Kan jag beräkna / simulera room gain ?

[Isidor]

En FAQ är naturligtvis inte komplett utan att man även tittar lite på vad som händer om man tar hänsyn till inverkan från hela rummet och inte bara från det närmaste hörnet. Det visar sig nämligen att teoretiska betraktelser där man bortser från resten av rummet tyvärr blir tämligen meningslösa i praktiken. För den grundläggande förståelsen kan de ändå ha stor relevans, så Svantes välformulerade inlägg ovan är värda ordentliga genomläsningar av den som vill veta mer.

Eftersom jag i en annan tråd bidragit med lite råd till NN angående hans problematiska frekvensgång i lågfrekvensområdet har jag tagit fram några beräkningsresultat för hans rum och lyssningsposition där man kan se vad som händer när man flyttar ut källan från ett av de främre hörnen till koordinaterna [x, y, z].





Som synes är skillnaden under 100 Hz mellan källan i hörn och utflyttad ganska liten så länge som avståndet till hörnet inte blir alltför stort. Flyttar man ut källan ordentligt, till [x, y, z] = [1, 1, 1] eller ca 1.73 m, så blir skillnaderna påtagliga redan från ca 50 Hz.

Man bör också notera att ljudtrycksnivåbidraget relativt frifält hamnar uppåt 20-25 dB vid 20 Hz. I en ren "betongbunker" kan det bli ytterligare kanske 6-8 dB högre nivåer genomgående. Detta visar tydligt varför det är så pass jobbigt att få till ordentlig basnivå utomhus.

En annan viktig poäng är att högre frekvenser påverkas mer än lägre när källans avstånd till hörnet ökar. Man får alltså mer "room gain" (som brukar betyda den extra lågfrekvenshöjningen relativt lite högre frekvenser) med källan ute i rummet även om den absoluta nivån blir lägre. Och därmed satte jag lite extra myror i huvudet på alla som trodde att de hade börjat uppnå lite klarhet efter Svantes inlägg.


dawen,

Men, om man har separata basmoduler i ett aktivt delat fyrvägssystem, finns det då några nackdelar med att placera alla dessa i mitten för att få dem att "koppla" så mycket som möjligt?

Kan det inte vara så att den här delen spelar ett såpass smalt register att man tjänar en hel del på att placera dem på samma ställe?

Mest fördelaktigt ur ren ljudtryckssynpunkt är det förstås om man placerar samtliga källor i ett och samma hörn. Att placera dem på mitten av någon, eller flera, dimension(er) gör att man inför fler dalar i frekvensgången. Siktar man på jämnaste frekvensgång är det naturligtvis bäst med assymmetriskt placerade källor.

[dawen]

En FAQ är naturligtvis inte komplett utan att man även tittar lite på vad som händer om man tar hänsyn till inverkan från hela rummet och inte bara från det närmaste hörnet.

Erkänn att du vill skriva att en FAQ inte är komplett utan en graf

Som synes är skillnaden under 100 Hz mellan källan i hörn och utflyttad ganska liten så länge som avståndet till hörnet inte blir alltför stort. Flyttar man ut källan ordentligt, till [x, y, z] = [1, 1, 1] eller ca 1.73 m, så blir skillnaderna påtagliga redan från ca 50 Hz.

Man bör också notera att ljudtrycksnivåbidraget relativt frifält hamnar uppåt 20-25 dB vid 20 Hz. I en ren "betongbunker" kan det bli ytterligare kanske 6-8 dB högre nivåer genomgående. Detta visar tydligt varför det är så pass jobbigt att få till ordentlig basnivå utomhus.

En annan viktig poäng är att högre frekvenser påverkas mer än lägre när källans avstånd till hörnet ökar. Man får alltså mer "room gain" (som brukar betyda den extra lågfrekvenshöjningen relativt lite högre frekvenser) med källan ute i rummet även om den absoluta nivån blir lägre. Och därmed satte jag lite extra myror i huvudet på alla som trodde att de hade börjat uppnå lite klarhet efter Svantes inlägg.

Det jag vill veta är hur man får mest effekt ur basar och vad det finns för risker med det. Alla frekvensavvikelser kommer att eq:as bort, och tidsdomänen är inte alltid speciellt viktig, åtminstone vad jag vet gällande de sammanhang jag syftar på.

De fall de här basarna kommer att befinna sig inomhus kommer det vara åtminstone ett 20 meter brett rum. Oftast kommer de att befinna sig utomhus.

Mest fördelaktigt ur ren ljudtryckssynpunkt är det förstås om man placerar samtliga källor i ett och samma hörn. Att placera dem på mitten av någon, eller flera, dimension(er) gör att man inför fler dalar i frekvensgången. Siktar man på jämnaste frekvensgång är det naturligtvis bäst med assymmetriskt placerade källor.

Frekvensgången jämnas ofta till m.h.a. eq. Stora avvikelser över spridningsområdet är ingen fara, sålänge de inte är allt för stora.

[Isidor]

Effektivast ur ren ljudgenereringssynpunkt är att placera samtliga basmoduler i samma hörn.

Intressant är även att en normal eq (minimumfas) ger fördelar också i tidsdomänen och vanligtvis kan kompensera bort ungefär hälften av avvikelserna här. Detta blir en direkt följd av att man utjämnar avvikelser i frekvensgången.

När det gäller diagrammet så var meningen mest att visa att rummets modala påverkan ger ett stort frekvensberoende som gör att enkla tumregler knappast låter sig definieras. Att det sedan är ganska snyggt gör ju inte saken sämre förstås...

[dawen]

Då man inte har tillgång till ett hörn, hur stor förlust får man frekvensmässigt i att placera alla basar tillsammans istället för att ha hälften per sida? Hur mycket förlorar man i effekt genom att placera hälften per sida? Frekvensmässigt så pratar vi bara om 80Hz och neråt, inget annat.

Fina svar grabbar! Och jag gillade grafen Isidor

[Isidor]

dawen,

Om vi nu endast talar om ett riktigt stort rum, kanske 20x20x5 m (som du var inne på ovan) och vi även talar om ett genomsnitt över frekvensområdet och över mottagarpositioner i större delen av rummet så blir det hela betydligt enklare.

Då kan vi direkt plocka slutsatserna ur Svantes genomgång ovan eftersom rumsstorleken medför att vi får ett mer eller mindre diffust ljudfält (ljudtrycket relativt konstant över rummet) även för låga frekvenser, men framför allt att de mer distanta begränsningsytorna är så pass långt borta att de inverkar minimalt när vi flyttar källorna. Att vi sedan medelvärdesbildar i frekvens och rymd eliminerar de lokala avvikelser som trots allt existerar.

Alla källor i samma hörn är effektivast, 0 dB, alla källor på mitten av en vägg ger ca -3 dB och källorna uppdelade på två hörn ger likaledes ca -3 dB.

[dawen]

Och källorna uppdelade på två fast inte placerade i hörn ger följdaktligen -6db?

[nl1970]

Isidor

Om man inte har ett riktigt fyrkantigt rum då? Jag och kanske många mer med mig har ett rum med en vägg som inte kan slutas utan leder ut till resten av hemmet. Kan du simulera ett sådant rum? med en bas och flera basar.

[Isidor]

dawen,

Helt riktigt, denna i praktiken ganska vanliga uppställning är inte att rekommendera om man vill ha maximalt ös.


nl1970,

Med den metod jag använder mig av måste geometrin vara ganska snäll för att det hela skall fungera. En eventuell öppning bör inte vara alltför stor, helst inte större än kanske 4-5 m^2, om man vill ha hygglig noggrannhet. Detta beror till stor del på var öppningen är placerad och hur stort det anslutande rummet är. Med lite smarta beräkningsmässiga förenklingar kan man klara även lite mer komplicerade fall. För att hantera godtyckliga geometrier måste man gå över till FEM, vilket tyvärr är betydligt mer krävande numeriskt.

[dawen]

dawen,

Helt riktigt, denna i praktiken ganska vanliga uppställning är inte att rekommendera om man vill ha maximalt ös.

Har man 9000W i sina bassteg så är öset sällan några problem

[Svante]

Hej igen nu är jag tillbaka.

En FAQ är naturligtvis inte komplett utan att man även tittar lite på vad som händer om man tar hänsyn till inverkan från hela rummet och inte bara från det närmaste hörnet.

Snip...

Näjustdet. Det var nog inte meningen heller att rummet skulle ingå utan mest att man skulle förstå vad ett hörn gör. Först när jag tittade på din snygga graf så tänkte jag att de tre kurvorna motsvarade olika antal väggar, men så var det ju inte och det sa du inte heller. När jag insett att de representerar tre olika avstånd från hörnet så tycker jag mig kunna se på skillnaden mellan kurvorna att den där frekvensen när man inte längre är akustiskt nära hörnet ändras. Den röda kurvan separerar från de andra vid 50-60 Hz och den gröna separerar från den blå vid dryga 100 Hz. Det är övergången mellan +18 och +9 dB vi ser på detta viset. Varför kurvorna ligger på olika nivå vid riktigt låga frekvenser (~10Hz) mystifierar mig dock.

Men helt klart har du rätt i att de här effekterna verkar mindre än det andra som du simulerat. En undran bara, är rummet en sluten kavitet i din simulering? Isf kan det vara värt att påpeka att en läcka i den kaviteten gör rummet till en gigantisk helmholtzresonator, och trycket i en sån stiger inte på samma sätt som i det slutna rummet under dess helmholtzresonans. Allt beror på hur stort hålet är, och rummets volym förstås.

Å andra sidan så räknade jag just ut vad denna helmholtzfrekvens blir för ett vardagsrum med öppen altandörr (64 m3 volym, 1,6 m2 dörrarea, 1,2 m "halslängd" (endast ändkorr)) det blev 8 Hz så det spelar kanske inte så stor roll.

Nyfiken i en strut undrar hur du beräknar rumsresponsen i grafen?

[Slartibartfast]

Kan vi inte starta en avdelning på forumet med alla välrenomerade Fysikers .m filer?


Det vore kul om programmen gjorde lite användarvänliga också (gröntext liksom..)


mvh Jocke

[Isidor]

Svante,

Simuleringen ovan är beräknad m.h.a. spegelkällemetoden och visar det totala rumsbidraget m.h.a. ca 100 000 spegelkällor. Det går att visa att detta sätt att modellera är ekvivalent med modal summering. Så länge som geometrin är enkel kan man använda denna metod medan man för godtyckliga geometrier måste gå över till FEM.

För låga frekvenser blir nivåökningen som synes betydligt högre än 18 dB och om man låter rumsstorleken gå mot oändligheten så kan man även modellera inverkan endast från det närmaste hörnet. Nivåförändringen relativt frifält blir i det fallet naturligtvis identisk med de klassiska resultaten.

Rummet är mycket riktigt slutet men med någorlunda rimlig absorption för begränsningsytorna (alfa=0.2). En av anledningarna till att jag inte plottar graferna lägre än 10 Hz är just att rummet i fåhertzområdet övergår till att domineras av helmholtzresonansen (-resonanserna om vi även tar med kopplingen mellan rummen) för rumsvolym/öppningar.

Anledningen till den något varierande nivån även vid riktigt låga frekvenser är en ren skalningseffekt. Diagrammet visar nivån relativt frifältsförhållanden och avståndsskillnaden för respektive källposition till mottagarpositionen påverkar därmed inte resultaten. Om man även tar hänsyn till denna avståndsskillnad så försvinner variationen.


Jocke,

När jag får tummen ur ska jag lägga till ett hyggligt gränssnitt och kompilera koden så att även de stackare som måste klara sig utan Matlab kan utföra simuleringarna. Jag har ytterligare några användbara m-filer på lager som också borde utsättas för denna behandling för övrigt.

[Svante]

Svante,

Simuleringen ovan är beräknad m.h.a. spegelkällemetoden och visar det totala rumsbidraget m.h.a. ca 100 000 spegelkällor. Det går att visa att detta sätt att modellera är ekvivalent med modal summering. Så länge som geometrin är enkel kan man använda denna metod medan man för godtyckliga geometrier måste gå över till FEM.

Kuligt! Om det är det jag tror, dvs rummet ska vara rätblocksformat, så har jag försökt göra detta, men aldrig kommit i mål. Det blev så jobbigt att hålla koll på alla speglingar. Har du provat hur pass bra det stämmer mot verkligheten? Jag har ibland undrat över skillnaden mellan möblerade och omöblerade rum (som när man flyttar) och tyckt att det nog inte bara är en skillnad i efterklangstid. Har du nån uppfattning om hur mycket en soffa tex gör för (mot) rumsmoderna? De riktigt lågfrekventa borde inte röra sig mycket annat än Q-värdesmässigt, men f*n trot.

För låga frekvenser blir nivåökningen som synes betydligt högre än 18 dB och om man låter rumsstorleken gå mot oändligheten så kan man även modellera inverkan endast från det närmaste hörnet. Nivåförändringen relativt frifält blir i det fallet naturligtvis identisk med de klassiska resultaten.

Hihi, ja det verkar ju jobbigt att låta rumsstorleken gå mot oändligheten när man bara kan ta bort alla spegelkällor utom sju. fast det är klart, har man programmet framkört är det kanske enklast.

Anledningen till den något varierande nivån även vid riktigt låga frekvenser är en ren skalningseffekt. Diagrammet visar nivån relativt frifältsförhållanden och avståndsskillnaden för respektive källposition till mottagarpositionen påverkar därmed inte resultaten. Om man även tar hänsyn till denna avståndsskillnad så försvinner variationen.

Tack, då känner jag mig avmystifierad!

Jocke,

När jag får tummen ur ska jag lägga till ett hyggligt gränssnitt och kompilera koden så att även de stackare som måste klara sig utan Matlab kan utföra simuleringarna. Jag har ytterligare några användbara m-filer på lager som också borde utsättas för denna behandling för övrigt.

Mmm, jag tror att fler skulle uppskatta att få leka med dina kurvor! Själv skulle jag nog vara mest intresserad av att se m-filerna för att utbilda mig. Jag är en sån där som inte kan låta bli att göra allt själv.

[Isidor]

Svante,

Förutsättningen är mycket riktigt att rummet är rätblocksformat.

När det gäller överensstämmelsen med verkligheten så är det största problemet reaktiva begränsningsytor. I ett rum med gips-/spånskiveväggar medför de reaktiva egenskaperna att vissa moder kan flytta på sig i frekvensled med sådär 10-15 %. Ett relaterat problem är att det är svårt att veta exakt vilken absorptionsfaktor man skall använda sig av. Frekvensberoendet är ganska stort just p.g.a. det reaktiva beteendet. Även möbleringen kan ge påtagliga effekter. Sammantaget medför detta att simuleringsresultaten blir rimligt vettiga, men aldrig helt korrekta.

Om man orkar kan man naturligtvis ta reda på exakt hur rummet i fråga är uppbyggt med vägg-/tak-/golvkonstruktioner, fönster, dörrar och möblemang och sedan använda sig av tabellerade värden för absorptionsfaktorer, men då börjar det bli lite väl jobbigt och kräver också ytterligare en del programmeringsarbete. Tyvärr får man inte ens i detta fall helt korrekta beräkningsresultat framför allt eftersom man delar upp vad som i realiteten är ett kopplat strukturellt+akustiskt problem.

En enstaka soffa påverkar relativt lite för låga frekvenser, försumbart vad gäller resonansfrekvenserna, men kan ändå ge ett märkbart bidrag till rummets absorption. Detta medför naturligtvis att både efterklangtiden och den modala inverkan minskar.