The rise of the cardioids

[Chocomel]

en dat is dan meteen de bovengrens voor het cardioïde gedrag.

En uit die frequentie kan je bepalen hoe groot de afstand tussen de woofers mag zijn. Tot op welke frequentie een stel woofers goed als cardioïde werkt, is namelijk afhankelijk van de afstand ertussen. Als de afstand in de diepterichting te groot is om aan te sluiten op de richtwerking van de baffle en de woofer zelf, krijg je secundaire lobes. Bij de polar van de Kii Three zie je die op ± 120 graden / 1200 Hz.

[timpert]

Je kan grofweg stellen dat de maximale afstand tussen de woofers een kwart van de golflengte is van de baffle step als je die secundaire lobe niet wil, maar dat is met name voor de voorste woofer erg belastend bij de lagere tonen. Accepteer je wel een secundaire lobe dan wordt je leven ineens een stuk makkelijker.

Dank voor de link, ik wist niet van het bestaan van deze meting. Ik heb de Three zelf gehoord op DAE, en ik vond 'm destijds uitstekend klinken, zodanig dat ik voor mezelf de lat ook flink omhoog was gegaan en een cardioïde wilde maken. Maar wellicht is de speaker toch minder "perfect" dan ik in eerste instantie dacht, en dat geeft hoop voor dit DHZ probeersel. In de meting zie je eigenlijk ook dat de Three stiekem een supercardioïde is, maar dat is haarkloverij.

Sowieso is met dit soort experimenten beter vaak de vijand van goed, het is heel makkelijk om te blijven hangen in het gladstrijken van foutjes, terwijl het "hogere doel" eigenlijk al bereikt is.

[timpert]

Ik was even aan het stoeien om dit te visualiseren, maar nu zie ik dat @Ronkel dat al 10 jaar geleden heeft gedaan.

viewtopic.php?t=22470

[timpert]

Ik was aanvankelijk aan het overwegen om een cardioïde te maken met zijwieltjes, maar @flamingbeatz was me dik voor en hij heeft al aangetoond dat die aanpak voor DHZ haalbare kaart is. Daarom ga ik nu voor de aanpak zonder zijwieltjes, dus de resistieve/akoestische cardioïde a la Dutch & Dutch met zijpoorten en een kleine achterkamer achter de midwoofer.

In eerste instantie dacht ik in Akabak aan de slag te gaan, maar ik denk dat ik deze vakantie gewoon meteen maar zaagsel ga produceren. Ik zit al genoeg achter de PC. Voor deze aanpak is een andere bezetting wellicht beter, dus ik heb deze van de plank gepakt:

Een Dayton Audio RS150P-8 (de oude versie, zonder A) als midlaag driver.
Een Dayton Audio ND25FW-4 tweeter met waveguide
Een SB17MFC35-4 woofer als "sub" achterin de kast

Hiermee kan ik een compact testspeakertje maken, met als bijkomend voordeel dat ik genoeg drivers heb om er twee te maken in het geval dat het demonstreerbaar wordt. En als het mislukt hoeft er maar weinig MDF de kliko in.

Een paar leuke links.

Het D&D patent: https://patents.google.com/patent/EP3018915A1/en
De thread op diyAudio: https://www.diyaudio.com/community/thre ... ke.192737/

[Tom Magchielse]

Ik vond bij het opruimen een zeer leesbaar artikel over cardioïde luidsprekers door Marinus Boone en Okke Ouweltjes in J.AES vol 45, No 9 (sept 1997). Zonder al te veel wiskundige poespas wordt een heel simpel ontwerp beschreven dat goed lijkt te werken. Misschien van nut?

[satefan]

k vond bij het opruimen een zeer leesbaar artikel over cardioïde luidsprekers door Marinus Boone en Okke Ouweltjes in J.AES vol 45, No 9 (sept 1997). Zonder al te veel wiskundige poespas wordt een heel simpel ontwerp beschreven dat goed lijkt te werken. Misschien van nut?

Altijd leuk!

[Pjotr]

Zeker Tom! Altijd leuk, zeker als het zonder al te veel poespas beschreven is.

[timpert]

Ik vond bij het opruimen een zeer leesbaar artikel over cardioïde luidsprekers door Marinus Boone en Okke Ouweltjes in J.AES vol 45, No 9 (sept 1997). Zonder al te veel wiskundige poespas wordt een heel simpel ontwerp beschreven dat goed lijkt te werken. Misschien van nut?

Absoluut! Ik ben heel benieuwd wat zij hebben bedacht.

[rodi]

Ik ben ook nieuwsgierig. Wie weet kan ik er wat van toepassen in mijn studiomonitor. Woofers zitten aan de zijkant en midwoofer aan de voorkant.

[timpert]

Mijn proefspeakertje begint wat vorm te krijgen. Ik heb de speaker twee kamers gegeven, de achterkamer is voor de "sub" (een SB17MFC35-4) en is een gewone gesloten behuizing. Aan de voorkant krijgt de RS150P een klein kamertje met twee zijpoorten om de cardioïde te vormen. Van binnen ziet het kastje er zo uit:

De twee schotjes zitten klem op de plek en de deuvels dienen als paspen om de baffle op z'n plek te houden. Op die manier kan ik met schilderstape en Pritt stift vorm en volume van de kamer achter de midwoofer variëren. Ik heb de schotjes om te beginnen precies naast de sleuven geplaatst en voor de rest het volume en de poorten uit de losse pols van wat dempingsmateriaal voorzien. Op de draaitafel ziet het er dan zo uit:

Helemaal superdepuper is het natuurlijk niet, maar als ik een polaire respons maak, dan lijkt het wat op een supercardioïde:

Deze meting is bij 315 Hz, de laatste frequentie die bij de gebruikte gate enigszins representatief is. Het is dus ook het lelijkste plaatje, en ook is duidelijk te zien dat de vulling (stromingsweerstand) van de poorten niet netjes symmetrisch is. Bij 630 Hz ziet het er al een stuk beter uit:

Eigenlijk zou ik de nul-assen nog wat verder naar achteren willen zien staan, want voor recht naar voren spelen (geen toe-in) wil je ze op +/- 150 graden hebben om een supercardioïde te vormen, en met toe-in op 180 graden voor de volledige cardioïde.

Als ik de tweeter monteer, de zijkanten een beetje afrond en het volume achter de midwoofer wat zorgvuldiger vul, dan verwacht ik een betere en consistentere (super)cardioïde wel te kunnen maken. Voor een eerste probeersel vind ik dit best een leuk resultaat!

[timpert]

Even een uurtje de tijd om naar de tweede set metingen van gisteren te kijken. Ik had de vulling van de poort wat veranderd door iets dichter wol te gebruiken en beter op de symmetrie te letten. Ook had ik het volume achter de midwoofer wat vergroot. Bij 315 Hz ziet de polaire respons er nu zo uit:

Drie veranderingen vallen op:

• De plot is een stuk beter symmetrisch (mooi!)
• De nullijnen zijn iets naar achteren gedraaid (ook mooi)
• De nullen zijn een stuk minder diep (dan weer jammer)

Bij 630 Hz is het beeld hetzelfde maar dan anders, en behoorlijk goed symmetrisch:

Het iets grotere faseverschil tussen de poort en de voorkant van de woofer is te zien, maar de grotere demping veroorzaakt een minder volledige uitdoving op de nulassen. Ik denk dat ik binnenkort eens wat omweg-elementen ga proberen. De weg die de golf buitenom van de conus tot de poort moet afleggen is langer dan de weg binnendoor, waardoor het faseverschil onvoldoende is om het gewenste afstraalpatroon te ontwikkelen. Als ik de weg binnendoor ook wat langer maak, kom ik wellicht wat dichter bij het gewenste patroon.

[Ronkel]

Ik vond bij het opruimen een zeer leesbaar artikel over cardioïde luidsprekers door Marinus Boone en Okke Ouweltjes in J.AES vol 45, No 9 (sept 1997). Zonder al te veel wiskundige poespas wordt een heel simpel ontwerp beschreven dat goed lijkt te werken. Misschien van nut?

https://secure.aes.org/forum/pubs/journal/?elib=7842

Uit de samenvatting blijkt dat het systeem is opgebouwd uit een monopool en dipoolbron. Lijkt me een stuk complexer dan een simpele weerstandsbox.

[Ronkel]

Even een uurtje de tijd om naar de tweede set metingen van gisteren te kijken. Ik had de vulling van de poort wat veranderd door iets dichter wol te gebruiken en beter op de symmetrie te letten. Ook had ik het volume achter de midwoofer wat vergroot. Bij 315 Hz ziet de polaire respons er nu zo uit:
cardioid_2epoging_315Hz.jpg
Drie veranderingen vallen op:

• De plot is een stuk beter symmetrisch (mooi!)
• De nullijnen zijn iets naar achteren gedraaid (ook mooi)
• De nullen zijn een stuk minder diep (dan weer jammer)

Bij 630 Hz is het beeld hetzelfde maar dan anders, en behoorlijk goed symmetrisch:
cardioid_2epoging_630Hz.jpg
Het iets grotere faseverschil tussen de poort en de voorkant van de woofer is te zien, maar de grotere demping veroorzaakt een minder volledige uitdoving op de nulassen. Ik denk dat ik binnenkort eens wat omweg-elementen ga proberen. De weg die de golf buitenom van de conus tot de poort moet afleggen is langer dan de weg binnendoor, waardoor het faseverschil onvoldoende is om het gewenste afstraalpatroon te ontwikkelen. Als ik de weg binnendoor ook wat langer maak, kom ik wellicht wat dichter bij het gewenste patroon.

Ziet er al aardig uit, al is mijn ervaring dat 20 dB onderdrukking aan de achterzijde ook goed haalbaar moet zijn. Wat heb je nu precies qua wol erin?

Meer delay door extra weglengte of dichtere wol (= lagere geluidssnelheid) lijkt me de way to go.

[Pjotr]

Meer delay door extra weglengte of dichtere wol (= lagere geluidssnelheid) lijkt me de way to go.

Werkt die wolvulling niet gewoon als laagdoorlaatfilter dan? Met zijn inherente faseveschuiving en group delay?

[Ronkel]

Ook. Maar het in het frequentiebereik waar de golflengtes vergelijkbaar worden t.o.v. de afmetingen van de box wil je de bijbehorende extra demping door die laagdoorlaat om zijlobes te verminderen.

[Pjotr]

Twee vliegen in 1 klap dus Doelde eigenlijk meer op de genoemde verlaging van de geluidssnelheid. Volgens mij is dat niets anders dan het inherente delay van een filter en niet zozeer een eigenschap van wolvulling op zich.

[Ronkel]

Volgens mij zijn het twee kanten van dezelfde medaille. Als ik het goed herinner wordt de lagere geluidssnelheid in vezel- en poreuze materialen o.a. veroorzaakt door de langere weglengte die de lucht moet afleggen langs de vezels, hogere effectieve massa (doordat de vezels meebewegen) en viskeuze effecten.

[timpert]

De belangrijkste oorzaak is dat de compressie van het gas niet meer adiabatisch (zonder uitwisseling van warmte met de omgeving) wordt, maar een mengelmoesje van adiabatisch en isotherm doordat er warmteoverdracht tussen lucht en dempingsmateriaal plaatsvindt. Daardoor wordt het makkelijker samen te drukken en wordt de compressiemodulus K in [LaTeX]c = \sqrt{\frac{K}{\rho}}[/LaTeX] lager. De theoretisch maximaal haalbare verlaging van K is 1/1,4 dus de maximaal haalbare verlaging van de geluidssnelheid is [LaTeX]\sqrt{\frac{1}{1,4}} \approx 0,85[/LaTeX] maar in de praktijk blijf je steken op zo'n 10% reductie. Die 1,4 is de adiabatische index van lucht.

De viskeuze/turbulente effecten zorgen voor de demping van golven in het materiaal. Omdat je nooit het een zonder het ander krijgt, zal het een beetje schipperen worden: enerzijds voldoende demping om de geluidssnelheid wat te reduceren maar anderzijds wel zorgen dat je de boel niet zodanig dood dempt dater onvoldoende geluid uit de zijpoorten komt. Daarom verwacht ik uit te komen op een omwegelement gecombineerd met dunnetjes dempen.

Daar komt natuurlijk bovenop dat volume en demping ook een "lumped element" filter vormen en zo ook via de overdrachtsfunctie nog wat fasedraaiing in de mix gooien. Maar omdat met name de stromingsweerstand van dempingsmateriaal in de regel niet gedocumenteerd is en ook heel afhankelijk is van hoe het materiaal is ingesloten/samengedrukt, ontkom je niet aan trial and error optimalisatie.

Maar dat komt na de kerst. Ik ben helemaal voor hobbyen op de feestdagen, maar met de cirkelzaag aan de slag gaan is me op tweede kerstdag wat te kras.

[b_force]

Op diyaudio loopt inmiddels een zeer lang topic hierover.

Daaruit heb ik begrepen dat het rooster een aanzienlijke invloed heeft.
Volgens mij is dit ook ooit door D&D gedeeld.
Vanuit die gedachte zou je ook sleuven (slits) kunnen maken, om de weerstand verder te vergroten
(en/of het dempingsmateriaal effectiever te laten werken).

Akotherm D40 lijkt hier uitermate goed te werken:
https://www.diyaudio.com/community/thre ... id.255807/

https://www.avsite.gr/forum/threads/%CE ... st-2848965

[timpert]

Die indruk heb ik ook, dat de weerstand in de poorten vrij nauw luistert. Akotherm is inderdaad perfect hier, lekker stevig, consistent en nauwkeurig met een hete draad te snijden. Volgens mij verkoopt Intertechnik het spul onder de naam "bondum", daar heb ik nog wat platen van liggen. Ik gebruik nu een wat slapper polyester wolletje, dat ik knip en samendruk tot een bepaalde massa. Samen met vulstukjes/omwegelementen kan ik zo weerstand van de poort en volume variëren.

Het inwendige van de boxjes zit nu in elkaar met kinderknutsellijm, dat blijft goed genoeg zitten voor de metingen maar met een plamuurmes kan ik alles weer los krijgen.

En het begint zowaar ergens op te lijken:

Beneden de 315 hz ziet het er nog steeds ongeveer zo uit, maar dan gaan de reflecties in de ruimte ook parten spelen dus dat vervuilt het beeld enigszins. Bij de dubbele frequentie is het beeld tamelijk stabiel:

Op de as ziet de respons er zo uit:

En ook dat is best werkbaar, hoewel ik denk dat ik met dit midwoofertje niet veel lager dan 200 Hz moet gaan. Al met al niet gek voor een camping-style cardioïde. Misschien, voor de lol, maar eens proberen om er een luisterbaar speakertje van te maken.

[timpert]

En weer wat vorderingen gemaakt. Ik heb de omwegelementen gemaakt en erin gedaan. Ze zien er zo uit:

De zijpoorten zitten links en rechts boven de omwegelementen in bovenstaande foto. De functie is om het geluid dat achter uit de woofer komt en door de vorm van de conus een voorsprong heeft op het geluid dat uit de voorkant komt, een stukje om te leiden en zodoende die voorsprong deels ongedaan te maken. In de poorten heb ik een plak Bondum (= 20 mm dik Akotherm 40) geschoven, gewoon een enkele plak die even breed is als de port, en over de hele breedte van de box loopt. Verder zit er geen demping in het compartiment van de midwoofer. Voordat de baffle werd geplaatst zag het compartiment er zo uit:

In SigmaStudio heb ik de midwoofer onderaan afgefilterd op 200 Hz, en naar de tweeter toe LR2 bij 3 kHz. Het SB Acoustics woofertje achterin fungeert als sub en heeft middels een Linkwitz transform een laagafval bij 35 Hz gekregen met een q van 0,5 voor een droge bas. En dan is de hamvraag: werkt dat een beetje? Met de woofer in de achterkant op mute krijg ik dit sonogram:

Op wat blooming na bij ongeveer 1,2 kHz is dit wat ik wil zien. Van voren ziet het speakertje er zo uit:

En van achteren zo:

Je moet natuurlijk geen bulderende bas verwachten van zo'n kleine woofer achterin, maar toch verrast het positief. Ik denk dat de scheidingsfrequentie van 200 Hz die ik nu gebruik nog wel wat naar beneden kan, want als ik het volume opendraai tot de woofer achterin hoorbaar begint te vervormen is de uitslag van de midwoofer nog maar zeer bescheiden.

Ik heb besloten dat het ding Camping Cardioïde gaat heten. Dit omdat er geen computersimulatie of hogere wiskunde aan te pas is gekomen om dit resultaat te bereiken en dat het hele "ontwerp" een vage schets is in een schriftje waar ik me tijdens het bouwen ook nog eens niet aan heb gehouden. Echt "camping style" dus.

Dat Dayton ND25FW-4 tweetertje is een stuk beter dan zijn prijs (18 euro) doet vermoeden. Het klinkt prima, en het afstraalgedrag is voorbeeldig te noemen, zoals in onderstaande meting te zien is. De grafieken zijn bij 0, 30, 60, 90 en 120 graden gemeten. De tweeter neemt het van de midwoofer over bij 3 kHz, dus die hebben een prima match.

Morgen maar eens nummer twee in elkaar zetten en dan in stereo luisteren. Ik ben heel benieuwd, op deze manier heb ik met een beetje geluk iets om te laten zien in Hengelo!

[Pjotr]

Mooi resultaat! De techniek is vrij recht toe recht aan. Mooi dat het zo ook uit pakt

[Chocomel]

De metingen zien er goed uit. Ben je lang bezig geweest om de hoeveelheid wol e.d. af te stemmen?

[timpert]

Dat viel me reuze mee, ik had behoorlijk wat getob en geklooi verwacht om het goed te krijgen, maar ik kwam al vrij snel hierop uit. Noem het beginnersgeluk

[Douwe84]

Mooi resultaat hoor! Ik heb een tijdje gespeeld met het idee cardioide toe te passen in mijn nieuwe speakers thuis, dat idee is weer springlevend...

Je zegt dat het camping style is vanwege ontbrekende wiskundige modellen of computer simulatie maar zo ver ik weet is deze er ook niet echt, toch...?