Luidspreker Zelfinductie

[Jacob]

Ik zit met de volgende vraag:
Door de zelfinductie van de luidspreker zal de impedantie bij toenemende frequentie hoger worden.
Dit zal bij constante ingangsspanning leiden tot een afname van de stroom.
Omdat de conusbeweging, en daarmee het geluidsniveau, evenredig is met de stroom zou je verwachten dat het geluidsniveau dus afneemt bij toenemende frequentie.
Echter, de frequentie karakteristieken die de fabrikanten opgeven blijven ook bij toenemende frequentie ongeveer vlak. Dit ook bij een constante ingangsspanning van 2,83 V/1m.
Kan iemand mij uitleggen hoe dit kan ?

[Pjotr]

Bij toenemende frequentie gaat de speaker ook meer bundelen, E.e.a. compenseert elkaar. De kunst is dus de speaker parameters zo te kiezen dat het totale resultaat zoveel mogelijk netjes recht wordt.

[markbakk]

Ofwel met een iets moeilijker begrip: de stralingsweerstand van een gewone luidspreker verandert met de frequentie. En die stralingsweerstand is meteen een maat voor hoeveel beweging van de conus wordt omgezet in geluid. Bij lage frequenties is dat weinig (lage stralingsweerstand), bij hoge frequenties is dat veel meer (hoge stralingsweerstand).

In dit (andere beroemde) plaatje van Olson kun je de relatie tussen frequentie, afmetingen en stralingsweerstand (eigenlijk stralingsimpedantie) goed zien.

[OWC]

Bundelen, opbreken en zelfinductie zorgen er allemaal voor dat de amplitude afneemt. (tov frequentie)
Deze effecten compenseren elkaar niet, maar versterken elkaar.

Bundelen is iets wat in feite enkel off-axis zichtbaar is, en is inherent aan het formaat van de speaker.
Een 8 inch full-range kan dus in feite on-axis kaarsrecht zijn tot 10kHz, maar zal door zijn formaat off-axis veel sterker bundelen dan een een 3 inch full-range. De zelfinductie, massa en opbreken staan daar dus in principe los van.

Een fabrikant kan echter nog wel spelen met het conus type en de totale massa (Mms) om zo het verschijnsel van opbreken te beïnvloeden.
Hoewel technisch gezien opbreken enkel resonanties zijn in/van de conus zelf (plus soms de ophanging), de zogenaamde coincidence resonances.
De massa zorgt voor een ook een afval op zichzelf, maar doorgaans gebruikt men daar dezelfde termen voor.
Een grotere massa zorgt immers voor een low-pass filter effect in het frequentie domein.

Voor een mid-woofer zou dus inderdaad gekozen moeten worden voor een zelfinductie die niet te groot is.
Een (zeer goede) manier hiervoor is om een zogenaamde kortsluitring (ook demodulatie ring) hiervoor te gebruiken.
Dit zijn een of meerdere koperen of aluminium ringen die geplaatst worden rond de spleet van de spreekspoel.
Hierdoor wordt niet enkel de zelfinductie drastisch lager, maar dit verbetert ook de vervorming.

De directe antwoord op de vraag, is dus dat de fabrikant de zelfinductie dus zo heeft gekozen dat deze nog geen merkbaar negatief effect heeft op de (amplitude vd) frequentie responsie. Of iig niet in het werkbare gebied voor deze woofer.

Als je hier wat meer over wilt lezen, raad ik aan op Loudspeaker and Headphone handbook van Borwick te lezen EN Loudspeaker Handbook van Eargle.
Daar staat dit allemaal mooi in uitgelegd.

[Pjotr]

Bundelen, opbreken en zelfinductie zorgen er allemaal voor dat de frequentie afneemt.
...........
...........

Ehhhh... Neem mij niet kwalijk OWC. Dit gaat wel ver. Als je dit soort dingen neer typt zou je er goed aan doen je eigen adviezen eens ter harte te nemen.

[OWC]

typo (auto correctie) verbeterd, context leek me al duidelijk genoeg.

[markbakk]

Bart heeft natuurlijk een punt. Ik blijf toch Olson’s plaatje het beste antwoord vinden op de vraag
Velen stappen naar mijn mening te gemakkelijk over dat fundamentele principe heen, zie ook de discussies over hoge of lage waarden voor Qms.

[Pjotr]

Vanuit de theorie wel maar dat blijft een abstractie die pas aan de orde komt na een wat globaler constatering en inzicht. Simulateprogjes gebaseerd op het werk van T&S nemen het niet mee en kunnen derhalve een verkeerd/verwarrend beeld geven.

[OWC]

Bart heeft natuurlijk een punt. Ik blijf toch Olson’s plaatje het beste antwoord vinden op de vraag
Velen stappen naar mijn mening te gemakkelijk over dat fundamentele principe heen, zie ook de discussies over hoge of lage waarden voor Qms.

Het heeft alleen niets te maken met de zelfinductie.
Het legt daarnaast ook niet uit waar die stralingsweerstand vandaan komt.

[markbakk]

Ok ok, leggen jullie maar uit waarom een conus die met toenemende frequentie minder beweegt, toch steeds meer herrie kan gaan maken…

[Jacob]

Jullie antwoorden maken een hoop duidelijk, ze wijzen allen in de richting van een compensatie van bundeling door de zelfinductie. Dit lijkt mij logisch: door bundeling zal, bij gelijk ingangsvermogen, de energie in een kleinere ruimtehoek worden uitgestaald waardoor de on-axis intensiteit zal toenemen. Dit kan je compenseren door het ingangsvermogen te verminderen met zelfinductie.
Tot zover begrijpelijk, maar: de mate waarin bundeling optreedt zal, behalve van frequentie, afhankelijk zijn van de conusdiameter. Je zou dan verwachten dat luidsprekers met dezelfde conusdiameter ook ongeveer dezelfde zelfinductie moeten hebben. Bij het bekijken van een aantal data sheets is mij echter gebleken dat dit niet zo is. Verschillen van een factor 10 of meer in zelfinductie zijn niet ongewoon.
Er is dus nog wat anders aan de hand. Maar wat ?

[OWC]

Wat er aan de hand is, is te vinden in mijn eerdere bericht (vandaar dat ik er wat dieper op in ging, ik had namelijk al zo'n vermoeden dat er vragen over zouden komen).

De massa van het bewegende systeem (Mms) en materiaal eigenschappen spelen namelijk ook een rol.
Ook de BL heeft hier invloed op en in kleine mate de Re. Volgens mij zijn delen van de eerder genoemde boeken online te lezen (via google library).
Ik zal de exacte pagina's even opzoeken.

Nogmaals, bundelen is een fundamenteel ander akoestisch fenomeen. Men kan enkel over bundelen spreken als er over meerdere assen wordt gekeken.
(Er valt anders ook namelijk niks te bundelen).

De zelfinductie is een elektrische eigenschap, de Mms is een mechanische eigenschap en dan zijn er nog materiaal eigenschappen van de conus zelf.

De zelfinductie en conus diameter zijn niet gerelateerd. De zelfinductie is een resultaat van het aantal wikkelingen en diameter van de spreekspoel.

Vroeger had men bv veel 8 inch woofers met een 25mm spreekspoel, terwijl tegenwoordig deze spreekspoel vaak (veel) groter is.

Een kleinere spreekspoel geeft doorgaans een frequentie responsie die verder doorloopt.

[markbakk]

Ik breek mijn eigen belofte. Sorry.
Een luidsprekerconus wordt effectiever bij stijgende frequentie. Dat gebeurt al in het frequentiebereik waar de golflengte nog best veel groter is dan de doorsnede van de conus (en waarbij bundelen nog niet optreedt). Zie het maar zo, even heel erg versimpeld: hoe sneller de conus beweegt, hoe minder de lucht vlak bij de conus die sneller bewegende conus kan volgen. Het gevolg is grotere luchtdrukverschillen vlak bij de conus en presto! meer geluiddruk.

[MarcoSQ]

Er is niks mis met de al gegeven antwoorden, maar ik denk wel dat dit eenvoudiger en basaler uitgelegd kan worden.
Ik hoop dat dit een goede poging daartoe is .

Waar het volgens mij een beetje mis gaat, is de volgende stelling in de startpost :

Omdat de conusbeweging, en daarmee het geluidsniveau, evenredig is met de stroom zou je verwachten dat het geluidsniveau dus afneemt bij toenemende frequentie.

Met name het vetgedrukte stukje in die quote, klopt niet. Er is géén rechtstreekse evenredigheid tussen uitwijking of verplaatst volume (of stroom, zo je wilt) en geluidsdruk !
Een hoge toon vergt minder uitwijking, dan een lage. Óók in 'perfecte' situaties die alleen maar in theorie kunnen bestaan.
Er is wél een (recht)evenredigheid tussen druk en versnelling (van die konus of de lucht die die aandrijft).

En die zin op zich kan al genoeg uitleg zijn. Hij vertelt je waarom een tweeter zoveel minder hoeft uit te wijken (en ook nog eens kleiner mag zijn), dan een woofer.
Uitleggen waarom die relatie er precies ligt, vergt inderdaad wat meer uitleg werk.

Door die relatie zou je normaliter een frequentiekarakteristiek verwachten, die met 12 dB per oktaaf oploopt.
De mechanismes die de mensen hierboven uitleggen, compenseren (of soms overcompenseren) daar in de praktijk inderdaad voor.

[OWC]

Ik breek mijn eigen belofte. Sorry.
Een luidsprekerconus wordt effectiever bij stijgende frequentie. Dat gebeurt al in het frequentiebereik waar de golflengte nog best veel groter is dan de doorsnede van de conus (en waarbij bundelen nog niet optreedt). Zie het maar zo, even heel erg versimpeld: hoe sneller de conus beweegt, hoe minder de lucht vlak bij de conus die sneller bewegende conus kan volgen. Het gevolg is grotere luchtdrukverschillen vlak bij de conus en presto! meer geluiddruk.

Leuk en aardig, maar het legt nog steeds niets uit tot betrekking tot de zelfinductie?
Daarnaast legt het enkel uit waarom een speaker minder uitwijking heeft in het hoog, maar niet waarom een deel van de frequentie responsie vlak blijft tov andere speakers. Of waarom andere speakers in het hoog afvallen terwijl sommigen dat niet doen.

Dit hele idee geldt namelijk enkel in de piston band van de speaker.

[Jacob]

Ik kan er geen touw meer aan vastknopen, maar bedankt voor alle reacties.

[markbakk]

Dat is nou ook weer niet de bedoeling. Je gedachte was goed. Wat je ook moet bedenken, is dat het rendement van een luidspreker niet bij elke frequentie hetzelfde is. Het gemiddelde rendement is nog geen procent, maar bij hoge frequenties kan het hoger zijn dan bij lage. De massa van de conus, de wrijvingsweerstand, de zelfinductie en de stralingsweerstand die ik aanhaalde, beïnvloeden het rendement allemaal. Er is dus géén lineair verband tussen de stroom en de geluidsdruk.

[OWC]

Het rendement is constant waar de speaker als zuiger werkt. Net zoals dat bij elk regeltechnisch systeem werkt.
Daarboven loopt het enkel af, tenzij je resonantie pieken ook meetelt.

De stralingsweerstand heeft enkel gevolgen op de conus uitwijking niet op het rendement.

Het rendement is enkel afhankelijk van de Bl, Mms, Sd en Re.
Zie; https://en.wikipedia.org/wiki/Thiele/Small_parameters

[Pjotr]

Met alle respect OWC, maar T&S parameters zijn alleen relevant in het resonantiegebied van de speakerunit. Die hebben nou echt niks met de vraag van TS te maken.

[OWC]

Met alle respect OWC, maar T&S parameters zijn alleen relevant in het resonantiegebied van de speakerunit. Die hebben nou echt niks met de vraag van TS te maken.

Nee dat zijn ze niet, de T/S parameters zijn geldig in het domein waar de speaker als een zuiger werkt
(dat geldt voor ELK regeltechnisch systeem!!!)

Zie eerder gedeelde literatuur, daar kun je dat allemaal mooi in terug vinden, of genoeg boeken over regeltechniek waar dit ook in uitgelegd wordt.
Mensen met een bepaalde achtergrond zouden dit moeten weten overigens.

[rdv300b833]

En die zelfinductie van de spreekspoel doet echt wel wat....
Hier wordt door hordes audioten zomaar overheen gestapt dan wel niet eens als probleem gezien want het is een gegeven.

ik gebruik hier een 3 weg-systeem waarvan alledrie de drivers zogenaamde fieldcoils zijn. dus een extern bekrachtigde magneet i.p.v. de standaard magneet. Daarmee zie ik dus een een spoel (spreekspoel van de driver) in een spoel (van de electromagneet).
De keuze van de aansturing van die electromagneet is echt bepalend voor je geluidsbeeld / impulsgedrag van je driver.
Let op: de zelfindictie van de spreekspoel is hier de constante ! Het omliggende veld door de field coil is hier de variabele.

Eerst uitgegaan van lekker goedkope geschakelde voedingen. Aardig; proof-of-principle maar echt blij werd ik er niet van.
Toen overgestapt naar lompe lineaire voedingen: wat een verschil ! Ouderwetse stabiele zekerheid waarbij direct alle voordelen van een field coil naar voren kwamen. Uiteindelijk gesetteld met een kudde aan Rohde & Schwarz NGPV's (voor iedere fieldcoil een eigen voeding) en nu merk je de bizarre snelheid en directheid in geluid(sbeeld). Alle NGPV's staan in CC (constant current want een field coil is een ampère-dingetjes; geen volt-dingetje). Die R&S dinosauriërs (20+ jaar oud......) kan je dusdanig instellen dat je veldsterkte in het circuit (in dit geval het magnetisch veld waarin de spreekspoel beweegt) echt constant blijft.
Lang leve dat soort oude dinosauriërs ! Heb hier zat "laboratorium voedingen" voorbij zien komen die nog niet eens in de buurt kwamen van de stabiliteit van dat soort klassiek R&S-materiaal.

En terug naar het onderwerp: die voeding (van de electromagneet van de driver) hoor je DIRECT in het impuls gedrag van de driver zelf.
Waarmee "bewezen" wordt dat de zelfinductie van de (spreek)spoel een niet te ontkennen speler is in de wondere wereld van audio.
Met behulp van een bizarre omweg (field coils) heb ik deze variabele redelijk onder controle. Ik zal de laatste zijn die om zelfinductie-spreekspoel zal lachen want weet wat de impact kan zijn. Goed of slecht.

Met muzikale groet,
Reinout
(niet schrikken van mijn niet-alledaagse K-tubes die van 500 Hz werken)

[Pjotr]

Dat die zelfinductie van wezenlijk invloed is zal ook niemand hier ontkennen denk ik Reinout. Dat was juist ook het uitgangspunt voor de vraag van TS. En ook al sinds men speakers maakt doet men veel moeite om de negatieve invloed er van te minimaliseren. Met name bij breedbanders, zoals copper caps op de magneetpool en wervelstroomkortsluitringen.

[markbakk]

Het rendement is constant waar de speaker als zuiger werkt. Net zoals dat bij elk regeltechnisch systeem werkt.
Daarboven loopt het enkel af, tenzij je resonantie pieken ook meetelt.

De stralingsweerstand heeft enkel gevolgen op de conus uitwijking niet op het rendement.

Het rendement is enkel afhankelijk van de Bl, Mms, Sd en Re.
Zie; https://en.wikipedia.org/wiki/Thiele/Small_parameters

efficacite_hp.pdf

(354.01 KiB) 116 keer gedownload

Ik vond een leuk artikel uit de oude doos.

[OWC]

Wat is er hier zo op tegen om gedegen literatuur te lezen?
Ik mag hopen dat voor sommigen hier het begrip minimum fase bekend is en de karakters daarvan?

@Mark
Dat artikel is uit 1951?
Alles voor 1972 moet je echt met een korreltje zout nemen

[markbakk]

Ik snap niet waarom je die stralingsimpedantie zo opzij lijkt te schuiven. Volgens mij is dat nog steeds een redelijk getrouwe modellering van wat er gebeurt in de interactie van een 'zuiger' en de (aan een zijde) omringende lucht. Ik kreeg het in de jaren '90 nog netjes ingepeperd op de TU.
PS. Lord Rayleigh en Wallace Sabine leefden tot 1919. En alle akoestiek die wij gebruiken, is gebaseerd op Newtoniaanse natuurkunde. Dingen vóór 1972 met een korreltje zout nemen? Ik zou niet weten waarom.

Edit
Dit stukje tekst uit het artikel geeft mooi weer waarop die literatuur vanaf 1972 is gebaseerd.