forum.zelfbouwaudio.nl

Ontwerp en Transformator

Een ribbon driver, op z'n Nederlands bandje luidspreker, is één van de kandidaten als het gaat om dipool weergevers voor mid-hoog. Elektrostaten en magneplanars (ook wel ten onrechte magnetostaten genoemd) zijn ook van nature dipolen maar zijn toch net iets ingewikkelder om zelf te maken (mijn mening) en bovendien lijkt het me leuk om te kijken wat er met een ribbon op dit gebied mogelijk is qua zelfbouw.
Een mooie bron voor informatie is de site van Michael Gaedtke http://gaedtke.name/ , het is helaas alleen in het Duits, er staat onder 'Lautsprecher' een fraaie beschrijving van een zelfbouw ribbon inclusief de constructie van de trafo. M.b.v. FEMM en de spreadsheets van Linkwitz heb ik wat zitten rekenen en ben voor dit ontwerp uitgekomen op een ribbon van 40cm hoog en 1.4cm breed welke gemonteerd is in een staalplaat van 20cm breed en 60cm hoog. In de plaat zit een sleuf van 35mm breed, aan beide zijden zitten 10 Neodymium N42 blockmagneten van 10mm x 10mm x40mm. De plaat is van 1cm dik staal en sluit ook tevens het magnetisch circuit. De breedte is trouwens ook echt nodig om het circuit te sluiten met gewoon staal. Bijkomend voordeel is dat de plaat enorm sterk is dus niet krom trekt door de magnetische aantrekkingskracht.
Verticaal gaat zo'n lange ribbon natuurlijk bundelen bij hogere frequenties, de vraag is hoe erg dit in de praktijk is. Het is ook nog altijd mogelijk om de ribbon in drie stukken te verdelen en op die manier een soort van 'd Appolito ribbon maken. Ik heb de SPLmax spreadsheet van Linkwitz iets aangepast en uitgebreid met kolommen voor de benodigde versnelling, kracht en stroom. De sheet is bijgevoegd, als iemand de berekeningen zou willen controleren dan zou ik dat zeer op prijs stellen. Volgens de berekeningen moet het bandje in deze baffle dus slechts 0.44mm piek verplaatsing hebben voor 100dB SPL bij 566Hz, hiervoor is dan 15A nodig. Dit brengt ons bij de trafo. Zou dat wel goed gaan, zelf een trafo wikkelen voor mid-hoog?
Soms heb je mazzel. Volgens de berekeningen zou voor een trafo die vanaf 400Hz bruikbaar is (veiligheidsfactor 5) een primaire inductie van zo'n 16mH nodig zijn. Toevallig had ik nog wat 50VA 220V naar 2x 6V ringkernen liggen en wat blijkt? De secundaire wikkelingen zijn 10mH, close enough zoals ze zeggen. Dus alle wikkelingen verwijderd en één secondaire wikkeling weer opgewikkeld (60 wikkelingen), dit wordt dan de primaire wikkeling. De wikkeling wordt strak bedekt met PTFE tape. Daar overheen heb ik 7 wikkelingen koperfolie van 1cm breed (uit een foliespoel) gewikkeld. Voor de primaire meet ik 0.13Ω en voor de secundaire 0.01Ω DC weerstand. Die 0.01Ω kan ook de Fluke 289 niet meer goed meten, maar het is in ieder geval prettig weinig. Een strip huishoud aluminiumfolie van 1.4cm x 42cm heeft een weerstand van 0.13Ω.
Voor de metingen is de trafo belast met drie Caddock MP1% 0.5Ω weerstanden parallel, gemeten weerstand 0.17Ω. De secundaire spanning was 0.769V, dit levert dus een stroom op van 4.6A (theoretisch goed voor 89dB SPL bij 566Hz). Ingang was 6.45V, de ratio is dus 8.4. De impedantietransformatie is gelijk aan de ratio in het kwadraat en komt uit op 70. De 0.13Ω van het bandje wordt dus door de versterker gezien als 9.2Ω, een prima waarde.
Hier is een een sinus sweep van beide trafo's Rood = Trafo A frequentie
Groen = Trafo B frequentie
Blauw = Trafo A totale harmonische vervorming
Paars = Trafo B totale harmonische vervorming
Het zal duidelijk zijn dat ik blij ben met dit resultaat, -3dB pas bij 40kHz, vervorming bij 500Hz 0.01% oplopend tot 0.1% bij 20kHz en ze zijn nog bijna gelijk ook.
Dit resultaat is voor een groot deel het gevolg van het feit dat het makkelijker wordt een goede trafo te maken als er weinig wikkelingen op zitten en dit heeft weer alles te maken met de hoge onderste grensfrequentie. Als een trafo 20Hz moet kunnen weergeven wordt het een heel ander verhaal.

De staalplaten zijn inmiddels ook klaar dankzij de vlotte service van een lokaal metaalbedrijf. De platen wegen 8.4kg per stuk, da's niet misselijk, en het is ook al duidelijk dat de plaat gedempt moet worden. De plaat is gemonteerd op een 20cm PVC pijp met daarin een SEAS H1215 CA18RNX 18cm woofer (variatie op de Linkwitz Pluto), het volume is 20L voor een Q van 0.5. De totale hoogte is 132cm. Er naast staat een Linkwitz Orion met in de hoek een Thor sub. Het is goed te zien dat de ribbon straks mooi op luisterhoogte zit, de vraag blijft natuurlijk hoe het bundelen uitpakt.
De versterking wordt geregeld door een Hypex AS2.100 plate-amp. Ik heb bewust voor de AS2.110 gekozen en niet voor een duurdere DSP oplossing met aparte versterkers omdat ik wil uitzoeken wat er met betaalbare modules zoals deze mogelijk is en hoe zich dat verhoud tot de Orion die er naast staat. De filters van de Orion's zijn trouwens Linkwitz ASP's versie 3.2.1.

Volgende klus is nu het verlijmen van de magneten en het maken van de bevestiging voor het bandje.

Mooi verslag van een interessant project. Je komt het niet zo vaak tegen dat zelfbouw wordt uitgebreid tot het zelf bouwen van de drivers.

richard schreef:

Mooi verslag van een interessant project. Je komt het niet zo vaak tegen dat zelfbouw wordt uitgebreid tot het zelf bouwen van de drivers.

Dank je. Ik wilde weer eens wat bouwen, maar om nou in een aanval van acute 'audiophilia nervosa' de LX521 te gaan bouwen da's ook zo wat. De Orion's zijn in deze versie al zo goed dat ik daar de zin niet van zie. Vandaar dat ik ben gaan nadenken over het zelf maken van drivers specifiek voor gebruik in een dipool, gewoon om te kijken of het kan en er is immers niet echt veel keus op dit gebied, zeker als het gaat om iets wat vanaf 500Hz gebruikt kan worden.

Leuk project, nooit geweten dat het zelf bouwen van drivers überhaupt te doen is. Tijdens het lezen van je verslag kwam er weer de nodige lesstof van de ETS van 30 jaar geleden boven borrelen..

Het monteren van de magneten.

Voor de aandrijving zijn 20 Neodymium N42 magneten gebruikt van 40 x 10 x 10m, zie: http://www.supermagnete.nl/eng/Q-40-10-10-N
Het verlijmen is niet triviaal aangezien de magneten niet graag naast elkaar liggen, als de magneten los op het staal gezet worden gebeurd het volgende: Het effect valt hier nog mee, bij mijn eerdere dipool experiment met de stalen strips was het veel sterker. De magneten worden stuk voor stuk met secondelijm in de sleuf gelijmd: Als alle magneten gemoneteerd zijn ziet het er zo uit: Het magnetisch circuit moet redelijk gesloten zijn aangezien de plaat zelf niets aantrekt, alleen als je, b.v. met een schroevendraaier, binnen een paar centimeter van de luchtspleet komt voel je pas de aantrekking. In de achtergrond zijn de stukjes plexiglas zichtbaar die voor de bevestiging van het bandje gebruikt gaan worden.

Volgende stap is de bevestiging van het bandje.

Leuke experimenten, ik ben benieuwd hoe het uitpakt!

Mvg Reinder

De eerste ribbon doet het!

En niet alleen dat, het klinkt nog eens goed ook. Er is nog niet gemeten en dus niks echt goed ingeregeld, ik had de bas al eerder met een paar breedbanders afgeregeld. De ribbon is met 24dB bij 500Hz gefilterd met de dipool compensatie van de breedbander (zat in even breed klankbord).
Het is ook nog niet eens een geribbelde ribbon maar gewoon een glad stuk huishoud aluminiumfolie.
Ik heb tot nu toe nog geen narigheden gehoord, het klinkt allemaal erg relaxed.

Ben erg benieuwd wat de metingen gaan opleveren. Nu weer verder luisteren naar Yello, in mono.

Stoer!

Hoi Gerrit

Mooi ontwerp.
Ik heb ondertussen al diverse ribbons gebouwd van 12cm tot 200cm en mijn ervaring is dat je of een korte ribbon moet bouwen of een lange van 2 meter alles wat er tussen zit bundelt te erg op de verticale as waar je echt problemen mee krijgt.
In het begin heb ik ook erg veel aandacht besteed aan het magnetisch pad en veel ijzer gebruikt maar het maakt qua rendement niet zo veel uit.

Rob

Hoi Rob,

Dank je.
Gebruik je een zelfgemaakte ribbon in je (dagelijkse) set? Zo ja, wat voor één? Hoe was die 2meter ribbon?

Het bundelen valt mij eigenlijk nog mee, het is ook niet bedoeld om een balzaal mee te vullen. Het magnetisch circuit is niet echt te modelleren met FEMM, dus dat is toch al een beetje lastig, en je moet je er inderdaad niet op blindstaren. Effect van al het staal is wel dat er geen moertjes of zo aan de plaat blijven hangen, ook niet aan de zijkanten.
Nu de tweede afmaken en gaan meten. Voordeel van het bouwen van een mid-hoog driver is dat je die tenminste in een gewone huiskamer kunt doormeten.

Gerrit

De tweede plaat is nu ook klaar. De koperfolie verbindt het bandje met de trafo, de trafo is aan de pijp bevestigd en niet aan de plaat om de symmetrie niet te verstoren. Op de plaat liggen ook de andere twee plexiglas klemmen voor het bandje. Achter de plaat ligt het plexiglas hulpstuk om het bandje te monteren. Het hulptstuk wordt in de spleet geplaatst en door twee metalen plaatjes op z'n plek gehouden. Aangezien het doorzichtig plexiglas is is goed te zien of het bandje netjes gecentreerd is. Een simpele vlakke folie als bandje. De folie is nog niet voorzien van ribbels voor de dwarsversteviging, ik wilde eerst even zien of het werkt en wat een simpele vlakke folie doet. Voor de metingen is het bandje met 24dB/oct bij 300Hz gefilterd om de lage frequentie te vermijden.
De impulsrespons: Er zit wel wat rommel in het begin, maar toch niet beroerd voor zo'n simpel bandje. De frequentiekarakteristiek laat zien dat er wat diffractie is, te verwachten door de scherpe randen, en dat het boven 15kHz afgelopen is. N.B. de curve is 'unsmoothed'. Valt toch niet tegen voor een eerste poging. Er zitten in ieder geval geen gemene pieken in. Het stereobeeld is ruimtelijk en gedetailleerd (vergelijkbaar met elektrostaten) en er is zeer goed naar te luisteren, voor de surroundkanalen zou ik ze zo kunnen neerzetten.
Nu is het zaaks om bandjes te voorzien van ribbels. Hiervoor heb ik een tubeknijper geregeld, eens kijken hoe dat gaat.

Gerrit schreef:

Hoi Rob,

Dank je.
Gebruik je een zelfgemaakte ribbon in je (dagelijkse) set? Zo ja, wat voor één? Hoe was die 2meter ribbon?

Het bundelen valt mij eigenlijk nog mee, het is ook niet bedoeld om een balzaal mee te vullen. Het magnetisch circuit is niet echt te modelleren met FEMM, dus dat is toch al een beetje lastig, en je moet je er inderdaad niet op blindstaren. Effect van al het staal is wel dat er geen moertjes of zo aan de plaat blijven hangen, ook niet aan de zijkanten.
Nu de tweede afmaken en gaan meten. Voordeel van het bouwen van een mid-hoog driver is dat je die tenminste in een gewone huiskamer kunt doormeten.

Gerrit

Dag Gerrit

Ja ik heb 2 soorten in gebruik een van 12cm voor een dipool speaker ingezet op 1500Hz en ik gebruik 2 ribbons in een fullrange speaker met een ribbon voor het hoog en mid en een magnetostaat voor het laag en die zijn 180cm lang.
Het bundelen heeft trouwens niets te maken met grote van de ruimte maar je oren moeten precies op de verticale midden as zitten als je luistert en dat is vervelend.
Over het hoog afval wat je meet dat kan 2 oorzaken hebben de eerste is dat je de microfoon niet precies in het midden van de verticale as hebt en de 2e wat ik vermoed is dat je draden naar de trafo veel te lang en zijn en daarvoor teveel inductie in de signaalweg zit waardoor er hoog afval zit die fout had ik zelf ook gemaakt.

Rob

Hallo Rob

Wow, wat een mooie constructies.

Het bundelen heeft trouwens niets te maken met grote van de ruimte maar je oren moeten precies op de verticale midden as zitten als je luistert en dat is vervelend.

Ik bedoelde dat het in een kleine ruimte makkelijker is om het zo uit te kienen dat je goed zit.

Over het hoog afval wat je meet dat kan 2 oorzaken hebben de eerste is dat je de microfoon niet precies in het midden van de verticale as hebt en de 2e wat ik vermoed is dat je draden naar de trafo veel te lang en zijn en daarvoor teveel inductie in de signaalweg zit waardoor er hoog afval zit die fout had ik zelf ook gemaakt.

Kijk, da's nog eens een nuttige tip. Ik zal het signaal op het bandje eens meten, dan zou duidelijk moeten zijn wat er aan de hand is.

Ik zit hier net naar Peer Gynt te luisteren, een uitvoering met groot koor, het klopt misschien niet helemaal maar het klinkt wel mooi.


Gerrit

N.a.v. de tip van Rob heb ik het signaal op de uitgang van de trafo gemeten (zo dicht mogelijk bij het bandje). Er was een duidelijke afval in het hoor zichtbaar, dus heb ik de trafo midden op de plaat bevestigd om de afstand tot het bandje te minimaliseren. Er is een duidelijk verschil, maar het is niet zo groot als ik gehoopt had: Rood = Frequentieverloop montage op pijp
Groen = Frequentieverloop montage midden op plaat
Blauw = THD montage op pijp
Oranje = THD montage midden op plaat
Er is minder verlies maar het verval boven 10kHz is er nog steeds. Ik heb nog geen verklaring voor het verschil met de eerdere metingen waarbij de trafo met een weerstand is belast. Oorzaken zouden kunnen liggen in de lagere weerstand van het bandje of het feit dat de koperfolie dicht op het staal zit.
De trafo heb ik weer aan de pijp bevestigd om de plaat vrij te maken voor andere experimenten, om te kijken of we de oude situatie weer terug hebben heb ik weer gemeten: Rood = Frequentieverloop montage weer op pijp
Groen = Frequentieverloop montage midden op plaat
Blauw = THD montage weer op pijp
Oranje = THD montage midden op plaat
Het verschil is zelfs iets minder. Er zit wel allerlei rommel aan THD onder de 1kHz die er eerst niet was, geen idee waar dat vandaan komt.

Dag Gerrit

Je had niet alles af hoeven te breken gewoon bij de trafo meten en bij het bandje.
Je trafo is gewoon niet goed genoeg daar had ik geen last van.
Wat je eens kan proberen is om een 2 Ohm weerstand in serie met het bandje te zetten en hem zonder trafo te meten.

Rob

Hoi Rob,

Je had niet alles af hoeven te breken gewoon bij de trafo meten en bij het bandje.

Maar dat is toch juist leuk? Bovendien is midden op de plaat, als we de akoestische overwegingen buiten beschouwing laten, een voor de hand liggende plek voor een trafo. Voor deze trafo maakt het dus kennelijk niet echt uit.

Wat je eens kan proberen is om een 2 Ohm weerstand in serie met het bandje te zetten en hem zonder trafo te meten.

Inderdaad, was ik helemaal vergeten. Ik kan me trouwens voorstellen dat je de grote ribbons zo gebruikt.
Ik weet niet wat de AS2.100 met mijn ribbons aan geluid kan produceren (totaal 100W 4Ω), maar voor een UcD400 (max 20A) zou dit geen moeten probleem zijn.

Om na te gaan wat het effect van de breedte van het bandje is, heb ik een aantal verschillende breedtes gemeten: Rood = 10mm
Groen = 11mm
Oranje = 12mm
Blauw = 13mm
Zwart = 14mm
De vorm is eigenlijk voor alle curves hetzelfde, alleen het niveau verschilt. De grote luchtspleet bij het 10mm bandje zorgt zo zien niet voor vreemde effecten.

Gerrit

Hoi Gerrit,

De grote ribbons stuur ik aan met speciale versterkers die 0,1 Ohm kunnen sturen.
Een weerstand in serie klinkt beter als een trafo en rechtstreeks sturen klinkt beter als een weerstand.
Maar helaas is dat met kleine bandjes niet te doen.

Rob

Hoi Rob,

Hier is een vergelijking van trafo met een 4Ω weerstand, ik heb 4Ω gekozen omdat de AS2.100 2Ω niet leuk vindt. Ik kan alleen maar bevestigen dat een weerstand beter klinkt dan een trafo, niet zo moeilijk bij zo'n simpele trafo. Met de trafo moest het hoog in de DSP met 12dB gereduceerd worden, dat hoeft nu niet meer en dat is ook weer goed voor de resolutie. Bij een volume waar ik niet de hele dag naar ga zitten luisteren heb ik maximum piekwaarden van 10W gemeten voor het hoog, niet iets om van wakker te liggen.
Om te kijken hoe de AS2.100 zich gedraagt heb ik een aantal metingen verricht bij verschillende vermogens met een 4Ω belasting(één versterker, de andere was muted). Gewoon via de analoge ingang, dus inclusief AD omzetting. 100mW rood = frequentie, blauw =THD
1W groen = frequentie, oranje =THD
10W geel = frequentie, paars =THD
44W lichtblauw = frequentie, zwart =THD
Prachtig toch? Bij 100mW is het ingangssignaal slechts 66mV dus dan gaat ruis meespelen.Alles zit onder de 0.05% en 44W zit op 0.03%
Het is dus best wel gunstig om de versterker een beetje te laten werken.

Dezelfde meting, afgezien van 44W, heb ik ook voor een 2Ω belasting uitgevoerd. De vervorming is duidelijk hoger vandaar dat ik heb besloten om 4Ω te gebruiken, van elektrische demping is met 2Ω toch ook al geen sprake meer.

Heb je trouwens nog tips m.b.t. het ribbelen van de ribbon?

Gerrit

Gerrit schreef:

Heb je trouwens nog tips m.b.t. het ribbelen van de ribbon?

http://www.soundfountain.com/amb/ribbon.html

Bijna helemaal onderaan.

Hallo Richard,

http://www.soundfountain.com/amb/ribbon.html

Bijna helemaal onderaan.

Dank je. Het wordt wellicht even prutsen met een 40cm lang bandje maar het is een methode.

Ik was nog vergeten te melden wat wat is bij de vergelijking. Voor de mensen die het nog niet hadden vermoed: rood is de trafo en groen is de weerstand.

Gerrit

Deze metingen, doe je die op 1 m of 1 cm van het membraan? Ik denk dat als je metingen doet op 1cm van het membraan en dan op 3 punten, dat je hele interessante plotjes krijgt.

1 meting halverwege de bovenste helft (1)
1 meting in het midden (2)
1 meting halverwege de onderste helft (3)

Het gedrag rond 1 khz zal wel vergelijkbaar zijn. Dat is een vrij sterk gedempte 1e eigenfrequentie. Die zie je ook mooi terug in je impuls respons.
Bij de hogere frequenties zul je zien/meten waar de knopen in de resonanties zitten.

Alles op 1m afstand gemeten.

1 meting halverwege de bovenste helft (1)
1 meting in het midden (2)
1 meting halverwege de onderste helft (3)

Leuke suggestie, ik zal het eens proberen. Een ander idee is de baffle met wat plaat vergroten tot IEC afmetingen, hier is de simulatie van de baffle in Edge: Gerrit

Om te kijken wat er gebeurd als de baffle veel groter wordt heb ik de plaat van twee grote 'flaporen' voorzien: Het is allemaal wederom een beetje provisorisch, hier zijn de resultaten: Het is mij nog niet duidelijk of de bult bij 8kHz het gevolg is van de microfoon positie of een eigenschap van het bandje is.

Vervolgens heb ik de suggestie van SuperR gevolgd en metingen op korte afstand uitgevoerd. De afstand was 2cm vanaf de magneten, het leek me geen goed idee om de capsel te dicht bij de magneten te plaatsen. Groen = halverwege onderste helft
Oranje = halverwege
Blauw = halverwege bovenste helft
De meting in het midden heeft een duidelijke dip net boven 1.5kHz, verder valt het eigenijk allemaal best mee. Een voorlopige conclusie is dat de bult bij de eerdere metingen het gevolg is van bundeling/microfoon positie. Van de meting in het midden is hier nog het vervalspectrum: Net boven 2kHz zit een resonantie en rond 10kHz een paar. Die rond 10kHz worden waarschijnlijk veroorzaakt door resonanties in de luchtspleet (1.5cm ~ 11kHz) en resonanties/flexen van het bandje in de breedte.

Ter vergelijking zijn hier wat metingen aan een Elektrostatisch mini paneel van Involve audio (http://www.involveaudio.com/pages/sonic-panels) verricht door John Reekie: http://johnr.hifizine.com/2012/12/elect ... ini-panel/
Het paneel is 38cm hoog en 14cm breed, qua hoogte komt het dus aardig overeen met mijn bandje. Een evaluatie setje kost 490 Australische dollars, net te veel om effe te proberen.

Gerrit

Mooi project. Ik ben heel benieuwd hoe dit klinkt. Neem je het mee naar Breda?

Dank je. Helaas, maar ik ben die dagen verhinderd. Je bent overigens van harte welkom (andere geïnteresseerden natuurlijk ook) om langs te komen, maar Maastricht is wellicht een beetje uit de buurt.
Ik ben zelf nog steeds verbaasd hoe lekker luchtig en ruimtelijk het allemaal klinkt. Het verwijderen van de trafo is echt een significante verbetering, mooi want dat maakt het weer eenvoudiger, goedkoper om te bouwen en ze zitten ook niet meer in de weg. De ribbons zitten nu trouwens nog onder de €150,- per stuk, de Seas driver is €85, dus het ook is allemaal erg overzichtelijk qua kosten.

Gerrit