Deftige meetopstelling voor luisprekerparameters

[Shadow]

[Henkjan]

Dat lijkt vrij aardig te kloppen. Gedurende 5 minuten is de gemiddelde frequentie 24,000000 MHz, de hoogst gemeten frequentie 24,000000 en de laagst gemeten frequentie 24,000000 MHz met een deviatie van 0,000 ppm. Ik denk wel dat het ding werkt.

[timpert]

Met "the rug" in de opstelling werkt de hardware nu naar mijn zin. Ik kan er nu van op aan dat de samplerate van de DAQ en die van de lasersensor gelijk zijn aan elkaar, en dat de functiegenerator daar ook netjes mee in de pas loopt. Alle drie de apparaten zijn het dus exact met elkaar eens over de frequentie van het signaal.

Ik heb de BL meting nog eens herhaald, dit keer met een two-tone signaal van 50 Hz plus 625 Hz. Deze frequenties zijn zo gekozen dat de harmonischen van de laagfrequente beweging van de conus (50 Hz, 100 Hz, 150 Hz etc) en de door amplitudemodulatie van de 625 Hz toon ontstane zijbanden (525-575-625-675-725 Hz) elkaar nooit in de weg zitten, en je alleen maar de juiste spectrumlijnen er uit hoeft te vissen. Omdat ik met "the rug" altijd exact de frequenties weet van elk instrument, en daarmee van elk vervormings- en modulatieproduct, vis ik altijd raak en hoef ik dus geen "brick wall" filter meer toe te passen. Verder ben ik zoals in hier te werk gegaan om BL(x) te bepalen. Dat leverde dit plaatje op (let even niet op de verticale eenheid):

De vorm is wel als BL(x) curve herkenbaar, maar zwabbert nogal. Ik noem dat geen verbetering ten opzichte van het "haar" dat op mijn vorige poging zat. Dat moet toch strakker kunnen. En toen besefte ik dat er nog een fout in zat: ik meet de uitslag bij 625 hz en gebruik de amplitudemodulatie van de uitslag bij die frequentie (daarvoor pak ik in de FFT de ontstane zijbanden bij 625 +/- N x 50Hz) als maat voor de variatie van de aandrijfkracht. Maar bij f>>fs wordt de versnelling door de kracht bepaald, en niet de uitslag. Ik moet de uitslag dus nog twee keer differentiëren om versnelling te krijgen voordat ik met Hilbert aan de slag ga. Doe ik dat, dan ziet de BL(x) grafiek er ineens zo uit (weer de verticale eenheid negeren):

Let wel, dit is een ruwe meting zonder smoothing, dus geen polynoomfit oid. Na een stabilisatietijd van 10 seconden duurde de eigenlijke meting precies 1 seconde. De meetwaarden van de lasercontroller zijn digitaal (in 0,2 seconden tijd ) van de controller gedownload, terwijl de analoge uitgang van de controller werd gemeten door een DAQ kanaal. Door de digitale reeks met de reeks uit de DAQ te correleren kon ik de digitaal gedownloade reeks in de juiste tijd te zetten. Het feit dat de curve vrijwel gesloten is, geeft aan dat de timing in orde is. Weer wat gevorderd, dat geeft de burger moed!

[timpert]

En nu nog een keer, maar dan wel met de correcte eenheden. Als ik de eerder gemeten Mms van 12,67 gram gebruik en de uitslag van de speaker bij 625 Hz twee keer differentieer dan krijg ik de versnelling in mm/secondekwadraat. Vermenigvuldigen met Mms en delen door 1 miljoen (want gram en mm/s^2 moeten worden omgezet naar kg en m/s^2) geeft me de kracht (2e wet van Newton). Nu weet ik dus de (omhullende van) de kracht en de (omhullende van) de stroom. En de BL waarde is... kracht/stroom, dus als ik die breuk tegen x uitzet, moet ik de BL(x) curve krijgen in de juiste eenheden. Ook meteen even de assen netjes van een label voorzien, en maar kijken wat er gebeurt...

Hatseflats! Volgens deze grafiek is BL(0) = 7,57 Tm terwijl dit volgens de meting van de lineaire parameters 7,68 Tm moet zijn. Een verschil van 1,4 % dus. Maar hier is BL(0) gemeten bij 625 Hz gebruik makend van F=ma (2e wet van Newton) terwijl bij de lineaire meting de tegen-EMF en de snelheid van de conus zijn gebruikt rond de resonantiefrequentie (47 Hz) om de BL waarde te bepalen. Dat er zo'n klein verschil zit tussen deze twee toch zeer verschillende methoden geeft mij aan dat hier iets goed gaat.

Het proefkonijn is de Kartesian Sub 120 VHP. Deze had ik destijds gekocht via Marktplaats omdat ze redelijk geprijsd waren en omdat er Klippel data van gepubliceerd is op de website van de fabrikant in de hoop dat deze driver als referentie kan dienen. Als ik de BL(x) grafiek van de website bijknip en als achtergrond van mijn meting instel krijg ik dit:

Dat wijkt best wel af!

Maar de rest van de metingen kloppen ook niet met de gepubliceerde data, zo zegt Kartesian dat Re = 6,8 Ohm (ik meet 5,27 Ohm), BL = 8,6 TM (ik meet 7,68 TM). De door mij gemeten waarde voor Re heb ik op drie manieren gemeten: 4-draads met een tafelmultimeter, 4-draads met een LCR meter en met mijn opstelling, en al deze waarden kloppen binnen de tolerantie van de meters met elkaar. Het lijkt er dus op dat op z'n minst de spreekspoel van mijn woofertje afwijkt van wat Kartesian op de website heeft gepubliceerd, en dat ik dit speakertje dus toch niet als referentie kan gebruiken.

Op de magneet zit een klein stickertje met een QR code, als ik dat scan met mijn telefoon blijkt er te staan: "Sub120_vHP-F 0720_1-60_TLHP" en op het etiket op de doos staat "SUB 120 VHP F". Het lijkt er dus op dat ik een andere versie van het woofertje (de -F versie) heb dan op de website staat. En dat onderstreept meteen het belang van deze opstelling: nooit een fabrikant op z'n blauwe ogen vertrouwen, je weet pas wat je hebt als je zelf meet!

Dit is dus Frans voor: wijzigingen voorbehouden...

Screenshot 2024-07-02 215506.png (12.95 KiB) 530 keer bekeken

En ik heb alsnog een betrouwbare referentiedriver nodig.

Volgende keer in deze serie: Le(x) meten...

[markbakk]

Petje af hoor. Wolfgang Klippel krijgt concurrentie als je zo doorgaat.

[timpert]

Straight from the horse's mouth: de huidige Sub120_vHP is een upgrade van het oudere Sub120_vHP-F model dat ik heb:

Zie hier de (niet volledige) T&S data van de Sub120_vHP-F die ik heb:

versus dezelfde data over de huidige Sub120_vHP (zonder F):

Verschillen: lagere Rdc, lagere BL, een volle millimeter minder x-max, en een iets lichtere conus ten opzichte van de nieuwe versie. Allemaal verschillen die ik in mijn metingen terugzie. Dat betekent dus dat mijn vergelijk met de Klippel data van de Kartesian website niet geldig is, maar het bevestigt wel mijn vermoeden uit de metingen dat ik een andere versie heb van het woofertje.

[Shadow]

[Chocomel]

Geweldig!

[Ronkel]

Goed bezig. Geweldig om dit te volgen!

[OWC]

Dat wijkt best wel af!

Ik vind dit best apart, ik communiceer regelmatig met Kartesian en die gasten (lees: Clément) weten echt zeker wel waar ze mee bezig zijn en zijn over het algemeen heel erg transparant.
Ze hebben wel een tijd geleden veel problemen met hun website gehad (volgens mij gehacked?)

Je zou dit eens gewoon met ze kunnen bespreken.

Deze curve laat namelijk een hoop meer zien dan enkel een afwijkende BL.
Vooral de asymmetry is iets wat je niet wil.

Update van mijn kant;
Afgelopen tijd veel te druk met werk, (bezig met een paar zeer fraaie actieve speakers) daarnaast eerst een goede DAQ nodig, dus die eerst maar eens ontwerpen.

[timpert]

De afwijking is m.i. te verklaren omdat de SUB120-VHP die nu in de handel is de verbeterde versie blijkt te zijn van degene die ik heb. De Klippel resultaten op de website zijn daardoor niet van toepassing op mijn woofertje. En ik kan een methodefout natuurlijk ook niet uitsluiten, daarom blijf ik op zoek naar een betaalbaar speakertje met bekende en betrouwbare Klippel metingen om de opstelling mee te valideren.

[Walt]

Valideren kan je m.i. beter doen door een willekeurig woofertje op te meten met jouw systeem, en met een goed bewezen systeem.

[ds23man]

Hoeveel Klippels zijn er in Nederland?

[Pjotr]

Tja, ben je toch afhankelijk van Voicecoil... Maar die meten niet zoveel goedkope speakertjes. Los daarvan heb je ook nog te maken met de spreiding van de verschillende exemplaren.

[ds23man]

Ik weet niet of Voicecoil een overzicht heeft van wat ze getest hebben. Dan zou je eens kunnen zoeken naar een betaalbare driver van een betrouwbaar merk.

[timpert]

Valideren kan je m.i. beter doen door een willekeurig woofertje op te meten met jouw systeem, en met een goed bewezen systeem.

Dat is inderdaad het beste. Als ik die kans krijg dan pak ik 'm zeker.

De tweede optie zou zijn om een speaker die gemeten is door iemand anders dan de fabrikant te nemen. De ophanging is vrij variabel, maar spreekspoel en magnetisch circuit zijn in de regel tamelijk consistent wanneer de fabrikant de kwaliteit een beetje in de hand heeft.

Tja, ben je toch afhankelijk van Voicecoil... Maar die meten niet zoveel goedkope speakertjes. Los daarvan heb je ook nog te maken met de spreiding van de verschillende exemplaren.

Deze zou in aanmerking kunnen komen: viewtopic.php?t=32303 maar die is ook tweedehands nog best wel aan de prijs.

[Ronkel]

Ik weet niet of Voicecoil een overzicht heeft van wat ze getest hebben. Dan zou je eens kunnen zoeken naar een betaalbare driver van een betrouwbaar merk.

https://audioxpress.com/categories/vc-testbench

[timpert]

Kijk, dat is handig!

[ds23man]

Dat is lekker zoeken zonder zoekfunctie.

[timpert]

De zoekfunctie staat bovenaan de pagina.

[ds23man]

Dat is een algemene zoekfunctie.

[timpert]

Na een (lange) pauze is het weleens tijd om de draad weer op te pikken. Ik denk dat ik maar weer eens vanaf nul begin met de software, want de drivers voor de laser werken naar mijn zin en de DAQ werkt ook vlekkeloos, maar het eigenlijke programma is langzamerhand een soepzooi geworden. Verder had ik wat problemen als ik de USB isolator gebruikte, zonder isolator is de analoge uitgang van mijn DAQ perfect stabiel, maar met wordt het ding helemaal gek.

Ik had laatst voor een paar tientjes een FNIRSI (what's in a name?) FNB58 USB power monitor meegegrist toen ik in Shenzhen was. Daarop was al snel te zien wat er mis ging: de +5V die uit de USB isolator komt was is alles behalve stabiel, de spanning zwabbert bij wisselende belasting bijna +/- 1V omhoog en omlaag. Even open spudgeren leerde wat het probleem was: een Minimax MA01-05S05HI ongereguleerde DC/DC converter om de geïsoleerde zijde te voeden. Dan heb je een duur ding, waar dan zo'n brol van een converter is gebruikt. Dan maar even zonder.

Als je goed in de Kartesian video kijkt uit deze post, dan zie je vanaf 3:12 een plaatje waarin de oude SUB120 (die ik dus heb) wordt vergeleken met de nieuwe, en ook dat beeld komt niet overeen met wat ik meet. De oude sub is aangegeven met een stippellijn, de nieuwe met een doorgetrokken lijn. Vergelijk dit:

met dit:

Ik denk toch dat de asymetrie een probleem is in mijn signaalverwerking, dus daar ga ik me de komende tijd maar eens op storten. Omdat de code zo'n zooitje is geworden zit er vast een foutje ergens verstopt dat ik niet kan vinden. Stay tuned...

[timpert]

Weer wat vordering geboekt. De lineaire parameters bepaalde ik tot nu toe aan de hand van een "stepped sine" meting, waarbij ik elke frequentie gedurende 1,2 seconde op de luidspreker zette, en dan gedurende 1 seconde spanning, stroom en uitwijking mat. Dat werkte goed, maar het is niet in overeenstemming met hoe het tegenwoordig door de "grote jommes" wordt gedaan.

In IEC 60268-22 wordt gebruik gemaakt van een "sparse multitone" meetsignaal met de volgende eigenschappen: tussen fs/2 en 2fs minimaal 24 frequenties/octaaf en daarbuiten minimaal 8 frequenties per octaaf. Alle meetfrequenties zijn dus tegelijkertijd aanwezig in het signaal. Om de crestfactor een beetje in de hand te houden kan je de fasen van de individuele sinussen willekeurig kiezen.

Eerst zoek je de resonantiefrequentie op van de driver, en stel je de spanning zodanig in dat de THD op de stroom bij de resonantiefrequentie < 3% is. Met die RMS waarde ga je vervolgens meten. Ik gebruik een sparse multitone (in dit geval van 5 Hz tot 20 kHz en fs = 44 Hz) die 10 seconden duurt en waarbij alle frequenties afgerond zijn op 0,1 Hz zodat elke frequentie exact een geheel aantal perioden in het interval heeft. In het frequentiedomein ziet de spanning over de spreekspoel er zo uit:

In dit spectrum is heel duidelijk te zien dat rond resonantie de dichtheid van frequenties drie keer zo groot is als er buiten. Het spectrum van de stroom door de spreekspoel ziet er zo uit:

De dip in de stroom als gevolg van de resonantie, en de dalende stroom als gevolg van de stijgende frequentie vanwege Le zijn goed te zien. Het spectrum van de uitwijking van de conus ziet er zo uit:

Twee zaken vallen op: zelf bij enkele kHz is nog een signaal-ruisverhouding van 20 dB te halen, en iets onder 10 kHz zit er wat "frut" op de uitwijking.

Omdat ik de frequenties in het signaal precies weet, en omdat de klokken van de lasersensor, de data-acquisitiedoos en de functiegenerator perfect synchroon lopen, is het een koud kunstje om ze precies uit de meetresultaten te vissen en op elkaar te delen en zodoende de impedantiecurve te maken zoals het moet van IEC:

Mijn meting laat dan dit beeld zien:

Hier is ook een knikje te zien iets voor 10 kHz, dus kennelijk zit daar een mechanische resonantie in de driver.
Tenslotte de uitwijking per volt als functie van de frequentie:

Uit deze metingen kan je dan door middel van een parameterfit de kleinsignaal parameters destilleren. Dat had ik natuurlijk al gedaan, maar nu is het helemaal "zoals het heurt" met het juiste signaal, en een veel betere signaalkwaliteit dan mijn eerdere poging. Met de hele meting ben je nu binnen een minuut klaar, en deze meting geeft een volledig beeld van de kleinsignaal T&S parameters van de driver.

[Henkjan]

[OWC]

en deze meting geeft een volledig beeld van de kleinsignaal T&S parameters van de driver.

Nouja, als ik het kip-ei verhaal weer even van stal mag halen?
Hangt het er maar vanaf welke definitie je daaraan vastknoopt.

Je zult het ook al een beetje zien aan de driver die jouw kant op komt.
Maar van het merk waar we eerder problemen mee hadden, die viel vierkant door de mand toen ik deze met een Klippel systeem heb laten meten.
(en helaas lijken ze dat allemaal te doen)

Overigens iets wat al te verwachten viel, want ondanks wat sommige mensen blijven geloven, kun je prima met de "oude" methode gelijksoortige metingen krijgen.
Die ervaring had ik echter al, maar dat terzijde.

Deze methode is natuurlijk wel een stuk mooier, geen gepruts met gewichten enzo
Zeker mooi dat je het nu ook allemaal netjes hebt gemaakt!!!!
Binnenkort maar toch weer eens aan de Raspberry Pi oplossing werken om hier een betaalbaar platformpje mee te creëren

Bij het originele filmpje zie ik trouwens dat je geen witte stickertjes gebruikt.
Klippel raadt wel aan deze toch wel te gebruiken om zo signaal-ruis te verbeteren.