Portoptimering bortom radier

[paa]

.... Bezzola simulerar sig via FEM mycket elegant fram till hur den ska se ut för cirkulära portar.
...

Kan du förklara varför 57mm 59mm och 61mm portarna som Bezzola presenterar i sin avhandling skiljer sig så mycket i utförande och resultat. Dom är ju inte likformigt skalade, varför?
Jag tycker vidare att den dubbelsidiga simuleringen som du visar av en dubbelsidig optimerad slitsport ser väldigt lik ut som den runda 59mm porten som Bezzola visar i sitt dokument, skiljer det inte mer på snittvyn när expansionen görs i ett plan, jämfört med runt ett cirkulärt tvärsnitt, eller blir det helt enkelt så?
Den dubbelsidiga har sina vinklar på ca 2x10 grader och den enkelsidiga en vinkel på ca 12 grader, vilket borde betyda att den dubbelsidiga expansionen kommer att vara kortare, vilket kanske vore en fördel i många fall?
För övrigt är väl en tanke som kommit fram i tråden, att det kunde vara intressant med en lite förenklad variant av den optimerade (till skillnad från tokoptimerade) slitsporten som är betydligt enklare att tillverka, men som kan uppnå kanske 80-90 procent av kapaciteten hos den tokoptimerade versionen?
Till sist en enkel fysikfråga, hur många dB på ljudtrycket motsvarar en fördubblad kapacitet i basporten?

[I-or]

Jag kollade på (ritade upp) 10 graders expansion och 3x h och jag ser jag praktiska svårigheter med detta då de expanderade sektionernas längd ökar så markant att längden av den sektion utan expansion helt försvinner eller tom. att de expanderande sektionerna överlappar varandra, alternativt att det driver portlängden bortom rimliga gränser sett till tvärsnittsarean (avstämningen påverkas).

I vissa fall kan inte ens två portar ta hem detta så det givna sättet att angripa detta blir att minska h för sektionen utan expansion så mkt som möjligt (>7mm) samt öka portens bredd så mkt som då behövs för att hämta hem arean i förhållande till längden (avstämningen), bekymret som följer på detta blir då istället att slitsportens bredd (eller höjd) driver lådans mått på ett vis som endas Salvador Dali skulle känna sig bekväm med.

Vad jag vill ha sagt är att risken för praktiska svårigheter ökar markant med minskad expansionsvinkel och ökat h-förhållande för mynningen, men detta kanske är vad som krävs i denna förenklade modell, frågan jag vill ställa är hur avgörande det är med exakt dessa förutsättningar, finns här utrymme för vidare kompromisser givet användbarheten?

Ja, man får fundera en del på hur man får till det på bästa sätt och det blir naturligtvis knepigare om man har formgivningsmässiga begränsningar för dimensionerna.

[I-or]

.... Bezzola simulerar sig via FEM mycket elegant fram till hur den ska se ut för cirkulära portar.
...

Kan du förklara varför 57mm 59mm och 61mm portarna som Bezzola presenterar i sin avhandling skiljer sig så mycket i utförande och resultat. Dom är ju inte likformigt skalade, varför?
Jag tycker vidare att den dubbelsidiga simuleringen som du visar av en dubbelsidig optimerad slitsport ser väldigt lik ut som den runda 59mm porten som Bezzola visar i sitt dokument, skiljer det inte mer på snittvyn när expansionen görs i ett plan, jämfört med runt ett cirkulärt tvärsnitt, eller blir det helt enkelt så?
Den dubbelsidiga har sina vinklar på ca 2x10 grader och den enkelsidiga en vinkel på ca 12 grader, vilket borde betyda att den dubbelsidiga expansionen kommer att vara kortare, vilket kanske vore en fördel i många fall?
För övrigt är väl en tanke som kommit fram i tråden, att det kunde vara intressant med en lite förenklad variant av den optimerade (till skillnad från tokoptimerade) slitsporten som är betydligt enklare att tillverka, men som kan uppnå kanske 80-90 procent av kapaciteten hos den tokoptimerade versionen?
Till sist en enkel fysikfråga, hur många dB på ljudtrycket motsvarar en fördubblad kapacitet i basporten?

Bezzola visar bara vilka resultat som de olika formerna leder till. Endast 59-mm-versionen är optimerad.

Den generella formen för optimal expansion blir likartad om än inte identisk för slitsportar och cirkulära portar. Som framgår i Bezzolas rapport är det ganska liten skillnad i prestanda mellan 57- och 59-mm-portarna, trots att formen skiljer sig ordentligt. Här framgår det tydligt att det är bättre att kröka formen för mycket än för lite längst ut mot mynningen.

Den dubbelsidiga expansionen är alltid att föredra p.g.a. minimerad turbulensrisk och blir även kortare än den enkelsidiga.

Med en mer konstant vinkel för expansionen tappar man en hel del brusprestanda, man får nöja sig med kanske 3-5 dB lägre ljudtrycksnivå relativt den tokoptimerade dubbelsidiga expansionen när pipresonansbruset blir mer tydligt hörbart, men om portarean är stor (d.v.s. strömningshastigheten relativt låg) så kan detta ändå vara hanterligt. Det är dock inte alltför svårt att böja en tunn skiva (med lämpliga förstyvningar på baksidan) om man vill ha till en optimal form utan att behöva slipa ihjäl sig med skivorna.

Dubbla flödet i porten motsvarar 6 dB högre ljudtrycksnivå.

[Chris71]

I-or

Om man har för avsikt både att bygga för ett acceptabelt resultat och samtidigt kunna laborera och mäta skillnader, gör jag bort mig om jag bygger med en helt rak (rektangulär) port för att sedan manipulera flödet med halva ovaler som kan placerats i slitsen.

Har tidigare byggt dubbelexpanderande slitsar med tillfredställande resultat, men skulle själv vilja få möjligheter att modulera slitsen genom att olikt formade "inlägg" i form av halva ovaler längst sidorna och en oval mitt "refug". Är det bara en överambitiös aktivitet utan större vinster eller kan det finnas goda erfarenheter att göra?

Chris

.... Bezzola simulerar sig via FEM mycket elegant fram till hur den ska se ut för cirkulära portar.
...

Kan du förklara varför 57mm 59mm och 61mm portarna som Bezzola presenterar i sin avhandling skiljer sig så mycket i utförande och resultat. Dom är ju inte likformigt skalade, varför?
Jag tycker vidare att den dubbelsidiga simuleringen som du visar av en dubbelsidig optimerad slitsport ser väldigt lik ut som den runda 59mm porten som Bezzola visar i sitt dokument, skiljer det inte mer på snittvyn när expansionen görs i ett plan, jämfört med runt ett cirkulärt tvärsnitt, eller blir det helt enkelt så?
Den dubbelsidiga har sina vinklar på ca 2x10 grader och den enkelsidiga en vinkel på ca 12 grader, vilket borde betyda att den dubbelsidiga expansionen kommer att vara kortare, vilket kanske vore en fördel i många fall?
För övrigt är väl en tanke som kommit fram i tråden, att det kunde vara intressant med en lite förenklad variant av den optimerade (till skillnad från tokoptimerade) slitsporten som är betydligt enklare att tillverka, men som kan uppnå kanske 80-90 procent av kapaciteten hos den tokoptimerade versionen?
Till sist en enkel fysikfråga, hur många dB på ljudtrycket motsvarar en fördubblad kapacitet i basporten?

Bezzola visar bara vilka resultat som de olika formerna leder till. Endast 59-mm-versionen är optimerad.

Den generella formen för optimal expansion blir likartad om än inte identisk för slitsportar och cirkulära portar. Som framgår i Bezzolas rapport är det ganska liten skillnad i prestanda mellan 57- och 59-mm-portarna, trots att formen skiljer sig ordentligt. Här framgår det tydligt att det är bättre att kröka formen för mycket än för lite längst ut mot mynningen.

Den dubbelsidiga expansionen är alltid att föredra p.g.a. minimerad turbulensrisk och blir även kortare än den enkelsidiga.

Med en mer konstant vinkel för expansionen tappar man en hel del brusprestanda, man får nöja sig med kanske 3-5 dB lägre ljudtrycksnivå relativt den tokoptimerade dubbelsidiga expansionen när pipresonansbruset blir mer tydligt hörbart, men om portarean är stor (d.v.s. strömningshastigheten relativt låg) så kan detta ändå vara hanterligt. Det är dock inte alltför svårt att böja en tunn skiva (med lämpliga förstyvningar på baksidan) om man vill ha till en optimal form utan att behöva slipa ihjäl sig med skivorna.

Dubbla flödet i porten motsvarar 6 dB högre ljudtrycksnivå.

[I-or]

Visst kan man göra detta som ett hobbyprojekt om man tycker att det är kul, men vi vet redan hur den optimala formen ser ut. Teori och lyssningstest korrelerar väl. En mot mynningen långsamt minskande krökningsradie kommer att fungera alldeles utmärkt.

Om jag har förstått dig rätt angående vad du planerar är det för övrigt långt ifrån lika effektivt att expandera porten i breddriktningen som i höjdriktningen.

[paa]

Samtidigt kan man se att TAD R1 har en slitsport som är böjd i sidorna.
Den är naturligtvis inte helt optimalt utformad, men att kalla den för ett hobbyprojekt kanske är att ta i?

[I-or]

Den där porten är horribelt utformad, speciellt på insidan. Tvärsnittsarean ser dock ut att vara ganska stor, så det är möjligt att TAD har lyckats dölja svagheterna någorlunda.

Det är alldeles för många företag inom HiFi-området som sysslar med helt andra saker än vetenskap.

[Chris71]

Visst kan man göra detta som ett hobbyprojekt om man tycker att det är kul, men vi vet redan hur den optimala formen ser ut. Teori och lyssningstest korrelerar väl. En mot mynningen långsamt minskande krökningsradie kommer att fungera alldeles utmärkt.

Om jag har förstått dig rätt angående vad du planerar är det för övrigt långt ifrån lika effektivt att expandera porten i breddriktningen som i höjdriktningen.

Jag har förstått ungefär så mycket så det var ju lite att bekräfta min egna misstanke, men det var ett halmstrå efter att min testport som kunde justeras lite på höjden visade sig vara bräcklig och komplicerad så det kändes som ett attraktivt alternativ.

[tordnilsson]

Samtidigt kan man se att TAD R1 har en slitsport som är böjd i sidorna.
Den är naturligtvis inte helt optimalt utformad, men att kalla den för ett hobbyprojekt kanske är att ta i?

[ Bild ]

"The bass reflex port utilizes the design concept of the compression driver and horn, seen in the TAD systems used by professionals. It features an aerodynamic port system based on the theory of precise fluid design. Its performance is such that it produces absolutely no air noise, even when the woofer unit is driven at the limit of its excursion range. Superb control of air flow and pressure inside the port greatly contributes to the realization of deep bass reproduction with unprecedented clarity."

Jag brukar säga: - det finns alltid en svår lösning på ett enkelt problem... även kallat "invecklingsstört"

[I-or]

Det där var t.o.m. med HiFi-mått en hutlös rappakalja. Om man inleder med att "basreflexporten utnyttjar konstruktionskonceptet för kompressionsdriver och horn..." så kopplar åtminstone min hjärna på bludderfiltret för det övriga. Det man kan utläsa ur mätresultaten är att avstämningsfrekvensen är ca 25-30 Hz (beroende på om man utgår ifrån toppen i ljudtrycket från porten eller minimum för konförskjutningen - det senare är vanligast):

TAD R1.jpg (24.77 KiB) Visad 619 gånger

Som synes en medioker frekvensgång och relativt låg känslighet, men distorsionen är låg:

TAD R1 THD.jpg (26.81 KiB) Visad 619 gånger

Portens tvärsnittsarea är vid närmare påseende inte bara stor, utan enorm, så de extremt låga strömningshastigheter som detta leder till medför att porten inte hade givit ifrån sig tydligt hörbara missljud hur man än hade gjort.

[martinsson]

Jag känner mig manad att ställa frågan igen, kan vi enas om en förenkling som funkar för enkelsidig och dubbelsidig expansion av slitsportar, jag ser just nu två alternativ.

Alternativ 1
2h i mynnignen, 15graders expansion.

Alternativ2
3h i mynningen, 10graders expansion.

För dimensionering av h.
Sträva efter minsta möjliga värde givet vad konstruktionen medger (avstämning, lådmått), dock ej under 7mm.

[Johan_Lindroos]

Varför vill du att vi ska enas om en ensam designregel för något som är två olika fall som kräver varsin designregel?

[I-or]

Det visar sig att det går att få en enkelsidig rakväggig expansion att fungera rimligt väl med en vinkel mellan ca 10 och 15 grader. Det viktigaste är att rundningarna i portmynningen har en bra form. Höjdkvoten för expansionen avgörs av hur mycket plats man har för portens längd och vilket flöde man har. Oftast är det ganska lagom med ca 3 gånger.

Dubbelsidig rakväggig expansion ger hälften så stora vinklar.

Nedan framgår hur mynningsrundningarna bör vara utformade:

DFT port.png (75.52 KiB) Visad 503 gånger

[sammel]

Fin bild I-or,den skulle man skriva ut o rama in,
nåja har i alla fall skrivit ut den
Tack så mycket.

[I-or]

Ja, FEM-beräkningen gäller en form av CFD (Computational Fluid Dynamics), vilket av belackarna inte sällan brukar kallas för Colorful Fluid Dynamics.

Det är alltså partkelhastigheten som beskrivs av färgskalan och isohastighetskurvor som går på tvären i porten (svarta strömlinjer inlagda för att det ser lite kul ut).

[paa]

Ja, FEM-beräkningen gäller en form av CFD (Computational Fluid Dynamics), vilket av belackarna inte sällan brukar kallas för Colorful Fluid Dynamics.

Det är alltså partkelhastigheten som beskrivs av färgskalan och isohastighetskurvor som går på tvären i porten (svarta strömlinjer inlagda för att det ser lite kul ut).

Är isohastighetskurvorna lika för hela cykeln av en våglängd, dvs när luften rör sig utåt likaväl som inåt?

[I-or]

Simuleringen gäller för det tydligt laminärdominerade området, varför strömningen är densamma för undertryck och övertryck i porten. Det är alltså exakt samma luftmolekyler som rör sig fram och tillbaka. Virvelavlösning med påföljande blandning av molekylerna får man först när strömningshastigheten blir mycket hög. Detta utnyttjas för övrigt ibland för elementkylning i PA-sammanhang, då laminär strömning inte är en fungerande lösning för att ventilera bort den varma luften.

Vad man ser i de vackra CFD-bilderna är inte turbulens i sig, utan turbulensrisk i områden, där både isohastighetskurvorna är alltför krökta och strömningshastigheten är hög. Runt den lilla extrabaffeln till höger i bilden ovan ser man t.ex. en ganska ful krökning av isohastighetskurvorna, men strömningshastigheten är ca 5 gånger lägre än i den smalaste delen av porten. Risken för turbulens kan därför betraktas som låg.

Det är i HiFi-sammanhang meningslöst att simulera i det turbulenta området, då basreflexprincipen bryter samman med en kompression om minst 3-6 dB och mer och mer kan sägas uppträda som en sluten konstruktion.

Det är som skrivet var en väldig tur att moder natur i det här fallet tillåter så pass höga strömningshastigheter som 20-30 m/s i mynningarna utan annat än närmast försumbar till låggradig turbulens eftersom basreflexprincipen i praktiken inte skulle fungera annars.

[petersteindl]

Det ser ut som att det vore fördel om utblåset vore symmetriskt avrundat så som den nu avrundade sidan är.

[paa]

Det vore intressant med en bild på flödeskurvorna från änden av en slitsport utan utvinkling eller radier, som jämförelse, så man kan fatta vilken skillnad det verkligen ger.

[petersteindl]

Det vore intressant med en bild på flödeskurvorna från änden av en slitsport utan utvinkling eller radier, som jämförelse, så man kan fatta vilken skillnad det verkligen ger.

Det borde i så fall vara en serie med bilder där ljudtrycket eller ljudintensiteten ökas exempelvis med 2, 3 eller 6 dB per jämförelsepar. Då kan man se skillnaden i dB för samma turbulens. Båda börjar laminärt och båda avslutas med respektive turbulens, men vid olika ljudtryck.

[I-or]

Simuleringsresultaten visar alltså inte det turbulenta området eftersom de gäller vågekvationen som är rotationsfri och linjäriserad. Däremot kan man studera graden av krökning för isohastighetskurvorna eftersom en liten krökningsradie leder till turbulens vid relativt låga strömningshastigheter (stora hastighetsskillnader för korta avstånd leder till ett roterande flöde).

Även om man gjorde en full lösning av Navier-Stokes ekvationer inkluderade turbulens går det inte att uppnå en sådan noggrannhet att simuleringen blir användbar för att prediktera exakt hur kompressionen ser ut. Som jag skrev ovan är strömningsakustik ett av de mest komplicerade områdena inom klassisk fysik.

En katastrofport ser ut på detta sätt:

Straight port.png (93.64 KiB) Visad 329 gånger

Strömningshastigheten varierar ungefär med en faktor 2,5 inom en dryg mm runt portmynningens kanter, vilket förstås är allt annat än bra. Dessutom erhåller man nästan den dubbla strömningshastigheten här relativt längre in i porten. Svår turbulens kommer alltså att uppstå redan vid i sammanhanget mycket låga strömningshastigheter.

Den allra bästa formen är förstås både krökt och expanderas dubbelsidigt, men konstruktionstekniska skäl kan medföra att man är tvungen att expandera enkelsidigt med en rak sektion.

[paa]

När man ser hur stor risk det är för att turbulens ska uppstå vid en sådan katastrofport så bör man även tänka på att lufthastigheten är 2-3 gånger högre genom den kritiska öppningen hos denna än hos de optimerade portarna, vid samma ljudnivå.