Crossfrequentie In Een Drieweg Systeem

[leobus]

Hallo,

 

Mijn zelfbouw speakers zijn zg drieweg systemen. Nu heb ik een vraagje over hoe je de aansluiting van het laag op het midden het beste kunt doen.

De speaker waar ik alles een beetje van heb afgekeken, kapt de middentoner aan de onderkant af met een condensator, waar ook nog een weerstand van 18 ohm parallel over heen staat. De woofer is begrensd met een spoel van 3.9 mH (8 ohm unit). De woofer staat daarbij omgepoold aangesloten.

Je kunt natuurlijk de middentoner onderin niet begrenzen en dan de woofer eerder afkappen. Ik zou mij voor kunnen stellen dat dan het midden en het midden hoog ( hij loopt door tot 5500 hz ) beinvloed worden door de grote uitslagen bij lagere tonen (Doppler effecten). Aan de andere kant kun je dan wel een condensator weg laten uit de signaalweg.

Wat zou jullie voorkeur hebben? Ik heb een poosje gedraaid zonder condensator en in fase, maar wel met de 3.9 spoel op het laag. Dat werd mij toch te boemerig. Misschien had ik een spoel van ca 10 mH moeten nemen. Ik schat de middentoner op zijn slofjes tot ca 60 hz meedoet. Helaas kan ik niks meten.

 

Groet,

 

Leobus

[andromedaaudiodesign]

Meten is weten leobus , er zijn ontelbare configuraties mogelijk in een filter , hangt af vd kast gebruikte units etc etc

[spido]

Beste Leobus,

 

(...) De speaker waar ik alles een beetje van heb afgekeken, kapt de middentoner aan de onderkant af met een condensator, waar ook nog een weerstand van 18 ohm parallel over heen staat. De woofer is begrensd met een spoel van 3.9 mH (8 ohm unit). De woofer staat daarbij omgepoold aangesloten. (...)

 

Het ziet er naar uit dat jouw filter een eerste orde type is (6 dB per octaaf àf en òp).

De weerstand van 18 Ω dient om de middentoner zwakjes (tot max. -10 dB verzwakt) te laten doorwerken in het lagetonen gebied: het is een soort verzwakkende overbrugging van de condensator (het high-pass filter).

 

Je gaf de waarde van de serie-condensator voor de middentoner niet op. Klopt het dat die ongeveer 60 µF is?

De waarde van de seriespoel voor de woofer doet vermoeden dat het kantelpunt bij ongeveer 350 Hz ligt.

 

Je stelt dat de woofer omgepoold is aangesloten. Dat is zeer ongebruikelijk. Het zou betekenen, dat jouw woofer in tegenfase staat met andere woofers, die je wellicht in dezelfde ruimte zou willen gebruiken, waardoor de bas wordt uigedoofd.

Probeer het eens uit met een 1,5 V batterijtje. + van speaker op + van batterij, - van speaker op - van batterij. Als de conus naar voren beweegt, is de woofer niet omgepoold, en dat is goed.

(Dan klopt ook de "absolute fase" - de fase van de speaker is gelijk aan de fase van het signaal - en dat is van groter belang dan velen beseffen, aangezien lucht zich "single-ended" gedraagt.)

 

Ompoling van de woofer is al vreemd, maar ompoling ("in tegengestelde fase" aansluiten) van de middentoner en/of de tweeter zou dat in een eerste orde systeem eigenlijk óók zijn.

In principe kan in een eerste orde systeem alles "in dezelfde fase" worden aangesloten ("Unifase": alle minnen van de units direct aangesloten op de - van de versterkeruitgang.)

 

Het wegnemen van het high-pass filter van de middentoner kan problemen opleveren: de middentoner kan overbelast worden (veel basenergie) en de samenwerking van woofer en middentoner kan tot een te vette, te luide (+ 3 dB) weergave in het gebied van pakweg 100 - 400 Hz leiden.

 

Als je de middentoner filterloos wilt aansluiten, kun je overwegen hem in een heel krappe middentoner-behuizing te zetten. De kleine luchtmassa in het kastje werkt dan als een lineaire rem (acoustic suspension): deze grijpt sterker aan, naarmate de frequentie daalt en de conusuitslagen groter zouden worden. Een pneumatische "capaciteit" die in de praktijk overeenkomt met de elektrische werking van een condensator.

 

Alleen houd je dan wel die elektrische en mechanische (over)belasting van de middentoner, die stress (en dus ook delayed release; een vorm van memory distortion) in de bewegende delen en in de samengeperste/uitgerekte luchtmassa opgezamelde energie) veroorzaakt.

[kappa7]

Hoi Leo,

 

Leuk dat je nog steeds bezig blijf ondanks dat je speaker toch al erg goed klonk.

 

Misschien wel even handig om toe te voegen dat de bas speaker in een eigen behuizing zit waar bij de speaker zelf aan de achterkant van de behuizing zit.

Zelf zou ik er in dat geval de voorkeur aan geven om dan de midden toner zo laag mogelijk door te laten lopen maar dan moet deze wel een mooie frequentie respons hebben.

Heeft deze dat niet dan eerder afkappen die handel.

 

Voor de rest laat ik het dan aan de experts over waar toe ik mij niet echt reken.

 

Groetjes George

[leobus]

Inderdaad George,

 

Misschien wat te weinig info gegeven. Hierbij wat meer. Wat ik heb proberen te klonen is de Verity Parsifal. Dat is een monitor bovenop een baskast. De monitor wordt ook los verkocht en is een tweewegsysteem met een 4ohm Scanspeak revelator tweeter en een 15 cm Audio Technology mid/woofer. De exacte uitvoering daarvan is onbekend, maar is wel 8 ohm. Ik heb een underhung type met Kapton spoeldrager. De orginele is zeker ook underhung. De kast is ca 7 liter en heeft een poortje.

In de baskast zit een 8 ohm woofer in een basreflex systeem. Die straalt inderdaad naar achteren. De poort ook.

Nu weet ik van een ander type van Verity met een min of meer vergelijkbare monitor ( alleen een 8 ohm tweeter) de samenstelling van het filter. Daar wordt de middentoner onderin afgekapt met een 100 uF condensator met daarop parallel de 18 ohm weerstand. Overigens zit de condensator met weerstand in de baskast, die met jumpers is doorverbonden met de topkast. De tweeter ziet de condensator met weerstand dus ook. De bas wordt aan de bovenkant begrensd met een 3.3 mH spoel. De bovenkast inclusief het filter onderin en de onderkast staan uit fase aangesloten.

Nu dacht ik dat de 4 ohm tweeter roet in het eten gooit als ik alles copieer. De topkast is dan immers geen 8 ohm meer. Voor het laag kon ik toenderijd geen 3.3 spoel krijgen, dus heb ik 3.9 voor de basunit genomen.

Tot zover de nadere info. Hopelijk komt iemand met nadere info. Van Spido heb ik inmiddels begrepen dat het afkappen van de midunit een goede zaak is. Het uit fase zetten vindt hij vreemd. Verity doet dat echter wel en met prachtige resultaten, weet ik uit ervaring en van vele anderen met diezelfde ervaring.

 

Groet,

 

Leobus

[kappa7]

Het uit fase zetten van de basunit zal natuurlijk alles te maken hebben met het fysiek om draaien van de basunit zelf.

Door dat deze naar achter kijkt en dus omgedraaid in de kast zit zal deze dus in fase staan met de midden toner lijkt mij zo.

Even daar gelaten wat de looptijd verschillen zijn door dat deze niet op een lijn liggen.

 

Groetjes George

[threshold]

Het uit fase zetten van de basunit zal natuurlijk alles te maken hebben met het fysiek om draaien van de basunit zelf.

Door dat deze naar achter kijkt en dus omgedraaid in de kast zit zal deze dus in fase staan met de midden toner lijkt mij zo.

Even daar gelaten wat de looptijd verschillen zijn door dat deze niet op een lijn liggen.

 

Groetjes George

 

Dat heeft er ook mee te maken. Het looptijdverschil (de zogen. Groupdelay) tussen de basspeaker en de middentoner wordt zo opgevangen door het faseverschil. Maar uiteindelijk is het eindresultaat een optelsom van nog veel meer frequentieafhankelijke delays (fase of groupdelay, of hoe je het ook noemt).

Zoals je wellicht begrijpt, of niet, is een luidspreker een omzetter van electrische energie via bewegingsenergie naar akoestische energie. Alle drie " werelden" kun je omzetten in 1 en hetzelfde rekengebeuren. Men heeft gekozen om dat in het electrische domein te doen. De hele luidspreker kun je dus zien als een nogal complex electrisch filter, waarbij bijvoorbeeld ook de basreflex als een schakeling van spoel, condensator en weerstand gezien kan worden. Je kunt je voorstellen dat al die componenten zorgen voor frequentieafhankelijke tijdsvertragingen en dus de fase enigszins draaien. Iets wat electrisch lijkt op een 6 dB/Okt. filter is dat akoestisch gezien meestal niet, omdat de woofer bijvoorbeeld de fase bij de overnamefrequentie al heeft gedraaid. Daar komt het filter dan nog eens bij. Rond de resonantiefrequentie draait het helemaal veel, vooral als er ook nog een bassreflex in het spel is. Voor een laag aangekoppelde middentoner geldt dan, dat de fase al reeds flink gedraaid is omdat je in de buurt van de resonantiefrequentie komt. Dit is de reden, dat je bij 6dB filters een ompoling ziet, omdat het akoestisch meer op een tweede orde (12dB) filter lijkt. Anders dooft de ene speaker de ander uit en krijg je te hevige interferentie.

Zomaar een condensator in serie doen met een middentoonspeaker is niet slim. Rond de resonantiefrequentie heeft de middentoner een veel grotere weerstand, en door de spanningsdeling met de condensator krijgt de middentoner rond de resonantiefrequentie ineens weer veel meer laag, en dan ook nog eens flink in fase gedraaid. Je moet dus ver uit de buurt van die frequentie blijven. Soms, en vooral bij eerste orde filters, wordt de impedantie-piek gecompenseerd door een netwerkje parallel over de midentoner en dan gaat het wel goed.

De condensator wegaten bij zo'n klein drivertje van 15cm. lijkt me helemaal niet slim. Dan krijgt dit drivertje alle lage frequenties voor z'n kiezen en dat betekent te veel harmonische vervorming, ook in het middengebied. Je grote box klinkt dan nog als een klein boekenplank-dingetje! Over Doppler vervorming zou ik me nog als laatste druk maken!

Een tweeter van 4 Ohm nemen in plaats van 8 Ohm betekent ook, dat je de waarde van de filteronderdelen moet verdubbelen of halveren. Of er met een weerstand van 4 Ohm in serie weer een 8 Ohm tweeter van maken, waarbij wel het rendement met 3dB is gedaald.

Experimenteren met drivers is weliswaar niet zo simpel, maar ik zou je toch wel aanmoedigen ermee door te gaan, want het wel heel erg leerzaam en je leert hoe iets klinkt en waarom!!!

Dus veel succes en blijf gewoon vragen!

[Seed7]

 

Zomaar een condensator in serie doen met een middentoonspeaker is niet slim. Rond de resonantiefrequentie heeft de middentoner een veel grotere weerstand, en door de spanningsdeling met de condensator krijgt de middentoner rond de resonantiefrequentie ineens weer veel meer laag, en dan ook nog eens flink in fase gedraaid. Je moet dus ver uit de buurt van die frequentie blijven. Soms, en vooral bij eerste orde filters, wordt de impedantie-piek gecompenseerd door een netwerkje parallel over de midentoner en dan gaat het wel goed.

 

Twee resonantie pieken (een beetje door de weerstand gedempt) want we hebben het met een "basreflex middentoner" te maken, kortom 5e orde systeem. Feitelijk drie filtersecties, driver in kast + bas pijpje plus filter, moet samen een nette overdachtsfunctie leveren. Kan wel met veel rekenwerk en om alles in balans te houden moet de "sub" een zelfde orde laagdoorlaat hebben (5e orde Butterworth).

[spido]

(...) De weerstand van 18 Ω dient om de middentoner zwakjes (tot max. -10 dB verzwakt) te laten doorwerken in het lagetonen gebied: het is een soort verzwakkende overbrugging van de condensator (het high-pass filter). (...)

 

Bovenstaande schreef ik in een eerdere bijdrage aan dit topic.

Maar er is toch iets wonderlijks aan de hand met deze schakeling, dunkt me.

En dat zit 'm in de fase-opdracht die de middentoner in z'n sub-bereik krijgt van enerzijds die weerstand, en anderzijds die condensator.

 

De verzwakking door de weerstand in het bereik onder de wisselfrequentie heeft geen invloed op de fase, maar de condensator verandert de fase wel - afhankelijk van de frequentie.

Het resultaat kan zijn dat bij bepaalde frequenties de weerstand (overeenkomstig het originele signaal) tegen de woofer zegt: "Naar voren!", terwijl de condensator het commando geeft "Naar achteren!"

Lijkt wel wat op een conflictueuze opvoedingssituatie, waarin vader en moeder hun kind verschillende dingen toestaan en verbieden...

[leobus]

Hallo Spido,

 

Nu heb ik niet zo veel verstand van filters, maar volgens mij draait een condensator het signaal slechts 90

[spido]

Beste Leobus,

 

De condensator draait de fase inderdaad slechts 90

[threshold]

Bovenstaande grafieken van Spido verklaren heel goed wat er gebeurt met een theoretisch eerste orde filter. Condensator of spoel draaien inderdaad de fase 90 graden (allebei de andere kant op, hoe gek dat ook mag klinken). Maar we kijken niet puur naar de spanning over de condensator of spoel, maar naar die over de luidspreker, die in het grafiekje van "breem" wordt gedacht als een pure weerstand. Bij de wisselfrequentie is de verzwakking van het signaal 3dB, daarbij is de spanningsval over de condensator gelijk aan die over de luidspreker. De totale fase is dan 45 graden. Bij nog hogere frequenties neemt de condensator het grootste deel van de spanningsval over zich en draait de fase richting 90 graden.

Bij de wisselfrequentie zien we dat het signaal over de tweeter en die over de woofer beiden 45 graden gedraaid zijn. Omdat de woofer met z'n spoel in serie de fase precies andersom draait (stroom loopt 90 graden achter op de spanning) dan de tweeter in serie met de condensator (waardoor eerst stroom moet lopen om de spanning op te drijven, dus spanning loopt achter op de stroom), is het verschil 90 graden. Dit verschil blijft ca. 90 graden over het hele frequentiegebied. Deze 90 graden faseverschuiving zorgt voor een uitdovingseffect van 3 dB.

Het probleem is nu dat de luidspreker niet als weerstand gezien kan worden, tenzij het een bandtweeter o.i.d. is. De speaker heeft ook zelf een fasedraaing, vooral als die al wat afvalt in het hoog (bij een woofer) of in het laag (bij een tweeter). Je moet dus nog helemaal in het lineaire gebied zitten van de luidsprekers bij dergelijke filters, want anders krijg je al snel veel ergere uitdovingseffecten dan die 3 dB. Daarom zie je bij, wat electrisch een eerste orde filter is, toch een ompoling van de tweeter, omdat het totale faseverschil tussen woofer en tweeter eerder richting 180 graden gaat bij de wisselfrequentie. Men zegt dan dat het " akoestisch" een tweede orde filter is.

En het leuke is dat het allemaal klopt als je de frequentiekarakteristieken erbij haalt. In een akoestisch 2de orde filter vallen de drivers ook met ongeveer 12dB/okt af en klopt de bijbehorende fasedraaing. M.a.w.: zie je dat een kale driver van zichzelf sterk afvalt in het hoog, dan mag je daar ook alvast de bijbehorende fasedraaiing bij denken. Dus valt een Dynaudio mid-woofer met 18dB/okt af boven een bepaald gebied, dan draait hij daar de fase ook wel zo'n beetje richting 270 graden, als een 3de orde filter. Met een condensator in serie heb je dan ineens akoestisch gezien een 4de orde filter, die zich kwa fase ook zo gedraagt. De claim van Dynaudio dat ze alles slechts met 1ste orde filters doen geldt alleen voor het electrische domein. In werkelijkheid zijn dit vaak helemaal geen echte 1ste orde luidsprekers, waardoor ze vaak ook hun tweeters moeten ompolen.

Nu is dit allemaal niet zo erg als sommigen beweren. Van zo'n electrisch eerste orde filter, die in het geheel (akoestisch) een tweede orde filter is, worden ook veel lovende dingen gezegd. Dat ze een blokgolf vervormd weergeven geeft dan niet, omdat ons gehoor ook niet een blokgolf kan waarnemen. Dat hoeft ook niet, want dergelijke geluiden komen niet voor in de natuur. Ons gehoor werkt nu eenmaal niet digitaal, het sampled niet maar kent ca. 200 afgestemde filtertjes die geluiden binnen bepaalde frequentiebereikjes in de tijd kunnen volgen. Het gehoor knipt dus in frequentiebandjes, niet in tijdsnippers (samplen). Het kan dus ook geen blokgolf construeren in de hersenen.