Blog topillustration Strøm 1.0 Vi bygger en open source højttaler

Sådan måler det første kabinet

Det sidste lange stykke tid har budt på en del timer foran skærmen, så det var en fornøjelse at komme lidt i værkstedet, og få “snittet” det første rigtige kabinet. Det er resultatet af en masse simuleringer (se sidste indlæg) og en del CAD design, så vi kan få et fysisk kabinet, der følger simuleringen.

I sidste indlæg brugte vi en del bogstaver på at forklare projektets forskellige rammer og de tanker vi gjorde os i forhold til den udførte simulering.

TL;DR: Målet var at finde et kabinet volumen, der kunne sikre at højttaleren lever op til vores designmål. Vi endte på 1,2l. Læs det forrige indlæg for yderligere deltaljer.

Nyt kabinet

Det første kabinet vi tegnede havde nogenlunde samme volumen (1,2-1,5l), men der var desværre ikke plads til PCB'et. Ikke nogen stor katastrofe, men der skulle alligevel et redesign af kabinettet til; før der var plads til det hele.

For at kunne sikre at det nye kabinet levede op til det simulerede kabinetrumfang, på 1,2l, skulle vi have en måde at måle "luften i kabinettet" på - uden at lavet et fysisk kabinet. Heldigvis har Fusion 360 en funktion, der kan udregne volumen af ens design. Så det var nogenlunde lige til at regne ud, hvor meget luft vi ville ende med. Alle kabinetdele, afstivere og PCB er taget med i beregningen. Vi endte med et (teoretisk) internt kabinet volumen på 1,25l.

Og så var det jo ellers bare om at komme i værkstedet. Så vi kunne få bygget det nye kabinet.

Kabinetudforming

Kabinettet er udformet som en kvadrat med afrundede hjørner. Det giver et mere organisk udseende og gør det muligt at montere linoleummet uden alt for mange udfordringer - håber jeg, for det er vi ikke nået til endnu. Og så er de samtidig med til at minimere interne parallelle flader (der kan forårsage stående bølger, der har negativ indvirkning på lyden).

En af grundende til at gå med linoleum er at det kan være ganske svært at få en god/perfekt finish, når der skal males MDF. Derfor har vi valgt en løsning der sikre at flere har mulighed for at bygget højttaleren, og stadig opnå rigtig gode resultater.

Kabinettet er opbygget af flere lag 12mm MDF, der gør det nemt at udskære de enkelte dele på en CNC maskine. De enkelte lag samles med dyvler og trælim.

Selve kabinettet består af 3 lag, og pålimes bafflen (frontpladen). Bagpladen skal kunne afmonteres, så det er muligt at tilgå PCB og enheder skulle der opstå fejl. Det skal jo være muligt (nemt) at reparere højttaleren, skulle noget gå i stykker, eller blot blive slidt.

Alle CAD filer ligger i vores GitHub projekt og opdateres løbende, når der er ændringer. Som det ses på nedenstående 2D tegning har vi forsøgt at få enhederne til at sidde så tæt på hinanden som muligt.

Illustration: Tue Dissing

Testkabinttet

Efter lidt arbejde på CNC'en blev det første rigtige kabinet hurtigt synligt. Og limen og dyvlerne blev hurtigt fundet frem, så vi kunne få samlet de 3 kabinetlag med bafflen (kabinetlag 1, 2 og 3 og baffle).

Nu var limen tør, og så er der jo kun ét at gøre. At få monteret nogle enheder i kabinettet, så vi kan få lyttet på det.

Illustration: Tue Dissing

et STRØM testkabinet, med alle enheder monteret og klar til lytning.

Men inden vi lytter, skal vi jo også lige måle lidt på det hele.

Målinger

Vi har desværre ikke nem adgang til et anekoisk kammer, til at foretage vores målinger i, men mindre kan også gøre det. Vi kan i hvert fald komme ret langt uden.

Højttaleren er målt og lyttet til "på væggen", da det er her vi får mest ud af de små enheder.

Målemikrofonen er placeret med 10cm til bafflen, så vi undgå alt for mange reflektioner. Det giver et fint resultat over det meste af linjen, men bassen kan ikke måles på denne både - her vil vi jo netop gerne gøre brug af disse reflektioner. Det betyder reelt set at vi ikke helt kan stole på basregionen i grafen nedenfor. En "rummåling" kunne måske være relevant her. Så kan vi i hvert fald se, hvordan det måler i dette rum.

Vi startede med at sætte et enkelt high pass (HP) filter på ved 60Hz - så vi ikke presser enhederne unødigt - og så var vi ellers klar til at måle på det nysamlede kabinet. Vi brugte DSP baserede filtre, i software, som giver et dejligt hurtigt arbejdsflow. Læs mere om hvilke værktøjer vi har brugt, og hvordan vi bruger dem i vores voicing sektion af dokumentationen.

For at holde os i let tilgængelige værktøjer, og fordi det samtidig er et godt værktøj, har vi udført vores målinger i Room EQ Wizard (REW). Første måling blev udført med en længde på 1MB (21,8s) og en enkelt repetition. Og ser således ud (mørkegrøn).

Illustration: Tue Dissing

Frekvensgangen er lidt over det hele og der er ikke meget output ved de 80Hz, men ellers en fin måling. Download .mdat filen her hvis du selv vil kigge nærmere på den.

Det var måske ikke den store overraskelse, at der ikke ville være så meget output i bunden. Men nu har vi da en måling der viser det. Data er godt.

Vi kan ikke udenvidere løfte bassen, så i stedet må vi sænke resten af frekvensbåndet, så vi kan få den til at lyde fornuftigt. Det er gjort med en mindre sværm af filtre. Så der er nok plads til forbedring her, da less is more helt sikkert gør sig gældende, når vi snakker DSP filtre.

Resultatet af de mange filtre ses ovenfor (lilla) og målingen kan downloades her.

Vi mangler stadig at få målt maksimum SPL for denne kombination af kabinet og enheder. Og lyden er det nok også for tidligt at sige noget fornuftigt om.

LydByDissing/stroem

/Tue Dissing

Tue Sørensen Dissing er it-ingeniør, grundlægger og direktør for Lyd by Dissing ApS. Sammen med læserne vil han udvikle en open source wifi-højttaler, der både har hifi-lyd og kan understøtte audio streaming.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Det fremgår, at kabinettet er samlet af flere lag MDF med lim og dyvler. 1. giver dyvlerne ikke en diskontinuitet i materialet ? Er det "medregnet" eller anset som betydningsløst ? 2. hvilken netydning har limtypen mon ?

Spændende.

  • 1
  • 1

Kan heller ikke gennemskue hvordan det er samlet, men det ser ud til at der er 3 punkter med mekanisk forspænding og resten er så lim mellem de 4 eller 5 lag. Intuitivt giver det anledning til spørgsmål om det er godt nok.

I øvrigt er serien her ganske lidt involverende da man jo præsenteres for et færdig model og så måles der. Lidt a la youtube "byg-din-egen-xxx". Ikke i nærheden af Q113 projektet som var meget inddragende. Nå, det får lige een chance mere.

  • 4
  • 0

Det fremgår, at kabinettet er samlet af flere lag MDF med lim og dyvler. 1. giver dyvlerne ikke en diskontinuitet i materialet ? Er det "medregnet" eller anset som betydningsløst ? 2. hvilken netydning har limtypen mon ?

Dyvler og lim har helt sikkert en betydning for hvordan materialet opfører sig, men om det reelt har nogen betydning kunne jeg godt være i tvivl om. For indeværende er det antaget at være uden nævneværdig betydning for lyden.

Kom gerne med indspark til hvordan det evt. påvirker lyder og alternative måder at samle kabinettet på.

  • 0
  • 0

Kan heller ikke gennemskue hvordan det er samlet, men det ser ud til at der er 3 punkter med mekanisk forspænding og resten er så lim mellem de 4 eller 5 lag. Intuitivt giver det anledning til spørgsmål om det er godt nok.

Dyvler bruges primært som styring, så kabinettet-lagende samles så lige som muligt - så de enkelte lag ikke ligger forskudt = mindre efterbehandling. Det er limen der holder kabinettet sammen og den er jo ganske stærk.

  • 0
  • 0

I øvrigt er serien her ganske lidt involverende da man jo præsenteres for et færdig model og så måles der. Lidt a la youtube "byg-din-egen-xxx". Ikke i nærheden af Q113 projektet som var meget inddragende. Nå, det får lige een chance mere.

Elsker input!

I sidste indlæg blev der direkte efterspurgt input til simulering af kabinettet, men vi modtog desværre ikke så meget. Så denne gang ville jeg blot lige give en kort opdatering på, hvor langt vi var kommet :-)

Vi har stadig en del udestående, som det også ses under vores GitHub projekt.

Et af emnerne der optager mig mest, er hvordan vi bedst kan få strøm ind i kabinettet, og samtidig holde det lufttæt - det kan være næste indlæg skal omhandle dette?

  • 2
  • 0

Input:

Som nævnt, så må materialeændringer (dyvler, skruer) give ukontrollerbare diskontinuiteter - efter almindeligt skøn.

Som hobby-snedker ville jeg blot bruge lim og ikke dyvler. Styring af de indre lag, som giver volumen, kan ske med vandrette skruetvinger medens limen hærder. Alternativt en styring med skinner / rundstokke fra et byggeunderlag.

Efter pålimning af front, så er afsluttende forarbejdning (slibning) af ydersiden simpel.

  • 0
  • 0

Som nævnt, så må materialeændringer (dyvler, skruer) give ukontrollerbare diskontinuiteter - efter almindeligt skøn.

Uddyb gerne hvilke uhensigtsmæssigheder, du speficikt tænker på og hvordan det påvirker lyden. Selv kan jeg ikke gennemskue om det er godt eller skidt.

Tænker man på lydisolering, vil man jo netop gerne have lyden til at gå igennem flere forskellige materialer. Det koster enigeri, som så bliver afgivet som varme i materialet.

Mon det er muligt at simulere i dette i f.eks. Fusion 360 (eller andre værktøjer)? Der er en hel den muligheder i deres simulerings suite. Kender den, dog ikke så godt.

  • 0
  • 0

Kunne det ikke blot være et kabel ud gennem et hul og så ind i en boks der har tilslutningsstikket monteret? Boksen kunne være under kabinettet, da dette skal hænge på væggen, og endda være en akustisk del af fronten?

  • 0
  • 0

Vi kan ikke udenvidere løfte bassen, så i stedet må vi sænke resten af frekvensbåndet, så vi kan få den til at lyde fornuftigt

Hvis I alligevel reducerer max SPL, hvorfor så ikke reducere antallet af enheder? 2 enheder monteret over hinanden i stedet for 4 i en klump vil give jer en bedre spredning. God spredning er en væsentlig parameter for sådan en væghængt højttaler. Ud over bedre lyd får I gratis mere output i bunden.

  • 5
  • 0

Hvorfor har i valgt at placere de 4 enheder i en kvadrat i stedet for på en lige lodret linie?

Det er rigtig skidt for spredning af lyden.

  • 2
  • 0

Vi kan ikke udenvidere løfte bassen, så i stedet må vi sænke resten af frekvensbåndet, så vi kan få den til at lyde fornuftigt. Det er gjort med en mindre sværm af filtre. Så der er nok plads til forbedring her, da less is more helt sikkert gør sig gældende, når vi snakker DSP filtre.

Resultatet af de mange filtre ses ovenfor (lilla)

Hvad med fasen? I kan have en nok så perfekt amplitudekurve i frekvensdomænet; men hvis højtaleren ikke er i stand til at gengive en korrekt kurveform i tidsdomænet, kommer den aldrig til at lyde ordentligt, og alle de filtre kan næsten ikke undgå at ødelægge tidsdomænet - og lyden pga. opsummerede fejl ved MAC16 eller floating point operationer.

Jeg er én af dem, der nyder et par store, faselineære B&W højtalere med lav WAF og en lille "pipfugl" på toppen til at sprede diskanten, og det forekommer mig, at det her projekt gør alt stort set modsat af, hvad B&W nok ville gøre.

Hvorfor ikke bare have en lille diskanthøjtaler i sit eget lukkede rum i det ene hjørne af kabinettet og så en stor mellemtone/bas højtaler diagonalt i resten. B&W kan godt få en fremragende bas (subwoofer) ud af et lille kabinet, hvor højtalerenheden (eller to ryg-mod-ryg koblede enheder) stort set fylder hele fronten, men det kan næppe gøres med 4 ens, miniature fuldtoneenheder, som I har valgt, hvilket jeres målinger jo også klart viser.

  • 3
  • 5

Hvorfor har i valgt at placere de 4 enheder i en kvadrat i stedet for på en lige lodret linie?

Det er rigtig skidt for spredning af lyden.

Det er godt I skubber til de rammer der er beskrevet for projektet. Tak for det.

Der er helt klart et visuelt aspekt af at placere enhederne som de er, da dette også er en vigtig faktor for denne højttaler (at den er "pæn"). Et aflangt kabinet giver jo et lidt andet visuelt udtryk. Nu er det jo så relativt små enheder vi bruger, så deres spredning er knap så påvirket af frekvensen som størrer enheder vil være. Hvordan det ser ud her, må vi kunne måle.

  • 1
  • 1

Nu er det jo så relativt små enheder vi bruger, så deres spredning er knap så påvirket af frekvensen som størrer enheder vil være.

Hvorfor er den ikke det? Det må da være den samlede størrelse mellem yderpunkterne, der har betydning, hvis højtalerne spiller det samme.

Inden for radioastonomien kobler man radioteleskoper sammen over store afstande og får på den måde en meget høj opløsning, selv om det enkelte teleskop er lille i denne sammenhæng.

Fasen er også med på målingen, dog ikke lige det screenshot jeg posted. Du kan også downloadle .mdat filen i repoet. Her er data visualiseret lidt anderledes

Har I prøvet at afspille f.eks. et 70 Hz firkantsignal og så måle svaret med en mikrofon? B&W bruger netop tidsdomænet til at illustrere deres fremragende faselinearitet, og inden for elektronikken er et pulssvar også en meget benyttet metode til at få oplysninger om bl.a. stabilitet.

  • 2
  • 6

færre enheder giver vel ikke mere output.

Du får mere output i bunden fordi du flytter systemresonansen nedaf med færre enheder.

I din egen målekurve har du klippet 10db af output for at opnå en acceptabel frekvensgang. En trykkammerhøjttaler ruller af med 12 db/oktav.

Mere output i bunden medfører, at du ikke behøver at skære dine enhedernær så hårdt i toppen.

Reduktion fra 4 til 2 enheder koster kun 6 db (3db fra reduceret areal og 3 db fra halveret effekt fyret igennem spolerne) Såhhh, hvis du med blot to enheder kan nøjes med et filter der æder < 4db for at opnå samme frekvensgang, så giver to enheder faktisk mere (brugbart) output end 4 ditto. (samt bedre spredning og lavere pris)

  • 5
  • 1

enig :-)

Lyden bør komme i første række og det visuelle bagefter.

Det kunne være spændende at se hvordan filteroverføringsfunktionen ser ud.

4 enheder i kvadrat er ikke optimalt mht interferens mm.

Når I måler er det så gatede sweep målinger så I kun får direkte lyd selvom I ikke er i et lyddødt rum ??

Har I kigget på Cornu compact spiral ? https://6moons.com/audioreviews/cornu/corn...

Man kan jo lave en kunst på forpladen :-)

https://www.diyaudio.com/community/threads...

Ved godt den er lidt stor arealmæssigt, men til gengæld får man vist nok den bas man jo gerne vil have

  • 2
  • 0

alternative måder at samle kabinettet på.

Når lagene i kabinettet alligevel er skåret på CNC, så kan man fint lave et øre med dyvelhullet udenfor kabinettet, som man så efterfølgende saver af og fræser helt fladt. To ører/huller er tilstrækkeligt til en meget præcis placering. Det er vist meget udbredt at bruge udtjente CNC-fræsejern istedet for trædyvler, fordi de logisk nok passer meget præcist i hullet.

Jeg har ikke kunne finde et godt billede af det på nettet. Men her er et der viser fladfræsningen: https://imagesvc.meredithcorp.io/v3/mm/ima...

(Jeg ville nok vælge et jern med kuglelejet i toppen til det her formål)

  • 1
  • 0

ad #7:

Jeg kan ikke svare specifikt, men der er almindelig kendt at enhver bølgeudbredelse, her lyd, påvirkes af diskontinuiteter - om det så er lys der rammer e.g. en linse, lyd der rammer e.g. en vandoverflade eller lyd der rammer et "grænselag" i vand (ændret temperatur eller saltholdighed.

Derfor må et kabinet med dyvler (uanset materialet) eller skruer påvirke bølgeudbredelse i et ellers homogent (MDF) materiale. Tilsvarende i de sammenlimede lag - derfor også spørgsmålet om lim (og for den sags skyld om limfladen er helt homogen.

En mulig måde at afgøre spørgsmålene på er naturligvis at lave en måleserie med forskellige kabinetter (limet med forskellige lim), eller samlet som foreslået med ekstern dyvler, der fjernes.

Med udgangspunkt i målingerne i artiklen, kunne jeg stille kontrolspørgsmålet: - hvorfor er der en top ved 10 kHz (også i den ufiltrerede kurve) ? Er det resonans, egenfrekvens, målefejl ?

  • 0
  • 0

Derfor må et kabinet med dyvler (uanset materialet) eller skruer påvirke bølgeudbredelse i et ellers homogent (MDF) materiale. Tilsvarende i de sammenlimede lag - derfor også spørgsmålet om lim (og for den sags skyld om limfladen er helt homogen.

MDF anvendes først og fremmest til højttalere pga materialets store interne dæmpning. Man ønsker ikke at kabinettet spiller med, hvorfor alle overvejelser om bølgeudbredelse bør være overflødige. En af de første ting en lyd-nörd gør ved evaluerering af en ny højttaler er, at banke på kabinettet med knoerne. Får man en høj "tok-tok" lyd, så er kabinettet ikke dæmpet nok, og vil "spille med" når man lytter til musikken.

Der er flere trick til at forhindre resonanser. F.eks at bygge kabinetter assymetriske eller kurvede for på den måde at forhindre veldefinerede resonansmodes. Et andet trick er at bruge dæmpende lim. I samme kategori kan vi også lægge diskontinuiteter der er direkte ønskværdige, da de er med til at opbryde simple lavere ordens resonansmodes.

B&W var nogle af de første til at forstå ovenstående, hvilket bla har givet verdenen "matrix" kabinetter.

  • 7
  • 2

den måde at forhindre veldefinerede resonansmodes. Et andet trick er at bruge dæmpende lim. I samme kategori kan vi også lægge diskontinuiteter der er direkte ønskværdige, da de er med til at opbryde simple lavere ordens resonansmodes.

B&W var nogle af de første til at forstå ovenstående, hvilket bla har givet verdenen "matrix" kabinetter.

+2 -2

????????????????

Hvis der overhovedet er noget jeg ved noget om, så er det højttalere! Designede bla 3 konstruktioner for hedengangne "High Fidelity".

Så derfor: Hvorfor negative tomler for ovenstående indlæg? Hvad er det jeg har skrevet, der ikke er 100% faktuelt korrekt?

Bare nysgerrig. Tomlerne er jeg egentlig ligeglad med, men måske kan vi gøre hinanden klogere???

  • 7
  • 2

Så derfor: Hvorfor negative tomler for ovenstående indlæg? Hvad er det jeg har skrevet, der ikke er 100% faktuelt korrekt?

Intet - derfor fik du også en tommel op fra mig; men så længe ing.dk nægter at sætte navne på de tommelfingre, må du acceptere, at de også bruges til at ytre mishag med en person, som man ikke kan lide, eller et synspunkt, som måske nok er rigtigt, men som man ikke ønsker skal komme frem. Når jeg kan få 8 tommel ned for at rette en banal fejl https://ing.dk/artikel/sadan-kunne-ufoer-f... , slipper du da billigt med sølle 2 :-)

  • 7
  • 4

Vil man kunne 3d printe med hule vægge og fylde op med eksempelvis sand?

Ja klart en mulighed. Jeg tror faktisk at 3D print med sand bag ville være særdeles egnet qua den store forskel i akustisk impedans imellem sand og floffy plast med 25% infill. Det ville også være en dejlig provokation i en verden hvor det normalt aldrig kan blive tungt nok. Vær opmærksom på, at du har brug for en stiv forplade så den ikke står og buler som reaktion på den masse du skubber frem og tilbage med membran, svingspole og luft.

Mine hjemmebyggede bafler (dipolhøjttalere) er lavet som en sandwich med massivt træ udvendigt, MDF mellemstykker og MDF bagstykke. I mellemrummet er der fyldt ovntørret sand fra den lokale dyrehandel. Den består "tok-tok" testen.

(Massivt træ pga udseenet, normalt er det et fy-fy materiale da det er ret resonant, men sanden æder så mange vibrationer at det ikke betyder noget.)

  • 3
  • 2

Har forsøgt mig med en modal (resonans) simulering i Fusion 360. Har indsat et constraint på bagpladen, da denne vil være fikseret når højttaler hænger på væggen.

Her rammer vi første mode (hvis det altså passer) et godt stykke oppe i frekvensbåndet. Nemlig ved 877,3Hz.

modal-analysis.png

Hvis der er nogen der er mere velbevandret i at udføre disse simuleringer, kunne det være ganske interessant at udforske dette område yderligere.

  • 1
  • 1

Hej Tue, dine enheder er tunge og vil trække eventuelle svingninger i forpladen ned i frekvens. Du skal nok have dem med i simuleringen, blot for at ramme i nærheden af skiven.

Jeg har ingen erfaring i numerisk modalanalyse af kabinetter. Jeg har til gengæld arbejdet rigtigt meget med kompositter (og dine kabinetter er kompositstrukturer). Dit materiale er både inhomogent og anisotropt, så jeg tror det bliver svært at regne rigtigt med casual FEA i Fusion360.

Jeg ville anbefale analog modalanalyse a.k.a banke på kabinettet med knoerne 😉. (Du kan downloade en spektrum analyser til din smartphone, så kan du måle om din beregnede egenfrekvens svarer til virkeligheden.)

Hvis du syntes det synger for meget, så sæt en afstivende plade imellem front og bagside, sæt den asymmetrisk og skævt så den bryder symmetrierne i frontpladen. Lim den fast med en tyk fuge af elastisk fugemasse eller bare noget tyk dobbeltklæbende tape, jo dødere en limning, jo bedre.

  • 4
  • 2

Gav det lige et hurtigt skud med enheder i, men ændre ikke væsentligt ved resultatet. Mode 1 ligger over 900Hz.

modal-analysis.png

Og "knotesten" gør det umiddelbart også ganske godt. Dog skal der nok lidt dæmpemateriale i inden næste måling.

  • 1
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten