Simulasjonstråden

[Georgb]

I desse dagar finst det mykje programvare som kan hjelpa med design av høgtalarar, anten det er snakk om ei ganske vanleg 2-vegs apekiste eller eit svært 4-vegs hornsystem. Eg tykkjer det kan vera lurt å ha ein samletråd for dette temaet her på sentralen, der folk kan koma med smarte tips og triks eller be om hjelp viss det er noko dei lurar på korleis ein kan gjera.

Ei lita liste over programvare eg har sett brukt rundtomkring på verdensveven som er gratis til hobbybruk:
VituixCAD - https://kimmosaunisto.net/ - simulasjon av boks ved hjelp av T/S-parametrar, delefilter, kantdiffraksjon/baffelsteg og romrefleksjonar mm.
Boxsim - https://www.visaton.de/en/literature-software/software - simulasjon av boks ved hjelp av T/S-parametrar og gode verktøy for delefilterdesign
The Edge - https://www.tolvan.com/index.php?page=/edge/edge.php - simulasjon av kantdiffraksjonseffekter
ABEC/AKABAK - https://www.randteam.de/AKABAK3/ - BEM-programvare med moglegheit for LE-modellering
ATH4 - https://at-horns.eu/ - Kan generera horn- og bølgeleiarkonturar i tillegg til skript som tillét simulasjon i ABEC
Speaker builder pro - http://sbp.softica.dk/2.0/en/ - nettlesarbasert simulasjon av boks ved hjelp av T/S-parametrar
WinISD - http://www.linearteam.org/ - simulasjon av boks ved hjelp av T/S parametrar
HornResp - http://www.hornresp.net/ - simulasjon av horn
Xsim - https://www.diyaudio.com/community/threads/xsim-free-crossover-designer.259865/ - verktøy til design av delefilter

Dette er ikkje ei uttømmande liste, men nokre av dei programma eg ser mest av. Sjølv brukar eg VituixCAD og AKABAK. Kva med dykk?

 

[Georgb]

Simulasjon av baffelsteget og kantdiffraksjon
Fyrste gong eg fekk for meg tanken om å laga ein slik tråd var i tråden til oks81 og H.R - skoesketråden. Eg spurte om filteret, sidan det ikkje såg ut til å vera baffelstegkorreksjon. Der fekk eg til svar at dette ikkje var noko dei hadde teke hensyn til på det tidlege designstadiet. Det er sjølvsagt ikkje noko gale i å ikkje gjera dette og så eventuelt endra på filterdesignet i etterkant, men sjølv føretrekk eg å ha eit resultat som er så nære som mogleg røynda før den fyrste høgtalaren ein gong er bygt.

Kva er baffelsteget?
Baffelsteget er eit namn som vert gjeve til den diffraksjonen som oppstår ved låge frekvensar, der bølgelengdene vert betydeleg mykje større enn høgtalaren sjølv. Ved høge frekvensar avgrensar storleiken på høgtalaren moglegheita for at lyden skal spreiast bakover, mens dette ikkje skjer ved låge frekvensar. Spreiinga går då frå 2pi steradianar til 4pi steradianar ("half-space" til "full-space" på hobbymunne). Resultatet er eit fall på total 6dB i lydtrykk som gradvis oppstår når ein går nedover i frekvens.

Kvifor kompensera for baffelsteget?
Grunnen til at ein ynskjer å kompensera for baffelsteget bør vera ganske sjølvsagt etter avsnittet over: viss ein ikkje gjer det får ein ein høgtalar med langt mindre nivå i låg mellomtone/øvre bass og nedover. Sluttresultatet er då typisk ein høgtalar som læt "tynn" eller "anemisk" med eit manglande fundament i musikken. Å kompensera for baffelsteget gjer altså at høgtalaren vert mindre følsam, då me må fjerna 4-6dB (avhengig av kor aggressivt ein ynskjer å kompensera) over baffelsteget.

Korleis kompensera for baffelsteget?
Den kretsen eg oftast ser brukt er eit RL-filter med motstand og spole kopla parallelt med kvarandre og i serie med basselementet. Her er eit eksempel (merka i raudt):

Det er òg mogleg å bruka eit ekstra basselement som byrjar å spela rundt baffelstegfrekvensen og som er kopla parallelt med elementet som speler både bass og mellomtone. Dette kallast ofte ein 2,5-vegs konstruksjon.

Simulasjon i praksis
Eg brukar VituixCAD i dette eksempelet sidan det er det eg er van med. I dette tilfellet ynskjer eg å laga ein liten 2-vegs høgtalar der mellomtone/basselementet er ein SB Acoustics SB15NAC30-8. Etter det simulerar eg sjølve kassen i VituixCAD sitt enclosure tool (kanskje eit eige innlegg om dette er på sin plass? Har dog inntrykk av at mange allereie har god kontroll på dette). Til slutt endar eg på ei kasse på 12L, 18cm port, med 4cm diameter. f3 - 41,2Hz og f6 - 35,1Hz. Desse simulasjonane er half-space, altså er baffelsteget ikkje inkludert! Slik er det for alle program til kassesimulasjon eg veit om.

Etter dette vél eg eksporter SPL knappen som finst i programmet

og lagrar .txt-fila der eg sjølv ynskjer. Etter dette kan eg lukka enclosure tool (evt. eksporter impedanskurva fyrst, om du treng den seinare) og opnar diffraction tool. Her legg eg inn dimensjonane på frontbaffelen, eventuell avrunding av kantane, måleavstand og SD på høgtalarelementet og genererar baffel. Deretter må eg flytta elementet til staden det skal vera på baffelen:

Her har eg baffelstegresponsen til høgtalaren. Viss ein har eit høgtalarelement som er heilt flatt i half-space vert altså dette responsen når det er montert i baffel. Men me har sjølvsagt fleire triks på lur. No kan eg klikka på den lille mappa som heiter "half space response" og importera frekvensresponsen eg eksporterte frå enclosure tool tidlegare*. Når eg har gjort dette hukar eg av den lille boksen som heiter "full space" for å få den endelege responsen:

Etter dette kan eg trykka "export" for å eksportera denne responsen slik at eg kan designa eit baffelstegfilter. VituixCAD har og moglegheit for å eksportera frekvensrespons ved fleire vinklar ("directivity", sjølv om dette ikkje funkar veldig godt ved høge frekvensar (over kring 2kHz for dette elementet). Grunnen er at VituixCAD brukar eit flatt stempel som estimat.

Etter at me har gjort dette kan me lukka diffraction tool og gå tilbake til VituixCAD sin hovudmeny for å laga eit enkelt filter som beskrive tidlegare. Hugs å importera både frekvensrespons og impedans (anten målt eller simulert) her, for å få gode resultat. Her er det berre å leika med verdiar til ein finn noko som ser ok ut:

Baffelstegfilteret må sjølvsagt sjåast i samanheng med resten av delefilteret, så dette er nok ikkje heilt slik baffelstegfilteret ville sett ut for eit ferdig filter, men det er berre å leggja til dei andre komponentene og gå ut i frå det. VituixCAD har òg ein fin optimizer som kan vera ei stor hjelp i å finna optimale verdier for eit definert mål.

Eg håpar dette er til nytte for nokon

*Du kan òg bruka nærfeltsmålinger av eit høgtalarelement montert i baffel. Berre ta ei måling med mikrofon så nære elementet som mogleg, helst under ein centimeter. Viss det er ein bassreflekshøgtalar må responsen frå port og element summerast før dei vert importerte.