Meten en DSPen van mijn actieve MFB luidspreker

[ds23man]

Gaarne reageren in dit topic: viewtopic.php?f=3&t=28141

Nu er steeds meer dsp gebaseerde plate amps op de markt komen een uitleg hoe ik de Fusion 567 ontwikkeld heb.
Mijn werkwijze is gebaseerd op de Bruno/Grimm methode.

Omdat het behaalde resultaat volledig afhankelijk is van de metingen die je moet doen even een paar puntjes:

1. Close range metingen van de drivers werkt niet, je meet dan near field en dat wijkt sterk af van far field.
2. Bij close rangemetingen is het onbegonnen werk om de meetafstand van alle drivers echt nauwkeurig te krijgen
3. Bij close rangemetingen neem je niet de kast mee

Dus willen we graag gebruik maken van far field metingen. De vuistregel is dat 6 x de radius van de grootste driver ( dus 3 x de diameter) de minimale meetafstand is. Bij een systeem met een 25cm woofer is dat dan 75cm. Om wat marge te hebben gebruik ik 1 meter. Het is ook een beetje afhankelijk van de afstand tussen de drivers. Daarover later meer.

Bepaal je meet as. Je zult in je ontwerp moeten kiezen voor on axis punt waarop je gaat meten. Het te kiezen punt is afhankelijk van je ontwerp. Het maakt uit of het een tweeweg, drieweg, vierweg of zelfs vijfweg is. Als vuistregel bij een tweeweg tussen de tweet en de woofer en bij een drieweg tussen de tweet en de mid. Bij een drieweg is door de lage overname frequentie het niet meer zo van belang dat je woofer on axis meet.

Wordt vervolgd.

[ds23man]

Waar en hoe meet je?

Probleem bij metingen die je binnen doet zijn tweeledig: reflecties en staande golfen.

Daar zijn dan twee vuistregels voor:

1. Bij reflecties geldt dat des te dichterbij een reflectievlak aanwezig is, deze een grotere invloed heeft op FR respons
2. Staande golven zijn afhankelijk van de geometrie van de ruimte, des te kleiner de ruimte hoe hoger in frequentie ze optreden.

Reflecties kan je weg gaten in je meting maar dan ontstaat er een probleem met de fr repons in het laag. Je gooit het kind met het badwater weg. Als de ruimte kleiner wordt moet de gate korter worden waardoor de grens van een betrouwbare laagmeting naar boven opschuift. Dit is een serieus probleem bij een drieweg.

Dus moeten we naar buiten omdat we geen staande golven meer hebben en als je voldoende ruimte hebt geen reflecties meer behalve die van de grond. Maar dan ben je afhankelijk van weersomstandigheden en omgevingslawaai en een gemiddelde postzegeltuin in een Vinex wijk werkt ook niet qua reflecties.

Blijft over een dode kamer ( die eigenlijk allemaal te klein zijn om betrouwbaar te meten beneden de 70Hz) of een hele grote ruimte. Denk aan een sporthal, gymzaal, magazijn of loods. Door de afmetingen ben je in een klap af van de staande golven en ook van de meeste reflecties omdat door de grote afstanden deze dermate verzwakt zijn t.o.v. het directe signaal dat die geen effect meer hebben op de fr respons. Maar dan hebben we nog wel te maken met een vloerreflectie en die kan desastreus zijn. Daarom moet je de speaker en je meetmicrofoon ver boven de vloer plaatsen. Niet echt praktisch om dat we dan al spreken over meerdere meters. Maar er is een andere oplossing...

[ds23man]

Om de vloerreflectie te voorkomen met je de vloer weghalen, maar hoe doe je dat? Na een tip van Rob, zo dus:

Dit is de methode die gebruikt is bij de ontwikkeling van de Grimm LS1 en die blijkt dus verdomd nauwkeurig over te komen met een controlemeting in de dode kamer van TU Delft. Nadeel: je moet een bok maken en je mic standaard moet hoog genoeg kunnen. Bij Grimm hangt de mic aan een kabel vanaf het plafond.

[ds23man]

Nog even ter verduidelijking: als je meet in een grote ruimte ben je de reflecties kwijt van de wanden en het plafond, maar niet van de vloer. Om dat op te lossen kan je de speaker op een hoge stelling zetten maar ook op een bok richting plafond.

[ds23man]

Gaan we naar de impulsrespons kijken van de tweeter:

Mooi schoon en vrij van reflecties.

Zoomen we in:

Dan zien we eigenlijk alleen wat diffractie achtige dingen ( kast en die domme schroefjes in de flens).

Verder niets te zien waarom er een gate gebruikt moet worden.

Dat geeft deze fr respons:

Altijd een sanity check doen, de datasheet:

[ds23man]

Om de verleiding te weerstaan om diffractie gerelateerde dingen te compenseren zet ik de smoothing wat lager:

Nu gaat het erom om de fr respons vlak te maken.

Shelfje hoog:

Shelfje laag:

En nog een:

Nu hebben we dus een driver die in en voorbij het gekozen frequentiegebied vlak is.

[ds23man]

Nog even het resultaat zonder smoothing:

Morgen verder met de mid.

[ds23man]

Verder met de mid.

Wederom een schone impulsrespons:

FR respons:

Datasheet:

Je ziet dat door kleine kast dat het laag wat minder doorloopt.

Wederom plat eq-en:

Zo als jullie zien maak ik de curves recht ver beneden en boven de overnamepunten die ik wil gaan gebruiken, in dit geval 350hz en 3,5K.

[ds23man]

Verder met de woofer:

Nu zie je gelijk het voordeel van een grote ruimte, geen staande golven en door opstelling op de bok ook geen gerommel van de vloerreflectie. Natuurlijk kan je de speaker ook hoger zetten maar dan moet je al gauw 3-4 meter de lucht in.

De fr respons ziet er wat raar uit, maar dat komt door de MFB en stroomsturing.

De zaak weer plat slaan:

Asjemenou, een bult op 20Hz. Dat is de Fbox die door het mfb systeem van 50Hz naar 20hz is verplaatst.
Maar dat is geen probleem want een mfb systeem kan niet zonder rumble filter.

Uiteindelijke resultaat:

[ds23man]

Dit was de belangrijkste stap, de drivers vlak maken.

Nu eerst even een stukje theorie:

Een luidspreker driver heeft een minieme fase ( minimum phase). Dat wil zeggen dat zijn fase afhankelijk is van de fr respons. Het leuke is dat als je die fr respons vlak maakt met minieme fase filters de fase ook vlak wordt. En dat is heel handig als je een xover gaat toepassen en daarom moeten de drivers ook beneden en boven het overnamepunt doorlopen.

Omdat we met dsp werken kunnen we mooi steil filteren en het meest ideale is het LR filter met 24db steilheid. Steiler is meestal niet nodig. Een LR filter sommeert netjes op het overnamepunt op 0db en het faseverloop is netjes.
Maar dit geldt alleen als de akoestische offset van de drivers gelijk zijn.

De drivers met 4de orde filters:

[ds23man]

Nog even over het rumblefilter. Bij een normale speaker is hij niet strikt noodzakelijk maar wel aan te raden met bedroevende mastering van de muziek tegenwoordig. Zie veel opnames voorbij komen met dc offsets en vervuilingen beneden de 20Hz die alleen maar je woofer onnodig laten wapperen. Een filter op 15hz met 12db is dan meestal afdoende. Bij een mfb systeem is het wel een groot probleem omdat de regellus dermate veel vermogen in de speaker gaat pompen en de clip in gaat en de limiter in moet grijpen.
Omdat ik al een bult heb op 20Hz, pas ik een filter toe op 30Hz met 24db steilheid. Twee vliegen in 1 klap dus.

[ds23man]

We gaan weer verder.

Eerst maar eens kijken naar levels van de woofer en mid.

Woofer speelt veel zachter, dus die krikken we wat op met de gain.

4 db om precies te zijn.

[ds23man]

Tweeter erbij:

Daar hoeven niets meer aan te doen.

Telt allemaal al behoorlijk netjes op, we zien nog wel een dip op 350Hz.

Daarom gaan we zo naar de delay kijken.

[ds23man]

Omdat we symmetrische filterhellingen gebruiken kunnen we mooi de delay gebruiken door 1 van de drivers uit fase te zetten en de dip die ontstaat zo diep mogelijk te maken. Ik zet dan de smoothing bijna uit, dan zie je het beter.

Woofer uit fase:

lekker aan de delay zwengelen totdat de dip het diepst is:

Resultaat:

De akoestische offset blijk dus 117mm te zijn.

Maar nu gaat het niet meer goed tussen het mid en hoog.

Dus hetzelfde grapje doen met de mid en tweet:

Omdat de offset van de mid en tweet bijna gelijk is, kom ik ook weer op 341uS uit.

Dat kun je mooi zien trouwens aan de impulsresponses van de mid en tweet:

[ds23man]

Uiteraard is het handig om wat controlemetingen te doen.

1 meter on axis en 22,5 en 45 graden off axis horizontaal:

Hee, het gecorrigeerde dipje op 1,5K wordt off axis een bultje. Een diffractie dingetje dus, niet ernstig en ook niet hoorbaar ( ook volgens Troels G.) Ik heb dat gewoon laten zitten, moet ik later nog eens naar kijken.

Straks nog wat vertikale off axis metingen.

[ds23man]

Iets betrouwbaardere meting op een andere plek in de schuur:

Op die plek heb ik geen off axis metingen gedaan. En een wat ander rumble filter.

[ds23man]

Verticaal naar boven ( 0, 22 1/2 en 45 graden:

Verticaal naar beneden:

[ds23man]

Wat ik heb ik nu gedaan? Eigenlijk eerst alle bagage van het ontwerpen van een passief filter overboord gooien.

Door te redeneren vanuit het gedrag van een minieme fase systeem kun je heel snel en betrouwbaar met dsp een goed filter maken:

1. Een driver heeft een miniem fasegedrag, dwz de fase is afhankelijk van de fr respons
2. Als je een driver met minieme fase filters vlak maakt is de minieme fase ook vlak
3. De absolute fase is de minieme fase plus de time of flight.
4. Als de time of flight gecompenseerd wordt met delay staan de drivers gelijk qua absolute fase.
5. Als aan punt 2 en 3 voldaan wordt, tellen de drivers netjes op in het overname gebied, zeker met een LR filter.

Als je met dsp werkt hoef je dus niet meer naar de fase te gaan kijken met deze methode.

Even een voorbeeldje van de tweet en de mid qua fasegedrag:

Volgens het boekje met een 24db LR filter.

Nog een voorbeeldje van de Neuman KH 420 studio monitor (3 weg):

voorbeeld 3 weg.png (59.97 KiB) 1983 keer bekeken

Ook een textbook gedrag van een 3 weg LR4 filtering met gebruik van delay.

Het filter van de Fusion 567 heb ik in 15 minuten gemaakt en nooit meer veranderd en niet getweakt aan de hand van luistersessies.

[ds23man]

En voordat iemand begint de mierenneuken:

Deze methode werkt probleemloos met een tweeweg systeem en ook met een drieweg mits de x overs ver genoeg van elkaar af liggen. Bij een 4 weg kan het een probleem zijn.

Dit zegt Siegfried er zelf over:

https://www.linkwitzlab.com/frontiers_5.htm#V

Maar de afwijkingen in de som zijn dermate klein.....

[ds23man]

..

[ds23man]

..

[ds23man]

..

[ds23man]

..