TL's nader bekeken

[Walt]

Wat Pjotr al zegt, op dit niveau eraan rekenen is met name theoretisch erg leuk, fijn afstemming met de demping zal je met een TL in de praktijk op gehoor doen meestal…

[Shadow]

Zoals ik het lees geeft Ton hiermee aan dat de eigenschappen van de lijn snel veranderen door hoe hij gevuld wordt, en dat we dat sneller verkeerd doen dan goed.

[wouter]

Ik heb hier op het forum meerdere ontwerpen gepost van TL constructies, en ook TL subwoofers waarbij het specifiek om het gebied onder 100hz gaat.

Ik gebruik hierbij Ajhorn, en ondanks dat ik geen idee heb hoe dit ontworpen is, al weet ik wel dat er wat aanname zijn, komt er wel iets uit wat meettechnisch functioneert zoals het gesimuleerd is.

Het meest lastige is het vertalen van een simulatie naar de fysieke lengtes in een gevouwen kast. Metingen om de demping op z'n plek te krijgen zijn goed te doen, mede door Burst decays en impedantieplotten.

Ik zie in de simulatie van Tom grafieken die vrij dicht bij elkaar blijven, dan zou ik voor gesloten gaan. Een TL is juist om de conus uitslag minimaal te houden in het sublaag heel geschikt.
Dat is wezenlijk anders dan een gesloten constructie, dus wat gezegd is lijkt me essentieel: niet overdempen.

Nu voegt dit bericht ook weer niets toe op het gebied van onderbouwen en verklaren hoe een TL ontworpen dient te worden, maar als er weinig geloof in de voordelen van de TL zit mag dit bericht als aanvulling beschouwd worden. Alleen blijft het voor mij in een 2-weg wel ruzie met de rommel UIT de poortopening.


Op de Dutch Audio Event hoorde ik de Kerr Acoustics 2-weg monitor (K300?) en dat is heel heel lekker klinkende 2-weg TL, voor zo kort als ik hem hoorde. De reviews zijn ook lovend, dus het concept is nog niet helemaal afgeschreven.

Ik luister thuis naar een 3-weg met gesloten laag, dat ervaar ik dan wel weer als directer dan mijn 2-weg TL's van vroeger. Maar goed, iets met appels en peren ...

[wouter]

Ik heb toch niet de boel verziekt hier, hopelijk

Ik waardeer de inzet en input van Tom bijzonder, ook als ik het niet kan bevatten. Ik lees elke keer graag wat er nieuw is in dit draadje... So, keep up the good work

[Tom Magchielse]

Het voordeel van een model, zeker als je dat in een flexibel rekenprogramma als Mathcad hebt, is dat je eenvoudig eens wat kan proberen. Eerst eens over een extra volume dat vaak uit praktische overwegingen ontstaat, en in het vervangingsschema was aangeduid met Vb.
Heel wat TL ontwerpen zien er ongeveer uit als bijgaande tekening.

In deze situatie zit het uiteinde van de TL-pijp ( de poort) aan de voorkant, maar de instroomopening zit nu bij de achterwand. Er ontstaat zo een volume tussen de driver en de ingang van de TL-pijp. In het vervangingsschema zie je dat de impedantie van de driver (Ms + Rs +Cs) nu is aangesloten op een parallelschakeling van Zat, Rp en jwCb. Bij frequenties boven de conusresonantie is de impedantie van het bewegend systeem voornamelijk Rs+Ms, en die vormt met Cb samen een laagdoorlaat, waardoor er minder middentonen in de pijp komen.
De output van de pijp bevat de resten van de pijpresonanties, en die worden hierdoor verzwakt. Deze output veroorzaakt ook de rimpel in de totaaloutput (de rode curve) die met Cb erbij duidelijk beter wordt. De kracht op de ingang van de pijp is ook geplot: het low-pass karakter is duidelijk.

Een vermindering van de rimpel in de totaal-output krijg je ook met een hogere pakkingsdichtheid, maar dat kost wat laag. Hier hebben we dus wat te kiezen.

[Tom Magchielse]

Het volume Vb is in deze tekening wel wat royaal uitgevallen, ter wille van de duidelijkheid. In de simulaties is een volume van omstreeks 10 L al duidelijk merkbaar.
Wat je overigens ook ziet is het banddoorlaat karakter van de kracht ( druk) op de pijp-ingang. Er is duidelijk een maximum op de conusresonantie, en daarboven neemt de druk, ook zonder Cb, af.

[Tom Magchielse]

Bij lage pakkingsdichtheden zie je in de impedantie-karakteristiek een tweede piekje bij 10-20 Hz verschijnen. Dit kan worden toegeschreven aan een resonantie van de conus compliantie met de totale bewegende massa, inclusief de luchtmassa in de pijp. Alleen als de pakkingsdichtheid ( en dus de demping ) gering is, gedraagt de ingang van de pijp zich als een massa. Dit is eigenlijk een gevolg van de fasekarakteristiek, die in het diepe laag, op de flanken van de 1/4 lambda resonantie, oploopt en daar een massa-achtig gedrag veroorzaakt. Voeg je demping toe, dan draait de fase van Zat, de pijp, van massa naar compliantie, en de subsonische resonantie verdwijnt.
Als je Vb wat groter maakt staat diens impedantie parallel aan de ingang van de pijp, en de gezamenlijke impedantie is nu niet meer voldoende inductief (massa-) voor de resonantie. Dat is in de volgende plaatjes zichtbaar.

In dit voorbeeld was de pakkingsdichtheid 1 kg/m3, veel lager dan in het vorige voorbeeld, waardoor hier een flinke rimpel optreedt, het restant van de pijpresonanties. Met Vb toegevoegd verdwijnen deze effecten weer. Het veel besproken effect van de TL dat er een subsonische resonantie optreedt die het laag zo geweldig zou maken, is dus toe te wijzen aan een niet geheel gedempte 1/4 lambda resonantie. Bij de gangbare pakkingsdichtheden van 4-10 kg/m3 is deze resonantie, en ook de vermindering van de conus uitwijking die er mee samen hangt, verdwenen.

[Tom Magchielse]

Een echte ontwerptheorie hebben we hiermee niet bereikt, sorry Wouter. Daarvoor heb je een (in technische termen omschreven) doel nodig. Dat doel, meestal de doelfunctie, moet dan gematched worden met de overdrachtsfunctie van in dit geval de luidspreker. Daar zijn we nog lang niet; er zitten in de gehele procedure nog teveel slecht gedefinieerde elementen, m.n op het gebied van de demping. Waar we de gebruikelijke luidspreker kunnen beschrijven als een verzameling discrete elementen, aan elkaar gekoppeld door een vervangingsschema, lukt dat bij de TL niet. We hebben geen vervanggingsschema voor de TL, in ieder geval niet een die is opgebouwd uit discrete netwerkelementen.
We zijn niet veel verder gekomen dan het opsporen van de voor de hand liggende voetangels en klemmen.
Zijn er algemene raadgevingen uit het geheel te destilleren? Misschien.
Allereerst moet je je realiseren dat de TL, anders dan een BR of CB, ook effecten heeft in het middengebied.
Beperk je je tot de toepassing als (sub) woofer, dan hoeft dat aspect niet zo zwaar te wegen. We hebben gezien dat voor een ondersteunende werking op de driver in het laag, de demping nogal beperkt moet blijven. Dat is slecht voor de neutraliteit van het midden gebied, maar dat is dan acceptabel.
Wil je richting een twee-weg systeem, dan is de demping wel kritisch, en moet dan wat forser uitvallen. Dat gaat dan wel enigszins ten koste van het diepe laag. Bepalend voor de demping is in alle gevallen de stromingsweerstand, dus die moet je minstens redelijk kunnen schatten, of deze eigenschap van het materiaal moet bekend zijn.
Het is inderdaad mogelijk een eventueel te kort aan elektro-magnetische demping in de woofer (te hoge Qe) te compenseren met wat meer demping in de lijn.
Als je toch een twee-weg wil maken, kun je de eis t.a.v de pakkingsdichtheid wat verlichten door gebruik te maken van de Vb-truc. Dat krijg je al een acceptabele rimpel bij geringere pakkingsdichtheid en ook door de geringere pakkingsdichtheid een iets betere LF-ondergrens.
Daarmee hebben we geen ontwerpmethode, hoog uit wat tips en trucs voor wie met een TL aan de slag wil.
Er is ook een advies voor de lieden die zelfbouwontwerpen publiceren: Geef een nauwkeurige definitie van het toe te passen dempingsmateriaal. Bijvoorbeeld zoals Martin J.King, die holofill 2 polyestervezel voorschrijft. En dan maar hopen dat het materiaal verkrijgbaar blijft en dezelfde eigenschappen houdt.
succes, Tom

[Pjotr]

Psies. Neemt niet weg dat de aloude progjes als AJHorn/Hornresponse/MJKing sheets je wel goed kunnen helpen bij het initieel dimensioneren. Wat daaruit komt is wel redelijk in de richting van het doel. En qua demping: Merino schapen zijn vrij universeel en leveren de allerfijnste wol met holle vezels die uitermate effectief akoestisch dempen. Is geclassificeerd in vezeldikte en daarmee vrij consistent.

[VintageHarry]

Ook al noem je het maar “tips en trucs”, dat zijn toch erg nuttige dingen om te weten!
De Vb-truc, dat is toch het Daline idee? Of zie ik dat verkeerd?

[Pjotr]

De Daline heeft het ook maar of het daarbij ontstaan is? De Rogers heeft het ook. Het was min of meer standaard bij de eerste generatie TL's jaren '70. De redenatie was simpel: Vb samen met de opening naar de lijn vormt een Helmholt resonator waarmee boven de Helmholt resonantiefrequentie de doorgang naar de lijn afneemt.

[VintageHarry]

Duidelijk, bedankt!
Mijn T&A Criterion T100 heeft ook zo’n constructie maar dan met een extra driver tussen de Vb en het begin van de lijn, weer een andere variant blijkbaar.

[Pjotr]

Heb in de jaren '90 een collega geholpen met de bouw van de Daline met een KEF B110 en Audax tweeter. Dat klonk toch wel heel erg fijn. Mooi rustig laag en toch stevig!

[VintageHarry]

Iets vergelijkbaars was er twee of drie jaar terug ook op de luisterdag in Hengelo, daar zat een breedband Philips 7061/M in. Klonk opvallend goed voor zo’n eenvoudige opzet.

[Pjotr]

Een goed gebouwde TL zit eigenlijk een beetje tussen BR en CB in qua klankstructuur vind ik. Maar heb toch wel menig TL, ook commercieel gehoord wat gewoon flut was. Zoals b.v. JMR, bepaald niet goedkoop: Niet alleen slappe flubber in het laag maar ook een smalle sweetspot van 30cm! Fijne speakers bouwen blijft toch ook gedeeltelijk kunst.

[VintageHarry]

En eigenlijk is dat ook best mooi toch

[Tom Magchielse]

Een aantal forumleen heeft de moeite genomen om vragen of opmerkingen te plaatsen. Ik zal proberen daar zo mogelijk op te reageren.
-De vraag over de lengte en de tapering: De lengte is kritisch voor de 1/4 Lambda resonantie. Deze resonantie is het gevolg van de samenwerking tussen de heen-en teruggaande golf in de lijn. Naarmate de demping toeneemt ( bij grotere pakkingsdichtheid) zal de teruggaande golf zwakker worden of zelfs vrijwel verdwijnen. Dan wordt de lengte van de lijn heel onkritisch. Wie zegt dat het dan wel veel begint te lijken op een buisvormige gesloten box, zal ik niet tegenspreken.
-Tapering maakt de Q-factor van de pijpresonanties lager, waarmee je dan wat demping kan uitsparen. Maar het 1/4 lambda resonantie effect verdwijnt dan net zo hard..
-Over variërende tapering durf ik niets te zeggen, behalve dat discontinuïteiten in de doorsnede van een orgelpijp in de literatuur altijd worden behandeld als een voorbeeld van gedrag dat moet worden doorgerekend. Waarom zou je het doen?
-Waarom je de stralende mondopening van de lijn niet aan het uiteinde zou nemen, is mij een raadsel.

[Tom Magchielse]

Wie succes of plezier heeft met het bouwen van TL's moet daar vooral mee doorgaan. Rekenprogramma's zoals de oude Akabak, of AJHorn, kunnen daarbij helpen. Helaas bieden die meestal weinig hulp als het gaat om de noodzakelijke, en o zo essentiële demping te bepalen. Daarvoor kun je dan terecht bij Tarnow of Pelegrinis, als je de materiaaleigenschappen van het vezelmateriaal kent. Een systeem van formules dat geheel gebaseerd is op het gebruik van een vooraf bepaald dempingsmateriaal, zoals bij M.King, is dan de veiligste weg.
Tot slot; van ieder type luidsprekerkast bestaan wel goed- en ook slecht klinkende voorbeelden. Dat zegt weinig over de intrinsieke kwaliteit van zo'n kasttype. Maar een TL vergt, als je het goed wil doen, wel meer denkwerk en inventiviteit dan de meeste andere types.. Alleen een hoorn is misschien nog spannender.

[Pjotr]

Naarmate de demping toeneemt ( bij grotere pakkingsdichtheid) zal de teruggaande golf zwakker worden of zelfs vrijwel verdwijnen. Dan wordt de lengte van de lijn heel onkritisch. Wie zegt dat het dan wel veel begint te lijken op een buisvormige gesloten box, zal ik niet tegenspreken.

Heel lang geleden, in de tijd van Bailey, las ik in de Wireless World in een ingezonden commentaar, precies hetzelfde! Eigenlijk was het doel om een infinite baffle te creëren zonder het Fs verhogend effect en de compressievervorming van een CB. Je had toen al wel pure resonerende z.g.n. labyrintspeakers (a la Sony b.v.) die juist niet gedempt waren. Maar dat is nooit wat geworden gezien het de toch wel hoge Q van de resonantie.

[wouter]

Was dit ook niet het idee achter de B&W Nautilus? Geen kleuring van de backwave dmv een kritisch gedempte transmissionline...

Hier is het dempmateriaal strategisch geplaatst zo te zien. Het verhaal meen ik me te herinneren als een tl die dempt, dus een soort IB of heel grote Closed Baffle.

Een TL voor mijn draagt bij aan het sublaag. Vergelijkingen tussen TL en BR waren in het voordeel van TL. Pjotr heeft ergens wel eens uitgelegd waarom een TL af kan met dunner plaatmateriaal, ik ervaar meer rust en autoriteit in het laag. Welllicht dat een betonnen BR beter had geklonken, maar bij vergelijkbare materialen klinkt de TL anders. Nou is een TL gemiddeld genomen ook wat groter, geen appels met peren naar wel variabelen waardoor het vergelijk lastiger wordt in alle eerlijkheid.

[Pjotr]

Heb het nog eens op Wikipedia nagezocht:

"The concept was innovated within acoustic enclosure design, and originally termed an "acoustical labyrinth", by acoustic engineer and later Director of Research, Benjamin Olney, who developed the concept at the Stromberg-Carlson Telephone Co. in the early 1930s while studying the effect of enclosure shape and size on speaker output, including the effect of "extreme length in a box baffle".[13] A patent was filed in 1934.[14] The design was used in their console radios beginning in 1936.[15] A loudspeaker enclosure based on the concept was proposed in October 1965 by Dr A.R. Bailey in Wireless World magazine, referencing a production version of an acoustic-line enclosure design from Radford Electronics Ltd.[16] The article postulated that energy from the rear of a driver unit could be essentially absorbed, without damping the cone's motion or superimposing internal reflections and resonance, so Bailey and Radford reasoned that the rear wave could be channelled down a long pipe. If the acoustic energy was absorbed, it would not be available to excite resonances. A pipe of sufficient length could be tapered, and stuffed so that the energy loss was almost complete, minimizing output from the open end. No broad consensus on the ideal taper (expanding, uniform cross-section, or contracting) has been established"

https://en.wikipedia.org/wiki/Transmiss ... udspeakers

[Henkjan]

Was dit ook niet het idee achter de B&W Nautilus? Geen kleuring van de backwave dmv een kritisch gedempte transmissionline...

niet helemaal, daar was het de overgang van de bol naar de hoorn die t verschil maakte. zie ook Jeroen z'n topic viewtopic.php?t=589

[Pjotr]

Jammer dat de plaatjes daar zoek zijn. Was een leuk topic!

B.t.w.:

marcoHenkjan gaat voor t record grootste stofwolk een op 3 weken na 10 ruim 20 jaar oud topic afstoffen

[Inventor]

@Tom Magchielse: Bedankt (nogmaals) voor al je onderzoek. Je stopt er veel denkwerk, rekenwerk, simulatiewerk in. Je onderzoek biedt interessante aanvullende informatie, naast wat ik bijv. in HobbyHifi of op websites van King e.d. kan vinden. Tof om zulke onderzoeken met ingenieurskundigheid en diepgang te vinden op een hobbyforum.

Specifiek je Akabak simulaties vind ik super! Bedankt dat je, in een ander 'draadje' op dit forum, naar aanleiding van een vraag van mij een Akabak simulatie hebt gemaakt van Atkins' S.O.T.A. Dit heeft mij geholpen om het 'subsone resonantie effect' te begrijpen.


@wouter: Jij ook bedankt voor je (herhaalde) aandacht voor pragmatische aanpak en het delen van je eigen ervaringen met het bouwen en ontwerpen van vele TLs.


Juist deze combinatie van perspectieven, zowel theoretisch als praktisch-experimenteel, maakt dit verhaal voor mij zo interessant.

Resterende vragen van mij:
- wat doet de akoestische 'output' van de pijpuitlaat, in combinatie met het door de konus afgestraalde geluid, met de weergavekwaliteit, qua fasereinheid? Er is een een looptijdverschil: de poort-output is altijd vertraagd (vertraging = pijplengte / geluidsnelheid). Dit zou, theoretisch gezien, voor een tijd-versmering van (sub)laag informatie zorgen. Maar in de praktijk lijk ik daar nauwelijks last van te hebben. Weet iemand hier meer over?

- zijn er, uitgaande van Tom's alhier gepresenteerde onderzoek, richtlijnen voor het benodigde doorsnede-oppervlak van de pijp? De traditiegetrouwe vuistregels stellen dat deze parameterwaarde in de grootte-orde van Sd moet zijn. (Zeg 150% van Sd, zoals gesteld in de handleiding door Sietse, op deze website). Waarom is dat nodig?
Stel dat we een veel kleinere pijpdoorsnede zouden gebruiken (zeg 20% Sd) die zowel bij diens inlaat als uitlaat is gekoppeld aan de konus resp. de poortopening. Gekoppeld met een flauw-taps koppelstuk, voor geleidelijk veranderend doorsnede-oppervlak, zodat akoestische-impedantie-discontinuiteiten vermeden worden. Dit zou nogal wat kastvolume kunnen besparen, niet?

Vr.gr.
Pieter

[Tom Magchielse]

De pijp geeft met zijn lengte van 1/4 golflengte bij Fs, natuurlijk een behoorlijke vertraging. Dat is looptijd, dus in principe een fasedraaiing die lineair met de frequentie toeneemt. Dat komt dus overeen met gewoon afstand, en geeft geen niet-lineaire fase-effecten of groeplooptijd variaties. Er is daarom geen tijdversmering, alleen een vertraging. Een met demping gevulde pijp zal een lagere voortplantingssnelheid van de drukgolven vertonen, waardoor hij akoestisch wat langer lijkt. Dit effect vertoont ook geen niet-lineaire fase.
Als je de doorsnede van de pijp flink kleiner maakt dan de doorsnede van de driver, ontstaat een koppelvolume, dat de werking van de pijp gaat beïnvloeden. Dat kan ook in de vorm van een korte hoorn zijn. Is die (veel) korter dan de golflengte, dan werkt hij als een discontinuiteit, en zal dus reflecties veroorzaken, is hij langer dan ongeveer 1/20 golflengte dan wordt de werking die van een akoestische transformator. Dat is allebei niet heel handig..
De ingangsopening even groot als de driver is het meest efficiënt.
De uitgangsopening kan natuurlijk wel kleiner worden gekozen, maar dat leidt tot een taps toelopende pijp. Een sprongsgewijze sprong in de doorsnede aan het uiteinde zal er weer toe leiden dat een deel van de uitgangsenergie wordt teruggekaatst i.p.v. uitgestraald, dat is al helemaal geen goed idee..