Portmätning - hur bra är min basreflex?

[jonasp]

Detta är en liten vinkling från följande tråd: viewtopic.php?p=2362226#p2362226

I den andra tråden diskuteras olika portar med varierande tokoptimeringsgrad. Men om man nu har en basreflexport, vilkenportsomhelst, och vill mäta på den, för att säkerställa dess optimeringsgrad (eller frånvaro av densamma), hur går man bäst tillväga?

Och sekundärt, vilka portdimensioneringsresurser finns tillgängliga? Vi känner ju alla till Roozen [1] och Bezzola [2], samt JBL's ganska långa sammanställning.

Men när det gäller vilken hastighet man kan få ut ur porten som funktion av dess diameter, längd, och avstämningsfrekvens, är det ganska tunt med information. Jag har hittat följande sida: https://www.subwoofer-builder.com/port-flares.htm

Det är möjligt att det finns mer i JAES men det har jag inte tillgång till och förmodligen inte större delen av tråden publik heller.

[1] https://www.researchgate.net/publicatio ... l_measures
[2] https://www.comsol.jp/paper/download/67 ... _paper.pdf
[3] https://jahonen.kapsi.fi/Audio/Papers/AES_PortPaper.pdf

[Calleberg]

Mjo, och minst lika viktigt, vilken grad av "optimering" är nödvändig. Att alltid dimensionera mot Maxeffekt/Xmax eller andra "Maxima" är ofta dåligt i optimeringshänseende, men snarare regel än undantag i amatörsammanhang.

[jonasp]

Absolut!

Ett resultat från första länken ovan:

port velocity.png (35.11 KiB) Visad 276 gånger

Ovanstående är resultat från test av femton olika portar, med olika tjocklek men alla avstämda till 30 Hz. "Area Ratio" avser här förhållandet mellan innerarea och mynningsarea.

Han har testat vidare och sedan jämfört maximal porthastighet som funktion av avstämningsfrekvens, med konstant tjocklek om 86mm:

Skärmbild 2026-02-08 140438.png (21.9 KiB) Visad 276 gånger

Vad som nu hade varit vansinnigt intressant är att jämföra en slitsport avstämd till t ex 30 Hz med samma profil som i Bezzola's artikel och motsvarande slitsport med stort höjd/bredd-förhållande.

[I-or]

200px-Fantomen-Gohs.png (50.65 KiB) Visad 262 gånger

I-ors dödskallemärkning utfärdas för ovanstående undersökning, där resultaten visar att felaktigheterna uppenbart är omfattande. T.ex. är det välkänt att gränshastigheten minskar med ökande diameter och inte tvärtom som här och gränshastigheten har heller inte ett så stort frekvensberoende. Antagligen handlar det om en felaktig omräkning från ljudtrycksnivå till partikelhastighet i kombination med mindre väl vald mätutrustning.

Man kan inte beräkna strömstyrkan som U/R och man bör naturligtvis inte använda en ljudnivåmätare från Radio Shack om man vill ha hygglig noggrannhet. Man måste även räkna bort den A- eller C-vägning som ljudnivåmätaren inför och här tycks göken ha snubblat en hel del. Felen staplas på varandra, vilket ger värdelösa resultat.

Även om jag imponeras av ambitionen hos amatörer som lägger ned massor av tid och pengar så blir resultatet tyvärr ändå oftast ren rappakalja som vilseleder andra amatörer.

Att det ska vara så infernaliskt svårt att mäta och räkna rätt.

[petersteindl]

Gällande frågeställningen: Portmätning - hur bra är min basreflex?

I praktiken ser jag det som ett sammansatt problem.

En sak är i en subwoofer, en annan sak är i en tvåvägare där man har att ta hänsyn till frekvensområdet ovanför avstämningsområdet på basreflexporten.

Personligen brukar jag först titta på impedanskurvan kring avstämningen. Ser den bra ut så är nästa steg frekvensgångsmätning på högtalarens frekvensgång i basen under 100 Hz. Stig Carlsson brukade mäta kring hörnet på högtalarlådan där där elementets totala output och portens totala output någorlunda stod i överensstämmelse med varandra.

Då tar jag även hänsyn till Q-värdet som fås i lådan som sluten låda ovanför basreflexavstämningen. Detta gäller framför allt i tvåvägare. Då är det lådans volym och högtalarelementegenskaper som jag optimerar.

Sedan har man portens pipresonans att ta hänsyn till.
Många bäckar små bör optimeras för önskvärt slutresultat.

[jonasp]

Nu handlar tråden främst om portens prestanda inte dimensionering av systemet som helhet. Men hur står sig äggen här, Peter? Portarna måste nog betecknas som tämligen okonventionella, iallafall om man blundar lite och inte tittar på vissa Larsen-modeller. Hur många m/s klarar en äggport?

[jonasp]

Låt mig undersöka vad I-or sade ovan för ett ögonblick. Jag hänvisar nu till "Maximizing Performance from Loudspeaker Ports" av Salvatti, Devantier och Button (2002) [1]. Man har jämfört tre stora basmoduler med dubbla 18". Basmodulerna hade olika dimensioneringar av basreflex. Man mätte lufthastigheten i mitten av porten, och kontrollerade när kompression uppstod. Detta räknade man om till Reynolds tal. Trots portarna olika utformning instäder kraftig kompression vid Re = 50k - 100k. Jag citerar artikeln:

... What stands out is that, for the
most part, all three designs show very similar compression
curves at all frequencies tested. All designs seem to hit a
wall near a Reynolds number of about 50 000-100 000.
This number was also confirmed by Vanderkooy [3].

Reynolds tal är:

Re = rho * v * Dh / ny = v * Dh / ny

där v är fluidens hastighet, D är hydraulisk diameter och ny är den kinematiska viskositeten. För ett runt rör är den hydrauliska diametern helt enkelt diametern (för en rektangular port måste den räknas om). ny är ca 1,5 x 10^-5 m2/s för luft. Låt oss nu räkna om vid vilken lufthastighet vi uppnår Re = 50000 resp Re = 100000 för portstorlekarna i länken ovan:

Skärmbild 2026-02-08 202248.png (3.86 KiB) Visad 160 gånger

Som jämförelse kan man notera att författaren till länken ovan tycker att maximal hastighet är 15, 24, 30 och 38 m/s för 50, 86, 100 och 150 mm port, respektive. Artikeln från JAES är alltså i överensstämmelse med vad som tidigare är sagt (mindre cirkulär port = högre "topphastighet"). Man kan fråga sig vad författaren i länken ovan gjort för att åstadkomma ett rakt motsatt resultat!

Jag vill också försiktigt erinra om att beräkningen ovan endast tar hänsyn till turbulens i porten, inte vid öppningarna. Det finns fler sätt att förstöra en port än att välja en olämplig dimension.

[1] https://pearl-hifi.com/06_Lit_Archive/1 ... _Ports.pdf

[petersteindl]

Nu handlar tråden främst om portens prestanda inte dimensionering av systemet som helhet. Men hur står sig äggen här, Peter? Portarna måste nog betecknas som tämligen okonventionella, iallafall om man blundar lite och inte tittar på vissa Larsen-modeller. Hur många m/s klarar en äggport?

Jag har inte gjort mätningar på max hastighet på portarna i äggen. Däremot tror jag att det kan vara fördel att ha fler portar med mindre tvärsnittsarea per port där den sammanlagda arean är lika med tvärsnittsarean från 1 port och det gäller då runda portar. De skall då ha samma längd. D v s portvolymen är konstant.

Då jag dimensionerade portarna så använde jag Vance Dickasons kokbok för att kolla hur portsystemet blev i praktiken i förhållande till teoretisk beräkning. Det syns i impedanskurvan. Då skriver han att om vissa uppmätta impedanser har visst inbördes förhållande som motsvarar 90% av teoretisk förhållande så skall man vara nöjd. I äggen uppnåddes 99,9%.
D v s impedansminimum är i stort set = högtalarelementets resistans och impedanstopparna var i stort sett som teoretiska värden. Så jag var nöjd. Men jag var lite skakis före mina första impedansmätningar. Med delningsfilter och induktorernas resistans i serie så måste den adderas då man mäter impedanskurva med delningsfilter.

Den slutna lådans resonans d v s ovanför basreflexavstämningen har Q strax under 0,5 d v s kritisk dämpat system.
Mig veterligen är det inte många som har kontroll över den resonansen.

[jonasp]

D v s impedansminimum är i stort set = högtalarelementets resistans och impedanstopparna var i stort sett som teoretiska värden. Så jag var nöjd. Men jag var lite skakis före mina första impedansmätningar. Med delningsfilter och induktorernas resistans i serie så måste den adderas då man mäter impedanskurva med delningsfilter.

Hur nära Re sadeln i impedanskurvan hamnar är ju beroende av Qp eller portens effektivitet (i brist på ett bättre ord). Dock, desto högre inspänning, desto lägre Qp (generellt), så när du säger att likspänningsresistansen hos elementet var mer eller mindre identisk med sadeln i impedanskurvan undrar jag på vilken nivå du mätte?

Om impedansen i sadeln ska vara identisk med likspänningsmotståndet (Re) hos elementet krävs för övrigt oändligt högt Qp.

[petersteindl]

Mätutrustningen jag använde har 2 olika nivåmätinställningar för impedansmätning.
Antingen lågnivå som är brukligt, eller en med lite högre nivå. Tiele och Small-parametrar är lågnivåparametrar.
Jag brukar använda den lite högre utnivån. Jag sveper från 4 eller från 5 Hz till 20 kHz eller 40 kHz.
Om resistansen i elementet t.ex. är 3,6 ohm så har impedansen vid sadelpunkten varit kring 3,7 till 3,75 ohm om jag minns rätt. Det är lägre eller närmare Re än vad jag normalt har sett. För mig var det viktigaste att jag hamnade på 99,9% av systemets teoretiska värde i Dickasons ekvationer. Jag hade inte räknat med det. Jag blev lite förvånad och nöjd. Det är tydligen inte vanligt.

[I-or]

Detta är en liten vinkling från följande tråd: viewtopic.php?p=2362226#p2362226

I den andra tråden diskuteras olika portar med varierande tokoptimeringsgrad. Men om man nu har en basreflexport, vilkenportsomhelst, och vill mäta på den, för att säkerställa dess optimeringsgrad (eller frånvaro av densamma), hur går man bäst tillväga?

Och sekundärt, vilka portdimensioneringsresurser finns tillgängliga? Vi känner ju alla till Roozen [1] och Bezzola [2], samt JBL's ganska långa sammanställning.

Men när det gäller vilken hastighet man kan få ut ur porten som funktion av dess diameter, längd, och avstämningsfrekvens, är det ganska tunt med information. Jag har hittat följande sida: https://www.subwoofer-builder.com/port-flares.htm

Det är möjligt att det finns mer i JAES men det har jag inte tillgång till och förmodligen inte större delen av tråden publik heller.

[1] https://www.researchgate.net/publicatio ... l_measures
[2] https://www.comsol.jp/paper/download/67 ... _paper.pdf
[3] https://jahonen.kapsi.fi/Audio/Papers/AES_PortPaper.pdf

Teorin bakom basreflexkonstruktioner förutsätter laminär strömning och så fort turbulens sätter in faller det linjära systemet ihop. Som vanligt inom strömningsakustik är området extremt komplext och det finns avgjort ingen öppet tillgänglig mjukvara baserad på lumpade parametrar som ens är tillnärmelsevis användbar. Tyvärr finns ingen lätthanterlig metodik heller annat än att hålla sig till den optimala form som beskrivs av Bezzola för cirkulära portar och undertecknad för slitsportar. En överkurslösning skulle dessutom kunna innefatta pipmodsbegränsande åtgärder via lämpligt placerade hål eller membran.

För egen del använder jag mig vid analysen av Reynolds tal (Re) (https://en.wikipedia.org/wiki/Reynolds_number), Strouhals tal (St) (https://en.wikipedia.org/wiki/Strouhal_number) och framförallt den via Bezzolas metod* FEM-beräknade axiella hastighetsfördelningen i portmynningarna, vilken i kombination med hastighetsamplituden (egentligen Re och St) utgör ett bra mått på risken för rotation av flödet (d.v.s. turbulens).

Ämnet har avhandlats otaliga gånger tidigare, bl.a. här:

viewtopic.php?p=2172628#p2172628

viewtopic.php?p=2158609#p2158609

viewtopic.php?p=2249839#p2249839

viewtopic.php?p=2305173#p2305173

viewtopic.php?p=2249855#p2249855


*Denna metod utnyttjar den linjäriserade, rotationsfria och värmeledningsfria versionen av Navier Stokes ekvationer (Helmholtz-ekvationen) för att på ett elegant sätt undvika de numeriska problem som annars uppstår.

[I-or]

Vad gäller mätningar så bör man registrera brusnivån via en vindskyddad mikrofon placerad något vid sidan av porten som i bilden nedan.

Ett mycket vanligt problem bland diverse förståsigpåare är att de sällan uppmärksammar skillnaden mellan hörbarhet för det turbulensgenererade bruset som ger upphov till ett lite hest och ibland gurglande ljud och den slutgiltiga kompression som inträder när flödet nästan proppar igen porten. Hur detta faller ut vid musiklyssning beror i hög grad på maskeringseffekter, men vid kraftiga basförlopp med låga mellanregisternivåer kan bruset bli mycket problematiskt.

Ett exempel med mina datorhögtalare, Infinity Primus 150 finner man nedan. Jag har egentligen satt igen portarna eftersom jag utnyttjar en basmodul, men dessa högtalare utgör utmärkta varnande exempel på hur turbulensproblem kan se ut. Man bör inte låta sig luras av den hyggligt utförmade yttre mynningen, då den inre mynningen utgörs av ett tunt rör.

I det första fallet är spänningen ca 1,4 Vrms för en 70 Hz sinussignal. Vi ser ganska låggradig distorsion som huvudsakligen emanerar från baselementet och inte mycket mer. I det andra fallet är spänningen 10 dB högre eller ca 4,4 Vrms, där distorsionen förstås är högre och grundtonen har komprimerats ca 1,6 dB, men detta är hörbarhetsmässigt inte det viktigaste eftersom den generella brusnivån har ökat med ca 25 dB och framförallt pipmodsmodulationsbruset centrerat runt 2,2 kHz låter här mycket illa.

Tilläggas bör att porten i det senare fallet kan beskrivas som en fläkt, vilken producerar kännbara luftrörelser på över 2 meters avstånd.

Primus 150.png (250.13 KiB) Visad 11 gånger

turbulens 2.png (40.72 KiB) Visad 11 gånger

70 Hz sinussignal vid 1,4 Vrms. Notera den relativt låga distorsionen och måttliga brusnivåer.

turbulens 1.png (37.07 KiB) Visad 11 gånger

70 Hz sinussignal vid 4,4 Vrms (+10 dB). Notera en något högre distorsion och en aning kompression för grundtonen men framförallt runt 25 (!) dB högre brusnivåer och en tydligt exciterad pipmod runt 2,2 kHz.