Godt nytår!

Så er jeg jo helt oppe på beatet når jeg finder portfrekvens visuelt ved at se på basenheden mens jeg ændrer frekvensen 

Nærfeltsresponsen er målt blot 6 mm ret foran støvdækslet på en 4-tommer bas (tættere kunne jeg i praksis ikke komme af hensyn til membranudsvinget), hvorunder der er en spalte-port. Udfasningen på nærfeltsresponsen ligger ved 49,8 Hz (flyttes mikrofonen længere ud men stadig helt inde i nærfeltet, så rykker dykket yderligere ned i frekvens). Denne måling ser jo helt rigtig ud med pæn/dyb udfasning, men grundet portens bidrag til målingen, så er dette altså ikke tuningsfrekvensen for denne basrefleksafstemning. Hvis jeg bruger det første af førnævnte udtryk til beregning, får jeg (med forudgående måling af resonansfrekvensen for den tilspillede enhed i fri luft) en tuningsfrekvens på 56,2 Hz, hvilket stemmer godt overens med impedansminimum. Ved visuel detektering af minimalt membranudsving (med samme spændingsniveau som ved målingen) finder jeg tuningsfrekvensen til 55,8-56,0 Hz. Der er altså en ganske betydelig afvigelse på ca. 6 Hz, som alene hidrører fra portens bidrag til den målte nærfeltsrespons for basenheden. Det hjælper selvsagt ikke at forsøge at skærme for porten ved fx at anbringe en tynd plade mellem porten og enheden, for den vil virke som forlængelse af porten og dermed rykke tuningsfrekvensen ned.

Budskabet er blot, at man ikke skal lade sig snyde af nærfeltsmålingen, hvis porten bidrager blot en lille smule. Det er i udgangspunktet ikke endekorrektionen, den er gal med, og porten skal da ikke trimmes på det grundlag (porten afstemmes i sidste ende altid med øret, men derfor er det jo alligevel rart, at teorien passer).

Her er et eksempel. Jeg fandt en ældre 15-tommer bas frem i går. Den var tilspillet, men jeg gentog lige processen for at være sikker. Efter afkøling målte jeg impedanskurven i situation1 (sort kurve) og situation 2 (blå kurve). Målingen blev gentaget i omvendt rækkefølge for at verificere resultatet - samme resultat. I situation 1 er resonansfrekvensen 26,7 Hz, og i situation 2 er den faldet til 25,4 Hz. Den pågældende enhed har Mms på godt 140 g i situation 1 (altså noget mere end Faital PRO-enheden og dermed mindre indflydelse af delta-Mmr) og Sd omkring 880 cm^2. Forskellen i strålingsmasse i de to situationer er 15 g i dette tilfælde, så det er "kun" omkring 11% af Mms.

Nogle producenter af højttalerenheder opgiver både Mmd og Mms i databladet, hvor Mmd er massen af de fysiske/mekaniske bevægelige dele. Differensen, Mms-Mmd, er da strålingsmassen, som vi kalder Mmr. Altså:

Mms = Mmd + Mmr

Det interessante for os højttalerbyggere er i udgangspunktet at kende Mms. Når vi måler Thiele-Small-parametre, er Mmr selvsagt inkluderet, da vi jo ikke måler i vakuum. Således kunne man tro, at alt er i den skønneste orden. Det kan man også godt være heldig, at det er, men det er ikke givet, da strålingsmassen er forskellig i forskellige situationer, og de fleste producenter angiver ikke, i hvilken situation de har målt parametrene (det fremgår heller ikke direkte af SB Acoustics datablade, men det er beskrevet i vores Technical Notes på hjemmesiden, at vi måler parametre på tilspillede enheder i fri luft uden baffel - dvs. i en 4-pi situation). Hos de producenter, der opgiver både Mmd og Mms, kan man heldigvis regne ud, i hvilken situation parametrene er målt - og godt for det.

I løbet af dagen hos bknielsen kom det frem, at der var et par stykker, der havde fået fingrene i nogle fine Faital PRO 15PR400. Det er en 15-tommer med forholdsvis lav bevægelig masse for den størrelse enhed. Den har Mms = 85,2 g og Mmd = 56,8 g. Dermed bliver Mmr = 28,4 g. Den medsvingende luft udgør altså nøjagtig 1/3 af Mms i dette tilfælde, så det er ganske betydeligt. Nu kan vi jo så prøve at regne på, hvordan den er målt. Lad os kigge på de fire almindelige situationer, hvor ah er den effektive membranradius:

1)

Enheden er i fri luft uden baffel og uden kabinet, dvs. 4-pi. Her gælder: Mmr = 3,2 * ah^3

2)

Enheden sidder i uendelig baffel uden kabinet, dvs. 2 x 2-pi. Her gælder: Mmr = 6,4 *ah^3 

3)

Enheden sidder i (lukket) kabinet men ellers frit (uden uendelig baffel), dvs. 4-pi. Her gælder: Mmr = 2,32 * ah^3

4)

Enheden sidder i (lukket) kabinet og uendelig baffel, dvs. 2-pi. Her gælder: Mmr = 3,2 * ah^3

Hvis ah indsættes i [m], fås Mmr i [kg]. Det er ikke overraskende, at Mmr stiger med størrelsen af enheden. Medmindre man bygger en in-wall højttaler, så vil vi anvende enheden i noget, der ligner situation 3. Hvis højttaleren står meget tæt på bagvæggen, nærmer vi os situation 4. For at finde den aktuelle Mms skal vi først tage værdien i databladet og trække Mmr gældende for producentens målesituation fra og derefter lægge Mmr gældende for vores brugssituation til. Derefter kan man så genberegne resonansfrekvensen, hvis man kender eftergivenheden, Cms (kender man ikke Cms, kan den indledningsvis beregnes ud fra de opgivne værdier for Mms og fs). Her er vi nødt til at se bort fra frekvensafhængigheden af Cms, der som regel heller ikke er særlig betydende (det er frekvensafhængigheden af Rms derimod, og den vil være en anden ved den omregnede resonansfrekvens og dermed påvirke Qms, som igen påvirker Qts - dog er det mindre betydende for Qts, hvis Qms >> Qes).

Lad os vende tilbage til Faital Pro 15PR400. Den er opgivet til at have et effektivt membranareal, Sd, på 857 cm^2. Det svarer til en radius (ah) på 0,165 m. Vi kan nu beregne konstanten, der indgår i udtrykket for strålingsmassen, da vi kender både Mmr og ah. Det giver en konstant på 6,3. Der er flere usikkerheder her, men vi er da ikke i tvivl om, at vi befinder os i situation 2, hvilket måske er lidt atypisk. Her afviger strålingsmassen ret betydeligt fra de øvrige situationer. Hvis vi omregner til de øvrige situationer, fås Mms til enten 71,2 g (situation 1 og 4) eller 67,3 g (situation3). Tilsvarende bliver resonansfrekvensen enten 38,5 Hz (for Mms = 71,2 g) eller 39,6 Hz (for Mms = 67,3 g). Her må vi tage Cms for pålydende, da vi ikke ved, om denne værdi gælder for en frisk eller tilspillet enhed (der kan være ganske betydelig forskel, og det ækvivalente volumen, Vas, er jo direkte proportional med Cms). Slutteligt kan man omregne Q-værdierne svarende til de aktuelle værdier for Mms og fs. Anbefalingen herfra vil (i stedet) være at tilspille enhederne og selv måle T/S-parametre i fri luft (situation 1). God fornøjelse!

En anden sikker og meget brugbar betode til at bestemme den faktiske tuningsfrekvens er at betragte membranudsvinget. Visuel detektion er fuldt tilstrækkeligt, så man behøver ikke en laser. Til gengæld skal man bruge en tone generator med mulighed for finjustering af frekvensen samt en pålidelig frekvenstæller (det findes i mange multimetre, og de fleste gode tonegeneratorer har det indbygget). Man skal have tilstrækkeligt med udsving, og så gælder det ellers om at finde den frekvens, hvor udsvinget er minimalt (se grafen herunder).

Der gælder følgende teoretiske sammenhænge, som jeg vil uddybe senere:

f1*f2 = fs*fp

f1^2 + f2^2 = fp^2 + fc^2

Måske kan nogle af jer regne ud, hvor jeg vil hen. Det er almindeligt kendt (erfaret), at man tilsyneladende ender med en lidt lavere tuningsfrekvens end beregnet. Det har vi før diskuteret i et par forskellige tråde herinde, og jeg har belyst nogle fejlkilder, men det er ikke helt fyldestgørende. Man skal naturligvis kende eller med rimelighed kunne estimere det akustiske volumen, som skal bruges ved portberegning. Her er udgangspunktet det luftvolumen, man har tilbage, når afstivning og andet er trukket fra - luften i porten tæller heller ikke med i kabinetvolumen. Dertil kommer så den akustiske volumenforøgelse, som det porøse dæmpemateriale bibringer. Det kan sagtens være 10% oveni, så hvis man ikke har taget højde for det, er det klart, at man ender med en lavere tuningsfrekvens. Noget andet, der er afgørende for overensstemmelse mellem teori og virkelighed, er endekorrektionen, der anvendes ved portberegning. Selv med korrekt endekorrektion for en given portgeometri (koniske porte og flares kan byde på udfordringer ved beregning), kan porten komme til at virke for lang, hvis den fx sidder tæt op ad en kabinetvæg. Det vil også resultere i en lavere tuningsfrekvens. Endelig er der det frekvensafhængige tab i dæmpematerialet, som vil skævvride de målte kurver en (lille) smule - det kan vi vende tilbage til, men det er ikke det mest væsentlige at lægge vægt på her. Desuden vil utilsigtede utætheder i kabinettet (foruden porten) spille ind en eller anden grad, og der skal såmænd ikke så meget til, før det kan forstyrre resultatet (dog vil en meget lavfrekvent sivning være ganske ubetydelig, men det er lækagen ved en evt. phase-plug i enheden ikke nødvendigvis). Det, jeg vil frem til her, er, at selv når vi har taget højde for alt dette, så kan vi godt ende med at måle en lavere tuningsfrekvens end forventet - eller det kan man i hvert fald godt komme til at tro/konkludere.

Jeg har tudet folk ørerne fulde af, at tuningsfrekvensen ikke er (helt) sammenfaldende med den frekvens, hvor der er impedansminimum mellem de to pukler, der opstår ved det portede system, men at tuningsfrekvensen derimod findes, hvor der er størst udfasning på enhedens nærfeltsrespons. Det er også fuldstændig korrekt, men det gælder jo kun, hvis det rent faktisk er det, man måler, og det er ikke nødvendigvis givet, selv om målingen (også for den trænede) kan se helt rigtig ud, og man derfor ikke aner uråd.

Fortsættelse følger...