Doe-het-Zelf QRD-Diffuserpanelen

achtergrondinformatie voor zelfbouwers
en geïnteresseerden die willen weten wat diffusie is

Wat is een Diffuser?
Een definitie:

Een diffuser is een akoestisch reflecterend
oppervlak dat vanwege zijn structuur
geluidsgolven die erop vallen
homogeen verstrooit in legio richtingen.

Uit deze definitie valt op te maken dat een diffuser akoestisch hard is en dus niet absorberend. Absorptie is niet het doel van een diffuser - integendeel!
Het doel is juist een zo homogeen mogelijke reflectie van geluid met behoud van
zoveel mogelijk akoestische energie.

Gegeven 1:
Wanneer een geluidsgolf een vlakke wand treft zal deze met nagenoeg gelijke amplitude weerkaatsen; de hoek van inval is daarbij gelijk aan de hoek van weerkaatsing.

In de tekening rechts is te zien hoe de spreiding zal zijn van een geluidsgolf die loodrecht een vlakke wand treft. Het grootste deel van de energie wordt gereflecteerd onder precies dezelfde hoek als waarmee deze het oppervlak trof -- in dit geval dus loodrecht, maar in de praktijk van een luistersituatie juist niet!

Het spreekt daarom vanzelf dat, indien de hoek van de geluidsgolf met de wand bijvoorbeeld 45° zou zijn, het grootste deel van de akoestische energie ook weer onder een hoek van 45° terug de ruimte in zou kaatsen -- een bundel gereflecteerde akoestische energie die een nadelig effect heeft op met name de ruimtelijke afbeeldingskwaliteiten van muziek via een willekeurig luidsprekersysteem.

De spreiding van een geluidsgolf door een plat oppervlak.
De akoestische energie wordt voor het grootste deel één richting in gestuurd, te weten in de speculaire reflectierichting.

Gegeven 2:
Wanneer een geluidsgolf een niet-vlakke wand treft zal deze, afhankelijk van het patroon van die wand, gedeeltelijk uiteen vallen in enkele reflecties van lagere amplitude, terwijl de overige energie zich manifesteert in de vorm van reflecties met hoge amplitude, precies zoals bij de vlakke wand.

Dit kan in de praktijk tot het merkwaardige verschijnsel leiden dat een wand, gevormd uit een zich herhalend golfpatroon, het probleem van de onbeheerste reflecties zelfs verergert ten opzichte van een gewone vlakke wand. De ongewenste reflecties worden dan nog altijd behoorlijk krachtig in een paar richtingen verspreid.
Een patroon op de wand is dus niet per definitie goed voor de spreiding van het geluid, maar kan bij een correct ontworpen patroon wel degelijk voor een beter reflectiegedrag zorgen.

Voor een ruimte waarin hoge eisen aan muziekweergave worden gesteld, is een simpel, zich herhalend golf- of piramidepatroon in de praktijk niet afdoende omdat er geen werkelijk breedbandige diffusie mee te realiseren is -- dat is natuurkundig gezien niet mogelijk. Een goed ruimtelijk spreidingspatroon behoort immers over een groot deel van de frequentieband te worden gehandhaafd.

De spreiding van een geluidsgolf door een juist berekend en gebogen (gegolfd) oppervlak.
De energie wordt in een aantal richtingen gestuurd.

Gegeven 3:
Wanneer een geluidsgolf een voor dit doel geoptimaliseerd diffuserpaneel treft, zal deze uiteenvallen in vele reflecties van lagere amplitude. Deze verzwakte reflecties zullen bovendien homogeen verstrooid worden in alle richtingen.

Dit is één van de twee fundamentele aspecten van geluidsdiffusie, namelijk "ruimtelijke verstrooiing".

Nu zal elk bolvormig of onregelmatig gevormd oppervlak de erop vallende geluidsgolven verstrooien of breken. Een diffuser is in deze dan ook niets anders dan een zorgvuldig berekend onregelmatig en reflecterend oppervlak dat in een zich herhalend patroon dient te worden toegepast.

Er worden wel panelen te koop aangeboden onder de noemer "diffuser", terwijl ze dat strikt genomen helemaal niet zijn. Piramidevormen en andere eenvoudige golfpatronen die als diffusers aangemerkt worden verstrooien het geluid enigszins in ruimtelijke zin, maar doen dat effectief slechts binnen een heel kleine bandbreedte die een verband heeft met het formaat en de opbouw.

Het andere kwaliteitscriterium voor goede diffusie is, naast ruimtelijke spreiding, tijdsspreiding of spectrale spreiding. Verderop meer hierover.


naar boven

De spreiding van een geluidsgolf door een geoptimaliseerde QRD diffuser.
De spreiding van akoestische energie is gelijkmatiger dan bij de voorgaande oppervlakken.
Dit diffuseroppervlak is relatief smal in vergelijking met de golflengte van de getoonde frequentie.

Een goed ontworpen diffuserpaneel zal in elk geval voldoen aan de onderstaande twee vereisten:

• Het werkbereik moet op voorhand voorspelbaar zijn omdat de diffuser in een op voorhand bekende situatie zal worden ingezet.
  Met andere woorden: de diffuser dient in ruimte en tijd te verstrooien binnen bepaalde gestelde boven- en ondergrenzen, aangeduid door de frequentie.
  
  
• Het diffusiepatroon moet zoveel mogelijk homogeen zijn binnen het vooraf bepaalde werkgebied.
  Op dit punt laten eenvoudige diffusers het afweten. Een regelmatig diffusiepatroon is altijd het resultaat van een berekend diffuserontwerp en nooit van toeval.
  Willekeurige ronde en afgeschuinde vormen zullen wel een zeker diffusiepatroon kunnen bezitten, maar dit is nooit zo homogeen, breedbandig en voorspelbaar dan de meer serieuze diffusers.
  
  
  
  

Het bewerkelijke karakter van een diffuserpaneel is verantwoordelijk voor de hoge prijs die voor commerciële diffuserpanelen moet worden betaald.
Het spreekt vanzelf dat de zelfbouw hier in het voordeel kan zijn, mits aan de bouwvereisten kan worden voldaan.



Waarom Diffusie?

Het belangrijkste motief om diffusie aan te brengen in een ruimte waarin de weergave van muziek belangrijk is, is reflectiebeheersing.

Het indirecte (= gereflecteerde) geluid dat op de luisterplaats aankomt is in grote mate bepalend voor het realisme en de omvang van het ruimtelijke beeld, voor de stabiliteit en de scherpte van de afbeelding van instrumenten en stemmen in dat beeld en voor de mate van kleuring die door reflecties onherroepelijk aan het beeld wordt toegevoegd.

Diffusie kan ervoor zorgen dat er rondom de luisterplaats een homogeen reflectieveld ontstaat dat de in de opname verborgen ruimte-informatie als het ware lijkt te decoderen uit het geluid. Het zat er altijd al in, maar het kwam er niet zo uit, zeg maar. Reflecties komen niet meer specifiek via de muur of het plafond op de luisterplaats aan, maar vormen veeleer een ambiance - een podium - voor het directe geluid (het geluid dat de luisteraar bereikt zonder eerst een of ander object in de ruimte te hebben geraakt).

De psycho-akoestiek stelt dat rust en stabiliteit in het ruimtebeeld een van de voorwaarden is om te kunnen luisteren zonder vermoeidheidsverschijnselen. De hersenen kunnen correcte ruimte-informatie zonder enige inspanning verwerken, maar als het reflectiepatroon in de ruimte inconsequent is of voor versmering van de ruimtelijkheid zorgt, dan zullen diezelfde hersenen tijdens het luisteren voortdurend actief zijn in een poging de ruimtelijke informatie weer kloppend te maken. Dat is niet het ontspannen luisteren wat muziekliefhebbers doorgaans zoeken......

doorsnedes van fraaie, maar erg kostbare
commerciële panelen, die evenwel laten zien
waarom zoiets zo duur moet zijn...

afmetingen: 100x200x20cm;
prijs: 2300 euro
dat kan de zelfbouwer goedkoper....

diverse vormen van zelfbouwdiffusie
in een opnameruimte;
merk ook de basstraps op die in het
plafond achterin verwerkt zijn...

In essentie heeft een diffuserconfiguratie daarom tot doel om het indirecte geluidsveld in de ruimte INcoherent te maken -- willekeurig dus.

Als gevolg van vlakke en parallelle wanden in die ruimte is het indirecte geluidsveld namelijk altijd COherent.

Incoherentie wordt teweeggebracht door twee eigenschappen die in een correct diffuserontwerp evenwichtig samenkomen:

• ruimtelijke spreiding
  
  
• spectrale spreiding
  
  

Het begrip "incoherentie" is een beetje misleidend: een diffuser maakt het geluidsveld niet werkelijk INcoherent, aangezien juist zo'n diffuser een berekend en zich herhalend oppervlak is, dat op een voorspelbare wijze geluidsgolven verstrooid.

Die voorspelbare wijze komt, dankzij het werk van Schroeder, heel dichtbij werkelijke incoherentie, althans, binnen de ontwerpgrenzen van het paneel.
Daarbuiten zal het paneel zich steeds meer als een normaal vlak oppervlak gedragen.


naar boven

Een andere benadering: in een begrensde ruimte zullen de (vlakke) wanden altijd voor kleuring of echo zorgen!

Coherente reflecties zijn namelijk altijd gekleurd door herhaling (coherentie is in dit geval herhaling) en ze steken boven het "geluidsmaaiveld" uit, zoals de figuur bij "gegeven 1" liet zien.

Dergelijke reflecties kunnen geabsorbeerd worden, indien de nagalmtijd in de ruimte en andere overwegingen mbt het ruimte-ontwerp dit toelaten. Maar als de geluidsenergie behouden moet worden is een diffuser de beste oplossing. Deze wordt op de muur geplaatst voor het verspreiden in tijd en ruimte van de opvallende geluidsenergie, hetgeen de kleuring en coherentie uit het beeld wegneemt maar de rest van de informatie weet te behouden.
In een kleine ruimte wordt altijd een evenwicht geschapen tussen diffusie en absorptie. Deze laatste voor het reguleren van de nagalmtijd en de eerstgenoemde om ervoor te zorgen dat de vroege reflecties geen kleuring, vervorming en andere artefacten produceren die samenhangen met ruimtelijke coherentie. Diffusers zorgen ervoor dat de ruimtelijke informatie die onze hersenen distilleren uit het directe geluidsveld omgeven / overgoten worden met natuurlijke breedte en diepte, alsof de begrenzende wanden er niet zouden zijn.

Je zou dus kunnen zeggen dat in een kleine ruimte (en alle ruimtes van SoundscapeS-klanten zijn in dit opzicht "klein") diffusie en absorptie complementaire elementen zijn in handen van een akoestisch architect. Daarmee kan deze de juiste balans tussen levendigheid en demping scheppen. Afhankelijk van de juistheid van zijn benadering komt dit het eindresultaat ten goede.


Elders op deze website is een 20 jaar oude artikel uit Stereophile geplaatst over de ervaringen van een gebruiker van diffusers die ruim een jaar heeft geëxperimenteerd met diffusers in combinatie met diverse soorten en typen luidspreker.
Klik HIER voor dit artikel.

complexe QRD-diffuserwand;
in elk segment is een geschaalde versie
van het grote patroon ingebed

ook een complexe diffuser: een QRD-19
versus.....



..... een QRD-7 diffuser -- vereenvoudigd ontwerp

Welk type Diffusie?

De QRD-diffuser, ook wel Schroederdiffuser genoemd, is vrij gemakkelijk zelf te bouwen, mits u goed passend hout gebruikt (laten zagen) en zorgvuldig kunt werken.

Belangrijk:
Om ongewenste absorptie en resonanties bij zelfbouwdiffusers te voorkomen is het van het grootste belang om kieren en luchtspleten tussen de schotten en segmenten door een slechte constructie te vermijden. Laat het materiaal daarom zagen op een plaats waar men dit ook voldoende nauwkeurig kan doen. Dat bespaart ergernis en ongewenste artefacten die niets met diffusie van doen hebben.

Principiële Opbouw

Het QRD-diffuserpaneel bestaat uit een vast patroon van langgerekte segmenten (zie de foto linksboven) van (in principe) gelijke breedte, maar variabele diepte (zie het schema hier links).

Elk segment wordt altijd gescheiden door een dunne scheidingswand die helemaal tot de voorzijde van het paneel reikt.

De diffuser wordt in principe op een grondplaat opgebouwd. Geschikte materialen zijn multiplex, mdf, hardhout, tempex, hardschuim, pvc en andere kunststoffen of steen.

Een diffuserpaneel dient akoestisch zo hard (= reflectief) mogelijk te zijn. Het paneel absorbeert zelf natuurlijk ook wat geluid op grond van zijn constructie, maar absorptie is doorgaans niet het doel van een diffuser en kan, met name bij gestoffeerde panelen, een bijkomend effect zijn waarmee wel rekening gehouden worden als er veel van hetzelfde diffusie-oppervlak in de ruimte wordt toegepast.

Hieronder is een tekening te zien waarop de onderdelen van een QRD-diffuser benoemd worden. Het bestuderen van die namen is met name voor de zelfbouwer nuttig om spraakverwarring te voorkomen wanneer bepaalde aspecten van het ontwerp nader worden besproken.

Hieronder en hiernaast wordt een QRD-diffuser getoond - Quadratisch Residue Diffuser. De getoonde panelen bestaan uit 7 segmenten - het heet daarom een QRD-7. Er is een asymmetrische bouwwijze en een symmetrische bouwwijze, waarbij het zevende segment wordt gehalveerd en links en rechts op de uiteinden wordt geplaatst om een symmetrisch aanzicht te verkrijgen (zie verderop).

Een compleet patroon van N=x segmenten wordt een "periode" genoemd. Een diffuserconfiguratie aan de wand of tegen het plafond kan en zal vaak uit meerdere perioden bestaan, afhankelijk van de uiteindelijke paneelbreedte.

Ook QRD-11, 13, 17, 19, 23, 29 of 31-panelen kunnen in een diffuserconfiguratie voorkomen - panelen dus waarvan 1 periode resp. 11, 13, 17,19, 23, 29 of 31 segmenten bevat. Hogere getallenreeksen zijn zelden nodig bij normale ruimteafmetingen.

Hieronder een schematische tekening van een asymmetrische QRD-11.

Symmetrische en Asymmetrische QRD's
In het voorgaande is reeds zijdelings gesproken over een symmetrisch of een asymmetrisch gebouwd paneel. Een QRD-diffuser kan naar keuze op één van twee manieren gebouwd worden. Zie hiervoor de tekeningen rechts.

Welnu, wat is het verschil, zult u vragen.
En is er wel verschil?

Er is geen verschil voor wat betreft de werking als diffuser tussen een symmetrisch of een asymmetrisch gebouwde periode. Beide bouwwijzen leiden ook tot identieke periodebreedtes.

Er is wel verschil voor wat betreft de bouwtechnische kant van beide panelen: een asymmetrisch paneel is wellicht iets makkelijker te bouwen en vergt wat minder onderdelen.

Waarom zou je dan eigenlijk nog een symmetrisch paneel bouwen?
Immers, een asymmetrisch paneel is makkelijker en sneller te bouwen en de werking blijft hetzelfde!

Het antwoord op die vraag wordt gevonden in de praktische toepassing van de diffuserpanelen. Wanneer er slechts 1 periode wordt toegepast (iets dat overigens beter kan worden vermeden) is een symmetrisch paneel visueel fraaier om te zien dan een asymmetrisch paneel.
Ook in het geval meerdere panelen met een kleine tussenruimte naast elkaar worden gebruikt is het visueel mooier om symmetrische panelen op te hangen of neer te zetten.

Wanneer meerdere periodes tegen elkaar aan komen te hangen of staan speelt het aspect van symmetrie hooguit op de beide uiteinden. In plaats van elk paneel nu symmetrisch te maken volstaat het nu om alleen aan de rechterzijde een sluitpaneel te maken en dan is er visueel geen verschil tussen symmetrisch of asymmetrisch gebouwde panelen.

De tekening hieronder laat dit alles rond symmetrie en asymmetrie duidelijk zien.

Op deze website is nog meer informatie over diffusers en reflectiebeheersing te vinden. De SITEMAP is nuttig om u te oriënteren.

Omdat diffusertechniek nog een erg jonge tak van de akoestiek is zijn revolutionaire en werkelijk nieuwe ontwikkelingen zeker te verwachten. Er wordt in grote ruimtes, zoals bioscopen en theaters, reeds gebruik gemaakt van diffuserwanden die een glooiend verloop hebben -- een soort golfpatroon dus -- en niet als diffuser of specifiek akoestisch hulpmiddel herkenbaar zijn.
Omdat voor het simuleren van dergelijke diffusieve oppervlakken enorme rekenkracht nodig is, zijn dit soort projecten nog niet weggelegd voor de particulier en de thuismarkt. Op de foto links een ogenschijnlijk gewelfd plafond dat niettemin als geheel een uiterst geavanceerde en doeltreffende breedbanddiffuser is.



Diffuserconfiguratie bij u thuis.

Een diffuserconfiguratie die specifiek op de situatie in uw luisterruimte is toegespitst omvat doorgaans drie paneelontwerpen van verschillende breedte en diepte.

Breedte en diepte zijn de ontwerpparameters voor een QRD-diffuser:

de segmentbreedte definieert, in combinatie met het N-getal, de bovenste grensfrequentie voor homogene diffusie;
de maximale segmentdiepte definieert, wederom samen met het N-getal, de onderste grensfrequentie.

Voorts verhouden breedte en diepte zich in een bepaalde mate tot elkaar; niet alle breedte- / diepteverhoudingen zijn mogelijk. De segmentbreedte mag niet zo smal worden dat reflecties die in die segmenten zelf worden opgewekt op hun beurt een nieuw probleem gaan vormen.

Een typisch SoundScapeS-bouwplan voor een (heel smalle) QRD-diffuser die u zelf moet gaan bouwen ziet u hieronder:

naar boven

Het bouwplan hierboven betreft een kleine QRD-7 met zeer geringe diepte en breedte. Toepassing van een dergelijk paneel is nuttig op plaatsen waar de paneeldiepte minimaal moet zijn maar diffusie wel degelijk overwogen kan worden. De geringe diepte levert een relatief hoge onderste grensfrequentie op van bijna 1kHz. De meeste QRD-diffusers zijn dieper, waardoor ze tussen 300 en 600 Hz reeds beginnen te verstrooien. Een goede breedbandige QRD heeft een diepte die ligt tussen 15 en 25cm.

De foto rechts is interessant, omdat het een kant-en-klaar bouwkit betreft voor een mooie QRD-diffuser. De prijs is naar hollandse maatstaven nog steeds heel hoog. In kant-en-klare vorm is de prijs per vierkante meter commerciële iets tussen 600 en 1200 euro.
SoundScapeS weet zeker dat het goedkoper kan.

SoundScapeS ontwerpt ook zgn. "fractale diffusers".
Dat zijn complexe QRD-diffusers met ingebedde geschaalde diffusiepanelen -- een beetje het idee van de russische poppetjes: in ieder poppetje zit weer een identiek, maar kleiner poppetje.

Bij een fractale diffuser zit er in elk segment dus nog een kleiner diffuserpaneel - een volledige periode op schaal. De foto rechtsonder en de tekening links laten zien wat onder fractale diffusie verstaan moet worden.

Een fractaal diffusiepaneel heeft een veel hogere bovenste grensfrequentie dan een normale QRD met gelijke afmetingen.
Een fractaal paneel kan frequenties verstrooien tot wel 25kHz!

Een normale QRD verstrooit in het gunstigste geval tot ongeveer 8kHz, hetgeen op zichzelf al hoog genoeg is.

Het rechter paneel van RPG kost afhankelijk van de uitvoering zo'n 500 dollar (60 x 60 cm). Als je daar 5 vierkante meter van nodig hebt......

De ingebedde profielen kunt u zomaar niet zelf maken. Ze worden gefreesd uit een massieve 30mm HDF strook (zie foto onder). U kunt er meer over vinden op de pagina over de QRD-9430 van SoundScapeS door HIER te klikken.

een QRD-bouwkit

een fractale QRD van 61x61cm:
in elk segment is een kleinere, exact
geschaalde mini-QRD ingebed
stuksprijs af fabriek: 400 dollar

heel basic: het QRD-7 ontwerp;
lage onderste grensfrequentie bij
zo gering mogelijke paneeldiepte

Kosten van Diffusers

Commerciële diffusers zijn kostbaar. Prijzen ervan zijn bijvoorbeeld HIER terug te vinden.
SoundScapeS bied zelf ook kant-en-klare diffusie aan voor een beduidend lagere prijs -- klik HIER voor meer info over WaveWeaver diffusers.

Zelfbouwdiffusers kunnen, afhankelijk van de door u gebruikte materialen en/of afwerkingsmethode ook wel het nodige kosten, maar die kosten bedragen altijd minder dan 20% van de commerciële producten.

De meeste zelfbouwers kiezen voor mdf panelen die ze later schilderen in een kleur naar keuze. Massief hardhouten scheidingswanden en segmenten zijn ook een mogelijkheid, wanneer een echte houtafwerking gewenst is, maar de prijs zal hierdoor natuurlijk sterk stijgen.

Er zijn zelfbouwers die tempex hebben gebruikt als bouwmateriaal, hetgeen het uiteindelijke paneelgewicht sterk reduceert. Het gewicht is namelijk wel een factor om rekening mee te houden, met name bij de bevestiging aan het plafond.
Het zelfbouwpaneel op de foto rechts weegt 90kg en meet 250x106x25cm.





Meer Diffuser-informatie

In een serieuze dedicated luisterruimte is een of andere vorm van diffusie onontbeerlijk voor het beheersen van reflecties en ongecontroleerd indirect geluid (1e en 2e reflecties). SoundScapeS ontwerpt en levert u de bouwplannen voor de benodigde diffuserpanelen alsmede een voorstel voor de configuratie, die op maat gesneden is voor uw specifieke ruimte. Als u na het lezen van deze informatie niet bang bent voor wat houtbewerking kunt u contact opnemen met SoundScapeS.

Klik HIER om naar een pagina te gaan met een compromisloos luisterruimte-ontwerp, waarin diffusie een hele belangrijke rol speelt en met foto's wordt toegelicht.


naar boven