Kardioidibassot
Onnistuneet
Epäonnistuneet
Vasteet ja herkkyys
Mittausetäisyys 150 cm, korkeus 30 cm, kulma 0º, aikaikkuna
300 ms, ei tasoitusta.
Pystyasteikko on dB / 2.83V / 1m.
Kannattaa huomioida että mittaus ei ole tehty vapaassa
kentässä, vaan lähellä maan pintaa. dB-lukemat ovat
enintään 6 dB suurempia kuin vapaassa kentässä
mitattuna, ja vastaavat lattiasijoituksella saatavia arvoja.
Muuttuvatilavuuksinen
resistanssikotelo
Kotelon mitat ovat 330 x 580 x 430 mm ja sisätilavuus 2 x 25
litraa. Elementteinä on
2 kpl SLS-10". Vuotorakojen
mitat
ovat 16 x 235 mm, jakoväli 35 mm ja lukumäärä 20
kpl, eli vuotoalaa on 112 % kartion pinta-alasta. Etummainen rako
sijaitsee 110 mm kotelon etunurkasta. Resistanssiporteissa on yksi
kerros SPO Yhtymä Oy:n Lido Ural
neulehuopamattoa (paksuus noin 2.5 mm) - kiinnitettynä puuliimalla
ja nitojalla.
Kotelo on täytetty polyesterivanulla.
Helmholtz-resonaattorin "putkena" toimii halkaisijaltaan 50 mm
reikä 19 mm
MDF-levyssä, joten resonanssitaajuus on noin 60 Hz (Vb=26 litraa).
Resonaattorikotelo on täytetty polyesterivanulla aukon
peittymistä varomatta. Lisäksi
aukon elementtien puoleisessa
päässä on yksi kerros ilmastointikoneen suodatinta.
Piirustukset 2x12" ja 2x10" elementeille: MT-Resistanssi-3.pdf.
Suuntakuvio.
Mittausetäisyys 150 cm, aikaikkuna 300 ms, ei tasoitusta.
Suuntakuvio.
Mittausetäisyys 200 cm.
Keskimääräinen
suuntaavuus. Mittausetäisyys 200 cm.
Suuntakuvion puolesta
huipputulos koko bassoalueella sekä alakeskialueella. Suuntakuvio
on
keski- ja yläbassolla hiukan dipolimaisen puolella, joten
etukammion
pieni tilavuden nosto muuttaisi suuntakuviota kardioidimmaksi.
Pienikin tuulenvire häiritsee mittausta 20...30 Hz alueella, joten
aivan alinta bassoa ei kannata katsella liian tarkasti.
Harmooninen särö edestä,
jännite 2.83 V.
Säröpiikki 160 Hz
kohdalla johtuu mekaanisesta räminästä.
Harmooninen särö
resistanssiportista, jännite 2.83 V.
Keskibassolla portin särö on suurempi kuin edestä, mutta
alakeskialueella pienempi. Alakeskialueen pienempi arvo selittyy
alipäästöllä, mutta keskibasson särön
lähde voi olla joko resistanssiportti, resonaattori (virtaus) tai
kartion takapuolen epälineaarisuus.
Impedanssi (elementit
rinnankytketty)
Resistanssikotelo
Ensimmäinen yritelmä
resistanssikoteloidusta basso-osasta on valmis.
Kotelon mitat ovat 280 x 560 x 425 mm ja sisätilavuus 2 x 22
litraa. Elementteinä on
2 kpl SLS-10". Vuotorakojen
mitat
ovat 16 x 205 mm, jakoväli 35 mm ja lukumäärä 24
kpl, eli vuotoalaa on 115 % kartion pinta-alasta. Etummainen rako
sijaitsee 120 mm kotelon etunurkasta. Resistanssiporteissa on yksi
kerros SPO Yhtymä Oy:n Lido Ural
neulehuopamattoa (paksuus noin 2.5 mm) - kiinnitettynä puuliimalla
ja nitojalla.
Kotelo on täytetty polyesterivanulla.
Suuntakuvio. Aikaikkuna 300ms,
ei tasoitusta.
Mittausetäisyys 200cm:
Mittausetäisyys 250cm:
Keskimääräinen
suuntaavuus, mittausetäisyys 250cm.
Impedanssi (elementit
rinnankytketty)
Perusmallin resistanssikotelo yhdellä neulehuopakerroksella toimii
kohtalaisen hyvin. Takavaimennus ei ole alabassolla mitenkään
huippuluokkaa, mutta kuunneltuna kaikki on niinkuin pitääkin;
bassoa tulee etusektoriin kohtalaisesti, mutta
takanurkissa ei jyrise
yhtään. Proto jää ulkomittausten perusteella hiukan
monopolimaiseksi, joten vuotorakojen lisäämisen pitäisi
korjata
tilannetta. Samalla tehokkaimman takavaimennuksen kaista siirtyisi
yläbassolta keskibassolle päin.
Hybridikeksijäätelö
Kun kerran mikään
puhdasverisistä toimintaperiaatteista ei ole suostunut
toteuttamaan
kardioidia suuntakuviota laajakaistaisesti, on aika siirtyä
risteytyshommiin. Ensimmäisenä risteytykseen
päätyivät hybridikardioidi (monopoli+dipoli) ja
keksijäätelö.
Suljetun 33,5 litran protokotelon etuseinään on ruuvattu
levikkeeksi XLS-10":n kokoisen lävistyksen saanut
tripla-passo-purilaisen takalevy, mitat 440 x 560 x 19 mm. Dipoliosa on
kiinnitetty monopolin etupuolelle kahdella välilevyllä ja
neljällä kierretangolla (joilla pituutta ripaus liikaa).
Vuotoraoissa on vaimennusaineena 15 cm leveät kaistaleet 10 cm
paksua E30 vaahtomuovia. XLS:n kumireunukselle on kaivettu pari cm
liikkumavaraa. Vuotoraon leveys on 91 mm, eli puristusta on vain sen
verran että vaimennusaine pysyy paikallaan. Keskellä
ylhäällä ja alhaalla on myös pienet palat, jotka
näkyvät kuvassa. Koko hoito painaa 32 kg, joka johtaisi
WWMMTMMWW-rakenteella
välilevynpullistumaan.
Tasojen ja vasteiden viritys täytyy hoitaa erilaisella taktiikalla
kuin hybridikardioidilla. Eron syynä on vaimennusaine, joka
alipäästää ja vaimentaa monopolin
ääntä, sekä leikkaa dipolin taka-aallon aiheuttaman
korostuksen. Hybridikardioidin tehtävänä on hoidella
ala-...keskibassoa ja keksijäätelön
yläbassoa...keskialuetta, joten monopolin täytyisi
tekeytyä huomaamattomaksi yläbassolta alkaen. Vaimennusaineen
alipäästö ei siihen asiaan riitä, joten monopolin
vasteita on korjattava sähköisesti 50 Hz yläpuolella.
Toistaiseksi olen kokeillut 2. asteen alipäästöä 50
Hz ylärajalla sekä 1. asteen alipäästöä
50 Hz ylärajalla lisättynä kaistanestolla -5...-7 dB @
100Hz, Q=1,0...1,4). Kumpikin korjaustapa johtaa suuntakuvion puolesta
lähes samaan lopputulokseen, joten vaimennusaine
näyttää lisäävän sietokykyä
virityksessä tapahtuville munauksille. Monopolin
alipäästö aiheuttaa kuitenkin herkkyyden
heikentymistä keskibassolla, joten viritystaktiikka vaatii
vielä lisätutkimuksia.
Taajuusvasteista laskettu vaimennus 90° ja 180° kulmiin:
Tulos on suuntakuvion puolesta kohtalaisen hyvä.
Mittaus on tehty sisätiloissa lähietäisyydeltä,
joten tuloksen luotettavuus on heikko.
Hybridikardioidi
Vertailun vuoksi pikatestipenkkiin
pääsi myös tuttu ja turvallinen hybridikardioidi.
Dipoliosaksi on napattu tripla-passo-purilaisen etulevy elementteineen,
mitat 440 x 560 x 38 mm. Monopoliosana on mitoiltaan 277 x 560 x 325 mm
(33.5 litraa) suljettu kotelo, jossa on XLS-10". Osien välimatka
on 110 mm. Tavoitteena oli sijoittaa dipoli- ja monopoliosien akustiset
keskipisteet mahdollisimman lähelle toisiaan, jotta kardioidin
suuntakuvion venyttämiseen alakeskialueelle olisi edes
teoreettiset mahdollisuudet. Samaisia mahdollisuuksia huonontaa
äänen ahdistaminen rakoon sekä yhtenäinen
välilevy yläreunassa, jotka synnyttävät
resonansseja.
Monopolin lähivaste on säädetty hiukan alaspäin
laskevaksi. Tarvittava bassokorostus on 2. astetta, +10 dB @ 30 Hz.
Dipolin lähivaste on säädetty hiukan alaspäin
nousevaksi. Tarvittava
bassokorostus on 2. astetta, +10 dB @ 30 Hz, eli sama kuin monopolilla.
Lisäksi 300 Hz alueelta on leikattu kaistanestosuotimella -6 dB
(Q=2), jolla kompensoidaan dipolin vasteen nousua sekä takaosan
kailotuksia. Monopolin taso (lähikentässä) on aseltu
siten että äänenpaine kaistan
yläpäässä on sama kuin dipoliosan
äänenpaine
lähikentässä. Tarvittava tason korjaus näillä
elementeillä on 0 dB. Yhden dipolielementin ja monopolin
äänenpaineet lähikentässä risteävät
keskibassolla, kuten seuraavassa kuvassa näkyy:
Dipoliosan taajuusvaste etu- ja takapuolelta noin 5 cm
päästä
(ei vanua). Liian suljettu rakenne vahvistaa ääntä
välillä 140...500 Hz, joten väliin on
yritettävä tunkea vanua niin paljon kuin mahdollista.
Lopputuotteen taajuusvasteet 0°, 90° ja 180° kulmiin 70 cm
päästä:
Taajuusvasteista laskettu vaimennus 90° ja 180° kulmiin:
Tulos on bassoalueella täysin kelvollinen. Parempi toiminta on
helposti todettavissa
myös kuuntelemalla; bassoa tulee etusektoriin reippaasti, mutta
takanurkissa ei jyrise
yhtään. Mittaus on tehty sisätiloissa
lähietäisyydeltä, joten tuloksen luotettavuus on heikko.
Näillä
eväillä homman saa pelaamaan helposti ja mallikkaasti noin
150 Hz saakka. Juuri
tällainen rakenne menee
vanun kanssa alakeskialueelle melkoisesti ontuen. Parempi tulos vaatisi
pitkäkestoista virittelyä vaimennusaineiden, tasojen ja
taajuuskorjausten kanssa.
Ilman vanua takakailotus syö äänenpainetta reilusti
suoraan eteenpäin
noin 300 Hz kohdalta, jolloin suuntakuvio jää ympyräksi
tai kääntyy
suorastaan taakse. Yksi ongelmista on XLS-10", joka heittää
hanskat tiskiin 400 Hz kohdalla.
Suoraan dipolin taakse sijoitetulle monopolille ei sinänsä
ole esteitä.
Monopolin kotelo pitää vain muotoilla niin ettei se
peitä liikaa
dipolin taka-aaltoa. Lisäksi dipolin takapuoli pitäisi olla
pystysuunnassa vuotava, jottei synny seisovia aaltoja kuten
tässä
protossa. Homma helpottuu ratkaisevasti jos mitoilla,
ulkonäöllä ja elementtimäärällä ei
ole mitään väliä.
Hybridikardioidi Alien2004
Monopolina on suljettu 60 litran kotelo, jossa
on Peerless CSX-10" tai XLS-10" subwoofer-elementti.
Kotelon mitat ovat 520 x 320 x 520 mm (L x K x S). Materiaali on 24 mm
koivuvaneri.
Kotelo on täytetty polyesterivanulla (Univisio).
Dipolissa on Peerless SLS-12".
Kotelon äärimitat ovat 520 x 375 x 230 mm (L x K x S),
takaseinän leveys on 360 mm. Materiaali on 24 mm koivuvaneri.
Jakosuodin ja taajuuskorjaukset
Katso Alien2004.
Mittaukset SLS-12" + CSX-10"
Mittausetäisyys on 250 cm, aikaikkuna 170 ms ja tasoitus 1/6 okt.
Keskimääräinen vaimennus 20...250
Hz: 45° 1dB, 90° 3.5dB, 135° 8dB, 180° 10dB.
Suuntakuvio jää 250 cm etäisyydelle hiukan
monopolimaiseksi, koska dipoliosan
taka-aallon äänenpaine on liian pieni etuaallon ja monopolin
summaan nähden. Dipolimaista taka-aaltoa saisi voimistettua joko
symmetrisellä H-framella tai pienentämällä
monopolin tasoa, joka vaatisi oman päätteen,
epäherkemmän elementin tai pienemmän Qts-arvon (kuten
XLS-10"). Lyhyemmältä etäisyydeltä tarkasteltuna
suuntakuvio kuitenkin on kardioidimaisempi, koska dipoliosan taka- ja
etuaallon äänenpaineen suhde on suurempi.
Muuttuvatilavuuksinen
keksijäätelö
Prototyypissä resistanssikoteloituna osana on
keksijäätelökaiuttimen tapainen systeemi 14 cm
leveällä
ilmatilalla. Vuotoraot ovat leveydeltään 91 mm, ja
niissä on vaimennusaineena 15 cm leveät kaistaleet 10 cm
paksua E30 vaahtomuovia. Resistanssiosan takana on
Helmholtz-resonaattorina tavanomainen noin 30 litran
bassorefleksikotelo
33
Hz viritystaajuudella, mutta ilman bassoelementtiä.
Sisähalkaisijaltaan 46 mm refleksiputkia on kaksi, ja ne
päätyvät resistanssiosan ilmatilan sisälle kotelon
keskilinjalle. Kotelo on täytetty polyesterivanulla aivan
täyteen.
Refleksiputket on asennettu XLS-10":n paikalle.
Suuntakuvio.
Mittausetäisyys 150 cm, aikaikkuna 300 ms, ei tasoitusta.
Keskimääräinen
suuntaavuus
Ulkona mitattu suuntakuvio on pettymys. Tulos on ratkaisevasti
huonompi kuin sisätiloissa lähietäisyydeltä
mitattu. Takavaimennus on kunnollinen vasta 60 Hz yläpuolella.
Huom! Tämäkin systeemi
saattaisi toimia ilman refleksiputkia, 60...80 Hz:iin viritetyllä
resonaattorilla. Tässä vaiheessa ei ollut tarpeeksi tietoa,
jotta toimintaa korkeammalla virityksellä olisi tajunnut edes
kokeilla.
U-frame
Kardioidin suuntakuvion
metsästys U-framesta
on jatkunut toistaiseksi tuloksettomana. Teoreettisesta
yksinkertaisuudestaan huolimatta taka-aalto ei ole suostunut asettumaan
tasoltaan ja vaiheeltaan sellaiseksi, jotta etuaalto kumoutuisi
taaksepäin niin paljon, että kardioidimaisuutta olisi
selvästi
kuultavissa tai mitattavissa olohuoneen
kokoisessa tilassa. Akustinen
lopputulos vastaa tyypillisesti heikkolaatuista dipolia.
Lootan mitat 270 x 550 x 405 mm. Elementit 2 x SLS-10".
Valokuvassa näkyvä määrä vanua pystyy
vaimentamaan siirtolinjan resonanssit (hiukan liikaakin), pitäen
taka-aallon vaiheen vastakkaisvaiheisena noin 100 Hz saakka, ja tason
hiukan etuaallon alapuolella.
Lähivasteet kartiosta ja siirtolinjan loppupäästä,
taka-aallon vaihe (punainen)
sisältää myös kulkuaikaviiveen:
Tällainen vaimennus ei tuota minkäänlaista
kardioidimaisuutta noin metrin päästä mitattuna tai
kuunneltuna:
Kaksinkertaisen etäisyyden päästä on ala- ja
yläbassolla havaittavissa jonkinlaista takavaimennusta, mutta
keskibassolla takavaimennus on edelleen ympäripyöreä
nolla. Jos siirtolinjan vaimennusta vähennetään, muuttuu
taka-aallon vaihe
lähemmäs vastakkaisvaiheista (alipäästö
vähenee), mutta samalla taso nousee, joten takavaimennus ei parane
reaalimatkoille. Jos siirtolinjan vaimennusta lisätään,
putoaa taso
sopivammaksi, mutta samalla siirtolinjan alipäästö
lisääntyy ja etuaallon
kumoamiskyky menetetään. Vaihe voi kääntyä
ylä- tai jopa keskibassolla samanvaiheiseksi etuaallon kanssa,
jolloin akustinen lopputulos vastaa monopolia.
U-framen kardioidimaisuus saattaa ilmetä "reilumman"
etäisyyden
päästä. Tässä elämänvaiheessa tuo
"reilumpi" etäisyys vaikuttaa niin pitkältä, ettei
periaatteella näyttäisi olevan
käytännössä
mitään virkaa.
Mittaukset ulkona
Suuntakuvio.
Mittausetäisyys 150 cm, aikaikkuna 300 ms, ei tasoitusta.
Aivan vehkeestä! Vanun lisäksi olen testannut vaahtomuovia,
erilaisia sohvatyynyjä, villapaitoja jne. Mikään
testatuista vaimennusaineista ei toiminut kunnolla.
Tripla-passo-purilainen
Tripla-passo-purilainen on
suunniteltu käpykotelon ja keksijäätelön pohjalta,
mutta on rakenteeltaan käpykoteloa yksinkertaisempi sekä
muunneltava. Kotelon poikkileikkaus (ylhäältä) on
seuraavan kuvan mukainen. Etulevyn viisteet ovat 30°.
Rakenne on kasattu kuudella M6 kierretangolla, jotta välilevyjen,
välipalojen ja vaimennusaineen vaihtaminen olisi mahdollista
kohtuullisella vaivalla ja ilman dynamiittia. Kardioidimaisuus on
laajakaistaisempaa kuin resistanssikotelolla, mutta keskibassolla
vaivaa lievä takavaimennuksen puute. Turhan vaatimaton mitattu
takavaimennus voi osittain johtua ohuehkosta takalevystä (19
mm MDF) ja mittausolosuhteista, mutta
ne eivät selitä kaikkea.
Vaimennusaineena 7 cm paksua E30 vaahtomuovia etummaisessa vuotoraossa
ja seuraavissa 7 cm paksua E23 vaahtomuovia:
Vaimennusaineena jonkin verran puristettua polyesterivanua kaikissa
vuotoraoissa:
Suuntakuviot eri vaimennusaineilla ovat lähes identtiset (huomioi
erittäin heikko mittaustarkkuus huoneessa).
Käpykoteloon nähden
ei tapahtunut mullistavaa
edistystä; parempi takavaimennus yläbassolla, mutta huonompi
takavaimennus alabassolla. Vuotorakojen vähentäminen kahteen
heikensi lopputulosta, kuten myös välilevyjen vaihtaminen
toiseen järjestykseen. Herkkyys alabassolla on tälläkin
varsin heikko. Periaatteen käyttökelpoisuus on hiukan
kyseenalainen, mutta sama ongelma vaivaa monia muitakin kardioidimaista
suuntakuviota yrittäviä rakenteita. Tämä kuitenkin
toimii melkoisen nätisti verrattuna esim. U-frameen, jonka
suuntakuvion kardioidimaisuudesta ei ole vielä löytynyt
mitään todisteita. Mutta etsintä jatkuu...
Käpykotelo
Resistanssikotelon alabasson liiallisesta dipolimaisuudesta on yritetty
päästä eroon viivästämällä vuotoa
"mekaanisesti". Jokaisen vuotoraon ulostaman äänen kulkumatka
kartion
sisäpuolelta vuotoaukolle on saman pituinen kuin matka
kartion keskipisteestä vuotoraon kohdalle ulkokautta.
Leikkauskuva päältä katsottuna:
Huoneessa tehdyt (varsin epäluotettavat) mittaukset
kuvan mukaisesta
basso-osasta osoittavat että periaate on toimiva, mutta
siirtolinjojen suuntauksessa, systeemin mitoituksessa ja vaimennuksessa
on
vielä paljon kehitettävää. Vaimennus sivulle on
kunnossa, mutta taaksepäin liian pieni välillä 50...150
Hz. Lisäksi sivuvuoto
syö alimman oktaavin herkkyyttä tarpeettoman paljon ja
aiheuttaa korostusta keskibassolla. Tällaisenaan toteutus on
käyttökelvoton. Siirtolinjojen vaimennuksena on
polyesterivanua hiukan puristettuna.
Vastuksen kasvattaminen ei parantanut lopputulosta, ja
puristamattomalla vanulla suuntakuvio jäi hiukan dipolimaiseksi
alle 50 Hz.
Sivua päivitetty 01.03.2008
Home
Copyright ©
Kimmo Saunisto, All Rights Reserved.