BasWeergever-1: een stereo transmissielijn behuizing

[pappaleo]

Klopt, de resonantiefrequentie van een ingebouwde luidsprekerunit wordt hoger dan dat hij in free-air is.

Ik weet (oprecht) niet of hetgeen jij gebouwd hebt zich gedraagt als een transmissielijn. Ik vermoed dat de kast zich gedraagt als een closed box. Het is in feite een helmholtz resonator die zo laag is afgestemd dat de poort output niet meer aansluit bij de laagste frequentie die de unit nog enigszins fatsoenlijk reproduceert.

Simuleer maar eens een basreflex kast met die unit met als inhoud jouw vierkante kast en stem die af op 5 Hz of zoiets (wilde gok). Je zal zien dat het gedrag overeenkomt met het gedrag in een gesloten kast.

[richard]

Ik weet (oprecht) niet of hetgeen jij gebouwd hebt zich gedraagt als een transmissielijn. Ik vermoed dat de kast zich gedraagt als een closed box.

Afgaand op de vuistregels voor TL uit de oude lesboekjes vraag ik me dat ook af. De doorsnede van de lijn verloopt doorgaans van 1,5 tot 2 sD aan het begin naar 1 sd aan het eind. De lengte 1/4 of 1/2 van de golflengte van de resonantiefrequentie.

De unit moet er ook geschikt voor zijn, een lage resonantiefrequentie en een wat hogere Q.
Het idee is volgens mij dat de door de lijn gereflecteerde golf samenvalt met de door de conus opgewekte golf en zo het rendement op de resonantiefrequentie vergroot. Niet meteen de output van de opening zelf.

De demping met langharige schapenwol in de lijn is om de geluidsnelheid te vertragen, de lijn zo virtueel langer te maken en de harmonischen zoveel mogelijk te dempen. Ook goed voor de biodiversiteit; motten vinden het ook lekker.

[Inventor]

Ik weet (oprecht) niet of hetgeen jij gebouwd hebt zich gedraagt als een transmissielijn. Ik vermoed dat de kast zich gedraagt als een closed box. Het is in feite een helmholtz resonator die zo laag is afgestemd dat de poort output niet meer aansluit bij de laagste frequentie die de unit nog enigszins fatsoenlijk reproduceert.

Interessant idee, pappaleo. Ik zat het me zelf ook al af te vragen.

Ik heb berekend wat de resonantiefrequentie zou zijn als we mijn behuizing (de 1e versie) modelleren als een Helmholz resonator: een 5.0m lange pijp met 0.6dm2 oppervlak, verbonden met een kamer met ca. 8.5L volume.
Resultaat: ~125 Hz. Ik zie geen merkwaardigheid in de frequentierespons rond dat specifieke punt.

Hieronder het Matlab script voor de Helmholz frequentie berekening

CODE: Selecteer alles

% Formula for resonance frequeny of Helmholtz resonator, according to
% the book Physics of Waves, Eq. 5.4.8 (p.150)
% A Helmholz resonator consists of a straight pipe connected to a chamber.
% S: cross-sectional area of pipe
% L: length of pipe
% V: volume of chamber
% c: speed of sound in gas
% r: radius of pipe
% a: length to account for increase in effective pipe length,
%    value is empirically determined to be 0.83r
% f = c*sqrt(S/[(L+2a)*V])


c = 343;    % [m/s] speed of sound


% properties of transmission line enclosure (BasWeergever-1):
L    = 1*(0.80-0.012)...    % values of 12mm and 6mm account for wall widths
      +2*(0.80-0.012-0.006)...
      +4*(0.80-0.25-0.012-0.006)...
      +1*0.55; % [m] 
h   = 0.15; % [m]  pipe height
w   = 0.04; % [m]  pipe width
V_w = 0.24; % [m]  chamber width
V_h = 0.15; % [m]  chamber height
V_d = 0.24; % [m]  chamber depth

V = V_w*V_h*V_d;    % [m3] chamber volume
S = w*h;            % [m3] pipe area
r = sqrt(S/pi);     % [m]  equivalent pipe radius
a = 0.83*r;         % [m]  length to account for increase in effective pipe length

f_BasWeergever1 = c*sqrt(S/((L+2*a)*V))
% result dd. 12dec2023 for BasWeergever-1: f = 125 +/- 3 Hz

[Inventor]

wow, wat een prachtig project. ik ga dat later wel goed lezen (snodberkouden nu)

Fijn dat je enthousiast reageert Henkjan
De website van Martin J. King heb ik op mijn radar. Ik heb er het één en ander van gelezen, maar niet alles.

Hallo Pieter,

Je bent in ieder geval gedegen te werk gegaan. Leuk dat je alles documenteert, en je verwachtingen controleert en eerlijk ipv rooskleurig analyseert.
Wat je doet is alleen niet nieuw, en ook niet onbekend dus het is wel een wiel uitvinden die er al is als ik zo direct mag zijn.

Met software kun je voorspellen wat er gebeurt. Niet alles is te voorspellen, soms omdat de software te simplistisch is (Ajhorn en Akabak kunnen beide TL simulaties doen maar bij de laatste kun je veel verder modelleren - zo lang je maar weet wat je doet) en soms omdat je een variant hebt waarbij niet helder hoe je daarvan het beste de theoretische kant kunt benaderen.

Met langere TL constructies heb ik zelf ervaring, ik heb vele ontwerpen gemaakt met laag afgestemde TL luidsprekers.
Het eerste wat ik nog kwijt wil, is dat een plaat waar een TL (stereo) sub moet komen een vrij problematische aanpak is voor goed geluid. Ik heb meerdere keren subwoofers op een centrale plek gehad om vervolgens te constateren dat het laag op de luisterpositie ronduit slecht was.

Hier wat leesvoer: een lange TL doordat vanaf de positie van de woofer er 2 verschillende lijnlengtes zijn - het werd gezien als een TL van ca 3,5 meter lengte en als TL van 1,75 meter lengte met de woofers op een verschillende positie vanaf de start van de lijn.
viewtopic.php?p=1705477#p1705477

HIer een TL subwoofer, passief die 20Hz op 6B weergeeft:
viewtopic.php?t=25215

Je ontwerp deed me trouwens denken aan de Labyrinth speakers kits en aan de Bose Wave music system, versie weet ik veel



Ajhorn zou jouw kast omschrijven als een TL met voorkamer, situatie 2:
viewtopic.php?p=1442346#p1442346

Wouter,
Aan je uitgebreide reacties merk ik dat je mijn verhaal serieus neemt en dat je veel kennis en kunde hebt.
Je verslag van "AL170 + KE25SC TL" heb ik gelezen. Het bevestigt mijn hoop dat je de pieken en dalen in de frequentierespons kunt compenseren met verschillende lijnlengtes.

De website van het programma AJhorn had ik al ontmoet. Ik heb het programma niet. Ik wil in de documentatie nog nalezen wat het fysisch model is wat er in gebruik wordt. Jouw vergelijking tussen AJhorn simulatie en meetdata in bovengenoemd onderwerp geeft me wel wat vertrouwen dat AJhorn kloppende resultaten geeft.

Het onderwerp over "een TL subwoofer, passief die 20Hz op 6B weergeeft" en je andere suggesties heb ik nog niet gelezen. Ik waardeer alle leesvoer suggesties i.i.g., dank daarvoor.

De weergever zoals 'ie nu is, is verre van perfect, maar gaat al aardig laag: lager dan de open baffle met 18dB versterking. Ik hoor af en toe subtiele geluiden die richting infragenluid neigen waarbij horen ook voelen is.

Ik proef uit je verhaal dat je geen berekend ontwerp hebt gebouwd, met een zeer lange smalle lijn is de afstemming zo laag dat deze er niet meer is, en de kasten eigenlijk als gesloten kasten gaan functioneren, ook zitten er te veel vouwen in.
Hoe ben je hier op gekomen om dit zo te bouwen? heb je dit ergens gezien?

Infase,
Waarop baseer je je stelling 'te veel vouwen'? Zie hoe ik de bochten afgerond heb. Topologisch gezien is de lijn vloeiend van vorm. Bovendien lijkt mij een geometrisch ding van 5cm verwaarloosbaar t.o.v. het formaat van de geluidgolf. Bij 30Hz is de golflengte ~10m. Als dat door de lijn komt, dan komt 'ie ook door de bocht. En dat is waarneembaar: als ik Transformers muziek speel, en ik houd een stuk papier of schuim voor de uitlaat, dan klappert dat soms een halve centimeter heen en weer.


Toelichting bij aanpak
Nog een opmerking over mijn aanpak: Ik heb inderdaad geen vuistregels gebruikt. Ik werk - in het algemeen - op basis van inzicht en intuïtie. Ik heb bij vuistregels een verklaring nodig om ze aan te nemen en dat miste ik in literatuur. Bijvoorbeeld: Ik las hier-en-daar dat het TL oppervlak liefs groter is dan Sd maar ik miste de verklaring daarvoor. Dan ga ik zelf nadenken, rekenen, schatten, bouwen en experimenteren. Soms kom ik uiteindelijk tot dezelfde stelling die men van te voren al aangeboden had. Maar dan heb ik onderweg wel gevoel en inzicht erbij gekregen. Mijn behoefte aan fundamenteel inzicht gaat (veel) dieper dan bij vele anderen. Vandaar dat ik telkens vraag: 'wat is de fysische verklaring?' bij iedere bewering. Dit verslag maakt gelukkig reacties los, die een nieuwe schat aan informatie voor mij blootleggen.


Bovendien houd ik van onconventionele paden, van grensgevallen. Projecten waarvan ik van te voren zeker weet dat ze gaan werken, fascineren mij niet zo.

Als toegift over de waarde van op mijn eigen kompas varen, wat persoonlijke achtergrond: Ik ben in een soort sekte opgegroeid en zou psychisch teloorgegaan zijn als ik niet de algemeen aanvaarde waarheden, die door IEDEREEN in mijn omgeving mij voorgehouden werden, had verworpen en mijn eigen gang gegaan was. Dat heeft mij geleerd dat het voor mij goed is om traditionele overtuigingen kritisch te bevragen, of sterker: met argwaan te bekijken, zelfs (juist) als er algehele consensus over is. Dus ik sta kritisch (en nieuwsgierig!) tegenover nagenoeg alles. Maar wees gerust: ik ben voor rede vatbaar!

Tot zover over de waarde die een eigen, originele, enthousiaste, kritische aanpak voor mij heeft.

Nou mannen, ik ga nog wat muziek luisteren

[Inventor]

Leeg bericht.
(Oeps, ik wou een aanpassing maken aan eerder bericht maar druk per ongeluk op citeren. Dat leverde dit bericht op.)

[Tom Magchielse]

Het is natuurlijk geen toeval dat gangbare transmissie lijnen er zo heel anders uitzien. Een lopende geluidsgolf wordt gekarakteriseerd door een akoestische impedantie, d.i. de verhouding tussen de druk en de deeltjessnelheid in de lucht.
Om een druk op te bouwen moet lucht verplaatst worden, en dat gebeurt met de zgn. deeltjessnelheid. Die "deeltjes" zijn een fictieve grootheid, denkbeeldige luchtvolumes die samen de drukvariaties opbouwen. Het heeft dus niets te maken met stroming of luchtmoleculen.
De akoestische impedantie van een nauwe pijp is veel hoger dan die van een wijde pijp, omdat in een nauwe pijp een kleinere luchtverplaatsing nodig is voor dezelfde druk. Als je twee elementen met fors verschillende doorsnede ( een wijde en een nauwe pijp ) op elkaar aansluit, treedt een flinke sprong in de akoestische impedantie op, wat leidt tot reflecties. Een (flink) deel van de geluidenergie wordt dan teruggekaatst. Dat gebeurt als je een driver met een groter oppervlak aansluit op een nauwe pijp.
Een heel nauwe pijp heeft bovendien hogere verliezen door de stilstaande lucht bij de wand (wet van Poiseuille als ik me goed herinner).
Elke bocht in de pijp geeft ook aanleiding tot reflecties, omdat de golfvorm in de bocht moet veranderen. Dat levert een veranderde deeltjessnelheid op, die een verandering in de akoestische impedantie veroorzaakt.
Wat heb je nu gebouwd? Ik zou zeggen een reeks sterk gedempte akoestische massa's, gekoppeld via reflecterende koppelingen. Geen werkende TL zou ik zeggen.

[richard]

wet van Poiseuille

Bijna, Wet van Bernoulli: https://nl.wikipedia.org/wiki/Wet_van_Bernoulli

Edit: Oei, ik zie dat er inderdaad ook een Poiseuille is:
https://nl.wikipedia.org/wiki/Wet_van_Hagen-Poiseuille

Is er in de stromingsleer ook nog iets van wandruwheid (of zandruwheid) en al dan niet laminaire stromingen die de weerstand in een leiding bepalen. En het aantal en scherpte van de bochten maakt wel degelijk uit, al is het afronden stukken beter dan haakse hoeken.

[wouter]

En het aantal en scherpte van de bochten maakt wel degelijk uit, al is het afronden stukken beter dan haakse hoeken

Ik heb met metingen bevestigd gezien bij Hobby Hifi als ik het me goed herinner, dat hoge tonen niet door de gevouwen pijp heen komen en dat afronden help ze er wel doorheen te komen. Contraproductief dus...
Ik bespaar me de moeite van het afronden en plaatsen van bochten of hoeklatjes. Zelf niet 'met en zonder' gemeten

[AntonZ]

Tweede testen
Effect van locatie
Het plaatsen van de weergever op de ontwerplocatie, namelijk onderaan het schuine dak en tegen de muur, zorgt voor +6dB bij f < 100Hz:
effect van locatie v3.png

Conclusies van deze serie metingen

• <knip>
• <knip>
• Het plaatsen van de weergever tegen de muur en dichtbij het schuine dak zorgt voor een forse toename van geluidsdruk bij lage frequenties
• <knip>
• <knip>

Dit klopt en is redelijk algemeen bekend van subwoofers. Plaatsing tegen een muur zorgt inderdaad voor ongeveer +6dB in het subwoofer frequentiegebied, onder 100Hz. Plaatsing in een hoek verdubbelt dat effect nog eens, dan kom je tot +12dB gevoeligheid.

Dat is trouwens ook ongeveer de grens waaronder onze oren een geluidsbron niet meer kunnen plaatsen. Als je goed genoeg filtert zodat er niet veel boven 100Hz in de weergave zit, dan kun je niet meer "horen" waar de bas vandaan komt. Waar ze staan (of liggen) is dan voor dat aspect niet meer relevant. Stereo horen we ook niet in dat frequentiegebied. Qua weergave zou een sub dus prima mono mogen zijn. Dat geeft dan wel weer potentieel discussie over passieve vs aktieve filtering en aparte versterking voor laag en je ob weergevers maar daar wil je wellicht helemaal niet heen.

Je hebt nu twee subwoofers op ongeveer 1.60m uit elkaar. Dat is eigenlijk niet wenselijk. Om effecten van uitdoving van golven van beide weergevers te vermijden, wil je ze minder dan een kart golflengte uit elkaar, of juist meer dan twee golflengtes uit elkaar. Gedacht voor het beoogde frequentiebereik. Praktisch gezien: grofweg binnen 0.70m van elkaar of meer dan een meter of 20 uiteen. Niet handig in een huiskamer, maar daar komen nog meer zaken om de hoek kijken: reflecties van de geluidsgolven, tegen wanden, dak, vloer. Ook die kunnen voor uitdoving zorgen. Een paar meter uit de hoek zoals zichtbaar in jouw schets kan tot een dal in de weergave leiden. Typisch voor zo'n dal door uitdoving is dat het met EQ haast niet weg te krijgen is. Je lijkt meerdere dalen in je respons te zien. Reken die frequenties eens om naar een golflengte, vergelijk met afstand van je sub tot diverse grote vlakken in je luisterruimte.

Als je de getoonde frequentierespons in je kamer hebt gemeten, dan heb je niet zuiver de weergave van je subwoofer gezien. De invloed van reflecties is enorm. Een interessant punt zou al zijn om slechts 1 kanaal aan te sluiten want dan sluit je uitdoving van de twee subwoofers onderling al uit. Kijk eens wat doet.

Nog een leuk experiment is de zogeheten "subwoofer crawl". De lokatie die wij visueel aantrekkelijk vinden voor een sub is niet zelden een zeer suboptimale lokatie. Een ietwat vreemde manier om daar mee te experimenteren: plaats de subwoofer even op de luisterpositie. Ga vervolgens rondkruipen in je kamer, oren dicht bij de vloer. Sla geen hoekje over. Merk op dat het waargenomen volume enorm kan variëren, enkel doordat je je oren verplaatst. Of een meet microfoon. Vind je een plek waar het behoorlijk duidelijk klinkt en waar je er niet over struikelt? Plaats daar je subwoofer, ga nu luisteren in je stoel.

De afrondingen in de hoeken van je kanalen zijn al genoemd. Die zijn *veel* kleiner dan de golflengte van geluidsgolven in het subwoofer domein. Deze golven "zien" een dergelijke kleine afronding niet. Ze zorgen er wel voor dat hogere frequenties makkelijk de hoek om gaan. Die wil je juist niet in je sub. Daarom denk ik dat ie het beter zou doen zonder deze afrondingen.

Specifieke TL ontwerp overwegingen laat ik graag over aan Wouter en andere mensen die daar ervaring mee hebben, die heb ik niet. Leuk project, en mooi om te zien dat je onconventioneel en eigenwijs aan het werk gaat.

[richard]

en mooi om te zien dat je onconventioneel en eigenwijs aan het werk gaat.

Doet Elon Musk ook met SpaceX. Denk ik wel dat ze daar ook wat sommetjes maken.

[Tom Magchielse]

Waarop baseer je je stelling 'te veel vouwen'? Zie hoe ik de bochten afgerond heb. Topologisch gezien is de lijn vloeiend van vorm. Bovendien lijkt mij een geometrisch ding van 5cm verwaarloosbaar t.o.v. het formaat van de geluidgolf. Bij 30Hz is de golflengte ~10m.

Misschien ten overvloede: Als je een bocht van 180 graden maakt in een pijp, moet de deeltjessnelheid compleet van richting omdraaien. Je kunt toch moeilijk volhouden dat de golf daar niets van merkt omdat de golflengte veel groter is dan de straal van de bocht. Dat is nu de reden dat een rechte hoorn of een rechte TL het veel beter doen.

[AntonZ]

Je neemt hierbij aan dat deeltjes zich met significante snelheid verplaatsen, hetzij rechtdoor hetzij de bocht om. Ik ben niet enorm diep thuis in de exacte fysica van diverse luidspreker typen maar denk dat je het veeleer als een drukgolf moet zien, waarbij naastliggende deeltjes een kracht op elkaar overdragen. Denk aan de "Newton slinger"/ "Newton cradle":

Newton slinger

Je kunt toch moeilijk volhouden dat de golf daar niets van merkt omdat de golflengte veel groter is dan de straal van de bocht. Dat is nu de reden dat een rechte hoorn of een rechte TL het veel beter doen.

Ik heb twee folded horn subwoofers in huis. Voor laagweergave gaan die geweldig goed. Ik heb geen fijnere laagweergave gehoord dan uit een dergelijke hoorn. De scherpe bochten in de hoorn zijn een zeer effectief laag-doorlaat filter waardoor je minder harmonischen weergeeft en enkel het oorspronkelijke signaal. Een rechte hoorn (of een met mooi afgeronde hoeken) doet het inderdaad beter als je er ook hogere frequenties mee wilt weergeven. Voor alleen sub-laag is geen rechte hoorn nodig en mag ie prima opgevouwen zijn om toch een goede weergave te bereiken.

[Shadow]

Er is een verschil tussen een gevouwen lijn en een labyrinth dat zich als een gesloten box gaat gedragen, dat is wat Tom ook aangeeft...

[Olaf Analogue]

En dat is wat ik ook al aangaf.
Een laagweergave uit een transmissielijn is inderdaad erg mooi, echter heeft TS geen transmissielijn gebouwd.

viewtopic.php?p=2077808#p2077808

[OWC]

Waarop baseer je je stelling 'te veel vouwen'? Zie hoe ik de bochten afgerond heb. Topologisch gezien is de lijn vloeiend van vorm. Bovendien lijkt mij een geometrisch ding van 5cm verwaarloosbaar t.o.v. het formaat van de geluidgolf. Bij 30Hz is de golflengte ~10m.

Misschien ten overvloede: Als je een bocht van 180 graden maakt in een pijp, moet de deeltjessnelheid compleet van richting omdraaien. Je kunt toch moeilijk volhouden dat de golf daar niets van merkt omdat de golflengte veel groter is dan de straal van de bocht. Dat is nu de reden dat een rechte hoorn of een rechte TL het veel beter doen.

In theorie, zolang de stroming volledig laminair is en de "buis" volledig mooi glooiend is, zelfs met 180 graden bochten, is dat volgens mij niet zo.

In de praktijk is dat uiteraard alles behalve zo.
Al helemaal in iets als een luidspreker, waarbij die buis alles behalve ideaal is.

Misschien nogal evident, maar dit is waarom het vaak tot discussies leidt. (zoals hier ook)
Bij dit soort dingen ligt namelijk de zuivere theorie en praktijk nogal ver uit elkaar.
Waardoor je ongelooflijk moet oppassen wat voor voorbeelden je aanhaalt.

Daarnaast is een continue laminaire stroming (= DC) niet gelijk aan een sinusvorming stroming heen-en-weer (= AC).
Ze zijn wel vergelijkbaar, maar ervaren toch hier en daar wat verschillen in nuance die groot genoeg kunnen zijn.

[Tom Magchielse]

Treedt er stroming op bij geluidsgolven?
Bij geluidsgolven treedt geen stroming op. Er schuift alleen een " blokje" lucht a.h.w. heen en weer met het ritme van de golf. Dat "blokje" voert de lucht aan (of af) die nodig is om plaatselijk de drukvariatie op te bouwen, die de geluidsdruk is. De snelheid van de "blokje" noemt men de deeltjessnelheid. Een misleidende naam, omdat er microscopisch geen enkel deeltje is dat die snelheid ook werkelijk heeft. De echte luchtdeeltjes zijn de moleculen, die een wilde thermische dans uitvoeren. Maar verstopt in de wilde beweging is er de netto beweging van die schuivende "blokjes", die bij de geluidsdruk hoort. De relatie tussen de druk en de bijbehorende deeltjessnelheid is bepalend voor de vorm van het golffront. Noemen we de druk p, en de (deeltjes)-snelheid v, dan is Z = p/v de akoestische impedantie. In een vlakke golf, waarbij het golffront dus een plat vlak is, en de golf geen uitbreiding dwars op de voortplantingsrichting vertoont, is Z eenvoudig rho x c , dus ohms, zonder fasedraaiing. Rho is de dichtheid van lucht, 1.18 kg/m3, c de geluidssnelheid 345 m/s. Bij een bolvormig golffront treedt wel fasedraaiing op, Z is dan niet ohms, maar complex. De stromingsleer is niet relevant in de wereld van het geluid.

[Tom Magchielse]

Wat betreft een gevouwen hoorn, die kan in het laag prima voldoen. Maar als je de karakteristiek nauwkeurig probeert te voorspellen ( meten is praktisch meestal onuitvoerbaar), dan zal je onregelmatigheden zien die deels terug te voeren zijn op reflecties in de hoorn. Ook de fluctuaties in de stralingsweerstand van een (meestal te kleine) hoornmond veroorzaken dat soort fluctuaties. Een ontwerper ( was het Rex Baldock?) heeft zelfs geprobeerd die twee patronen van fluctuatie elkaar te laten compenseren. Maar dat is natuurlijk fijn slijperij.

[wouter]

Mooie uitleg Tom, en ondanks dat ik beperkte meetmogelijkheden heb controleer ik mijn ontwerpen met impedantiemetingen en akoestische.

Door ervaring kom ik dan wel uit bij wat ik wil, maar de verliezen zijn niet te verwaarlozen. Ik kan bij 20hz -6dB meten terwijl de simulatie -3dB voorspelt. Toch vind ik dat nog erg acceptabel.

Bij grote TL projecten, zoals die uit mijn eerdere post, ben ik tevreden met de voorspellingen uit software en het resultaat in de praktijk. Voor een specieke wens is dit dan ontworpen, zoals bijvoorbeeld voor pijporgel en luid volume.

Een wavecor SW223BD02 woofer gooi je niet in een standaard TL, de oppervlakte kan kleiner. Dan is Ajhorn bijv echt een uitkomst.


TS heeft wel een heel mooie kast gebouwde, van binnen en van buiten en doet gedegen onderzoek. Echter, als je gedreven door weerstand bij levensovertuigingen graag het juist anders probeert te doen dan de massa doet, bij dingen die gewoon fysieke wetten volgen kan het wel eens een lange weg worden

[OWC]

Treedt er stroming op bij geluidsgolven?

Zeer zeker wel Tom, misschien is het gemiddeld netto wel nul, maar dat is natuurlijk niet de werkelijkheid.
We leven niet in een quasi statische wereld.

Anders zouden er ook never nooit niet effecten als turbulentie ed kunnen optreden.

De stromingsleer laat zich zeker wel toepassen in de wereld van geluid.
Enkel met wat aanpassingen, zoals ik al zei gedraagt een DC stroom zich anders dan een AC stroom.
Ik heb in het verleden veel met velocity sensoren gewerkt, valt dit ook allemaal prima mee te meten.

[Inventor]

Hallo allemaal,

Ik kom weer eens kijken hier. Ik werd verdrietig en gefrustreerd van de reacties in de trant "dit gaat niet werken" zonder deugdelijke onderbouwing, zodat ik een tijd weg ben gebleven. Er zijn gelukkig ook enthousiaste/bemoedigende reacties gegeven, maar cynisme raakt me helaas meer. Ik zit op de grens van of ik hier mee wil blijven doen.

Ik zie gelukkig dat ondertussen mooie overdenkingen over fysische fenomenen ontstaan zijn hier Interessant en leerzaam voor iedereen, denk ik. Probeer alsjeblieft een bierviltjesberekening o.i.d. geven bij het noemen van een fenomeen, om te onderbouwen dat wat je aanstipt, ook een significant effect heeft.

Bijvoorbeeld: de laatste vraag van Tom en antwoord van OWC, "is er stroming in een geluidskanaal?" Dat kunnen we uitrekenen. Ik gebruikte in mijn ontwerpberekening een Xd van 3mm, dat gaf met een Sd van 2.3dm2 een volumeverplaatsing Vd van 0.07L. De doorsnede van het laatste deel van mijn TL is 3.2cm breed en 15cm hoog, dus heeft een oppervlak van grofweg A=0.45dm2. De luchtverplaatsing is dus Vd/A = 0.07/0.45 = 0.16dm = 1.6cm. Conclusie: ja, er is luchtverplaatsing, met een grootte-orde die iets kleiner is dan de breedte van mijn kanaal. Het is trouwens ook waarneembaar: ik voel het 'waaien' als ik m'n hand bij de uitlaat houd Deze luchtverplaatsing is 3x zo groot als de radius van de 'binnenbochten' in mijn kanaal. Dat is, volgens mijn ervaring, op de grens van de vloeistofverplaatsing die nodig is voor het ontstaan van grenslaagloslating in stroming om een afgeronde rand met kleine radius.

De andere berichten ga ik nog lezen, volgende week. Daar ga ik dan rustig voor zitten.

Ik wil wel alvast verklappen dat ik de handel aardig werkend heb ondertussen. Na een kleine maar effectieve aanpassing kon ik genieten van diepgang tot 30Hz bij ongeveer -6dB. Als jullie interesse hebben, laat maar weten, dan geef ik verslag Ondertussen ben ik bezig om ook de andere kant van de weergever (tot nu toe heb ik alleen de rechterkant verbeterd) van aanpassingen te voorzien.

[wouter]

Jep, hiero interesse !

[Inventor]

Over impedantie, deeltjessnelheid en stroming

Treedt er stroming op bij geluidsgolven?
Bij geluidsgolven treedt geen stroming op. Er schuift alleen een " blokje" lucht a.h.w. heen en weer met het ritme van de golf. Dat "blokje" voert de lucht aan (of af) die nodig is om plaatselijk de drukvariatie op te bouwen, die de geluidsdruk is. De snelheid van de "blokje" noemt men de deeltjessnelheid. Een misleidende naam, omdat er microscopisch geen enkel deeltje is dat die snelheid ook werkelijk heeft. De echte luchtdeeltjes zijn de moleculen, die een wilde thermische dans uitvoeren. Maar verstopt in de wilde beweging is er de netto beweging van die schuivende "blokjes", die bij de geluidsdruk hoort. De relatie tussen de druk en de bijbehorende deeltjessnelheid is bepalend voor de vorm van het golffront. Noemen we de druk p, en de (deeltjes)-snelheid v, dan is Z = p/v de akoestische impedantie. In een vlakke golf, waarbij het golffront dus een plat vlak is, en de golf geen uitbreiding dwars op de voortplantingsrichting vertoont, is Z eenvoudig rho x c , dus ohms, zonder fasedraaiing. Rho is de dichtheid van lucht, 1.18 kg/m3, c de geluidssnelheid 345 m/s. Bij een bolvormig golffront treedt wel fasedraaiing op, Z is dan niet ohms, maar complex. De stromingsleer is niet relevant in de wereld van het geluid.

Tom,

Met de formule voor impedantie die je geeft, heb ik een getallenvoorbeeld gemaakt.
Eerst de impedantie van lucht. Die is Z = rho * c = 1.2 kg/m3 x 343 m/s = 411 kg/m2/s.

Stel dat we luisteren naar geluid (bijv. een toon van 50 Hz) met een geluidsdruk van 80 dB. Met de formule voor geluidsdruk in deciBellen, 20*log10(P/Pref) met Pref = 20 μPa, bereken ik de geluidsdruk in Pascals:
https://nl.wikipedia.org/wiki/Geluidsdruk#Geluidsniveau

CODE: Selecteer alles

80 dB  =   20*log10(P/20E-6)
80/20  =      log10(P/20E-6)
10^(80/20)  =       P/20E-6
10^4        =       P/20E-6
10^4*20*10^-6  =    P
 => P = 20*10^-2 = 0.2 Pa

Dus 80 dB komt overeen met 0.2 Pa. Daarbij hoort een deeltjessnelheid van v = p/Z = 0.2 / 411 = 0.5 mm/s.

Stel dat dit geluid geproduceerd wordt door een bol welks diameter fluctueert (dus een bolvormige pulserende luidspreker) met radius 5 cm. Diens oppervlak is 3.1 dm2. (zie Wikipedia: Bol eigenschappen). Dat is gelijk aan het oppervlak van een luidsprekerkonus met diameter 20 cm. Stel dat een luisteraar zich op een afstand van 1.55 m van de geluidsbron bevindt. Zie schets:

De afstand van luisteraar tot centrum van het geluidsveld is 155cm/5cm = 31x zo groot als de radius van de bol. Het kwadraat van die verhouding is ~1000. Dat kies ik zo voor de handigheid. Want ik geloof dat geluidsdruk in een sferisch geluidsveld afneemt met het kwadraat van de afstand tot haar centrum. Dus de geluidsdruk bij de luisteraar is 1000x zo klein als bij het oppervlak van de pulserende bol. Dus de bol moet een druk van 0.2 Pa *1000 = 200 Pa produceren om bij het oor van de luisteraar 80 dB te veroorzaken. Daarbij hoort een deeltjessnelheid die 1000x zo groot is als bij het oor: 0.5mm/s * 1000 = 5 m/s.

De max. verplaatsing die bij een sinusvormige variërende snelheid hoort, is V /(2πf), dus Xd = 5[m/s] / (2*pi*50[Hz]) = ca. 5/300 = 0.015 m = 15 mm. Dus de konusuitslag moet 15 mm zijn om 80 dB geluidsdruk op een afstand van 1.5m te veroorzaken. In een huiskamersituatie is de energie-uitstraling niet bolvormig (4pi) maar eerder halfbolvormig (2pi) of nog minder en bovendien wordt geluidsenergie in de ruimte 'gevangen gehouden' door wandreflecties. Daardoor zal de benodigde konusuitstlag voor 80dB in de huiskamer kleiner zijn, ik schat een factor 4 kleiner. Dat impliceert een konusuitslag van 4 mm. Niet gek, toch? Die waarde komt qua grootte-orde precies overeen met mijn ontwerpberekeningen. En het klopt met mijn waarnemingen.

Dus, Tom, voor een frequentie van 50 Hz heeft de deeltjessnelheid bij de konus een grootte van O(1 m/s) en de deeltjesverplaatsing heeft een grootte van O(4 mm). Dat is een grootte-schaal waarbij de lucht gezien kan worden als een continuum (een véél grotere lengteschaal dan de molecuulbewegingen waar jij over sprak). Je zou dus kunnen zeggen dat er stroming is. Corrigeer me als je fouten opmerkt.

Ik had het hele eerste stuk kunnen overslaan en meteen refereren aan de empirische grootte van de konusuitslag, maar ik vond de berekening interessant, en mooi om te zien dat ik met de door jouw aangedragen impedantie-formule op dezelfde resultaten uitkom. Dubbele bevestiging zo.

Reactie op Anton's bericht
Hee Anton, bedankt voor het meedenken!

Plaatsing tegen een muur zorgt inderdaad voor ongeveer +6dB in het subwoofer frequentiegebied, onder 100Hz. Plaatsing in een hoek verdubbelt dat effect nog eens, dan kom je tot +12dB gevoeligheid.

Hij staat eigenlijk in een hoek. Maar hij is ontworpen om op de vloer te liggen. Dus de ca. +6dB van de vloer is er altijd, ongeacht van locatie in de kamer. Daarom zie je in mijn metingen alleen het ca. +7dB effect van de muur/dak.

Qua weergave zou een sub dus prima mono mogen zijn. Dat geeft dan wel weer potentieel discussie over passieve vs aktieve filtering en aparte versterking voor laag en je ob weergevers maar daar wil je wellicht helemaal niet heen. (...) Je hebt nu twee subwoofers op ongeveer 1.60m uit elkaar. Dat is eigenlijk niet wenselijk.

Ik vermoed dat je erover heen gelezen hebt dat het geen subwoofers maar woofers zijn. Ze doen mee tot ca. 250 Hz.

Om effecten van uitdoving van golven van beide weergevers te vermijden, wil je ze minder dan een kart golflengte uit elkaar, of juist meer dan twee golflengtes uit elkaar. Gedacht voor het beoogde frequentiebereik. Praktisch gezien: grofweg binnen 0.70m van elkaar of meer dan een meter of 20 uiteen.

Da's interessant. Zou jij adviseren om voor iedere stereo set de signalen met f<100 Hz naar een mono-sub te leiden? Het is toch veelvoorkomend dat weergevers lager dan 100Hz weergeven, in stereo, zonder gebruik van sub? Veel goeie weergevers gaan tot 40-70 Hz. Bijv. de Grimm LS1 gaat tot 40 Hz in stereo, als ik het goed begrijp. Ik weet zelfs een ontwerp dat tot 13 Hz gaat.

Niet handig in een huiskamer, maar daar komen nog meer zaken om de hoek kijken: reflecties van de geluidsgolven, tegen wanden, dak, vloer. Ook die kunnen voor uitdoving zorgen. Een paar meter uit de hoek zoals zichtbaar in jouw schets kan tot een dal in de weergave leiden. Typisch voor zo'n dal door uitdoving is dat het met EQ haast niet weg te krijgen is. Je lijkt meerdere dalen in je respons te zien.

Tsja, dat probleem zul je altijd hebben, toch? Tenzij je in een piramide woont

Reken die frequenties eens om naar een golflengte, vergelijk met afstand van je sub tot diverse grote vlakken in je luisterruimte.

Ja, heb ik geprobeerd, maar gaf niet echt opheldering.

Als je de getoonde frequentierespons in je kamer hebt gemeten, dan heb je niet zuiver de weergave van je subwoofer gezien. De invloed van reflecties is enorm. Een interessant punt zou al zijn om slechts 1 kanaal aan te sluiten want dan sluit je uitdoving van de twee subwoofers onderling al uit. Kijk eens wat doet.

Ik heb tot nu toe alleen met kanaal R getest en gemeten.

Nog een leuk experiment is de zogeheten "subwoofer crawl". De lokatie die wij visueel aantrekkelijk vinden voor een sub is niet zelden een zeer suboptimale lokatie. Een ietwat vreemde manier om daar mee te experimenteren: plaats de subwoofer even op de luisterpositie. Ga vervolgens rondkruipen in je kamer, oren dicht bij de vloer. Sla geen hoekje over. Merk op dat het waargenomen volume enorm kan variëren, enkel doordat je je oren verplaatst. Of een meet microfoon. Vind je een plek waar het behoorlijk duidelijk klinkt en waar je er niet over struikelt? Plaats daar je subwoofer, ga nu luisteren in je stoel.

Goed idee, maar in mijn situatie niet praktisch. De vormgeving van de kast is passend voor de plek die ik in gedachten heb. En voor alle andere plekken ongeschikt Maar, niet getreurd: als hij op z'n ontwerpplek staat en ik zit op de bank (mijn luisterplek), klink het prima. In ieder geval tot nu toe met één kanaal in gebruik.

De afrondingen in de hoeken van je kanalen zijn al genoemd. Die zijn *veel* kleiner dan de golflengte van geluidsgolven in het subwoofer domein. Deze golven "zien" een dergelijke kleine afronding niet. Ze zorgen er wel voor dat hogere frequenties makkelijk de hoek om gaan. Die wil je juist niet in je sub. Daarom denk ik dat ie het beter zou doen zonder deze afrondingen.

Waarom zou ik de hogere frequenties niet door de lijn willen hebben? Dat zit ik me al langer af te vragen...

Pijpstroming weerstand
Ik zie dat Tom, Richard en OWC hebben geschreven over weerstand van stroming in een pijp. Ik heb ruime kennis en ervaring op dat gebied. Als jullie het interessant vinden kan ik é.e.a. toelichten en corrigeren van wat hierboven geschreven is. Over een paar weken, als ik er aan toe ben.


Nieuwe ontwikkelingen

Jep, hiero interesse !

Mooi. Ik moet m'n documentatie nog maken. Geduld alsjeblieft.

Pieter

[Tom Magchielse]

Stroming speelt eigenlijk alleen een rol als de deeltjessnelheid heel hoog wordt. In een vlakke golf is v=p/Zak met Zak = 413 kg/s.m2 bij 21 graden C Een hoge deeltjessnelheid krijgen we dus alleen als de druk hoog wordt. In de praktijk is een hoge deeltjessnelheid alleen problematisch als er scherpe bochten of andere obstakels gepasseerd moeten worden, zoals bij de rand van een reflexpoort. Bij voldoende hoge snelheden kunnen dan inderdaad wervels optreden, die een hoorbaar bijgeluid geven. Buiten deze vrij extreme situaties hebben we in de akoestiek niet met stromingsleer te maken.
Dat was mijn punt; laten we de akoestiek niet belasten met de extreem moeilijke wiskunde van de stromingsleer.

En praktisch: Een geluidsdruk van 1 Pa, overeenkomend met 1N/m2 , is in decibels 93 dB . Dat is flink hard. Omdat Zak zoals gezegd 413 kg/m2. volgt v= p/Zak, v=2.4 mm/s Hierin zijn p, en v sinusvormig verlopende grootheden met een effectieve waarde zoals aangegeven. De piekwaarden zijn sqrt 2 maal groter. v piek wordt dan 3.4 mm/s
Verhogen we de druk naar 113 dB, dan wordt p= 10 Pa, en de snelheid 24 mm/s

[Inventor]

Weer nieuws over de voortgang van mijn project:

Derde aanpassing en testen

Lijnsplitsing concept
Ik wil de transmissielijn in twee delen splitsen zodat er twee verschillende lijnlengtes ontstaan die elkaars interferentie met de konus compenseren. Idealiter zouden de lijnen een lengteverhouding van 2 hebben. Dat zou theoretisch de volgende eigenschappen geven:

De padlengtes zijn in deze berekening 4.8m en 2.4m. Dat zijn kwart-golf-lengtes van 18Hz en 36Hz. Je ziet dat de verschillende lengtes compensatie van elkaars pieken en dalen in het frequentiegedrag geven; ze worden met ruim 40% verkleind. Dat gaat ten koste van de facilitatie van subbas-tonen: de laag-afval komt ca. 10Hz hoger te liggen.


Lijnsplitsing implementatie in weergever
In mijn weergever kan ik de lijn niet precies op de helft afsplitsen. Ik kan twel twee delen van 0.8m omzeilen, dat levert een verkorting van effectief ca. 1.5m op. Zie volgende foto’s. Het paarse stukje wordt de ‘shortcut’.

De lijn wordt vanaf het begin van het paarse stukje opgesplitst in een boven- en bovenhelft. Op de foto zal de bovenste helft direct naar de uitlaat gaan en de onderste helft zal de bocht omgaan en zijn door de laatste twee lange lijnstukken gaan alvorens bij de uitlaat te komen.
Om te beginnen zaag ik een gat in een schot:

Om een akoestische impedantie-sprong te voorkomen, maak ik vulstukken die ervoor zorgen dat het doorsnede-oppervlak van de lijn gelijkmatig veranderd. Immers, de helft van de drukgolf die door de laatste zal de volledige hoogte van de lijn tot z’n beschikking krijgen. Maar dat moet wel gelijkdelijk gebeuren. Ik snijd een stuk piepschuim diagonaal door om twee driehoekvormige vulstukken te maken.

Met stukken wit karton zorg ik voor vloeiende bochten. Hieronder een overzichtsfoto, waarop je kunt zien hoe de lijn opgesplitst wordt in een onder- en bovenhelft. De laatste foto toont de uitlaat.

Klaar met de aanpassing. Ik noem deze versie van de weergever met suffix ‘c’. Dus BasWeergever-1c. Ben benieuwd wat deze aanpassing gaat opleveren...


Lijnsplitsing meetresultaten
Bij de eerste meting met 4 seconden ruissignaal had ik al het gevoel dat het ‘zee geluid’ lager klonk dan voorheen. De grafiek bevestigt dit: een flinke amplitude-vergroting onder 70 Hz in vergelijking met wat de weergever deed vóór de aanpassing.

Bij de hierboven getoonde meting stond de weergever midden in de kamer. Verplaatsing naar de muur zal ca. 7dB versterking van de lage tonen geven. Ook ontdekte ik dat meten met microfoon op de vloer een veel schoner beeld gaf – er waren veel minder pieken en dalen. Dat had ik eerder moeten weten. Enfin.

Dan presenteer ik nu de frequentierespons van de weergever op z’n ontwerpplek, gemeten met een serie tonen. Ik heb de amplitude zodanig geschaald dat het werkgebied 50-150Hz gemiddeld op 0dB ligt. Daarmee liggen de -6dB en -3dB punten respectievelijk bij 30Hz en 35Hz.

Mijn gehoor vind dat 29Hz de laagste toon is die duidelijk hoorbaar is. Ik ben hiermee blij, tevreden en trots!! Ik had bij het begin van het project niet gedacht dat ik zo’n goed resultaat zou boeken… weliswaar met hulp van het 'hoorn-effect' van mijn vloer & dak.

Nog een interessant onderzoekje: Iemand suggereerde een meting dichtbij de konus en de uitlaat. Dat heb ik gedaan; zie volgende grafiek.

Opvallende dingen:

• beide grafieken lopen af beneden 60 Hz. Terwijl meting op grotere afstand, en met een serie tonen i.p.v. ruis, ander gedrag laat zien
• beneden 80 Hz is uitlaatbijdrage > konusbijdrage. Vermoedelijk veroorzaakt door de plaatsing tegen de muur; de uitlaat ligt tegen de muur aan. Bij dezelfde meting met weergever geplaatst in midden van kamer liggen de lijnen op elkaar beneden 60 Hz.
• uitlaatbijdrage heeft een bult bij 70 Hz en een gemeen dal bij 150 Hz
• konusbijdrage heeft een 6 dB bult tussen 100 en 150 Hz

Luisterervaring
Vorige week heb ik naar het muziekalbum “Random Access Memories” van Daft Punk geluisterd. Gááááf! Een mooi geluidsbeeld van de open baffles en een beheerste en zelfverzekerde bas. Dat gaf mij vertrouwen in de huidige configuratie.

Vervolg
De volgende dag heb ik de weergever van z’n plek gesleept en open gemaakt om de modificaties (zowel het aanpassen van de inlaat als het splitsen van de lijn) ook aan de linkerkant toe te passen – tot nu toe heb ik alleen met de rechterkant gewerkt. Ik wil ook kleine reflectoren toevoegen in de “luidspreker kamers” en stekkerbussen inbouwen. Daar ben ik deze week mee bezig.

[richard]

Mooi dat je experimenten tot bevredigende resultaten leiden. Het 'gat' op 55 Hz in de tweede grafiek kan ook met de kamerresonanties te maken hebben.