Lage Tonen

[Duck-Twacy]

Ik heb nooit 100% kunnen begrijpen waarom het weergeven/produceren van heel lage tonen lastig is voor veel luidsprekers?

 

Simpele voorstelling: een membraan trilt met een bepaalde frequentie en slaat daarmee de lucht moluculen aan, die "mee gaan trillen" en een soort ketting reactie veroorzaken met de buur moleculen (door aanstoten of het feit dat er druk verschillen in het gas ontstaan, waardoor de moluculen naar lage drukgebieden bewegen (waarom dan??)). Grotere uitslag => hoger volume (luidheid) van de golf.

 

Zie http://www.haycap.nl/app-c/geluid/geluid.htm

http://www.physicsclassroom.com/Class/sound/u11l1c.cfm

 

 

Nu lijkt me het veel makelijker om een membraan (lees conus) 10 keer per seconde te laten trillen, dan 100 keer, laat staan 1000 keer per seconde. Toch komt er onder een bepaalde frequentie steeds minder laag uit een membraan?

 

Ik vermoed dat het iets te maken heeft met de golflengte, maar helemaal duidelijk is het me niet. Grotere golflengte, heeft wellicht meer luchtverplaatsing nodig om te kunnen ontstaan, dus lukt beter bij grotere conus?? Of grotere uitslag?? Maar dat bepaalt toch ook de geluidsstrerkte.

 

En waarom komt er uit veel grote PA woofers (18" of zo) dan zo weinig laag? (meestal niets onder 40 hz)?

[Pjotr]

Op zijn JBF (JanBoerenFluitjes): Beweeg eens een bierviltje door de lucht en dan eens met dezelfde snelheid een pizzadoos… Voel je het verschil? Een groot oppervlak geeft meer weerstand dan een klein oppervlak en beide geven bij een lage snelheid ook minder weerstand dan bij een hoge snelheid. Ergo een goot oppervlak draagt meer vermogen aan de lucht over dan een klein opervlak.

 

Zonder in formules (zie ook Acoustics van Beranek) te verzanden is dat van die snelheid en oppervlak uit te drukken in akoestisch vermogen.

[Duck-Twacy]

Dat je meer lucht heen en weer moet bewegen om over een golflengte van 10 meter of meer, de lucht aan het trillen te krijgen is nog wel intuitief aan te voelen (hoewel ook intuitef lijkt dat langzamer "trillen" minder moeite kost dan heel snel "trillen").

 

Maar wat gebeurt en nu met die 18" PA woofer onder zijn resonantie frequentie (van zeg 40 hz). Een flinke versterker moet die woofer toch best op 20 hz kunnen laten bewegen? Of wordt dan een bepaalde tegenkracht opgewekt (weerstand) in de ophanging?

[Pjotr]

Ja, dan kom je op de resonantie van de conusmassa en de veerkracht van de ophanging + lucht in de kast. Bij lager wordende frequenties en een gelijkblijvende geluidsdruk (SPL) moet de snelheid evenredig hoger worden en daarmee de conusuitslag kwadratisch hoger.

 

Echter het mechanische resonantie systeem zorgt ervoor dat onder de resonantie de conusuitslag gelijk gaat blijven. En daarmee gaat de SPL kwadratisch afnemen, oftewel 12dB/oct. Wil je dat gaan compenseren dan moet je voor ieder octaaf die je lager wilt gaan onder de resonantiefrequentie er 16x zoveel vermogen in stoppen. Dus ja, met een flinke versterker kom je er dan wel maar je loopt al snel tegen de grenzen van de speaker aan dan.

 

Mijn ervaring in de praktijk is dat niet meer dan een ½ octaaf oprekken realistisch is met een woofer die ook flinke uitslagen kan maken (dat zijn dus géén PA woofers).

[Duck-Twacy]

"Echter het mechanische resonantie systeem zorgt ervoor dat onder de resonantie de conusuitslag gelijk gaat blijven".  Dat regeltje snap ik niet. Krijg je de uitslag onder de resonantie frequentie gewoon niet groter? Het blijft ergens tegen intuitie dat dit soort krachten juist bij lage frequenties een rol spelen.

 

Of is het meer dat de woofer gewoon niet meer de luchtverplaasting (uitslag) kan leveren voor een golflengte een meter of 20 (die luchtverplaasting zal ook wel kwadratich moeten toenemen voor gelijke SPL).

 

 

Anyway (en off topic) dit is ook wel een leuke diy sub http://quint-audio.com/qaudio/files/baumappe_seismic.pdf

[Pjotr]

Je hebt bij een speaker een z.g.n. massaveersysteem. De spreekspoel oefent een kracht uit op de conus. En die kracht duwt zowel tegen de massa van de conus aan als tegen de veerkracht. Bij zo’n resonerend systeem is de massa dominant boven F_res, oftewel die massa is het meeste waar die kracht naar toe gaat. Onder F_res is de veerkracht het meest bepalend en op F_res hebben ze beide evenveel effect.

 

Als je op een massa een kracht gaat oefenen gaat die massa versnellen: a = F/m en dat bepaalt dan de uitslag bij een bepaalde frequentie bij een sinusvormig signaal --> zie verder je mechanicaboek. Onder F_res hou je steeds meer alleen de veerkracht over en dan wordt de uitwijking evenredig met de kracht, oftewel die uitwijking gaat niet meer toenemen bij lager wordende frequentie.

[Duck-Twacy]

Dank voor de uitleg.

 

Een aardig plastische uitleg is ook te vinden in onderstaande link (die ik eigenlijk al kende besef ik).  Helaas is de web pagina niet meer compleet (zonde).

 

http://www.hometheaterhifi.com/volume_5_2/cmilleressayporting.html

 

edit. er is een nieuwere versie van de pagina. 

http://www.hometheaterhifi.com/technical-articles-and-editorials/technical-articles-and-editorials/a-big-dig-into-bass-reflex.html

 

 

 

The variable force (magnitude and direction) added by the suspension, though necessary, mucks up our free-floating simple model where the only force resisting acceleration is provided by the inertia of the moving mass is constant. The force provided by the suspension is not constant by requirement. The force applied by the suspension, and the direction of that force, change with position, corrupting the net force applied to the cone. The more dominant the force of the suspension is, the greater the effect, which is to create a high-pass filter, or rather roll off the low-frequency response of the driver.

You could make a really loose suspension to minimize that effect. But if it�s too loose, it would allow the coil to move into the less linear regions of the magnet structure's magnetic field very easily, letting the motor cause more distortion. If it�s too tight, the speaker can�t reproduce low frequencies. Loudspeaker driver engineers do the best they can to find a compromise that fits the purpose.

There is a point in terms of frequency where the resistance provided by the inertia of the moving mass and that of the suspension are equal. That frequency is the resonant frequency.

Above this frequency, the inertia dominates the resistance to acceleration. At higher frequencies, although the acceleration applied to the cone may be the same, because that force changes direction quickly, the cone travels very little, and so the suspension has very little effect. Remember, the net force of the suspension is proportional to the movement away from the center position.

Below resonance the opposite is true. While the inertia remains the same, as the excursion requirements become greater and greater at any given output level, the influence of the suspension increases.

[Hans van Liempd]

Ik denk dat het grootse probleem van een goede laagweergave in "de andere helft van de luidspreker (de luisterruimte)" zit.

 

[Duck-Twacy]

Dat is eigenlijk  een ander onderwerp Hans (room modes etc). Ik probeer gewoon te begrijpen waarom een (electro dynamiche) luidspreker ("woofer") onder de resonantie frequentie nog zo weinig kan produceren.

[robx]

nou ja begin met een 30 cm woofer met een fs van 25hz of zo in een niet te kleine en wel stevige gesloten kast (of tl) zodat je een rustige roll-off hebt en je komt een eind. nothing left to be desired voor een 50m2 huiskamer.

 

 

 

groet

[Duck-Twacy]

Ik ben al ruim voorzien Rob.

 

Hoewel als ik het over mocht doen, kocht ik gewoon zoiets

http://www.hometheaterhifi.com/subwoofers/subwoofers-reviews/svs-sb13-ultra-subwoofer/all-pages.html

 

of 2 (hoewel mijn zelfbouw kasten een stuk zwaarder wegen dan deze. En dan nog zonder de versterkert)

[Pjotr]

of 2

Op zijn minst en onm die "Andere helft" te temmen een DSP

[robx]

ja ik weet dat je lucht kan verplaatsen haha.

 

 

als ik er weer op los zou gaan : in Klang&Ton stond ooit een mega transmissielijn subwoofer (2 m hoog) met een Visaton tiw 300. je moet 2 van die dingen hebben natuurlijk. hoef je je niet meer af te vragen hoe laag het gaat, en ook niet hoe het laag gaat. hoewel ik vooral sinds de electronica op orde is nooit meer denk dat ik wat mis. maar ja just for the fun of it. 

 

 

nog 1,5 uur wdr4. zo mooi.

 

groet

[Duck-Twacy]

Was dat geen standaard Visaton ontwerp?

http://www.visaton.de/vb/showthread.php?t=4304

 

http://www.visaton.com/en/bauvorschlaege/subwoofer/tl_sub30/bauanleitung.html

 

[robx]

ah ... niet gezien. lijkt me wel fun, maar mijn meuk gaat ook knap diep. en dan krijg je met zoiets rendements- en fase aanpassingen. hm ....

 

maar als ik opnieuw begon (ook qua vriendin ) zou ik all out gaan en deze dingen als basis nemen.

 

 

groet

[Duck-Twacy]

En je kan er later in begraven worden (sick....)

[robx]

ja de mijne zijn qua vorm echt geschikt, beetje proppen.

 

 

 

 

groet

[threshold]

 

En waarom komt er uit veel grote PA woofers (18" of zo) dan zo weinig laag? (meestal niets onder 40 hz)?

 

Omdat deze speakers voornamelijk worden ingezet voor het versterken van muziek. Dus niet voor film. En een kerkorgel of symfonie-orkest hoeven meestal niet versterkt te worden. Maar ook dat zou eventueel nog kunnen en mis je soms het allerlaagste oktaaf.

De laagste toon op een basgitaar is 41,2 Hz. De basdrum wordt meestal tussen 50 en 55 Hz afgestemd. 

De 18inch PA driver moet tussen 50-200Hz een zo hoog mogelijk niveau produceren. Dat is dus een heel ander doel dan de hifi-subwoofer die vooral in een huiskamer effecten moet weergeven in films en van moeder-de-vrouw onzichtbaar moet zijn.

 

Trouwens, fantastische uitleg van Pjotr  . Doet me denken aan een oude leraar (vdWateren).

[spido]

Ik heb nooit 100% kunnen begrijpen waarom het weergeven/produceren van heel lage tonen lastig is voor veel luidsprekers? (...)

 

Beste Duck-Twacy,

 

Alle respect en waardering voor alle deskundige reacties op jouw vraag.

Ik wil er echter, in alle bescheidenheid, toch even op wijzen dat er een - tot dusverre in de reacties onbelicht - verschil bestaat tussen lage tonen (waar jij 't over hebt, en waar alle muziekliefhebbers het altijd over hebben) en lage frequenties (waar alleen technici het over hebben).

 

Sommige muziekliefhebbers hebben zó'n hekel aan slechte weergave van lage muziektonen (die niet alleen zeer lage, maar ook hogere frequenties bevatten!), dat zij maar liever de laagste frequenties daar van wegkieperen.

Want de weergave van juist die laagste frequenties in bastonen stelt de allerhoogste eisen aan de constructie van het luidsprekersysteem.

Zij gebruiken dipool-luidsprekers (electrostaten, magnetostaten, open-ruggetje spreekspoelluidsprekers) die hun baspogingen zelf elimineren via akoestische kortsluiting.

Of ze gebruiken kleine luidsprekers die de laagste frequenties nauwelijks kunnen weergeven.

Wat je niet hoort, dat je niet stoort...

 

Om de laagste audiofrequenties op realistisch niveau en in de juiste verhouding tot hogere frequenties ("recht") te kunnen weergeven, is een grote basunit in een grote behuizing nodig.

En om die laagste frequenties ook nog zuiver en goed (weinig vervorming, weinig na-ijling e.d.) weer te geven, moet de behuizing heel stijf en stevig zijn.

"Een luidspreker is slechts zo goed als zijn behuizing". (Destijds het TransTec/KEF zelfbouwcredo.)

De behuizing moet worden gezien als de natuurlijke voortzetting, uitbreiding en vervolmaking van de luidsprekerunit.

 

Er is veel méér over te schrijven, natuurlijk.

Over de kwaliteit van de seriespoel in de laagsectie van het wisselfilter, in verband met de demping. 

Over de kritische afstemming van reflex-systemen, om ringing zoveel mogelijk uit te sluiten.

Daar zou men boeken over kunnen volschrijven!

 

Gelukkig heeft men dat ook gedaan...

Wie ogen heeft om te lezen, hij leze!

[Duck-Twacy]

Wat ik hier van leer, is dat het toch moeilijker is om een vraag duidelijk te krijgen

 

Voorbeeld erbij dus.

 

We plaatsen een zeer goede woofer, zeg een Aurasound NS18  ( http://www.aurasound.com/products/specialty-audio/drivers-and-transducers/18-inch-subwoofer  ) in een 2 meter dikke zwaar bewapende betonnen (of speksteen) muur (met goede steunberen) van 100 meter breedt en 60 meter hoog aangesloten op een 9000 watt Crown I-Tech T12000-HD ( http://www.crownaudio.com/usa/amplifiers/i-tech-hd-series.html ) in de openlucht. Ondergrond is 100 meter speksteen wat mij betreft

Ergens bij de resonantie frequentie (20hz) gaat het laag afvallen (2e orde vemoed ik).

 

Mijn vraag was waarom. Een konus 10 keer per seconde heen en weer laten bewegen is toch makkelijker dan diezelfde konus 100 keer per seconde te laten bewegen?

 

Inmiddels heb ik wel ongeveer een idee waarom dit is. Een geluidsgolf met een grote golflenge vraagt veel meer lucht verplaatsing om op te bouwen (waarom dat is, is weer een andere vraag). maar er zitten grenzen de luchtverplaatsing, want de tegenkrachten van de ophanging worden steeds groter. (zie Pjotr zijn verhaal en de link die ik aanhaalde).

[Pjotr]

..................

 

Mijn vraag was waarom. Een konus 10 keer per seconde heen en weer laten bewegen is toch makkelijker dan diezelfde konus 100 keer per seconde te laten bewegen?

 

Inmiddels heb ik wel ongeveer een idee waarom dit is. Een geluidsgolf met een grote golflenge vraagt veel meer lucht verplaatsing om op te bouwen (waarom dat is, is weer een andere vraag). maar er zitten grenzen de luchtverplaatsing, want de tegenkrachten van de ophanging worden steeds groter. (zie Pjotr zijn verhaal en de link die ik aanhaalde).

Neen!

 

Dat is omdat de massa van de conus bij 100 Hz (dat is dus ruim boven Fs) moeilijker heen en weer te krijgen is dan bij 10 Hz. De tegenkrachten van de ophanging gaan pas een rol spelen <= Fs.

 

De acoustische belasting speelt wel een rol maar is heel erg klein ten opzichte daarvan (ca. 1% - 2%).

[Duck-Twacy]

Misschien dat ik het iets uit te losse pols schreef, maar onderstaande (al eerder aangehaalde) quote kan ik min of meer volgen:

 

There is a point in terms of frequency where the resistance provided by the inertia of the moving mass and that of the suspension are equal. That frequency is the resonant frequency.

Above this frequency, the inertia dominates the resistance to acceleration. At higher frequencies, although the acceleration applied to the cone may be the same, because that force changes direction quickly, the cone travels very little, and so the suspension has very little effect. Remember, the net force of the suspension is proportional to the movement away from the center position.

Below resonance the opposite is true. While the inertia remains the same, as the excursion requirements become greater and greater at any given output level, the influence of the suspension increases.