Tweet
4th order bandpass - Ett spännande alternativ
Den här posten skall jag ägna åt att försöka utreda hur fjärde ordningens bandpass lådor fungerar. Är man inte upplagd för lite teoretisk läsning kan man sluta här
4th orders är inte så vanliga (i Sverige.. I USA syns de till oftare...) eller omtalade (finns knappt information på forumet/på svenska).
Anledningen till att det ser ut så här kanske beror på att många "bygga, labba och försöka" gått åt helvette.
Det är tyvärr betydligt lättare att totalt misslyckas med en 4th order än vad det är med en vanlig portad konstruktion.
Jag har lagt en hel del energi på att försöka sammanställa matnyttig information från diverse forum, och koka ner dessa till något rimligt begripligt, men ändå en smula teoretiskt.
Vad är det har att göra med egentligen? En sluten kammare spelar in i en portad kammare. Så här på skiss:
Hur fungerar 4th orders?
4th orders är en flexibel och kraftfull konstruktion då de kan byggas efter behov i betydligt högre utsträckning än portade konstruktioner.
Det går att bygga peakade konstruktioner med enorm verkningsgrad, civiliserade flacka responser till musikaliska lådor, eller djupbas monster utan dess like.
Den portade sidan styr hur mycket boost lådan får, den slutna sidan styr frekvensrespons och effekttålighet. Vad vore väl en konstruktion utan en samling kompromisser?
Den slutna kammaren
Den slutna kammaren styr frekvenssvarets lägre register.
Storleken på den slutna kammaren styr effekttåligheten genom aukustisk dämpning, vilket håller konutslaget i styr.
Dvs, en mindre sluten låda minskar risken för att mekaniskt bottna element.
Här kommer en illustration för hur den slutna kammaren begränsar konutslag. Den portade kammaren är oförändrad, lika så med avstämningen 60hz. Gul: 35L, Grön: 70L, Lila: 105L
Det blir tämligen tydligt att konutslaget minskar högst betydligt med mindre sluten kammare....
Som tidigare nämnt styr även storleken på den slutna kammaren frekvensresponsen i de lägre registren.
Här kommer en illustration för hur den inre kammaren påverkar djupbasresponsen.
Vad man ser är att en runt 30hz sträcket tappar man snabbt djupbas respons med mindre sluten kammare. Röd: 15L; Gul: 35L, Grön: 70L, Lila: 105L
Hur går man tillväga för att på bästa sätt bestämma innerkammarens volym?
Innerkammarvolymen kommer i stort bestämma hur djupt i frekvens systemet kommer att kunna spela.
Det är många bollar att hålla i luften när man bestämmer den här volymen.
-Helst vill man stämma av den portade kammaren till samma frekvens som den slutna kammarens resonans! (Viktig detalj!)
Det sägs det kan estimeras genom: Fc = sqrt((Vas/Vb) + 1). Där Vb = lådans volym, Vas = elementet parameter)
Om inte annat har WinISD denna variabel synlig, vilket gör att man kan simulera en sluten låda med tänkta element och volym, och läsa av Fcs.
I gammal god ordning är det optimalt att mäta på en sluten låda med tänkt volym och basar. Där impedanspeaken ligger har man lådans resonans.
Den portade kammaren
Den främre och portade kammarens relativa storlek (i förhållande till den slutna) styr vilken förstärkning lådan får.
Man pratar ofta om "ratio" mellan främre och bakre kammare när man diskuterar sådana här konstruktioner.
Här har jag gjort simuleringar som visar hur stor skillnad olika ratios kan göra på verkningsgraden hos lådan.
Bilden illustrerar en avstämning på 60hz av den främre kammaren. Gul visar ratio 1:1, Grön 2:1, Lila 3:1, Röd: 5:1.
En 5:1 ratio-konstruktion ger en förstärkning på hela 12db.
I exemplet betyder det att en ratio 1:1 låda kräver 16 gånger mer effekt för att prestera samma output som en 5:1 ratio låda runt avstämningsfrekvens!!
Avstämningen av den portade kammaren styr även den ÖVRE avdelningen i frekvens, i motsats till en portad låda (där hur djupt lådan kan spela styrs av avstämningen neråt i frekvens).
Detta syns tydligt i graferna då de faller brant även uppåt i frekvens runt avstämningsfrekvens.
4th order i bil
En rimligt konstruerad 4th order faller 12db/oktav. Vilket motsvarar en grovsnittad kupéförstärkning i bil, med start i området 50-60hz.
Detta skapar möljigheter att få till utmärkt flackt respons i bil med en välkonstruerad 4th order.
Att 4th orders ibland sägs låta slöare och bumligare är inte ett problem som bottnar i teorin, utan snarare hur måndags exemplar varit byggda.
Transientsvaret skall ha möjlighet att vara bättre än vanliga portade konstruktioner och näst bäst efter en sluten låda.
Vad för element passar?
4th orders är väldigt beroende av rätt element för att låta riktigt bra. Det jag lyckats få ut som mer eller mindre vedertagna hållpunkter är följande:
- Ett relativt högt Qts, gärna över 0.5 är att föredra.
- Väldigt höga Qts får ofta problem med på tok för stora lådor för att de skall vara försvarbart i en 4th order.
- Ett lågt Qts kommer inte bli lika effektiv (ljud per inmatad effekt) som en med högre Qts. Dvs, man behöver större ratio bandpass för att bli lika effektiv som en med lägre qts. Då kan det bli mer mos per effekt och per volym i en portad konstruktion.
- Element med väldigt höga BL värden kommer undan med små slutna kammare och bibehållen djupbasrespons.
- Vilket även hänger på att dem har lågt fs, vilket är eftersträvansvärt för att få ner resonansen av den slutna kammaren, och därmed kunna stämma hela konstruktionen lägre med bibehållen effekttolerans.
- Tämligen styva element tycks ha svårigheter att komma till sin rätt.
Impedanshöjning tricks
Det visar sig att man funnit ett sätt att lösa problem med impedanshöjningar, givet att man är nöjd med sin avstämning.
Dämpmaterial i den slutna kammaren. Det här är ett real-life exempel. Kort och gott en lösning för att få ur mer mos av slutsteg.
Här ett illustrativt exempel på där det nästan går att halvera impedanshöjningen genom att överdriva dämpning mot rekomendationer.
polyfill / resonant freq / imped rise
0 oz / 70 / 7.1
2 oz / 70 / 6.5
6 oz / 70 / 5.9
10 oz / 69 / 5
14 oz / 69 / 5.2
18 oz / 69 / 4.9
22 oz / 70 / 4.6
25 oz / 70 / 4.4
Portstorlek:
Hur man skall dimensionera sin port är kritiskt. Eftersom 4th orders kräver viss kompression för att komma till sin rätt.
Portar tycks fungera mellan 2-5% av ljudets hastighet. Dvs mellan ca 6 m/s upp till ca 17 m/s. Därifrån i gränslandet uppemot 20m/s börjar blåsljud uppstå.
Uppemot en 30m/s då porten upphör att fungera på grund av turbulens. Grovt förenklat kan man säga att turbulensen blir så stark att porten korkar igen och lådan börjar bete sig som en sluten konstruktion.
Tidigare har vi diskuterat "ratio" mellan sluten och portad kammare. Det finns liknande ratios att ta ställning till för portarea. Ofta ligger lyckade konstruktioner mellan 3.5 - 4.5 cm^2 per liter volym i den portade kammaren.
Dessutom brukar det nämnas att man bör hålla portarean i gränslandet kring hälften av konarean.
Här har jag gjort en extrem illustration. Exemplet har en avstämning på 60hz av den främre kammaren. Men här visas hur lufthastigheten förändras när man bibehåller samma volym på den slutna kammaren, och samma avstämningsfrekvens, men ändrar på storleken av front kammaren. Gul visar ratio 1:1, Grön 2:1, Lila 3:1, Röd: 5:1.
Här kan man se att det är viktigt att vara medveten om hur portens beteende förändras vid olika stor frontkammare. Från 9m/s upp till 24m/s när frontkammaren blir 5gånger större.
Konstruktionstips!
Utan att ge en "kortaste vägen till bästa avägningen" så har jag några grundläggande tips: Det är en god idé att börja med frågan "hur mycket total volym har jag?" snarare än "hur mycket konarea vill jag ha?".
Välspelande system visar att det är viktigare med högre volymratio mellan front till bakkammare än att ha ytterligare konarea!
Vanligt är att sikta på någonstans 1:2 till 1:3...
Efter att totalvolymen fastställts behöver man bestämma volymen av den slutna kammaren.
Sikta på en volym där resonansfrekvensen landar ungefär där du vill stämma av hela konstruktionen.
För ett rimligt rakt frekvenssvar i kupéen bör man sikta på att få till en avstämning ungefär i höjd med där kupéförstärkningen börjar. Ofta runt gränslandet 50-60hz.
Bäst resultat sägs uppnås vid likvärdigt avstånd till porten för samtliga element.
Se till att element inte spelar rakt emot varandra för att undvika cancellering. En liten lagom vinkel på bafflarna ex i V-formation löser detta fint.
Det finns mycket matnyttigt man behöver jonglera samtidigt för att få ihop en riktigt bra 4th order. Här har jag lyft ett gäng faktorer, och lite hur några av dem hänger ihop. Det här är långt ifrån en komplett "how to", men har beskrivit ett gäng faktorer som kan ta konstruktion av 4th orders från "lotteri" till seriöst tungt spelande konstruktioner
Den här posten var först tänkt att hamna i min bygglogg, men känns som att den når fler ögon här
Hoppas det var trevlig läsning
// Surk
Den här posten skall jag ägna åt att försöka utreda hur fjärde ordningens bandpass lådor fungerar. Är man inte upplagd för lite teoretisk läsning kan man sluta här
4th orders är inte så vanliga (i Sverige.. I USA syns de till oftare...) eller omtalade (finns knappt information på forumet/på svenska).
Anledningen till att det ser ut så här kanske beror på att många "bygga, labba och försöka" gått åt helvette.
Det är tyvärr betydligt lättare att totalt misslyckas med en 4th order än vad det är med en vanlig portad konstruktion.
Jag har lagt en hel del energi på att försöka sammanställa matnyttig information från diverse forum, och koka ner dessa till något rimligt begripligt, men ändå en smula teoretiskt.
Vad är det har att göra med egentligen? En sluten kammare spelar in i en portad kammare. Så här på skiss:
Hur fungerar 4th orders?
4th orders är en flexibel och kraftfull konstruktion då de kan byggas efter behov i betydligt högre utsträckning än portade konstruktioner.
Det går att bygga peakade konstruktioner med enorm verkningsgrad, civiliserade flacka responser till musikaliska lådor, eller djupbas monster utan dess like.
Den portade sidan styr hur mycket boost lådan får, den slutna sidan styr frekvensrespons och effekttålighet. Vad vore väl en konstruktion utan en samling kompromisser?
Den slutna kammaren
Den slutna kammaren styr frekvenssvarets lägre register.
Storleken på den slutna kammaren styr effekttåligheten genom aukustisk dämpning, vilket håller konutslaget i styr.
Dvs, en mindre sluten låda minskar risken för att mekaniskt bottna element.
Här kommer en illustration för hur den slutna kammaren begränsar konutslag. Den portade kammaren är oförändrad, lika så med avstämningen 60hz. Gul: 35L, Grön: 70L, Lila: 105L
Det blir tämligen tydligt att konutslaget minskar högst betydligt med mindre sluten kammare....
Som tidigare nämnt styr även storleken på den slutna kammaren frekvensresponsen i de lägre registren.
Här kommer en illustration för hur den inre kammaren påverkar djupbasresponsen.
Vad man ser är att en runt 30hz sträcket tappar man snabbt djupbas respons med mindre sluten kammare. Röd: 15L; Gul: 35L, Grön: 70L, Lila: 105L
Hur går man tillväga för att på bästa sätt bestämma innerkammarens volym?
Innerkammarvolymen kommer i stort bestämma hur djupt i frekvens systemet kommer att kunna spela.
Det är många bollar att hålla i luften när man bestämmer den här volymen.
-Helst vill man stämma av den portade kammaren till samma frekvens som den slutna kammarens resonans! (Viktig detalj!)
Det sägs det kan estimeras genom: Fc = sqrt((Vas/Vb) + 1). Där Vb = lådans volym, Vas = elementet parameter)
Om inte annat har WinISD denna variabel synlig, vilket gör att man kan simulera en sluten låda med tänkta element och volym, och läsa av Fcs.
I gammal god ordning är det optimalt att mäta på en sluten låda med tänkt volym och basar. Där impedanspeaken ligger har man lådans resonans.
Den portade kammaren
Den främre och portade kammarens relativa storlek (i förhållande till den slutna) styr vilken förstärkning lådan får.
Man pratar ofta om "ratio" mellan främre och bakre kammare när man diskuterar sådana här konstruktioner.
Här har jag gjort simuleringar som visar hur stor skillnad olika ratios kan göra på verkningsgraden hos lådan.
Bilden illustrerar en avstämning på 60hz av den främre kammaren. Gul visar ratio 1:1, Grön 2:1, Lila 3:1, Röd: 5:1.
En 5:1 ratio-konstruktion ger en förstärkning på hela 12db.
I exemplet betyder det att en ratio 1:1 låda kräver 16 gånger mer effekt för att prestera samma output som en 5:1 ratio låda runt avstämningsfrekvens!!
Avstämningen av den portade kammaren styr även den ÖVRE avdelningen i frekvens, i motsats till en portad låda (där hur djupt lådan kan spela styrs av avstämningen neråt i frekvens).
Detta syns tydligt i graferna då de faller brant även uppåt i frekvens runt avstämningsfrekvens.
4th order i bil
En rimligt konstruerad 4th order faller 12db/oktav. Vilket motsvarar en grovsnittad kupéförstärkning i bil, med start i området 50-60hz.
Detta skapar möljigheter att få till utmärkt flackt respons i bil med en välkonstruerad 4th order.
Att 4th orders ibland sägs låta slöare och bumligare är inte ett problem som bottnar i teorin, utan snarare hur måndags exemplar varit byggda.
Transientsvaret skall ha möjlighet att vara bättre än vanliga portade konstruktioner och näst bäst efter en sluten låda.
Vad för element passar?
4th orders är väldigt beroende av rätt element för att låta riktigt bra. Det jag lyckats få ut som mer eller mindre vedertagna hållpunkter är följande:
- Ett relativt högt Qts, gärna över 0.5 är att föredra.
- Väldigt höga Qts får ofta problem med på tok för stora lådor för att de skall vara försvarbart i en 4th order.
- Ett lågt Qts kommer inte bli lika effektiv (ljud per inmatad effekt) som en med högre Qts. Dvs, man behöver större ratio bandpass för att bli lika effektiv som en med lägre qts. Då kan det bli mer mos per effekt och per volym i en portad konstruktion.
- Element med väldigt höga BL värden kommer undan med små slutna kammare och bibehållen djupbasrespons.
- Vilket även hänger på att dem har lågt fs, vilket är eftersträvansvärt för att få ner resonansen av den slutna kammaren, och därmed kunna stämma hela konstruktionen lägre med bibehållen effekttolerans.
- Tämligen styva element tycks ha svårigheter att komma till sin rätt.
Impedanshöjning tricks
Det visar sig att man funnit ett sätt att lösa problem med impedanshöjningar, givet att man är nöjd med sin avstämning.
Dämpmaterial i den slutna kammaren. Det här är ett real-life exempel. Kort och gott en lösning för att få ur mer mos av slutsteg.
Här ett illustrativt exempel på där det nästan går att halvera impedanshöjningen genom att överdriva dämpning mot rekomendationer.
polyfill / resonant freq / imped rise
0 oz / 70 / 7.1
2 oz / 70 / 6.5
6 oz / 70 / 5.9
10 oz / 69 / 5
14 oz / 69 / 5.2
18 oz / 69 / 4.9
22 oz / 70 / 4.6
25 oz / 70 / 4.4
Portstorlek:
Hur man skall dimensionera sin port är kritiskt. Eftersom 4th orders kräver viss kompression för att komma till sin rätt.
Portar tycks fungera mellan 2-5% av ljudets hastighet. Dvs mellan ca 6 m/s upp till ca 17 m/s. Därifrån i gränslandet uppemot 20m/s börjar blåsljud uppstå.
Uppemot en 30m/s då porten upphör att fungera på grund av turbulens. Grovt förenklat kan man säga att turbulensen blir så stark att porten korkar igen och lådan börjar bete sig som en sluten konstruktion.
Tidigare har vi diskuterat "ratio" mellan sluten och portad kammare. Det finns liknande ratios att ta ställning till för portarea. Ofta ligger lyckade konstruktioner mellan 3.5 - 4.5 cm^2 per liter volym i den portade kammaren.
Dessutom brukar det nämnas att man bör hålla portarean i gränslandet kring hälften av konarean.
Här har jag gjort en extrem illustration. Exemplet har en avstämning på 60hz av den främre kammaren. Men här visas hur lufthastigheten förändras när man bibehåller samma volym på den slutna kammaren, och samma avstämningsfrekvens, men ändrar på storleken av front kammaren. Gul visar ratio 1:1, Grön 2:1, Lila 3:1, Röd: 5:1.
Här kan man se att det är viktigt att vara medveten om hur portens beteende förändras vid olika stor frontkammare. Från 9m/s upp till 24m/s när frontkammaren blir 5gånger större.
Konstruktionstips!
Utan att ge en "kortaste vägen till bästa avägningen" så har jag några grundläggande tips: Det är en god idé att börja med frågan "hur mycket total volym har jag?" snarare än "hur mycket konarea vill jag ha?".
Välspelande system visar att det är viktigare med högre volymratio mellan front till bakkammare än att ha ytterligare konarea!
Vanligt är att sikta på någonstans 1:2 till 1:3...
Efter att totalvolymen fastställts behöver man bestämma volymen av den slutna kammaren.
Sikta på en volym där resonansfrekvensen landar ungefär där du vill stämma av hela konstruktionen.
För ett rimligt rakt frekvenssvar i kupéen bör man sikta på att få till en avstämning ungefär i höjd med där kupéförstärkningen börjar. Ofta runt gränslandet 50-60hz.
Bäst resultat sägs uppnås vid likvärdigt avstånd till porten för samtliga element.
Se till att element inte spelar rakt emot varandra för att undvika cancellering. En liten lagom vinkel på bafflarna ex i V-formation löser detta fint.
Det finns mycket matnyttigt man behöver jonglera samtidigt för att få ihop en riktigt bra 4th order. Här har jag lyft ett gäng faktorer, och lite hur några av dem hänger ihop. Det här är långt ifrån en komplett "how to", men har beskrivit ett gäng faktorer som kan ta konstruktion av 4th orders från "lotteri" till seriöst tungt spelande konstruktioner
Den här posten var först tänkt att hamna i min bygglogg, men känns som att den når fler ögon här
Hoppas det var trevlig läsning
// Surk
...om det finns något bakom den rekomendationen? Ja, säkert. 
Comment