Basreflexpijp resonantie, en wat daar aan te doen is

[timpert]

En ik heb nog even verder gesimuleerd met AKABAK om een goed gevoel te krijgen voor de materiaalvereisten. Dit is het BEM model:

Het bestaat uit twee normale secties van ieder 17,5 cm lang aan de uiteinden (grijs), en een middensectie van 10 cm lang met een poreuze wand (groen), waarvan je de specifieke akoestische impedantie kan instellen. De akoestische impedantie die de conus (rood) ziet wordt berekend, het blauwe vlak is de overgang van het interieur van de pijp naar de buitenlucht. De vierkantjes om de conus en de pijpuiteinde zijn baffles om een lekvrije aansluiting tussen de delen te forceren.

Ik heb de simulatie vier keer gedraaid, de eerste keer met een volledig lekvrije pijp, en vier keer met een poreuze pijpwand in de groene zone, waarbij ik de porositeit (akoestische impedantie) van de wand heb gevarieerd. Alle vijf simulaties in één plaatje ziet er zo uit:

Het dempende effect van de poreuze wand is duidelijk te zien. Minder goed te zien, maar zeker relevant, is de reductie van de poort-Q die door de poreuze wand wordt veroorzaakt. De "ideale" poort heeft een zuiver imaginaire impedantie (fase exact +90°) en daardoor een oneindig hoge Q. Een fysieke poort heeft uiteraard altijd een eindige Q, en dat komt ook uit de simulaties. De poort Q is in deze situatie gelijk aan de tangens van de fasehoek van de impedantie als functie van de frequentie. Omdat ik in mijn project een boxfrequentie tussen de 30 en 35 Hz nastreef, heb ik de poort-Q bij 35 Hz bepaald. Het gewenste gedrag is dat de impedantiemaxima omlaag gaan, terwijl de minima omhoog gaan. De beweging van de eerste en tweede maxima heb ik bepaald. De resultaten:

In de meeste gevallen is een poort-Q van 20 niet problematisch, en ook een poort-Q van 10 is prima te doen als je er in het ontwerp van de box rekening mee houdt. De onderste regel in de tabel kan ik maken met het schuimmateriaal dat ik heb. Nog meer knutselwerk voor de boeg dus!

[timpert]

Ik heb geprobeerd de bovenstaande pijp van het verpakkingsschuim te maken dat ik heb, maar dat werd zo'n slap ding dat het geen werkbare pijp opleverde. Verder heb ik nog wat gesimuleerd aan een pijp met flare, een akoestisch laagdoorlaatfilter en aan een pijp met een iets langere gedempte middensectie. Daaruit heb ik geleerd:

• Een pijp die over 1/3 van de lengte voorzien is van dempend materiaal lijkt optimaal. De demping van het materiaal moet dan wel proportioneel worden opgeschaald, in mijn simulatie werkte 3225 Pas/m goed (relatieve impedantie van 8 t.o.v. lucht), maar de exacte waarde bleek niet heel kritisch. In dit artikel is te zien dat PU schuim met een dichtheid tussen 35 en 50 kg/m3 ongeveer de juiste impedantie heeft. De titel kan je googelen voor de plaatjes.
• Flares lijken resonanties te onderdrukken, maar ze doen ook iets wat je niet wil: ze werken als hoorns die keel-aan-keel geschakeld zijn, waardoor de pijp een effectieve en breedbandige uitkoppeling van hogere frequenties vanuit de kast naar buiten veroorzaakt. Dat is natuurlijk al gedeeltelijk op te vangen door middel van een pijp die niet rechtstreeks naar de woofer kijkt, in combinatie met effectieve demping binnenin de kast, maar toch is het iets om rekening mee te houden.
• Een akoestisch laagdoorlaatfilter werkt niet bij een reflexpijp. Een laagdoorlaatfilter is een buis met daarin een verdikking. Omdat de buis bij een reflexpijp vrij kort is, gaan de verdikking plus de twee pijpsegmenten aan als Helmholz resonator werken, en zo sterk resoneren. Een akoestisch laagdoorlaatfilter werkt alleen als op z'n minst één van de buizen bij het filter lang is ten opzichte van de golflengte. Dit is het geval in uitlaatpijpen en luchtkanalen, maar niet in een reflexpijp.

Het optimum lijkt dus te zijn: een pijp met aan weerszijden een beperkte flare, en een dempende sectie van een schuim met gesloten cellen in met midden van ongeveer 1/3 van de effectieve lengte. Ik heb wat hiervan besteld in 2 dichtheden (40 en 75 kg/m3 na uitschuimen), van 't weekend maar eens gaan kliederen met schuim en een paar impedantiemetingen eraan doen.

[Pjotr]

De zeg ik PUR schuim! Mijn vrouw heeft er als beeldhouwer veel mee gewerkt als kern voor polyester. Pas wel op met de hoeveelheid. Het wordt snel groter dan je denkt en geef het de ruimte, het kan flink druk opbouwen. Laat beslist een kant open anders ontploft je mal.

[timpert]

Laat beslist een kant open anders ontploft je mal.

Dat is alleen grappig als het een ander overkomt.

[Pjotr]

Ja menig vooronder van een zeilbootje wat men vol wilde schuimen met dit spul is zo bezweken

[timpert]

Vandaag heb ik een eerste poging gedaan om een schuimprop aan te brengen in een stuk PVC buis, om daarvan de akoestische impedantie te meten. Het afmeten van de juiste hoeveelheid gaat prima met mijn "nieuwe" 40 jaar oude weegschaal, maar het mengen is nog een uitdaging. Ik heb de onderkant van de pijp dicht gemaakt, en het schuim er aan de bovenkant gewoon uit laten komen. Na uitharden heb ik het overtollige schuim aan de bovenkant vlak afgezaagd. Dat ziet er dan zo uit:

Het lijkt aardig doorgeschuimd, maar het is ook losgekomen van de wanden. Het schuim wordt aardig warm tijdens het uitharden! Aan de onderkant ziet het er zo uit:

Het heeft een soort van "giethuid" gekregen die keihard aanvoelt, en volledig luchtdicht is. Maar ook is de kleur heel anders dan boven, dus homogeen is deze schuimprop niet. Het zou kunnen zijn wat de dokter voorschrijft, maar ik had me er toch wat anders bij voorgesteld. Gelukkig blijkt de schuimprop vrij makkelijk los te maken van de pijp, gewoon de pijp even wat masseren tot je licht gekraak hoort, en dan duw je de prop er zo uit. Die ziet er dan zo uit:

Het lijkt erop dat de hars niet lekker gemengd is, want er zijn duidelijk 3 lagen te onderscheiden met elk een andere structuur. Ik heb waarschijnlijk te kort geroerd, of niet hard genoeg, of beide. Er is een nieuwe prop in de maak met een harsmengsel dat ik wat langer heb geroerd, morgen maar eens kijken hoe die er uit ziet. Als die nog niet goed homogeen is, moet ik maar eens een gemotoriseerd roerdertje maken.

[Pjotr]

Zoals je gemerkt hebt wordt het ook aardig warm tot inwendig behoorlijk heet. Dat zorgt ook voor een niet gelijkmatig uitharden. Koelen dus in een emmer water en ja PVC is een goede warmte isolator! Overigens verkoopt Polyservice ook losmiddel mocht dat nodig zijn...

[timpert]

De tweede prop is al beter dan de eerste, de lagen op de zijkant waren niet meer te zien, maar de bodem had nog wel een duidelijk donkerder stuk met grote bellen. De derde batch heb ik daarom met een uit VD draad gebogen roerdertje in de accuboor geroerd. Het verwerkt best snel dit spul, dus het lijkt me toch dat ik het vandaag of morgen goed moet krijgen. Ziet er grappig uit vind ik:

Onderin de buis zit een stukje PE folie geklemd, omdat PU en PE bijna niet hechten kan ik dat gebruiken om te voorkomen dat het schuim aan het hout hecht. Als de boel is uitgehard kan ik de buis zo van de plank af halen, en het folie eraf trekken. Het ontstane reces is dan meteen goed voor de impedantiemeter.

Het losmiddel had ik ook gevonden, maar ik wil juist dat het (een beetje) hecht aan de PVC pijp omdat anders de druk langs de prop fietst in plaats van er doorheen, en dan is de impedantiemeting niet geldig.

[Pjotr]

Dat ziet er al beter uit Je wilt eigenlijk helemaal geen druk voor een consistent resultaat. Maar straks wil je er een kern in voor de doorstroom opening neem ik aan? Waarschijnlijk heb je dan wel losmiddel nodig.

[timpert]

De laatste poging is een stuk beter gegaan, je moet het spul best agressief roeren. Nu heeft de schuimprop ook aan de onderkant de goede kleur en structuur. Perfect is het nog niet, maar goed genoeg om verder te gaan. Dit ding heeft alleen maar als doel om de specifieke akoestische impedantie van het materiaal te meten, als dat klaar is gaat het de prullenbak in. Na de meting zaag ik steeds een stuk eraf, om zodoende de beste wanddikte te bepalen voor de twee dichtheden schuim die ik heb. De definitieve demper krijgt een heel andere mal, en daar zal inderdaad wel een losmiddel voor nodig zijn.

[Pjotr]

Nu ik je zo bezig zie vraag ik mij af hoe de kant en klare isolatie schuimmoffen voor CV leidingen het zouden doen als BR pijp. Uiteindelijk gaat het om alleen de massa van een prop lucht die heen en weer gaat en wil je verder geen resonanties daarin.

[timpert]

Nu met het schuim mooi uitgehard kon ik eindelijk impedantiemetingen doen. De opzet was als volgt: allereerst zaag ik de ronde schuimkop ervan af zodat ik een cilinder schuim in de meetbuis heb van precies 10 cm lang. Daar meet ik dan de impedantie van, waarna ik de buis inkort, meet, weer inkort, weer meet enzovoorts. Ik heb nu metingen van 10 cm, 5 cm, 2,5 cm en 1 cm dikke samples. Wat was het verschil tussen deze samples? Helemaal niks! Ze zagen er allemaal zo uit:

Deze meting aan het dunste sample is een plaatje uit een theorieboek, maar helaas wel van een veer. En die gaat niet dempen. Ik meet puur de impedantie van de ruimte voor de speaker, de schuimprop werkt als rigide wand. Het poly-pur H70 schuim is dus niet geschikt voor mijn doel, want de cellen zijn zo dicht en het materiaal is zo rigide dat het geen geluidsgolven dempt. Wel is het (mits goed geroerd) een mooi stevig schuim met een fijne structuur. In mijn laatste test bereikte ik een dichtheid van 91 g/l, iets hoger dan in het datasheet dus, maar waarschijnlijk heeft dat te maken met de ietwat lage temperatuur in mijn kelder toen ik het schuim bereidde. Conclusie: interessant schuim voor structurele dingen, maar als absorber ongeschikt.

Volgende test met het H45 schuim. Eerlijk gezegd verwacht ik weinig verschil, omdat het opgegeven percentage gesloten cellen voor beide schuimen >90% is. En het is nu net de mate van openheid die de demping bepaalt. Maar goed, daarom heb ik deze opstelling ook gemaakt: om relatief snel verschillende materialen te kunnen karakteriseren.

[satefan]

Je zou ook een stuk Flamex kunnen proberen? Of juist niet?

[timpert]

Dat heb ik hier al gedaan, dat is juist weer te doorlatend.

[Pjotr]

Nja, je hebt wederom aangetoond dat een hard schuim met gesloten cellen niet erg veel dempt akoestisch Toch moet ik zeggen dat Neopreen en EPDM schuim zo op het eerste gehoor best goed dempt. Misschien toch een stuk PVC buis aan de binnenkant daarmee beplakken? Of met Technocell o.i.d.

[satefan]

Ik zie een 3d geprinte buis voor mij van een binnenpijp met gaatje, een dichte buitenpijp en daartussen een "honingraat" die eindigt op de open kopse kant.

Dat is prima te maken natuurlijk.

[timpert]

Nja, je hebt wederom aangetoond dat een hard schuim met gesloten cellen niet erg veel dempt akoestisch Toch moet ik zeggen dat Neopreen en EPDM schuim zo op het eerste gehoor best goed dempt. Misschien toch een stuk PVC buis aan de binnenkant daarmee beplakken? Of met Technocell o.i.d.

De typische dempingsmaterialen hebben een veel lagere stromingsweerstand dan ik nodig heb. Het materiaal moet zowel dicht als rigide genoeg zijn om een luchtworst in te sluiten, anders is het geen reflexpoort meer. Ik mik op zo'n 3500 Pas/m, de gebruikelijke dempingsmaterialen schieten zo'n 1 tot 2 ordes van grootte tekort. Er zijn maar heel weinig toepassingen waarbij dergelijke waarden nodig zijn, en ik ben nog geen datasheets tegen gekomen waarin de eigenschap die ik zoek staat vermeld.

Overigens heb ik wel degelijk een beetje hoop voor het H45 materiaal. Dat heeft ongeveer de halve dichtheid en dat wordt bereikt door de hoeveelheid blaasmiddel te vergroten. De bellen hebben dus twee keer zoveel reden om te knappen. Daarom serveer ik het niet af zonder er eerst aan gemeten te hebben.

[Pjotr]

Ja dat begrijp ik. En wat gebeurd er als je bestaand open cell materiaal zoals Technocell, samenperst tot zeg een kwart van de oorspronkelijke dikte?

[timpert]

De H45 staat nu lekker uit te schuimen.

Samenpersen moet wel werken denk ik, in mijn eerste experiment kon ik, door een streng dempingsmateriaal strak op te draaien, al de demping enigszins tunen.

[timpert]

Net even wat tijd gevonden om aan het H45 schuim te meten, resultaat van de laatste meting aan een 1 cm dik monster hieronder.

Zoek de nul verschillen met het H70 schuim. Het gedrag is niet wezenlijk anders, ook dit schuim gedraagt zich als een volledige afsluiting. Kennelijk is 90% gesloten cellen gewoon te dicht.

Volgende halte: handpurschuim. Dat heeft (wanneer er een datasheet beschikbaar is van het product) vaak een gehalte aan open cellen van 70%. Ik vermoed dat dit nog steeds vrij dicht is, maar een klein busje schuim kost me de kop niet.

[timpert]

Afgelopen weekend heb ik nog handpurschuim geprobeerd, zonder succes. Het schuim is zodanig inhomogeen dat ik niet verwacht hiervan een reproduceerbaar akoestisch component te kunnen maken. Gelukkig heb ik de bus niet voor niks gekocht, want ik heb nu mooi een paar buisdoorvoeren kunnen afdichten. Ik heb wel een monstertje waaraan ik meten kan (en dat ga ik ook doen), maar zelfs al meet het redelijk dan ga ik toch op zoek naar iets waarvan ik de eigenschappen beter in de hand heb. Er zijn in deze thread al wat suggesties gedaan, en zelf heb ik ook nog wat ideeën:

• Buisisolatie
• Neopreen schuim
• EPDM schuim
• Tecnocell samenpersen
• Schuim voor lucht/waterfilters
• Schuim voor de zitting van (sport)zadels
• Synthetische spons

Iemand nog andere suggesties voor mogelijke materialen? Wellicht heeft iemand nog een klein stukje Tecnocell liggen? Het is vrij eenvoudig om ze op mijn impedantiemeter te testen, het meeste werk is het prepareren/fixeren van het monster. De meting zelf is in enkele minuten gedaan.

[Pjotr]

Lekker bezig zo! Schuim voor waterfilterfilters (vijverfilters) heb ik al eens geprobeerd. Doet echt nagenoeg niks. Evenals die filterwatten voor vijverfilters. Synthetische spons, zoals dat spul van schuursponsjes vergaat vrij snel onder invloed van daglicht (UV). Neopreen en EPDM schuim is met gesloten cellen. Dat dempt alleen reflecties door de vering i.c.m. hoge interne wrijving. Of je het hier kunt gebruiken?

Op je lijstje kan misschien nog samengedrukte BAF.

[VintageHarry]

Of samengedrukte glaswol?

[satefan]

Wij hebben sinds een tijd nieuwe kussens die je zelf kan vullen. Hier zitten een soort blauwe 'schuimvlokken' in die, als je ze samenknijpt langzaam weer hun originele vorm aannemen. Geen idee of je er iets mee kan, maar ik kan een handje opsturen

[timpert]

Of samengedrukte glaswol?

Daarmee werd de vent van aperiodieke speakers gemaakt (bijvoorbeeld een variovent). Zou kunnen werken, maar dan moet het wel stevig worden samengedrukt.

Wij hebben sinds een tijd nieuwe kussens die je zelf kan vullen. Hier zitten een soort blauwe 'schuimvlokken' in die, als je ze samenknijpt langzaam weer hun originele vorm aannemen. Geen idee of je er iets mee kan, maar ik kan een handje opsturen

Screenshot 2022-11-28 at 15.48.17.png

Dank voor het aanbod! Ik kan dit helaas niet meten, want ik heb een aaneengesloten stuk materiaal nodig waar geen lucht langs kan piepen. Maar de stromingsweerstand zou weleens goed kunnen zijn.