Compressie van lucht & vervorming in een gesloten kast.

[Pjotr]

Tja, PSpice is bedoeld voor elektrische grootheden en elektronicasimulaties. Maar het blijft in feite een numerieke oplosser voor differentiaalvergelijkingen. Het gaat tenslotte om de getalletjes die er uit komen.

Maar alle mechanische grootheden eerst converteren naar elektrische blijft een omweg die minder inzichtelijk is dan een rechtstreeks massa-veer model. Uit beide komen (en moet komen) natuurlijk dezelfde resultaten.

Zal dat model eens opduikelen en eens kijken of daar kwantitatief wat zinnigs uit komt m.b.t. de vervorming.

[jeroen_d]

Dit topic is verplaatst naar hier.

Onderwerp: geeft een grote slag woofer in een kleine subwoofer behuizing extra vervorming, door het niet lineare gedrag van lucht onder druk.

Pjotr hanteert 100 maal Volume Displacment om deze vervorming te voorkomen (ruw gezegd). Ik houd persoonlijk een vuistregel aan van 50 maal VD.

Het zoeken is naar een formule en links naar de achtergrond van dit verschijnsel.

Het eerste artikel is gevonden.
http://www.resolutionmag.com/pdfs/SWEETS~1/LOWFRE~1.PDF

Groeten Roland

Niet alleen voor open baffle, maar voor luidsprekerbouw in zijn algemeenheid is de site van Siegfried Linkwitz van onschatbare waarde.

Zie http://www.linkwitzlab.com/images/graph ... stortn.gif

Even goed lezen, dan begrijp je zowel de achtergrond (verklaard vanuit de gaswet zoals pjotr al aangaf) en je krijgt nog een formule op de koop toe die de vervorming geeft bij de maximale uitslag van de woofer.

[Roland]

Hoi Jeroen

Dank! Dat was precies wat ik zocht! En de percentages zijn inderdaad heel hoog als de kast te klein is.

Tweede harmonische.... push pull kast, vermindert dat toch weer?

Hivi SP 10 in 20 liter 3.9% vervorming.
Hivi SP 10 in 40 liter 2.0% vervorming.

Hivi SP 10 in 28 liter 2.8% (VD*50 regel kast)
Hivi SP 10 in 56 liter 1.4% (VD*100 regel kast)

Neem de SP 10 als voorvbeeld omdat het onderwerp daarvan afgesplitst is. Er zijn heel erg veel ontwerpen die hier geen rekening meehouden.

De hoorbaarheid van een % meer of minder is klein tussen 20 en 100 Hz.

Groet Roland

[Pjotr]

Hoi Roland,

Denk dat het in de praktijk nog aanzienlijk minder zal zijn. Wat Linktwitz daar voorspiegelt is puur als de conus "spring controlled" is en dat is ruim onder fb. Boven fb is de speaker "mass controlled" en dan zal het effect van de invloed van de lucht in de box op de conusbeweging snel afnemen.

[jeroen_d]

Denk het niet. Het gaat gewoon om SPL, dwz volumeverplaatsing die samenhangt met de over en onderdruk in de box. En die volgt gewoon de gaswet. De luidspreker beweegt zich als een zuiger in het basgebied, zal nog nauwelijks opbreken tot enkele octaven boven fb. Spring of mass controlled doet niet terzake voor de formule die hij geeft. Natuurlijk is het zo dat voor hogere frequenties de noodzakelijke uitslag om bepaalde SPL te verkrijgen drastisch gaat dalen, met een factor 4 per octaaf. Ik denk daarom dat met name juist rond fb in een normale gesloten kast deze formule erg belangrijk is in de praktijk. Verder natuurlijk, conform wat jij aangeeft, in een subwoofer met bassboost onder fb.

[jeroen_d]

Hoi Jeroen

Dank! Dat was precies wat ik zocht! En de percentages zijn inderdaad heel hoog als de kast te klein is.

Tweede harmonische.... push pull kast, vermindert dat toch weer?

Hivi SP 10 in 20 liter 3.9% vervorming.
Hivi SP 10 in 40 liter 2.0% vervorming.

Hivi SP 10 in 28 liter 2.8% (VD*50 regel kast)
Hivi SP 10 in 56 liter 1.4% (VD*100 regel kast)

Neem de SP 10 als voorvbeeld omdat het onderwerp daarvan afgesplitst is. Er zijn heel erg veel ontwerpen die hier geen rekening meehouden.

De hoorbaarheid van een % meer of minder is klein tussen 20 en 100 Hz.

Groet Roland

Wat je ook moet meetellen is hoeveel de driver zelf vervormt bij zijn maximale uitslag. Als de vervorming door de luchtcompressie enkele factoren lager is dan doet een en ander toch minder terzake.

Wat hier ook erg belangrijk is, wat ik in de vorige post aangaf, is of de driver zich nog als een perfecte zuiger gedraagt. Door de hoge over en onderdruk die hij moet opbouwen hebben we het dan niet zozeer over opbreken maar over vervorming van de konus. De spreekspoel duwt of trekt in het midden maar de randen volgen niet door de hoge druk. Daarvoor zijn dus de subwoofer drivers zoals die van Peerless met zware, stijve en sterke konus ontwikkeld. De exemplaren van scanspeak, zowel de papierafgeleiden als de aluminium versies zijn ook uitermate stijf. Breken dan dus wel flink op bij een paar honderd Hz. Voordeel van aluminium is dat dat pas veel hoger opbreekt, nadeel is dat het voor het hele laag toch wat te flexibel is en niet zo goed hoge druk kan weerstaan als zo'n dikke geimpregneerde papierachtige.

[daniel]

Dit topic is verplaatst naar hier.

Onderwerp: geeft een grote slag woofer in een kleine subwoofer behuizing extra vervorming, door het niet lineare gedrag van lucht onder druk.

Pjotr hanteert 100 maal Volume Displacment om deze vervorming te voorkomen (ruw gezegd). Ik houd persoonlijk een vuistregel aan van 50 maal VD.

Het zoeken is naar een formule en links naar de achtergrond van dit verschijnsel.

Het eerste artikel is gevonden.
http://www.resolutionmag.com/pdfs/SWEETS~1/LOWFRE~1.PDF

Groeten Roland

Niet alleen voor open baffle, maar voor luidsprekerbouw in zijn algemeenheid is de site van Siegfried Linkwitz van onschatbare waarde.

Zie http://www.linkwitzlab.com/images/graph ... stortn.gif

Even goed lezen, dan begrijp je zowel de achtergrond (verklaard vanuit de gaswet zoals pjotr al aangaf) en je krijgt nog een formule op de koop toe die de vervorming geeft bij de maximale uitslag van de woofer.

Erg illustratieve prent. Geeft goed aan wat het fenomeen is. Maar hij gaat wel erg kort door de bocht in de uitwerking ervan. Hij gebruikt namelijk de eerste orde benadering (de eerste harmonische) om de vervorming van de 2e te berekenen. (substitutie van pmax/pmin). Wiskundig is dat niet consequent, en geeft volgens mij aanleiding tot een extra onderschatting van de vervorming.

[Pjotr]

Denk het niet. Het gaat gewoon om SPL, dwz volumeverplaatsing die samenhangt met de over en onderdruk in de box. En die volgt gewoon de gaswet. De luidspreker beweegt zich als een zuiger in het basgebied, zal nog nauwelijks opbreken tot enkele octaven boven fb. Spring of mass controlled doet niet terzake voor de formule die hij geeft. Natuurlijk is het zo dat voor hogere frequenties de noodzakelijke uitslag om bepaalde SPL te verkrijgen drastisch gaat dalen, met een factor 4 per octaaf. Ik denk daarom dat met name juist rond fb in een normale gesloten kast deze formule erg belangrijk is in de praktijk. Verder natuurlijk, conform wat jij aangeeft, in een subwoofer met bassboost onder fb.

Beste Jeroen,

Je hebt gelijk als je de SPL vanaf fb met 12dB/okt wilt laten oplopen

Heb het ook niet over de formule van Linkwitz, dat geloof ik wel. Maar op het gecombineerd effect daarvan met de massa

T.o.v. van de drijvende kracht t.g.v. het BL product neemt de tegenkracht t.g.v. de comusverplaatsing wel met 12dB/okt af. En die gecombineerde krachten werken op de massa van de conus. Op fb zit je op de resonantie en dan zijn mass controlled en spring controlled gelijk maar telt de luchtveer relatief altijd nog minder dan onder fb tov de massa. Daar gaat Linkwitz geheel aan voorbij.

Heb het PSpice modelletje nu niet bij de hand maar zal het eens opzoeken en kijken wat daar uit komt.

[jeroen_d]

Beste pjotr,

We zijn 'in violent agreement' .

Wat ik bedoel is dat als je dimensioneert, dat dan de uitslag bij fb erg relevant is. Daarbeneden loopt hij nog een beetje op afhankelijk van de afstemming van de box (factor 2 bij Q=0.5) maar blijft daarna gelijk (met afnemende geluidsdruk van 12 dB/oct van de gesloten box).

De gewenste geluidsdruk cq uitslag bij fb is dus een belangrijk engineering criterium en niet wat er ver beneden fb gebeurt zoals jij aangaf. Het laatste geldt namelijk alleen bij subwoofers met bassboost.

[jeroen_d]

Dit topic is verplaatst naar hier.

Onderwerp: geeft een grote slag woofer in een kleine subwoofer behuizing extra vervorming, door het niet lineare gedrag van lucht onder druk.

Pjotr hanteert 100 maal Volume Displacment om deze vervorming te voorkomen (ruw gezegd). Ik houd persoonlijk een vuistregel aan van 50 maal VD.

Het zoeken is naar een formule en links naar de achtergrond van dit verschijnsel.

Het eerste artikel is gevonden.
http://www.resolutionmag.com/pdfs/SWEETS~1/LOWFRE~1.PDF

Groeten Roland

Niet alleen voor open baffle, maar voor luidsprekerbouw in zijn algemeenheid is de site van Siegfried Linkwitz van onschatbare waarde.

Zie http://www.linkwitzlab.com/images/graph ... stortn.gif

Even goed lezen, dan begrijp je zowel de achtergrond (verklaard vanuit de gaswet zoals pjotr al aangaf) en je krijgt nog een formule op de koop toe die de vervorming geeft bij de maximale uitslag van de woofer.

Erg illustratieve prent. Geeft goed aan wat het fenomeen is. Maar hij gaat wel erg kort door de bocht in de uitwerking ervan. Hij gebruikt namelijk de eerste orde benadering (de eerste harmonische) om de vervorming van de 2e te berekenen. (substitutie van pmax/pmin). Wiskundig is dat niet consequent, en geeft volgens mij aanleiding tot een extra onderschatting van de vervorming.

Hij kan zich dat hier veroorloven. We hebben het over een 'single ended' verschijnsel, waarbij de vervorming zuiver amplitude afhankelijk is. Daarbij overheerst de 2de harmonische, als je het helemaal netjes wiskundig gaat uitrekenen zul je zien dat de hogere harmonischen snel afnemen. Met een 2de harmonische van 1%, die op de grens ligt van wat we kunnen horen, nemen de hogere harmonischen snel af en liggen eveneens beneden de grens van wat we kunnen horen. Neem daarbij dat de driver zich wat 3de harmonischen en hoger betreft veel minder ideaal zal gedragen als de gecomprimeerde lucht in de box...de driver zelf blijft dus het belangrijkst. Wees niet verbaasd over 10 % vervorming bij Xmax van ook de goede woofers als je beneden 50 Hz komt.

[Pjotr]

Ok Jeroen, maar de discussie begon over 1% versus 2% VD tov het boxvolume. Het enige wat ik aangaf is dat het netto resultaat aan vervorming UIT de luidspreker minder is dan Linkwitz voorrekent (tgv de niet-lineairiteit van de lucht dan). Ook op fb telt de massa mee.

De gewenste geluidsdruk cq uitslag bij fb is dus een belangrijk engineering criterium en niet wat er ver beneden fb gebeurt zoals jij aangaf. Het laatste geldt namelijk alleen bij subwoofers met bassboost.

Afijn bij het boosten van subs onder fb die dus al helemaal niet in een klein kastje stoppen.

[jeroen_d]

We zijn het helemaal eens .

Nog even ter illustratie, hier wat meetgegevens over de uitstekende XLS-12.

http://www.mfk-projects.com/woofer_data.htm#peerless

Dit ziet er nog redelijk uit bij 40 en 50 Hz (3% 2de harmonische), daarbeneden wordt het al bedenkelijk en beginnen de hogere harmonische snel in amplitude toe te nemen. En dat bij 10.5Vrms, dan zit je nog niet aan de Xmax. Een en ander zal wel te maken hebben met de hoge stromen door de spreekspoel waardoor de magneet in verzadiging begint te gaan. Vooral bij die lage frequenties kom je dan snel in het niet-lineaire gebied van de motor en wordt de vervorming niet alleen door de konus vervorming maar ook door de motorvervorming bepaald. Tenminste dat vermoed ik. Bij deze metingen zit de driver niet in een kast maar op een open baffle, de metingen zijn vlakbij de konus gedaan.

[Martijn M]

Hoe zit het dan met de non-lineariteit van de motor in vergelijking met de non-lineariteit van de luchtveer? Is de lucht niet een veel meer lineaire veer dan de ophanging plus motor van een woofer?
Als we weten hoe beide veroorzakers van vervorming zich onderling verhouden, kunnen we ook wat meer zeggen over de werkelijke relevantie van een (te) kleine kast.

[Henkjan]

maar eerst even de basis vraag: wat wil je nou gaan uitrekenen. waar zou die vervorming vandaan moeten komen? drukopbouw in de kast? of dat die drukopbouw niet lineair is met de slag van de woofer?

nou zie ik Linkwitz dus afleiden wat de non lineariteit van de drukopbouw is, maar is dat dan ook het vervormings%? lijkt me niet... moet je eerst nog weten hoeveel de kracht van de lucht is t.o.v. de kracht van de aandrijving lijkt me zo....

[jeroen_d]

Zoals pjotr aangeeft, in het gebied waar de beweging van de konus exact gelijk opgaat met die van de luchtdruk in de box (spring controlled) is de vervormingsbijdrage zoals afgeleid vanuit de gaswet UIT de box gelijk aan die IN de box. Dit komt dan bovenop de vervorming die de driver zelf al heeft. Dit is het gebied beneden fb. Op het resonantiepunt fb beweegt de conus niet meer in fase met de 'luchtveer', het verschil is 90 graden. Daar is de vervorming niet meer volledig bepaald door de vervorming van de 'veer'.

Voor Linkwitz erg relevant omdat hij de XLS-12 in een 50 liter box stopt (het THOR subwoofer ontwerp), waardoor fb boven 40 Hz komt te liggen. Hij gebruikt de THOR voornamelijk beneden 40 Hz en daarom heeft hij de boxgrootte als belangrijk ontwerpcriterium meegenomen in het ontwerp.

[Henkjan]

zeg Jeroen, zou jij niet een vervormingsmeting kunnen doen van die Peerless midbas in je monitor en in de open baffle? we praten nu wel lekker om de brij heen, meten is weten zou ik zeggen....

[jeroen_d]

Ik heb nooit geinvesteerd in het kunnen doen van fatsoenlijke akoestische vervormingsmetingen, ik heb daar de juiste meetmicrofoon niet voor. Wat dat betreft zou DIY_Freak ons erg kunnen helpen.

Los daarvan, zoals je uit de discussie hebt kunnen opmaken is boven fb de vervormingsbijdrage van de gesloten box niet zo relevant. Sowieso kun je vragen stellen bij de relevantie van de vervorming door compressie van lucht. Ik maak me meer zorgen over de vervorming van de driver zelf op het moment dat hij verwrongen wordt doordat hij teveel over of onderdruk moet opbouwen in de box. Ook als je beneden fb teveel moet boosten waarbij je extra veel stroom door de driver heen moet jagen om hem voldoende uitslag te laten maken.

Voor een midrange driver is er een ander en heel nuttig vuistregeltje: optimaal resultaat indien de box een dusdanige afmeting heeft dat de Q<0,577. In dit geval is de box optimaal gedempt en treedt er geen enkele naslingering op. Bovendien is dan ook in vrijwel alle gevallen de luchtcompressie zo laag dat hij niet meer relevant is. Eigenlijk geldt dit ook voor een gesloten baskast die verder niet geboost wordt.

[Pjotr]

Op het resonantiepunt fb beweegt de conus niet meer in fase met de 'luchtveer', het verschil is 90 graden.

Uh.. zijn er dan nog andere dingen dan de conus die op de luchtveer werken?

[jeroen_d]

Jij was het juist die ons erop wees dat de beweging van de konus op en boven het resonantiepunt niet meer volledig overeenkomt met de beweging van de veer.

Ik begrijp dus niet waarom je dit vraagt. Het zal wel weer een misverstand zijn

[Pjotr]

Nee, ik begrijp gewoon niet wat je daar beweert. Waarom zou de conus en de veeraktie 90 graden uit fase zijn? Er is toch niets wat de fase van de veer kan verschuiven? Lijkt n mij een gewoon lineair ding wbt de frequentie in het basgebied waarover we spreken..

Het gaat natuurlijk om het geluid wat de conus afstraalt en de vervorming daarbij.

[jeroen_d]

Oeps, die 90 graden is onzin, dat is de relatie tussen de elektrische aandrijf wisselspanning op de klemmen en de uitslag van de speaker.

Wat jij bedoelt te zeggen is dat boven fb de beweging van de konus gedomineert wordt door lineariteit van de aandrijving en hoe de konusmassa daarop reageert. En dat de niet-lineaire luchtveer dan maar mee moet bewegen maar niet de beweging van de konus bepaalt.

Check .

[Pjotr]

Exact! En met dien verstande dat de invloed van de luchtveer (en ook van Cms) met 12 dB / oktaaf afneemt boven fb.

De SPL is evenredig met de versnelling van de conus. De snelheid is de integraal van de versnelling en de uitwijking van de conus is weer de integraal van de snelheid. De kracht tgv de uitwijking neemt daarom met 12 dB / okt af maar de aandrijfkracht van de spreekspoel niet. Alhoewel daar de tegen EMK tgv van de snelheid van de spreekspoel ook meespeelt.

Ga van het weekend dat modelletje wel opzoeken en er een PDFje van maken en posten. Denk dat het dan helemaal duidelijk wordt hoe het in elkaar steekt.

Nu even verder spelen met het nieuwe M-Audio Adiophile-192 kaartje

[Pjotr]

Ok, hier dan de vervorming die uit de speaker zelf komt als we de rest van de speaker meenemen. Heb de HiVi-SP10 als uitgangspunt genomen in een 20L box want daarmee is het uiteindelijk begonnen. Ik kom dan op een Qb uit van 0,75 bij een fb van 46 Hz. De vervorming komt dan bij een Vb van 1% uit op 0,28%. en bij 2% Vb wordt het 0,56%. Dit is dan gedaan bij f = fb.

Het model staat in de attached PDF. De getallen voor Pb lijken misschien wat hoog maar dat komt omdat het in het model in N/m2 uitgedrukt is.

En tja, aan dat formuletje van Linkwitz hebben we dus uiteindelijk niets

[jeroen_d]

En tja, aan dat formuletje van Linkwitz hebben we dus uiteindelijk niets

Dat is wel gebleken, behalve als je 'worst case' wilt werken. Als het met het formuletje van Linkwitz er goed uit ziet heb je ruime marge.

[Pjotr]

En tja, aan dat formuletje van Linkwitz hebben we dus uiteindelijk niets

Dat is wel gebleken, behalve als je 'worst case' wilt werken. Als het met het formuletje van Linkwitz er goed uit ziet heb je ruime marge.

Nou, een factor 5 kan ik geen "worst-kaas" meer noemen hoor. Kun je net zo goed een factor 10 of 100 nemen, zoekt u maar uit.

Dan kun je ook zeggen dat je het boxvolume uitrekent op 25L maar we nemen 125 L voor het geval dat.....

Jacco heeft zijn reeks nog niet gepost in dat andere draadje maar zou toch maar 0,6 * Vd / Vb aan houden dan als je met worst en kaas wilt werken.

<Edit>

Het ging natuurlijk om de vraag van Roland waarop we een antwoord proberen te krijgen:

Dit topic is verplaatst naar hier.

Onderwerp: geeft een grote slag woofer in een kleine subwoofer behuizing extra vervorming, door het niet lineare gedrag van lucht onder druk.

Pjotr hanteert 100 maal Volume Displacment om deze vervorming te voorkomen (ruw gezegd). Ik houd persoonlijk een vuistregel aan van 50 maal VD.

Het zoeken is naar een formule en links naar de achtergrond van dit verschijnsel.

Het eerste artikel is gevonden.
http://www.resolutionmag.com/pdfs/SWEETS~1/LOWFRE~1.PDF

Groeten Roland

Denk dat Roland nu wel zijn eigen conclusie kan trekken