:strip_icc():strip_exif()/u/29425/drkatz.jpg?f=community)
In een queeste om ook eens wat nuttigs toe te voegen aan dit forum, had ik enige tijd geleden besloten om een tutorial te maken over het meten van de Thiele en Small parameters. Nu is de eerste versie eindelijk af. Ik hoop dat jullie er wat aan hebben en mij kunnen helpen deze tutorial nog verder te verbeteren.
veel leesplezier
veel leesplezier
| Voorwoord: |
| Elke luidspreker 'doe-het-zelver' is er wel eens mee geconfronteerd, je krijgt een setje speakers uit vroeger tijden van een of ander vaag familielid dat je al jaren niet meer gezien hebt, omdat hij of zij van zijn troep af moest en gehoord had dat jij 'iets met speakers' deed. Op de een of andere manier worden zo'n speakers altijd enorm enthousiast ontvangen. Niet omdat ze zo goed klinken, niet omdat ze er zo goed uitzien, nee, gewoon om het feit dat een doe-het-zelver in elke aftandse oude speaker een nieuwe Nautilus ziet. Zodra er de mogelijkheid is, worden de speakers aan het zelfgebouwde 19" versterker rack gehangen en vervolgens een half uur lang gemarteld met sinusgolven van elk denkbare frequentie. Soms is de eerste geestdrift nu geremd en worden er manieren bedacht om deze in het bestaande 9.1 systeem te integreren. Als dit echter niet het geval is, dan is dit het moment dat de speaker uit elkaar wordt gehaald in een flits van blinde ontdekkingsfurie. Dan, als de laatste schroef heeft geweken en de lijmresten van de splinterende spaanplaat gescheiden worden, aanschouwt men de schrik van elke doe-het-zelver... Terwijl je koortsachtig de garantie en serienummerstickers van de magneet trekt, in de hoop wat nuttigs te vinden, vrees je voor het ergste. Je probeert nog elk nummer dat je tegengekomen bent op de speaker te vinden bij google, maar het is een verloren zaak. Je zal de Thiele en Small parameters zelf moeten meten. <dramatisch geluid> Voor we verder gaan wil ik nog even kwijt, dat alles wat in dit document geschreven staat, berust op mijn mening. (Typ) fouten zijn onder voorbehoud en (opbouwende) kritiek is altijd welkom. Ook verbeteringen en andere opmerkingen mag je mij altijd laten weten. Stuur wat je te zeggen hebt naar Veel succes met meten, Arjan Houben. |
| Inleiding: |
Voordat je begint met metingen aan je nieuwe aanwinst, is het handig dat je wat inzicht krijgt in de gedachte achter de Thiele en Small parameters. De Thiele en Small parameters zijn ingevoerd door Neville Thiele en Richard Small. De T/S speakers zijn geïntroduceerd om voor elke driver een zo goed mogelijke kast te ontwerpen. Hiervoor hoef je zelf niet veel te kunnen, behalve wat gezond verstand gebruiken en een programma zoals WinIsd. Ook het opmeten van de Thiele en Small parameters stelt niet zoveel voor, maar je krijgt er meer handigheid in naarmate je meerdere metingen hebt gedaan en een beetje vertrouwd raakt met je apparatuur. Ik begin met de standaard methode uit te leggen. Deze methode heb ik zelf ook opgespoord op Internet, onderzocht en geprobeerd te doorgronden. Aan de hand daarvan heb ik een alternatieve methode opgesteld. Aangezien de meeste mensen toch beschikken over een multimeter, kan mijn methode veel sneller zijn dan de klassieke methode. Bij de klassieke methode heb je namelijk een precisie weerstand nodig en een voltmeter. In theorie heb je met mijn methode slechts een Ampère meter nodig. Aangezien Ampère meten een standaard optie op de meeste multimeters, ben je dan snel klaar. Zodra ik mijn eigen methode uitvoeriger getest heb zal ik ook hier een tutorial van maken. Het belangrijkste waar je mee moet beginnen als je gaat meten, is het ijken van je signaalgenerator. Dit kan een los apparaat zijn, of je geluidskaart op je PC. Voor beide methoden geldt dat je jezelf zeker moet stellen dat je output altijd een constant voltage is, ongeacht de frequentie of belasting. Je mag gerust tijdens het meten de output bijstellen, zolang je maar zorgt dat je voor elke meting hetzelfde voltage gebruikt. Als voorbeeld mijn eigen situatie. Ik gebruik een SbLive 5.1 kaart en een ouder model versterker als signaalgenerator. Deze versterker is niet zo goed in het lage segment. Onder de 20Hz zakt de output behoorlijk. Voor goede metingen moest ik het volume op die frequenties dus bijstellen. Dit zijn vaak heel kleine aanpassingen, dus zorg dat je met kleine stapjes kan compenseren. Ikzelf heb dit bereikt door het gebruiken van girder (www.girder.nl) Hiermee kun je het volume regelen in 65536 afzonderlijke stappen! Verdere uitleg over girder en hoe het werkt kun je het beste op het forum van girder terecht. Als je jezelf hebt verzekerd dat je een constante voltage hebt, dan kun je beginnen met meten. Benodigdheden: • 10 Ohms precisie weerstand (R1) • 1 voltmeter (V1) • eventueel nog een extra voltmeter om jezelf te verzekeren van het constante uitgaanssignaal. (V2) • Signaalgenerator (kan ook dus ook een computer zijn met geschikte software)  V2 is alleen voor controle, deze heb je in principe niet nodig voor de metingen. R1 is een vaste waarde, zorg dan ook dat je deze exact weet, anders klopt er niks van je metingen. |
| Meten is weten: |
De meeste multimeters kunnen wel weerstand meten en anders zul je een beetje creatief moeten zijn met U = I * R. Dan heb je wel een voltmeter + ampèremeter nodig, maar je weet dan wel met zekerheid wat je weerstand is. Neem bijvoorbeeld een batterij en sluit deze samen met een ampèremeter in serie aan met de weerstand. Als je nu een voltmeter parallel zet aan de weerstand, dan kun je de weerstand meten door het voltage door de hoeveelheid ampère te delen. De waarde die je dan krijgt noem je RS. Maar zoals gezegd kun je dit ook heel makkelijk meten door een weerstandmeter te gebruiken. In 9 van de 10 gevallen zit deze gewoon op je multimeter. Meet op dezelfde wijze ook de weerstand van de speaker. Pas wel op met hoge voltages en ampères. Teveel gelijkstroom kan schadelijk zijn voor een speaker! Gelijkstroom wordt in de spoel van de speaker omgezet in warmte en dit kan de mantel van de spoel doen smelten. Als dit gebeurt maakt de spoel kortsluiting en is je speaker kapot. Oppassen dus. Ook hier geldt natuurlijk dat je gewoon de weerstandsmeter van je multimeter kan gebruiken, deze is ook zonder risico wat betreft het doorsturen van gelijkstroom. De gemeten waarde noem je RE. Tot zover hebben we de volgende waarden gemeten: • RS = De weerstand van R1. (eenheid: Ohm) • RE = De weerstand van de speaker. (eenheid: Ohm) Nu meten we de hoeveelheid volt waarmee we de metingen gaan uitvoeren. Dit moet ergens tussen de 0,5 en de 1 volt liggen. Meestal geldt, hoe hoger hoe nauwkeuriger, maar dan moet er wel rekening mee gehouden worden dat de speaker aan zijn maximale uitslag (X-max) kan komen. Ook wordt de interferentie met de meetruimte groter naarmate je het volume verhoogt. Probeer hier dus de gulden middenlijn te vinden. Deze ligt meestal ergens rond de 1 volt. Als je bepaalt hebt welk voltage je gaat gebruiken, meet je dit door de voltmater parallel te zetten aan de versterker/signaalgenerator. (zoals V2 in het plaatje) Dit voltage noteer je en noem je VS. Vervolgens kun je volgens U = I * R heel makkelijk berekenen wat de stroom is die over de speaker staat. Hiervoor geldt namelijk VS / ( RE + RS ). De waarde die uit deze berekening komt is je IS. Nu hebben we de volgende nieuwe waarden: • VS = Het voltage dat de bron levert. Moet constant zijn/blijven. (eenheid: Volt) • IS = De stroom die door de speaker loopt in de speaker Vervolgens gaan we de resonantie frequentie meten van onze speaker. Dit doen we door de frequentie van de frequentiegenerator te veranderen, totdat het voltage over de weerstand een minimum bereikt. Afhankelijk van het soort speaker dat je meet, ligt je resonantiepunt hoger of lager. Zo zal een subwoofer een lagere resonantiefrequentie hebben dan een woofer of zelfs een middentoner. Belangrijk is wel dat je speaker geen hinder ondervind van eventuele obstakels. Om je hiervan te verzekeren moet je de speaker zo plaatsen, dat er in een straal van 50 tot 100cm geen objecten zijn. Dit zou je bijvoorbeeld kunnen doen door de speaker aan het plafond te hangen, door middel van een schroef oogje. Er zijn echter ook mensen die zeggen dat je een speaker moet meten in de houding zoals je hem wil gaan gebruiken. Je zou hiervoor dus een "infinite baffle" kunnen gebruiken. Dit is niet veel meer dan een plaat waarin de speaker is bevestigd en in haaks op de vloer bevestigd is. Hoe je de speaker wil meten zul je zelf moeten kiezen, maar je moet er rekening mee houden dat je de waarden moet meten in "Free air". Dus zorg ervoor dat er zich geen obstakels bevinden binnen 50 tot 100cm voor en achter je speaker. Ook is het een goed idee om je metingen in een gedempte stille ruimte te doen. Een speaker werkt namelijk ook als een microfoon, ook al is dit niet gewenst. Elk geluid dat je maakt kan in bepaalde mate je metingen beïnvloeden. Om te meten kun je het beste beginnen bij 10Hz en dan met stapjes van 5hz omhoog gaan. De voltage over R1 zal nu dalen, maar op een bepaald moment weer omhoog gaan. Dit is het punt dat je wil gaan onderzoeken. Je gaat dit punt nu zo nauwkeurig mogelijk vaststellen, door steeds kleinere stapjes te gebruiken, al naar gelang je frequentiegenerator het toestaat. Als je het punt hebt gevonden waarop de waarde zijn minimum bereikt heeft, noteer je deze frequentie in Hz en noem je de verkregen waarde FS. Tegelijkertijd noteer je het voltage dat er op dit moment over de weerstand R1 staat. Deze waarde noem je VM. We voegen de volgende waarden toe: • FS = De resonantiefrequentie van de speaker. (eenheid: Hertz) • VM = het voltage over de weerstand als de frequentie ingesteld staat op de resonantiefrequentie. (eenheid: Volt) Nu hebben we in principe de belangrijkste waarden gemeten. De rest is vooral rekenwerk. We beginnen met uit te rekenen wat de stroom van de speaker bedraagt op zijn resonantiepunt. Hiervoor geldt: IM = VM / RS. De weerstand van de speaker op zijn resonantiepunt is dan: RM = (VS - VM) / IM. We hebben nu: • IM = De stroom door de speaker op zijn resonantiepunt. (eenheid: Ampère) • RM = De weerstand van de speaker op zijn resonantiepunt. (eenheid: Ohm) Dan berekenen we r0. Dit is een waarde die we alleen gebruiken om mee te rekenen. De formule is: r0 = IS / IM. Nu moeten we de -3dB waarden meten. De -3dB waarden staan voor de elektrische eigenschappen die de speaker heeft als zijn response -3dB bedraagt ten opzichte van zijn resonantie punt. De formule voor de stroom en voltage op dit punt zijn respectievelijk: IR = v(IM * IS) en VR = IR * RS. Dat maakt: • r0 = Waarde om mee te kunnen rekenen. (zonder eenheid) • IR = Stroom door de speaker op zijn -3dB punt. (eenheid: Ampère) • VR = Voltage over de speaker op zijn -3dB punt. (eenheid: Volt) Nu kunnen we nog extra waarden meten, zodat we kunnen controleren of onze metingen redelijk zijn. Hiervoor meten we een FL en een FH. Dit zijn punten die gemeten worden, door de frequentie zo af te stellen dat het voltage over R1 gelijk is aan VR. Als het goed is, zijn er 2 van deze punten waarbij het voltage over R1 gelijk is aan VR. Deze liggen vlak boven en vlak onder FS. Om deze reden kun je voor het meten het makkelijkste beginnen op FS en vervolgens de frequentie verlagen totdat het voltage over R1 gelijk is aan VR. De waarde die je vind noteer je in Hertz en noem je FL. Nu verhoog je de frequentie vanaf FS en wederom noteer je het punt waarvoor geldt dat het voltage over R1 gelijk is aan VR. Deze waarde noteer je weer in Hertz, maar ditmaal noem je de waarde FH. Hier houdt je dus de volgende waarden aan over: • FL = Het punt onder FS waarvoor geldt dat het voltage over R1 gelijk is aan VR. (eenheid: Hertz) • FH = Het punt boven FS waarvoor geldt dat het voltage over R1 gelijk is aan VR. (eenheid: Hertz) Dan moeten we tenslotte nog de Q waarden meten. Deze waarden representeren de demping van de conus. Er zijn 3 Q waarden. De mechanische, de elektrische en de totale dempingwaarde. Allereerst de mechanische. De mechanische dempingwaarde geeft aan in welke mate de conus geremd word door de surround. (de rubberen ring om de conus heen die de conus luchtdicht afsluit van het frame) in principe wil je dat deze laag is, want dan heb je geen sterke magneet nodig om de conus te kunnen bewegen en houd je er een gevoelige speaker aan over. Helaas zitten de speaker ontwerpers hier vaak vast aan bepaalde materialen. Rubber kan stug worden naarmate de speaker en dus ook de surround groter word. Zo zie je bijvoorbeeld dat ze bij Adire bij het maken van de Tempest hebben gekozen voor een surround van schuimrubber. Ondanks dat schuimrubber meestal eerder gaat verweren en sneller afbrokkelt. De fabrikant heeft deze afweging meestal niet zonder reden gemaakt en als consument en zelfbouwer zul je dan ook de afweging moeten maken of de meestal beperktere levensduur van een schuimrubberen rand opweegt tegen de nadelen van de rand gemaakt uit rubber. De mechanische dempingwaarde noemen we de QMS en de formule voor de QMS is: QMS = FS * r0 / (FH - FL) Vervolgens hebben we de elektrische dempingwaarde. Deze wordt bepaald door de eigenschappen van de magneet. De keuze van de elektromagneet hangt meestal af van het soort speaker dat de ontwerper wilde maken. Bijvoorbeeld, zeer precies, lange slag, erg krachtig enzovoorts. Ook hier kun je als consument weinig anders aan doen dan een speaker uitzoeken waarvan jij denkt dat hij bij je past. Je kunt doormiddel van filters wel een beetje veranderen aan de weerstand karakteristieken van de speaker, maar je zit toch vast aan de spoel en magneet die de ontwerper heeft uitgezocht. De QES bereken je als volgt: QES = (QMS / (r0 - 1)) * (RE / (RS + RE)) Dan rest ons nog de Totale dempingwaarde, oftewel: QTS. Deze is vooral handig om te zien hoe de speaker in praktijk presteert. Aan de QTS kun je in één oogopslag zien of je speaker geschikt is als gebruik voor hoornspeaker, bass-reflex, gesloten, 4th order bandpass, 6th order bandpass of misschien toch passieve radiator. De QTS bereken je zo: QTS = QMS * QES / (QMS + QES). We voegen toe: • QMS = De mechanische demping. (zonder eenheid) • QES = De elektrische demping. (zonder eenheid) • QTS = De totale demping. (zonder eenheid) Nu rest ons nog de VAS waarde, en dan heb je alle benodigde gegevens om een speaker te kunnen ontwerpen. De VAS waarde is een beetje een vage waarde. In mijn mening is deze het best uitgelegd als volgt: De conus heeft een bepaalde veerkracht. Lucht heeft dit ook. De mate waarin lucht terugveert, hangt af van de hoeveelheid lucht. De VAS van een speaker is de hoeveelheid lucht die dezelfde veerkracht heeft als de speaker. Ik ben bang dat ik niet genoeg kennis van dit onderwerp heb om er meer uitleg aan te geven, dus laat ik maar de methode van meten uitleggen, zodat we tenminste verder kunnen. De VAS meten is iets meer werk dan de rest van onze waarden. Dit komt doordat je de speaker eerst zult moeten monteren in een gesloten doos. Eigenlijk bouw je gewoon een gesloten speaker in zijn meest simpele vorm. Belangrijk is dat je precies weet hoeveel lucht er gevangen zit in het gesloten gedeelte. Deze hoeveelheid (in liters) heb je namelijk nodig om de VAS te berekenen. Ik heb via een plaatje geprobeerd dit schematisch weer te geven.  Het gearceerde gedeelte stelt het gebied voor waarvan je de inhoud moet weten. Zoals je ziet is dit dus afhankelijk van hoe je de speaker monteert op de doos. Belangrijk is dat er geen lucht kan ontsnappen en de doos niet bekleed is met dempingmateriaal. Als je deze opstelling hebt gebouwd ga je opnieuw de FS meten. De methode hiervoor is precies dezelfde als de FS die je eerder hebt gemeten. Als je nu de FS gaat meten, zul je merken dat de resonantiefrequentie veranderd is. Je noemt deze nieuwe frequentie FB. Zodra je zo precies mogelijk weet wat de inhoud van het gearceerde gedeelte is, noteer je dit in liters (dm3) en noem je het VB. Nu kun je de VAS uitrekenen door middel van de volgende formule: VAS = VB ((FB / FS)² - 1) Dus als laatste heb je nog deze waardes verkregen: • VB = Hoeveelheid lucht die gevangen zit in de doos. (eenheid: Liters, dm3) • FB = Resonantiefrequentie van de speaker en doos bij elkaar. (eenheid: Hertz) • VAS = Hoeveelheid lucht die gelijk staat aan de veerkracht van de speaker. (eenheid: Liters, dm3) |
[ Voor 1% gewijzigd door Arjan op 22-01-2004 20:36 . Reden: foutjes bij het 600x copy pasten van deze lap tekst ]
oprecht vertrouwen wordt nooit geschaad
:strip_icc():strip_exif()/u/39287/1.jpg?f=community)
/u/15821/roodgroen.png?f=community)
/u/45193/voodooless_small.png?f=community)
:strip_icc():strip_exif()/u/15049/DC2-icon-klein.jpg?f=community){kind=icon}
van dit topic: Ik denk dat er meer mensen zijn die er in geinteresseerd zijn, en aangezien het nog niet in de faq staat zullen er best mensen zijn die dit topic gemist hebben.
:strip_icc():strip_exif()/u/4103/Logo.jpg?f=community){kind=logo}
alsvast voor de nwe posting
!!!:strip_icc():strip_exif()/u/42559/crop6120373ab6800_cropped.jpg?f=community)
