BASHORN – GardHorn-1

(Jag rekommenderar att i stället bygga GardHorn-2. Vid provbygge visade det sig att sista hornsegmentet inte är optimalt eftersom mynningen sträcker sig långt upp i hornsegmentet.)

GardHornet är ett bashorn konstruerat för att få plats i en standardgarderob (GarderobHorn). Placerar man hornet i en garderob blir den mer osynlig och kan accepteras av övriga i hornets närhet. Konstruktionen tillåter en mängd olika elementdata och storlekar. Konstruktionen är sådan att elementets data blir av någorlunda underordnad betydelse för det ljudliga resultatet. Mer om det längre ner. Konstruktionen medger också att hornet kan läggas ner och på så vis utgöra en “stereobänk” om så önskas.

Storlek
Hornets storlek bestäms av en standardgarderobs innerstorlek. För att man skall få plats med filt eller annat mellan garderob och horn väljs cirkamåttet bredd 55, djup 55 cm och höjden 200cm. Detta ger en bruttovolym på 5,5×5,5×20= 605 liter. Det kan betyda att vi har en nettovolym på runt 550 liter att tillgå.

Utformning
För att optimera hornets utformning används en metod kallad “Hypex Designer”. Detta ger ett hyperboliskt exponential horn med bra basegenskaper på bekostnad av de högre frekvenserna.

Element
Elementets egenskaper, i denna typ av horn, är av underordnad betydelse så länge man håller sig inom det normala. Det går använda små element likaväl som stora eller subbaselement lika väl som PA-element. Man kan använda flera element eller ett enda om så önskas. Dock finns det en optimal elementkonfiguration och det är för den rörliga massa som bör ligga mellan 10-40 gram, storleken bör ligga mellan 200-400 cm2, resonansen för elementet bör ej understiga 40hz och resistansen bör vara så låg som möjligt. Lite längre ner kan man se att det inte är några dramatiska skillnader även om man går utanför det optimal.

Arbetsområde
Hornet är ett rent bashorn och måste delas vid högst 200hz med minst 12db/oktav, helst mer. Ett subbfilter som bryter vid ca 30hz är önskvärt.

Beräkning för grundläggande hornet
För att få fram en grundberäkning av hornet används följande elementparametrar:

Membranyta = 300cm2 (ca 10 tum’s element)
Bl-faktor = 15
Massa = 30 gram (utan luft)
Spolens resistans = 5 ohm
Mekaniska Kompliansen = 4,00E-04 m/newton
Mekaniska resistansen = 4,00 newtonsec/m

Observera att inga parametrar är kritiska. Förstår man inte de två sista talen, som är ett mått på upphängningens styvhet, spelar det mindre roll då alla förekommande element ligger inom den kritiska gränsen. En bra tumregel är att hellre för mjuk upphängning än för hård.

Några beräkningar för vald undre frekvens dit hornet skall nå utan fall, dvs +-0db, ger storleken:

Vid 20 hz = 4073 liter
Vid 22 hz = 3069 liter
Vid 24 hz = 2365 liter
Vid 26 hz = 1866 liter
Vid 28 hz = 1495 liter
Vid 30 hz = 1219 liter
Vid 32 hz = 997 liter
Vid 34 hz = 832 liter
Vid 36 hz = 702 liter
Vid 38 hz = 597 liter
Vid 40 hz = 513 liter

Som man ser i tabellen krävs det enormt mycket större lådor för att nå ner till 20hz än 40hz. För GardHornet väljer vi i inledningsskedet 40hz som frekvenskurvan skall gå ner till utan att falla av. 40hz är en lägre bas än vad man ofta tror. Det är ytterst få högtalare som når ner till 40hz med bibehållen verkningsgrad. Det klarar GardHornet, dessutom med en respektfull verkningsgrad. Det behövs inte mer effekt än vad en billig transistorradio för att överrösta vilken vanlig högtalare som helst. Valet på låda faller på 40hz och 513 liter.

Så här ser grundsimuleringarna ut:

Frekvenskurvan
Frekvensgången är spikrak från 200hz till 40hz. Verkningsgraden ligger på modiga 110db.

Slaglängden
Trots den höga nivån på 110db ligger membranets konutslag nere på tiondelar utom strax under där hornet tappar kontrollen, där når den upp till nära 1mm.

Fasen
Mellan 40 och 200hz ligger fasen +-20 grader, otroligt bra!

 

Beräkning för olika membranytor
Vi skall här se hur olika membranytor påverkar frekvensgången. Den grundläggande mätningen hade 300cm2 här skall vi nu testa några olika ytor med övriga värden oförändrade. Det betyder att 100cm2-elementet har Bl 15. Detta är naturligtvis knappast möjligt men för att se effekterna av en ändrad membranyta gör vi så. Man ser att elementens ytor bör hålla sig mellan 200cm2 och 400cm2. Utanför dessa ytor är frekvenskurvorna allt för vågiga och verkningsgraden sämre.

 

Beräkning för olika tunga membran (eller rörlig massa)
Vi skall här se hur olika rörliga massor påverkar frekvensgången. Den grundläggande mätningen hade 30 gram, här skall vi nu testa några olika massor. Det intressanta med denna simulering är att membranets vikt bara marginelt påverkar frakvensgången. Det är först när man närmar sig 100 gram som kurvan börjar falla i övre registret.

 

Beräkning för olika Bl-faktorer
Vi skall här se hur olika Bl-faktorer påverkar frekvensgången. I övrigt får alla värden vara som grundvärdena. En påtagligt låg Bl-faktor sänker verkningsgraden och minskar kontrollen över membranet. Vid högre Bl värden blir frekvenskurvan rakare och verkningsgraden ökar tills man uppnått någon slags optimalt värde. För Gardhornet ligger det optimala värdet för Bl mellan 17 och 20. Under 10 i Bl är inte att rekommendera.

 

Beräkning för olika spolresistanser (Re)
Vi skall här se hur olika resistanser (Re) påverkar frekvensgången. I övrigt får alla värden vara som grundvärdena. Här finns inga tydliga indikatorer på vad som är bäst. Högsta verkningsgraden ger 3 ohm följt av 6 och 9 ohm. Högsta verkningsgraden ger 3 ohm, 6 ohm ger rakaste frekvensgången medan 9 ohm ger sämst verkningsgrad och sämst frekvenskurva. 3 ohm kan tyckas bäst men så låg resistans kan få vara jobbigt för en del slutsteg. Den optimala resistansen bör ligga mellan 4 och 6 ohm.

 

Beräkning för olika hårda/mjuka upphängningar (Cms eller mekanisk komplians)
Den sista parametern som skall gämföras är membranets mekaniska tröghet eller värdet på hur tungt det är att förflytta membranet ej elektriskt inkopplat. Det första och sista värdet (röd och grå) är fantasivärden fär att utreda var man bör ligga, på hårda sidan eller på mjuka sidan. Övriga värden är grundvärdena:

Cms 0,00001 m/N Motsvarar omk Vas 1,3 liter
Cms 0,00002 m/N Motsvarar omk Vas 3 liter
Cms 0,00003 m/N Motsvarar omk Vas 4 liter
Cms 0,00004 m/N Motsvarar omk Vas 5 liter
Cms 0,00006 m/N Motsvarar omk Vas 6 liter
Cms 0,0002 m/N Motsvarar omk Vas 26 liter
Cms 0,0004 m/N Motsvarar omk Vas 53 liter
Cms 0,0006 m/N Motsvarar omk Vas 77 liter
Cms 0,0008 m/N Motsvarar omk Vas 102 liter
Cms 0,0010 m/N Motsvarar omk Vas 134 liter
Cms 0,01 m/N Motsvarar omk Vas 13 000 liter

Man ser mycket tydligt att complianser från 0,0003 och uppåt är likvärdiga. Complianser under 0,0003 blir fort en sämre frekvenskurva. Man skall ta VAS-uppgifterna här ovan med en liten nypa salt då det kan skilja mellan olika element med samma Cms, men i stora drag kan sägas att GardHornet vill ha mjukt upphängda element med ett Vas på minst 40 liter.

 

Optimala värden ur ovanstående simuleringar
Ur ovanstående simuleringar, och andra omfattande simuleringar, plockar vi nu fram de bästa värdena. Det går att simulera fram de optimala värden med simuleringsprogrammet men då måste vart och ett av de föregående elementvärdena vara förhandsbestämda. Så här blev resultatet och bästa värden av alla simuleringarna :

Bl-faktor = 15-20
Massa = 30-40 gram (utan luft)
Spolens resistans = 4-6 ohm
Mekaniska Kompliansen = Från 4,00E-04 m/newton och uppåt
Vas = Från 30 liter och uppåt

Då skall vi se hur kurvorna ser ut med de optimala elementvärdena.
Jag valde:

Bl 15
Massa 30 gram
Resistans 6 ohm
Vas 50 liter (Cms 0,0004 m/N).

Frekvensgången kan inte bli mycket bättre. 110 db 1watt på 1 meters avstånd är mycket bra.

Fasen ligger inom +-20 grader mellan 40 till 200 hz. Försök hitta någon annan bas som slår det!

Impedansen visar att förstärkaren ser en i stort sett konstant last.

Ner till 40 hz slår membranet som mest ca 0,3 mm vid 110 db. Utanför det kontrollerade området stiger slaget till hela 0,8 mm vid 110 db. Det ter sig omöjligt för andra basar att slå det… om dom kan spela 110 db ens.

Den akustiska impedansen ser ut som hornimpedanser ser ut i allmänhet.

 

Vilka element är optimala
Den eviga frågan vid varje bygge. Men det är inte helt lätt eftersom olika element har olika ljudkaraktärer även om data är identiska. Men jag kommer här att plocka fram några element som rekommenderas till GardHornet där några finns att köpa i Sverige (2005). En del är billiga medan andra kan vara snuskigt dyra.

När hornet konstruerades var tanken ställd mot Kappa Pro 10. det finns fler element som går att använda men det var svårt att hitta de parametrar som är önskvärda. Om man vill testa något annat element än nedan, tänk då på att fs skall ligga runt 50hz då brukar de andra parametrarna ligga i närheten av det godkända. Det enda som kan avvika är Bl-faktorn. Men som tidigare sagts är det inte så kritiskt. En Bl-faktor på 10-12 kan också ge en omtumlande upplevelse. Skillanden mellan Bl 10 och 15 är inte så stor hörbart som man kan tro.

Fabrikat Namn info Fs Bl Mms Re Vas Sd Cms ca Pris
E-04 m/n 2005
Eminence Kappa Pro 10 [ i ] 46 18,8 38 6,5 52 345 3,1 1200
Eminence Beta 10 [ i ] 53 9,6 25 5,8 60 345 3,6 675
Eminence Legend B102 [ i ] 45 13,8 28 5,7 74 345 4,4 5-700
Fane Cresendo 10MB [ i ] 54 16,2 39 5,6 36 340 2,2 2135
Beyma SM110 [ i ] 43 13,2 38 6,2 65 355 3,7 1395
Beyma 10 G40 [ i ] 55 17,9 51 6,0 33 380 1,6 2370

Lite simuleringar med ovanstående element:

Eminence Kappa Pro 10

file:///D:/05_HEMSIDA_PRODUKTION/1_LinnarAudio_Hemsida/2011-08-28_Hemsida%2001.50/hogtalare/horn_bas/gardhorn-1/gardhorn_kappa10_frekv.gif

Eminence Beta 10

Eminence Legend B102

Fane Cresendo 10MB

Beyma SD M110

Beyma 10 G40

 

Lådkonstruktion
GardHornet består av två delar, en sluten låda och ett exponetialhorn. Den slutna lådan är på 7,42 liter där avståndet mellan baffel och bakvägg (djup) är 211 mm. Lådans storlek anger slaglängden vid lägre frekvenser. Mindre låda ger mindre slaglängd men samtidigt en fallande frekvensgång för de lägre registren. Optimalt är 7,42 liter för alla element. Lådans djup avgör resonanser i hornet. Om avståndet är för stort kan resonanser befinna sig inom det hörbara registret under 200hz. Om djupet är för litet kan förvrängning uppstå likt ett trattljud. Det optimala är 211 mm men man kan gå ända ner till 100 mm utan problem.
Exponetialhornet är beräknat för max 480hz för att kunna dela vid högst 200hz och helst vid 150hz. För att få plats i den givna lådan måste hornet veckas. Vecken i sig omöjliggör frekvenser över 200hz utan förvrängning av ljudet.

Hornets scematiska utbredning ser ut så här:

Det är en utmaning att veckla ihop hornet och stoppa in den i en garderob utan att förlora sina ljudliga egenskaper. “Garderoben” skall utgöras av en låda med yttermåtten 55 x 55x 200 cm. Detta blir 605 liters yttervolym där hornet, som är på 513 liter nettovolym, borde få plats.

För att kunna föra över exponetialformen till lådan, behöver vi ändra på skissen här ovan till ett format med höjd och bredd. Bredden får bli 51 cm och höjden får utgöra hornets form. Det ser då ut så här:

Segment
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
200
205
210
215
220
225
230
235
240
245
250
255
260
265
270
275
280
285
290
295
300
305
310
315
320
325
330
335
340
342
Area cm2
69
72
76
80
85
90
95
101
107
114
121
128
137
146
155
165
176
188
201
215
229
245
263
281
301
323
346
370
397
426
457
490
526
564
606
650
698
750
805
865
929
998
1073
1153
1239
1331
1431
1538
1653
1777
1910
2053
2208
2374
2552
2744
2951
3173
3412
3669
3946
4244
4564
4908
5279
5678
6107
6568
7064
7356
Höjd i mm
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
24
25
27
29
31
33
35
37
39
42
45
48
52
55
59
63
68
73
78
84
90
96
103
111
119
128
137
147
158
170
182
196
210
226
223
261
281
302
324
348
375
403
433
466
533
538
579
622
669
719
774
832
895
962
1035
1113
1198
1288
1385
1442

Måtten här ovan skall nu överföras till en skiss med djupet 51 cm och där man kan se utvidgningen.

Nu gäller det att trycka in hela hornet i en låda med måtten 51x51x200cm. Det kommer inte att bli lätt, ett vist avsteg från den perfekta linjen får accepteras dessutom måste första delen gjutas i betong för att inte vibrera. Vi vet att en så liten rörelse som 0,1 mm kan ge 110db ut, det är en mycket liten rörelse för så mycket ljud. Om hornets första segment vibrerar med 0,1mm kan detta förstärkas till betydande nivåer, därför är det av högsta vikt att hornets början är mycket stabilt.

Så här ser det ut när hela härligheten veckats och tryckts in i den givna lådan:

 

Lådans höjd samt att vi behövde lite plats för första delen av hornet gjorde att lådan blev aningen för kort. Men måtten är givna större än så här får det inte bli. Nu veckar vi upp lådan och placerar ut den över hornmallen för att se avvikelsen. Det förutsättes att alla hörn i hornet fylls i med lister för en mer optimal kurvradie. De röda strecken är lådan som veckats upp, de svarta strecken är den önskvärda formen och formen där båda överenstämmer:

En ny körning av simulatorn visar en avvikelse mot de slutliga här ovan som är knappt synliga, ser därför ingen anledning till att lägga in kurvorna igen. Orsaken till att det inte är någon större avvikelse när man minskar ner hornets area mot slutet av hornet beror på att hornets sista sträcka “speglas” mot golvet.

Byggbeskrivning
Hornet är inte byggt i huset ännu.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *

Denna webbplats använder Akismet för att minska skräppost. Lär dig hur din kommentardata bearbetas.