Kabel gerelateerde inzichten

[jossie]

Eerst maar een plaatje, kunnen we daar nog een nachtje over slapen.

[Dura]

Je denkt toch niet dat ik nu nog kan slapen? Dat wordt de hele nacht malen. 

[jossie]

Wat zien we hier?

Laten we zeggen een redelijke subwoofer. Getekend is een doorsnede van het magneetstelsel met daarin een spreekspoel met een wikkelhoogte van 35 mm (de verticale stapel kleine rondjes). De stalen topplate van het magneetstelsel is 10 mm dik, daardoor kan de spreekspoel 12,5 mm naar voren en naar achteren bewegen zonder dat er minder wikkelingen in het magneetstelsel staan. Dat is belangrijk, dat is het lineaire bereik, 2 x Xmax meestal genoemd.

De wikkelingen die in het magneetstelsel staan heb ik even ingekleurd, ongeveer 8 stuks dus.

Nou werkt een luidspreker doordat de spreekspoel een kracht uitoefent op de conus zodat die beweegt. De formule daarvoor: F = B x I x L  vrij vertaalt: kracht = magnetische veldsterkte x stroomsterkte x draadlengte

Niet meer en niet minder (!)

Kijken we nu nog eens goed naar het plaatje dan zien we dus dat ongeveer 8 wikkelingen in het magneetveld staan en daarboven 8 niet en onderaan ook 8 niet. Bij kleine uitslagen van de woofer, zeg 1 mm zal dus 1/3 van de spreekspoel ongeveer voor de 'aandrijving' zorgen en 2/3 niet. Laatste deel staat er dus een beetje bij te lummelen.

Onder de luidspreker heb ik een simpel elektrisch schemaatje getekend van deze woofer: te beginnen bij een versterker met een uitgangsimpedantie ri, een kabelweerstand rkabel en een spreekspoelweerstand rspeaker (laten we zeggen 6 Ohm).

Ik heb de weerstand van de speaker expres een blauwe band in het midden gegeven die model staat voor het deel van de luidspreker dat 'aangedreven' wordt naar analogie van de tekening erboven.

Met andere woorden: 2 Ohm van de speaker wordt daadwerkelijk aangedreven (1/3) en 4 Ohm helemaal niet (2/3).

Nou mogen jullie raden of we die 4 Ohm niet gewoon bij de kabelweerstand in de kring kunnen optellen, en dan mogen jullie ook nadenken of een kabel van 0,1 of 0,2 of 0,3 Ohm er eigenlijk wel toe doet..

[jossie]

En als al dat nadenken tot wat inzicht heeft geleid kun je ook nog 'ns opzoeken wat de definitie van 'dempingsfactor' is en wat dat dan betekekent in dit verband.

Of uitspraken als: 'de versterker heeft de woofer in z'n greep'

Ik moet er wel bij zeggen dat ik dit model getekend heb om iets duidelijk te maken. In realiteit staat de hele weerstand van 6 Ohm tussen de versterker en de aandrijving van de luidspreker maar dan wordt het weer een mentaal lastige exercitie, volgens mij is het zo wat makkelijker te begrijpen.

[jossie]

Nu ga ik toch nog een schema tekenen waarbij de DC weerstand van de luidspreker geheel buiten de luidspreker is getekend omdat het nou eenmaal zo werkt...

En we gaan de luidspreker aansluiten op een versterker met een lengte van 5 meter in twee diktes; 5 mm^2 en een 0,5 mm^2. Erg dik en erg dun. In totaal dus tien meter kabel heen en terug.

Zie het plaatje voor het resultaat.

De mate waarin de versterker de luidspreker 'onder controle' heeft wordt bepaald door de stroom die de versterker door de luidspreker kan sturen om 'm te corrigeren. Maar... dat gaat niet verder dan het dempen van bewegingen die er niet horen te zijn.

In het eerste geval komen we op 6,034 Ohm totaal waar de versterker stroom door heen kan jagen...
In het tweede geval op 6,34 Ohm.

De stroomsterkte zal ongeveer 5% variëren en het resultaat daarvan dus ook...

Niet schokkend toch?

[jossie]

En dan nog een laatste mentale exercitie om het belang van kabeldikte te illustreren.

Terug naar het eerste plaatje, ik heb ongeveer 24 wikkelingen getekend op de spreekspoel met een totale weerstand van 6 Ohm. Dat betekend dat elke wikkeling 0,25 Ohm in weerstand is.

Stel, de fabrikant maakt een nieuwe versie met twee wikkelingen meer om ietsepietse meer excursie te kunnen maken. Je weet wel, vooruitgang (!).

Dan wordt de DC weerstand van de woofer 6,5 Ohm. Nou zetten we deze nieuwe woofer met de dikke kabel tegenover het oude model met de dunne kabel:

Nieuw: 6,5 + 0.034 = 6,534 Ohm
Oud:  6,0 + 0,34  = 6,34 Ohm

Welke woofer wordt 'beter' gecontroleerd door de versterker?

[chansig]

Parels voor de Zwijnen ben ik bang.

Gr. Hans

[jossie]

Maakt me niet uit hoor Hans, elke dag verschijnt er weer een bak beetje onzin op het forum.

Wie wil leest 't, denkt 'r 'ns over en wie weet 

Of verklaart mijn bijdrage ook tot onzin. Ook goed.

[chansig]

Ik heb gelukkig onvoldoende kennis om je verhaal tegen te spreken. Tegelijkertijd vertrouw ik wel op je kennis. Dus wil ik het ook niet tegenspreken.

Gr. Hans

[morca]

Hier ook niet genoeg kennis je verhaal te snappen Jossie

[CinéHome]

En al helemaal niet dat de dikte de absolute factor is in het beoordelen van kabelverschillen.
Duurdere kabels blinken niet uit in extra dikte. 4mm² wordt doorgaans niet gehaald bij veel kabels die wel een diameter hebben van +10mm. Er zijn uiteraard uitzonderingen.

[jossie]

@morca @Chansig

kunnen jullie de redenering wel of niet volgen? Wat is te ingewikkeld?

@CinéHome

Dat zeg ik ook niet Stephan, het gaat in deze redenering alleen over eventuele noodzakelijke/nuttige kabeldikte.

Mocht het onduidelijk zijn wat ik daar van vind: totaal onbelangrijk bij lengtes tot pak 'm beet 5 meter.

Daarnaast, maar daar gaat de startpost dus niet over, denk ik niet dat er kabelverschillen hoorbaar zijn. Moet ik erbij zeggen dat ik dat ook nooit geprobeerd heb, dat ondersteund mijn mening dan wel weer op praktisch vlak 

[morca]

Te dik kan zelfs tegenwerken heb ik wel eens gelezen

[chansig]

Nee, gaat niet om je uitleg. Mijn beperking als het gaat om natuurkunde/scheidkunde/wiskunde.

Ik ga vandaag iets meer moeite doen hetgeen je geschreven hebt lezen en proberen te begrijpen.

Doet me denken aan de uren die ik bij Jerry heb doorgebracht omdat er weer eens iets stuk was wat hij moest maken. Hij praatte aan 1 stuk door, legde uit, ging verdiepen...en ik maar knikken en hummen.😂

Gr. Hans

[Peerless Monster]

Hey Jos,

Ik zat hier een beetje over te bakkeleien met mijn kennis, google en ai.

We kwamen tot deze proza:

Als didactisch plaatje werkt het prima maar je kunt er niet uit concluderen dat 2/3 van de spoel elektrisch gezien bij de kabel hoort. Alle windingen doen mee zowel voor de stroom als voor de elektromechanische koppeling maar niet allemaal even efficient qua krachtopwekking. Dat verschil zie je terug als BL non lineariteit en uiteindelijk als vervorming.

Ik heb het idee dat hier een paar dingen door elkaar lopen en dat het model wat te grof is om de juiste conclusies uit te trekken. De basis klopt gewoon: F = B x I x L. Alleen zit de nuance in wat L precies is. Dat is niet simpelweg het aantal windingen dat in de gap zit alsof dat een aan uit verhaal is. Het magnetisch veld in de luchtspleet is geen harde afbakening. Buiten de gap is het veld niet ineens nul maar loopt het geleidelijk af. Dat betekent dat windingen buiten de gap nog steeds bijdragen aan de kracht maar minder. Je hebt dus geen situatie van 1/3 actief en 2/3 die niets doet maar eerder een continue verdeling waarbij alle windingen iets bijdragen. Daarmee vervalt ook de stap waarin je de spoel in twee stukken knipt: een actief deel van 2 Ohm en een passief deel van 4 Ohm. Elektrisch gezien is het gewoon een spoel van 6 Ohm waar overal dezelfde stroom doorheen loopt. Ook de delen die minder bijdragen aan de kracht bepalen gewoon de stroom en dissiperen vermogen.

Wat ook meespeelt is dat de hele spoel beweegt in het magneetveld en een tegen EMK (EMK staat voor elektromotorische kracht (in het Engels: electromotive force, EMF. In luidspreker-termen gaat het meestal om de tegen-EMK (back EMF) dat is de spanning die de spreekspoel zelf opwekt wanneer hij beweegt in het magneetveld) opwekt. Dat geldt niet alleen voor het actieve deel. Juist die koppeling tussen beweging en spanning maakt dat je die 4 Ohm niet kunt gelijkstellen aan kabelweerstand. Een kabel beweegt niet zit niet in het veld en doet niet mee aan die terugkoppeling. In de praktijk hangt de krachtfactor BL af van de positie van de spoel. In het midden is die maximaal en naar buiten toe zakt hij geleidelijk. Dat zie je ook terug in BL curves van drivers: geen blokgolf maar een afgeronde curve. Dat is ook de echte bron van vervorming bij grotere uitslagen. Niet omdat een deel van de spoel niks doet maar omdat de kracht afneemt buiten het lineaire gebied.

Dan de vraag over kabelweerstand. Die doet iets maar het effect is klein. Op een speaker van 6 Ohm is 0,1 tot 0,3 Ohm serie weerstand een paar procent. Dat zie je terug in de dempingsfactor want die is simpelweg Zspeaker (dempingsfactor) gedeeld door de totale serieweerstand van versterker plus kabel (dus versterkerimpedantie en speakerkabel impedantie). Dat staat los van hoe de spoel in het veld zit. Die uitspraak dat de versterker de woofer in zijn greep heeft komt hier vandaan. Lage uitgangsimpedantie betekent dat de tegen EMK van de luidspreker beter wordt gedempt. Dat effect bestaat maar wordt in de praktijk vaak overschat. Mechanische demping van de driver en de kast spelen meestal een grotere rol.

Ik weet niet hoe jij daar tegenover kijkt?

[CinéHome]

Mocht het onduidelijk zijn wat ik daar van vind: totaal onbelangrijk bij lengtes tot pak 'm beet 5 meter.

Maar je sprak van 5% verschil. Is dat dan verwaarloosbaar volgens jou?

[chansig]

Maar je sprak van 5% verschil. Is dat dan verwaarloosbaar volgens jou?

Hierbij opgemerkt dat het gaat om het verschil tussen een kabel van 0,5 mm en 5 mm. Met een lengte van 5 meter.

Gr. Hans

[CinéHome]

Hierbij opgemerkt dat het gaat om het verschil tussen een kabel van 0,5 mm en 5 mm. Met een lengte van 5 meter.

Gr. Hans

In 1 welbepaalde theoretische opstelling.
En voor slechts 1 factor - kabeldikte.

[chansig]

In 1 welbepaalde theoretische opstelling.
En voor slechts 1 factor - kabeldikte.

Je laatste zin staat los van de vraag of 5% verwaarloosbaar is.

Gr. Hans

[jossie]

Maar je sprak van 5% verschil. Is dat dan verwaarloosbaar volgens jou?

Ja, én dat ging over 5 mm^2 versus 0,5 mm^2.

Als je gewoon 1 of desnoods 2,5 mm^2 neemt is het verschil ook nog veel kleiner.

Uiteindelijk verandert de DC weerstand van de woofer plus kabel de Q factor van het systeem. Een paar liter meer of minder bij de behuizing heeft een vergelijkbare invloed op de Q...

[jossie]

Hey Jos,

Ik zat hier een beetje over te bakkeleien met mijn kennis, google en ai.

We kwamen tot deze proza:

Als didactisch plaatje werkt het prima maar je kunt er niet uit concluderen dat 2/3 van de spoel elektrisch gezien bij de kabel hoort. Alle windingen doen mee zowel voor de stroom als voor de elektromechanische koppeling maar niet allemaal even efficient qua krachtopwekking. Dat verschil zie je terug als BL non lineariteit en uiteindelijk als vervorming.

Ik heb het idee dat hier een paar dingen door elkaar lopen en dat het model wat te grof is om de juiste conclusies uit te trekken. De basis klopt gewoon: F = B x I x L. Alleen zit de nuance in wat L precies is. Dat is niet simpelweg het aantal windingen dat in de gap zit alsof dat een aan uit verhaal is. Het magnetisch veld in de luchtspleet is geen harde afbakening. Buiten de gap is het veld niet ineens nul maar loopt het geleidelijk af. Dat betekent dat windingen buiten de gap nog steeds bijdragen aan de kracht maar minder. Je hebt dus geen situatie van 1/3 actief en 2/3 die niets doet maar eerder een continue verdeling waarbij alle windingen iets bijdragen. Daarmee vervalt ook de stap waarin je de spoel in twee stukken knipt: een actief deel van 2 Ohm en een passief deel van 4 Ohm. Elektrisch gezien is het gewoon een spoel van 6 Ohm waar overal dezelfde stroom doorheen loopt. Ook de delen die minder bijdragen aan de kracht bepalen gewoon de stroom en dissiperen vermogen.

Wat ook meespeelt is dat de hele spoel beweegt in het magneetveld en een tegen EMK (EMK staat voor elektromotorische kracht (in het Engels: electromotive force, EMF. In luidspreker-termen gaat het meestal om de tegen-EMK (back EMF) dat is de spanning die de spreekspoel zelf opwekt wanneer hij beweegt in het magneetveld) opwekt. Dat geldt niet alleen voor het actieve deel. Juist die koppeling tussen beweging en spanning maakt dat je die 4 Ohm niet kunt gelijkstellen aan kabelweerstand. Een kabel beweegt niet zit niet in het veld en doet niet mee aan die terugkoppeling. In de praktijk hangt de krachtfactor BL af van de positie van de spoel. In het midden is die maximaal en naar buiten toe zakt hij geleidelijk. Dat zie je ook terug in BL curves van drivers: geen blokgolf maar een afgeronde curve. Dat is ook de echte bron van vervorming bij grotere uitslagen. Niet omdat een deel van de spoel niks doet maar omdat de kracht afneemt buiten het lineaire gebied.

Dan de vraag over kabelweerstand. Die doet iets maar het effect is klein. Op een speaker van 6 Ohm is 0,1 tot 0,3 Ohm serie weerstand een paar procent. Dat zie je terug in de dempingsfactor want die is simpelweg Zspeaker (dempingsfactor) gedeeld door de totale serieweerstand van versterker plus kabel (dus versterkerimpedantie en speakerkabel impedantie). Dat staat los van hoe de spoel in het veld zit. Die uitspraak dat de versterker de woofer in zijn greep heeft komt hier vandaan. Lage uitgangsimpedantie betekent dat de tegen EMK van de luidspreker beter wordt gedempt. Dat effect bestaat maar wordt in de praktijk vaak overschat. Mechanische demping van de driver en de kast spelen meestal een grotere rol.

Ik weet niet hoe jij daar tegenover kijkt?

In ieder geval al bemoedigend dat je het blijkbaar nodig vind om AI én Google in te schakelen 

1e punt: begrijpelijk dat je daar over begint maar is praktisch niet echt relevant. De luchtspleet is laten we zeggen ongeveer 1 mm breed en bijna een 'magnetische kortsluiting'. Daardoor heerst er in de spleet een érg hoge veldsterkte. Als je af beweegt van de spleet naar boven toe is de bijdrage al snel een fractie van de dichtheid in de spleet.

Merk ook op dat ik aangeef dat ik een subwoofer kies om praktisch aan te kunnen geven dat een groot deel van de spreekspoel buiten het magneetstelsel staat, Ik heb ook aangegeven dat dat er eigenlijk niet toe doet, de DC weerstand staat in serie met de woofer en is bepalend voor de totale Q van het systeem. Ook los van de vraag of je veldlijnen de spoel omvatten staat de 6 Ohm gewoon in serie...

Tegen EMK is niet relevant voor de Q van het luidsprekersysteem. Die wordt berekent met de DC waarde van de spoel.
BL waarde bij een bewegende spoel verandert inderdaad maar jij schrijft hier even op dat de hele spoel bijdraagt, dat klopt niet echt. Ik schat in dat in het gegeven praktische voorbeeld de spoel wel bijna 10 mm naar voren en achteren kan zonder extreme wisseling in de BL waarde.

En dan de dempingsfactor... tja dat is inderdaad een overschatte nutteloze rekensom. Je (AI?) geeft zelf al aan dat die wordt overschat: mechanische demping in de vorm van de Qms helpt mee naast de Qes die wordt uitgerekend met de volgende eigenschappen:

Qes = (2 x PI x Mms x Rdc)/ (BL)^2

Die waarde wordt uitgerekend in de veronderstelling van een aangesloten spanningsbron met 0V uitgang. Anders gezegd, als ik de terminals van een woofer kortsluit krijg ik de maximale elektrische demping die mogelijk is.

Als de DC weerstand 6 Ohm is zal de Qes van de 'imaginaire speaker' bv 0,5 zijn. Als er een serie kabelweerstand zit van 0,3 Ohm met een versterker met een uitgangsimpedantie van 0,1 Ohm is de totale kring 6,4 Ohm. De elektrische Q van de speaker zal dan veranderen gezien bovenstaande berekening naar 0,53. Aangezien de Mechanische Q ook nog voor demping zorgt zal de invloed nog lager worden.

Zie plaatje voor een indruk van de heftigheid van de verdeling van het magneetveld bij een luidspreker in de spleet en daarbuiten. Ofschoon ik zo geen cijfers voorhanden heb denk ik dat de illustratie wel ongeveer voor zich spreekt. Ik blijf dus wel bij mijn 1/3 versus 2/3 verdeling uit oogpunt van gemak.

[jossie]

Ik heb nog wat nagezocht over de betekenis van de afstand tussen de getekende veldlijnen in de illustratie. Als ik het goed heb zijn die een maat voor de veldsterkte in dat gebied. Er van uitgaande dat die dan lineair wordt weergegeven en de sterkte in de spleet op 100% stellende zal aan de bovenzijde van het stelsel de veldsterkte in de buitenste windingen ongeveer 3% bedragen van de waarde in de luchtspleet.

Gezien het plaatje kunnen we minimaal 6 mm spoelhoogte rekenen in dit gebied (aan een kant) wat dan minimaal 2 Ohm van de spoel zonder noemenswaardige aandrijving zal opleveren. Van het deel dichter bij de spleet wil ik je 50% cadeau doen dus eindig ik in verhouding met ongeveer 3 Ohm niet aangedreven wikkelingen.

In dat geval is de 'dempingsfactor' dan toch ongeveer maximaal...      1        los van de dropveter of massieve koperen buis die daar dan nog aan bevestigd is...

 

[Peerless Monster]

Je hebt er wel werk van gemaakt om ons stervelingen wat wijzer te maken. Thanks!

Kortom dempingsfactor is overrated en een marketingtruuk? 😇🤣😅

[jossie]

Zie de topic titel.

Dit stukje ging in eerste instantie niet over de dempingsfactor maar over nuttige/noodzakelijke kabeldiktes.
Ik ben blij dat dat bij jou tot een nieuw verfrissend kabelinzicht heeft geleid 

Ik zou wellicht die classificatie zelf ook kunnen onderschrijven   

Let wel, dit is altijd een wat lastig mentaal beeld, een spreekspoel in een luchtspleet waar de DC weerstand niet relevant is voor de opgewekte kracht.

Pas sinds er subwoofers zijn met erg lange spreekspoelen viel bij met het kwartje definitief.

[Mao]

En dan nog een laatste mentale exercitie om het belang van kabeldikte te illustreren.

Terug naar het eerste plaatje, ik heb ongeveer 24 wikkelingen getekend op de spreekspoel met een totale weerstand van 6 Ohm. Dat betekend dat elke wikkeling 0,25 Ohm in weerstand is.

Stel, de fabrikant maakt een nieuwe versie met twee wikkelingen meer om ietsepietse meer excursie te kunnen maken. Je weet wel, vooruitgang (!).

Dan wordt de DC weerstand van de woofer 6,5 Ohm. Nou zetten we deze nieuwe woofer met de dikke kabel tegenover het oude model met de dunne kabel:

Nieuw: 6,5 + 0.034 = 6,534 Ohm
Oud:  6,0 + 0,34  = 6,34 Ohm

Welke woofer wordt 'beter' gecontroleerd door de versterker?

Dit heeft invloed op de dempingsfactor.