Sign in to follow this  
calle_jr

Illustration av delningsfilter och högtalarelement

Recommended Posts

10 minutes ago, Engelholm Audio said:

Har du med de resestiva och reaktiva komponenterna för ett membran i stor baffel?

 

Japp.

Det är MMS, CMS och RMS i inlägg #93.

Utöver detta har Thorborg (Scan-Speak) lagt till en frekvensberoende ωAMS som motsvarar admittans hos elementet. Även denna är med.

π a2ρ0 c är "trafon" mot elektriska domänen S, luftens densitet och ljudets hastighet i luft.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

 

Ja, det verkar så baserat på innehållsförteckningen.

Även om huvudprinciperna är desamma så har jag sett så många olika sätt att modellera att man blir lite snurrig. Var och en tittar normalt på en liten detalj och anpassar sin modell efter just detta. Det framgår vad jag menar om man kollar på titlarna jag radade upp. LF, HF, impedans, admittans, semi-induktans, förluster, virvelströmmar, temperatur, läckage etc. Marshall Leach har också gjort en begriplig komplett modell. Men som exempel introducerar han två faktorer K och n som representerar specifika förluster i motorn. Dessa faktorer ska anges numeriskt, men jag har inte sett några tillverkare som anger dem. Man får iterera och kurvanpassa. Engelsmän, amerikaner, italienare, japaner, och så danskjävlarna. Alla har de sina specialområden och käpphästar. 

 

En reflektion man kan göra är att det idag går att simulera så att man kommer väldigt nära hur en högtalare kommer låta. Men det krävs verkligen att man är insatt i hur varje delkomponent beter sig. Eller att man väldigt väl kan beskriva hur man vill att de ska bete sig.

Det börjar bli ganska intressant när man kopplar dessa ganska torra egenskaper till hur de påverkar klangen på olika sätt.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)
10 hours ago, MatsT said:

Här finns en trevlig genomgång av högtalarparametrar och hur de påverkar/påverkas mm.

Jätteintressant läsning. Har bara skummat på tåget. Bra kvällslektyr.

 

 

Quote

When listening to speech or music through a conventional, even of high-quality, loudspeaker system, we quite clearly detect that the sound emanates from loudspeakers. A kind of electrical stamp or characteristic in the sound always reveals that one is experiencing an electronically reproduced image and not a genuine, live performance. This general impression of roughness, that could be called something like synthetic dressing, does not disappear even with the most expensive equipment and harms especially acoustic music since instruments do not sound as they do in actuality, and choral voices, for example, clot and become easily distorted.

 

 

Varför då?

 

Quote

 

A loudspeaker circuit operating on voltage drive exhibits a feedback effect where the EMF deriving from voice coil motion directly summates with the voltage applied to the driver, so that the resulting current is a mixture of the original signal and a spurious signal corrupted by the speaker's own mechanical, electrical, and acoustic properties and circulated in the feedback process.

 

 

 

Detta visste vi om, men det är ett fundamentalt utgångsläge att bygga vidare på för en djupare insikt i varför olika högtalare låter som de gör.

 

 

Edited by calle_jr
Fixat till citat.

Share this post


Link to post
Share on other sites

 

Medan jag håller er på halster tills vi har något att redovisa om SPL-beräkning av Scan-Speak-elementet, så kan jag visa lite intressant underlag från beräkningar gjorda av Patrick Macey på Pacsys Ltd. Han har gjort FEM/BEM-beräkningar på en vanlig mellanbas, och här är några mycket pedagogiska illustrationer på hur membranet beter sig i olika register.

 

Förskjutning inom piston range:

 

IMG_4340.PNG

 

 

Lite högre i frekvens (ca 500-2000Hz beroende på elementstorlek). Detta beror på resonans i spidern, dvs fjädern som sitter runt membranet närmast talspolen:

 

IMG_4341.PNG

 

 

Och här ser vi ännu högre i frekvens, i breakup zone, dvs där membranet bryter upp. Det är denna uppbrytning som suger energi så att output så småningom rullar av. Jag kallade detta rippel tidigare i tråden, vilket antagligen är en felaktig benämning som @MatsT påpekade. Men man förstår fenomenet och vi ska nog kalla det för uppbrytning:

 

IMG_4342.PNG

 

 

 

Beräkningarna är utförda med denna modell:

 

IMG_4345.PNG

 

 

Randvillkor och elementindelning av luftvolym framför (ljusblå) och bakom (grön) membranet:

 

IMG_4343.PNG

 

 

Detalj av infästning av spider, membran och dammskydd (tyvärr har han använt samma gröna kulör till limmet som han har till luften, men man ser gränserna):

 

IMG_4344.PNG

 

 

Han använder solid- eller skalelement till materialen och luften, och randelement till luften i halvrymden. Det är alltså en hybridmodell där han kombinerat FEM (finite element model) och BEM (boundary element model).

 

Modellen exciteras med en axiell enhetskraft (1N) som verkar på talspolen. Efter beräkningen gör man en postprocess där enhetskraften omvandlas till en spänning och membranets hastighet till en ström. Det gör man mycket enkelt med en spänningskälla och en krets med enbart talspolens (blockade) impedans Z=R+iωL.

Det är en klassisk transducer, där kraften är kopplad till strömmen F=Bli, och spänningen är kopplad till hastigheten u=Blv.

 

Jag känner mig faktiskt mycket mer bekväm med detta sättet att räkna pga min bakgrund och erfarenhet.

Men det är ju inte praxis (än?) och syftet var att beräkna SPL från Scan-Speaks datablad, vilket kommer snart :)

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Det ser intressant och tillräckligt korrekt ut för en matematisk modell.

Då jag sysslat en hel del med FEM-beräkningar så ser jag en del saker som kan vara diskutabla. T.ex. bild 1: Verkar vara en oerhört styv kon då den rör sig linjärt över hela ytan, rent spontant tycker jag rörelsen skulle avta ju längre ut på membranet man kommer då upphängningen, i detta fall gummi(?), verkar som en tröghet som måste övervinnas men, jag vet, det är svårt att komma verkligheten nära till 100%.

Undrar vad som händer när "alla" frekvenser spelar samtidigt?

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 hours ago, Amatören said:

Verkar vara en oerhört styv kon då den rör sig linjärt över hela ytan, rent spontant tycker jag rörelsen skulle avta ju längre ut på membranet man kommer då upphängningen, i detta fall gummi(?), verkar som en tröghet som måste övervinnas 

Den är mycket styv i sitt eget plan i förhållande till gummiupphängningen i baffeln. Observera spidern och att det är teori för stora deformationer.

I grunden vill man med elektrodynamiska element efterlikna beteendet för en pistong eller kolv som är stel och endast rör sig axiellt. Runt pistongen är det en oändligt stor baffel som är helt stilla. Mellan pistong och baffel är det 100% tätt och friktionsfritt.

 

 

5 hours ago, Amatören said:

Undrar vad som händer när "alla" frekvenser spelar samtidigt?

Bra synpunkt. Det ser ut som en blandning av alla tre bilderna om inte elementet delas.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
8 hours ago, calle_jr said:

Observera spidern

Det är just det jag hänger upp mig på! Kraften utvecklas i talspolen som skjuter konen framåt och bakåt, vidare genom konen och till kantupphängningen (gummit) och ut i chassiet. Spidern, luften och gummit ger upphov till en tröghet som ska övervinnas. I och med spiderns fastsättning, normalt i skarven mellan talspole/kon, så påverkar inte denna konens deformation. Det torde däremot kantupphängningen och luften göra med en lätt "bakåtböjning" av konen, med början vid damskyddet och avtagande ju längre ut vi kommer, m.a.o. så är rörelsen linjärt lite "kortare" i kantupphängningen än spidern. Inget material har elasticitetsmodul 0, möjligen betong kommer nära...många parametrar blir det :o

OBS! Detta är min åsikt :) baserat på mångårig erfarenhet av FEM.

 

Men calle_jr, skit i mitt svammel och gå vidare med ditt excellenta, exemplariska och synnerligen intressanta arbete :77:  

Jag ser fram emot fortsättningen!

Share this post


Link to post
Share on other sites

 

Innan beräkningar av Scan-Speak-elementet redovisas vill jag slå ihop och förtydliga inlägg #88, #92 och #93, så att det blir mer begripligt (hoppas jag).
 
 
Förenklad beskrivning av direktstrålande dynamiskt högtalarelement

 

När man talar om frekvensgången för ett högtalarelement så menar man normalt känslighetens variation med frekvens. Känsligheten är ett mått på verkningsgraden. Verkningsgraden är förhållandet mellan ström som tillförs talspolen och utstrålande akustisk effekt. Det vill säga:

image.png
 
Effekten som tillförs talspolen är:

image.png
 
Det normala är att verkningsgraden/känsligheten anges med ett värde inom piston range:

image.png

 
 
Inom piston range kan strålningseffekten beräknas som:
image.png
 
Där image.png är den drivande kraften [N] och i är strömmen till talspolen [A].

Inom detta område är systemet massdominant och output antas linjärt upp till ca ka=1 där man kommer in i breakup range.
Som syns är uttrycket frekvensoberoende och således konstant.

Under resonansfrekvensen är systemet styvhetsdominant och strålningseffekten beräknas som:

image.png

 

Läget för resonansfrekvens bestäms av förhållandet mellan rörlig massa och driverns styvhet ( image.png ), och storlek på output beror på dämpningen RMS. Man säger att systemet här är dämpningsdominant. Vid resonans kan strålningseffekten beräknas som:

image.png


Över resonansfrekvensen och över ka=1 kan PA beräknas som:
image.png

Det som händer över ka=1 är att membranet bryter upp. En reell del av impedansen följer en Besselfunktion, och en komplex del följer en Struvefunktion. Bessel- och Struvefunktioner är förenklat uttryckt vågekvationer, och vi ska nog inte fördjupa oss mer i det här. Tänk dig hur vågformerna ser ut om du slänger en näve grus på en spegelblank sjö. Pga denna uppbrytning påverkas output när ka>1 så att strålningsenergin avtar med frekvens. Inom piston range är konrörelserna stationära, och över dem är de flexande dvs över den frekvens när böjningsresonanser i membranet börjar utbildas:

 

image.png

Delar av bild hämtad från H-Y. Chiang och Y-H. Huang "Resonance mode and sound pressure produced by circular diaphragms of electrostatic and piezoelectric speakers".
 


Ljudtrycket beräknas från verkningsgraden med:

 

image.png

 

Då kan man rita upp följande, och så gjorde man förr i världen :)

 

image.png


Från denna figur får man egentligen reda på det mesta om en driver, och precisionen borde i de flesta fall vara fullt tillräcklig. En fördel är också att man vet vad man gör.

 

 


Kuriosa

 

Strålningseffekten PA får man fram genom att integrera ljudtrycket över en sfärisk yta på avståndet r från drivern:

image.png


Ljudtrycket pA beräknas från följande, där den mekaniska impedansen är en komplex funktion av driverns dämpning, massa och komplians:

 

image.png

 

ρ0 är luftens densitet, c är ljudets hastighet i luft och a är membranets radie.

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

 

Jag sitter i en timmerstuga i Grindelwald med lite begränsade möjligheter, men jag ska snygga till format och bilder i föregående inlägg senare.

 

Bild6.jpg

 

Bild7.jpg

 

 

Det går ingen nöd på mig. Jag har Nescafé, Orangensaft, Gruyère, Jambon Cru och oliver. Efter kl 3 öppnas en Primitivo di Manduria. Matlagningen inleds så att den är klar tills vilddjuren kommer tillbaka när liftarna stänger.

Bergståget går förbi stugan en gång i kvarten, så man vet vad klockan är. Det är kraftig lutning på tågbanan och den akustiska strålningen skvallrar om att transducern är av det häftigare slaget.

 

Bild3.jpg

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this