Ontwikkeling en bouw MFB subwoofer

[Rob Dingen]

Ik snap alleen niet helemaal waarom je tot 1kHz wilt gaan inzetten (of zelfs nog hoger)
Het lijkt mij niet zo zinvol, plus je duikt dan direct in allerlei problemen en grenzen.
De vervorming van een redelijke midwoofer is boven 200-400Hz al heel erg laag, daarnaast ook vrij voorspelbaar.
Het zijn vooral de effecten van de ophanging (compliance) die per definitie (heel erg) niet-linear zijn, en natuurlijk het aflopen van de Bl
Bij een (sub)woofer zijn de niveaus rond die max frequenties door het crossover dan weer juist zo laag dat je er weinig merkbaar effect van zult krijgen

Klopt dat ga ik uiteindelijk ook niet doen.
Dat word bepaald door het ontwerp denk max 150Hz

[Shadow]

Het is meer kijken hoe ver je systeem stabiel blijft lijkt me?

[Pjotr]

Ja uiteraard, aan een (bijna) oscillerend systeem heb je niks. Stabiliteit kun je wel goed afleiden uit de diverse metingen met de sensor en a.d.h. daarvan kun je ook conclusies trekken en het ontwerp verder optimaliseren.

[Rob Dingen]

Het is meer kijken hoe ver je systeem stabiel blijft lijkt me?

Het systeem is zoals hij nu is stabiel.
Dus theoretisch zou ik hem tot ongeveer 1kHz in kunnen zetten.
En ik heb 6dB headroom voordat de zaak begint te oscilleren, dus bij 36dB begint hij zachtjes te fluiten.

Ja uiteraard, aan een (bijna) oscillerend systeem heb je niks. Stabiliteit kun je wel goed afleiden uit de diverse metingen met de sensor en a.d.h. daarvan kun je ook conclusies trekken en het ontwerp verder optimaliseren.

De oscillatie is niet afhankelijk van waar je uiteindelijk gaat filteren.
Die is afhankelijk van de tegenkoppel lus en de fase marges.
Als je dat niet voor elkaar hebt gaat het spul meteen aan de haal als je hem aanzet.

Rob

[Pjotr]

Ik doelde uiteraard op eventuele filtering IN de regellus. Die is wel van invloed op de fasemarge. En wat dat filter dan is... je frequentieresponsie van je speaker, HP van de sensor of eventuele intentionele compensatie filtereing, het is van invloed op de fasemarge.

[Rob Dingen]

Het is overigens zo dat de vervorming niet met 30dB naar beneden gaat met 30dB tegen koppeling dat valt best tegen.
Het voordeel is dat je relatief veel prestaties krijgt in een kleine behuizing en een vlakke frequentie omdat de TS parameters niet meer leidend zijn maar de sensor.
Daar zijn al diverse stukken over te vinden op het internet.

Rob

[jeroen_d]

Het komt niet super nauwkeurig je kunt bij de open loop meting het ingangssignaal aanpassen zodanig dat ongeveer gelijke output ontstaat bij de meetmicrofoon. Met steps (van arta) lukt me dat voldoende snel met draaien aan de volumeknop. Je volgt de overlay van de meting met gesloten lus.

[jeroen_d]

En inderdaad het grootste effect in reductie ga je zien op de 3de harmonische bij de tweede harmonische speelt de rolrand een grote rol en dat effect wordt niet tegengekoppeld

[OWC]

Duidelijk verhaal zo!

Ja ik denk dat de versnellingsopnemer zelf al iets van 0.5-1% vervormt?
Ik gok dat er zo'n 20-24dB effectief overblijft?
Dat is al vrij netjes, order van grootte winst.

Wellicht al bekend, maar max blijft natuurlijk wel ongewijzigd. Zo helemaal plat trekken van de frequentie responsie zit er mooi uit, maar je maxSPL gaat ook hard achteruit! Met deze techniek valt er natuurlijk ook een heel erg goede limiter/compressor te maken!!

[OWC]

En inderdaad het grootste effect in reductie ga je zien op de 3de harmonische bij de tweede harmonische speelt de rolrand een grote rol en dat effect wordt niet tegengekoppeld

Dit begrijp ik niet helemaal?

Naar mijn weten komt 2e harmonischen vooral door coil offset van de spoel.
Bij sommige speakers wordt dat zelfs expres gedaan voor de klank;
https://audioxpress.com/article/Test-Be ... er-Reissue

Maar over het algemeen zie je dus sterk 2e orde vervorming met een hogere coil offset.
De speaker gaat (sterk) asymmetrisch vervormen.

Ik heb nog nooit een significante bijdrage gezien van de rolrand. Sterker nog, in de Cms is draagt de rolrand nauwelijks bij. Ook bij gelijksoortige speakers met enkel rolrand als variabele zie je weinig verschil.

Misschien dat jij doelt op de rolrand resonantie?
Typerend door een (flinke) dip rond de 800-1500Hz.
Dat is idd een akoestisch effect. Relatief simpel te verhelpen door een flexibel (lijm) laagje aan te brengen tussen de conus en rolrand.
Dit is de functie van dat glimmende randje dat je ziet bij sommige speakers.

[OWC]

Misschien bekent, maar ik denk ik leg het toch even uit.

Qua vervormen, clipping en signalen kun je voor een speaker als equivalent het makkelijkste een (Class-A) versterker inbeelden.
Waarbij de xmax dan de voedingsrails zijn en de coil center (of offset) het bias punt is van de versterker.
Stel je het bias punt van de versterker wat meer positief in (ipv symmetrisch), dan gaat de versterker (positief) asymmetrisch clippen = 2nd orde vervorming.
Typisch iets wat je ziet en expres wordt gedaan bij gitaarversterkers.
Dit wordt daar ook hot-bias genoemd.

Je zou dus ipv de speaker vervorming te verlagen met dit MFB systeem, ook een speaker meer kunnen laten vervormen. Of juist heel specifiek kunnen laten vervormen. Op die manier zou je (in theorie) een hifi speaker kunnen laten klinken (qua vervorming dan, niet freq resp) als een gitaarspeaker.

[Rob Dingen]

Duidelijk verhaal zo!

Ja ik denk dat de versnellingsopnemer zelf al iets van 0.5-1% vervormt?

Nee die vervormt een stuk minder.
Ik weet niet hoeveel want ik heb geen idee hoe ik dat moet meten.
Maar als ik de output van de woofer via de sensor meet is de vervorming zeer laag.
Ik kan de plaatjes van de vervorming niet zo snel vinden dus moet ik dat eens opnieuw doen.

Het komt niet super nauwkeurig je kunt bij de open loop meting het ingangssignaal aanpassen zodanig dat ongeveer gelijke output ontstaat bij de meetmicrofoon. Met steps (van arta) lukt me dat voldoende snel met draaien aan de volumeknop. Je volgt de overlay van de meting met gesloten lus.

Ik heb Arta wel maar gebruik het nooit, vind het teveel gehannes met mijn externe geluidskaart.
Gebruik het Clio 12 systeem met meet versterker van hun, dat is instellen en gaan klopt altijd.

Rob

[OWC]

Duidelijk verhaal zo!

Ja ik denk dat de versnellingsopnemer zelf al iets van 0.5-1% vervormt?

Nee die vervormt een stuk minder.
Ik weet niet hoeveel want ik heb geen idee hoe ik dat moet meten.
Maar als ik de output van de woofer via de sensor meet is de vervorming zeer laag.
Ik kan de plaatjes van de vervorming niet zo snel vinden dus moet ik dat eens opnieuw doen.

Het komt niet super nauwkeurig je kunt bij de open loop meting het ingangssignaal aanpassen zodanig dat ongeveer gelijke output ontstaat bij de meetmicrofoon. Met steps (van arta) lukt me dat voldoende snel met draaien aan de volumeknop. Je volgt de overlay van de meting met gesloten lus.

Ik heb Arta wel maar gebruik het nooit, vind het teveel gehannes met mijn externe geluidskaart.
Gebruik het Clio 12 systeem met meet versterker van hun, dat is instellen en gaan klopt altijd.

Rob

De standaard manier hoe dat normaal gedaan wordt, is door piston constructie te gebruiken.
Die vervormen namelijk een stuk minder dan een speaker
Nadeel is wel dat het maar met 1 amplitude werkt.
Of een speaker nemen waarbij je weet dat hij belachelijk laag vervormt.

Belangrijk is wel, dat we het hier NIET hebben over vervorming vs SPL maar vervorming vs snelheid.
Met een laser zou het ook nog wel kunnen of evt infrarood diode.
Die laatste zijn wel lastig lineair te krijgen, maar het is te doen.
Zo'n laser opnemer is niet super duur meer tegenwoordig.

Ik zit even te bedenken of er ook nog een andere manier is om het relatief te meten.
Om in elk geval een gevoel te krijgen van orde van grootte.
Sensoren in serie zetten ofzo? (Ik gooi even een brainstorm op)

[Rob Dingen]

Als ik de vervorming via de sensor meet gaat het niet over SPL maar de gemeten woofer output via de sensor.

Rob

[Pjotr]

Je kunt gewoon de vervorming van de output van de sensor meten (met STEPS van ARTA). En dan met en zonder feedback. De waarde die je daar ziet is je systeemvervorming. Je speaker zelf zal nooit lager meten. Maar het verschil tussen open loop en closed loop geeft wel globaal de reductie van de vervorming aan.

[OWC]

Als ik de vervorming via de sensor meet gaat het niet over SPL maar de gemeten woofer output via de sensor.

Rob

Klopt, ik doelde op een speaker met lage vervorming aka constructie om versnellingsopnemer te karakteriseren.
Een grotere speaker vervormt bij gelijke SPL lager dan een kleinere speaker.
Je krijgt dit gelijke SPL doordat het oppervlak groter is (= meer druk verschil), maar de uitwijking is gelijk of zelfs kleiner.

Voor het karakteriseren van een versnellingsopnemer ben jij niet geïnteresseerd in druk-verschil-niveau's, maar snelheid niveaus.
Of in andere woorden, excursie.
Je bent dus op zoek naar een opstelling waarbij excursie belangrijk is en de snelheid zo lineair mogelijk.

Je kunt gewoon de vervorming van de output van de sensor meten (met STEPS van ARTA). En dan met en zonder feedback. De waarde die je daar ziet is je systeemvervorming. Je speaker zelf zal nooit lager meten. Maar het verschil tussen open loop en closed loop geeft wel globaal de reductie van de vervorming aan.

Dat werkt alleen wanneer je zeker weet dat vervormingsniveau van je microfoon (veel) lager ligt dan de opnemer.
Dat betwijfel ik, meestal gaan die wel naar de 1-3% in het laag.
Zit daarnaast niet nog een omreken factor ivm met druk vs snelheid?
(alweer tijdje terug dat ik hiermee heb gewerkt)
Dit geeft ook enkel de globale vervormingswinst aan, niet de bijdrage van de sensor zelf.

[MarcelvdG]

Even hypothetisch, om iets duidelijk te maken, en met het risico dat ik een open deur intrap:

Stel dat je een sensor zou hebben die vervormt als de ziekte en een lus met een enorme lusversterking. Dan zou je met gesloten lus op de uitgang van de sensor heel weinig vervorming meten, want de tegenkoppellus-met-enorme-lusversterking zorgt er dan immers voor dat het uitgangssignaal van de sensor goed klopt met het ingangssignaal van het hele systeem.

Aangezien de sensor vervormt als de ziekte, moet het ingangssignaal van de sensor zwaar vervormd zijn om een nagenoeg onvervormd sensoruitgangssignaal te krijgen. Als de sensor bijvoorbeeld kwadratisch zou zijn, krijg je een vierkantwortelachtige vervorming van zijn ingangssignaal om een nagenoeg onvervormd sensoruitgangssignaal te krijgen. Helaas hangt de akoestische vervorming van het ingangssignaal van de sensor af en is die dus zwaar vervormd.

Al met al zie ik niet in hoe je kunt bepalen of de sensor veel of weinig vervormt door naar het uitgangssignaal van de sensor te kijken. Met gesloten lus gaat het mis vanwege dat wat ik net geschreven heb en met open lus weet je niet welk deel van de vervorming van de luidspreker en welk deel van de sensor komt. Je hebt dus inderdaad ofwel een nauwelijks vervormende luidspreker of een nauwelijks vervormende tweede sensor nodig.

[OWC]

Even hypothetisch, om iets duidelijk te maken, en met het risico dat ik een open deur intrap:

Stel dat je een sensor zou hebben die vervormt als de ziekte en een lus met een enorme lusversterking. Dan zou je met gesloten lus op de uitgang van de sensor heel weinig vervorming meten, want de tegenkoppellus-met-enorme-lusversterking zorgt er dan immers voor dat het uitgangssignaal van de sensor goed klopt met het ingangssignaal van het hele systeem.

Aangezien de sensor vervormt als de ziekte, moet het ingangssignaal van de sensor zwaar vervormd zijn om een nagenoeg onvervormd sensoruitgangssignaal te krijgen. Als de sensor bijvoorbeeld kwadratisch zou zijn, krijg je een vierkantwortelachtige vervorming van zijn ingangssignaal om een nagenoeg onvervormd sensoruitgangssignaal te krijgen. Helaas hangt de akoestische vervorming van het ingangssignaal van de sensor af en is die dus zwaar vervormd.

Al met al zie ik niet in hoe je kunt bepalen of de sensor veel of weinig vervormt door naar het uitgangssignaal van de sensor te kijken. Met gesloten lus gaat het mis vanwege dat wat ik net geschreven heb en met open lus weet je niet welk deel van de vervorming van de luidspreker en welk deel van de sensor komt. Je hebt dus inderdaad ofwel een nauwelijks vervormende luidspreker of een nauwelijks vervormende tweede sensor nodig.

De uiteindelijke gedachte klopt idd. Dat is wat ik al probeerde uit te leggen.

Je kunt deze methode enkel doen met een andere sensor of microfoon en dan vervolgens open- vs closed loop te meten.
Met andere methodes weet je niet of je nu vervorming van speaker of van sensor meet (en wellicht de combinatie van beiden).
Je zou enkel relatief verschil kunnen bepalen om zo een gevoel te krijgen van de bijdrage door bv sensoren in serie aan te sluiten (de vervorming telt dan op). Maar de praktijk leert dat dit meestal andere narigheden met zich meebrengt.

[Pjotr]

Klopt, ik had het ook over het verschil tussen open loop en closed loop. En achte de sensor zie je uiteraard de gecombineerde vervorming van speaker en sensor. Ik weet de getallen niet allemaal meer uit mijn hoofd maar met wat ik in de jaren negentig geëxperimenteerd heb kwam ik op een gemeten reductie van een 12 dB. Dat was acoustisch gemeten. Sensor was een piezo uit een Motorola tweeter en met spanningssturing van de speakers, Visaton GF200 in CB.

[MarcelvdG]

Als je op de sensoruitgang bij een gegeven signaalniveau x procent vervorming meet met tegenkoppeling en y procent vervorming zonder tegenkoppeling, hoe leid je daar dan wat van af voor de akoestische vervorming? Ik kan beredeneren dat y/x een maat voor de lusversterking zal zijn, maar als je niet zeker weet dat de vervorming van de sensor te verwaarlozen is, hoe leid je daar dan wat uit af voor de akoestische vervorming?

[OWC]

Als je op de sensoruitgang bij een gegeven signaalniveau x procent vervorming meet met tegenkoppeling en y procent vervorming zonder tegenkoppeling, hoe leid je daar dan wat van af voor de akoestische vervorming? Ik kan beredeneren dat y/x een maat voor de lusversterking zal zijn, maar als je niet zeker weet dat de vervorming van de sensor te verwaarlozen is, hoe leid je daar dan wat uit af voor de akoestische vervorming?

Ik denk dat met "akoestisch gemeten" een microfoon bedoelt wordt.
Anders kan het namelijk niet.
Je kunt namelijk wel de loop gain bepalen en vervolgens het verschil in vervorming van de speaker meten met een microfoon.
Het verschil tussen deze loop gain en winst in vervorming is dan de vervorming die de loop toevoegt.
De vervorming van de microfoon blijft hetzelfde dus die deelt zich mooi weg.
Zolang je er ook nog voor zorgt dat de rest van de loop een orde grootte (of twee/drie) lager vervormt, weet je in feite de vervorming van de sensor.
In een ideale situatie zou namelijk verschil in vervorming gelijk moeten zijn als de loop gain zelf.


Maar er beginnen een paar dingen door elkaar te lopen nu

[jeroen_d]

En inderdaad het grootste effect in reductie ga je zien op de 3de harmonische bij de tweede harmonische speelt de rolrand een grote rol en dat effect wordt niet tegengekoppeld

Dit begrijp ik niet helemaal?

Naar mijn weten komt 2e harmonischen vooral door coil offset van de spoel.
Bij sommige speakers wordt dat zelfs expres gedaan voor de klank;
https://audioxpress.com/article/Test-Be ... er-Reissue

Maar over het algemeen zie je dus sterk 2e orde vervorming met een hogere coil offset.
De speaker gaat (sterk) asymmetrisch vervormen.

Ik heb nog nooit een significante bijdrage gezien van de rolrand. Sterker nog, in de Cms is draagt de rolrand nauwelijks bij. Ook bij gelijksoortige speakers met enkel rolrand als variabele zie je weinig verschil.

Misschien dat jij doelt op de rolrand resonantie?
Typerend door een (flinke) dip rond de 800-1500Hz.
Dat is idd een akoestisch effect. Relatief simpel te verhelpen door een flexibel (lijm) laagje aan te brengen tussen de conus en rolrand.
Dit is de functie van dat glimmende randje dat je ziet bij sommige speakers.

Heb je er wel eens bij stil gestaan dat, zeker bij een subwoofer met heel dikke rolrand en groot mogelijke uitslagen zoals Rob die gebruikt, het stralende oppervlak groter en kleiner wordt bij resp. intrekken en uitslaan van de woofer? Dat heeft dus een sterke relatie met 2de orde harmonische vervorming. En deze variatie in stralend oppervlak kan de MFB niet corrigeren.

[OWC]

En inderdaad het grootste effect in reductie ga je zien op de 3de harmonische bij de tweede harmonische speelt de rolrand een grote rol en dat effect wordt niet tegengekoppeld

Dit begrijp ik niet helemaal?

Naar mijn weten komt 2e harmonischen vooral door coil offset van de spoel.
Bij sommige speakers wordt dat zelfs expres gedaan voor de klank;
https://audioxpress.com/article/Test-Be ... er-Reissue

Maar over het algemeen zie je dus sterk 2e orde vervorming met een hogere coil offset.
De speaker gaat (sterk) asymmetrisch vervormen.

Ik heb nog nooit een significante bijdrage gezien van de rolrand. Sterker nog, in de Cms is draagt de rolrand nauwelijks bij. Ook bij gelijksoortige speakers met enkel rolrand als variabele zie je weinig verschil.

Misschien dat jij doelt op de rolrand resonantie?
Typerend door een (flinke) dip rond de 800-1500Hz.
Dat is idd een akoestisch effect. Relatief simpel te verhelpen door een flexibel (lijm) laagje aan te brengen tussen de conus en rolrand.
Dit is de functie van dat glimmende randje dat je ziet bij sommige speakers.

Heb je er wel eens bij stil gestaan dat, zeker bij een subwoofer met heel dikke rolrand en groot mogelijke uitslagen zoals Rob die gebruikt, het stralende oppervlak groter en kleiner wordt bij resp. intrekken en uitslaan van de woofer? Dat heeft dus een sterke relatie met 2de orde harmonische vervorming. En deze variatie in stralend oppervlak kan de MFB niet corrigeren.

Sorry, maar de 2e harmonische vervorming die je nu omschrijft, is exact het fenomeen met de coil offset en het voorbeeld wat ik eerder aanhaalde.
Met het verhaal dat je nu uitlegt kan ik niks, of ik begrijp je uitleg niet, maar als het fenomeen wat je beschrijft als zal bestaan is het effect tov totale conus oppervlak niet zo significant.
In elk geval nog nooit iets wat ik in Klippel z'n verhalen ben tegengekomen.
Blijkt ook totaal niet uit diverse metingen, die zijn namelijk vrij goed te verklaren dmv coil offset, resonanties in de rubberen surround en eventuele het niet lineaire gedrag van de ophanging, primair de spider en secundair de rolrand.
Tel je die allemaal bij elkaar op, dan kom je heel netjes in de orde van grootte van de vervorming van de speaker zelf.

Het kan nog zijn dat je misschien het volgende bedoeld;
https://audioxpress.com/article/test-be ... -css-audio

Hier zie je een subwoofer met een behoorlijke coil offset.
Wat er namelijk kan gebeuren bij heel dikke/stijven ophang systemen, is dat ze (dynamisch) de speaker naar 1 kant kunnen gaan trekken.
Het kan ook te maken hebben met productie toleranties of doordat er een beluchtingssysteem (vents) wordt gebruikt om de boel te koelen, maar daardoor wel een offset introduceert = bij in- of uitgaan moet er meer lucht worden uitgeperst.
Daar kan voor worden gecompenseerd en dat wordt bij goede speakers dan ook gedaan.

Hier een geval van een subwoofer met een dikke/stijve ophanging waar het wat netter is;
https://audioxpress.com/article/test-be ... -from-seas

En nogmaals, ik heb ook nog nooit een super groot verschil gezien met rubber surrounds vs double roll surrounds

Anyway, het is niet zo heel relevant voor de discussie zelf, behalve dan dat er bepaalde akoestische eigenschappen (vervorming) zijn die je wel meet, maar inderdaad niet kunt compenseren.
Dingen zoals coil offset kun je dan juist heel goed compenseren!

[jeroen_d]

Grappig dat je een artikel van Klippel aanhaalt waarin bevestigd wordt wat ik schrijf:
http://www.klippel.de/fileadmin/_migrat ... oms_01.pdf

Op de overgang van pagina 28 naar 29:
At high positive and negative excursion the suspension will be limited by unfolded and stretched suspension material

Leidt tot asymmetry -> even orde harmonische vervorming.

Verder Rob Munich, dichterbij huis want is specifiek met MFB bezig:
https://rmsacoustics.nl/papers/whitepaperdistortion.pdf
Blz 14, figuur 8
Onderaan blz 13: This effect is extremely non-linear.

Het is een lastig fenomeen, juist omdat die dikke vette rolrand een niet te verwaarlozen oppervlak heeft van het totale conusoppervlak. Gelukkig leidt het lineair maken van de conusbeweging zelf al tot een veel betere bas dus MFB kan desondanks heel mooie resultaten leveren.

[Chocomel]

Verder Rob Munich, dichterbij huis want is specifiek met MFB bezig:
https://rmsacoustics.nl/papers/whitepaperdistortion.pdf
Blz 14, figuur 8
Onderaan blz 13: This effect is extremely non-linear.

Het effect zelf is inderdaad sterk niet-lineair, maar dat zegt niet of het een betekenisvolle bijdrage levert aan de vervorming van een luidspreker in zijn geheel. Om dat te bepalen, is informatie nodig over hoe ver de conus uitslaat t.o.v. wat de rolrand toelaat en over de oppervlakte van de rolrand t.o.v. de oppervlakte van de conus.

Zie ook op p. 14:

Until approximately half the attainable stroke the resulting 2nd, 4th, etc. order
harmonics are not observed yet but above that range it quickly shows up.

.. waarbij het me overigens niet helemaal duidelijk is wat er met 'attainable stroke' wordt bedoeld, xmax of wat de rolrand toelaat.