Medir filtros serie

[RR]

Hola, en el hilo de los monitores de Rozalen
http://www.matrixhifi.com/foro/viewtopi ... 6921#26921
Salió el tema de cómo medir la salida de cada altavoz en una caja con filtros serie.

El asunto es interesante porque es imposible separar por completo un altavoz de otro, puesto que en los filtros serie "el-otro-altavoz" es en cierto modo un componente del filtro.

Recordé haber leído algo sobre un método muy ingenioso, pero que usa programas carísimos, que no nos hacen ni puñetera falta teniendo el Sweep-Scope. ¿Por qué? Porque sweep-scope genera un impulso alineado en tiempo con el bucle de medida. Es decir, que, respecto a la salida eléctrica que se usa para medir, el impulso (el archivo .imp) tiene el retardo real.

Por tanto, podemos sumar impulsos (o cualquier otra operación) sin preocuparnos de posibles efectos de la fase, puesto que si no movemos el micrófono, los impulsos tendrán correcta su fase relativa.

Así pues, con esta herramienta podemos aplicar esta "aritmética de impulsos" para separar a posteriori lo que físicamente es inseparable.

¿Cómo?

Midiendo dos veces el altavoz, una de ellas con el tweeter invertido en polaridad, sin cambiar nada más.

Así, tendremos dos impulsos, llamando "w" a la parte correspondiente al woofer y "t" a la parte correspondiente al tweeter:

(+w+t) , impulso del altavoz completo.
(+w-t) , impulso con el tweeter invertido.

Si ahora sumamos estos impulsos, tendremos: +w+t+w-t = 2w
¡La salida del tweeter se ha cancelado!

Si previamente invertimos el impulso de (+w-t) tendremos (-w+t), que de nuevo podemos sumar a (+w+t): +w+t-w+t = 2t
¡Y ahora hemos cancelado la salida del woofer y tenemos solo el tweeter!

Repito que eso solo puede hacerse con impulsos alineados en tiempo como los .imp que genera el sweep-scope.

A continuación explico una forma práctica de hacer lo anterior, gracias a los impulsos medidos como se ha dicho que Ángel "AVfilter" ha tenido la amabilidad de enviarme.

[RR]

Usaré el programa gratuito Audacity para la edición de impulsos, en concreto la versión 1.3.2-beta en castellano.

Los archivos de Ángel los renombro a w+t.Fs=44100.imp y w-t.Fs=44100.imp, para los impulsos medidos de modo normal, y con el tweeter invertido en polaridad.

Los archivos se cargan en Audacity en el menú Archivo -> Import -> Raw Data (insisto en que es la versión en castellano (?)). Los archivos .imp los hemos grabado a 44100 de muestreo, así que usamos estos ajustes:




Con lo que la cosa queda tal que así:



Seleccionando un impulso (pulsando con el ratón en la "etqueta" de la izquierda) y pulsando CTRL+C (copio) y CTRL+V (pego), hago copias de los impulsos, y cambio el nombre a la copia de (+w-t) a (-w+t), porque voy a cambiar su polaridad. al pulsar en el botón con el nombre que hay en la etiqueta izquierda, tenemos esto:



Para cambiar la polaridad, selecciono mi recién renombrado (-w+t) y luego voy al menú: Efecto -> Invertir.

Listo.

Tras estas operaciones tengo lo siguiente, (w+t), (w-t), (w+t) otra vez, y (-w+t):



Ahora voy a sumar los impulsos de dos en dos, como expliqué en el primer mensaje. Pulso la tecla MAYÚSCULAS y selecciono (w+t) y (w-t). Ahora voy al menú Tracks -> Mix and Render y me genera una pista llamada "Mezcla" en lugar de las dos originales:



La renombro a 2w (recordad: w+t+w-t = 2w), y hago lo mismo con las otras dos pistas, (w+t) y (-w+t), y renombro la mezcla a 2t:



Hemos terminado. Ahora solo hay que guardar nuestras mezclas como archivos .imp otra vez, si eso es lo que queremos. Para ello seleccionar un impulso y menú Archivo -> Export Selection as -> RAW, y poner un nombre adecuado, por ejemplo 2t.Fs=44100.imp.

Recordad que si queréis guardar como wav hay que poner el formato de exportación descomprimido como "wav" en las opciones.

Así tendríamos unos impulsos, bien .imp (formato raw float 32) bien en wav, listos para importar a nuestro programa de análisis favorito, cada uno del tweeter y del woofer por separado.

Yo voy a usar Cool-Edit (podía haber empezado por ahí ) porque me gusta su visualizador de respuestas FFT. Tras importar a Cool-Edit los impulsos del tweeter, woofer, y la medida original del altavoz completo (a la que previamente he amplificado al doble), tengo esta gráfica:

Rojo, woofer. Verde, tweeter. Morado, altavoz completo.

Mola, ¿no? Os aseguro que a la segunda es más fácil hacerlo que explicarlo. Gracias de nuevo a Ángel por aportar las medidas originales.

[Joaquin]

tio, eres un CRACK!!!

Felices fiestas!!

[CIBERPROTON]

Muuuuuchas gracias RR, el Sweep-Scope es el mejor programa de audio que conozco. Desde que lo uso solo utilizo el Smaart para calcular las fases y para hacer alguna modificación "rapida" del filtro "viendo" su efecto en tiempo real.
Lo de calcular las respuestas en fase seguro que tb lo puede hacer el Sweep-Scope, pero no sé como.
Gracias de nuevo

[Luismax]

Que gran regalo navideño.

Muchas gracias RR.

Voy a imprimirlo y estudiarlo.

Y dejaré unas copias en la fontal, pegaitas al AVF filter

[avf111]

Gracias a tí, encima del trabajo que te sacudimos...
Si quieres que mida cualquier cosa (filtro serie/paralelo, altavoz, posición,pitufo, etc…) me lo dices y te mando los archivos

Sldines.
Avf

[Kir]

Vaya Revolucion Radical(RR) que le estas pegando al mundo de la medicion digital, macho.

Despiertas una expectativa a la altura de la admiración que provocas.

No hay premios Nobel de Audio? Te lo darían con votación unánime.

Vaya bicho.

[avf111]

También, creo, sería muy interesante saber porqué suenan tan bién, especialmente en el Vital cruce medio/agudo, este tipo de filtro, creo que sería necesario investigar comparando filtraje serie/paralelo/activo behringer/ Firtro, a ver que cohooones pasa

Sldines
Ávf

[Nabucco]

Muchísimas gracias a RR por adaptar para torpes el método del Kreskovsky para medir altavoces con filtros serie. He aprovechado para toquetear el avfiltro que Angel me sacó en MG IV y que, en casa, no tenía una respuesta tan plana como debiera. El caso es que de tanto cambiar componentes y medir, ya he aprovechado para documentar cómo afectaba cada cambio de elementos en cada vía.

Los altavoces empleados, un Peerless HDS 164 de 6,5" y el Vifa XT25. Caja de 14 litros y puerto reflex a 47 Hz. Partía de un filtro L1=0,10, R=3,3, C=10 y L2=2,0. (R=Resistencia, C=Condensador, L1=bobina en paralelo con tweeter, L2=bobina en serie con woofer). Esta es su gráfica:



El diseño original tenía L1=0,18. Ahora probé bajando la bobina a 0,05 (dos de 0,10 en paralelo), a ver qué pasaba con el corte del tweeter:



Se ve claramente cómo al aumentar la pendiente del filtro para el agudo, la frecuencia de corte pasa de unos 2,3Khz a alrededor de 3,2Khz. Lo vuelvo a dejar con L1=0,10 porque la zona de muy agudos seguía alta, con lo que debía buscar bajar el volumen del tweeter en su conjunto, más que aumentar el corte. Como explica Avf aquí, a tocar la resistencia. Probando a aumentarla hasta 10 ohm:


Queda clara la bajada de nivel del tweeter. A partir de aquí seguí probando con una R de 4,7 ohm, que se queda más cerca de la horizontal. Quizás algún con algún db de más, con R=6,6 (2*3,3) seguía un poco alto, y no tenía aún de R=5,6.

Lo que empezaba a traerme de cabeza es la pequeña resonancia del woofer a 4 Khz. Quizás interese cortar a menos frecuencia en este altavoz. Así que vamos a comprobar el efecto de L2, la bobina en serie con el woofer:


Me parece curioso que las curvas empiezan a separarse muy "pronto" pero termina por no haber grandes diferencias. Falta por comprobar el efecto del cambio de condensador, vamos allá:


Parece un efecto similar al de L1 pero afectando más a la pendiente de filtro y menos al punto de corte. ¿No creéis?

Como seguía echando de menos una forma de rebajar el pico de 4Khz, probé a poner un condensador en paralelo con el woofer, buscando filtrar en segundo orden para ver si aumentaba la pendiente de caída. Resultados poniendo un condensador de 5,6:


Aunque no se ve en este gráfico, el primer efecto es que hay que cambiar la polaridad del tweeter, dejándolo sin la inversión que suelen llevar estos filtros. El otro efecto, que tampoco se ve aquí, es un considerable aumento de la distorsión, en concreto del 3er armónico. Tomando las salidas del sweep-scope:


Así que no es fácil pasar el corte de graves a segundo orden. Quiero probar también a poner una red Zobel (resistencia + condensador), a ver qué sale. Pero más adelante, que de momento en casa ya están hartos de pitidos.

Saludos.
Carlos Ruiz.

[Luismax]

Muy interesantes las medidas Carlos.

Vienen a mostrar que estos filtros son "lentejas..."

Quiero probar también a poner una red Zobel (resistencia + condensador), a ver qué sale.

Si, es buena idea, seguro que algo afecta a la caída del guofer.

[HoScO]

También, creo, sería muy interesante saber porqué suenan tan bién, especialmente en el Vital cruce medio/agudo, este tipo de filtro, creo que sería necesario investigar comparando filtraje serie/paralelo/activo behringer/ Firtro, a ver que cohooones pasa

Sldines
Ávf

yo de mediciones ni idea... pero... no sera la pendiente tan suave la que hace que suene tan bien...? quizas si usasemos cortes de primer orden con filtros normales conseguiriamos lo mismo... el caso es que sobre el papel el corte de primer orden es delicado para el tweeter entoncepienso que directamente la gente lo pasa por alto para no correr riesgos... por tanto simplemente ni se prueba.. a lo mejor resulta que la mayoria de los woofers responden mejor por arriva de loq ue cabria esperar por sus graficas y el filtro de primer orden no es solo una teoria y si que tiene su lugar en esto del audio... puede ser eso?

[Nabucco]

Bien, ya he tenido ocasión de probar con el condensador y la resistencia en paralelo al woofer. La idea no era compensar impedancia, sino cortar algo más abruptamente la parte de agudos del woofer para minimizar la pequeña resonancia a 4Khz. Probé con una resistencia de 7 ohm y condensador de 4,7 uF, sin calcular nada. Tuvo justo el efecto que buscaba: (naranja con Res.+Cond.)


Pero después de comprobar la salida del sweep-scope, aparece el mismo problema que al probar con sólo el condensador en paralelo, un buen pico de distorsión de 3er orden alrededor de los 1.5 Khz.


¿A qué creéis que se puede deber? ¿Problemas de fase, o un artefacto de la medida...? Y, ¿es preocupante esa distorsión estando 40db por debajo de la señal de referencia?

Salu2.

[avf111]

Después de ver varias gráficas y resultados de distorsiones todavía no tengo claro la relación efectiva respecto a la percepción, pero sería interesante dominar el asunto, y en su caso, si percibimos resonancias por la parte alta de los midio/graves que, en algunos casos no se detecta con el S.Scope

Sl2
Avf

[RR]

¿A qué creéis que se puede deber? ¿Problemas de fase, o un artefacto de la medida...? Y, ¿es preocupante esa distorsión estando 40db por debajo de la señal de referencia?

Salu2.

Hola Carlos:

Hay algo que tengo pendiente de hacer hace mucho: Repasar el modo en que se normaliza la distorsión a la respuesta original, de modo que se ajuste a un cierto criterio, que es el que define el supercicuta de estas cosas, que es un tal Wolfgang Klippel. Tiene página web en www.klippel.de

Para dibujar la distorsión respecto a la respuesta original hay que hacer dos operaciones: Escalar en frecuencia y dividir por la señal. Eso se puede hacer en diferente secuencia y significa cosas distintas. Pues bien, no me acuerdo de cómo lo hacía SS

Pero lo hará "a la klippel" porque es el mejor método: Aísla la distorsión que produce el motor de la posterior amplificación que producen las resonancias del cono. Quizá ya hace algo así y quizá no, lo que sí recuerdo es que se discutió en su momento y llegué a conclusiones parecidas, sin tanta claridad.

Lo que me parece es que ese pico de distorsión de 3er armónico es precísamente un producto del pico a 4000 hz contra el que estás peleando.

Fíjate: 3er armónico. 4000/3~1330 hz. ¡Bingo! El motor produce una cierta distorsión, que tiene una frecuencia x3 de la original. A esa frecuencia es amplificada por la resonancia a 4000, y tras las operaciones de escalado nos devuelve un artefacto a 1300 hz., que no es propiamente distorsión del motor, pero sí está en la salida del altavoz.

Bien... voy haciendo memoria: Lo que se decidió fue dejar la salida real del altavoz, aunque no correspondiera con la distorsión del motor. ¡Vaya!

Espero haberte aclarado lo suficiente y no demasiado Cualquier duda pregunta.

[RR]

Después de ver varias gráficas y resultados de distorsiones todavía no tengo claro la relación efectiva respecto a la percepción, pero sería interesante dominar el asunto, y en su caso, si percibimos resonancias por la parte alta de los midio/graves que, en algunos casos no se detecta con el S.Scope

Sl2
Avf

Buf, vaya tema. Nadie se pone de acuerdo aquí. Algunos estudios (Geddes) llevan a que se sobreestima la de los altavoces, y en cambio algunas distorsiones de cacharro defectuoso que dan valores bajos se oyen más. Pero parece que somos poco sensibles al tipo de disto de los altavoces (sí mucho a las resonancias). Yo no lo sé, te digo lo que se dice.

¿A qué te refieres por las resonancias esas?

[Luismax]

Hay algo que tengo pendiente de hacer hace mucho: Repasar el modo en que se normaliza la distorsión a la respuesta original, de modo que se ajuste a un cierto criterio, que es el que define el supercicuta de estas cosas, que es un tal Wolfgang Klippel.

Aísla la distorsión que produce el motor de la posterior amplificación que producen las resonancias del cono.

Lo que me parece es que ese pico de distorsión de 3er armónico es precísamente un producto del pico a 4000 hz contra el que estás peleando.

Fíjate: 3er armónico. 4000/3~1330 hz. ¡Bingo! El motor produce una cierta distorsión, que tiene una frecuencia x3 de la original. A esa frecuencia es amplificada por la resonancia a 4000, y tras las operaciones de escalado nos devuelve un artefacto a 1300 hz., que no es propiamente distorsión del motor, pero sí está en la salida del altavoz.

Bien... voy haciendo memoria: Lo que se decidió fue dejar la salida real del altavoz, aunque no correspondiera con la distorsión del motor. ¡Vaya!

Pues si vaya

Si no lo he entendido mal ahora me explico como puedo quitar un pico en la respuesta a 6 Khz. pero el tercer armónico sobre 2 Khz. sigue coleando.

Y como como dice Angel algunas medidas de distorsión que aparecen en el SweepS no parecen coincidir con lo que escuchamos.

Esto es especialmente problemático con conos metálicos, de esos que nos gustan tanto.
Pues se necesitaría saber que la distorsión medida corresponde no a lo que sale del altavoz sino a lo que resulta tras el filtraje que obviamente es lo que se escucha. Sino no hay forma de saber si los notch actuan correctamente.

RR crees que en tu infinita bondad podrías repasar dicha normalización.

[RR]

Pues si vaya

Si no lo he entendido mal ahora me explico como puedo quitar un pico en la respuesta a 6 Khz. pero el tercer armónico sobre 2 Khz. sigue coleando.

Eso es: Las resonancias del cono (o su "respuesta en frecuencia", si quieres) se aplican a todo lo que sale del motor, pero uno solo puede actuar sobre lo que entra al motor. Lo que el motor se inventa (disto no lineal) nos lo tenemos que comer...

Y como como dice Angel algunas medidas de distorsión que aparecen en el SweepS no parecen coincidir con lo que escuchamos.

Eso sigo sin pillarlo... a ver si alguno me explica a qué se refería. En realidad, la respuesta real de distorsión es la que mide ahora SS, solo que nos da menos información de lo que ocurre en el motor, y sobre todo hace más dificultosa la medida, al no aislar la medida de lo que ocurre en la sala, rebotes, etc.

Lo bueno es que, dada la distorsión solo del motor, y dada la respuesta lineal (sin la disto) de un driver, tan limpia o tan anecoica o tan teórica como quiera, puedo restituir la distorsión efectiva con una simple convolución (o un filtrado, si lo prefieres), tan limpia o tan anecoica o tan teórica como quiera.

La idea es de Klippel, que conste. Es que es cojonuda.

Esto es especialmente problemático con conos metálicos, de esos que nos gustan tanto.

Sí, así es. Para que funcionen se necesitan cortes muy bruscos y baja distorsión. ¿Alguien ha dicho Seas Excel?

Pues se necesitaría saber que la distorsión medida corresponde no a lo que sale del altavoz sino a lo que resulta tras el filtraje que obviamente es lo que se escucha. Sino no hay forma de saber si los notch actuan correctamente.

RR crees que en tu infinita bondad podrías repasar dicha normalización.

Mi bondad no es infinita, pero mi placer de hacer estas cosas y de inventarme una comunidad inexistente sí lo es. Dalo por hecho.

El problema es que mi tiempo es finito y bajando... Nada de fechas.

[Luismax]

¿Alguien ha dicho Seas Excel?

Los pobres estamos descubriendo los Dayton Audio

El problema es que mi tiempo es finito y bajando...

Tal cual lo escribes asusta.

Nada de fechas.

Yo soy don sin prisas y seguiré por aquí los proximos años.

[Nabucco]

En realidad, la respuesta real de distorsión es la que mide ahora SS, solo que nos da menos información de lo que ocurre en el motor, y sobre todo hace más dificultosa la medida, al no aislar la medida de lo que ocurre en la sala, rebotes, etc.

No estoy seguro de entenderlo. Despacito, a ver si me he enterado: el método sweep reproduce un tono de frecuencia creciente con el tiempo. Por lo tanto, si cuándo debe reproducir 1000 hz yo estoy midiendo algo en 3000, suponemos que es distorsión 3er oden, ¿voy bien? Al convertir la grabación a impulso con el sweepscope lo que se hace, para alguien de letras, es "empujar" hacia la izquierda (hacia el instante 0 de medida) en función de la frecuencia detectada. O sea, una frecuencia de 100 hz será desplazado 3seg. suponiendo que en el sweep original se dan 100hz a los 3 seg, una de 1000 hz será desplazada 7 seg. suponiendo que el sweep original esa frecuencia se reproduce a los 7 seg y así sucesivamente, ¿no?

Entonces, si todo fuese perfecto, quedaría una señal casi instantánea en el instante 0 y el resto vacío (¿eso es la famosa delta de Dirac?). Lo que quede a su derecha son frecuencias que se han detectado más tarde de "lo que deberían", así que aquí tendríamos todos los rebotes, resonancias y todos los efectos de sala. Lo que quede a la izquierda del instante 0 son frecuencias que se han detectado "antes" de que se debieran haber emitido. Fundamentalmente, imagino que son las distorsiones, ya que al ser los armónicos siempre de frecuencia mayor que la fundamental, al generar el impulso deben quedar a la izquierda del instante 0, ya que "suenan" antes de que el sweep haya llegado a su frecuencia. Esto es lo que entendí de tus explicaciones y las de wynton. Si no es así, voy muy despistado. Entonces:

a) Las medidas de distorsión de las gráficas de sweep scope *nunca* reflejarán ningún efecto de sala, ya que son anteriores a cualquier reflexión.

b) El relacionar ese pico de distorsión con el pico a 4khz... aún entiendo menos. La distorsión sólo aparece cuando pongo el condensador en paralelo al woofer, y el pico a 4 khz es claramente menor, cuando el 3er armónico de 1330 implicaría lo contrario ¿no?.

Por supuesto, a oído no noto ninguna distorsión. Pero ¿a quién le importa cómo suena al lado de una buena gráfica? ¿A que ponen esos picos y vallecitos?

Salu2.

[RR]

No estoy seguro de entenderlo. ..

...ya que "suenan" antes de que el sweep haya llegado a su frecuencia. Esto es lo que entendí de tus explicaciones y las de wynton. Si no es así, voy muy despistado. Entonces:

Hola:

Hasta aquí lo entiendes perfectamente. Ahora, lo que ocurre después ya no es algo intrínseco de la medición por sweeps, sino la elección del programador (ejem...). Veamos:

a) Las medidas de distorsión de las gráficas de sweep scope *nunca* reflejarán ningún efecto de sala, ya que son anteriores a cualquier reflexión.

No, no es así. Una vez que la energía se ha "recolocado" según la ley que has explicado, te quedan impulsos que no son diferentes en nada al principal. También tienen un "a su derecha" en el que se muestran los rebotes del sonido. ¿O os que tiene algo especial la distorsión para no rebotar? Es un sonido que salió como dices antes de tiempo, rebotó y llegó antes de tiempo pero algo más tarde que su "padre"

b) El relacionar ese pico de distorsión con el pico a 4khz... aún entiendo menos. La distorsión sólo aparece cuando pongo el condensador en paralelo al woofer, y el pico a 4 khz es claramente menor, cuando el 3er armónico de 1330 implicaría lo contrario ¿no?.

¡No! Recuerda lo que le decía a Luisma: No podemos hacer nada en el "sistema interno" del altavoz. Metemos una señal, el motor se inventa señal con frecuencias nuevas, múltiplos de la original, y el cono (todo el sistema móvil en realidad) les aplica su respuesta en frecuencia.

Repito que ahí no podemos hacer nada sin modificar el driver. Tu condensador influye en lo que metemos al altavoz **antes**. Así que quitamos señal **original** a 4000. Muy bien, sonará mejor porque sobraba, pero seguimos metiendo la misma a 1300, que a su vez es amplificada a 4000 por un sistema que pasa mucho de tu condensador.

Es decir: Tú metes menos señal a 4000, pero el motor genera la misma que antes a 4000 a partir de la de 1300.

Lo que no entiendo es por qué aumenta solo cuando pones el condensador, debería quedar más o menos igual...