forum.zelfbouwaudio.nl

HALS (Holographic Acoustic Loudspeaker Scanner) Een DIY Near-Field Acoustic Scanner (Mechatronics, Meet- & Post-Processing software)

Naar aanleiding van meerdere discussies op DIYAUDIO en ASR betreffende de Klippel NFS en de wiskunde voor 3D scannen, zijn een paar deelnemers gaan samenwerken om een functionerende DIY versie te realiseren, met als resultaat: HALS (Holographic Acoustic Loudspeaker Scanner).

Het is een samenwerking tussen:
• Jan R. Smit: Ontwerp en realisatie van de mechatronics (de fysieke scanner).
• Tom Kamphuys: Ontwikkelde de eerste proefopstelling en principe (mechatronics, meet- en postprocessing-software gebaseerd op het werk van NTK op ASR), en op dit moment focus op de meetsoftware en samenvoegen in repo’s.
• Dimitri Fapinov: Het ontwerpen en realiseren van de post-processing software en de bijbehorende wiskunde.

En natuurlijk met hulp van diverse forum leden!

1. Mechatronics (Jan’s Ontwerp)
Het doel voor de fysieke scanner was een reproduceerbaar ontwerp met zoveel mogelijk standaard verkrijgbare onderdelen. De uitvoering is gebaseerd op V-Slot profielen, en 3D geprinte onderdelen, daardoor toegankelijk voor anderen om te bouwen en aantal passen.

Specificaties:
• Omvang: Een cylinder of 2.7m diameter en 2.3m hoog. (Jan’s kamer is 5x3x2.4m)
• Hardware: Standaard profielen, Nema17 motoren, 24V DC voeding, en grblHAL-gebaseerde controller met Trinamic drivers.
• Bewegingen: 3-assig (Z-as, Radius, and PHI rotatie).
• Prestatie indicatie: Ruwweg 1,500 meetpunten (1.4 sec 3x) in ~ 3 uur.
Het ontwerp is modulair in opzet waardoor het relatief makkelijk uit elkaar kan voor opbergen of verplaatsen. De focus was op stijfheid en nauwkeurigheid terwijl de bewegende massa laag werd gehouden. Een zeer grote stap voorwaarts in vergelijk met de eerste prototype.

2. Meetsoftware (Tom’s Software)
De software is in Python geschreven en koppelt met de controller voor het automatisch uitvoeren van een reeks meetpunten.
De hoeveelheid meetpunten kan oplopen tot zo’n 4000-5000 per scan om voldoende gegevens te hebben voor de hoge frequentie reconstructie. Het omvat ook de “vrijhoud zones” voor de veiligheid van de DUT en microfoon.
Voor de metingen wordt de Farina methode gevolgd om de impuls respons te bepalen in een dubbelwandinge (wolk aan punten) cylinder rondom de speaker. Ondertussen aan verbeteringen onderhevig nav diverse voorstellen voor het gebruik: Op dit moment gaan we de samen gevoegde resultaat testen.

 
3. Post-Processing (Dimitri’s Implementatie)
De post-processing maakt anechoische resultaten mogelijk van metingen in een reflecterende ruimte. The werkwijze is als volgt:

Step 1: Spherical Harmonic Expansion. Voor elke frequentie wordt de gemeten druk, ge-fit gebruikmakend van Spherical Harmonics and Hankel functies. Hiermee wordt een mathematisch model van de speaker’s afstraalgedag gemaakt.

Step 2: Sound Field Separation Door metingen te doen in een soort van wolk tussen twee wanden, bijvoorbeeld cylinders, kan de uitgaande geluidsgolf en de binnenkomende geluidsgolf (kamer reflecties) bepaald worden. Deze binnenkomende golf kan dan mathematisch uit de uiteindelijke dataset worden verwijderd.

Step 3: Virtual Reconstruction Als we eenmaal de coëfficiënten van de uitgaande golf hebben, kunnen we de geluidsdruk op elke willekeurige afstand bepalen. Zoals bijvoorbeeld CEA2034 (Spinorama) data en directiviteits contouren.

Genelec 8010A
Twee metingen met de opdeling in interne en externe bronnen: De post-processing is inmiddels aanzienlijk verbeterd met onder andere het vaststellen van de geluids-oorsprong (center of expansion).
Gerefereerde metingen zijn onder andere hier te vinden: ASR-8010-review

Huidige status (Eind April 2026)
Testen van de laatste software aanpassingen en uitvoeren van meting-sessies om de fitting nauwkeurigheid te testen, alsmede de betrouwbaarheid van de fysieke scanner. En niet in de laatste plaats de documentering maken voor het gebruik door anderen.
De software is beschikbaar in GitHub en wordt op dit moment samengevoegd en tevens in Repo’s ondergebracht.
Ook het ontwerp en de 3D modellen van de fysieke scanner worden op dit moment ook op GitHub geplaatst.
• Measurement: NFS , GUI HarmonicDrive (dit wordt op dit moment samengevoegd met NFS)
• Post-Processing: lah-scanner
• Fysieke scanner: HALS-Mechatronics

Prachtig resultaat Jan.
Na de zomer ga ik er ook aan beginnen.

Rob

Zijn jullie bekend met de producten die de firma Sorama aanbiedt? Die gebruiken dit principe ook. Proefschrift van de oprichter is full-text te vinden in de bibliotheek van de TU Eindhoven.

Ik herken de naam, maar in mijn geheugen niet direct geassocieerd met luidspreker holografie. De achterliggende wiskunde zal zeker op zijn minst overlappen. Kun je de link naar dat proefschrift doorgeven?

https://research.tue.nl/en/publications ... d-imaging/

Ik heb ooit zakelijk hier naar gekeken als analysemethode voor trillingen. Met het risico dat het een beetje klok-klepel is, maar wat zij doen is near-field akoestische metingen om daaruit de beweging van stralende oppervlakken terug te rekenen.
Zij gebruiken hiervoor microfoonarrays overigens.

Dank, nou weet ik het ook weer. Een array van mic's. Meeste wiskunde is al oud. Het Weinreich paper van 2008 als ik het goed heb. De golf theorie nog veeeel ouder.
Het verbaast me bijvoorbeeld nog steeds dat het spoor in diyaudio al 8 jaar oud is en in nog geen 8 maanden het geleid heeft tot concrete oplossing voor de diy luidspreker community. Ik heb eind juli Tom benaderd om de mechatronica op me te nemen, de eerste werkende versie al eind october. In november Dimitri erbij en in januari de versie met de huidige motor controller werkend en eerste volledige meting gedaan. Sindsdien veel geleerd en werden resultaten nog beter en reproduceerbaar. Nu vooral gereed maken voor gebruik door anderen. Dat kost tijd, toch de moeite waard omdat het ons ook helpt tot het geheel beter te begrijpen;-)

Zit overigens te denken om een dag te organiseren. Niet zozeer om 3 uur naar een metende machine te kijken, maar text en uitleg te geven en vooral de pre- en post processing uit te leggen.

Ik kan niet aanwezig zijn in Breda op 30 mei helaas!.

Ik denk aan in augustus, bij mij thuis.
Zou dat een goed idee zijn?

Dag Jan, leuk idee! Ik weet niet hoe groot je woont, maar bij mij op de luisterdag in Hengelo kan het zeker, hebben we ruimte genoeg en kan er zo een ruimte voor beschikbaar stellen. De dag is vaak goed bezocht, 150 man meestal ongeveer.

Dan komt de 'maar', het duurt nog even, traditiegetrouw is dit de eerste zaterdag in februari. Kijk maar of het wat is, en of de reisafstand voor je te doen is.

Mou ik heb , toen ik nog een fine art print bedrijf had, een jaarlijkse klantendag gehouden. Of een gezameljke verjaardag, maar nou ook weer niet 150 man
Maar zeg 20-25 man kan.
De machine is weliswaar demontabel bedacht, maar is ook weer niet even gedaan.
Verder is het kijken naar een werkende robot maar even leuk.
Het gaat dus meer om een zeg maar uitgebreide uitleg en dialoog, met beelden en korte video.

Ok, kijk maar wat je wilt, de uitnodiging staat in elk geval.

JanRSmit schreef: ↑di 12 mei 2026, 17:51

Mou ik heb , toen ik nog een fine art print bedrijf had, een jaarlijkse klantendag gehouden. Of een gezameljke verjaardag, maar nou ook weer niet 150 man
Maar zeg 20-25 man kan.
De machine is weliswaar demontabel bedacht, maar is ook weer niet even gedaan.
Verder is het kijken naar een werkende robot maar even leuk.
Het gaat dus meer om een zeg maar uitgebreide uitleg en dialoog, met beelden en korte video.

Beetje OT. Eerst een zeer diepe buiging voor het feit dat jullie dat ding hebben gerealiseerd, erg impressive.
Maar heb(ben) jij/jullie nou het idee dat een willekeurige, prutsende doch fanatieke liefhebber met dit apparaat beter af is dan met ARTA of REW en een afspraak met de beheerder van de plaatselijke sporthal zodat je 's nachts je laag kunt meten op een retevlakke vloer van 30 x 60 meter en je mid/hoog daarna, of later gated in de tuin?

Hoeveel diy luidspreker bouwers hebben die mogelijkheden die jij opnoemt?

Dat is flauw. Bert stelt naar mijn idee een serieuze vraag, waar ik eigenlijk ook wel nieuwsgierig ben naar een serieus antwoord.

ik moet t allemaal nog wat beter gaan lezen en gaan begrijpen, maar ik vind t nu al gaaf

JanRSmit schreef: ↑di 12 mei 2026, 21:05

Hoeveel diy luidspreker bouwers hebben die mogelijkheden die jij opnoemt?

in principe iedereen, vrijwel alle sporthallen zijn gewoon per uur te huur. Arta en REW zijn ook voor iedereen bereikbaar.

Pjotr schreef: ↑di 12 mei 2026, 21:11

Dat is flauw. Bert stelt naar mijn idee een serieuze vraag, waar ik eigenlijk ook wel nieuwsgierig ben naar een serieus antwoord.

Ik bedoel het inderdaad niet provocerend en zeker niet denigrerend, ik ben onder de indruk. Maar op bijvoorbeeld ASR zijn veel mensen die, als een meting niet wordt gedaan met een Klippel, meteen negatief beginnen te mekkeren met argumenten variërend van dat er geen resolutie is tot dat alles behalve een Klippel obsolete is.
En bij sommige van de Klippelmetingen vraag ik me ook wel eens af waarom er, in verhouding tot wat ik zelf al 40 jaar zie in mijn MLSSA- en ARTA-metingen, zoveel spikes zitten.
Het is gewoon nieuwsgierigheid.

Bert, mijn reactie was ook niet zo bedoeld.

Het ASR effect, een apenrots met een zilverrug, en heel veel wannabee's die herkenbaar zijn aan hun schreeuwerige inhoudsloze posts. Niet bepaald het uithangsbord voor wetenschap, maar de zilverrug is blij
(en zodra het daar op aan komt om iets echt te maken wordt het nogal stil)

Onze (Tom, Dimitri en ikzelf) motivatie was en nog steeds is, het kan als doe het zelfer, dus doen. Het voegt een zeer volledige meet methodiek toe aan het diy areaal dat er nog niet was.
Het is voor ons dan ook fijn om te zien dat er nu wel enkele begonnen zijn het te bouwen die in de voorgaande 7 jaar enkel er over posten.

Wat anderen doen met een klippel nfs is aan hun, dat kan niet een argument zijn tegen een diy versie.

Vanuit mijn meet ervaringen, in tijdspanne van ~4 uur een volledige meting (1500 meetpunten, 2 sweeps gemiddeld) en vertaald naar leesbare grafieken , bruikbaar in Vituixcad, Rew of nou vul maar in. Gewoon in een niet lege kamer van 5x3x2.4m en toch een anechoisch resultaat.
Oh en van die 4u kun je 3u wat anders doen, boodschappen of de was of een boek lezen. (Grapje, kan je ook een volgende versie van je filter maken )
Het 3u kijken naar een metende meetrobot gaat heel snel vervelen.

Geweldig werk Tom, Jan en Dimitri! De kracht van samenwerking, internet en de huidige techniek, en dat dit alles gedeeld wordt met iedereen!

Een grappige anekdote: ik besloot voor de fysieke machine om zoveel mogelijk intetnationaal verkrijgbare componenten te gebruiken. M5x12 inbus bout , v-slot 4020, gravity speaker stand, etc. Blijkt in Australie die gravity speaker stand 5-6x duurder te zijn en het 100x100mm modul 8 extrusie profiel, japans fabrikaat, daar niet op maat gezaagd verkrijgbaar te zijn. Daar tegenover staat dat nu die persoon een variatie op mijn constructie aan het maken is. Dat vind ik dan weer positief.

Leuk om te merken dat er hier ook interesse is in HALS.

De audio dag in Hengelo zou voor mij ideaal zijn (afgezien van de datum). Ik werk in Hengelo en ben in 2023 bij de audio dag geweest.

Ik ben nieuw op dit forum, maar zal proberen deze thread in de gaten te houden en vragen te beantwoorden.

Tom

Een tussentijds bericht.
Meting gedaan met 500 meetpunten en dubbellaags voor anechoisch resultaat, opstarten tot en met DUT geplaatst en klaar voor meting is ~ 10min, meting zelf is ~ 1 uur, postprocessing is bij mij ~ 10min, en dan in VituixCAD laden Overdags gemeten:
Beeld van scanner aansturing en de cylindrische punten wolk: N.B.: de rode lijntjes zijn de bewegingen van naar punt. daarboven een platte weergave van de meetpunten, laat zien een duidelijke concentratie aan voorzijde van de DUT.

Resultaat in VituixCAD: Meting met gebruik van microfoon calibratie (BeyerDynamic MM1)

Druk bezig naast testmetingen de 3D van de scanner te completeren met bouten etc, en de stuklijsten en plaatjes en beschrijvingen. Tom en Dimitri vooral met de software.

Het is mijn plan om eerste helft Juni een meting te doen met de Directiva R2 van TimVG -met dank aan TimVG- alsof ik een filter zou ontwerpen.
Dus de bas/mid en de tweeter apart meten, en vervolgens die resulltaten in VituixCAD laden etc. Ik heb geen hypex dus ik ga met Acourate een actief filter ontwerpen en die met tussenkomst van Hangloose Convolver en een twee kanaals versterker als geheel ook meten. Moet ik ook mijn 8 kanaals Focusrite 18i20 inzetten. Een hele operatie dus, dus ook stap voor stap.

Hoi Jan,

Ik heb wel 2 hypex modules liggen FA503.
Mag je wel lenen voor het experiment.

Rob

Hi Rob,

Dank je wel, een fijn voorstel. Heb jij ervaring met het configureren ervan?

Ik heb begrepen datcje niet vanuit VituixCAD deze kumt programmeren.

Mijn plan met de Directiva R2 is eerst goede metingen maken
En vervolgens ahv afstraal gedrag een goed filter punt te kiezen. Enz.

Dat klopt je kunt dat niet via vituixcad programmeren.
Maar je kunt wel simuleren en de uiteindelijk filters wel in de hypex software zetten.
Configuratie is niet zo moeilijk.
Je kunt er ook 3 settings inzetten en wisselen.

Rob

Petje af, echt heel mooi! Ik zou heel graag dit willen hebben, maar ik heb nergens zo'n grote ruimte vrij dat ik daar een aantal uren in stilte het apparaat zijn ding kan laten doen helaas. Wie weet later als ik groot ben!