Rummet inverkan på återgivningen...

[PeterAkemark]

I en annan tråd så tas bl a frågan upp om underavstämning och dess inverkan på återgivningen. Detta fick mig att tänka på en artikel ur JAES för en massa år sedan. I JAES, vol 31, nummer 12, december 1983 så återfinns en engineering report av K.O. Ballagh, "Optimum Loudspeaker Placement Near Reflecting Planes". Artikeln är en tämligen utförlig redogörelse för hur rummet påverkar ljudtryckskurvan. Han har beräknat en lämplig position för högtalare av 2:a ordningen, dvs en sluten låda. I sin diskussion så nämner han bl a att med en sluten låda med parametrarna Q=0.707 och F3=50 Hz, så skall högtalaren vara placerad 20 grader ut från sidoväggen och i en position i rymden som är 30 grader upp och 2,16 meter ut från origo i rumshörnet. Alla vinklar räknas därifrån också. Det blir rätt långt in i rummet. Enligt Ballagh så kommer -3 dB punkten att ligga 2/3 oktav under F3 dvs vid ca 33 Hz.

Han kommer också fram till att lyssningsrummet måste ha dimensionerna 4,1 x 4,7 x 5,7 meter, annars kommer andra beräknade begränsningsytorna att han inverkan på resultatet. Rummet är väsentligt större än det genomsnittliga svenska vardagsrummet!

Idag är ju basreflexkonstruktioner vanligare, uppfattar jag det som, och en basreflexlåda, dvs system av 3:e - 4:e ordningen och faller av brantare och på så vis kanske rummet inte får lika stor inverkan.

Kanske kan någon (KTH) kunnig göra samma beräkning för en basreflex?

[Keba]

Brasklapp först: Min erfarenhet på området är ringa, men det brukar finnas andra här på faktiskt som rättar mig

Det är ganska svårt att hitta en optimal placering för en given basreflexhögtalare, för man måste i så fall först bestämma värden på alla olika parametrar på den. Och det är nog just där fördelen ligger, fler parametrar ger större möjlighet att bygga en högtalare som passar den önskade placeringen i rummet. En basreflexkonstruktion har till exempel tre resonanser (varav en normalt under 20Hz) att variera istället för en i fallet sluten låda. Om man också tillåter sig att lämna en del rumsparametrar (till exempel dämpning av högtalarväggen) öppna när man börjar leta efter en bra lösning på högtalaren så blir det lättare att hitta en bra helhetslösning. Givet detta verkar det dumt att i förhand bestämma att lådans helmholzresonans ska sammanfalla med baselementets resonansfrekvens i fri luft. (vanligt i kokboksformler) Att på måfå välja parametrar för en basreflexlåda (t.ex. fb = 0,6*fs (underavstämd låda) kan lika gärna göra högtalaren ännu mer svårplacerad.

[PeterAkemark]

Brasklapp först: Min erfarenhet på området är ringa, men det brukar finnas andra här på faktiskt som rättar mig

Det är ganska svårt att hitta en optimal placering för en given basreflexhögtalare, för man måste i så fall först bestämma värden på alla olika parametrar på den. Och det är nog just där fördelen ligger, fler parametrar ger större möjlighet att bygga en högtalare som passar den önskade placeringen i rummet. En basreflexkonstruktion har till exempel tre resonanser (varav en normalt under 20Hz) att variera istället för en i fallet sluten låda. Om man också tillåter sig att lämna en del rumsparametrar (till exempel dämpning av högtalarväggen) öppna när man börjar leta efter en bra lösning på högtalaren så blir det lättare att hitta en bra helhetslösning. Givet detta verkar det dumt att i förhand bestämma att lådans helmholzresonans ska sammanfalla med baselementets resonansfrekvens i fri luft. (vanligt i kokboksformler) Att på måfå välja parametrar för en basreflexlåda (t.ex. fb = 0,6*fs (underavstämd låda) kan lika gärna göra högtalaren ännu mer svårplacerad.

Ballagh's beräkningar visade just på en optimal placering. Den beräknade placeringen minimerar ljudtryckurvans variationer som rummet introducerar i kurvan. Det går också att förstå hans artikel som att det inte går att åstakomma en återgivning som är helt rak ända ner till basområdet med rumsdimensioner som vi vanligen har i Sverige med takhöjder omkring 240 cm.

[Keba]

Jag har inte läst artikeln, men tyckte det verkade lite konstigt ändå att försöka placera in en sluten låda med f3=50Hz och Q=0,7. Testade han många olika f3 och Q? Det verkar ju mer rimligt att leta Q och f3 som passar ett vardagsrum än tvärtom. Kanske finns där ett optima som är nästan lika bra.
Vad gjorde han för antaganden om absorbtion i väggarna? Var de rimliga för ett vanligt vardagsrum eller ett rum som fixats till för att få bra lyssningsrumegenskaper i övrigt för musiklyssning?

[PeterAkemark]

Jag har inte läst artikeln, men tyckte det verkade lite konstigt ändå att försöka placera in en sluten låda med f3=50Hz och Q=0,7. Testade han många olika f3 och Q? Det verkar ju mer rimligt att leta Q och f3 som passar ett vardagsrum än tvärtom. Kanske finns där ett optima som är nästan lika bra.
Vad gjorde han för antaganden om absorbtion i väggarna? Var de rimliga för ett vanligt vardagsrum eller ett rum som fixats till för att få bra lyssningsrumegenskaper i övrigt för musiklyssning?

Han räknade först ut hur mycket rummet påverkade återgivningen vid ett större antal olika positioner utifrån ett rumshörn. Han valde sedan en position som hade minsta inverkan på resultatet. Där placerade han en högtalare med angivna parametrar och fann att F3 då gick 2/3 oktav längre ned (33.3 Hz) än högtalarens eget F3 (50 Hz). Han räknade sedan ut hur stort rummet måste vara för att inte ha någon inverkan på resultatet, det är de dimensioner som jag angav i början.

Någon absortion att tala om finns inte, det handlar om frekvenser under 150 Hz.

[Naqref]

Någon absortion att tala om finns inte, det handlar om frekvenser under 150 Hz.

Betongbunker utan dörrar och fönster och skinnsoffor då m a o.

[PeterAkemark]

Någon absortion att tala om finns inte, det handlar om frekvenser under 150 Hz.

Betongbunker utan dörrar och fönster och skinnsoffor då m a o.

Min kommentar avser att artikeln inte hade med någon absortion. Jag har för övrigt inte sett någon redovisning av rumskurvan för gipsväggar med skinnmöbler eller dyl. Men du kanske kan kasta lite ljus på frågan?

[Naqref]

Jo jag förstod att det var artikeln som var baserad på beräkningar utan dämpning. Vad minlilla kommentar försökte antyda var att den förutsättningen kanske vara rätt orealistisk.

Det är inte svårt att simulera ett rum med oändligt hårda väggar men frågan är hur realistiskt det egentligen är? Jag har själv gjort sådana beräkningar och man kan få med någon sekunds exciterande av vitt brus få förstärkning av resonanserna med 60-70dB. I verkligheten så är ett realistiskt extremvärde 30dB.

Ska man göra rimliga bedömningar av ett rum så måste man införa förlustfaktorer men dessa kommer i alla verkliga rum variera fruktansvärt mycket. Det kommer därför bli svårt att göra några bra förutspåelser ur simuleringar såvida man inte specifierar förutsättningarna väldigt hårt. Det är i a f min erfarenhet.

[phon]

Det framgår inte exakt vilken dimension som är vad.

Jag antar då takhöjd 4,1m, bredd 4,7m och längd 5,7m, samt att jag spelar på längden i rummet.

Högtalarna placeras då 2,03m från högtalarvägg, med 74cm från vardera sidvägg, om jag nu har räknat rätt. ** Dom placeras förhållandevis högt på 1,08m

Var lyssnaren sitter vet jag inte, men han får väl sitta på en köksstol för att få öronen i samma höjd som högtaleriet, 1,08m. Dessutom går soffa bort, den dämpar säkert för mycket. Han får ha huvudet 50cm från lyssnarväggen också, hela resultatet påverkas något av var lyssnaren sitter, men inte väldigt mycket.


Om jag petar in det här i ett betongrum med 100% reflexion i alla ytor så blir det nåt i den här stilen:



Man kan ju tycka att det var en rätt ojämn historia, men det ser rätt jämnfördelat ut, så KOB har nog rätt. Man ser kavitetsverkan under 25hz nånstans, men den är lite maskerad av dippen alldeles över.


Vi fortsätter väl övningen och kollar hur det blir med lite dämpning. Jag har satt golvet till 0.3, taket till 0.9, högtalarväggen till 0.4 och övriga väggar till 0.6 för att höfta till det med lite mattor och annat.





Det ser rätt jämt och bra ut. Man ser tydligt kavitetsverkan under 30Hz, samt den kraftiga dippen vid 45Hz beroende på avståndet på 2m till högtalarväggen.


Det här tar ingen hänsyn alls till hur högtalaren uppför sig, eller vilken sort det är. Dess inverkan får man sedan lägga till/dra av från den visade responsen.


En rätt kul iakttagelse är att om jag låter högtalarna vara dipoler istället, så blir det ingen respons all vid lyssningsposition. Resultat är matematisk utsläckning vilket kanske visar att KOB har räknat rätt i någon mening.

Kör jag då dipolerna i det dämpade rummet istället, och flyttar ena dipolen 5mm i djupled för att få något synligt, så får jag en kurva som hamnar innanför skalan.




Det ser ju väldigt rakt och fint ut, man kanske kan använda den här matematiken på dipoler istället, dom brukar ju stå långt in i rummet.

Ställ dom inte exakt symmetriskt bara, då blir det dödstyst hur starkt det än spelas ..... .

Nej föresten, det är nog en dålig idé att ställa dipoler så här.


Man kan skala om storleken på rummet valfritt, bara proportionerna behålls. Det som händer är att exakt samma kurva genereras, fast förskjuten i sidled, alltså i frekvens. Med feet i ställer för meter hamnar kavitetsverkan uppe vid 65Hz istället. Inte så konstigt kanske ...

.

edit:

Lite snabbkoll dårå ..... det blir 3,22m mellan högtalarna och då borde gubben sitta 18% längre bort från mittlinjen vilket blir 3,8 meter. Så långt är inte rummet så hela den här idén kan läggas ner.

Det går inte att sitta i 46 graders vinkel med högtalarna placerade på det här viset, vet inte KOB om att det är den vinkeln som gäller?


**/

och räknat rätt hade jag inte ... Det blir bara 64cm in från sidovägg, och därmed ännu bredare mellan 'talarna. Då går det ännu sämre att sitta 46 grader från dom.


å edit3 då, det verkar som progget har lite svårt att hantera dipoler fast det sitter en tickbox för sådana.

[PeterAkemark]

Jo jag förstod att det var artikeln som var baserad på beräkningar utan dämpning. Vad minlilla kommentar försökte antyda var att den förutsättningen kanske vara rätt orealistisk.

Det är inte svårt att simulera ett rum med oändligt hårda väggar men frågan är hur realistiskt det egentligen är? Jag har själv gjort sådana beräkningar och man kan få med någon sekunds exciterande av vitt brus få förstärkning av resonanserna med 60-70dB. I verkligheten så är ett realistiskt extremvärde 30dB.

Ska man göra rimliga bedömningar av ett rum så måste man införa förlustfaktorer men dessa kommer i alla verkliga rum variera fruktansvärt mycket. Det kommer därför bli svårt att göra några bra förutspåelser ur simuleringar såvida man inte specifierar förutsättningarna väldigt hårt. Det är i a f min erfarenhet.

Jag kan av förståeliga skäl inte kopiera och lägga ut hans artikel. Men hans utgångskriterier är att ljudkällan skall vara av andra ordningen, att absortionene inte skall vara mer än 3%. Att de 3, närmaste ljudkällan, ytorna som ingår i beräkningen är "perfekt reflekterande" och stora jmfrt med den aktuella våglängden. Samt att andra ytor är längre bort än 1 våglängd.

Jag citerar:

"The object of the present work is to find positions near three reflecting planes that will optimize the low-frequency response of direct-radiator loudspeaker."

Vad jag finner intresant är att han kan påvisa en position i rummet där rummets inverkan är gynnsamt för återgivningen och samtidigt håller rms variationen i ljudtryckkurvan inom mycket små avvikelser, (~0.5dB)

Att han valt att använda en ljudkälla av 2:a ordningen kan förmodas vara av olika skäl, men inte egentligen begränsande. Han beskriver att det var mycket räknande bakom resultaten och vid tiden före 1983 så fanns inte mycket av datorkraft att tillgå på marknaden. Den första IBM PC hade väl kommit ut under slutet av 1982.

Varför jag valde att nämna hans artikel är för att med dagens metodik, se Phons inlaga i denna tråd, så torde det finna stora möjligheter att räkna ut en högtalare som, med dagens typiska vardagsrum, och med fritt val av någon sorts ljudkälla skulle kunna optimeras,tillsammans med rummets inverkan. Dvs en högtalare av någon ordning som placeras i rummet vid angivna kordinater och då ger en ytterst minimal avvikelse från den förväntade ljudtryckskurvan. Litegrann som S Carlsson väl tänkte sig det hela.

[Naqref]

Jag kan av förståeliga skäl inte kopiera och lägga ut hans artikel. Men hans utgångskriterier är att ljudkällan skall vara av andra ordningen, att absortionene inte skall vara mer än 3%. Att de 3, närmaste ljudkällan, ytorna som ingår i beräkningen är "perfekt reflekterande" och stora jmfrt med den aktuella våglängden. Samt att andra ytor är längre bort än 1 våglängd.

Mjaha?! Men om våglängden för övriga ytor ska befinnas längre bort än en våglängd så kommer beräkningen vara irrelevant för frekvenser under 80 Hz. Då är avstämningen ju rätt irrelevant att blanda in eller hur?

Ville han inte bry sig om de övriga ytorna ändå så kan man fundera på varför han inte bara beräknade med vanliga interferenser från reflexerna i de tre ytorna. Det hade jag gjort. Fast jag hade skippat sidoväggarna för de kan man inte säga något om i ett generellt fall. Utan bara golv och framvägg då de kan specas rätt hårt. Tror det finns en tråd om det.

Jag har f ö (beroende på vilken typ av högtalare som ska designas) moduler (tilläggsprogram) i matlab som just simulerar effekten i basområdet för närliggande ytor och som då kan påverka vad som blir den optimala avstämningen.

[phon]

Varför jag valde att nämna hans artikel är för att med dagens metodik, se Phons inlaga i denna tråd, så torde det finna stora möjligheter att räkna ut en högtalare som, med dagens typiska vardagsrum, och med fritt val av någon sorts ljudkälla skulle kunna optimeras,tillsammans med rummets inverkan. Dvs en högtalare av någon ordning som placeras i rummet vid angivna kordinater och då ger en ytterst minimal avvikelse från den förväntade ljudtryckskurvan. Litegrann som S Carlsson väl tänkte sig det hela.

Jag tror nog att många högtalartillverkare tänker så, kanske inte alla dock.

Jag vet inte, för mig känns det naturligt iaf. Nu är jag väl ingen SC direkt, långtifrån, men med bara lite tänkande blir det genast så mycket bättre resultat. Där är datorn bra att ha som hjälpmedel.

SC hade det väl enklare på ett sätt, rummen på den tiden var naturligt dämpade av alla möbler och mattor, och ganska lika varandra.

Nutidens vardagsrum duger ofta inte alls, det måste till rumsförbättrande åtgärder. Det räcker inte att bygga högtalaren, man måste bygga om rummet också, mer eller mindre.

Det är en svår nöt att knäcka.

.

[PeterAkemark]

Mjaha?! Men om våglängden för övriga ytor ska befinnas längre bort än en våglängd så kommer beräkningen vara irrelevant för frekvenser under 80 Hz. Då är avstämningen ju rätt irrelevant att blanda in eller hur?

Ville han inte bry sig om de övriga ytorna ändå så kan man fundera på varför han inte bara beräknade med vanliga interferenser från reflexerna i de tre ytorna. Det hade jag gjort. Fast jag hade skippat sidoväggarna för de kan man inte säga något om i ett generellt fall. Utan bara golv och framvägg då de kan specas rätt hårt. Tror det finns en tråd om det.

Jag har f ö (beroende på vilken typ av högtalare som ska designas) moduler (tilläggsprogram) i matlab som just simulerar effekten i basområdet för närliggande ytor och som då kan påverka vad som blir den optimala avstämningen.

Jo, du hade gjort annorlunda, men är det som jag misstänker så hade Ballagh en del hänsyn att ta till vilka tillgängliga verktyg som han hade att tillgå. Matlab kom långt senare. Sen måste jag tillstå att jag skrev fel. Absortionen på övriga ytor skulle vara minst 3% eller mer och inte som jag skrev, det blev helt tokigt.

[PeterAkemark]

Det är en svår nöt att knäcka.

Just därför är väl tanken lite av en utmaning. Jag vet att Roy Allison, Acoustic Research, hade tankegångar i den här riktningen omkring.

[Keba]

Jag har tänkt ungefär som här:



Det kanske inte är helt korrekt, men det verkar gå åt rätt håll i alla fall.
Jag har lagt in spegelkällor till baselementen och räknat på när de får städ av vägg och golv. Man kan lägga till tak också om man vill. Och så kan man flytta mätpunkten lite för att se vad som händer. Jag räknar med att stödet från väggen börjar vid ungefär 1/6 våglängd. Man får anta att det är lite svagare p.g.a. den längre vägen och dämpning i väggen. För högre frekvenser kan man dämpa väggen för att ta bort ringningarna i tonkurvan (se bild 5-3 i ELAK-boken, Liljencrantz & Granqvist (min favvo i den boken:-) ).

Nedan har jag skissat (obs! ej korrekta värden) tonkurvan för h-talaren i fri rymd och hur man till exempel skulle kunna använda de olika brytpunkterna man får med en basreflexlåda för att kompensera för stödet från närliggande ytor. Man kan reglera höjden på helmholtzresonansen och dess rundning med dämpning i lådan och dess volymen, man kan justera den övre toppen med Qts, membranmassa, m.m. (Jag fixar Qms med filt)



Så har jag tänkt iaf. Man måste ju få med allt i optimeringen, inte bara stirra sig blind på en parameter i taget, höjden över golvet ska t.ex. passa lyssnaren och matcha mellanregister, man vill kunna ha rimligt avstånd till väggen, m.m.