Claudio Gandolfi - MDD (Multi Delays Diffraction)

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54m42

Nel progetto MDD 54m42 42 linee di trasmissione lavorano affiancate. Segue la descrizione del funzionamento del progetto 54m42 e alla fine della pagina l'abbinamento con un altro diffusore con tecnologia MDD per ottenere un effetto 3D.

In the MDD project 54m42 42 transmission lines work side by side. Following is the description of the operation of the project 54m42 and at the end of the page the combination with another loudspeaker with MDD technology to obtain a 3D effect.

Le 42 guide d'onda affiancate generano onde sonore coerenti e ritardate in punti diversi dello spazio. Uno strumento musicale emette suoni da più punti contemporaneamente, le guide d'onda sono lunghe da 700 a 1400 mm e generano ritardi compresi fra 2 e 4 msec, i fronti d'onda sono coerenti in fase fra di loro in quanto emessi da un singolo altoparlante. Con la tecnologia MDD si simula uno strumento virtuale, l'energia sonora è emessa in punti diversi dello spazio e raggiunge le orecchie dell'ascoltatore in momenti diversi.

The 42 wavelengths placed side by side generate coherent and delayed sound waves in different points of the space. A musical instrument emits sounds from multiple points at the same time, the waveguides are long from 700 to 1400 mm and generate delays between 2 and 4 msec, the wave fronts are coherent in phase between them as emitted by a single speaker. With the MDD technology a virtual instrument is simulated, the sound energy is emitted in different points of the space and reaches the listener's ears at different times.

La lunghezza delle 42 guide d'onda varia da 1,4 metri a 0,7 metri, le frequenze di risonanza (λ/4) associate sono di 60 Hz e 120 Hz circa, un incremento di una ottava. Le lunghezze sono calcolate con una serie logaritmica per distribuirle in modo omogeneo su tutta l'ottava. Lo spazio di alcuni mm tra le guide e il cono dell'altoparlante attiva la risonanza a λ/2 tipica delle guide d’onda con entrambi i lati aperti. La risonanza a λ/2 va ad interagire con il secondo picco (3λ/4) dell'impedenza delle linee di trasmissione riducendolo. Combinando le risonanze (λ/4 e λ/2) delle 42 guide d'onda si rende regolare la risposta alle basse frequenza senza ricorrere a materiale smorzante.

The length of the 42 waveguides varies from 1.4 meters to 0.7 meters, the associated resonance frequencies (λ / 4) are 60 Hz and 120 Hz approximately, an increase of one octave. The lengths are calculated with a logarithmic series to distribute them evenly over the entire octave. The space of a few mm between the guides and the speaker cone activates the λ / 2 resonance typical of waveguides with both sides open. The λ / 2 resonance interacts with the second peak (3λ / 4) of the impedance of the transmission lines reducing it. Combining the resonances (λ / 4 and λ / 2) of the 42 waveguides makes the response at low frequencies be adjusted without resorting to damping material.

Le onde acustiche generate per diffrazione sono la somma di singoli fronti sferici. Le guide hanno una sezione interna di 9 x 8 mm e hanno un'emissione omnidirezionale su tutto lo spettro audio, il diffusore è omnidirezionale sul piano orizzontale. L'energia delle alte frequenze è concentrata, in verticale, nello spazio compreso fra la fine della guida più corta e la fine della più lunga. Le orecchie di una persona seduta sono ad un'altezza tra 1 e 1,1 metri, al centro dell'intervallo da 0,7 a 1,4 metri. Se si aumenta la lunghezza del diffusore, la fine della guida d'onda più corta risulta più alta delle orecchie dell'ascoltatore, si aumenta la risposta alle basse frequenze ma si concentra l'energia delle alte frequenze sopra la testa dell'ascoltatore, peggiora la qualità della riproduzione.

The acoustic waves generated by diffraction are the sum of individual spherical fronts. The guides have an internal section of 9 x 8 mm and have an omnidirectional emission over the entire audio spectrum, the speaker is omnidirectional in the horizontal plane. The energy of the high frequencies is concentrated, vertically, in the space between the end of the shortest guide and the end of the longest. The ears of a seated person are at a height between 1 and 1.1 meters, in the middle of the range from 0.7 to 1.4 meters. If the length of the speaker is increased, the end of the shorter waveguide is higher than the listener's ears, the response at low frequencies is increased but the high frequency energy is concentrated above the listener's head, it gets worse the quality of reproduction.

54m42 - COSTRUZIONE - CONSTRUCTION

Il progetto 54m42 è il primo della serie medium. 5 indica che la serie di guide d'onda è in polipropilene alveolare (Polionda) da 10mm. 4 indica che il supporto è in legno. La lettera "m" è riferita alla serie medium. 42 è il numero delle guide d'onda relizzate in polipropilene alveolare. Dagli ingrandimenti si vedono bene i difetti della lavorazione manuale, le imprecisioni non creano problemi se c’è la tenuta d’aria fra altoparlante e le guide.

The 52m42 project is the first of the medium series. 5 indicates that the series of waveguides is in 10mm alveolar polypropylene. 4 indicates that the support is made of wood. The letter "m" refers to the medium series. 42 is the number of waveguides made of alveolar polypropylene. From the enlargements the defects of the manual workmanship can be seen well, the inaccuracies do not create problems if there is the air tightness between the loudspeaker and the guides.

La base è in legno lamellare 200 x 200 x 20 mm con un foro da 80 mm per alloggiare il magnete dell'altoparlante, resta uno spazio di alcuni mm sufficiente per farlo oscillare. Tre piedini in gomma separano la base dal pavimento per permettere il movimento dell'altoparlante.

The base is in laminated wood 200 x 200 x 20 mm with a 80 mm hole to house the loudspeaker magnet, there is still a space of some mm sufficient to make it swing. Three rubber feet separate the base from the floor to allow the speaker to move.

Un supporto in legno multistrato da 10 mm, lungo 60 mm e con sezione interna di 60 x 60 mm è fissato alla base con una staffa a L di circa 50 x 100 mm. La coppia di viti permette la regolazione dell’inclinazione verticale in avanti e lateralmente. L'elasticità dell'acciao permette l'oscillazione dell'altoparlante all'interno del foro. La risonanza subsonica può essere verificata spostando la cassa acustica completa dalla verticale per circa 10 mm e controllando che oscilli per una decina di secondi, deve essere possibile contare a occhio nudo le oscillazioni. Link video. Una frequenza di oscillazione di 1 - 5 Hz impedisce alle frequenze audio, superiori a 20 Hz, emesse dall’altoparlante di interagire con il pavimento creando interferenze che peggiorano la riproduzione audio. Sul lato inferiore è incollata una flangia in compensato da 4mm con un foro da 70 mm. con quattro viti si fissa l’altoparlante rivolto verso l’interno. Un sigillante butilico è utilizzato per realizzare la tenuta d'aria fra l'altoparlante e i bordi irregolari delle guide d'onda.

A 10 mm multilayer wood support, 60 mm long and with an internal section of 60 x 60 mm is fixed to the base with an L-shaped bracket of about 50 x 100 mm. The pair of screws allows adjustment of the vertical inclination forward and laterally. The elasticity of the steel allows the speaker to oscillate inside the hole. Subsonic resonance can be verified by moving the complete speaker from the vertical for about 10 mm and checking that it oscillates for about ten seconds, it must be possible to count the oscillations with the naked eye. Video link. An oscillation frequency of 1 - 5 Hz prevents the audio frequencies, higher than 20 Hz, emitted by the loudspeaker from interacting with the floor, creating interference that worsens audio reproduction. On the lower side a 4mm plywood flange with a 70mm hole is glued. with four screws the speaker is fixed facing inwards. A butyl sealant is used to seal air between the speaker and the uneven edges of the waveguides.

Una matrice 6 x 7 di guide d’onda in polipropilene alveolare con sezione 10 x 9 mm è realizzata affiancando 6 strati di polionda da 10 mm di lunghezza crescente. Ogni strato da 10 mm è largo 60 mm contiene 7 guide d'onda, gli strati sono uniti usando nastro biadesivo. La serie logaritmica delle lunghezze in corrispondenza degli spigoli è la seguente: 700, 786, 882, 990, 1111, 1247, 1400 mm. I valori possono essere adattati aumentandoli o riducendoli in scala.

A 6 x 7 matrix of alveolar polypropylene waveguides with a section of 10 x 9 mm and a thickness of 1 mm is made by placing 6 layers of 10 mm long increasing polionda alongside. Each 10 mm layer is 60 mm wide and contains 7 waveguides, the layers are joined together using double-sided adhesive tape. The logarithmic series of lengths at the edges is the following: 700, 786, 882, 990, 1111, 1247, 1400 mm. The values can be adapted by increasing or reducing them to scale.

La serie di guide in polipropilene alveolare si infila nel supporto in legno e la si blocca serrando le viti del supporto. Il Polionda è prodotto per fare stampe pubblicitarie e la ditta che mi ha fornito le striscie non ha macchinari che consentano di controllare il taglio a livello di singole celle. Ho chiesto striscie da 80 x 1500 mm e da queste ho ricavato striscie da 60 x 1500 mm con 7 celle integre e alcuni mm. La lavorazione manuale con un cutter pora a spazi di alcuni mm per cui bisogna porre particolare cura nel siglillare l'inizio delle guide d'onda in corrispondenza della flangia in legno a cui si fissa l'altoparlante.

The polyethylene series of guides slips into the wooden support and locks it by tightening the support screws. The Polionda is produced to make advertising prints and the company that supplied the strips to me has no machinery to control the cut at the level of individual cells. I asked for strips of 80 x 1500 mm and from these I made strips of 60 x 1500 mm with 7 intact cells and some mm. Manual processing with a cutter is limited to a few mm, so special care must be taken when sealing the start of the waveguides in correspondence with the wooden flange to which the speaker is attached.

54m42 - MISURE - MEASURES

Le misure sono state fatte con il microfono Minidsp UMIK-1 posizionato sul tavolo di fronte al monitor.

The measurements were made with the Minidsp UMIK-1 microphone placed on the table in front of the monitor.

Confrontando la risposta in frequenza dei canali destro e sinistro si vedono gli effetti delle pareti e dei mobili sulla risposta dei due canali stereo. Le maggiori differenze sono alle basse frequenze sotto i 300 Hz. E' evidente la caratteristica omnidirezionale dell'emissione, il microfono posizionato di fronte al monitor rileva i 15 KHz. I diffusori 54m42 sono ottimi per l'uso da scrivania anche se poggiati dirattamente sul pavimento.

Comparing the frequency response of the left and right channels you can see the effects of the walls and furniture on the response of the two stereo channels. The major differences are at low frequencies below 300 Hz. The omnidirectional characteristic of the emission is evident, the microphone positioned in front of the monitor detects 15 KHz. The 54m42 speakers are excellent for desk use even if placed directly on the floor.

La serie di 42 guide d’onda in polipropilene alveolare crea percorsi sonori interni che vanno da 700 mm a 1400 mm e la prima risonanza è a circa 65 Hz. Le guide d’onda in alluminio sono aperte da entrambi i lati hanno una prima risonanza a λ/2. Con una lunghezza compresa fra 700 mm a 1400 mm, ogni guida crea una propria risonanza compresa fra 100 e 200 Hz circa.

The series of 42 alveolar polypropylene waveguides creates internal sound paths ranging from 700 mm to 1400 mm and the first resonance is at about 65 Hz. The aluminum waveguides are open on both sides have a first resonance at λ / 2. With a length between 700 mm to 1400 mm, each guide creates its own resonance between approximately 100 and 200 Hz.

Confrontando la risposta in frequenza con l’andamento dell’impedenza si nota che il primo picco a circa 65 Hz corrisponde al limite inferiore della risposta. Il picco a 15 KHz corrisponde invece al limite superiore della risposta in frequenza.

Comparing the frequency response with the impedance trend we note that the first peak at about 65 Hz corresponds to the lower limit of the response. The peak at 15 KHz corresponds to the upper limit of the frequency response.

Scarica misure. Download measurements.

Da stereo a 3D - From stereo to 3D

La versione 3D della tecnologia MDD usa due coppie di casse acustiche. Nei progetti MDD l'aumento della lunghezza delle guide d'onda estende la risposta alle basse frequenze ma sposta verso l'alto l'energia emessa per diffrazione alle alte frequenze. Per ovviare al problema si può utilizzare un doppio altoparlante full-range. Il primo con guide d'onda corte che emettono per diffrazione le alte frequenze all'altezza delle orecchie dell'ascoltatore. Il secondo con guide d'onda più lunghe per riprodurre le basse frequenze. L'energia sonora alle basse frequenze è teoricamente la metà dell'energia alle frequenze medie, emesse da entrambi gli altoparlanti. A livello di ascolto non si creano problemi per la sensibilità logaritmica dell'udito, il dimezzamento della potenza corrisponde a una riduzione della pressione acustica di soli 3 dB. Si realizza un sistema a due vie filtrato geometricamente, si cambiano le lunghezze delle guide d'onda applicate ad altoparlanti 3FE25 identici.

The 3D version of the MDD technology uses two pairs of speakers. In MDD projects the increase in waveguide length extends the response to low frequencies but shifts upwards the energy emitted by diffraction at high frequencies. To overcome this problem, a double full-range speaker can be used. The first with short waveguides that emit high frequencies at the ears of the listener by diffraction. The second with longer waveguides to reproduce low frequencies. The sound energy at low frequencies is theoretically half the energy at the medium frequencies, emitted by both speakers. At the listening level there are no problems due to the logarithmic sensitivity of hearing, the halving of the power corresponds to a reduction in sound pressure of only 3 dB. A geometrically filtered two-way system is created, the lengths of the waveguides applied to identical 3FE25 speakers are changed.

Sono in grado di capire gli effetti a livello fisico delle soluzioni tecniche applicate in ambito HI-End, non sono in grado di associare le stesse soluzioni tecniche a specifici cambianti del suono percepito. Usando 4 altoparlanti MDD potrei dire che l'immagine sonora acquista profondità, non so se preferirei il suono di un impianto Hi End, non ho disponibili apparati con cui fare il confronto. I suoni sono più facili da riconoscere, su singole note si intuisce l'attacco e il decadimento, si decifrano più facilmente frasi e parole, aumenta il numero di dettagli e più volte ho avuto l'impressione che un brano già ascoltato durasse più a lungo.

I am able to understand the effects on the physical level of the technical solutions applied in the HI-End field, I am not able to associate the same technical solutions to specific changes of the perceived sound. Using 4 MDD speakers I could say that the sound image gains depth, I don't know if I would prefer the sound of a Hi End system, I have no equipment available to compare. The sounds are easier to recognize, on single notes the attack and the decay are perceived, sentences and words are more easily deciphered, the number of details increases and more times I have had the impression that a song already heard lasted longer.

Con 4 altoparlanti aumenta il piacere d'ascolto. A chi volesse costruire prototipi con la tecnologia MDD consiglio di realizzare questa configurazione con 4 altoparlanti economici come il 3FE25 (3FE22) rispetto a una normale combinazione stereo con altoparlanti più sofisticati.

With 4 speakers increases the listening pleasure. If you want to build prototypes with MDD technology, I recommend making this configuration with 4 cheap speakers like the 3FE25 (3FE22) compared to a normal stereo combination with more sophisticated speakers.

Prima di procedere all'acquisto dei materiali per la versione a 4 altoparlanti ho voluto fare un test con quello che avevo già disponibile. Il progetto 54m42 è stato scelto come unità per i bassi, è quello con le guide d'onda più lunghe (,7 – 1,4 metri). Per le alte frequenze ho recuperato le guide d'onda in pvc del progetto 227h (,3 – 1 metro), ho aggiunto una flangia in MDF e un anello in pvc per fissarlo ad una base di supporto. Le prime prove, con gli altoparlanti affiancati (sconsigliato), hanno evidenziato il miglioramento previsto nella risposta in frequenza. Quando dopo alcuni giorni ho rifatto le prove ho voluto avanzare di circa 50 una coppia di altoparlanti e mi sono ritrovato con il migliore sistema di riproduzione che ho realizzato fino ad oggi. Non allego misure in quanto ho già acquistato il materiale per realizzare i 4 altoparlanti con una unità di lunghezza fino a 1 metro e la seconda che arriva oltre i 2 metri, pubblicherò le misure del nuovo progetto prossimamente.

Before proceeding to purchase the materials for the 4-speaker version, I wanted to do a test with the one I already had available. The 54m42 project was chosen as a bass unit, it is the one with the longest waveguides (, 7 - 1.4 meters). For the high frequencies I recovered the pvc waveguides of the 227h project (3 - 1 meter), I added an MDF flange and a pvc ring to fix it to a support base. The first tests, with the speakers side by side (not recommended), highlighted the expected improvement in the frequency response. When, after a few days, I re-did the tests, I wanted to make a couple of speakers about 50 and I found myself with the best reproduction system I've made to date. I do not attach measurements since I have already purchased the material to make the 4 loudspeakers with a unit of length up to 1 meter and the second that reaches over 2 meters, I will publish the measurements of the new project coming soon.