Reflex: tubi flangiati e non flangiati (cc)

[MarioBon]

Apro questo 3D perchè è stata posta la questione dei tubi flangiati e non flangiati.

qui sopra si vede la distorsione (misurata da Audio Review) per un tubo Flangiato da 12 cm di diametro (a sinistra) ed un tubo troncato da 10.4 cm di diametro (a destra Opera Divina di qualche anno fa).
Come si vede nel tubo troncato le componenti non armoniche delle distorsione sono nulle (inferiori ai limiti del grafico) fino a 20 Watt e quindi salgono repentinamente.
Nel tubo flangiato, invece, sono sempre presenti anche per potenze applicate molto basse.
Considerato che il flusso attraverso il condotto reflex non è stazionario ma impulsivo preferisco il tubo troncato.
In realtà ci sarebbero anche delle motivazioni teoriche ma le misure parlano abbastanza chiaro.

Nota: la distorsione armonica, per buona parte, è prodotta dal woofer.

[MarioBon]

In generale (ed in teoria) il condotto reflex dovrebbe essere
- un condotto di sezione circolare (minima superficie laterale rispetto all'area della sezione)
- liscio -> minimo attrito sulle pareti (per non generare perdite e vortici)
- corto (in modo che l'aria al suo interno si muova come una unica massa)
- la velocità dell'aria deve essere bassa per non generare turbolenza (altrimenti il tubo si comporta come un generatore i rumore).

in più deve rappresentare una decisa discontinuità tra l'impedenza del volume interno e la sua impedenza di ingresso in modo che si possa applicare un modello a parametri concentrati (il che consente di fare delle previsioni più facilmente). Va detto che il numero di Reynolds, se applicato ai condotti reflex, dà sempre come previsione un moto vorticoso. Ciò avviene semplicemente perché il numero di Reynolds vale per i flussi a portata costante.

Tubo corto si intende rispetto alla lunghezza d'onda e qui raramente ci sono problemi visto che anche un tubo da 50 cm è "corto" rispetto ad una lunghezza d'onda di 6-7 metri (50 Hz circa).
Tuttavia all'interno di un tubo lungo 50 cm il primo modo (la prima onda stazionaria) si forma a 344 Hz. Quando la lunghezza del condotto diventa paragonabile a metà della lunghezza d'onda del suono che lo attraversa non si parla più di reflex ma di linea di trasmissione.

[MarioBon]

La velocità dell'aria nel condotto

Le equazioni di D'alembert, che regolano i sistemi dinamici, sono lineari fintantoché l'attrito viscoso (esperito dai corpi in movimento) è proporzionale alla velocità. In letteratura si afferma che ciò avviene se la velocità è inferiore a 2 metri al secondo. Questo dato va interpretato nel senso che a 20 m/s le equazioni non sono più lineari (diventano non lineari e producono distorsione)

La Opera Divina (di cui è riportata la misura nei primo post) è dotata di un condotto la cui superficie è un quarto della superficie di radiazione complessiva dei 4 woofer. Questo significa che la velocità dell'aria nel condotto è pari a 4 volte la velocità dei diaframmi (a rigore in regime quasistatico). Se i diaframmi si muovono alla velocità di 2 m/s l'aria nel condotto viaggia a 8 m/s (che è circa il 2,3% della velocità del suono). Possiamo assumere, in prima approssimazione, che, alla frequenza di accordo, quando i woofer sono fermi, l'aria nel condotto viaggi a 8 m/s o giù di lì).

Sempre in letteratura si legge che la velocità dell'aria del condotto dovrebbe essere limitata al 5% (secondo altri all' 8%) della velocità del suono. La Divina è quindi dimensionata in modo conservativo (e lo dimostra la misura postata che mostra distorsione non armonica molto bassa).

Ora vediamo, dal punto di vista cinematico, la velocità di un diaframma che si sposta di A=6.5 mm a 50 Hz (A è l'ampiezza dello spostamento di picco del diaframma).

spostamento = x = A cos(wt)
velocità = v= -Aw sin(wt)

ne segue che il picco di velocità del diaframma (indipendentemente dalla sua superficie) vale 0.0065 x 6.28 x 50 = 2.041 m/s
Incidentalmente i woofer della Opera Divina hanno A = Xmax = 6.5 mm. (13 mm picco-picco)
Il massimo SPL è determinato dalla superficie del diaframma.

Il condotto reflex si dimensiona facendo questa strada al contrario.

[fab0]

Se posso permettermi, noto una incongruenza.
Mi risulta le turbolenze siano uno dei maggiori problemi dei carichi accordati. Dovrebbe anche essere vero che una discontinuità netta è quella che meglio si presta a generare flussi "non laminari".
Il fatto di smussare e svasare è una cosa piuttosto comune in tutti i sistemi che hanno a che fare con la fluodinamica.
Credo che smussando si riesca ad elevare un poco l'isorgenza dei problemi di turbolenza.

Certo il discorso è più complesso e passa per spl, sezioni, velocità, lunghezze, risonanze volute ed indesiderate.
Tra l'altro le risonanze superiori a quella di accordo sono molto spesso tralasciate.
In sostanza, mi piacerebbe approfondire

[MarioBon]

Se posso permettermi, noto una incongruenza.
Mi risulta le turbolenze siano uno dei maggiori problemi dei carichi accordati. Dovrebbe anche essere vero che una discontinuità netta è quella che meglio si presta a generare flussi "non laminari".
Il fatto di smussare e svasare è una cosa piuttosto comune in tutti i sistemi che hanno a che fare con la fluodinamica.
Credo che smussando si riesca ad elevare un poco l'isorgenza dei problemi di turbolenza.

Certo il discorso è più complesso e passa per spl, sezioni, velocità, lunghezze, risonanze volute ed indesiderate.
Tra l'altro le risonanze superiori a quella di accordo sono molto spesso tralasciate.
In sostanza, mi piacerebbe approfondire

Non è che la misura lasci tanti dubbi.
Considera che per instaurare una turbolenza serve tempo e i fenomeni che durano poco sono anche poco udibili. Quindi il tubo non flangiato (per quanto strano) dà una prestazione migliore rispetto a quello flangiato.
Alcuni condotti vengono anche sagomati con delle fossette (dimples) sul modello delle palline da golf. Ebbene una pallina da golf si avvantaggia della sua forma perché viaggia anche oltre 80 metri al secondo... tale velocità è inimmaginabile per l'aria in un condotto reflex. Si tratta di "espedienti pubblicitari" (come il tubo flangiato).
In fluidodinamica si parla sempre di flussi con portata costante, nel condotto reflex il flusso è alternato.
La misura riportata nel post 1 è descritta qui:
http://www.mariobon.com/discontinui/200 ... ina_ar.pdf
a pag 55

[fab0]

Lungi da me il voler contraddire per partito preso. Chiacchiero giusto per curiosità tecnologica.

L'indagine di Matarazzo è sicuramente interessante.
Io ci leggo che la distorsione armonica è legata quasi linearmente alla pressione, mentre quella non armonica ha un andamento differente a nei casi di condotto raccordato o meno. Mi sembra di vedere che quello raccordato sia più progressivo, mentre quello netto abbia un andamento altrettanto netto nell'innesco ed innalzamento della turbolenza. Non mi spingo a fare paragoni diretti perchè probabilmente ci sono differenze macroscopiche tra i diffusori.

A livello intuitivo immagino che le distorsioni introdotte dal condotto avvengano proprio quando il volume d'aria necessario a generare le pressione acustica, transita per la sezione del condotto creando delle non linearità, turbolenze, rumore.
Vero che il fenomeno è alternato, vero che dura "poco" tempo, ma all'interno del semiciclo è un flusso monodirezionale, che poi si inverte nel semiciclo successivo.
All'intero di questo periodo ci sarà una certa velocità dell'aria nel condotto in funzione dei parametri di contorno.
Immagino che più si alza la velocità più si innalzi la distorsione. Questo a prescindere dal tipo di condotto.
Viceversa immagino che una discontinuità sia prona ad innescare turbolenze.
Quindi il discorso potrebbe essere: a parità di pressione, a parità di sezione, come varia la distorsione non armonica, in funzione del raggio di smusso delle bocche? Ovviamente la risposta non è un numero Mi piacerebbe soltanto ragionarci

A puro titolo illustrativo riporto un paio di immagini prelevate dal sito Genelec, dalle quali mi verrebbe da pensare che ci sia proprio uno studio di fluodinamica. Mi sembra lecito pensare che quelle forme non siano lì a caso




Le fossette delle palle da golf mi sembra servano per tenere il flusso più attaccato al retro della pallina per avvicinare la forma "virtuale" della pallina a quella di una goccia o comunque un qualcosa a coda tronca. Lo scopo dovrebbe comunque essere quello di aumentare leggermente la turbolenza frontale per poi ridurre drasticamente quella posteriore, migliorando il bilancio energetico. Alcuni condotti reflex smussati sono anche dotati di tale accorgimento. Non so se per tenere il flusso attaccato o per pura estetica.
Il marketing di chi adotta tale soluzione millanta una diminuzione delle turbolenze. Al di la della reale utilità, frugando nel web ho visto ci sono anche brevetti in merito.
"The plurality of dimples 23 is positioned on the inner surface 22, where the plurality of dimples 23 turbulates the boundary layer within the tuning port 2 while increasing adhesion and reducing eddies of the sound waves."
https://www.google.com/patents/US20130305898
I turbolatori vengono usati anche in aeronautica o in generale nell'aerodinamica per aggiungere sapientemente turbolenze (sprecando energia!) per averne vantaggi sotto altri aspetti.
Con i turbolatori però ci addentriamo in un discorso che mi sembra ancora un po' a parte...
Mi interesserebbe primariamente capire il discorso dello smusso della bocca.

[MarioBon]

Nemmeno la forma dei miei condotti è lì a caso.
I problemi di fluidodinamica sono regolati dalle equazioni Navier-Stokes che sono tra le più rognose da risolvere (motivo per cui si usa la FEM). La situazione con portata costante e portata alternata, purtroppo, non sono confrontabili. Basta calcolare il numero di Reynolds per accorgersi che tutti i condotti reflex dovrebbero portare a flusso turbolento (cosa che non avviene).
Nelle misure che ho postato il tubo flangiato ha diametro di 12.5 cm (B&W 800D, 2 woofer da 10", SD totale 660 cm2 circa, Audio Review n. 254), quello tronco ha diametro di 10.4 cm (SD totale dei wooer 420 cm2).
Il rapporto tra la superficie di radiazione dei due woofer da 10" della B&W e la superficie del suo portello vale 5.3 mentre lo stesso rapporto per la Diva vale 4.9 (il valore ideale sarebbe 4.35).
Quindi se non sono uguali poco ci manca. La Diva è messa un pochettino meglio perché il condotto, in proporzione, ha sezione maggiore. I sistemi non sono perfettamente equivalenti ma nemmeno troppo diversi. Penso che alla B&W, se avessero voluto, avrebbero potuto adottare un condotto con sezione più ampia (anche perché il condotto non è a vista). Detto per inciso, il rumore causato dalla turbolenza dipende dalla velocità dell'aria elevata alla quinta potenza quindi basta un piccolo aumento del diametro del condotto per diminuire la rumorosità (fonte B&K).

La cosa interessante è che le misure mostrano due andamenti molto diversi: in regime stazionario, da una parte la distorsione non armonica è sempre presente, nell'altra si innesca da una certa velocità in su. Sotto quella velocità la distorsione non armonica è fuori dal grafico (quindi almeno tre volte inferiore a quella del tubo flanciato). Va notato che 5.3/4.9 alla quinta fa 1.48 (che è la metà di 3) quindi la differenza non è tutta riferibile alla differenza di diametro dei condotti e deve quindi dipendere dalla forma del condotto.

A me sembra, visto il risultato delle misure, che il tubo troncato sia più adatto al regime musicale.
Se i 18 Watt continui (trovati come limite per le Diva) fossero concentrati su un singolo terzo di ottava centrato sulla frequenza di accordo, si riscontrerebbero quando il diffusore fosse alimentato con rumore rosa e 18x30=540 Watt (30 terzi da 20 a 20kHz).
In effetti all'ascolto, il condotto dell Diva non soffia e ti posso garantire che Marco Cicogna, quando ha provato le Diva (presente il sottoscritto) pilotate con l' Unico 200 (350 Watt su 8 ohm, 580 su 4, 820 su 2 ohm) ha fatto di tutto per "metterle in crisi" (usando le sue famose registrazioni tra cui organo con pedaliera). Di potenza a disposizione ne aveva a sufficienza.
Sicuramente non soffia nemmeno il condotto delle B&W ma quello delle Diva, dove serve, soffia molto meno.

[fab0]

Ho cercato di tenermi fuori dallo sgradevole confronto diretto, un po perchè non mi interessa, un po prchè non conosco bene i diffusori.
Mi sembra però di vedere che la compressione inizi ad essere visibile a potenze diverse sui diversi modelli. Inoltre il fatto che il plot si fermi nettamente prima in uno dei due casi lascia sottointendere (ai miei occhi!) che la cosa degeneri e che all'atto pratico non sia un condizione consigliabile/significativa.
Inoltre il valore della mil dell'intero diffusore nell'intorno della frequeunza di accordo è abbastanza allineato con le considerazioni sulle distorsioni del condotto.

Dici che il rumore e la turbolenza sono legati direttamente (anche se non linearmente) alla velocità. Sono daccordo, ma questo è vero solo a parità di condizioni di contorno.
A parità di velocità è più che probabile che si possano ottenere diverse turbolenze a seconda del percorso o degli ostacoli che incontra il flusso. é questo il concetto che mi piacerebbe esplorare.

[EDO RC24]

Ho cercato di tenermi fuori dallo sgradevole confronto diretto, un po perché non mi interessa, un po prchè non conosco bene i diffusori.
Mi sembra però di vedere che la compressione inizi ad essere visibile a potenze diverse sui diversi modelli. Inoltre il fatto che il plot si fermi nettamente prima in uno dei due casi lascia sottointendere (ai miei occhi!) che la cosa degeneri e che all'atto pratico non sia un condizione consigliabile/significativa.
Inoltre il valore della mil dell'intero diffusore nell'intorno della frequeunza di accordo è abbastanza allineato con le considerazioni sulle distorsioni del condotto.

Dici che il rumore e la turbolenza sono legati direttamente (anche se non linearmente) alla velocità. Sono daccordo, ma questo è vero solo a parità di condizioni di contorno.
A parità di velocità è più che probabile che si possano ottenere diverse turbolenze a seconda del percorso o degli ostacoli che incontra il flusso. é questo il concetto che mi piacerebbe esplorare.

Mario ha parlato di condotti tronchi ma con un area di sezione tale e una lunghezza che la turbolenza per discontinuità di superficie è relegata alla periferia dell area del condotto se ho capito bene..cioè una porzione piccola rispetto alla sezione centrale..
il paragone con l' aereodinamica è limitato.. non si ha regime di flusso costante tale da giustificare carenature in un sistema reflex..
inoltre.. posizionare il condotto non frontalmente non fa udire le turbolenze..
il problema dei condotti turbolenti si pone nei diffusori piccoli dove il volume del condotto deve essere limitato..