MDDFL-Claudio Gandolfi - MDD

MDD Front Load 21FL7 61FL7 22FL7 23FL7 23FL7d

MDD Open Front Load 21FL7
(2020 03)


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Con il progetto 22C71L8 ho quasi raggiunto il limite del potenziale dell'altoparlante 3FE25. Per ottenere una migliore qualità ho deciso di applicare la tecnologia MDD al miglior driver che ho a disposizione, un Ciare HX135 (fuori produzione) che ho acquistato una decina di anni fa.

With the 22C71L8 project I have almost reached the limit of the potential of the 3FE25 speaker. To get better quality I decided to apply MDD technology to the best driver I have available, a Ciare HX135 (out of production) which I purchased a decade ago.
 

Il caricamento frontale 21FL7 è semplificato rispetto ai precedenti progetti con l'altoparlante Faital-Pro 3FE25. La riproduzione dei bassi dipende dal caricamento posteriore, nel caricamento frontale non è più necessaria una flangia a tenuta d'aria. 

Front loading 21FL7 is simplified compared to previous designs with the Faital-Pro 3FE25 speaker. Bass reproduction depends on rear loading, an airtight flange is no longer required for front loading.

La progettazione del caricamento frontale con tecnologia MDD è semplice. Per comodità uso le guide con la stessa sezione (con sezioni diverse si complicano i calcoli). Scelta la sezione, il numero di guide si calcola in modo che il totale dell'area di tutte le sezioni sia simile all'area del cono dell'altoparlante. Ogni guida è in PVC rigido circolare, ha un dametro di 25 mm e uno spessore di 1,5 mm. Sono tubi per impianti elettrici. Ho scelto Lmax = 2 * Lmin con la serie logaritmica di lunghezze: 276, 305, 336, 371, 410, 453, 500 mm. L'altoparlante HX135 è montato in orizzontale, sopra di esso si sospendono le sette guide d'onda come mostrato nella foto.
Front loading design with MDD technology is simple. For convenience I use the guides with the same section (with different sections complicate the calculations). Once the section is chosen, the number of guides is calculated so that the total of the area of ​​all the sections is similar to the area of ​​the speaker cone. Each guide is made of rigid circular PVC, has a diameter of 25 mm and a thickness of 1.5 mm. They are pipes for electrical systems. I chose Lmax = 2 * Lmin with the logarithmic series of lengths: 276, 305, 336, 371, 410, 453, 500 mm. The HX135 speaker is mounted horizontally, the seven waveguides hang above it as shown in the photo.

Quando l'amplificatore invia un segnale, l'energia sonora emessa dal bordo del cono dell'altoparlante si irradia a 360 gradi e arriva direttamente anche nel punto d'ascolto, onda primaria. La maggior parte dell'energia sonora entra nel lato inferiore delle guide d'onda. La stessa energia è riemessa per diffrazione dal lato superiore delle guide d'onda. I fronti sonori emessi per diffrazione sono omnidirezionali, coerenti, ritardati e con origine a distanze crescenti, onde secondarie. I ritardi generati con il caricamento frontale sono compresi fra 1 e 2 msec circa.
When the amplifier sends a signal, the sound energy emitted by the edge of the speaker cone radiates 360 degrees and arrives directly at the listening point, the primary wave. Most of the sound energy enters the lower side of the waveguides. The same energy is re-emitted by diffraction from the upper side of the waveguides. The sound fronts emitted by diffraction are omnidirectional, coherent, delayed and with origin at increasing distances, secondary waves. The delays generated with front loading are between 1 and 2 msec approximately.

 

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Misure MDDHX135 - 21FL7


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Per queste misure si è posizionato il microfono allo sbocco delle singole guide d'onda e con funzioni matematiche si è calcolato l'andamento medio dei dati rilevati.
For these measurements the microphone was positioned at the outlet of the individual waveguides and with mathematical functions the average trend of the detected data was calculated.
 

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La linea nera in basso è l'impedenza.
La linea verde è la risposta in frequenza della cassa acustica MDDHX135 in ambiente.
La linea blu è la misura rilevata con il microfono posizionato sul bordo del driver.
Le linee in scala di grigi sono le misure rilevate con il microfono appoggiato all'interno dello sbocco delle singole guide d'onda rigide.
La linea arancio e la media calcolata dalle misure precedenti allo sbocco delle guide d'onda. La funzione mostra che i picchi distruibuiti su un'ottava si compensano.

The black line at the bottom is the impedance.
The green line is the frequency response of the MDDHX135 acoustic speaker in the room.
The blue line is the measurement taken with the microphone positioned on the edge of the driver.
The grayscale lines are the measurements taken with the microphone resting inside the outlet of the individual rigid waveguides.
The orange line and the average calculated from the measurements preceding the outlet of the waveguides. The function shows that peaks distributed over an octave compensate.

 

Open Front Load 61FL7
(2020 04)


Il cartoncino è un materiale flessibile e facilmente deformabile ma è adatto a realizzare guide d'onda per le frequenze audio medie e alte. Fino a un KHz l'emissione degli altoparlanti è omnidirezionale per cui sul lato esterno e quello interno è applicata una differenza di pressione ridotta. A frequenze più elevate con tempi di applicazione della pressione inferiori a un millisecondo, l'inerzia della massa del cartoncino grantisce una rigidità sufficiente per generare con la diffrazione acustica onde sonore secondarie ritardate e coerenti.
Cardboard is a flexible and easily deformable material but it is suitable for making waveguides for medium and high audio frequencies. Up to one KHz the loudspeaker output is omnidirectional, therefore a reduced pressure difference is applied on the external and internal side. At higher frequencies with pressure application times of less than one millisecond, the inertia of the cardboard mass provides sufficient rigidity to generate delayed and consistent secondary sound waves with acoustic diffraction.

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Il caricamento frontale aperto MDDFL 61FL7 ha una lunghezza massima di circa 300 mm ed è formato da sette tubi triangolari in cartoncino da 250g/mq ricavati da fogli in formato A4. La serie delle sette lunghezze è: 162, 179, 198, 218, 241, 266, 294 mm. I lati del triangolo sono 15, 20 e 20 mm. La struttura e incollata con nastro biadesivo.

The MDDFL 61FL7 open front loading has a maximum length of about 300 mm and consists of seven triangular cardboard tubes of 250g / m2 made from A4 sheets. The series of the seven lengths is: 162, 179, 198, 218, 241, 266, 294 mm. The sides of triangle are 15, 20 and 20 mm. The structure is glued with double-sided tape.


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Il diametro della struttura è di circa 40 mm. Tre raggi in cartoncino permettono di appoggiare la struttura direttamente sulla guarnizione esterna dell’altoparlante, resta un anello aperto per l’emissione diretta della altoparlante di circa 15 mm. Questo caricamento frontale è adatto per altoparlanti da 3 - 4 " che non abbiano parti sporgenti.

The diameter of the structure is approximately 40 mm. Three cardboard spokes allow the structure to be placed directly on the external seal of the speaker, an open ring remains for the direct emission of the speaker of about 15 mm. This front loading is suitable for 3 - 4 "speakers that have no protruding parts.

 

Open Front Load 22FL7
(2020 04)


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Il caricamento acustico frontale 61FL7 era già pronto quando ho costruito il primo prototipo MDD3FE25. La sua lunghezza di 300 mm è meno della la metà della guida d'onda più corta del carico acustico posteriore 21BL7. Per indagare sulla lunghezza ottimale ho provato prima un carico acustico più corto, 200 mm, la qualità audio peggiorava leggermente. Per provare un carico acustico frontale con lunghezza massima simile alla guida più corta di 21BL7 ho riutilizzato le guide d'onda del progetto 22C7. Ho aggiunto solo quattro viti da 30 mm in modo che si potesse appoggiare 20 mm sopra l'altoparlante. La qualità audio è migliorata.

The 61FL7 front acoustic loading was ready when I built the first MDD3FE25 prototype. Its length of 300 mm is less than half of the shorter waveguide of the rear acoustic load 21BL7. To investigate the optimal length I first tried a shorter acoustic load, 200 mm, the audio quality deteriorated slightly. To test a frontal acoustic load with a maximum length similar to the guide shorter than 21BL7 I reused the waveguides of the 22C7 project. I only added four 30mm screws so that it could rest 20mm above the speaker. Audio quality has improved.

Con il carico acustico 61FL7 abbinato a 21BL7 mancano onde secondarie con ritardi compresi tra 1 e 3 millisecondi circa, si passa da 294 mm a 774 + 250 mm, una differenza di 734 mm.

With the acoustic load 61FL7 combined with 21BL7 there are no secondary waves with delays between 1 and 3 milliseconds, it goes from 294 mm to 774 + 250 mm, a difference of 734 mm.

Con il carico acustico 22FL7 abbinato a 21BL7 mancano ritardi compresi tra 2 e 3 millisecondi circa, si passa da 640 mm a 774 + 250 mm, una differenza di 384 mm. La migliore combinazione provata fino a questo momento.

With the acoustic load 22FL7 combined with 21BL7 there are no delays between 2 and 3 milliseconds, it goes from 640 mm to 774 + 250 mm, a difference of 384 mm. The best combination tried so far.

Nel prossimo prototipo MDD3FE25 proverò la combinazione:
Lminfl * 4 = Lmaxfl (MDDFL con risonanze distribuite su due ottave)
Lmaxfl = Lminbl (in modo da avere i ritardi delle onde secondarie distribuiti in modo omogeno)
Lminbl * 2 = Lmaxbl (MDDBL con risonanze distribuite su una sola ottava).

In the next MDD3FE25 prototype I will try the combination:
Lminfl * 4 = Lmaxfl (MDDFL with resonances distributed over two octaves)
Lmaxfl = Lminbl (so as to have the delays of the secondary waves distributed homogeneously)
Lminbl * 2 = Lmaxbl (MDDBL with resonances distributed on a single octave).

Con il carico acustico 22FL7 l'aspetto della cassa acustica risulta più coerente. 

With the acoustic load 22FL7 the appearance of the loudspeaker is more consistent.

 

Open Front Load 23FL7
(2020 04)


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Il caricamento acustico frontale 23FL7 riutilizza le guide d'onda del progetto 227H (201, 312, 436, 571, 722, 887, 1070 mm). Ho aggiunto solo quattro viti da 20 mm in modo che si potesse appoggiare 15 mm sopra l'altoparlante. Le risonanze sono distribuite su 3 ottave non complete.

Front loading 23FL7 reuses the waveguides of the 227H project (201, 312, 436, 571, 722, 887, 1070 mm). I only added four 20mm screws so that it could rest 15mm above the speaker. The resonances are distributed over 3 incomplete octaves.

La guida d'onda più lunga del caricamento frontale 23FL7 (1070 mm) è confrontabile con la lunghezza della guida d'onda più corta del caricamento posteriore 21BL7 sommata alla base (774 + 250 = 1024 mm).  Le due serie di fronti sonori ritardati generati dai caricamenti frontale e posteriore sono parzialmente sovrapposte nel dominio del tempo e si facilita il riconoscimento del suono.
The longer waveguide of the front loading 23FL7 (1070 mm) is comparable with the length of the shorter waveguide of the rear loading 21BL7 added to the base (774 + 250 = 1024 mm). The two series of delayed sound fronts generated by the front and rear loadings are partially overlapping in the time domain and the recognition of the sound is facilitated.


 

Closed Front Load 23FL7d
(2020 05)


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Il caricamento acustico frontale 23FL7d usa sette guide d'onda in pvc rigido 25 x 1,5 mm con le lunghezze di 269, 362, 488, 656, 883, 1189, 1600mm. Sono incollate con colla a caldo a un anello in pvc rigido e a una flangia in mdf avvitata a tenuta d'aria sopra l'altoparlante. Le risonanze sono distribuite su 3 ottave. Il montaggio a tenuta d'aria fa in modo che tutte le guide riproducano l'intero spettro udibile.

The 23FL7d frontal acoustic loading uses seven rigid PVC waveguides 25 x 1.5 mm with the lengths of 269, 362, 488, 656, 883, 1189, 1600mm. They are glued with hot glue to a rigid PVC ring and to an MDF flange screwed airtight over the speaker. The resonances are distributed over 3 octaves. The airtight mounting ensures that all guides reproduce the entire audible spectrum.

La guida d'onda più lunga del caricamento frontale 23FL7d (1600 mm) è confrontabile con la lunghezza della guida d'onda più lunga del caricamento posteriore 21BL7d. Le due serie di fronti sonori ritardati generati dai caricamenti frontale e posteriore sono parzialmente sovrapposte nel dominio del tempo e si facilita il riconoscimento del suono.
The longer waveguide of the front loading 23FL7d (1600 mm) is comparable with the length of the longer waveguide of the rear loading 21BL7d. The two series of delayed sound fronts generated by the front and rear loadings are partially overlapped in the time domain and the recognition of the sound is facilitated.

Rispetto alle versioni precedenti, più corte e aperte il suono risulta più dettagliato. Il caricamento aperto può risultare comodo con altoparlanti di diametro maggiore di 5". 

Compared to previous versions, open and shorter, the sound is more detailed. Open charging can be convenient with speakers larger than 5 "in diameter.
 

Front Load - Back Load


Gli elementi che più influenzano l'ascolto delle casse acustiche MDD sono: 

- l'altoparlante
- l'aria
- le guide d'onda
- la diffrazione acustica
- l'ambiente d'ascolto
- l'ascoltatore con il suo udito.
The elements that most influence the listening of MDD loudspeakers are:
- speaker
- the air
- waveguides
- acoustic diffraction
- the listening environment
- the listener with his hearing.

I progetti MDD descritti in questo sito usano spesso l'altoparlante Faital-Pro 3FE25, un ottimo ed economico larga banda. L'altoparlante trasforma il segnale elettrico proveniente dall'amplificatore in compressione (espansione) dell'aria.

The MDD projects described on this site often use the Faital-Pro 3FE25 speaker, an excellent and inexpensive broadband. The loudspeaker transforms the electrical signal from the amplifier into compression (expansion) of the air.

L'aria è composta per la maggior parte da gas con un comportamento assimilabile ai gas perfetti, può essere compressa (o espansa). L'aria è elastica per cui se in una regione di spazio è compressa la compressione sarà trasferita in tutte le direzioni alle regioni vicine alla zona compressa. In aria libera la zona compressa corrisponde alla superficie di una sfera il cui raggio aumenta alla velocità del suono, 340 metri al secondo circa. La compressione si distribuisce su una superficie che aumenta con il quadrato del raggio e una pressione che diminuisce inversamente al quadrato dello stesso raggio.

The air is mostly composed of gas with a behavior similar to perfect gas, it can be compressed (or expanded). The air is elastic so if in a region of space it is compressed the compression will be transferred in all directions to the regions close to the compressed area. In open air, the compressed area corresponds to the surface of a sphere whose radius increases at the speed of sound, about 340 meters per second. The compression is distributed over a surface that increases with the square of the radius and a pressure that decreases inversely to the square of the same radius.

L'udito delle persone può sentire suoni da 20 Hz a 20KHz. Supponendo di avere un altoparlante perfetto la sua membrana vibra da 20 a 20000 volte in un secondo. Di fronte all'altoparlante ci sono zone di compressione distanziate diversamente (lunghezza d'onda) al variare della frequenza. A 20 KHz la lunghezza d'onda è di 1,7 cm. A 10 KHz la lunghezza d'onda è di 3,4 cm. A 1 KHz la lunghezza d'onda è di 34 cm. A 100 Hz la lunghezza d'onda è di 3,4 metri. A 20 Hz la lunghezza d'onda è di 17 metri, in molti casi superiore alle dimensioni della stanza di ascolto. Si ha una differenza tra la frequenza più bassa e quella più elevata di tre ordini di grandezza, tre zeri. 

People's hearing can hear sounds from 20Hz to 20KHz. Assuming you have a perfect speaker, its membrane vibrates 20 to 20000 times in a second. In front of the speaker there are compression zones spaced differently (wavelength) as the frequency changes. At 20 KHz the wavelength is 1.7 cm. At 10 KHz the wavelength is 3.4 cm. At 1 KHz the wavelength is 34 cm. At 100 Hz the wavelength is 3.4 meters. At 20 Hz the wavelength is 17 meters, in many cases greater than the size of the listening room. There is a difference between the lowest and highest frequency of three orders of magnitude, three zeros.

La stessa differenza che si ha tra il peso di un acino d'uva, 20 grammi, e una tanica d'acqua da 20 litri. Con una mano si possono sollevare entrambe ma usando strategie diverse. Per l'acino d'uva è sufficiente l'attrito con le punte delle dita, per la tanica è necessario usare la rigidità delle ossa della mano e una notevole forza muscolare. Anche nella riproduzione dei suoni con un altoparlante è necessario adottare strategie diverse.
The same difference that occurs between the weight of a grape, 20 grams, and a 20 liter water tank. With one hand you can raise both but using different strategies. For the grape the friction with the fingertips is sufficient, for the tank it is necessary to use the rigidity of the bones of the hand and a remarkable muscular strength. Even in the reproduction of sounds with a loudspeaker it is necessary to adopt different strategies.

Nel progetto 21FL7
sette guide d’onda in PVC rigido sono posizionate di fronte al cono dell'altoparlante, la lunghezza  è progressiva (276, 305, 336, 371, 410, 453, 500), la sezione è di 25 x 1.5 mm. La guida d'onda impedisce all'aria compressa dal cono dell'altoparlante di espandersi lateralmente per cui le zone di compressione assumono la forma di un piano che percorre le guide d'onda alla velocità del suono.
In the 21FL7 project, seven rigid PVC waveguides are positioned in front of the speaker cone, the length is progressive (276, 305, 336, 371, 410, 453, 500), the section is 25 x 1.5 mm. The waveguide prevents the compressed air from the speaker cone from expanding laterally so that the compression zones take the form of a plane that travels the waveguides at the speed of sound.

A 20 KHz la distanza (17 mm) fra due fronti di compressione che viaggiano all'interno delle guide d'onda è simile alla sezione della guida d'onda stessa (25 mm).
A 2 KHz la distanza (170 mm) fra due fronti di compressione che viaggiano all'interno delle guide d'onda è inferiore alla lunghezza ma superiore alla sezione della guida d'onda stessa.
A 200 Hz la distanza (1700 mm o 1,7 metri) fra due fronti di compressione che viaggiano all'interno delle guide d'onda è superiore alla lunghezza della guida d'onda stessa.
A 20 Hz la distanza (17000 mm o 17 metri) fra due fronti di compressione può essere superiore alle dimensioni della stanza dove si ascolta.
At 20 KHz the distance (17 mm) between two compression fronts traveling inside the waveguides is similar to the section of the waveguide itself (25 mm).
At 2 KHz the distance (170 mm) between two compression fronts traveling within the waveguides is less than the length but greater than the section of the waveguide itself.
At 200 Hz the distance (1700 mm or 1.7 meters) between two compression fronts traveling within the waveguides is greater than the length of the waveguide itself.
At 20 Hz the distance (17000 mm or 17 meters) between two compression fronts can be greater than the size of the room where you listen.

Con le guide d'onda dette anche linee di trasmissione (TL) si riescono a riprodurre in modo efficace lunghezza d'onda fino a 4 volte maggiori della lunghezza della guida stessa. Nella pagina Back Load sono descritti carichi acustici adatti a riprodurre le frequenze più basse, sotto i 200 Hz. Il progetto 21FL7 ha lunghezza limitata a 500 mm, si rinuncia a riprodurre le frequenze sotto i 200 Hz in quanto usando lunghezze maggiori si alza il punto di emissione per diffrazione e si invia la maggior parte dell'energia acustica delle alte frequenze sopra la testa dell'ascoltatore.

With waveguides also called transmission lines (TL) it is possible to reproduce effectively wavelengths up to 4 times greater than the length of the guide itself. The Back Load page describes acoustic loads suitable for reproducing the lower frequencies, below 200 Hz. The 21FL7 project has a limited length of 500 mm, the reproduction of frequencies below 200 Hz is waived because using longer lengths the emission point is raised by diffraction and most of the acoustic energy of the high frequencies is sent over the listener's head.

Nella tecnologia MDD le onde piane che viaggiano all'interno alla fine della guida d'onda per diffrazione si modificano in onde sferiche, la lunghezza d'onda è maggiore della sezione delle guide. L'emissione dell'altoparlante in aria libera è concentrata in un lobo frontale, nel
progetto 21FL7  con le guide è frazionata in una serie di emissioni sferiche omnidirezionali che si propagano in punti diversi, con ritardi diversi. 
In MDD technology, plane waves that travel inward at the end of the waveguide by diffraction change into spherical waves, the wavelength is greater than the section of the guides. The emission of the loudspeaker in free air is concentrated in a frontal lobe, in the 21FL7 project with the guides it is divided into a series of omnidirectional spherical emissions that propagate in different points, with different delays.

Con la tecnologia MDD sfruttando la geometria delle guide d'onda è possibile distribuire l'energia acustica generata dalla piccola membrana dell'altoparlante su superfici molto più ampie come nei sistemi a tromba, ma con dispositivi molto più facili da realizzare con tubi affiancati.
With the MDD technology, by exploiting the geometry of the waveguides, it is possible to distribute the acoustic energy generated by the small speaker membrane on much larger surfaces such as in horn systems, but with devices much easier to create with pipes side by side.

Per le frequenze riprodotte dal 
progetto 21FL7 l'ambiente d'ascolto influisce sulla base della riflettivita acustica delle pareti e degli oggetti contenuti. Un ambiente molto assorbente può ridurre il livello delle frequenze più elevate. La tecnologia MDD come anche i sistemi omnidirezionali funzionano anche in presenza di riflessioni, in alternativa può rendersi necessaria l'equalizzazione con un dsp.
For the frequencies reproduced by the 21FL7 project, the listening environment influences the basis of the acoustic reflectivity of the walls and the objects contained. A very absorbent environment can reduce the level of higher frequencies. MDD technology as well as omnidirectional systems also work in the presence of reflections, alternatively, equalization with a dsp may be necessary.

Il
progetto 21FL7 genera onde sonore coerenti con ritardi compresi tra 1 e 2 msec, simula il suono generato da uno strumento con dimensioni virtuali simili alla lunghezza delle guide d'onda. Per gli effetti psicoacustici di queste onde sonore coerenti e ritardate si rimanda alla pagina acustica.
The 21FL7 project generates sound waves consistent with delays between 1 and 2 msec, simulates the sound generated by an instrument with virtual dimensions similar to the length of the waveguides. For the psychoacoustic effects of these coherent and delayed sound waves, see the acoustic page.

 

Test


jb3toMDD

Per provare la tecnolgia MDD senza modificare una cassa acustica standard, si posiziona in orizzontale e si appoggia la struttura in verticale sull'altoparlante su alcuni distanziali. Anche senza il montaggio sigillato la maggior parte dell'emissione alle alte frequenze percorrerà le guide d'onda e per diffrazione attiverà l'emissione omnidirezionale. Nella foto un carico acustico 21FL7 (provvisorio) è appoggiato sulla griglia frontale di una cassa monovia Jb3. Lo stesso sistema può essere applicato anche a sitemi a 2 e 3 vie. 
To test the MDD technology without modifying a standard loudspeaker, it is positioned horizontally and the structure is placed vertically on the speaker on some spacers. Even without the sealed assembly, most of the high frequency emission will travel the waveguides and by diffraction will activate the omnidirectional emission. In the photo an acoustic load 21FL7 (provisional) is placed on the front grille of a single-track Jb3 speaker. The same system can also be applied to 2- and 3-way systems.