3-weg Compacte Desktop Monitor

[PA5cAL1]

Na het succes van mijn laatste project, zie: viewtopic.php?t=29237, smaakt het naar meer.

Met dit nieuwe project wil ik het concept downsizen om een paar mooie monitor speakers te bouwen die niet misstaan op een bureau. Daarbij wil ik wel zo veel mogelijk eigenschappen van de grote broertjes behouden. Ik heb de volgende grove doelstellingen bepaald:

• Lineaire response van 40 Hz tot 20 kHz (+- 1.5 dB)

• Laag extensie 35 Hz f3, 26 Hz f8

• Adaptive EQ

• Gecontroleerde directiviteit

• Maximale hoogt en diepte 30 cm, maximale breedte 20 cm

• Kostprijs voor onderdelen ~500 euro

Als uitgangspunt voor het ontwerp neem ik mijn laatste project met de volgende aanpassingen:

• MTM (Mid Tweeter Mid) naar TM (Tweeter Mid)

• Side firing 6.5" i.p.v. een 10" subwoofer (halveert ongeveer het effectieve oppervlak)

• Elektronica geïntegreerd in de luidspreker behuizing

Om de kosten van het project te reduceren wil ik dit keer geen Hypex Fusion plaat versterkers gebruiken. Het zal meer een houtje touwtje zelfbouw oplossing worden. Ik heb al een ADAU1466 DSP gekocht op Aliexpress, dat is eigenlijk een upgrade t.o.v. de DSP die Hypex gebruikt voor hun Fusion plaat versterkers. De voordelen zijn dat de SPDIF interface een 192 kHz sample rate ondersteund en dat er meer RAM beschikbaar is. Ik heb zelf een el-cheapo USBi programmeer tool gemaakt d.m.v. een Cypress CY7C68013A. Daarmee kan ik via SPI met sigmastudio DSP programma's laden. Ik moet nog kijken of het me ook lukt om DSP programma's naar de EEPROM te schrijven. Door de relatief grote hoeveelheid RAM zou ik ook kunnen kijken naar FIR filters.

Op de DSP kunnen ADC's en DAC's verbonden worden via I2S. Ik heb nog een Analog Devices AD1938 codec liggen die ik zou kunnen hergebruiken van een ander mislukt project. Daarentegen is het ook een optie om versterkers te kiezen met een ingebouwde DAC, bijv. de TAS5754 van TI. Ik heb daar al eerder een versterker bordje van gebruikt gemaakt door sure electronics:

De input zal voornamelijk via SPDIF gaan. Als het lukt wil ik ook een ADC toevoegen voor analoge bronnen. Daarnaast kan ik nog een USB interface toevoegen. De ADAU1466 heeft een aantal asynchrone sample rate converters waardoor de kloksignalen van de diverse bronnen niet gesynchroniseerd hoeven te zijn met de DSP klok. Om de kosten verder te reduceren wil ik maar één speaker actief maken waarbij de tweede speaker passief is waarbij de twee kanten met een 6-polige kabel verbonden worden.

Voor het mid en hoog wil ik Seas 27TBCD/GB-DXT en Peerless NE123W-08 opnieuw inzetten. Die bevielen me erg goed tijdens mijn laatste project. De NE123W-08 is makkelijk om mee te werken (heeft weinig compensatie nodig). De 27TBCD/GB-DXT spreekt eigenlijk voor zichzelf, wordt gebruikt voor de Kii Three en de Grimm Audio LS1. De DXT waveguide moeten resulteren in een mooi afstraalgedrag en goede integratie tussen het mid en hoog.

Voor de subwoofer wil ik de Reckhorn D-165i inzetten. De TS parameters zijn ideaal voor hele compacte gesloten behuizingen. Met een 6 L gesloten kast kan een Q van 0.58 behaald worden. Met een LinkWitz Transform kan ik vervolgens met een beperkte boost van 8 dB het -3 dB punt naar 35 Hz brengen (-8 dB op 26 Hz). Dit resulteert in de volgende response:

De DSP geeft ook de mogelijkheid om adaptive EQ toe te passen i.p.v. een statische boost. De signaalsterkte van het ingangssignaal kan gebruikt worden om een filter te selecteren uit een look-up tabel. Ik heb dat concept al eerder een keer geprobeerd en dat werkte vrij goed. Voor de kasten heb ik het volgende concept in gedachten:

Het ontwerp is vrij rechttoe rechtaan. Rondingen aan de voorkant zijn toegevoegd om diffractie te verminderen en het uiterlijk wat interessanter te maken. Ik heb gekozen om hier wat agressiever in te zijn als met het vorige ontwerp, daar was in het hoog qua afstraalgedrag nog wat verbetering mogelijk.

[Henkjan]

mooi project.

[holco]

Zo dan

[Barry2001]

Dit ziet er zeer veelbelovend uit, nice!

[hannesie]

Dit gaan we even in de gaten houden

[Douwe84]

Zo, dat is een mooi project!

[OWC]

Is die grafiek gemaakt in de nieuwe WinISD?

Linkwitz-Transform gaat namelijk fout in de nieuwe WinISD, parameters kloppen niet.

[satefan]

Heel cool. Ben met name benieuwd hoe de DSP gaat bevallen en het programmeren via Sigma Studio verloopt. Volg modus aan!

[Thomox]

Volgmodus: ON!

[Bertje]

Is die grafiek gemaakt in de nieuwe WinISD?

Linkwitz-Transform gaat namelijk fout in de nieuwe WinISD, parameters kloppen niet.

Nou nieuw, versie 0.7.0.950 stamt uit 2016..of heb jij een nieuwere?

[OWC]

Is die grafiek gemaakt in de nieuwe WinISD?

Linkwitz-Transform gaat namelijk fout in de nieuwe WinISD, parameters kloppen niet.

Nou nieuw, versie 0.7.0.950 stamt uit 2016..of heb jij een nieuwere?

Nee, ik gebruik nog de oudere want die nieuwere versie geeft dus problemen met actieve filters.
Met name LT gaat fout.

[Henkjan]

nieuw

[SSassen]

Nette render, smoelt lekker!

[PA5cAL1]

Bedankt allemaal voor de positieve reacties. Het wordt zeker een "long term" project. Waarschijnlijk kom ik volgend jaar pas toe aan het bouwen van de kasten, als het weer een beetje beter is.

Nee, ik gebruik nog de oudere want die nieuwere versie geeft dus problemen met actieve filters.
Met name LT gaat fout.

Ik gebruik versie 0.7.950. Wat precies gaat er verkeerd aan de simulatie van een Linkwitz Transform in de nieuwe versie? Het ingangsvermogen klopt in ieder geval niet maar de luidspreker is überhaupt een complexe impedantie. Om een idee te krijgen van het opgenomen vermogen kijk ik altijd naar het schijnbare vermogen (in VA's).

Ik heb gisteren wat verder gespeeld met de DSP en kan nu ook de DSP programma's naar de EEPROM schrijven. Dat is dus al weer een stapje verder. Nog een plaatje van de in elkaar geflanste programmer met onderdelen die voorhanden waren:

De programmer kan eenvoudig met een bandkabeltje op het DSP bordje worden aangesloten:

De volgende stap is om te kijken of ik er geluid aan kan krijgen. Ik ga dit proberen met een AD1938 codec van analog devices die ik nog heb liggen. Is ook al weer zo'n "aliexpress special" om maar in het thema te blijven:

Ik heb ook nog een bijpassend bordje wat erbovenop past met een ADAU1452 DSP. Er kwam wel geluid uit maar de kloksignalen waren niet schoon waardoor er hoorbare vervorming ontstond, mogelijk doordat een 2-laags print was gebruikt met een gatenkaas grondvlak. Het bordje met de ADAU1466 DSP die ik nu heb heeft een 4-laags PCB en verwacht ik dus meer van. De ADC's kreeg ik overigens nooit werken.

[OWC]

Bedankt allemaal voor de positieve reacties. Het wordt zeker een "long term" project. Waarschijnlijk kom ik volgend jaar pas toe aan het bouwen van de kasten, als het weer een beetje beter is.

Nee, ik gebruik nog de oudere want die nieuwere versie geeft dus problemen met actieve filters.
Met name LT gaat fout.

Ik gebruik versie 0.7.950. Wat precies gaat er verkeerd aan de simulatie van een Linkwitz Transform in de nieuwe versie? Het ingangsvermogen klopt in ieder geval niet maar de luidspreker is überhaupt een complexe impedantie. Om een idee te krijgen van het opgenomen vermogen kijk ik altijd naar het schijnbare vermogen (in VA's).

In die versie gaat die hele LT gewoon helemaal verkeerd.
De correctie klopt niet. Dat is een of andere bug (en dus nog niet aangepast).
Als je dus LT wilt toepassen zul je de oude 0.50a7 versie moeten nemen.

Ingangsvermogen is idd ook niet helemaal goed, dat moet gewoon spanning zijn.
Vermogen dat de versterker moet leveren kun je idd aan de VA grafiek zien.
Houd er wel rekening mee dat de versterker dus wel voldoende spanning kan leveren.
300W @ 8ohm red je dus niet met een 300W @ 4ohm versterker.
(wel qua vermogen, maar niet voor de spanning)

Die Reckhorn is best woofertje.
Ik had de oude versie, die kon 8mm xmax zeker niet waarmaken.
Geen idee over de nieuwere 165i versie.
Als het goed is moeten eind december ook weer voorraad hebben.

Anders klein tipje als je een LT gaat toepassen.
Voeg een highpass toe.
Ik stel altijd zo in dat de curve een Q van 0.5 krijgt. (dus LT + HP)
Met een beetje stoeien met de parameters kun je dat zelfs voor elkaar krijgen met een 1e orde highpass.
Op die manier bescherm je de speaker (en versterker) wat beter.

[PA5cAL1]

In die versie gaat die hele LT gewoon helemaal verkeerd.

Ik denk dat ik dan overstap naar Vituixcad om de sealed box te simuleren. Dan kan ik ook direct de LT simuleren naast de rest van de filters.

Ik had de oude versie, die kon 8mm xmax zeker niet waarmaken.

De specs van dat Reckhorn woofertje zijn dan misschien iets te goed om waar te zijn. Hij is ook een stuk efficiënter dan vergelijkbare woofertjes zoals de Peerless SLS-P830946 met waarschijnlijk als gevolg wat minder xmax. Ik zal de SLS-P830946 dan ook als optie houden. Jammer genoeg is de korf van die woofertjes weer niet zo mooi. Dat zou ik eventueel kunnen oplossen met een trim-ring. Ik heb nog een Tang Band W6-1139SI liggen maar die zijn verschrikkelijk inefficiënt in een gesloten kastje dus die ga ik denk ik niet hiervoor inzetten.

Voeg een highpass toe.

Ik doet dat altijd wanneer ik een LT toepas, meestal gebruik ik dan een second-order maar een first-order kan misschien ook, moet ik even uitproberen.

Ik heb momenteel de ADAU1466 spelend in combinatie met de AD1938. Het resultaat is zeker niet teleurstellend, alle 8 DAC uitgangen heb ik werkend gekregen met een enkele I2S uitgang van de DSP. De opstelling is nog wel een beetje een rommeltje maar is voor nu vooral bedoeld als een proof of concept:

Later zal ik een print maken die de twee bordjes met elkaar verbinden om het wat stabieler te maken. De input is nu met Spdif d.m.v. een toslink connector die ik van een ander chinees printje gejat heb. Een sample rate van 192 kHz voor het ingangssignaal werkt momenteel nog niet. Mijn vermoeden is dat die toslink connector daar niet geschikt voor is. Het deurtje viel al uit de connector dus daar moet zo wie zo een ander voor komen. Momenteel werkt het goed met een sample rate van 96 kHz.

De ADC's moet ik nog werkend zien te krijgen, die zijn momenteel nog niet aangesloten. De kwaliteit van de DAC uitgangen stelt tot nu toe nog niet teleur. De problemen die ik had met de AD1938 in combinatie met een ander ADAu1452 DSP bordje lijken verholpen.

[PA5cAL1]

Ik heb wat simulaties gedaan in VituixCAD om de Peerless SLS-P830946 te vergelijken met de Reckhorn D-165i. Met beide drivers is het vrij eenvoudig om een mooie response te krijgen met een 4 tot 6 liter gesloten kastje met een klein beetje EQ. Beide drivers kunnen echt schokkend diep zonder heel lomp te filteren. Als ik mik op een -3 dB punt van 35 Hz met een -8 dB punt van 25 Hz dan krijg ik de volgende responses voor de twee drivers voor een 6 liter gesloten kist:

(rood: SLS-P830946, blauw: D-165i )

Niet verassend kun je met de twee drivers ongeveer hetzelfde resultaat behalen mits je de filters maar goed tunet. De Reckhorn D-165i wil iets makkelijker laag. Dat is te zien wanneer de filter gain van de twee opties vergeleken wordt:

(rood: SLS-P830946, blauw: D-165i )

6 tot 7 dB aan boost lijkt me zeer schappelijk. Wel moeten we niet vergeten dat ik dit uiteindelijk dynamisch wil gaan maken, dus dan kan op lage volumes de filter gain mogelijk veel hoger gemaakt worden om nog lager te gaan. Of dat een succes wordt is nog de vraag. Voor nu wil ik vooral de twee opties vergelijken. Er zit wel een redelijk verschil tussen de twee wanneer de VA's vergeleken worden, wanneer het ingangsvermogen zo ingesteld wordt dat de peak xmax behaald wordt:

SLS-P830946 (VA's in grijs):

D-165i (VA's in grijs):

De Reckhorn D-165i ziet er dan wel uit als de winnaar uit deze vergelijking. Wel moet gezegd worden dat de D-165i een 6 ohm nominale driver is en de SLS-P830946 4 ohm nominaal is. Voor beide geldt dat het vermogen met een redelijke basale versterker gehaald kan worden. Ik heb ook nog de Tang Band W6-1139SI gesimuleerd in een 6L kastje en dat wil ook wel lekker:

Het nadeel van de Tang Band is de lagere efficiency, als ik mik op dezelfde 8mm peak xmax net als voor de andere drivers dan krijg het volgende:

Op zich is het nog wel te doen. Als het ingangsvermogen verhoogd wordt zodat de peak xmax van 13 mm gehaald wordt dan is er maar liefst 170 VA nodig:

Daarbij moet wel gezegd worden dat de W6-1139SI dan al bijna 6 dB luider speelt als de andere twee drivers. Omdat high-power klasse-D versterkers vandaag de dag niet meer zoveel kosten ziet ik het nog wel als een optie. Ik heb al een W6-1139SI liggen dus kan daarvoor een test kastje maken om te kijken hoe goed het werkt. Thermische compressie wordt denk ik wel een issue. De W6-1139SI is eigenlijk maar 50 watt rms belastbaar als ik de datasheet moet geloven. Stof om over na te denken.

[PA5cAL1]

Nog een kleine update, ik heb met wat proto PCB board een adaptie gemaakt voor de ADAU1466 dsp naar de AD1938 codec. Het geheel is nu een stuk stabieler en netter. Een stel jst connectors zijn toegevoegd voor toslink in en uit.

Ik heb nog wat ruimte over op de print om een kleine micro controller toe te voegen. Daarmee zou ik volume regeling, input selectie en EQ settings kunnen afhandelen in combinatie met een infrarood ontvanger en afstandsbediening. Een Attiny85 zou daar al voldoende voor moeten zijn. Nu zijn mijn programmeer skills in C een beetje weggezakt dus dat wordt nog even worstelen. Het plan is om de micro controller te laten communiceren met de dsp over SPI, althans de dsp board is daar default voor geconfigureerd. I2C zou ook kunnen maar dan moet ik een paar weerstanden aanpassen.

[OWC]

Een aantal van die dingen kun je ook in de DSP zelf doen trouwens.
Hoewel niet zo flexibel.

[PA5cAL1]

Een aantal van die dingen kun je ook in de DSP zelf doen trouwens.

Het ontvangen van berichten met een infrarood ontvanger met de DSP zelf lijkt me wel iets te ver gaan, maar wat simpele schakelaars of draaiknoppen kunnen wel op de GPIO pinnen verbonden worden.

Met een esp8226 microcontroller (goedkope/betere Arduino alternatief) is het gelukt om via SPI commando's naar de DSP te sturen. Momenteel is het nog erg basaal maar het kan gemakkelijk uitgebreid worden. Sterker nog, theoretisch is het haalbaar om de DSP volledig te programmeren bij opstarten vanuit de microcontroller. Omdat het DSP bordje een EEPROM heeft, heeft dat daarentegen weinig waarde. De opslag van de microcontroller kan beter beter gebruikt worden voor zijn eigen programma.