BasWeergever-1: een stereo transmissielijn behuizing

[Inventor]

Goeiedag beste lezer.

Ik ben al een tijdje bezig met een experimenteel project: een stereo transmissielijn behuizing voor basweergave. Het lijkt me mooi om dit project te delen en ik hoop op advies van jullie. Ik ben op moment van schrijven al 1.5 maand bezig en ben nu in de testfase. Om het verslag hier actueel te maken, zal ik in de volgende berichten eerst beschrijven wat ik al gedaan heb, opgedeeld in hoofdstukken:
* ontwerp ---- viewtopic.php?p=2077684#p2077684
* bouw ---- viewtopic.php?p=2077685#p2077685
* eerste testen ---- viewtopic.php?p=2077686#p2077686
* aanpassing ---- viewtopic.php?p=2077688#p2077688
* tweede testen ---- viewtopic.php?p=2077689#p2077689
* hoe nu verder? ---- viewtopic.php?p=2077690#p2077690
* derde aanpassing en testen ---- viewtopic.php?p=2079647#p2079647
* afwerking binnenkant ---- viewtopic.php?p=2099334#p2099334

Ik heb op mijn PC al een verslag geschreven. Dat ga ik hierheen kopiëren, hoofdstuk voor hoofdstuk. Mocht je al reageren voordat dat compleet is: ik wil eerst mijn verslag hier completeren voordat ik reageer op je reaguursel, dus heb eventueel wat geduld alsjeblieft.

Pieter

[Inventor]

Ontwerp

Project introductie
Zoals gezegd in mijn persoonlijk introductie (viewtopic.php?t=31864) heb ik open baffle weergevers gemaakt waarvan ik de bas te zwak vond. (Een foto volgt zometeen.) Het wordt zwakker beneden ca. 250 Hz. Ik heb ergens gelezen dat akoestische kortsluiting gebeurt met -6dB/octaaf. Als ik met factoren van 1/2 reken vanaf 256 Hz dan kom ik langs 256-128-64-32-16 Hz, dat zijn 3 à 4 octaven naar beneden om in het subbas regime te komen. Dus ik zou 18 à 24 dB versterking nodig hebben voor de laagste frequenties. Dat lijkt me nogal veel. Mijn woofers (JBL A-608) hebben een slag van ca. ±4 mm (gevoeld met de hand) dus ik heb niet veel ruimte voor enorme versterking; hoewel ik niet op grote volumes luister. Ik wilde dus een behuizing gaan maken die qua akoestisch ontwerp een goede laagweergave faciliteert zodat ik geen elektronische of softwarematige versterking nodig heb t.o.v. de midden- en hoge tonen. In die behuizing ga ik de basluidsprekers, die nu in de open baffles zitten, monteren. Het wordt dus geen subwoofer maar een woofer. Ik spreek graag Nederlands dus ik noem het gewoon een ‘basweergever’.

Plek in kamer
Ik meen een geschikte plek in mijn kamer te hebben waar ik een kast met behoorlijk volume kwijt kan zonder dat hij voor het oog veel aanwezig is. Hieronder een mooie foto van mijn huidige opstelling met aanwijzing voor de plek die ik in gedachte heb: op de grond, achter het witte tafeltje, tegen het witte muurtje. Ik heb gelezen dat baskasten niet tegen wanden geplaatst moeten worden omdat daardoor kamerresonanties aangestoten zouden worden, maar ik maak me weinig zorgen over kamerresonanties. Ik heb een schuin dak waardoor kamerresonanties enkel gefaciliteerd worden tussen de linker- en rechter zijwanden van mijn kamer.

Concept voor basweergever
Ik heb altijd gedacht dat, in een gesloten kast met luidspreker, de veerkracht van de opgesloten lucht bij lage frequenties de konusbeweging hindert. Ik geloof dat konusuitslag moet schalen met 1/f^2 om gelijke geluidsdruk te hebben bij iedere frequentie; dus bij kleinere frequenties krijg je kwadratisch meer last van de veerstijfheid van de lucht in de kast. Echter, het ontstaan van een overdruk of onderdruk kost tijd – drukinformatie verspreidt zich met de geluidssnelheid. De tijd die nodig is om een geluidsgolf naar de achterwand van de kast en weer terug te laten gaan is Δt=2s/c waarbij c is e geluidssnelheid en s is de afstand van konus tot wand. De bijbehorende geluidsfrequentie is f_s=1/Δt. Als de afstand van de achterkant van de konus tot de verste uithoek in de kast 0.5 m is, dan hoort daarbij Δt=2*0.5/340 = 2.9ms en f_s = Hz. Dus voor f>340 Hz kan één volledige periode van een sinussignaal worden weergegeven voordat de achterkant van de konus geraakt wordt door compressie van lucht in de kast. Bij lage frequenties, zeg rond 30 Hz, voelt de konus in dit voorbeeld al een drukverhoging in de kast als hij op 1/10e van zijn periode is (vanuit stilstand). Bij een voordurend geluidssignaal zal de konus bij subbas-frequenties voortdurend een hinderlijke tegendruk ervaren die in fase ietsje achterloopt op het konusbeweging. Hoe lager de toon, hoe kleiner dit faseverschil. Bovendien wordt bij lagere tonen het hinderlijke effect kwadratisch sterker omdat de konusuitstlag kwadratisch groter moet zijn om geluidsdruk constant te houden. Hierdoor wordt de ‘luchtveer’ verder ingedrukt resp. uitgetrokken en wordt een forse tegenwerktende kracht op de konus aangebracht.

Dus ik dacht: als ik de kast zó diep maak dat zelfs bij lage tonen de lucht zó ver moet gaan dat een toon kan worden weergegeven, gedurende minstens één periode, voordat de konus beïnvloed wordt door een tegendruk, dan hebben we van dit hele gebeuren nauwelijks last. Voor een frequentie van 30 Hz moet de kast dan de volgende diepte hebben: Δt=1/f=1/30 = 33 ms; s=Δt*c/2 = 5.7 m. Bij die lengte kan één volledige periode van een toon van 30 Hz afgespeeld worden voordat de geluidsgolf tot aan de achterwand van de gang is gegaan en als reflectie teruggekomen is. Een rechte kast zou met deze lengte onpraktisch groot worden, maar ik kan ook een lange opgevouwen gang maken. Dat zou dan een transmissielijn zijn. Ik vind het opvallend dat ik, na rondlezen op internet en luidsprekerboeken, nog niemand het concept van een luidspreker-transmissielijn op deze manier heb horen uitleggen. Ik heb wel beschrijvingen gelezen die de effectiviteit uitleggen met het ‘constructieve interferentie effect’ (tussen voorkant van konus en TL uitlaat) en het ‘orgelpijp effect’. Een verschil met een klassieke transmissielijn is dat mijn concept uitgaat van een gesloten gang. Ik neem aan dat er dempingsmateriaal in de gang moet komen om een ophoping van geluidsenergie te voorkomen. (Uiteindelijk heb ik ‘m met trouwens met open uiteinde gebouwd, dat gaan we straks zien).

Tijdens een treinreis heb ik een schets getekend. Je ziet een bovenaanzicht van een links-rechts symmetrische kast. Luidsprekers bevinden zich aan de linker en rechter uiteinden om stereo-weergave mogelijk te maken. Verticale schotten (horizontaal op de schets ;-)) vormen transmissielijnen achter beide luidsprekers. De indeling van de schotten zal nog veranderen.

Dimensionering van tranmissielijn
Ik wil de kast 160cm breed, 40cm diep en 17cm hoog maken. Interne hoogte wordt 15cm. Intern volume wordt hiermee 96L ofwel 48L per kant.

De belangrijkste vraag op dat moment was voor mij: hoe breed moet de gang van de transmissielijn worden? Ofwel hoe groot moet het doorsnede-oppervlak zijn? Om dat te bepalen, heb ik een schatting gemaakt van de volumeverplaatsing en Bernouilli’s formule gebruikt om te bepalen hoe groot drukverschil de luidspreker moet produceren om de lucht in beweging te brengen. Ik ben uitgegaan van een Xd = 3 mm bij een frequentie van 50 Hz. Dat lijkt me conservatief (i.e. ruim ingeschat). Met een effectieve konusdiameter van 17cm is Sd = 2.3 dm^2. De volumeverplaatsing Vd is dus Sd * Xd = 70 mL.

Ik wilde de tranmissielijn zo ontwerpen dat de tegendruk die de konus ondervindt gelijk is aan 1/10e van de tegendruk die er zou zijn in een gesloten kast met hetzelfde volume. De overdruk die ontstaat wanneer een volume met grootte V verkleind wordt met ΔV is grofweg gelijk aan p0*ΔV/V waarbij p0 de atmosferische druk is. De kast heeft volume V = 48 L. De relatieve volumeverandering van de kast door indrukken van de konus is Vd/V ~= 0.070/48 = 0.0015. De drukverhoging door compressie is dan: Δp = p0*(Vd/V) = 100e3[Pa]*0.0015 = ~150 Pa. (Dat zou een kracht op de konus van F = Sd*Δp = 0.023[m2] * 150[Pa] = 3.4 N opleveren.) Ik wil het doorsnedeoppervlak van de transmissielijn zo groot maken dat de tegendruk op de konus 1/10e van die waarde wordt, dus ~15 Pa.

Nu komt een stukje waar ik niet zeker over ben. Ik ben er van uitgegaan dat de dynamische druk (= de druk die nodig is om lucht te versnellen van stilstand naar een bepaalde snelheid, of andersom) van de luchtgolf die door de konus de transmissielijn in wordt gedrukt (of eruit wordt getrokken) beschreven kan worden met Bernouilli’s formule: q=1/2*ρ*V^2 waarbij q is dynamische druk, ρ is luchtdichtheid en V is stroomsnelheid. Bij deze formule gelden echter o.m. de volgende aannames: * de luchtstroom heeft een snelheid ver beneden de geluidssnelheid; * de stroming is stationair. Ik weet niet goed of dit het geval is. Enerzijds plant een geluidsgolf zich per definitie met de geluidssnelheid voort. Anderzijds is bij lage frequenties de golflengte zo groot, rond O(10 m), dat een deel van een golf misschien als een constante stroom beschouwd kan worden. De konussnelheid is bij lage frequenties klein t.o.v. de geluidssnelheid dus er is voldoende tijd om een evenwichtssituatie in de stroming te bereiken waardoor een deel van de laagfrequente geluidsgolf als quasi-stationair beschouwd kan worden. Enfin, of het nu klopt of niet, ik heb Bernoulli’s formule gebruikt en we gaan zien of het gaat werken :) En ik hoor natuurlijk graag jullie inzichten hieromtrent :)

Met een ‘toegestane waarde’ voor de dynamische druk van q=15 Pa hoort een luchtsnelheid van V = wortel(2*q/ρ) = wortel(2*15[Pa]/1.2[kg/m3]) = 5 m/s. De door de konus veroorzaakte volumestroom is Vdot = Vd*2πf = 70[mL]*2π*50[Hz] = 22 L/s. Het benodigde doorsnede-oppervlak van de gang wordt hiermee: A=Vdot/V = 22 [L/s] / 50 [dm/s] = 0.44 dm2. De ganghoogte is 1.5dm dus de gangbreedte moet 0.38[dm2]/1.5[dm] = 2.9cm zijn.

Na wat schetsen en passen en meten arriveerde ik op deze vorm:

Hiermee zitten er 7 bochten in de transmissielijn. De uitlaat bevindt zich aan dezelfde kant als de luidspreker. Er zijn vijf delen van 55cm lang en drie delen van 75cm lang. De totale lengte van de gang is 5.4 m. Dat betekent dat door interferentie een toon met golflengte van 2*5.4m (dat is 31 Hz) versterkt wordt. Als de uitlaat dicht is, krijgt de konus op het juiste moment een duw in de rug van de gereflecteerde golf. Als de uitlaat open is, treedt constructieve interferentie op tussen het geluid dat van de konus komt en het geluid dat uit de uitlaat komt. Een met golflengte van 4*5.4m (dat is 15 Hz) ondervindt geen versterking. Tonen lager dan 15 Hz worden verzwakt met vermoedelijk 6dB/octaaf. Als de uitlaat gesloten is, gaat de transmissielijn bij lagere tonen als drukkamer werken. Als de uitlaat open is, zal akoestische kortsluiting optreden. Deze getallen impliceren een heel toffe basweergave. Maar ik heb nog nooit zo een smalle transmissielijn gezien dus dat noopt me tot voorzichtigheid. Ik heb hier-en-daar gelezen dat het doorsnede-oppervlak van een TL ongeveer zo groot moet zijn als het konus-oppervlak. In mijn ontwerp zit daar een verhouding van Sd/A = 2.3[dm2]/0.38[dm2] = ~6 tussen. Dus ik verlaat de traditie. Dat doe ik op meer gebieden in mijn leven :D. In het volgende bericht zal ik het bouwproces tonen :)

[Inventor]

Bouw
Ik wil 12mm dik MDF gebruiken voor de kastconstructie. Ik heb een mooi zaagplan gemaakt waarmee ik mooi efficient een grote plaat MDF kan opdelen, met weinig restmateriaal.

Bij de GAMMA heeft een jongen dit keurig voor me gezaagd. Het is belangrijk dat alle wanden en verticale schotten van de kast precies even hoog zijn, zodat de boven- en onderkant zonder kieren en zonder wiebelen bevestigd kunnen worden. Het wordt een zwaar ding; er zin zo’n 3.5m2 plaat in.

Ik wil de bovenplaat verlijmen met alle verticale wanden. De onderplaat wil ik bevestigen met schroeven. Zodoende wordt de bovenkant mooi vlak én kan ik straks de kast nog open maken om er dempingsmateriaal in te doen of uit te halen. Ik ga de kast op z’n kop bouwen. Lijmen doe ik met Bison houtlijm.

De voorplaat zit nog los. De openingen links en rechts aan de voorkant worden later dichtgemaakt – dat worden afgeronde hoeken. Met zo’n 50kg aan boeken wordt de zaak een nacht gefixeerd.

De afgeronde hoeken maak ik met stukjes MDF waar ik de kant van afgeschuind heb zodat ze zo goed mogelijk tegen elkaar aan passen. Vier à vijf stukjes maken een groffe ronding, die ik later door schuren een vloeiende vorm geef.

Het wordt wat!

De transmissielijn heeft zeven bochten van 180 graden. Die wil ik mooi afronden zodat de lucht niet de kopse kanten van de gangen ‘voelt’ maar netjes de bocht om geleid wordt. Zodoende hoop ik staande golven in die delen te voorkomen. Ik had nog een oude rest dik wit karton, waarvan ik rechthoekige stukken gesneden heb. Die heb ik rond gerold over een kartonnen koker. Een Pritstift werkte perfect om het karton op het hout te lijmen. Stevig zat en snel droog

Nu ga ik de bevestiging van de bodemplaat maken (let op: ik bouw de kast op-zijn-kop-liggend). Ik wil minimaal één schroef door ieder verticaal schot. Ik heb nauwkeurig afgetekend waar ik gaten door de bodemplaat moet boren zodat de gaten precies in het midden van de schotten uitkomen. Dat is perfect gelukt, overal met een fout van minder dan een millimeter Zoals jullie zien werk ik graag met de hand. Dat voelt vertrouwd voor me + ik heb geen herrie van machines aan m’n hoofd. Al heb ik wel de stofzuiger erbij gehouden bij het verspanen van MDF. Ik heb geen werkplaats dus moet alles in mijn huisje klussen en ik wil geen fijnstof overal in m’n huis.
Alle schroefgaten zijn mooi verzonken zodat de schroefkoppen niet over de grond zullen schuren. Met een schroefbit in mijn handboormachientje kon ik snel en met precies de juiste hoeveelheid draaimoment (zodat de schroeven niet doldraaiden) 40 schroeven aanbrengen.

Nadat de kast dicht was, kon ik de hoeken gaan afzagen. Daarvoor gebruikt ik een Japans zaagje. Dat ging als een mes door boter. Er ontstaat weinig stof omdat de zaag super dun is.

Hierna heb ik alle randen mooi rond geschuurd. Dat vind ik altijd één van de fijnste dingen om te doen. Je bouwsel wordt daardoor vriendelijk en fijn om te zien en te voelen! Hieronder een overzichtsfoto. Hij lijkt wel gecamoufleerd t.o.v. de vloer

De uitlaat van de één van de transmissielijnen:

Nu is het tijd om ruimte te maken voor de luidsprekers. Een kwestie van cirkels tekenen, gat boren en decoupeerzagen. Aan de ‘binnenkant’ van het gat heb ik een stukje multiplex gelijmd om sterk ‘vlees’ te hebben omin te schroeven, voor de bevestiging van de luidsprekers.

Proefpassen van luidsprekers… Je ziet dat het een stereo-kast wordt.

Hierna moest de kast weer open om een kabeldoorvoer te kunnen maken. Die komt door de voorkant, in het midden. Twee tulp-bussen naast elkaar.

Toen de kast open was heb ik ook een stuk half-rond hout tegen de kopse kant van ieder schot geplakt om zeker te zijn dat er geen stromings-loslating ontstaat vanwege scherpe randen:

Hierna heb ik nog een strook dempingsmateriaal (B.A.F.?) dat ik uit de JBL kast heb geroofd, in de laatste gang van beide transmissielijnen gestopt. Daarna de kast dichtgemaakt. Ik heb één luidspreker gemonteerd, alleen aan de rechter kant. Ik wil eerst één kant testen en eventueel aanpassen totdat de handel goed werkt. Daarna zal ik dezelfde wijzigingen ook aan de linkerkant toepassen.

Je ziet links-bovenenin één van de JBL kasten waar de onderdelen uit komen. Hij staat daar in mijn kamer om een vergelijkings test te doen. Zal mijn basweergever dieper gaan dan de JBL-kast met bas-reflex poort, of gaan de prestaties tegenvallen? Dat zal ik in het volgende bericht vertellen…

[Inventor]

Eerste testen

Ik heb de weergever niet meteen op zijn bedoelde plek gezet. Ik heb hem eerst in het midden van mijn kamer gezet, zodat ik op die plek, ter vergelijking, frequentierespons metingen kon doen van de basluidspreker in a) mijn open baffle weergever, b) de originele JBL kast, c) de nieuwe basweergever. Met een verlengkabel heb ik telkens de woofer aangesloten op het scheidingsfilter en de middentoner en tweeter losgekoppeld zodat ik enkel de response van de woofer zou krijgen.

Frequentierespons metingen heb ik gedaan met een applicatie die ik heb geprogrammeerd in Matlab. Het voordeel daarvan is dat ik precies weet wat er ‘onder de motorkap’ gebeurt. Als microfoon gebruikte ik mijn webcam, een Razer Kiyo (dat was een paar jaar geleden een van de beste consumentenwebcams). Ik ben me er van bewust dat ik op deze manier een frequentierespons krijg van zowel de microfoon als de luidspreker terwijl ik geen onderscheid kan maken tussen de overdrachtsfunkties van die twee. Maar geen probleem: ik wil relatieve metingen kunnen doen; het hoeven geen nauwkeurige absolute metingen te zijn. Met dit gereedschap kan ik meten wat ik ook kan horen, maar de meting stelt me in staat om van rare dingen in de frequentierespons de golflengte precies te bepalen en daarmee de vermoedelijke bron van resonanties en interferenties te identificeren.

Wat toont een vergelijking van metingen? Ik kijk naar het gebied tussen 200 en 20 Hz.

* De open baffle …

• een dip tussen 200 en 160 Hz, die kan veroorzaakt zijn door een toevallige destructieve interferentie richting de microfoon.
• tussen 160 en 60 Hz loopt de bas mooi gelijkmatig af.

* Bij de JBL LX500 zien we …

• aardig wat volume tussen grofweg 200 en 70 Hz
• de grootste versterking bij ~75 Hz, vermoedelijk is dat de afstemming van de basreflexpoort. Daarbeneden zakt het snel in.

* Bij mijn BasWeergever zien we …

• een bizarre berg bij 170-180 Hz
• een dip bij 140 Hz
• grofweg vlak tussen 140 en 80 Hz
• afname tussen 80 en 60 Hz

Conclusie: de BasWeergever doet niet wat ‘ie zou moeten doen, namelijk: diepe bas weergeven. Waarom doet ‘ie ‘t niet? Ik vermoed dat dat te maken heeft met de vorm van de overgang van de kamer achter de luidspreker naar de transmissielijn. Die is vloeiend van vorm maar de verkleining in doorsnede-oppervlak gaat snel.

Als het zo is dat de lucht die daar doorheen gaat, zich als een weerkaatsende golf gedraagt, dan wordt het grootste gedeelte van de energie die de luidspreker de kast inbrengt, teruggekaatst en komt dus niet in de transmissielijn (in het plaatje hierboven uitgebeeld door de rode lijn. Die zal in de kamer heen en weer blijven dansen totdat ‘ie de uitgang gevonden heeft of uitgedoofd is). Zeg maar, alsof je een slinky hebt (zo’n lange slappe veer die de trap af kan lopen) die bestaat uit een kort wijd stuk en daaraan vast een lang smal stuk. Als je een golfbeweging aanbrengt aan het wijde eind, zal de golfbeweging dan de overgang van het wijde naar het smalle deel kunnen volgen? Ik vermoed dat de uitwijking doorheen de overgang wel continu is maar de energie niet.

Ik vermoed dat ik door aanpassen van de inlaat van de transmissielijn het gedrag kan verbeteren.

[Inventor]

Aanpassing van constructie

Lego model transmissielijn
Om meer gevoel te krijgen voor transmissielijnen, heb ik een Lego model gemaakt en die in een bak water gelegd. Oppervlaktegolven in vloeistoffen zijn in een gedeelte van hun gedrag analoog aan akoestische golven en ze gaan langzaam genoeg om het met je ogen te kunnen volgen. Als ik met de zuiger een puls geef, zie ik prachtig de golf door de gang lopen Ik vond het merkwaardig dat bij hoogfrequentie oscillaties van de zuiger de golven "dicht bij de zuiger bleven". Ze liepen niet door de transmissielijn. Het water in de uitlaat bleef gewoon stilstaan. Is dit een fenomeen dat met het concept 'impedantie' uitgelegd kan worden? Ik weet echter niet of dit fenomeen in een akoestische transmissielijn ook gebeurt. Oppervlaktegolven verschillen in hun aard van geluidsgolven. Oppervlaktegolven zijn een effect van traagheid en zwaartekracht. De golfsnelheid is daardoor verbonden met de golfhoogte (ofwel golflengte). Daardoor treedt zogenaamde dispersie op. Als je bijvoorbeeld in een sloot eerst een paar kleine rimpelingen maakt en daarna een grote golf maakt, dan zul je zien dat de kleine golven zullen worden ingehaald door de grote. Dit effect is er niet in akoestiek (voor zover ik weet).

Ik wilde een video tonen maar weet niet hoe, dus dan maar foto's.
Kan ik video's uploaden op het forum? Of zou ik die dan op een externe plek (Youtube ofzo) moeten uploaden en hier een URL plaatsen?

Wijziging ontwerp transmissielijn inlaat
Ik ga de transmissielijn veranderen: ik sloop de eerste paar schotten er uit en gebruik het vrijgekomen volume om de tapsheid tussen de kamer en de transmissielijn over een lente van ca. 50cm geleidelijk te vernauwen. Hopelijk komt een golf daar dan beter doorheen. Deze vorm van inlaat kan hopelijk een groot deel van de golven die door de luidspreker gemaakt worden opnemen zonder dat ze teruggekaatst worden. In het plaatje hieronder beeldt de rode lijn een ‘aanvliegroute’ uit die al een randgeval is.

Hieronder een foto van de nieuwe transmissielijn inlaat. (Hij is gespiegeld t.o.v. het voorgaande plaatje omdat je op de foto tegen de onderkant aankijkt). De ongebruikte driehoek heb ik volgestopt met dempingsmateriaal.

[Inventor]

Tweede testen

Effect van flauwere inlaatvorm en kleinere lengte van transmissielijn
De nieuwe constructie duidt ik aan met suffix ‘b’. Ik heb een frequentierespons meting gemaakt. Instellingen zijn gelijk aan die bij vorige metingen; m.n. plek midden in kamer en ruissignaal. Ik toon een vergelijking met de eerste versie van de transmissielijn. Wat valt op? In het bereik tussen 150 en 60 Hz ligt de lijn duidelijk hoger. De afloop tussen 80 en 60 Hz ligt nu in de buurt van de JBL kast, hoewel die helaas alsnog 10 Hz meer naar links ligt. Dat vind ik nog teleurstellend… Ik ben niet tevreden als mijn bouwwerk minder presteert dan het originele product :-/ Er is gelukkig ook hoopgevend nieuws: de lage bult tussen 50 en 25 Hz. Die is duidelijk hoorbaar. In dat gebied komt de transmissielijn op stoom! Hoera, hier doe ik het voor

Ik heb meer metingen gedaan om effecten van allerlei invloeden te bepalen: de weergever op twee verschillende plekken, verschillende signalen, uitlaat open danwel dicht, wel/geen kussens onder de kast. Deze vergelijkingen toon ik in het volgende. De referentie is telkens Test 47 met deze eigenschappen: 8s ruissignaal, weergever op ontwerplocatie, geen demping in kast, uitlaat van transmissielijn open. Voor iedere grafiek heb ik een amplitudecorrectie toegepast zodat de top van de hoogste piek in de referentiedata op 0dB ligt.

Effect van locatie
Het plaatsen van de weergever op de ontwerplocatie, namelijk onderaan het schuine dak en tegen de muur, zorgt voor +6dB bij f < 100Hz:

Effect van uitlaat
Het afsluiten van de transmissielijn uitlaat zorgt voor een verzwakking bij 40 < f < 60 Hz:

Effect van demping onder kast
Ik merkte dat ik de vloer nogal trilde. Ik heb een dunne laminaatvloer. Het plaatsen van twee zachte kussens onder de kast zorgt voor een kleine verzwakking bij f<60 Hz, aanzienlijke verzwakking tussen 100 en 170 Hz, en vreemd genoeg een piek bij f = ~220 Hz:

Effect van signaalvorm
Het valt me op dat het gebruik van een chirp signaal grotere pieken en dalen tot gevolg heeft vergeleken met een ruis signaal. De bult tussen ~30 en ~65 Hz is veel groter. Ik vermoed dat een chirp signaal (een reeks tonen met oplopende frequentie) zowel resonanties alsook interferentie-effecten meer opwekt. Als in een ruis-signaal eventueel een resonantie aangestoten wordt, zal dit hoogstens één golfperiode duren en wordt de resonantie dus onvoldoende lang met energie gevoed om tot leven te komen. Het zou ook kunnen dat het met coherentie te maken heeft: Ik las op internet dat de som van twee coherente signalen (golfvormig signaal waarvan de pieken 'uitlijnen' in tijd) een grotere toename in geluidsdruk geeft (+6dB) vergelijken met de som van twee ruissignalen (+3dB).

Conclusies van deze serie metingen

• De geleidelijk vernauwende inlaat zorgt voor meer geluidsdruk bij heel lage frequenties
• Het afsluiten van de uitlaat zorgt voor een kleine vermindering van de geluidsdruk bij heel lage frequenties
• Het plaatsen van de weergever tegen de muur en dichtbij het schuine dak zorgt voor een forse toename van geluidsdruk bij lage frequenties
• Een meting met een reeks tonen zorgt voor een duidelijker beeld van resontantie- en interferentie effecten, vergeleken met een meting met ruis.
• Het plaatsen van dempingsmateriaal tussen kast en vloer zorgt voor vermindering van geluid bij heel lage frequenties en bij hoge basfrequenties.

[Inventor]

Hoe nu verder?

Alle gedane metingen zijn leuk en aardig, maar eigenlijk is de frequentierespons slordig te noemen. Die wil ik verbeteren. Ik wil vooral het grote dal bij 70-75 Hz wegwerken en de andere grote rimpels ook; zie de rode vlakken in de figuur hieronder.

Hoe ga ik de gewenste verbeteringen voor elkaar krijgen? Hebben jullie suggesties?
Ik heb zelf twee ideeën: de transmissielijn ergens afsplitsen, en dempingsmateriaal aanbrengen.

Idee 1: Transmissielijn afsplitsen
Ik kan een gat in de transmissielijn maken. Dat kan een extra uitlaat zijn, of een ‘shortcut’ waardoor een deel van de lucht een deel van de transmissielijn kan overslaan. Hierdoor wordt de transmissielijn in twee delen geknipt, met een lengteverhouding van ongeveer 1.5. Er zullen dan effectief twee transmissielijnen zijn die elkaars pieken en dalen in de grafiek compenseren.

Ter illustratie zal ik het effect van een enkele transmissielijn en het gemiddelde effect van twee transmissielijnen met verschillende lengte tonen. Het effect van interferentie tussen een sinusvormige geluidssignaal afkomstig van de luidspreker en de uitlaat van een transmissielijn is theoretisch zoals in volgende grafiek (als ik geen fout heb gemaakt). Linker kolom toont het effect met genormaliseerde frequentie – en is dus algemeen geldig. Rechter kolom toont het effect voor een transmissielijn die zo gedimensioneerd is dat het dal bij 72 Hz ligt – zoals in de frequentierespons van mijn weergever. Het verschil in padlengte van het geluidssignaal is L=343m/s / 72Hz = 4.8m.

Als ik de bestaande transmissielijn een extra opening geef, zodat er twee ‘paden’ voor de geluidsgolf ontstaan, een langere en een kortere, met lengteverhouding 1.5, dan is de theoretische frequentierespons zoals in volgende figuur. Je kunt in de plot rechts-onder zien dat het ‘dal’ op 72 Hz behoorlijk weggewerkt is
Correctie (29dec2023): onderstaande grafiek/berekening is met verkeerde parameterwaarden: de lijnlengtes zijn 4.8m en 4.8m*1.5, terwijl dat 4.8m en 4.8m/2 had moeten zijn. In dit bericht: viewtopic.php?p=2079647#p2079647 klopt het wel.

Idee 2: Dempingsmateriaal in behuizing
In literatuur lees ik dat het een empirisch gegeven is dat transmissielijn behuizingen dempingsmateriaal nodig hebben en dat het nogal nauw kan komen hoeveel spul er aangebracht wordt en op welke plek. Hebben jullie wat dit betreft suggesties voor mijn weergever?

Ik wil nog gaan uitvogelen welke resonanties kunnen optreden in de transmissielijn en waar de snelheidsmaxima van eventuele staande golven (in mijn kast: liggende golven ) zich dan bevinden, zodat ik op effectieve plekken dempingsmateriaal kan aanbrengen.

Dit is nu de stand van zaken van dit project. Vanaf dit punt hoop ik jullie op de hoogte te houden en jullie inbreng te verwerken!

Pieter

[Shadow]

Ik ben benieuwd!

[Pjotr]

Leuk project! Hele uitdaging. Heb je al eens sec alleen close aan de uitgang van de lijn gemeten? Het loont overigens wel een echte meetmicrofoon te nemen al la een ECM8000. Dat multimedia spul valt doorgaans bewust af onder de 100Hz omdat het de verstaanbaarheid in de weg zit. Verder vormt de ruimte achter de speaker en de opening naar de TL een laag-doorlaat filter naar de lijn toe.

[Kappa7]

Dat multimedia spul valt doorgaans bewust af onder de 100Hz omdat het de verstaanbaarheid in de weg zit

Dat is ook mijn eerste gedachte.
De afval in het laag zit waarschijnlijk in de microfoon.

[Walt]

Je lijn is enorm dun en lang, vrees zoveel verliezen dat er letterlijks niks uitkomt. Wat zijn de TS parameters van de woofer?

[Henkjan]

wow, wat een prachtig project. ik ga dat later wel goed lezen (snodberkouden nu)

[Henkjan]

btw: ken je deze website?
van TL guru Martin J. King
https://www.quarter-wave.com/
daar staat heel veel theorie, daar heb ik veel aan gehad om TLs beter te begrijpen

[Olaf Analogue]

Hoe ben je aan het ontwerp gekomen? De lijn lijkt mij veel te lang en te smal, ik denk niet dat dit een werkende transmissie lijn oplevert zo

[Shadow]

Als leeroefening natuurlijk geweldig, maar een gesloten sub (of 2) met een vleugje dsp is hier toch gewoon beter?

[wouter]

Hallo Pieter,

Je bent in ieder geval gedegen te werk gegaan. Leuk dat je alles documenteert, en je verwachtingen controleert en eerlijk ipv rooskleurig analyseert.
Wat je doet is alleen niet nieuw, en ook niet onbekend dus het is wel een wiel uitvinden die er al is als ik zo direct mag zijn.

Met software kun je voorspellen wat er gebeurt. Niet alles is te voorspellen, soms omdat de software te simplistisch is (Ajhorn en Akabak kunnen beide TL simulaties doen maar bij de laatste kun je veel verder modelleren - zo lang je maar weet wat je doet) en soms omdat je een variant hebt waarbij niet helder hoe je daarvan het beste de theoretische kant kunt benaderen.

Met langere TL constructies heb ik zelf ervaring, ik heb vele ontwerpen gemaakt met laag afgestemde TL luidsprekers.
Het eerste wat ik nog kwijt wil, is dat een plaat waar een TL (stereo) sub moet komen een vrij problematische aanpak is voor goed geluid. Ik heb meerdere keren subwoofers op een centrale plek gehad om vervolgens te constateren dat het laag op de luisterpositie ronduit slecht was.

Hier wat leesvoer: een lange TL doordat vanaf de positie van de woofer er 2 verschillende lijnlengtes zijn - het werd gezien als een TL van ca 3,5 meter lengte en als TL van 1,75 meter lengte met de woofers op een verschillende positie vanaf de start van de lijn.
viewtopic.php?p=1705477#p1705477

HIer een TL subwoofer, passief die 20Hz op 6B weergeeft:
viewtopic.php?t=25215

Je ontwerp deed me trouwens denken aan de Labyrinth speakers kits en aan de Bose Wave music system, versie weet ik veel


Ajhorn zou jouw kast omschrijven als een TL met voorkamer, situatie 2:
viewtopic.php?p=1442346#p1442346

[Inventor]

Leuk project! Hele uitdaging. Heb je al eens sec alleen close aan de uitgang van de lijn gemeten? Het loont overigens wel een echte meetmicrofoon te nemen al la een ECM8000. Dat multimedia spul valt doorgaans bewust af onder de 100Hz omdat het de verstaanbaarheid in de weg zit. Verder vormt de ruimte achter de speaker en de opening naar de TL een laag-doorlaat filter naar de lijn toe.

Hoi Pjotr, nee ik heb nog niet dichtbij de uitlaat gemeten. Wel een interessant idee, dank je. Ik heb nu van mijn vader een microfoon te leen gekregen, daarmee wil ik wat experimenteren.

Weet je een fysische verklaring voor het laag-doorlaat filter effect wat je noemt?

[Inventor]

Dat multimedia spul valt doorgaans bewust af onder de 100Hz omdat het de verstaanbaarheid in de weg zit

Dat is ook mijn eerste gedachte.
De afval in het laag zit waarschijnlijk in de microfoon.

Dat zou kunnen. Maar ik weet niet hoe dat te controleren. Ik heb geen ruisbron waarvan ik weet dat 'ie lineair is tussen pakweg 20 en 100 Hz... Ik heb anders wel de indruk dat alle pieken en dalen die ik in de grafiek zie, overeenkomen met de volumestijgingen en -dalingen die ik hoor als ik een met een toongenerator langs alle frequenties ga.

[Inventor]

Je lijn is enorm dun en lang, vrees zoveel verliezen dat er letterlijks niks uitkomt. Wat zijn de TS parameters van de woofer?

De lijn is smal, maar ook 15cm hoog. Het doorsnede-oppervlak 0.66 dm2, dat is even groot als dat van een buis met binnendiameter 9cm. Dat is ook weer geen super grote weerstand lijkt me. Het chassis van de luidspreker heeft achter de konus een 8-tal gaten. Die vormen al een restrictie. Het doorsnede-oppervlak van die gaten is geloof ik nog kleiner - maar dat moet ik nog 'ns nameten. Of zou het geluid om zo'n "korte durende" restrictie heen kunnen werken?

Sorry voor de donkere foto.

Wat is het mechanisme dat de verliezen zou veroorzaken volgens jou? Misschien wrijving tussen lucht en behuizing?


Ik weet de T/S parameterwaarden niet. Nog niet eens naar gezocht, eerlijk gezegd. Ik wist niet hoe ik met die getallen mijn ontwerp beter zou kunnen maken, dus ik ben maar gaan bouwen. Ik vond dat ik al voldoende rekende en peinsde Maar ik ben wel nieuwsgierig naar de fabrieksopgaaf van de resonantiefrequentie van de woofer.

[pappaleo]

De fabrieksopgave van de resonantiefrequentie is gemeten in de vrije lucht. Zodra je die in een kast stopt, zelfs in een ontwerp als die van jou, dan wijzigt die frequentie omdat dan de veerkracht van de lucht in de kast onderdeel wordt van het veersysteem dat zo'n luidspreker is.

[Olaf Analogue]

De lijn is smal, maar ook 15cm hoog. Het doorsnede-oppervlak 0.66 dm2, dat is even groot als dat van een buis met binnendiameter 9cm. Dat is ook weer geen super grote weerstand lijkt me. Het chassis van de luidspreker heeft achter de konus een 8-tal gaten. Die vormen al een restrictie. Het doorsnede-oppervlak van die gaten is geloof ik nog kleiner - maar dat moet ik nog 'ns nameten. Of zou het geluid om zo'n "korte durende" restrictie heen kunnen werken?

Ik weet de T/S parameterwaarden niet. Nog niet eens naar gezocht, eerlijk gezegd. Ik wist niet hoe ik met die getallen mijn ontwerp beter zou kunnen maken, dus ik ben maar gaan bouwen. Ik vond dat ik al voldoende rekende en peinsde Maar ik ben wel nieuwsgierig naar de fabrieksopgaaf van de resonantiefrequentie van de woofer.

Ik proef uit je verhaal dat je geen berekend ontwerp hebt gebouwd, met een zeer lange smalle lijn is de afstemming zo laag dat deze er niet meer is, en de kasten eigenlijk als gesloten kasten gaan functioneren, ook zitten er te veel vouwen in.
Hoe ben je hier op gekomen om dit zo te bouwen? heb je dit ergens gezien?

[Kappa7]

Dat multimedia spul valt doorgaans bewust af onder de 100Hz omdat het de verstaanbaarheid in de weg zit

Dat is ook mijn eerste gedachte.
De afval in het laag zit waarschijnlijk in de microfoon.

Dat zou kunnen. Maar ik weet niet hoe dat te controleren. Ik heb geen ruisbron waarvan ik weet dat 'ie lineair is tussen pakweg 20 en 100 Hz... Ik heb anders wel de indruk dat alle pieken en dalen die ik in de grafiek zie, overeenkomen met de volumestijgingen en -dalingen die ik hoor als ik een met een toongenerator langs alle frequenties ga.

Een ruis bron die laag genoeg gaat zit gewoon in Arta en kan je prima gebruiken om metingen uit te voeren.
https://artalabs.hr/

[wouter]

Je lijn is enorm dun en lang, vrees zoveel verliezen dat er letterlijks niks uitkomt. Wat zijn de TS parameters van de woofer?

De lijn is smal, maar ook 15cm hoog. Het doorsnede-oppervlak 0.66 dm2, dat is even groot als dat van een buis met binnendiameter 9cm. Dat is ook weer geen super grote weerstand lijkt me. Het chassis van de luidspreker heeft achter de konus een 8-tal gaten. Die vormen al een restrictie. Het doorsnede-oppervlak van die gaten is geloof ik nog kleiner - maar dat moet ik nog 'ns nameten. Of zou het geluid om zo'n "korte durende" restrictie heen kunnen werken?

Sorry voor de donkere foto.
gaten in luidsprekerchassis.jpg

Wat is het mechanisme dat de verliezen zou veroorzaken volgens jou? Misschien wrijving tussen lucht en behuizing?


Ik weet de T/S parameterwaarden niet. Nog niet eens naar gezocht, eerlijk gezegd. Ik wist niet hoe ik met die getallen mijn ontwerp beter zou kunnen maken, dus ik ben maar gaan bouwen. Ik vond dat ik al voldoende rekende en peinsde Maar ik ben wel nieuwsgierig naar de fabrieksopgaaf van de resonantiefrequentie van de woofer.

Je geeft aan dat je fases ontwerpen, bouwen en testen zijn. Maar bij het ontwerpen heb je geen gegevens gebruikt die helpend zijn, geen parameters maar ook geen simulatiesoftware en ook niet de standaard vuistregels die ongeveer altijd wel werken. Mijn eerste TL luidsprekers waren een ontwerp van Visaton met een B&W 201i setje, dat klonk best goed. Leek op de ADR Event, later Scan Speak Event, maar in een vergelijking viel die laatste door de mand met gewoon goede basreflex ontwerpen.
Luidsprekers worden ook ontwikkeld voor gebruik in een basreflex kast, dus een transmissionline is meestal helemaal niet nodig. Het kleurt nogal, dus ik ben - ondanks dat ik er 10-tallen gebouwd hebt - niet overtuigd van het nut van een TL. Wanneer ik een TL maak is dat, specifiek voor het laag en dan wanneer compacte afmetingen minder belangrijk is.

In jouw geval heb je luidspreker van JBL uit elkaar getrokken en de boel op een plank gezet en toen ontbrak het laag. Maar JBL verbeter je niet zo maar, al hebben ze genoeg meuk in de hoek van passieve budget speakers. Als je die basluidspreker in een zelf ontworpen behuizing zet met een voorkamer en een meter(s)+ lange basreflexpoort dan gaat de poort eigenlijk niet meer goed bijdragen - je verliest ook nog eens heel veel met zoveel wandoppervlak vs poortdoorsnede.

Als je wilt meten of je open afstemming goed functioneert meet je (na) of je ontwerp werkt door de afstemfrequentie en het gedrag daarom heen te meten. In jouw geval 1cm voor de conus, en dan kijken op welke frequentie de basluidspreker bijna stil staat. Dit zal rond 45hz optimaal zijn schat ik in. Met een impedantiemeting zie je nog meer/beter wat je doet.
viewtopic.php?p=2069598#p2069598
Hier staan wat metingen aan een TL sub die ik recentelijk gemaakt heb, daar let ik op dat de afstemfrequentie omgeven wordt door 2 pieken.

Hier nog een ontwerp waarbij de target 16,5 Hz was, speciaal voor orgel op max 120dB @16hz
viewtopic.php?p=1927364#p1927364
even naar beneden zie je de impedantiemeting

Wat ik vandaag in mijn eerdere post beschreef, en een verwijzing naar een plaatje, is dat je eerder een (te) lange basreflexpoort aan een compacte kamer gekoppeld hebt dan een functionele TL gemaakt hebt. Je toont wel aan dat de boel begint te werken, je aanpassing is voordelig.

Hoe weet je trouwens of een sub op de plek die je wil gebruiken ook goed klinkt? Ik heb een 180 liter TL sub gehad in mijn studentenhuis met de Visaton TIW360X, speciaal voor transmissielijn luidsprekers geschikt, en waar de bank stond had ik totaal geen laag. Dit staat uiteraard los van het ontwerp wat je wilt maken.

[Henkjan]

Kan ik video's uploaden op het forum? Of zou ik die dan op een externe plek (Youtube ofzo) moeten uploaden en hier een URL plaatsen

dat laatste dus. als je de url van het YT filmpje hebt gecopieer, dan naar forum beicht plaatsen, klik op t televisie icoontje, en voeg de URL in tussen de [media] tags

[Inventor]

De fabrieksopgave van de resonantiefrequentie is gemeten in de vrije lucht. Zodra je die in een kast stopt, zelfs in een ontwerp als die van jou, dan wijzigt die frequentie omdat dan de veerkracht van de lucht in de kast onderdeel wordt van het veersysteem dat zo'n luidspreker is.

De resonantiefrequentie wordt neem ik aan over het algemeen hoger a.g.v. inbouw in een kast. De resonantiefrequentie van de opgesloten lucht is immers groter dan de resonantiefrequentie van de luidspreker. Of met andere woorden: omdat de veerstijfheid van de lucht meer toevoegt aan de stijfheid van de ophanging dan dat de traagheid van de lucht toevoegt aan de traagheid van de konus.
Dus stel dat je een transmissielijn bouwt die zo lang is dat akoestische kortsluiting pas optreedt bij tonen (ver) beneden de eigenfrequentie van de luidspreker, dan wordt de luidspreker de limiterende factor voor de laagste frequenties die kunnen worden weergegeven. Dus ik dacht dat de resonantiefrequentie gemeten in vrije lucht een (conservatieve) schatting geeft voor de laagste frequenties die met enige geluidsdruk zouden kunnen worden weergegeven. Vandaar.