Driver offset bepaling d.m.v. een indirecte methode

[Chris_T]

Inleiding:

Naar aanleiding van het topic over 1-kanaals meten met: Arta in Single Channel mode volgt hier een stukje over hoe daarmee, ondanks het ontbreken van delay/fase informatie, toch de (akoestische) offset tussen twee of meerdere drivers nauwkeurig bepaald kan worden.
Een onderdeel dat essentieel is om later met behulp van een filtersimulatie programma tot een kloppend filter te komen.
Daarmee bedoel ik een filter waarbij simulatie en praktijk óók goed overeenkomen.
De methode die hier aangereikt wordt zal ongetwijfeld uit een oude trukendoos komen.
Toevalligerwijs ben ik er zelf op gekomen, maar zoals wel vaker gebeurt wordt het wiel opnieuw uitgevonden.
Op internet zijn er dan ook talloze voorbeelden te vinden die dezelfde methode omschrijven.

Opzet:

De opzet is betrekkelijk eenvoudig.
Alles wat men nodig heeft is een simpele meetsetup en enige ervaring met meten (een reflectievrije frequentierespons te voorschijn toveren is voldoende).
Wat betreft de meetsetup is dat de gebruikelijke: (usb)geluidskaart met microfoon voorversterker, meetmicrofoon, meetversterker, statief en uiteraard de meetsoftware.
Daarnaast is er ook een filtersimulatie programma nodig.
Voor het meten gebruik ik hierbij Arta en voor de filtersimulatie SpeakerWorkshop.
Programma's waar ik al redelijk wat ervaring mee heb en daarom verder in deze kleine 'how-to' zal gebruiken.
Andere programma's zullen ook werken zolang men de metingen met 'minimum phase' kan exporteren.
En in het geval van filtersimulatie zolang men de gemeten curve over de gesimuleerde curve kan leggen.
Met Boxsim bijvoorbeeld, kan dat op het moment van schrijven, helaas niet.

Methode:

De methode berust op het sommeren van twee drivers in een filtersimulatieprogramma en het resultaat daarvan te vergelijken met een globale meting.
Zodoende wordt de offset niet direct bepaald, maar afgelezen van de simulatie.
Voor de eenvoud zal ik hier het meest voorkomende geval behandelen, namelijk een 2-weg met tweeter & woofer.
Hiervoor zijn in totaal slechts 3 metingen nodig van:

• Tweeter
• Woofer
• Tweeter en Woofer samen

De meetopstelling is vrijwel gelijk aan de opstelling zoals men gebruikelijk doet om de drivers op te meten voor het filterwerk (zie ik ook het filtertutorial van Jeroen_D).
Met het kleine verschil dat men qua meethoogte precies tussen tweeter en woofer in moet zitten.
En qua meetafstand het liefst zo ver mogelijk van de luidspreker, zonder dat reflecties in de metingen terecht komen.
In de praktijk komt dat neer op een meetafstand van ca. 100cm, wat voldoende is voor drivers die dicht op elkaar zitten.
Wanneer alles opgesteld staat, is het belangrijk om niets meer aan de positie van luidspreker en microfoon te veranderen en om te zorgen voor een stille meetomgeving.
Om eventuele invloed van buitenaf nog verder te beperken kan gekozen worden om de metingen te middelen.

Het stappenplan:

• Tweeter opmeten
• Woofer opmeten
• Tweeter en woofer samen opmeten (ik sluit de drivers parallel aan om onderlinge invloed van de drivers uit te sluiten -> lees: filtering door inductie van de woofer/tweeter zelf).
• Metingen exporteren waarbij gekozen wordt voor 'minimum phase'
• Metingen invoeren in een filtersimulatie programma
• In het somnetwerk van tweeter & woofer de offset aanpassen totdat de gesimuleerde curve met de gemeten curve overlapt
• 

[Chris_T]

Voorbeeld:

Hoe het stappenplan verder precies in zijn werk gaat kan ik het beste toelichten aan de hand van een voorbeeld.
Gemakshalve maak ik daarbij gebruik van metingen die ik eerder aan een 2-weg monitor heb gedaan.
Deze metingen zijn ook ter referentie of om gewoon mee te oefenen in de bijlage van de beginpost te vinden.

Dan de 1e stap, het maken van de 3 metingen:
Daarbij maakt het niet uit of voor 1-kanaals of 2-kanaals meten wordt gekozen.
De fase informatie wordt namelijk niet uit de meting gehaald, maar berekent aan de hand van de amplitude.
Daarvoor is de optie 'minimum phase'.
Dat dit zomaar kan komt omdat drivers zich ook nagenoeg 'minimum phase' gedragen.
Met andere woorden het faseverloop is direct gekoppeld aan het amplitudeverloop.

tweeter meting

Roodomcirckelt zijn de opties die ik aanvink voor het exporteren van de metingen.
Noodzakelijk: Magn+Phase en Minimum Phase
Optioneel: Time-Bandwidth Requirement (hiermee wordt het gedeelte dat niet bij de meting hoort uit het scherm gelaten, handig om te zien wat later uit de export data geknipt moet worden).

woofer meting

tweeter + woofer meting

Voor de globale meting van tweeter + woofer, sluit ik de drivers parallel aan.
Bij 4ohm drivers kan dit misschien een probleem opleveren, kies dan gewoon voor een serieschakeling.

[Chris_T]

De metingen hierboven laten o.a. zien dat de frequentierespons nog op een negatieve dB schaal zit.
Dat is niet erg omdat alleen relatieve verschillen interessant zijn.
Uit de gewoonte om alles positief te krijgen heb ik in Arta de metingen toch nog met 100dB omhoog geschaald.
Daarna is alles geëxporteerd en knip ik in dit geval all meetdata onder 212Hz uit de *.frd bestanden.

Dan is bijna alles klaar voor de simulatie.
Het enige wat nog rest is om de geëxporteerde metingen met een impedantie in SpeakerWorkhop in te voeren en daarin 2 netwerken aan te maken.
Voor de impedantie gebruik hier een 6 ohm dummy weerstand geleend uit de filtertutorial van Jeroen_D.
Dit mag in dit geval ook gewoon de impedantie van de tweeter of woofer zijn, zolang maar één van de twee gebruikt wordt.

Eenmaal alles ingevoerd, ziet het er zo uit:

Metingen ingevoerd, 2 netwerken aangemaakt

Netwerk 1: som van tweeter en woofer
Netwerk 2: referentie, globale meting tweeter+woofer

Het moment is aangebroken, het afleiden van de offset.
De curve van netwerk 1 wordt zodanig aangepast dat zowel de amplitude als de fase overlapt met de curve van netwerk 2.
Hierbij hecht ik meer waarde aan het overlappen van de fase dan het overlappen van de amplitude.

Eerst maar eens kijken of alles van nature al is uitgelijnd:

0cm offset

Legenda:
- amplitude netwerk 1
- fase netwerk 1
- amplitude netwerk 2 (referentie)
- fase netwerk 2 (referentie)

Niet helemaal, na een beetje pielen kom ik dan eindelijk op een waarde van -0.85cm.
Het - teken betekend in SpeakerWorkshop dat de woofer achter de y-as staat, dus achter de tweeter.

0.85cm offset

De offset is bepaald!
Mijn ervaring is dat deze waarde in de praktijk nog een klein beetje kan verschillen, maar tot nu toe is dat niet meer dan 1 tot 2mm geweest.
De gevonden waarde is in ieder geval nauwkeurig genoeg om een 1e testfilter mee te simuleren, waarmee later de offset nog gecorrigeerd kan worden.

[Chris_T]

Beperkingen/Kanttekeningen:

Ik wil op het hart drukken dat dit slechts een van de methoden is om de offset tussen 2 drivers te bepalen.
Er bestaan ook andere methoden die mogelijk een beter resultaat geven en/of gewoon sneller c.q. prettiger werken.
Uiteindelijk moet men gewoon kiezen wat het beste voor hem/haar werkt.
Er zijn echter situaties waarbij beperkingen ertoe kunnen leiden, dat een methode simpelweg gewoon niet geschikt is en overgestapt moet worden op een alternatief.

Situtaties waarbij deze methode niet geschikt is of niet werkt:

• offset bepaling bij lage overnamepunten bijv, tussen 100-200Hz (beperking door vloerreflectie in de meting)
• offset bepaling waar de hart tot hart afstand van de drivers groot is ten opzichte van de meetafstand

[Chris_T]

Vraag & antwoord:

Kun je dit niet beter toepassen met 1 van de drivers uit fase?
Dan krijg je zeer waarschijnlijk ergens een mooie dip. Dan kun je volgens mij nog beter de boel over elkaar leggen.

Het is het proberen waard, alleen denk ik niet dat het veel uit zal maken.
Je moet namelijk het geluk hebben dat de drivers in een bepaald gebied ook echt uit fase staan.
In het voorbeeld hierboven zie je ook dat het nergens goed optelt, uit fase zetten veranderd het berglandschap dan alleen een beetje.

En wat jij bedoeld met 'tussen woofer en tweeter' meten is het midden van de akoetische centra, dus halverwege CTC (center to center), right?

Ja, vanaf de baffle gezien hart- tot hartafstand van de drivers.
Echt noodzakelijk is het niet, wel verstandig als je de luisteras echt horizontaal wilt hebben.
Deze kan je dan later naar wens kantelen door de offset in de filtersimulatie aan te passen.

[wouter]

Mooi!

Kun je dit niet beter toepassen met 1 van de drivers uit fase? Dan krijg je zeer waarschijnlijk ergens een mooie dip. Dan kun je volgens mij nog beter de boel over elkaar leggen.

En wat jij bedoeld met 'tussen woofer en tweeter' meten is het midden van de akoetische centra, dus halverwege CTC (center to center), right?

[Chris_T]

Mooi!

Kun je dit niet beter toepassen met 1 van de drivers uit fase? Dan krijg je zeer waarschijnlijk ergens een mooie dip. Dan kun je volgens mij nog beter de boel over elkaar leggen.

Wellicht, ik heb het in ieder geval niet geprobeerd omdat de driver niet uitgelijnd zijn. Met een dip in het overnamegebied is uitlijnen wel een stuk makkelijker inderdaad.

En wat jij bedoeld met 'tussen woofer en tweeter' meten is het midden van de akoetische centra, dus halverwege CTC (center to center), right?

Ja, verticaal gezien de hart- tot hartafstand.


Ps. sorry voor de hele late reactie Wouter! Ben helemaal vergeten op de vragen in te gaan

[TabCam]

Is het niet veel eenvoudiger om de ene driver op het linkerkanaal en de andere driver op het rechterkanaal aan te sluiten en dan de akoestische referentie te gebruiken? Zo zou ik het in REW doen en heb (nog) geen ervaring met ARTA.