Beamforming

Algemene onderwerpen die niet specifiek in een van de andere categorien vallen.
zelfbouw, modificaties, restauraties., etc, enz

Moderator: Beheerdersteam

Plaats reactie
Chocomel
Berichten: 1061
Lid geworden op: ma 21 sep 2015, 21:42

Beamforming

Bericht door Chocomel »

breedbanders.jpg
versterker.jpg
Ingrediënten Het lijkt me leuk om te experimenteren met beamforming. Door een aantal breedbanders in een kast te monteren en die individueel aan te sturen, zou je het geluid zo kunnen richten als je wilt. Je zou bijvoorbeeld een smalle bundel direct naar de luisterplaats kunnen sturen en vertraagde bundels via de muren laten kaatsen.

Het idee is als volgt. Stop een aantal luidsprekers in een kast en meet de afstraling voor elke individuele luidspreker. Vervolgens kijk je hoe hard en met welke fase je elke luidspreker moet aansturen, om de gewenste bundel te krijgen. Dat doe je voor één frequentie tegelijk. Herhaal dit voor een heleboel frequenties. Wat je krijgt is een sterkte en fase voor elke frequentie, waar je een FIR-filter op fit. Elke luidspreker krijgt zijn eigen filter. Als je de luidsprekers via deze filters aanstuurt, zou je de gewenste bundel moeten krijgen.

Tot zover het idee, dan de uitwerking. Om de afstraling te meten in stappen van tien graden, heb je al 36 metingen nodig. Keer zeven luidsprekers, maakt 252 in totaal. Handmatig is dat niet te doen. Nu biedt ARTA de mogelijkheid om dit te automatiseren, het kan een gemotoriseerd draaiplateau aansturen. Op diyAudio loopt daar een topic over: https://www.diyaudio.com/community/thre ... ler.387325
Een moving head bevat al het benodigde lager, de motor en aansturing om een klein plateau mee te maken. Ik heb een oude gekocht en de kop vervangen door een plankje. Een Pythonscript luistert naar commando’s van ARTA en stuurt de gewenste hoek via DMX door naar de moving head.
draaiplateau.jpg
Het werkt, maar gaat nog niet helemaal soepel. Af en toe maakt het plateau een gekke beweging. Verder maken de motor en ventilator een hoop lawaai. Eerst maar eens kijken of het goed genoeg werkt en anders komt er een andere aansturing op.
wouter schreef: vr 28 apr 2017, 11:14
Enne, schuren begint waar vakmanschap eindigt :hide: :lagge: (okee, PUR hoort daar te staan)
De kast is van reststukken MDF, met de decoupeerzaag onder verstek gezaagd en met een heleboel bruislijm en kit in elkaar geplakt, gevolgd door een lekker laaggie plamuur. :lagge: De versterker zit in de uitsparing aan de achterzijde.
kast.jpg
plateau met kast.jpg

Wordt vervolgd.
Gebruikersavatar
Ivo
Berichten: 1885
Lid geworden op: wo 09 mar 2005, 16:36
Locatie: Leiden
Contacteer:

Re: Beamforming

Bericht door Ivo »

Respect! Heel benieuwd naar je bevindingen.
Chocomel
Berichten: 1061
Lid geworden op: ma 21 sep 2015, 21:42

Re: Beamforming

Bericht door Chocomel »

We zijn weer één stap verder. Het lukt nu goed om het draaiplateau door ARTA te laten bewegen. :yeah:

Elke keer dat ARTA het plateau in een andere hoek wil zetten, start het 'ARTAdriver.exe' op met als parameter de hoek. Deze driver is niet meer dan een doorgeefluik aan 'DMXcontroller.exe'. Dat programma draait continu en vertaalt de hoek in een dmx-waarde, die doorgegeven wordt aan een FTDI FT232R usb-seriëelomzetter.

Mocht iemand het leuk vinden om er zelf ook mee aan de slag te gaan, bijgevoegd zijn de Pythonscripts. Ze zijn opgeslagen als .txt omdat het forum ze anders niet accepteert. Je kan ze hernoemen tot .py en daarna ombouwen tot .exe met PyInstaller.
Bijlagen
ARTAdriver.txt
(1.13 KiB) 17 keer gedownload
DMXcontroller.txt
(5.48 KiB) 15 keer gedownload
Laatst gewijzigd door Chocomel op di 18 mar 2025, 18:56, 4 keer totaal gewijzigd.
Gebruikersavatar
Ivo
Berichten: 1885
Lid geworden op: wo 09 mar 2005, 16:36
Locatie: Leiden
Contacteer:

Re: Beamforming

Bericht door Ivo »

Cool.
Chocomel
Berichten: 1061
Lid geworden op: ma 21 sep 2015, 21:42

Re: Beamforming

Bericht door Chocomel »

Het was vandaag mooi weer om te meten. Hier een fotootje van de opstelling. :) De boel staat buiten met de microfoon op de grond, zodat de metingen ook zonder tijdsvenster te gebruiken zijn. In eerste instantie lag de microfoon op het gras. Dat blijkt alleen de hoge tonen goed te absorberen. Een houten plaat lost dat op maar resoneert, dus uiteindelijk heb ik de microfoon op de tegels gelegd.

De polar plots zijn in stappen van 10 graden, met een gate van 11,5 ms. Rond 1 kHz gebeurt er iets geks bij sommige metingen. Ik kan niet plaatsen wat dat is.

Dit zijn dus alleen de metingen van de kale drivers. Nu moet ik nog iets bedenken om de filters voor de beamforming te berekenen en dan kijken of het werkt.
Bijlagen
IMG_20250316_151854.jpg
kanaal 1
kanaal 1
kanaal 2
kanaal 2
kanaal 3
kanaal 3
kanaal 5
kanaal 5
kanaal 6
kanaal 6
kanaal 7
kanaal 7
kanaal 8
kanaal 8
Gebruikersavatar
rodi
Berichten: 503
Lid geworden op: ma 04 mar 2013, 20:39

Re: Beamforming

Bericht door rodi »

Interessant om uit te vogelen. Inspiratie bij de KII en B&O beolab 90 vandaan gehaald?
Vooral de laatste hebben dit fenomeen uitgebreid bestudeerd en in een ontwerp verwezenlijkt.
wouter
Ook commercieel actief
Berichten: 9198
Lid geworden op: vr 10 aug 2007, 16:39
Locatie: Lelystad

Re: Beamforming

Bericht door wouter »

Ik volg het ook met aandacht, vooral het draaiplateau en arta.
Maar straks ook de aansturing van nu elke breedbander, ben heel benieuwd.
Gebruikersavatar
Henkjan
Beheerder / Site Admin
Berichten: 33823
Lid geworden op: do 01 jan 1970, 1:00
Locatie: Berkel en Rodenrijs
Contacteer:

Re: Beamforming

Bericht door Henkjan »

wouter schreef: di 18 mar 2025, 17:09
vooral het draaiplateau
ja. is dat ook ergens te koop? (nee, ik heb geen tijd voor een extra project, ik ga het niet zelf bouwen)
Ronkel
Berichten: 2181
Lid geworden op: do 11 jan 2007, 23:46
Locatie: Arnhem

Re: Beamforming

Bericht door Ronkel »

Als ik inzoom is dat een DJ Spot 300 zonder lamp, klopt dat?

Wel vette oplossing. Ben wel benieuwd naar de aansturing met het scriptje. Edit: zie dat dat bijgevoegd is.
Gebruikersavatar
Pjotr
Berichten: 36744
Lid geworden op: do 26 aug 2004, 18:34
Locatie: bollenstreek

Re: Beamforming

Bericht door Pjotr »

Henkjan schreef: di 18 mar 2025, 17:20
wouter schreef: di 18 mar 2025, 17:09
vooral het draaiplateau
ja. is dat ook ergens te koop? (nee, ik heb geen tijd voor een extra project, ik ga het niet zelf bouwen)
ant_1380-1-1200x711.jpg
https://www.four-audio.com/en/products/ant-turntable/

Geen idee wat de prijs is :mrgreen:
Chocomel
Berichten: 1061
Lid geworden op: ma 21 sep 2015, 21:42

Re: Beamforming

Bericht door Chocomel »

rodi schreef: di 18 mar 2025, 10:35
Inspiratie bij de KII en B&O beolab 90 vandaan gehaald?
Dat klopt. Andere inspiratiebronnen waren o.a. de Apple Homepod en een project waarin iemand stereo wilde weergeven over één luidspreker. Wat ook is blijven hangen, is dat Floyd Toole in zijn boek opmerkte dat de zijwandreflecties bij een klassieke stereo-opstelling te zwak of te vroeg zijn (ik weet het niet meer precies) om je het idee te geven dat het geluid je omringt. Met beamforming heb je enige controle over hoe hard die reflecties zijn, net als wanneer je surroundluidsprekers zou gebruiken.

Het draaiplateau is inderdaad een oude DJ Spot 300 van American DJ, goed gezien. Dit leek me de makkelijkste weg: lager, overbrenging, motor, motorregelaar en voeding zitten er allemaal al in. Perfect is hij niet. Deze heeft maar één 8-bits kanaal voor de rotatie en dus 256 stapjes voor het gehele rotatiebereik van 540 graden. Er zijn ook moving heads die een extra kanaal 'pan fine' hebben en dus 65536 stapjes. Verder is het niet de stilste, door de ventilator en doordat de pwm-sturing van de motor op een hoorbare frequentie werkt. Buiten valt het gelukkig weg tegen het achtergrondgeluid. Op Marktplaats staan een paar moving heads van 5STAR waarvan een deel defect is, als ik het goed zie de Spica 250. Die heeft twee kanalen voor het draaien. Wie weet is dat wat.
Gebruikersavatar
richard
Berichten: 11061
Lid geworden op: wo 17 nov 2004, 23:26
Locatie: Een aanzienlijk dorp

Re: Beamforming

Bericht door richard »

Chocomel schreef: di 18 mar 2025, 20:04
...en een project waarin iemand stereo wilde weergeven over één luidspreker.
Een zekere Nagaoka Tetsuo is daar in het verleden ook mee bezig geweest.
https://www.diyaudio.com/community/thre ... rs.257110/
Zijn Swan was een van zijn bekendere ontwerpen.
Gebruikersavatar
Kappa7
Berichten: 8110
Lid geworden op: za 22 nov 2008, 9:50
Locatie: Ermelo
Contacteer:

Re: Beamforming

Bericht door Kappa7 »

In de jaren 80 had mijn oom het dealer schap van de stereo one, later kort in productie genomen door Akai.
Die had de speakers naar achter stralend tegen de wand en daarmee
Kon er eigenlijk niet veel meer van vinden.
Alleen dit gevonden.
https://audiofreaksforum.nl/index.php?t ... msg1807947
Chocomel
Berichten: 1061
Lid geworden op: ma 21 sep 2015, 21:42

Re: Beamforming

Bericht door Chocomel »

Over de Stereo One kan ik ook niets vinden. Weet je wat het idee ervan was, dat ze tegen de wand straalden?
richard schreef: di 18 mar 2025, 22:03
Een zekere Nagaoka Tetsuo is daar in het verleden ook mee bezig geweest.
https://www.diyaudio.com/community/thre ... rs.257110/
Zijn Swan was een van zijn bekendere ontwerpen.
Dank je voor de link. Dit zou het wel eens kunnen zijn geweest.

Het is lekker weer buiten en vandaag heb ik eens wat metingen kunnen doen. De metingen zijn zonder tijdsvenster en er kunnen enige, zwakke reflecties in zitten.
meetopstelling controlemeting.jpg


Als eerst: een bundel van 60 graden

Over het bereik van 300 - 3.000 Hz werkt het redelijk, met 15 dB onderdrukking van het geluid buiten de bundel. Tijdens de het meten kan je goed horen dat de geluidssterkte verandert wanneer de luidspreker draait. Boven de 3.000 Hz wordt de afstand tussen de breedbanders denk ik te groot. De filtersimulatie voorspelt dit effect ook. Ik had gehoopt dat de breedbandertjes uit zichzelf voldoende beginnen te bundelen om de richtwerking passief over te nemen in de hoge tonen, maar blijkbaar is dat niet zo. Als je goed kijkt bij de simulatie, zie je naast de hoofdbundel ook zwakkere bundels op ±80 en ±130 graden. Die komen ook terug in de meting.

In de impulsrespons zie je veel ruis en een beetje pre-ringing.

Meting
meting
meting
Voorspelling
voorspelling
voorspelling
Doel
doel
doel
Impulsrespons op 0 graden
Impulsrespons op 0 graden
Impulsrespons op 0 graden


Iets breder: 120 graden

Meting
meting
meting


Nog breder: 180 graden

Bij 1 kHz blijkt het moeilijk te zijn om de controle te houden. Hier gebeurde in de metingen van de individuele drivers ook iets geks.

Meting
meting
meting


Rondstraler: 360 graden

Gewoon alle breedbanders aan. :)
Je kan tellen dat het er zeven zijn, die sterk bundelen vanaf 5 kHz.

Meting
meting
meting
Ronkel
Berichten: 2181
Lid geworden op: do 11 jan 2007, 23:46
Locatie: Arnhem

Re: Beamforming

Bericht door Ronkel »

Cool! Dat werkt nog best breedbandig met zulke kleine drivertjes. :goeie:

Ik heb een paar prangende vragen O:)

Ten eerste ben ik benieuwd hoe de filters eruit zien en of je bij het bepalen daarvan rekening hebt gehouden met baffle step/shadowing.

Ten tweede ben ik benieuwd naar de on-axis response en efficiency t.o.v. een enkele breedbander met je huidige filters.

Kun je hier iets over zeggen?
Chocomel
Berichten: 1061
Lid geworden op: ma 21 sep 2015, 21:42

Re: Beamforming

Bericht door Chocomel »

Goede vragen. :) De filters zien er zo uit. Om te bepalen hoeveel SPL je verliest om een bundel van 60 graden te maken, zou je de filters kunnen vergelijken met de filters die 360 graden afstraling opleveren, want dat geeft het sterkst mogelijke geluid. Op bijvoorbeeld 300 Hz zit er in het sterkste filter 5 dB meer energie, terwijl het geluid van de totale luidspreker 6 dB zwakker is.
Geluid van de complete luidspreker incl. filters
Geluid van de complete luidspreker incl. filters


Frequentiedomein

60 graden
Grappig om te zien dat breedbanders één en acht de hoge tonen moeten doen. Ook logisch, want die zitten aan de voorkant.
frequentiedomein 60 graden
frequentiedomein 60 graden
360 graden
frequentiedomein 360 graden
frequentiedomein 360 graden


Tijdsdomein

60 graden
60 graden
60 graden
60 graden, ingezoomd
60 graden, ingezoomd
60 graden, ingezoomd
In het tijdsdomein zie je verrassend veel gebeuren vóór de piek van de impuls. Dat is vooral hoogfrequent. In de hoge tonen was er niet zoveel signaal in de metingen van de kale breedbanders, dus misschien zakt het daar onder de ruisvloer. Bij de FIR-filters, 60 graden, zie je in het frequentiedomein ook dat de breedbanders aan de zijkant en achterkant aan het werk worden gezet. Dat is niet logisch.

Verder zie je in de impulsrespons een laagfrequente 'slinger'. Die hoort bij het minimumfase hoogdoorlaatfilter op 80 Hz. Zoals je zou verwachten, komt de slinger na de piek.

Baffle step e.d. zit allemaal in de metingen, die gebruikt zijn om de filters te berekenen. Ik beschouw de luidspreker als black box met acht ingangen en 37 uitgangen: voor elke driver is er een overdrachtsfunctie naar elke microfoonpositie. Deze 296 metingen gaan een optimizer in met 'zoek maar uit of je hier iets mee kan'. Vandaar ook dat er acht FIR-filters zijn voor zeven luidsprekers, kanaal vier is namelijk niet aangesloten.
Ronkel
Berichten: 2181
Lid geworden op: do 11 jan 2007, 23:46
Locatie: Arnhem

Re: Beamforming

Bericht door Ronkel »

Ik ben trouwens benieuwd hoe je aan de fysieke layout van de speaker bent gekomen. Heeft deze vorm voor- of nadelen t.o.v. een lineaire (end-fire) array?
Chocomel
Berichten: 1061
Lid geworden op: ma 21 sep 2015, 21:42

Re: Beamforming

Bericht door Chocomel »

De luidsprekertjes staan verschillende kanten op gericht, want zo'n 2" breedbander bundelt behoorlijk in de hoge tonen. Zo kan je de hoge tonen ook zijwaarts richten. Verder verlies je met een lineaire array de controle boven een bepaalde frequentie, omdat de elementen te ver uit elkaar liggen. Ik had gehoopt dat je daar minder last van hebt als de array gekromd is en dus -als je vanaf één kant kijkt- verschillende tussenafstanden hebben, maar dat blijkt helaas niet zo te zijn. De elementen zitten nu zo dicht bij elkaar als mogelijk is. Apple lijkt dit in de HomePod op te lossen door de luidsprekers inwaarts te richten en met waveguides te werken, waardoor het geluid effectief uit het midden van de luidspreker komt, uit bronnen die vlak bij elkaar staan én een beter gecontroleerde richtwerking hebben.

Een voordeel van een lineair array is dat je de filters zou kunnen bepalen o.b.v. simulaties, in plaats van dat je zoveel metingen nodig hebt.

Het aantal elementen is nu zeven, omdat een achtkanaals geluidskaart / versterker goed verkrijgbaar is. Dan houd je één kanaal over voor een subwoofer. Meer kanalen zou natuurlijk nog mooier zijn.
Plaats reactie

Terug naar “Algemeen Luidspreker Zelfbouw”