Probleem met fase

[Martijn M]

Op dit moment ben ik bezig met een luidspreker met waveguide voor de tweeter.

Onlangs heb ik buiten een uitgebreide meetsessie gedaan. Voor de metingen gebruik ik de 2-channel mogelijkheid van ARTA. Met deze mogelijkheid kan ARTA het met de microfoon gemeten geluid vergelijken met het uitgangssignaal van de versterker, waardoor je betere fase-metingen kunt doen. Met de 'normale' 1-kanaals meting heb ik in het verleden wel eens het probleem gehad dat bij het herhalen van een meting de impulse op steeds een net iets ander moment door de software wordt verwerkt, waardoor de puls in het tijdsvenster steeds op een net iets andere plek ligt. Met de 2-kanaals meting heb je hier geen last van.

Bij de bovengenoemde luidspreker komt het signaal van de woofer eerder bij de microfoon aan dan dat van de tweeter. Daarom zet ik de cursor vlak voor de impuls van de woofer en de marker net voor de eerste significante reflectie. Dan krijg ik onderstaande plaatje:

De amplitude en fase zien er dan zo uit:

Vervolgens meet ik de tweeter. Je ziet in de impulse duidelijk dat de tweeter later aankomt. Het verschil is ruim 0,35 ms. De marker en cursor laat ik staan:

In de bijbehorende plot van de amplitude en fase zie je duidelijk de excess-phase (hebben we hier een goede Nederlandse term voor?):

Vervolgens laad ik de data, inclusief de gemeten impedanties van de beide drivers, in Boxsim en simuleer ik een filter:

Met de volgende response:

En deze fase:

De optelling rond het crossoverpunt is niet optimaal, maar gezien de flinke excess phase lijkt het me nog heel redelijk.

Vervolgens heb ik het filter opgebouwd en ben ik gaan meten. De meetomstandigheden zijn nu anders, namelijk binnen en op kortere afstand. Dit zou echter prima moeten zijn om te zien wat er rond het crossoverpunt gebeurt. De metingen komen niet overeen met wat je op basis van de simulaties zou verwachten:

De impedantie klopt ook niet zo mooi met de gesimuleerde impedantie (vergelijk met Boxsim-simulatie hierboven):

De gesimuleerde en gemeten impedantie van de woofer met het filter:

En de gesimuleerde en gemeten impedantie van de tweeter met het filter:

Heeft iemand een idee wat hier mis gaat?

[Pjotr]

Ehh, wat gaat er nu eigenlijk mis?

Eigenlijk kun je delay niet goed meten met een impulsresponsie omdat de frequentie responsie van de verschillende speakers ook heel verschillend is en je daarmee ook een beduidend verschillende impuls responsie krijgt.

Toevallig ben ik afgelopen HV-dag met hetzelfde bezig geweest (wel met andere speakers) en off-set tussen speakers is eigenlijk alleen goed te meten met een oscilloscoop en een in frequentie begrensd signaal wat door beide speakers zonder vervorming en identiek weergegeven kan worden.

[Martijn M]

Ik ben op iets opvallends gestuit. In de bovenstaande meting van de impedantie van de woofer met het filter (waarbij het netwerk naar de tweeter dus niet is aangesloten) zie je dat de impedantie een piek heeft op 2580 hz. Volgens de simulatie zou die piek op ongeveer 2250 hz moeten liggen en nog iets hoger in niveau moeten zijn. De piek komt door de RC-combinatie parallel aan de spoel voor de woofer (L=2,2 mH), welke ik gebruik om de fase van de woofer rond 2 khz dichterbij die van de tweeter te brengen. Zonder deze RC-combinatie zou de impedantie netjes op blijven lopen.

Zojuist heb ik gemeten wat de impedantie doet zónder de RC-combinatie. De impedantie zou netjes op moeten blijven lopen, maar ik zie nog steeds een piek! Ik heb geen idee wat hier gebeurt.

[Martijn M]

Peter, ik ben het met je eens dat je de delay niet goed kunt bepalen met de impuls! Dit heb ik een aantal maanden geleden een hele tijd geprobeerd toen ik het akoestische centrum van drivers wilde bepalen, maar uiteindelijk kreeg ik geen betrouwbare resultaten. Echter, de exacte delay bepalen is hier ook niet de bedoeling. Het gaat me om het meten van bruikbare fase-informatie.

[Pjotr]

Toch is dat delay wel belangrijk als je simuleren wilt. Dat uit zich uiteindelijk in een continue roterend faseverschil dat best van invloed is op een X-over punt van zeg 3 KHz.

Punt bij het meten van een impuls responsie is dat de afstand waarover je meet vele malen groter is dan de off-set tussen de 2 speakers. Het is vrijwel ondoenlijk om daarvoor goed te compenseren is mijn ervaring. Uiteindelijk gaat het je om de faseverschuiving die veroorzaakt wordt door de fysieke off-set tussen de speakers. De absolute fase van iedere speaker apart is daarbij eigenlijk niet van belang.

[Martijn M]

Volgens mij begrijpen we elkaar niet.

Ik heb de marker vóór het begin van de impuls van de woofer gezet en de marker net voor de eerst reflectie. De impuls van de tweeter komt later aan, maar ik gebruik dezelfde instellingen voor het meetwindow, waardoor ik de delay dus gewoon meepak. Waar gaat het volgens jou mis?

[Pjotr]

Dat klopt wel maar hoe weet je hoeveel dat de delay moet zijn?

In principe moet dat gewoon goed gaan als je de twee speakers met identieke instellingen meet. Dus eerst de speaker met het minste delay, meestal de tweeter, daarop de gate instellen. Vooral de cursor voor de impuls is belangrijk en de delay compensatie voor de fase. En dan met precies dezelfde instellingen de mid/woef meten.

Om dit nauwkeurig te kunnen doe heb je ook een hoge sample rate nodig. Dat bepaalt je resolutie in de tijd. B.v. bij een SR van 96 Khz heb je tijdsintervallen van 10,5 us en dat zijn intervallen in lengte van 3,6 mm.

[Martijn M]

Dat is dus precies wat ik heb gedaan, met het verschil dat bij deze speaker het signaal van de woofer eerder aankomt. Het tijdsverschil tussen het begin van de impulsen van beide drivers is zo op het oog een goeie 3,5 0,35 ms. Ja, als je dat exacter wilt bepalen, zul je de responses van de beide drivers gelijk moeten maken, maar die 3,5 ms geeft m.i. wel een indicatie.

Blijft staan dat ik nog steeds niet weet waar het probleem door veroorzaakt wordt .

EDIT: 0,35 ms dus.

[Pjotr]

Het tijdsverschil tussen het begin van de impulsen van beide drivers is zo op het oog een goeie 3,5 ms. Ja, als je dat exacter wilt bepalen, zul je de responses van de beide drivers gelijk moeten maken, maar die 3,5 ms geeft m.i. wel een indicatie.

Ehh... welke 3,5 ms bedoel je? 3.5 ms verschil tussen beide drivers kan helemaal niet. Dat is een off-set van meer dan een meter

Verder klopt er nog iets niet: Als je 2-kanaals meet dan meet je relatief t.o.v. het stuursignaal en valt de latency van software en sound card weg. Als je op een meter afstand meet moet je impuls dus op ongeveer 3 ms uitkomen en niet op die 9 ms van jou. Lijkt er op dat je toch 1-kanaals hebt gemeten.

[Martijn M]

Ik bedoelde 0,35 ms .

[Pjotr]

Ik bedoelde 0,35 ms .

Is nog steeds een 12 cm ??? Zie ook mijn aanmerking die ik er net bij getypt heb.

Verder kun je de begin cursor van de speaker met het minste delay voor de fase compensatie het beste zo in instellen dat je een zo vlak mogelijke fasekarakteristiek krijgt. Alleen dan kun je fatsoenlijk zien wat de andere speaker doet t.o.v. die fase.

[b_force]

Ik begrijp de discussie rond de fase niet.
Volgens mij zit er gewoon iets fout met de impedantie.
Fase problemen zijn zo te onderzoeken door de luidspreker virtueel te verplaatsen.
De impedantie curve blijft dan echter gewoon hetzelfde en die klopt dus al niet.

Ik denk dat je het dan ook moet zoeken in een fout bij het meten van de impedantie.
Dat is ook wel duidelijk te zien bij de meting met enkel de 2,2mH spoel + 33uF (en weerstandje).
Daar klopt geen bal van.

[Martijn M]

Is nog steeds een 12 cm ??? Zie ook mijn aanmerking die ik er net bij getypt heb.

12 centimeter kan goed kloppen, lijkt me. De compressiedriver bevindt zich ruim achter het baffle.

]
Verder kun je de begin cursor van de speaker met het minste delay voor de fase compensatie het beste zo in instellen dat je een zo vlak mogelijke fasekarakteristiek krijgt. Alleen dan kun je fatsoenlijk zien wat de andere speaker doet t.o.v. die fase.

Volgens mij dien je de marker nét voor het begin van de impuls te zetten. De meest vlakke fase krijg je wellicht als je de marker wat verder naar rechts verschuift, maar dan klopt er niets meer van je frequentieresponse.


Zo langzaamaan krijg ik het idee dat het wellicht aan mijn impedantiemetingen ligt.

[Martijn M]

Verder klopt er nog iets niet: Als je 2-kanaals meet dan meet je relatief t.o.v. het stuursignaal en valt de latency van software en sound card weg. Als je op een meter afstand meet moet je impuls dus op ongeveer 3 ms uitkomen en niet op die 9 ms van jou. Lijkt er op dat je toch 1-kanaals hebt gemeten.

Waarom ik te maken heb met 9 ms latency, zou ik niet weten! Maar ik weet wel dat de configuratie en ook de software op 2-kanaals zijn ingesteld. De puls blijft bij het herhalen van metingen ook mooi op zijn plek, dus ik heb wel te maken met een constante latency. Zou die extra 6 ms niet tóch door de software veroorzaakt kunnen worden?

[Pjotr]

Volgens mij dien je de marker nét voor het begin van de impuls te zetten. De meest vlakke fase krijg je wellicht als je de marker wat verder naar rechts verschuift, maar dan klopt er niets meer van je frequentieresponse.

Dat klopt en daarom zit er in ARTA ook een aparte delay compensatie om de fase apart te compenseren. Je zet dus de cursor voor de impuls en stelt een compensatie in t.o.v. het maximum van de impuls. Er zit zelfs een tooltje in wat voor jou het maximum van de impuls opzoekt.

[Martijn M]

Zojuist heb ik de impedantie van de woofer met het filter nog 's gemeten en nu meet ik een normaal verloop. Curieus...

Zou de fout misschien tóch ergens in het filter zitten?

[b_force]

Niet toevallig krokodillen bekjes gebruik ofzo?
Of ergens een andere brakke verbinding.

Daar zijn impedantie metingen heel gevoelig voor.
(dat is ook de reden dat ik daarvoor een aantal degelijke kabels heb.


*
Er is trouwens niks mis met krokodillen klemmen.
Je moet je alleen eventjes loshalen en vervolgens zelf goed vast solderen.
Normaal zitten ze enkel geklemd en dat resulteert heel vaak tot breukjes.

[k.p.]

En hoe zit het met de frequentie respons? Is die nu ook beter? Misschien zit er een zwak contact in je filter. Misschien valt er te beredeneren of dit de mogelijke oorzaak is.

[Martijn M]

Nee, de response is nog hetzelfde.

Voor de liefhebbers bij deze de boxsimfile.

[Pjotr]

Waarom ik te maken heb met 9 ms latency, zou ik niet weten! Maar ik weet wel dat de configuratie en ook de software op 2-kanaals zijn ingesteld. De puls blijft bij het herhalen van metingen ook mooi op zijn plek, dus ik heb wel te maken met een constante latency. Zou die extra 6 ms niet tóch door de software veroorzaakt kunnen worden?

Even off topic:

Ok, dat is waar ook: De nul positie zit bij ARTA op sample 300. Uit het manual:

"Note: The cursor is placed in a referent position for dual channel measurements. It is the position of zero delay. In the ARTA, the referent position is sample index 300.

In a single channel measurement mode the zero delay position is not fixed - ARTA always puts at referent position the first sample whose amplitude is 20dB below the impulse response maximum."

Net even getest en dat klopt. De off-set die je krijgt in ms op 0 cm hangt dan van de samplefrequentie af.

[jeroen_d]

Vervolgens heb ik het filter opgebouwd en ben ik gaan meten. De meetomstandigheden zijn nu anders, namelijk binnen en op kortere afstand. Dit zou echter prima moeten zijn om te zien wat er rond het crossoverpunt gebeurt.

-knip-

Heeft iemand een idee wat hier mis gaat?

Even los van eventuele fouten in het filter, maar je moet met dit vergelijk wel oppassen. Als je dichterbij meet, komt de positie van de microfoon veel nauwer. Je meet de drivers meer onder een hoek, ergens tussen woofer en tweeter. De hoogte van de microfoon is erg bepalend voor het faseverschil. Ik zou eens kijken of je de metingen beter kan laten overeenkomen door te spelen met de hoogte van de microfoon.

[Martijn M]

Jeroen, bedankt voor het meedenken. Ik heb wel geëxperimenteerd met de microfoonpositie. Daar zit het 'm niet in, helaas.

[Martijn M]

Even off topic:

Ok, dat is waar ook: De nul positie zit bij ARTA op sample 300. Uit het manual:

"Note: The cursor is placed in a referent position for dual channel measurements. It is the position of zero delay. In the ARTA, the referent position is sample index 300.

In a single channel measurement mode the zero delay position is not fixed - ARTA always puts at referent position the first sample whose amplitude is 20dB below the impulse response maximum."

Net even getest en dat klopt. De off-set die je krijgt in ms op 0 cm hangt dan van de samplefrequentie af.

Ik heb het even gecontroleerd en het lijkt inderdaad te kloppen. Hebben we off-topic toch nog weer wat geleerd .

[jeroen_d]

Goed om te weten. Ik ga zo langzamerhand ook op ARTA over.

[Tom Magchielse]

-Algemeen: Als een systeem geen onbeperkte bandbreedte heeft, zal de energie niet op één moment in de tijd aankomen, maar enigszins uitgesmeerd, met een piek op het moment dat het grootste deel van de energie arriveert. Dat verloop van de totale binnenkomende energie is niet gelijk aan de impulsresponsie. Als je de amplitude/faseresponsie wilt meten, heb je alle energie nodig, dus zowel vóór als na de energie-piek moet de energie meegenomen worden. En alles wat je afkapt, leidt tot effecten in de amplitude/fase responsie.
-Om de juiste ligging van je tijdvenster te vinden is de fase een goede indicator, zoals Pjotr al voorstelde. Als de fasekarakteristiek over het grootste deel van de bandbreedte horizontaal loopt heb je de juiste meettijd ingesteld. De tijdcompensatie die daarvoor nodig is, is meteen een goede indicator over waar zich het akoestisch centrum van de bron bevindt. Die tijd is dus niet altijd de start van de impulsresponsie, zoals Pjotr terecht opmerkt. Frequenties waar de fase nog "helt" worden door de driver kennelijk eerder of later afgestraald. Dat weet je dan ook weer.
In de metingen die hier gepresenteerd zijn, is een aanzienlijke restdelay aanwezig. Er is dus a.h.w. te vroeg gemeten, met als gevolg dat de staart van het signaal niet volledig is meegenomen. Dat heeft ook een effect op de amplitude-karakteristiek.
- Dat geldt in nog sterkere mate voor de tweeter. Hier is de responsie gebaseerd op de"aanloop"van de energie.
-Mijn advies zou zijn: meet elke driver met zijn optimale delay. Het verschil tussen de delays is een maat voor de off-set van de drivers. Die off-set kun je dan afzonderlijk specificeren bij de driver positie. Als je het interessant vindt om de extra lineaire fase, die het gevolg is van de offset, ook te zien, dan kun je, zoals Pjotr al opmerkte, beide drivers meten met de laagste van de twee delays, maar gebruik die meting niet in de simulatie.
-Meet ook iedere driver gewoon op zijn eigen as. Als het goed is houdt Boxsim rekening met de bundeling van de driver bij het simuleren. Daarvoor moet je de effectieve membraandoorsnede specificeren.
Sterkte,
Tom