harmonische zou ik niet onder de 0,2% willen hebben, die zou ik zo goed als onmeetbaar willen hebben. Een 5de harmonische van 0,1% is al goed hoorbaar.
De meeste goede dome tweeters zitten onder de 0,001% met de 4de en 5de harmonische en de beste zelfs op 0,0001%. Dat zijn waardes die ordegroottes lager liggen dan wat jij gemeten hebt.

Dus: keep up the good work maar wees niet te snel tevreden op het aspect van vervorming anders laat vrijwel elke commercieel verkrijgbare dome tweeter vanaf 30,- jouw bandje ver achter zich op dit aspect.

[Rody]

Kort door de bocht:
Harden heeft geen zin om de eigenfrequentie te verhogen. Harden verhoogt namelijk de rekgrens, de materiaalspanning waarbij overgegaan wordt van elastische (tijdelijke en omkeerbare) naar plastische (permanente, niet omkeerbare) vervorming. Het verhoogt niet de elasticiteitsmodulus. Het zorgt er wel voor dat het materiaal niet meteen in de kreukels vliegt als je er naar kijkt.
De eigenfrequentie van een buigend lichaam is grofweg afhankelijk van de massa, de materiaaldoorsnede (oppervlaktetraagheidsmoment) en de elasticiteitsmodulus. De materiaaldoorsnede en de massa beïnvloed je door met de dikte en de breedte te spelen, waarbij de breedte een lineaire invloed heeft op massa en stijfheid, en de dikte lineaire invloed op de massa, maar een ^3 effect op de stijfheid (2x zo dik is 2^3=8 maal zo stijf). Het bandje breder maken heeft geen invloed op de eigenfrequentie want hij wordt evenveel zwaarder als dat hij stijver wordt, wat elkaar opheft. Dikker/dunner maken helpt wel.

De elasticiteitsmodulus is een materiaalparameter waar je, behalve door een ander materiaal te kiezen, niks aan kan doen. Massa in principe ook, maar daar kun je mbv de geometrie nog wat mee spelen zoals hierboven staat uitgelegd.

Interessant is dat, naar stijfheid vs massa gekeken, het niet uitmaakt of je aluminium of staal kiest. De E/rho verhouding (elasticiteitsmodulus/dichtheid) is namelijk nagenoeg identiek. Aluminium is 3x zo licht per liter, maar ook 3x minder stijf. Dus om dezelfde stijfheid te behalen als staal heb je evenveel KG aluminium nodig. Dit is versimpeld tot in het extreme en natuurlijk zijn er talloze andere afwegingen om toch voor de een of de ander te kiezen. Maar toch interessant om te weten...

Gr rOdy

[Rody]

ps de eigenfrequentie is afhankelijk van wortel(stijfheid/massa). Dus 2x zo licht is 1.4 keer hogere eigenfrequentie. 2x zo stijf, idem...

[Pjotr]

Klopt allemaal Rody maar die resonantie geeft geen scherpe zigzag vorm in de responsie maar simpelweg een gemoedelijke bult.

[Gerrit]

Allereerst, mooi werk Gerrit! De waterval ziet er spectaculair uit, afgezien van die resonantie.

Dus: keep up the good work maar wees niet te snel tevreden op het aspect van vervorming anders laat vrijwel elke commercieel verkrijgbare dome tweeter vanaf 30,- jouw bandje ver achter zich op dit aspect.

Dank je

Dat zal je nog tegenvallen met de vervorming van dometweeters, hier is een multitoon spectrum van mijn vorige bandje vergeleken met de Seas Millenium van over de €200,-

De Seas is in rood, het bandje in blauw, waar rood boven blauw uit komt doet de dome het dus slechter. Er is gemeten op 50cm met een gemiddelde geluidsdruk van 85dBSPL voor de multitoon. Wat mij betreft doet het bandje het hier toch duidelijk beter. De dome produceert ook nog eens intermodulatie producten onder de 1kHz.
Het is ook niet ondenkbaar dat mijn meting van de harmonischen niet juist is. Zelfs als je bij 100dBSPL meet dan is 0,1% vervorming 60dB lager, dus 40dBSPL, dan gaat de stilte in de ruimte echt een rol spelen.
Desalniettemin is het natuurlijk zaaks om de vervorming nog verder naar beneden te krijgen ik zou het ook graag onder de 0,1% bij 100dBSPL willen hebben, vandaar dat ik bij de volgende twee extra aandacht ga besteden aan de exacte uitlijning van de magneten en het bandje. Het moet toch minimaal op een tiende millimeter precies, liefst nog beter. Daar is volgens mij nog wel de nodige winst te boeken. Door de super eenvoudige constructie zijn er eigenlijk weinig manieren waarop vervorming zou kunnen ontstaan, de belangrijkste is het magneetveld wat niet constant is, daarna komt volgens mij het flexen van het bandje doordat het veld in de breedte niet constant is.

Gerrit

[jeroen_d]

De SEAS millennium is helaas een slecht voorbeeld. Ondanks dat deze tweeter uitstekend klinkt, dus vervorming zegt niet alles, valt deze tweeter juist tegen qua vervorming. Dit kan ook wel kloppen, want ondanks dat hij heel goed klinkt, er zit een bepaalde sibilance in deze tweeter die bijvoorbeeld de Peerless HDS tweeter (tegenwoordig scanspeak discovery D2608/9130) helemaal niet kent en waarvan de vervorming van de hogere harmonischen stukken lager is.

[Rody]

Klopt allemaal Rody maar die resonantie geeft geen scherpe zigzag vorm in de responsie maar simpelweg een gemoedelijke bult.

Mijn betoog was (oa) om de veel gehoorde misvatting te ontzenuwen dat harden van materiaal het materiaal stijver maakt.

Die zigzag is vermoed ik een resonantie gevolgd door een anti-resonantie. Deze ben ik in overdrachten die ik gemeten heb vaak tegengekomen. Een gemoedelijke bult echter nog nooit...nu meet ik meestal aan metalen en/of keramische constructies die weinig demping hebben waardoor scherpe resonantiepieken ontstaan. Ik denk dat hier de snelheid te laag is om Eddy-current demping in het aluminium een rol te laten spelen.

Ik vermoed dat deze resonantie een buigmodus is van een flank van een kartel. Gevoelsmatig komt de frequentie daar wel mee overeen. Ik heb helaas nu geen FEM pakket ter beschikking, maar een handsommetje leert dat een aan beide zijden ingespannen stukje aluminium van 1mm lang, 13mm breed en 30um dik (ik kon de precieze waardes niet vinden in het topic) een f van 5kHz heeft....

Gr rody

[Pjotr]

De meeste goede dome tweeters zitten onder de 0,001% met de 4de en 5de harmonische en de beste zelfs op 0,0001%. Dat zijn waardes die ordegroottes lager liggen dan wat jij gemeten hebt.

Zow, dat is -120dB Welke tweeters zijn dat en hoe is dat gemeten? Zelfs bij de allerbeste meetmicrofoons is dat orders onder het ruisniveau ervan

[jeroen_d]

Excuus, nulletje teveel. Het was 0.01% respectievelijk 0.001%. dus -80 en -100dB

[Pjotr]

Ik dacht al, zou wel erg mooi zijn

@Rody

Zoiets, vandaar ook de suggestie om eens een vlak bandje te bekijken. Wervelstroom demping en de tegen EMK zal i.d.d. hier weinig uitmaken voor de demping. De luchtbelasting, en de demping daardoor, is daarentegen is wel weer erg hoog.

De eigenresonantie is vrij karakteristiek voor ribbons maar de Q-factor is meestal toch vrij laag, meestal niet meer dan 1 - 1,5 rond de 1500Hz - 1800Hz bij een vlak bandje en zorgt dan voor een wat neuzelig midden. Dat is goed weg te werken met een zuigkring. Hier een voorbeeldje: http://forum.zelfbouwaudio.nl/viewtopic ... 5#p1588045

Die zigzag van Gerrit is echter niet met een filter weg te werken.

[Gerrit]

Bij nadere beschouwing valt het erg mee met de hogere harmonischen. Hier is een stepped en gated sweep van het bandje en de Neo10 met EQ en 24dB/oct LR crossover bij 1,5kHz.

het niveau is 95dBSPL op 50cm (rood), 4e = groen, 5e = oranje, 6e = blauw, 7e = paars. Boven de 2kHz beweegt het zich nu rond de 0,01%

Dit draadje wilde ik reserveren voor de ontwikkeling van het bandje, dus gaat het elders verder met de integratie van de Neo10 met het bandje.

Gerrit

[jeroen_d]

Netjes die vervorming. Ik zou de crossover niet lager dan 2500Hz leggen, dan blijft het erg goed.

[Gerrit]

Terug naar de basis, met dank aan Peter voor de suggestie, drie vlakke bandjes van 10µm (standaard folie), 6µm en 4µm:

Het is lastig om de folie een beetje strak te krijgen, de 10µm folie staat nog een beetje bol. Voor de metingen heb ik nu de DLCP met de dipool correctie en het 1500Hz 24dB/oct filter in de keten zitten, dat geeft een beter beeld van hoe het er in het geheel uit gaat zien. Door de dipool correctie moet het bandje onderin meer uitslag maken en neemt de vervorming dus toe.
De MLS frequentierespons laat het verschil in rendement duidelijk zien:

Het is ook meteen duidelijk dat de resonantie weg is
Murphy is helaas niet op vakantie dus de wet van behoud van ellende geldt ook hier, door de geringere stijfheid in de dwarsrichting neemt de vervorming toe. Hier de grondtoon (rood) , 2e (groen), 3e (oranje), 4e (blauw) en 5e (paars) voor het 10µm bandje:

Voor het 6µm bandje:

En het 4µm bandje:

Het 6µm bandje doet het duidelijk beter dan het 10µm bandje, met 4µm lijkt de vervorming echter weer toe te nemen.
Het is nu dus zaaks om de juiste ribbels uit te zoeken die net voldoende stijfheid geven om de vervorming naar beneden te krijgen zonder dat de resonantie weer de kop op steekt.
En dan hier de uitsmijter, het vervalvalspectrum van het 4µm bandje

Dit is unsmoothed met een verticale schaal van 40dB
En hier met 60dB schaal:

Gerrit

[Dan]

Gisteravond schoot me nog wat te binnen. Misschien kun je de ribbels gedeeltelijk uitgloeien in baantjes of spots met een enigszins willekeurige verdeling. Met een hetelucht soldeerpistool moet dat wel lukken denk ik.