home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Shareware Overload / ShartewareOverload.cdr / busi / perf200.zip / PERFECT.DOC < prev    next >
Text File  |  1988-06-16  |  24KB  |  531 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.                 ***** PERFECT.DOC ***** (v 3.0)
  5.  
  6.                 I.   INTRODUCTION:
  7.  
  8.                 PERFECT BOX is a Computer Aided Design (CAD) program for the
  9.            simulation of loudspeaker performance.  PERFECT BOX is a very
  10.            powerful tool for the amateur or professional speaker builder.
  11.                 Loudspeaker design is a balance of compromises involving
  12.            enclosure size, low frequency cutoff, and transient response.
  13.            This program will allow you to model the loudspeaker-enclosure
  14.            combination entirely on your PC.  You are assured of the best
  15.            (lowest in frequency) bass response in the smallest enclosure.
  16.            You can then build the enclosure with full confidence that the
  17.            final result will not become the new dog house for Fido, but an
  18.            accurate, natural sounding system.
  19.                 PERFECT BOX does not deal with midrange or tweeter drivers.
  20.            It only considers the low frequency driver in a multi-way system
  21.            (or the only driver in a full-range system.)  Since enclosure
  22.            alignments, such as box size, box type, and box frequency  (now on
  23.            refered to as Alignments), effect the woofer response, PERFECT BOX
  24.            models systems covering low frequencies from 10 to 200 Hertz.  The
  25.            mathematical model will hold for higher frequencies, but I have
  26.            optimized the program for the most useful range.
  27.  
  28.                 II.  REQUIREMENTS:
  29.  
  30.                 PERFECT BOX requires certain parameters that uniquely define
  31.            the driver's characteristics.  Some of these parameters have been
  32.            coined as the Thiele/Small (or T/S) parameters.  If you are new to
  33.            loudspeaker design, it isn't important that you understand what
  34.            each value represents, only that you are able to obtain these
  35.            values from the driver manufacturer, or measure them yourself
  36.            (more accurate.)
  37.  
  38.                   PARAMETER                         UNITS
  39.                 Free air resonance    (Fs)         Hertz
  40.                 Q Electrical          (Qes)
  41.                 Q Mechanical          (Qms)
  42.                 Q Total               (Qts)
  43.                 Volume Equivalent
  44.                      Compliance       (Vas)        Ft^3
  45.                 D.C. Voice Coil
  46.                      Resistance       (Re)         Ohms
  47.                 Peak Cone
  48.                      Displacement     (Xmax)       Inch
  49.                 Effective Piston
  50.                      Diameter                      Inch
  51.                 Thermal Power         (P)          Watts, RMS
  52.  
  53.                 NOTE:  Qts=(Qes*Qms)/(Qes+Qms)
  54.  
  55.                 PERFECT BOX allows you to store these driver parameters in a
  56.            data file ("BOXDATA").  This file can store characteristics for up
  57.            to 998 different drivers.  A few sample drivers have been included
  58.            so that you can experiment with PERFECT BOX.  These samples
  59.            represent "real life" units which are currently available at this
  60.            time.
  61.  
  62.                                    -1-
  63.  
  64.  
  65.  
  66.  
  67.  
  68.                 III. DEFINITIONS:
  69.  
  70.                 SYSTEM ORDER:  PERFECT BOX uses a classical high-pass filter
  71.            model to simulate a loudspeaker mounted in an enclosure.  The
  72.            order of a loudspeaker system represents the same characteristic
  73.            roll off as that of an electrical filter.  The roll off rate (or
  74.            slope) is:
  75.                           roll off rate=(6 * system order) dB/octave
  76.                 or
  77.                           roll off rate=(20 * system order) dB/decade
  78.  
  79.                 PERFECT BOX can simulate both infinite baffle (sealed box),
  80.            and vented (ported) systems.  Each of these systems have a natural
  81.            order in which they resemble an electrical high pass circuit.  For
  82.            infinite baffle, order=2, or that is to say that they are of 2nd
  83.            order.  And for vented systems, order=4.  It seems that each kind
  84.            of enclosure has pros and cons associated with them.  In general,
  85.            both systems, if properly aligned, perform with the same low
  86.            frequency response.  In practice, an infinite baffle system is
  87.            easier to build, and possibly has better transient response.  The
  88.            vented system offers slightly higher efficiency (2.9 dB), and good
  89.            cone dampening near the vent frequency (but less below Fb.)  My
  90.            preference is for 4th and 6th order systems.
  91.  
  92.                 SYSTEM CUTOFF FREQUENCY:  This is the frequency at which the
  93.            system amplitude response is exactly 3.0 dB less than at a
  94.            mid-band reference frequency (where response is basically flat at
  95.            0 dB.)  This is a standard point of interest that can be used to
  96.            compare with another system's low frequency response data.  This
  97.            point represents the "half-power" amplitude, as compared to the
  98.            amplitude at the mid-band reference frequency.
  99.  
  100.                 OTHER ORDERS:  As you are problably aware, a Graphic
  101.            Equalizer can make a tremendous effect on the way your speaker
  102.            system sounds.  The bad news is that an equalizer (EQ) usually
  103.            doesn't have a control exactly centered on the proper frequency to
  104.            properly extend low frequency cutoff, and thus will typically make
  105.            matters worst.
  106.                 PERFECT BOX can incorporate the effects of either a 1st or
  107.            2nd order, ACTIVE EQ into the loudspeaker model.  This mini EQ
  108.            consists of a simple active high-pass filter, having a low
  109.            turn-over (cutoff) frequency (typically 20-60 Hz), which actually
  110.            has a slight boost (peak) in its amplitude response above its
  111.            cutoff frequency.  If the amount of boost and cutoff freq. are
  112.            suitably chosen, the total system response typically is extended a
  113.            half-octave or more, while providing infrasonic (rumble) filtering
  114.            to boot!
  115.                 In 2nd-order EQ's, the boost is controlled by the "D"
  116.            parameter (D=1/filter Q, for you filter buffs.)  Typical values of
  117.            "D" range from 0.3 to 1.414, giving most to least amount of
  118.            amplitude boost.  A "D" of 0.52 gives approximately 6 dB of boost,
  119.            typical starting value.  The EQ frequency and the "D" factor
  120.            should be juggled for the flatest, most extended low frequency
  121.            response.
  122.  
  123.  
  124.  
  125.  
  126.  
  127.  
  128.                                    -2-
  129.  
  130.  
  131.  
  132.  
  133.                 A word of caution:  using large amounts of boost may tax
  134.            small power amplifiers (less than 50 Watts,RMS) beyond their
  135.            limits.  A properly designed 3, 3.5, 5, or 6th order system will
  136.            not over tax your amplifier unless you listen to music either :
  137.            1.  at extremely high SPL levels, 2.  with heavy organ pedal
  138.            notes, or 3. use other signal modification equipment such as an
  139.            extremely low-end boosted Graphic Equalizer (Stupid), or Sub-Sonic
  140.            Synthesizer (Harmonizer.)
  141.                 The EQ can be inserted into the signal path of your system at
  142.            either a "Pre-amp out/Amp in" loop, or "tape monitor" connection.
  143.            A simple design for a 2nd order EQ is provided with PERFECT BOX:
  144.            type EQ2  at the DOS prompt to execute this option.  You must have
  145.            a graphics mode in order to run EQ2 because the electrical
  146.            skematic is drawn on the screen after all the circuit values are
  147.            calculated.  You may execute a screen dump (PrtSc) for a hardcopy
  148.            (as with all screens in PERFECT BOX.)
  149.  
  150.                 IV.  RUNNING PERFECT BOX:
  151.  
  152.                 PROGRAM EXECUTION:  Before you start PERFECT BOX, you must
  153.            execute your DOS command GRAPHICS.COM.  This command sets aside
  154.            memory for doing graphic dumps of your CRT to your graphics
  155.            printer.  I have created a simple batch file called GO.BAT, which
  156.            will do this for you.  Of course you must have either GRAPHICS.COM
  157.            on the program disk or in the current DOS path.  The actual
  158.            program file is BOX3_0.EXE.
  159.                 1.  Insert the PERFECT BOX program disk into your default
  160.            disk drive, and type GO <Return>.  You should see the PERFECT BOX
  161.            opening screen.  After about 5 seconds, you may press RETURN to
  162.            continue.  Note:  All questions requiring operator input that have
  163.            default values will have those values prompted between
  164.            parenthesis.  Just press RETURN for the default.
  165.                 2.  At this point, you need to choose either ;
  166.                      1.  for Automatic Parameter Entry  or,
  167.                      2.  for Manual Parameter Entry.
  168.                 If you choose 1., you can LIST, LOAD, STORE, EDIT or PRINT
  169.            driver parameters from the BOXDATA database file.  Option 2. will
  170.            ask you to enter each driver parameter and box characteristic, one
  171.            at a  time.  This choice is good if you only want to run a driver
  172.            through PERFECT BOX once, with out saving the parameters.  Since
  173.            you can store up to 998 different drivers in the data file, I
  174.            rarely use this option!
  175.                 3.  Choose "Automatic", and then choose "1. LIST current
  176.            Drivers in database.  You should see a list of drivers with a
  177.            record number for each.  You may choose a particular driver from
  178.            this list by entering the record number, and then press RETURN.
  179.                 4.  Or, choose "LOAD a Driver by Record Number," and enter
  180.            the record number you had memorized in the "LIST" step above.  You
  181.            will be prompted if this is the right driver.  A "N" will take you
  182.            back to "Enter Driver record number."
  183.  
  184.  
  185.  
  186.  
  187.  
  188.  
  189.  
  190.  
  191.  
  192.                                     -3-
  193.  
  194.  
  195.  
  196.  
  197.  
  198.  
  199.  
  200.                 5.  At this point, PERFECT BOX will calculate the "Ideal Box"
  201.            volume, the port frequency for that ideal box volume, and the
  202.            cutoff frequency (-3dB point.)  The ideal box volume is the
  203.            smallest enclosure that provides the flatest, deepest low
  204.            frequency response.  The cutoff point will give you a general idea
  205.            of how low the driver will perform in any box design (best case.)
  206.            The port frequency (box frequency) must be set as calculated to
  207.            obtain the cutoff predicted.
  208.                 6.  Now you must choose the system order.  If the driver Qts
  209.            is 0.5 or greater, I would try infinite baffle (order=2) systems
  210.            first, otherwise, use order=4, with the ideal box size and
  211.            frequency.  Save the other order options for later.  PERFECT BOX
  212.            will also recommend an order to you.
  213.                 7.  Enter the box volume in cubic feet.  I suggest that you
  214.            use the ideal box size and box frequency (for 4th order up) as a
  215.            starting point.  Then, on the next pass, change one of the box
  216.            alignments and check how the response was affected.
  217.                 8.  PERFECT BOX will now calculate :   1. Amplitude,  2.
  218.            Maximum Power, and 3. Maximum Sound Pressure Level, at each
  219.            frequency cycle between 10 and 200 Hertz.  Then an Output Menu
  220.            will be presented.
  221.                      Option 1. will plot the classical Bode (pronounced BO
  222.            DEE; or Frequency Response) plot.
  223.                      Option 2, SPL & Power vs. Frequency, will give you an
  224.            picture of the system driven at maximum power.  This plot gives
  225.            the Sound Pressure Level (in dB) and the input power required to
  226.            reach the excursion limit (Xmax) of the driver.
  227.                      Option 3. will list on the screen, all calculated data,
  228.            between the frequency limits of your choice.
  229.                      Option 4. prints option 3. on your printer with the same
  230.            limit choice.
  231.                      Option 5. produces on your printer, a worksheet which
  232.            gives you a handy reference table to use as you change the
  233.            different alignments about your system.  Each block can be filled
  234.            from data printed on the bode plot option.  I suggest that you do
  235.            this option first (only if you have a printer on line.)
  236.                      Option 6. allows you to save your current design
  237.            parameters to the BOXDATA file for future use.  This becomes very
  238.            handy if you want to keep track of your best designs for each
  239.            driver.  If you are loading previously saved values, the default
  240.            values of the next iteration are taken from the BOXDATA file.  You
  241.            must go to the CHANGE menu, and choose "Change ALL Parameters," to
  242.            complete the process.
  243.                      Option 7. toggles you between EGA and CGA modes.  If you
  244.            are using EGA and want to use the Print Screen function, you have
  245.            to switch to CGA (Yuk!, I know), for the Graphics dump to work.
  246.                      Option 8. (or RETURN) will take you to the Change Menu.
  247.            At this point you may choose what parameter to change in an
  248.            attempt to optimize the frequency plot, or what ever else you are
  249.            trying to acheive.  If you are currently working on a 2nd or 4th
  250.            order system, the "Change EQUALIZER Frequency or D." choice will
  251.            not be allowed.  Thus if you want to change to an "equalized"
  252.            order, you may do use the "Change ALL Parameters. option first.
  253.            Remember that the previous value for each prompt in the CHANGE
  254.            menu will be the default value (just press RETURN.)
  255.  
  256.  
  257.  
  258.                                    -4-
  259.  
  260.  
  261.  
  262.  
  263.  
  264.  
  265.  
  266.                 After you are satisfied with the current design parameters,
  267.            choose "NO CHANGES" in the Change Menu.  PERFECT BOX will now
  268.            calculate the port lengths required to tune the box to the
  269.            frequency last chosen.  A column for two identical length ports is
  270.            given also.  Dual ports are useful when the box volume is large or
  271.            the MACH speed is too large for a single port.  The MACH number is
  272.            the percent of the speed of sound that will occur at the largest
  273.            port output.  Stay away from large (speed> 0.2) port MACH speeds
  274.            as they will cause unmusical whistle noises from the port.  Also,
  275.            ports that are longer than the box depth, can be curved inside the
  276.            enclosure with PVC swept elbows.
  277.  
  278.                 V.   DESIGN HINTS:
  279.  
  280.                   If the ideal box volume is too large to be realistically
  281.            built, PERFECT BOX will allow you to see just how the loudspeaker
  282.            performance will suffer, as you down size box volume.  It is this
  283.            iterative design process that PERFECT BOX is designed for.  By
  284.            changing either box volume, port frequency, or in EQ cases, EQ
  285.            frequency and boost, a "perfect" frequency curve can be obtained.
  286.            At this point you can tell how good a driver really is because
  287.            sometimes another driver will out perform others in half the
  288.            enclosure volume!
  289.                 The port frequency is set by the area and length of the port.
  290.            PERFECT BOX will calculate the port for you, but the length is
  291.            typically 10-15% off, so add an inch to the calculated value, and
  292.            measure the box frequency for yourself (or have a technician do
  293.            it.)  The system will not perform as calculated if you miss the
  294.            port frequency by as little as 1 Hz.  Also, after you have reached
  295.            a final box size, increase the box volume by as much as required
  296.            to account for volume used by the drivers, bracing, and crossover
  297.            network.
  298.                 To find box diminsions from the box volume, take the volume
  299.            in cubic feet, multiply by 1728 cubic in/ft^3, to get in^3.  Then
  300.            take the cube root (or raise it to the 0.3333334 th power.)  Now
  301.            this number is the width in inches.  Multiply the width by 1.62
  302.            for the height, and multiply the width by 0.62 for the depth.
  303.                      volume (ft^3) * 1728 = volume (in^3)
  304.                      width  (in.)   =   (volume (in^3))^0.3333334
  305.                      height (in.)   =   width * 1.62
  306.                      depth  (in.)  =   width * 0.62
  307.                 NOTE: All diminsions are internal, not external!
  308.                 This will give the box a "typical speaker look" and also set
  309.            the diminsions up for minimum internal reflections.  PERFECT BOX
  310.            calculates these diminsions for you and prints them in the port
  311.            length table.
  312.  
  313.  
  314.  
  315.  
  316.  
  317.  
  318.  
  319.  
  320.  
  321.  
  322.  
  323.  
  324.  
  325.                                       -5-
  326.  
  327.  
  328.  
  329.  
  330.  
  331.  
  332.                 VI.  REFERENCES:
  333.  
  334.                 This document and the program PERFECT BOX are only tools for
  335.            the speaker designer.  One must know how to use these tools
  336.            properly before judging the usefulness of PERFECT BOX.  I suggest
  337.            that you read any of the following publications on the finer art
  338.            of speaker building.
  339.  
  340.                        SPEAKER BUILDER MAGAZINE (6 times a year)
  341.                         Edward T. Dell, Jr., Publisher
  342.                         PO Box 494
  343.                         Peterborough, NH 03458
  344.  
  345.                        "The Loudspeaker Design Cookbook"
  346.                         by Vance Dickason
  347.                         Distributed by:
  348.                         Old Colony Sound Lab
  349.                         PO Box 243
  350.                         Peterborough, NH 03458-0243
  351.  
  352.                        "How to Design, Build, & Test Complete
  353.                         Speaker Systems"
  354.                         by David B. Weems
  355.                         Library of Congress # TK9968.W43
  356.                         Published by:
  357.                         TAB Books
  358.                         Blue Ridge Summit, PA  17214
  359.                         No. 1064
  360.  
  361.                 VII. VERSION 2.3 ADDITIONS:
  362.  
  363.                 The latest version of PERFECT BOX, v2.3, adds the following
  364.            options to the previous versions.
  365.  
  366.                 1.   The ability to change the path to the boxdata file.
  367.            This allows you to have multiple boxdata files, each in separate
  368.            subdirectory, or disk.  The current path is now displayed at the
  369.            opening menu.  The default DOS path is the initial drive path.
  370.  
  371.                 2.   The ability to save the current alignment (box volume,
  372.            box frequency, order, EQ frequency, and D,) to the BOXDATA file.
  373.            This allows you to save your favorite box alignment for each
  374.            driver.  You may also load previously saved parameters for a
  375.            starting point on a new design.
  376.  
  377.                 3.  Dual driver systems are now handled.  You may now choose
  378.            from three different configurations in series or parallel:
  379.                   Standard --Drivers side-by-side, sharing the same box.
  380.                   Push-Pull--Same box, mounted back-to-back or
  381.            front-to-front, wired out of phase.
  382.                   Isobaric (constant pressure) systems--Drivers close-coupled
  383.                              by a small air-tight tunnel.
  384.                 See "The Loudspeaker Design Cookbook" for more information on
  385.            these variations in system design.
  386.  
  387.  
  388.  
  389.  
  390.                                    -6-
  391.  
  392.  
  393.  
  394.  
  395.  
  396.  
  397.  
  398.                 4.   A BOXDATA file print option which makes a complete
  399.            hardcopy of the current BOXDATA file drivers, including all
  400.            parameters, or Ideal Box values.
  401.  
  402.                 5.   Maximum SPL and minimum power values above 20 Hz. are
  403.            denoted on the Excursion limit plot, for quick reference.  Also
  404.            these values are helpful when designing dual-driver or very heavy
  405.            power rated systems.
  406.  
  407.                 6.   One of the prompts in the LOAD driver sequence has been
  408.            deleted to speed up the process of parameter loading.
  409.  
  410.                 7.   A DOS Shell is provided to allow non-resident DOS
  411.            commands to be executed without leaving the PERFECT BOX program.
  412.            Typical uses would be to : view disk directories, disk space,
  413.            format disks or execute any new PERFECT BOX utilities (currently
  414.            the BSORT.BAT and ADDATA.EXE progams.)
  415.  
  416.                 See the PERFECT1.DOC for more details on new additions.
  417.  
  418.  
  419.                 VIII.  ERRATA:
  420.                 Your support helps!  PERFECT BOX is supported by you, the
  421.            user.  Without user support, Shareware can not continue to exist!
  422.            Use this program, give a copy of PERFECT BOX to your friends (the
  423.            BBS Archive file is the best way to make sure all the PERFECT BOX
  424.            files are present.)  Above all, don't forget your part in the
  425.            deal!  If you are using PERFECT BOX on a trial basis, that's fine.
  426.            If you are using PERFECT BOX in your business, that's great!  Just
  427.            don't forget the concepts under which shareware functions.
  428.                 PERFECT BOX is under constant scrutany for improvement.  If
  429.            you have any ideas for new features/functions, or problems in
  430.            program operation, send them to me at AUSTIN ACOUSTICS.  Your
  431.            suggestion could be included in the next revision of PERFECT BOX,
  432.            of which you will recieve the first copy!
  433.                 By registering your copy with me, you will be notified of
  434.            major PERFECT BOX revisions, and new BOXDATA file parameters.  I
  435.            will update your present version, and append any BOXDATA
  436.            parameters I have recieved from others to your disk.  Please send
  437.            a COPY of your PERFECT BOX program disk (5.25" or 3.5") in a U.S.
  438.            Post Office approved disk envelope (or safe equivalent,)
  439.                               and $40 (check or money order)
  440.            to cover registration and return postage ($52 for Overnight
  441.            Express Return.)
  442.                 Please note that a registered user will not have to see the
  443.            annoying "Please Register" boxes that are sprinkled throughout the
  444.            program.  But this doesn't mean that the un-registered copy is
  445.            "crippled" in any way, because it isn't.  All PERFECT BOX
  446.            functions are available on the un-registered program.
  447.  
  448.                 Please make checks payable to:
  449.  
  450.                                WARREN MERKEL
  451.                                9874 LANCEWOOD STREET
  452.                                ORLANDO, FL  32817-4251
  453.  
  454.                                *** End of Document ***
  455.  
  456.  
  457.  
  458.  
  459.  
  460.  
  461.  
  462.  
  463.  
  464.                                        -7-
  465.  
  466.  
  467.  
  468.  
  469.  
  470.  
  471.  
  472.  
  473.  
  474.  
  475.  
  476.  
  477.  
  478.  
  479.  
  480.  
  481.  
  482.  
  483.  
  484.  
  485.  
  486.  
  487.  
  488.  
  489.  
  490.  
  491.  
  492.  
  493.  
  494.  
  495.  
  496.  
  497.  
  498.  
  499.  
  500.  
  501.  
  502.  
  503.  
  504.  
  505.  
  506.  
  507.  
  508.  
  509.  
  510.  
  511.  
  512.  
  513.  
  514.  
  515.  
  516.  
  517.  
  518.  
  519.  
  520.  
  521.  
  522.  
  523.  
  524.  
  525.  
  526.  
  527.  
  528.  
  529.  
  530. 
  531.