Baffle ontwerp tbv verminderen diffractie

[Tom Magchielse]

afgesplitst van origineel bouw topic tbv sticky

---

Er zijn eigenlijk maar twee goed werkende baffles:
1.Rond, als een bol, ideaal maar moeilijk.
2. Groot, met afgeschuinde randen. De afmetingen moeten groter zijn dan de langste golflengte die nog zal worden weergegeven.
Beplakken van het front met allerlei schuimachtig spul heeft in onze experimenten nooit iets zinnigs opgeleverd.
De meeste dome tweeters hebben helaas een `aangebouwde` baffle in de vorm van een faceplate, die zonder extra baffle zeer sterke diffractie problemen oplevert. Als je geen baffle wilt, zijn miniatuur Neodymium tweeters zijn prettiger.

[Tom Magchielse]

Hoe kleiner de baffle, hoe lager de periodiciteit van het diffractie-effect. Bij de bekend 10-12 cm faceplates van gangbare dome tweeters zie je vaak maar een paar grote pieken en dalen tussen 5 en 15 kHz.
Monteer je dezelfde dome op een grotere baffle, dan neemt de periodiciteit toe, er komen meer, maar kleinere pieken en dalen. Dat is qua hoorbaarheid al gunstiger.
De grotere baffle biedt ook meer mogelijkheden voor tegenmaatregelen zoals afschuinen of beplakken.
Een voordeel is ook nog dat de snelle opvolging van pieken en dalen van een grote baffle na middelen over tertsen vrijwel verdwijnt, zodat je mag aannemen dat die dan ook onhoorbaar zullen zijn.
In het algemeen zou ik zeggen :
-Maak de baffle zo smal mogelijk, met forse afschuiningen. Niet zo'n strookje van 1 cm, maar flink! Dat komt je wel op een flinke baffle-step te staan, die kan doorlopen tot in het hoge midden-gebied.
- Of: Neem en brede baffle, zoals de grote Amerikaanse luidsprekers uit de jaren '50 en '60 van de vorige eeuw hadden. Dat werkt ook prima, maar is niet helemaal conform de huidige smaak.
De gangbare "bookshelf" modellen zijn vanuit diffractie bezien het vervelendst.

[Tom Magchielse]

En voor alleen een dome tweeter: Koop of maak een bol met een diameter van zo'n 20 cm, en monteer daarin de tweeter.

[ds23man]

Waar zouden we zijn zonder de Ikea:

https://www.google.nl/search?q=ikea+bla ... 26&bih=564

[Tom Magchielse]

Het leek me verstandig, mijn beweringen over baffles met boundary element simulaties te checken. Er wordt op dit forum al genoeg beweerd zonder check.
In de volgende simulaties wordt nagegaan wat er gebeurt als je een 25 mm dome, die 8mm uitsteekt boven zijn flens ( een beetje zoals een Morel MDT33 ) en met een flens van 11 cm monteert in :
1 oneindig klankbord. (DifIB)
2. kastje met sterk afgeschuind front (DifLD)
3. rechthoekig ( sigaren-)doosje (DifDoos)
4. Zonder behuizing, maar met de achterzijde ingesloten met een kegelvormig huis (DifCone)
5. Een bol van 20 cm doorsnede (DifBol)
6. Een bol van 30cm doorsnede (DifBol2)
De gegeven volgorde is meteen die van afnemende kwaliteit!

Rest volgt

[Tom Magchielse]

En de bol:

Anders dan ik verwachtte, geeft de bol in combinatie met de 11 cm grote flens heel vervelende effecten. De vrij scherpe begrenzing door die flens, en het tegelijk ontbreken van andere verstrooiende grensvlakken maken het diffractie effect vrij sterk. Als de flens er niet was zou de bol juist de beste resultaten moeten geven.
Voor de rechthoekige doos is de plaats voor de dome enigszins geoptimaliseerd. Dat geeft een vrij aardig resultaat.
Absolute winnaar is het oneindig klankbord. Alleen zo krijg je de fraaie karakteristiek die de fabrikanten altijd in hun folders zetten.
Al met al een eye opener, althans voor mij.
groeten,
Tom

[Tom Magchielse]

O, jee DifCone vergeten!

[Tom Magchielse]

De kegel aan de achterzijde is om een complexe simulatie van de achterzijde van de dome te vermijden. Het idee is dat hij weinig effect zal hebben.
Overigens, de rode karakteristiek is steeds onder 0 graden, de zwarte onder 30 graden op 50 cm afstand.
Op alle karakteristieken is een lichte smoothing toegepast, anders schrik je je helemaal dood.
Tom

[John P]

Ik heb zo het idee dat er nog veel naar deze plaatjes gerefereerd zal worden. Tom bedankt voor dit heldere onderzoek.

[ds23man]

Tom:

[Pjotr]

Mooi werk Tom Zo te zien is het laatste woord er nog niet over gezegd!

...........Wat doet afronden bijvoorbeeld op de gesimuleerde sigarendoos? Heb je nog zin om dit misschien even te proberen?................

Eigenlijk is dat wat Grimm Audio (de tent van o.a. Guido Tent ) doet: Uitgaan van een brede baffle met afgeronde kanten. Alleen de bovenkant is niet afgerond. De tweeter zit aan de onderkant gemonteerd om zoveel mogelijk baffle lengte naar boven te creëren. Aan de onderkant is het paneel ook afgerond ter "dikte" van de kast om diffractie daar te verminderen. De opzet met de tweeter aan de onderkant is puur esthetisch vertelde Guido. Heeft geen akoestische bedoelingen anders dan dat de bovenkant niet afgerond hoeft. Moet zeggen dat wat ik er van hoorde erg "schoon" klonk.

[Wieger61]

interessante, verrassende bolsimulaties. Wat is daarbij de gekozen verhouding tussen boldiameter en conusdiameter? Wat krijg je bij een lagere verhouding, dus een relatief kleinere bol? En geven simulaties van de modellen die Tim Mellow ongeveer hetzelfde resultaat als zijn berekeningen?

[Tom Magchielse]

De bollen hadden en diameter van 20 cm, resp 30 cm. De dome was 25 mm. Het probleem is eigenlijk dat de dome bijna een puntbron is, maar dat daar wel een flens van 10-12 cm omheen zit. De rand van die flens is overal even ver verwijderd van de dome, zodat de diffractie-effecten maximaal zijn. Doe je hetzelfde met een 12cm conus, dan zijn de resultaten veel gunstiger.
Mellow behandelt twee gevallen die er wat op lijken: ""radiation from a piston in a sphere"en "radiation from a rectangular cap in a sphere" . Maar het dominante effect hier, de grote stilstaande flens, komt in die situaties niet voor.

[rikpost]

http://www.linkwitzlab.com/diffraction.htm

[OWC]

De bollen hadden en diameter van 20 cm, resp 30 cm. De dome was 25 mm. Het probleem is eigenlijk dat de dome bijna een puntbron is, maar dat daar wel een flens van 10-12 cm omheen zit. De rand van die flens is overal even ver verwijderd van de dome, zodat de diffractie-effecten maximaal zijn. Doe je hetzelfde met een 12cm conus, dan zijn de resultaten veel gunstiger.
Mellow behandelt twee gevallen die er wat op lijken: ""radiation from a piston in a sphere"en "radiation from a rectangular cap in a sphere" . Maar het dominante effect hier, de grote stilstaande flens, komt in die situaties niet voor.

Meneer Eargle (Loudspeaker Handbook) en meneer Borwick (loudspeaker and headphone handbook) hebben ook een mooi hoofdstuk waarom dome tweeters eigenlijk niet zo heel lekker werken.

Zie:

https://books.google.nl/books?id=Twu0oH ... &q&f=false
en
https://books.google.nl/books?id=9DeZqn ... &q&f=false

Dat is eigenlijk inherent aan het ontwerp.

Beste oplossing is dan een waveguide en idd grote baffle.
Hoe doet trouwens een "ei" vorm het?

[Tom Magchielse]

De resultaten van Linkwitz komen aardig overeen met de berekeningen via BEM. Ik heb het frequentiebereik met opzet beperkt tot 12 kHz. Het BEM programma veronderstelt dat de dome als één geheel beweegt, wat boven 10 kHz twijfelachtig is. Dat veroorzaakt overigens wel de richtwerking waar Linkwitz het over heeft. Bovendien wordt de BEM berekening erg langdurig, met een groot beslag op het beschikbare geheugen, als je de grensfrequentie hoger kiest. Er moet dan een fijnmaziger netwerk van cellen op het kastoppervlak worden berekend. Hoe hoger de frequentie, hoe kleiner en dus talrijker de cellen. Als de kast dan ook nog vrij groot is, loop je al gauw tegen "out of memory" meldingen aan. Vandaar.

[Tom Magchielse]

Als de punt van het ei de achterkant is, zal er weinig verschil met de bol zijn, aan de achterkant is het veld zwakker.

[OWC]

Als de punt van het ei de achterkant is, zal er weinig verschil met de bol zijn, aan de achterkant is het veld zwakker.

Ik doelde meer open een verticaal ei.
Het gaat namelijk duidelijk om de lengte-breedte verhouding die een bol minder optimaal maakt tov een rechthoek.
Een ei is een beetje een tussenvorm tussen rond en een rechthoek.

De gesimuleerde BEM resultaten en pagina van Linkwitz komen overigens ook weer vrij goed overeen met simulaties in bijvoorbeeld Edge;
http://www.tolvan.com/index.php?page=/edge/edge.php

[Wieger61]

Ik heb toevallig dit jaar metingen gedaan aan een SEAS 27tffnc om baffle-effecten in een project te onderzoeken, met eveneens interessante uitkomsten.

Van deze tweeter met een buitendiameter van 53mm, een spreekspoeldiameter 26mm en een Sd van 7,5 cm2 heb ik eerst zonder extra baffle het frequentieverloop gemeten. Je ziet van laag naar hoog eerst een toename tot in de buurt van de resonantiefrequentie van de tweeter (1170Hz vlgs SEAS), vervolgens kort een vlak verloop waarna de bafflestep die Tim Mellows met zijn berekening voorspelt (p.598).
Net zoals Linkwitz hieronder doet kun je dan frequenties toekennen aan ka waarden.

Maar ook andersom: Het maximum van de frequentieverloop ligt bij ongeveer 4000Hz, wat mooi in de buurt ligt van het maximum volgens de exacte oplossing, namelijk bij ka=1,1 à 1,2 (bij figuur 13.30 een domestraal a van 0,0155m afgeleid uit de Sd, een bafflestraal b 0,0265m (van tekening) een b/a=1,72).

Ik heb deze stap weggewerkt met een ronde baffle van 10cm diameter, gemeten eerst zonder afronding en dan met een afronding circa R20mm. Onder afronding zie je mooi de dip die on-axis door de ronderandreflectie op 50cm afstand ontstaat (heb ik niet nagerekend). De dip is vermoedelijk niet scherp mede omdat de meting niet exact op de as gedaan is.

Met afronding is die dip veel minder:

Het mooie van de berekeningen van Mellows is dat je het verloop met zijn uitleg beter begrijpt.

Ik wil tzt nog als experiment een bolmeting doen in een project om een vooral rondstralende speaker te bouwen, eea ivm de vorming van een duidelijk stereofantoombeeld (ref. Linkwitz & Toole).

[Tom Magchielse]

De tweede en de derde figuur hebben hetzelfde bijschrift. Wat is het verschil? Wat is er afgerond en waar?

[Shadow]

R0 en R20 toch?

[Tom Magchielse]

Waar zit die afronding dan?
Voor het geval a=b ( baffle=membraan) zou je dezelfde stralingsweerstand verwachten als voor een membraan aan het einde van een oneindige pijp. Volgens Mellow is het resultaat ook "remarkably similar" waarbij hij verwijst naar Levine & Schwinger (Physical Review february 1948) Helaas geeft dat artikel geen plaatje van de stralingsweerstand, maar die is er met enige moeite wel uit te halen. Het ziet er dan wel anders uit: de karakteristieke golfjes rond ka=3-5 ontbreken .
Wat is waar?

[Wieger61]

Vooreerst allen de beste wensen voor 2019!

De eerste meting is gedaan met de tweeter geschroefd aan het uiteinde van een stok, dus zonder extra baffle, maar met de kleine baffle van de tweeter zelf. Een bijna baffleloze tweeter (b=a) had met een losse coaxtweeter van SEAS gekund. Bij de tweede meting zit de tweeter in het midden van een schijf rond 10 centimeter en dik 18mm met scherpe hoeken. Bij de onderste is de extra baffle aan de domezijde aan de buitenrand met een vijl afgerond, circa r=20 mm.

De realiteit lijkt een vlakkere karakteristiek op te leveren dan de simulaties. Hoe het klinkt is de volgende stap. The proof of the pudding....

[SSassen]

De realiteit lijkt een vlakkere karakteristiek op te leveren dan de simulaties. Hoe het klinkt is de volgende stap. The proof of the pudding....

Pas op! D’r zijn hier meerdere valkuilen waar je zeker niet in moet trappen. Belangrijk is om on-axis te meten, en uiteraard op een afstand die garandeert dat je alleen de feitelijke FR meet en niet een som van de feitelijke FR en reflecties. Ook is het zaak te kijken naar de gebruikte smoothing, als je hier b.v. 1/2 octaaf gebruikt ziet zowat alles er glad en strak uit, liefst gebruik je geen smoothing.

[Wieger61]

Dank. Ik ken die valkuilen al jaren. Ik kan je aanraden de metingen te herhalen en het verschil tussen simulatie en realiteit zelf te ervaren, eventueel ook gehoormatig.