Deftige meetopstelling voor luisprekerparameters

[timpert]

Als ik het me goed herinner passen ze hier gewoon een 6e orde polynomial regressielijn op toe.

Dat klopt, ze passen een simpel polynoom toe. Maar een polynoomfit kan je niet gebruiken om te extrapoleren buiten je meetbereik. Overigens mag je de orde van het polynoom zelf kiezen, de meest gehanterede norm voor niet-lineaire parameter bepaling IEC 62458 schrijft dit niet voor.

Wat betreft die DC term: dat is de verschuiving uit de rustpositie die je tijdens de meting oplegt. Die kan je bereiken door DC op de spreeksoel te zetten met daarom gesuperponeerd je AC meetsignaal, zodat je BL(x) en Cms(x) kan meten. Maar omdat de spoel slecht gekoeld is als die niet significant beweegt, is de boel verschuiven door DC aan te bieden niet verstandig. Vandaar mijn voorkeur voor de "full dynamic method"

[OWC]

Dat klopt, ze passen een simpel polynoom toe. Maar een polynoomfit kan je niet gebruiken om te extrapoleren buiten je meetbereik. Overigens mag je de orde van het polynoom zelf kiezen, de meest gehanterede norm voor niet-lineaire parameter bepaling IEC 62458 schrijft dit niet voor.

Dat lijkt mij dan vrij simpel, als we op 20% vervorming zitten, dus zitten we ruim buiten de knik.
Dat valt de rest ook wel de extrapoleren, eventueel door een andere functie te nemen.
We kunnen bv even naar FEMM kijken wat hier logisch is, maar kan eventueel ook wat contacten vragen die regelmatig luidspreker drivers ontwerpen.

Om heel eerlijk te zijn, is het niet heel nuttig meer om buiten die 20% te gaan zitten denk ik?
Sterker nog, als je ziet hoeveel de freq resp al helemaal inkakt en piekt bij 70% BL.
Dat lijkt helemaal nergens meer op.

Sterker nog, ik begin er zo langzaam van overtuigd te raken dat dit juist hetgeen is wat we horen.
Zeker in een meer fullrange system (mid-woofer) schiet de IMD dan natuurlijk ook torenhoog!

is de boel verschuiven door DC aan te bieden niet verstandig. Vandaar mijn voorkeur voor de "full dynamic method"

Dat ben ik met je eens, ik gaf alleen aan dat ik het nogal een verwarrende term vind, ondanks dat het ook gebruikt wordt door IEC 62458.

[OWC]

Trouwens, het ziet er naar uit dat Klippel zelf ook duidelijk een protectie deel gebruikt zodat je niet een speaker uitrookt.

[Henkjan]

Maar een polynoomfit kan je niet gebruiken om te extrapoleren

nee, zeker niet bij hogere ordes. 2e orde gaat t nog wel redelijk meestal. maar bij hogere ordes (al helemaal bij 6e orde) zou ik aan de randen van je data set zelfs de interpolatie al met een korrel zout nemen.

[timpert]

Gisteravond heb ik al een poging gedaan tot een BL(x) meting. Methodologisch is het nog niet helemaal lentefris, maar er kwam zowaar een plaatje uit. Wat ik nu met die arme Kartesian SUB120 heb gedaan:

• Uitsturen met 6 Hz/24 Vpp met daarop gesuperponeerd 600 Hz/24 Vpp. De conus gaat aardig tekeer, en de amplitudemodulatie van de 600 Hz (carrier) is ook duidelijk te horen.
• Met de laser de uitwijking x(t) meten en opnemen met de DAQ.
• Data afknotten op een exact geheel aantal periodes (van 6 Hz) en de FFT nemen.
• In een kopie van de FFT alle componenten met f < 300 Hz op nul zetten (highpass) zodat alleen de 600 Hz carrier met modulatiezijbanden overblijft.
• In een andere kopie van de FFT alle componenten met f > 300 Hz op nul zetten (lowpass) zodat alleen de laagfrequentie excitatie overblijft.
• Inverse FFT nemen van de highpass FFT, waardoor de in amplitude gemoduleerde 600 Hz carrier zichtbaar wordt in het tijddomein
• Inverse FFT nemen van de lowpass FFT, waardoor x(t) in het tijddomein beschikbaar komt zonder carrier component.
• Met scipy.signal.hilbert de omhullende env(t) van de carrier bepaald.
• Plotje gemaakt met x(t) op de horizontale as, en env(t) op de verticale as.

Het plotje lijkt zowaar op een BL(x) grafiek, maar dit is niet het hele verhaal. Omdat ik negeer wat er in het elektrische domein gebeurt, neem ik impliciet aan dat de AC stroom die bij de carrier frequentie loopt constant is in amplitude. Maar in werkelijkheid wordt die in amplitude gemoduleerd door de invloed van Le(x). Ik moet de amplitudemodulatie van de stroom van de carrier dus ook nog verdisconteren voordat ik kan zeggen dat de resulterende curve een goede benadering van BL(x) is. Misschien vanavond...

[markbakk]

Sterker nog, ik begin er zo langzaam van overtuigd te raken dat dit juist hetgeen is wat we horen.
Zeker in een meer fullrange system (mid-woofer) schiet de IMD dan natuurlijk ook torenhoog!

+1
‘Sd laat zich niet vervangen, behalve door nog meer Sd’ was ooit een populaire kreet. Ik vind het zeer interessant ook al is het niet nieuw (heb denk ik nog oude in de jaren ‘80 door KEF geteste units liggen, tip: maak de conus of dome wit met -ik dacht- titaniumdioxide). Blijf dit zeker volgen.

[timpert]

Of zoals de Duitsers zeggen: "Hubraum ist durch nichts zu ersetzen!"

[timpert]

Om heel eerlijk te zijn, is het niet heel nuttig meer om buiten die 20% te gaan zitten denk ik?

IEC 62458 stelt voor om de uitslag waarbij BL tot 82% van BL(0) is gezakt als Xmax te nemen. Maar je bent nog steeds vrij om daarvan af te wijken, zolang je het het criterium waarop Xmax is gebaseerd maar vermeldt.

[OWC]

Je bent je er van bewust dat die IEC 62458 in feite gewoon copy-paste van Klippel is?
Volgens mij is die zelfs door Klippel geschreven.

Leuk als naslagwerk, maar we hoeven ons daar niet aan te houden.

Mijn persoonlijke idee was altijd om de waardes bij 5%, 10% en 20% vervorming te geven.
Die data hebben we namelijk toch.

82% BL komt neer op 10% vervorming.
Voor subwoofers gebruiken ze de 20% regel.

Ik nodig alleen uit om dat zeker eens te simuleren.
De response is dan alles behalve fraai.

De rest kom ik vanavond weer op terug

[OWC]

Maar een polynoomfit kan je niet gebruiken om te extrapoleren

nee, zeker niet bij hogere ordes. 2e orde gaat t nog wel redelijk meestal. maar bij hogere ordes (al helemaal bij 6e orde) zou ik aan de randen van je data set zelfs de interpolatie al met een korrel zout nemen.

Ik heb toevallig vandaag nog even overlegd met contact dat ik heb die zelf drivers ontwerpen.
(Moest hem toch bellen ivm project van een klant)

Eigenlijk is elke vorm van extrapolatie giswerk.
Hij zei zo ook direct dat het niet heel zinnig meer is wanneer BL beneden 70% of Cms is beneden 50% zakt (20% vervorming).

Voor zover ik het kan zien wordt bij Klippel dit gewoon uit de maximale waardes gehaald.
Dus de fysieke xmech zullen we maar zeggen.

Ik zie alleen weinig nut om voor zover te gaan?
Voor het plaatje ziet het er wat mooier uit alleen.

[timpert]

IEC 62458 in feite gewoon copy-paste van Klippel is

Zeker, maar het is wel een door de industrie geaccepteerde methode. Op de IEC website kan je meneer Klippel ook gewoon terug vinden als comitélid van TC100/TA20. De standaard is nogal vaag, er is ook "binnen de lijntjes" tamelijk veel eigen inbreng mogelijk.

[OWC]

Dan moeten fabrikanten überhaupt dergelijke data willen gebruiken en delen.

Voor mij is dat nog de voornaamste reden om het zelf te gaan doen.
Zelfs als professional krijg ik soms maar met moeite, maar vaker gewoon niet Klippel LSI data, laat staan vervormingsmetingen van fabrikanten.

Een standaard kan een mooi middel zijn, maar is niet het doel IMO.
Zolang je dezelfde data krijgt maakt het vrij weinig uit of het het nu linksom of rechtsom doet.

[timpert]

Nu maar even een meting met plaatjes. Eerst heb ik de lineaire parameters bepaald van de Kartesian Sub120 VHP. Dat leverde op bij een meetspanning van 1Vp (0,7 Vrms):

tsp__2_5.png (6.32 KiB) 308 keer bekeken

Vervolgens heb ik de luidspreker gepest met een signaal van 6 Hz @ 24 Vpp met daarop 600 Hz @ 24 Vpp. Dat leverde deze meting op (opklik voor groot):

De bovenste curve is de gemeten stroom door de spreekspoel, de onderste is de uitwijking van de conus. Je kan aan de stroom meteen al zien dat er een significante amplitudemodulatie op zit. Na "brick wall" filteren bij 300 Hz, het lowpass signaal van x (de grote uitwijking, bovenste curve), het highpass signaal van i (middelste curve) en het highpass signaal van x (onderste curve) (opklik voor groot):

De oranje curves zijn de envelopes bepaald met scipy.signal.hilbert. Omdat er een niet te verwaarlozen amplitudemodulatie is van de stroom door de spreekspoel moet ik de onderste envelope delen door de envelope van de stroom. Vervolgens normaliseren naar 1 op x=0 en het resultaat op de y as uitzetten tegen het lowpass signaal van de uitwijking levert dit plaatje op voor BL(x):

In dit plaatje is Bl(0) op 100% gesteld, de 82% grenzen liggen op resp. -5 mm (naar binnen) en 6 mm (naar buiten). De grafiek heeft nogal wat haar en ziet er daardoor best aaibaar uit. Een polynoomfit lost dat probleem wel op. Maar dat ga ik nu niet meer doen. De BL(x) meting werkt!

[markbakk]

Netjes!

[OWC]

Whoeehoeee

Zeker netjes gedaan!

Is 1Vp niet een beetje veel voor T/S ?
Normaliter is dat of op 0.1V of een kleine uitwijking rond de 50um tot 100um oid.

Hopelijk krijg ik mij LDS volgende week ergens binnen, dan kan ik ook wat meer proactief meedenken!

Ik zit nog even te bedenken welke maat klauw ik ga nemen.
Of eventueel zelfs nog voor een andere constructie te gaan.

Ik heb trouwens wel binnenkort een andere use case, excursie van PR bepalen in een bepaalde setup.
Het lijkt me ook interessant om naar bepaalde kast resonanties te gaan kijken.
Maar goed, dat heeft weinig met LSI metingen te maken.

[timpert]

Is 1Vp niet een beetje veel voor T/S ?

In dit geval gaat het wel goed, ik zie praktisch geen verschil met resultaat bij lagere spanning. Maar met andere speakertjes (zoals het Toptone proefkonijn) maakt het inderdaad wel uit.

Wat wel & altijd heel veel scheelt in de resultaten is de meting van Re. Die moet echt apart met DC worden gemeten en als constante worden opgenomen in de modelfit. Als ik Re ook bepaal in de modelfit, dan kan ik zomaar een 20% afwijking in met name Qes en Qts krijgen.

[OWC]

In dit geval gaat het wel goed, ik zie praktisch geen verschil met resultaat bij lagere spanning. Maar met andere speakertjes (zoals het Toptone proefkonijn) maakt het inderdaad wel uit.

Ja dat komt omdat die andere speaker een stuk meer linear is!

Wat wel & altijd heel veel scheelt in de resultaten is de meting van Re. Die moet echt apart met DC worden gemeten en als constante worden opgenomen in de modelfit. Als ik Re ook bepaal in de modelfit, dan kan ik zomaar een 20% afwijking in met name Qes en Qts krijgen.

Die ervaring heb ik ook en was nog eens versterkt door een uitleg van Tom Machgielse

Ik ben overigens wel benieuwd hoe goed de benadering wordt als we de impedantie curve naar 0.1Hz extrapoleren?
Ook zonder de Re weten we immers de vorm van de impedantie.
Dus met een beetje curve fitting magie, moet het denk ik wel mogelijk zijn hier een exacte vorm uit te krijgen.

Hier is trouwens weer een ander addertje, veel fabrikanten gebruiken wel zo'n Re gebaseerd op een AC signaal.
Wat niet alleen andere resultaten op kan leveren, maar qua definitie ook nog eens compleet fout is.
Dit maakt het vergelijken van datasheets bijna onmogelijk soms.

[OWC]

Uitsturen met 6 Hz/24 Vpp met daarop gesuperponeerd 600 Hz/24 Vpp. De conus gaat aardig tekeer, en de amplitudemodulatie van de 600 Hz (carrier) is ook duidelijk te horen.

Waar komt die 6Hz vandaan en waarom zo laag?

[OWC]

De creep wordt trouwens bepaalde met;

Alpha wordt dan vervolgens bepaald met de kleinste kwadraten methode.
Ik ben er alleen nog niet helemaal uit waar ze die nu precies op loslaten?

En hier dan een plaatje hoe dan dus de stijfheid verschuift als functie van de excursie;

[Henkjan]

met een beetje curve fitting magie

als je een goede, op de werkelijkheid gebaseerde, functie hebt die Z(x) beschrijft, dan kan je met curvefitting wel extrapoleren naar x->0Hz

[timpert]

Waar komt die 6Hz vandaan en waarom zo laag?

Voor de grote uitwijking moet ik op of onder de resonantiefrequentie zitten om dat met een beschaafde stroom te kunnen doen. Bij grote uitslag gaat de luidspreker veel vervormen en in het frequentiedomein dus zijbanden produceren op hele veelvouden van de grondtoon. Daar bovenop komt de draaggolf (in dit geval 600 Hz) en die krijgt als gevolg van de laagfrequente amplitudemodulatie ook zijbanden op veelvoud van de grondtoon van de LF excitatie. Hoe lager ik de LF excitatie kies, hoe dichter die zijbanden bij elkaar blijven, en hoe minder kans er is op samenvallen van de uiterste harmonischen in de twee spectra.

Het kan natuurlijk ook met frequenties die niet een integer veelvoud van elkaar zijn, dan kunnen de spectra nooit samenvallen en kan ik beide frequenties wat dichter in elkaars buurt zetten. Maar dan moet ik de individuele lijnen uit het spectrum vissen, en dat was met het handmatig inkloppen van code in de console wat teveel gedoe.

[timpert]

De creep wordt trouwens bepaalde met

Dat is een veel gebruikt model, maar dhr Futtrup en Thorborg doen weer wat anders, en Scan-speak heeft een tijdje "advanced parameters" meegegeven in de datasheets, maar is daar weer mee gestopt en ze zeggen niet waarom.

Momenteel gebruik ik het "basic" Thiele & Small model, met als enige uitbreiding de Le2 en Rss in het spreekspoelgedeelte, omdat dat veel beter modelleert in het hoog.

Ik ga me nu vooral toeleggen op het verbeteren van de meetmethode, modellering komt wel als ik tevreden ben met de data.

[OWC]

met een beetje curve fitting magie

als je een goede, op de werkelijkheid gebaseerde, functie hebt die Z(x) beschrijft, dan kan je met curvefitting wel extrapoleren naar x->0Hz

Ja dat klopt

De vraag is alleen niet of dat kan, maar of je op de juiste Re waarde uitkomt

[OWC]

Voor de grote uitwijking moet ik op of onder de resonantiefrequentie zitten om dat met een beschaafde stroom te kunnen. Bij grote uitslag gaat de luidspreker veel vervormen en in het frequentiedomein dus zijbanden produceren op hele veelvouden van de grondtoon. Daar bovenop komt de draaggolf (in dit geval 600 Hz) en die krijgt als gevolg van de laagfrequente amplitudemodulatie ook zijbanden op veelvoud van de grondtoon van de LF excitatie. Hoe lager ik de LF excitatie kies, hoe dichter die zijbanden bij elkaar blijven, en hoe minder kans er is op samenvallen van de uiterste harmonischen in de twee spectra.

Duidelijk

Is dan niet het nadeel dat de stijfheid zich heel anders laat gedragen bij lagere frequenties?
Dit is namelijk de reden waarom ik het andere plaatje deelde.
Ik kan me ook nog een plaatje van Novak herinneren waarbij de stijfheid ineens drastisch verandert en door een soort hysterese loop gaat.

Mijn oorspronkelijke idee was om eigenlijk gewoon te beginnen met een freq sweep.
6Hz is alleen wel een HEEL stuk prettiger dan 200Hz met hogere spanning op de speakerklemmen

[OWC]

maar is daar weer mee gestopt en ze zeggen niet waarom.

Ik wil niet weer heel cynisch klinken, maar dat kunnen we denk ik wel raden?