Baffle ontwerp tbv verminderen diffractie

[Wieger61]

Zou ik zeker doen. Ik zet later vandaag de foto's van de formules die Hayakawa publiceerde het forum.

[OWC]

Een achteraf misschien voor de hand liggende oplossing om de nadelen van een bolle baffle te voorkomen publiceerde Hayakawa 1988 in het JAES, zag ik tijdens het opruimen van mijn zolder. Hij maakte een bol zodanig dat de bolle golf die van de tweeter vertrekt een toename in oppervlakte ervaart zoals deze in een hyperbolische hoorn zou ervaren. De tweeter ligt daarbij als het ware in een kuiltje van een normale bol. Hayakawa meldt uitstekende resultaten zonder reflecties.

Wat is de titel van deze paper?

[Wieger61]

Hier vind je het: http://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=5138

[Wieger61]

Het paper bericht vrij summier over de gekozen vorm: Sx=2*pi*(R+X)*Hx, waarin Sx het golfoppervlak op afstand X van de tweeterdome is, R de straal van de tweeterdome en Hx een niet gespecificeerde functie (uit ref. Takagi; Engineering Electronics Pocket Book) die voor een hyperbolische toename van het golffrontoppervlak moet zorgen. In een normale hoorn geldt volgens het artikel Sx = So*(cosh(m*X) + sinh (m*X)) waarbij X de afstand tot de hoornmond met oppervlakte So is, m gelijk is aan de afsnijfrequentie fc waarbij m = 4*pi*fc / c en T een vormfactor. Voor de duidelijkheid geven ze wel de maatvoering erbij:

De relatie tussen afsnijfrequentie en bolomvang laten ze ook zien.

Net als het mooie resultaat:

[Wieger61]

Als losse bol bij je box kan dit een mooi resultaat opleveren. Ze roemen de 'excellent imaging'. Voordat je je hoofd breekt over hoe je dit in een vlakke baffle integreren kan: dat hebben ze toen werkend bij Kenwood al bedacht. Je ziet de ingekuilde tweeterdomes nu bij verschillende merken terug, zoals bij de Vifa BC25SC-55/04:

Nu snappen we ook waar het kuiltje vandaan komt.

[rikpost]

Maar wel met nog een faceplate ,dus zo’n mooie integratie in een bol ga je niet voor elkaar krijgen .

[Tom Magchielse]

Nog even terugkomend op de Visaton waveguide: de fabrikant noemt het verloop exponentieel, maar als je een echt exponentieel verloop kiest net Dhals=38 mm en Dmond=114 mm en L=20 mm dan krijg je een veel flauwer verloop dan in de Visaton tekening, en een matig resultaat.
Eigenlijk lijkt het verloop meer op een hyperbolische ( cosh) hoorn met Salman factor tussen 0.2 en 0.5 . Op de resultaten maakt dat niet zo veel uit, T = 0.5 lijkt iets gunstiger.
Wordt vervolgd.
Tom

[Wieger61]

Interessant. Welk verloop is nu waar goed voor? En waar heeft Visaton productietechnisch blijkbaar water bij de wijn gedaan?

[OWC]

Interessant. Welk verloop is nu waar goed voor? En waar heeft Visaton productietechnisch blijkbaar water bij de wijn gedaan?

Zoek even op "Horn Theory: An Introduction" artikel destijds geschreven door audioXpress.

In een notendop is het een beetje een compromis tussen hoeveel gain je krijgt vs een nette directivity.
Een sterk exponentiële (of hyperbolische) geeft je heel wat meer gain output bv.

Ook wil je dat het verloop een beetje netjes verloopt, dus zonder al te grote sprongen in de vorm.
Iets wat bij conisch nog weleens een probleem kan hebben.
De OS hoorn heeft dan juist een van de beste verlopen wat directivity betreft.

Daarnaast spelen dan fysieke dingen zoals maten/diepte en dergelijke ook nog mee.
Alsmede de "coverage angle" (meer belangrijk bij line-arrays en professionele audio)

Waveguides en horns liggen natuurlijk nogal in het verlengde van elkaar.

Dus concluderend zoals op alle dingen, er is GEEN ideale hoorn of waveguide.
Dat hangt allemaal maar net af wat de eisen zijn.
Ook is het zo dat een aantal vormen gepatenteerd zijn, althans de rekenwijze daarvan.
Dit geeft ook als resultaat dat sommige fabrikanten een praktische benadering doen tot.

Wat ik wil weet is dat de WG148 best een prima waveguide is.
Deze is al door diverse mensen getest.

Dit heeft allemaal echter niet veel meer met baffle ontwerp en diffractie te maken

[Wieger61]

Perfect artikel, dank. (Ik heb overigens geen plannen een hoorn te bouwen.)

[Tom Magchielse]

Uit de berekeningen blijkt een grote gevoeligheid van de resultaten voor kleine variaties in de vorm van de waveguide. De vorm aflezen uit de maatschets van Visaton is een nogal grove benadering, Daarom zocht ik naar een exactere beschrijving van het verloop van de waveguide. Een hoorn is het so-wie-so niet, al was het alleen maar omdat het golffront in de halsopening niet gecorrigeerd wordt qua fase, maar zelfs afkomstig is van een bol membraan.

[satefan]

Zoiets is zo te maken, mijn 3D printer is geduldig wat dat betreft, zullen we het experiment wagen?

Ik heb een paar maanden terug een waveguide gemaakt wat hier een beetje op leek, ook met de 3D printer. De tweeter ligt diep, hierdoor treden al snel behoorlijke reflecties op...

Ik zal de foto's en metingen even opzoeken.

Satefan

[Tom Magchielse]

Na enig puzzelwerk is gebleken dat het door Visaton gekozen verloop heel dicht ligt bij een catenoïdale hoorn ( de trechter van een trompet) en zelfs nog iets eenvoudiger is waardoor een benadering met twee of drie conische stukken heel dicht bij de werkelijkheid komt. Daarmee gaan we verder om te kijken of dit nu iets oplevert qua diffractie rond het kastfront. Daarmee zijn we weer terug op de oorspronkelijke vraagstelling.
Ik vind het uit theoretisch oogpunt allemaal wel interessant, hoewel ik moet bekennen helemaal niets te hebben met constructies die de directe straling van het membraan beïnvloeden zoals hoorns. De uitvinding van die Japanners valt niet onder dit bezwaar omdat die constructie eigenlijk buiten het directe veld van het membraan ligt.
Tom

[Wieger61]

Dit is wat ze bij Kenwood uiteindelijk gedaan hebben (foto uit artikel). Zowel tweeter als middentoner kregen een golfgeleider:

[satefan]

Zoiets is zo te maken, mijn 3D printer is geduldig wat dat betreft, zullen we het experiment wagen?

Ik heb een paar maanden terug een waveguide gemaakt wat hier een beetje op leek, ook met de 3D printer. De tweeter ligt diep, hierdoor treden al snel behoorlijke reflecties op...

Ik zal de foto's en metingen even opzoeken.

Satefan

Hier de screenshots van t ontwerp. De tweeter zit/zat aan de achterkant gemonteerd. Ik kan de metingen zo 1-2-3 niet vinden, maar er traden flinke reflecties op met een enorme dip in de response. We zijn dus een andere weg ingeslagen waarbij de tweeter aan de voorkant van de waveguide gemonteerd zit.

Metingen gevonden:

[OWC]

Uit de berekeningen blijkt een grote gevoeligheid van de resultaten voor kleine variaties in de vorm van de waveguide. De vorm aflezen uit de maatschets van Visaton is een nogal grove benadering, Daarom zocht ik naar een exactere beschrijving van het verloop van de waveguide. Een hoorn is het so-wie-so niet, al was het alleen maar omdat het golffront in de halsopening niet gecorrigeerd wordt qua fase, maar zelfs afkomstig is van een bol membraan.

Ik meen me te herinneren dat de 2D tekening sowieso niet helemaal op schaal is.
Dus je zult dan daadwerkelijk een moeten bestellen en daarvan de vorm achterhalen.

[Wieger61]

Die waveguide van je, satefan, is wel iets anders dan het bolletje van Hayakawa en vertoont daarom inderdaad de karakteristieken die ik met mijn ronde baffle (zie boven) ook gemeten heb: Een maximum op een frequentie bepaald door de hoekige, buitenste omtrek van je golfgeleider, schat ik zo in. Het bolletje van Hayakawa zorgt voor een zeer geleidelijk verloop van afgestraalde geluidsgolf met als uitgesproken doel met de ronde baffle geen reflecties te genereren. Zo gedraagt die zich op enige afstand inderdaad als bolstraler, hebben ze nagemeten.

[richard]

"waveguide"

Wat hier met waveguide wordt bedoeld is wel duidelijk, maar is dit eigenlijk wel de juiste benaming voor het ding? Voor een akoestische waveguide denk ik eerder aan een transmissielijn of zo'n systeem met spreekbuizen.

[satefan]

Die waveguide van je, satefan, is wel iets anders dan het bolletje van Hayakawa en vertoont daarom inderdaad de karakteristieken die ik met mijn ronde baffle (zie boven) ook gemeten heb: Een maximum op een frequentie bepaald door de hoekige, buitenste omtrek van je golfgeleider, schat ik zo in. Het bolletje van Hayakawa zorgt voor een zeer geleidelijk verloop van afgestraalde geluidsgolf met als uitgesproken doel met de ronde baffle geen reflecties te genereren. Zo gedraagt die zich op enige afstand inderdaad als bolstraler, hebben ze nagemeten.

De waveguide zat naadloos geintegreerd in een ronde baffle. Het probleem zat hem meer in de binnenkant van de waveguide. Die is gewoon te steil ten opzichte van de dome van de tweeter, hierdoor zagen we sterke bundeling. (dit lijkt op de tekening van Hayakawa beter voor elkaar). Het idee was om de faceplate van de tweeter de 'omzeilen' door deze aan de achterkant van de waveguide te plaatsen.
groet,

Satefan

[Tom Magchielse]

Na zorgvuldig opmeten uit de Visaton tekening blijkt de WG148 geen hoorn, al is het verschil met een catenoïdale hoorn maar klein. Maar omdat het verloop volgens de metingen ook gemakkelijker is in te voeren in ABEC, en ook nog iets betere resultaten geeft, heb ik dat gebruikt voor de simulaties. Om een WG148 te kopen, en dan aan dat 3-D object te gaan meten, gaat me echt te ver.
Er zijn nu drie situaties te vergelijken:
1. Kale 20 cm bol met dome 25 mm x 5 mm
2. Waveguide vrijstaand met idem
3. Waveguide gemonteerd in bol
In alle gevallen zijn dezelfde frequentie- en meshing parameters gebruikt :
Bandbredte 12 kHz, 30 frequenties, meshing; Delaunay, Edgelength 2 cm voor de bol, 1 cm voor de waveguide, 0.5 cm voor de dome.

Het plaatje van het veld is toegevoegd om een frequentie te illustreren waar de richtwerking een storing lijkt te geven.

[Tom Magchielse]

De volgende serie is de waveguide alleen, ingepakt in een soort achteromhulsel dat om rekentechnische redenen nodig is.

De waveguide gedraagt zich heel behoorlijk zonder baffle

[Tom Magchielse]

Ten slotte de waveguide in de bol geplaatst.
De eigenaardigheden van de bol doen zich ook nu gelden. Maar het werkt wel, vooral beneden 10 kHz.

[Tom Magchielse]

Trek je eigen conclusies, ik ben een beetje klaar met die baffles en waveguides.
Tom

[ds23man]

Mooi werk Tom! Dit bevestigt mijn vermoedens. Zou je voor de volledigheid de waveguide nog in de sigarendoos kunnen stoppen?

[Wieger61]

Trek je eigen conclusies, ik ben een beetje klaar met die baffles en waveguides.
Tom

!

Of met simuleren ....