wat is een diffuser ?

Definitie:

• Een diffuser is een akoestisch hard en reflecterend oppervlak dat,
• op grond van de vormgeving van dat oppervlak,
• in staat is om geluidsgolven homogeen te verstrooien
• in ruimte en tijd,
• en dit binnen een tevoren gekend werkgebied.
  
  

Uit deze definitie valt op te maken dat een diffuser akoestisch hard en reflecterend is voor geluidsgolven die 'm treffen en juist niet absorberend. Absorptie is nooit het doel van een diffuser, en daarmee is de rol en functie van dit hulpmiddel meteen tamelijk uniek in zijn soort: daar waar er ontelbare vormen van bruikbare absorptie bestaan, bestaan er maar weinig vormen die bruikbare diffusie kunnen bieden.

Het hoofddoel van de diffuser is om een zo homogeen mogelijke verstrooiing van het geluidsveld ter plaatse te realiseren, met behoud van de akoestische energie.

'Ter plaatse' betekent vooral: binnen één van de eerste reflectiezones die zich in iedere muziekruimte bevinden.
En wat 'homogeen' inhoudt komt aanstonds nog aan bod.

Aan de basis van deze definitie liggen enkele tamelijk eenvoudige natuurkundige principes, die we bovendien allemaal ook kennen uit de praktijk. Aan de hand van een beschrijving van die eigenschappen zal de rol van de diffuser vanzelf aan betekenis kunnen winnen.

Gegeven 1:
Wanneer een geluidsgolf een vlakke en akoestisch harde wand treft, zal deze met nagenoeg gelijke frequentie en amplitude (geluidsdruk) weerkaatsen.
De hoek van inval is daarbij gelijk aan de hoek van weerkaatsing en dat is dan zo'n beetje de enige vorm van 'akoestische diffusie' die hier heeft plaatsgevonden.

De afbeelding rechts is een poging tot visuatie van het soort reflectie dat hierboven werd beschreven.
In dit geval treft een geluidsgolf de vlakke wand loodrecht.
Het grootste deel van de akoestische energie wordt gereflecteerd onder exact dezelfde hoek als waarmee deze inviel.

Als de hoek van de geluidsgolf met de wand 45° zou zijn geweest, dan zou het grootste deel van de akoestische energie eveneens onder een hoek van 45° terug de ruimte in reflecteren, alsof het om één bundel akoestische energie zou gaan.
Wat het inderdaad ook precies is, in deze context !

Dergelijke "hoog-energetische" reflecties ontstaan gemakkelijk in de eerste reflectiezones van een onbehandelde ruimte.
Ze hebben dan een duidelijk nadelig effect op de ruimtelijke afbeeldingskwaliteiten van muziek, die via om het even welk luidsprekersysteem of muziekinstrument in de ruimte worden gebracht.


naar boven

Reflectie en spreiding van een loodrecht invallende geluidsgolf op een vlak, hard oppervlak.

De akoestische energie wordt nagenoeg volledig in één richting gestuurd.

Gegeven 2:
Wanneer een geluidsgolf invalt op een niet-vlakke wand zal deze, afhankelijk van 'het driedimensionale patroon' op die wand, gedeeltelijk uiteenvallen in een kleiner aantal reflecties van lagere amplitude, terwijl de overige akoestische energie zich manifesteert in de vorm van hoog-energetische reflecties, identiek aan, maar in principe in mindere mate dan bij een volledig vlakke wand.
De nuance zit 'm bij dit gegeven vooral in de gebruikte aanduiding, 'kleiner aantal'...

De visualisatie hiernaast laat zien wat er ongeveer kan plaatsvinden met het indirecte geluidsveld.

'Gegeven-2' blijkt in de praktijk nogal eens aanleiding te geven tot een onjuiste simplificatie van het diffuserprincipe.

De in die context geuite bewering is, dat een zich herhalende en gebogen (cylindrische) vorm de meer complexe varianten van QRD- en PRD-diffusie geheel overbodig kan maken.
Deze bewering is onjuist, en tevens het beste bewijs dat 'de beweerder' zelf nooit goede reflectiebeheersing in een muziekruimte thuis zal hebben gehoord.

Het punt is, dat overmatige herhaling van een cylindrisch of andersoortig simpel patroon ongeveer even fout kan zijn en even uitgesproken problemen met het indirecte geluidsveld met zich mee kan brengen, als het volledig ontbreken van zo'n patroon, zoals op de kale en vlakke wand!

Dit kan tot het merkwaardige verschijnsel leiden, dat een wand die (goed bedoeld) werd behandeld met een zich vaak herhalend en eenvoudig patroon van golfvormen, al of niet cylindrisch of anderszins gevormd, het probleem van ongetemde reflecties deels juist kan verergeren, vergeleken met een normale vlakke wand.
De 'eierdozenruimte', je mogelijk bekend van vroeger...

Ongewenste reflecties worden, dankzij de herhalingen van simpele patronen, uitsluitend binnen een heel selectief frequentiegebiedje 'vertroeteld', terwijl de rest van de frequentieband reageert alsof het om een gewone vlakke wand gaat.

En dat ene, heel smalle vertroetelde stukje van het totale muziekspectrum kan, natuurkundig bezien, nooit breedbandig genoeg zijn om veel meer teweeg te brengen dan een soort van effect, wat ook vrij snel zal tegenstaan.
Een zich al te veelvuldig herhalend patroon is niet gunstig om daarmee succesvol de spreiding van een breedbandig geluidsveld tot stand te willen brengen.

Overigens geldt ook voor alle 'echte' diffusers (QRD, PRD) -- en om feitelijk dezelfde redenen -- dat er een minimum- en een maximumaantal periodes voor elk diffuseroppervlak ingezet mag worden. Zowel te weinig als teveel diffusie leidt in feite tot onbevredigende resultaten...

Reflectie en spreiding van een geluidsgolf, die loodrecht op een geoptimaliseerd gebogen en gegolfd hard oppervlak valt.

De akoestische energie wordt vrij sterk in een vrij beperkt aantal richtingen gestuurd, waardoor er enkele, op zichzelf minder krachtige reflecties waarneembaar blijven.

Als gevolg van de tamelijk rudimentaire spreiding door het golfpatroon op de wand, komen die 'enkele sterke' reflecties nu bovendien uit verschillende richtingen !

Van de regen in de drup...

Gegeven 3:
Wanneer een geluidsgolf loodrecht op een geoptimaliseerd diffuseroppervlak valt, zal deze uiteenvallen in zeer veel reflecties van veel lagere amplitude. Deze verzwakte reflecties zullen bovendien verstrooid worden in legio richtingen.
Dit gegeven impliceert de twee fundamentele kenmerken van succesvolle geluidsdiffusie, namelijk "homogene verstrooiing van een geluidsveld in ruimte / en in tijd".

• Verstrooiing in ruimte impliceert dat de dankzij reflectie samenhangende richtingen (coherentie) van het geluidsveld en van individuele reflecties worden vervangen door ruimtelijke willekeur (incoherentie).
  De geluidsgolven worden dan homogeen "in legio richtingen" verstrooid, waardoor de richtinggevoelige en ruimtelijke aspecten van het indirecte geluidsveld zich wijzigen.
  Verstrooide reflecties arriveren dan gewijzigd in de ruimte op de luisterplaats.
  
  
  
• Verstrooiing in tijd impliceert dat ook de looptijden van en ook binnen individuele reflecties worden gewijzigd. Dat gebeurt in samenhang met en is een logisch gevolg van het voornoemde punt van verstrooiing in de ruimte.
  Er ontstaan door deze richtingveranderingen compleet nieuwe looptijden voor reflecties, en ook voor delen van reflecties. Reflecties worden dus niet alleen in hun geheel aangepakt, maar ze worden ook individueel uiteengerafeld, waardoor delen ervan 'hier', en andere delen weer 'daar' terecht zullen gaan komen.
  Verstrooide reflecties arriveren dan gewijzigd in de tijd op de luisterplaats.
  
  

We zagen al dat elk bolvormig of onregelmatig gevormd oppervlak in staat is om de invallende geluidsgolven op een of andere manier te verstrooien of te breken.
Een diffuser is in deze dan ook niets meer dan een zorgvuldig berekend onregelmatig en reflecterend oppervlak, dat in een zich enigermate herhalend patroon moet worden toegepast.

Deze 'zorgvuldige berekening' resulteert in een voorspelbaar werkgebied van bijna 4 oktaven voor een QRD-7 en ruim 3 oktaven voor een PRD-7.

Dit ruime en voorspelbare werkgebied onderscheidt de echte diffuser van de willekeurige vorm of de halve bolvorm. Zulke oppervlakken kunnen simpelweg niet over een werkgebied beschikken dat drie of vier opeenvolgende oktaven omvat.

Enige terughoudendheid is hier daarom nu op zijn plaats:

Er worden, met name via het internet, heel wat "onregelmatig gevormde" panelen te koop aangeboden als diffuser, terwijl ze dat niet zijn.
Er kan schaamteloos geprofiteerd worden van de ontwetendheid die op dit terrein van akoestische optimalisatie breed aanwezig is.

Het gaat vooral om piramidevormen en andere eenvoudige, onregelmatige of golvende patronen zoals de ondiepe, witte paneeltjes en de piramides aan het plafond in bovenstaande foto.

Die worden als 'diffuser' verkocht, maar zijn dat slechts voor een klein deel, wanneer getoetst aan de definitie van diffusie.

Zoals gezegd verstrooien ze het geluid wel enigszins in ruimtelijke zin, maar ze kunnen dat effectief slechts binnen een heel smalle bandbreedte doen. Daardoor zul je ze eerder als een effect beoordelen, dan als een opbouwende wijziging van het indirecte geluidsveld.

QRD-7 diffusers: homogene diffusie
binnen een werkgebied van bijna 4 oktaven

Reflectie en spreiding van een geluidsgolf die loodrecht invalt op een geoptimaliseerd diffuseroppervlak.

De ruimtelijke spreiding van akoestische energie is veel gelijkmatiger dan bij de eerder besproken oppervlakken.
Ook de amplitude van de individuele weerkaatste reflecties is geminimaliseerd.

Gelijkmatigheid in spreiding, zoals hier het geval is, is feitelijk synoniem met "homogene diffusie".

Homogene diffusie is mogelijk als het geoptimaliseerde diffuseroppervlak werd opgebouwd uit tenminste 3, liever 4, maar ten hoogste 8 periodes.

Een correct ontworpen diffuser zal altijd voldoen aan de twee vereisten die in het algemeen aan goede diffusie gesteld worden:

• Het werkgebied is voldoende ruim, en op voorhand voorspelbaar.
  De diffuser dient werkzaam te zijn binnen bepaalde boven- en ondergrenzen, aangeduid met "het werkgebied". De omvang van dit werkgebied dient ruim genoeg zijn om "effectwerking" te voorkomen en een opbouwende bijdrage te kunnen leveren aan een significant deel van het indirecte geluidsveld.
  
  

• Het diffusiepatroon binnen het werkgebied moet zoveel mogelijk homogeen zijn.
  Gelijkmatige spreiding, ofwel homogene diffusie, neemt toe met de complexiteit van het patroon. Een QRD-7 is de eenvoudigste exponent van het principe van Schroeder's diffusers. Hiermee is homogene diffusie binnen een werkgebied van bijna 4 oktaven mogelijk.
  
  
  naar boven

waarom diffusie ?

Er zijn veel goede redenen voor de toepassing van diffusie, en een praktijkbeschrijving van die redenen kun je o.a. nalezen in het artikel, "Een kwestie van diffusie", elders op deze site.

Het arbeidsintensieve karakter bij de produktie van diffusers is bepalend voor de hoge prijs die voor commerciële eindproducten moet worden betaald. Zie ook de afbeeldingen rechts.
Die prijs wordt verder opgedreven door een eventuele eindafwerking van het paneel, PLUS de monopolistische marktpositie die de diffuserfabrikant kan uitbuiten:

Buiten RPG bestaat er, anno 2017, geen werkelijk serieuze diffuserfabrikant meer. Er bestaan helaas wel veel 'verkopers' die diffuser beweren te verkopen die het niet zijn, zoals reeds werd uitgelegd.

Het spreekt vanzelf dat zelfbouw in het voordeel kan zijn bij diffuserbouw, mits aan de bouwvereisten kan worden voldaan.

Het belangrijkste motief om diffusie toe te passen in een muziekruimte is reflectiebeheersing.
Reflectiebeheersing manipuleert het indirecte geluidsveld.
Dit bestaat uitsluitend uit geluid dat de luisteraar pas bereikt, na eerst door één of meer oppervlakken te zijn weerkaatst.

Wanneer dergelijke reflecties met succes beteugeld kunnen worden, hetgeen opnieuw een synoniem is voor "homogene diffusie", zal dit de luisteraar belonen met zowel ambiënte als focusserende kwaliteiten, die eerder nog niet zo waarneembaar waren in het indirecte geluidsveld.

Reflecties blijken dan een bruikbare en opbouwende rol te kunnen vervullen in muziekweergave, in plaats van een bron van voortdurende onrust, hardheid en versmering in tijd en ruimte te zijn.

De invloed van het indirecte (= gereflecteerde)geluidsveld omvat meer dan alleen ambiënte eigenschappen. Orde in reflecties betekent ook een veel betere plaatsing en stabielere focus van instrumenten en muzikale gebeurtenissen op het virtuele podium dat voor je ligt.

Een patroon van correct getemde en verstrooide reflecties verleent ruimtelijk realisme en een grote omvang aan het geluidsbeeld (de ambiance). Het zorgt tevens voor stabiliteit en "beeldscherpte" in de muzikale afbeelding. Tenslotte zal de hoeveelheid kleuring, die door reflecties onherroepelijk aan het geluidsveld zal worden toegevoegd, afnemen of verdwijnen. De neutraliteit van de ruimte neemt toe, terwijl tegelijkertijd ook het karakter van de opgenomen ruimte meer manifest zal worden, indien dit in de opname aanwezig is.

Diffusie dient ervoor te zorgen dat er, in ieder geval in en rond de luisterzone, een homogeen geluidsveld kan ontstaan, dat de in de opname verborgen ruimte-informatie veel beter lijkt te kunnen decoderen dan vlakke en harde 1e-reflectiezones plegen te doen.
Die eigenschap zat er altijd al wel in, maar kwam er nooit zo mooi uit, met name dankzij de 'foute' 1e-reflectiezones. Reflecties komen nu niet meer specifiek via de muur of het plafond op de luisterplaats aan, maar vormen een ambiënt geluidsveld dat letterlijk fungeert als podium of drager voor het directe geluid (het geluid dat de luisteraar bereikt zonder eerst een of ander object in de ruimte te hebben geraakt).

De psychoakoestiek stelt terecht dat rust en stabiliteit in het ruimtebeeld een van de fundamentele voorwaarden is om te kunnen luisteren naar kunstmatig gereproduceerde muziek, zonder snel vermoeid te raken.

Vermoeidheid of luistermoeheid ontstaat als ons brein zichzelf stelselmatig voor de gek moet blijven houden, om daardoor nog enigszins 'de schijn van muziek' te kunnen ondergaan.

De hersenen kunnen correcte ruimte-informatie uiteraard wel zonder enige inspanning of breinmisleiding verwerken!

Er ontstaat vanzelf overuigingskracht,
en er is dan geen sprake van luistermoeheid.


naar boven

profieldoorsnede van een fraaie, maar zeer kostbare commerciële diffuser

deze afbeeldingen laten wel zien waarom zulke panelen kostbaar moeten zijn...

hierboven:
de afmetingen van dit paneel: 100 x 200 x 20 cm
de prijs: 2300 euro
zoiets kan de zelfbouwer vast goedkoper...



hieronder:
diverse vormen van zelfbouwdiffusie en bass-management in een opnameruimte;

absorptie èn diffusie !

Akoestische optimalisatie in een thuissituatie gaat niet zozeer over de afweging, laat staan over de vraag, of er ergens ofwel diffusie, ofwel absorptie moet worden toegepast. Dat is vooral een non-issue, waar je alleen zelf desgewenst nog een issue van kunt maken.

Akoestische optimalisatie thuis omvat zowel nagalmbeheersing als reflectiebeheersing.
Nagalmbeheersing vereist gecontroleerde absorptie. Reflectiebeheersing vereist gecontroleerde diffusie, maar kan ook middels aanvullende absorptie geschieden.

Absorptie is niettemin niet het primaire en evenmin een bijzonder geschikt gereedschap voor het oplossen van reflectieproblemen, maar het is wel beter dan niets!

Het fundamentele onderscheid is simpel:

• absorptie verwijdert akoestische energie uit een ruimte
  
  
• diffusie wijzigt akoestische energie in een ruimte
  
  

Reflecties kunnen geabsorbeerd (= zoveel mogelijk verwijderd) worden, als het nagalmkarakter van de ruimte en andere, praktische overwegingen daarvoor zouden pleiten.
Als reflecties echter bestreden, maar hun akoestische energie behouden moet blijven, dan is een diffuser hiervoor het juiste gereedschap.

Normaal gesproken bestaat de akoestische optimalisatie van een muziekruimte eerst en vooral uit nagalmbeheersing. Zie ook het gelijknamige artikel HIER op deze site.
Uit absorberende maatregelen dus.
Aangezien je beter niet alle oppervlakken absorberend gaat maken, zullen er altijd nog genoeg reflecties overblijven waar je iets mee moet. Dat is zelfs zo als de nagalmtijd van de ruimte reeds breedbandig onder controle is gebracht.

De akoestische energie uit de resterende reflecties wil je eigenlijk behouden, en niet laten verdwijnen middels nog meer absorptie.
Behoud van die energie betekent levendigheid in de ambiance en het ruimtelijke draagvlak dat de muziekruimte weet te bieden.
Verdwijning van die energie betekent echter een verminderde weergave van ambiance, en een kleiner aandeel aan ruimtelijke informatie, terwijl het directe geluidsveld tegelijkertijd sterker en manifester zal worden.

Uit dit alles spreekt, als het goed is, duidelijk de noodzaak van het zoeken en vinden van een balans -- een evenwicht tussen direct en indirect geluid, wat tevens een evenwicht betekent tussen absorptie en diffusie.

Diffusers worden op een geschikte plaats tegen of voor een muur geplaatst. Meestal is dat in een eerste reflectiezone, waar de invallende geluidsgolven het meeste baat hebben bij verspreiding in tijd en ruimte. Deze vorm van diffusie neemt wel kleuring en ruimtelijke incoherentie uit het beeld weg, maar kan de akoestische energie van het indirecte geluidsveld behouden.

In een relatief kleine muziekruimte, zoals thuis eigenlijk altijd het geval is, wordt gestreefd naar het scheppen van een balans tussen diffusie en absorptie. Deze laatste reguleert de nagalmtijd en de eerstgenoemde zorgt ervoor dat vroege reflecties en flutter-echo geen kleuring, vervorming en andere artefacten kunnen produceren, die met name ruimtelijke coherentie verstoren of onmogelijk maken.

Diffusie zorgt er zodoende voor dat de ruimtelijke informatie, die voortdurend door de hersenen moet worden gedistilleerd en verwerkt vanuit het geluidsveld, voorzien wordt van de natuurlijke breedte en diepte van een onbegrensd grote ruimte, die kan worden 'ingevuld' door de opnameruimte.

De balans tussen voldoende absorptie en goede diffusie laat automatisch de begrenzende wanden uit het geluidsbeeld verdwijnen.

Je kunt wel zeggen dat -- in een kleine ruimte -- diffusie en absorptie complementaire elementen zijn in handen van een akoestisch architect. Daarmee kan de juiste balans tussen levendigheid en demping worden gecreëerd.

absorptie en diffusie zijn de twee gezichten van één entiteit die 'akoestische optimalisatie' heet

hun onderlinge balans is volkomen bepalend voor de juiste presentatie van gewaardeerde muzikale kwaliteitscriteria:
ruimtelijkheid, presentie, focus, ambiance, directheid, overtuigingskracht, ongekleurdheid, dynamiekomvang...

hierboven:
een fractale QRD diffuserwand;
in elk segment is een volledig geschaalde versie van het grote patroon ingebed...

hieronder: een QRD-7
het betreft een vereenvoudigd prototype met gevouwen diepste segment,
een zgn. 'folded-well diffuser' of FWD








een QRD-19

zelf bouwen...

De QRD-diffuser, ook wel Schroeder-diffuser genoemd, is relatief gemakkelijk zelf te bouwen, mits je over correct gezaagd hout kunt beschikken en voldoende zorgvuldig kunt werken.
Je moet overigens ook over voldoende geduld en tijd kunnen beschikken, maar dan staat niets de zelfbouw nog in de weg...

Er zijn bij de bouw van om het even welk type diffuser altijd twee cruciale eisen waaraan het eindproduct moet voldoen.

• Om ongewenste absorptie en ongewenste resonanties in een diffuserpaneel te voorkomen is het allereerst nodig om kieren en luchtspleten tussen de schotten en segmenten te vermijden.
  Laat het materiaal zagen op een plaats waar men dit ook voldoende nauwkeurig kan en wil doen.
  
  Het vermijden van ongewenste resonanties in een diffuserpaneel is vooral ook een kwestie van structurele integriteit. Om die reden worden diffusers altijd volledig verlijmd geassembleerd. Om o.a. deze zelfde reden worden commerciële diffusers zo kostbaar.
  Er is veel werk aan...
  
  
• Ten aanzien van het voltooide eindproduct (de diffuser dus) kan worden gezegd dat onbehandeld mdf zeker nog niet ideaal is.
  De reden hiervoor is het selectief absorberende karakter van onbehandeld mdf. Bij toepassing van de nodige mdf diffuseroppervlakken in een muziekruimte kan er, door al dat onbehandelde mdf, teveel onbedoelde midhoog- en hoogabsorptie worden toegevoegd. Dit zal op zijn beurt leiden tot een verminderde akoestische levendigheid, terwijl het behoud daarvan nu juist een doel op zichzelf blijkt te zijn !
  
  Het is daarom echt nodig om diffuserpanelen van een harde eindafwerkingslaag te voorzien.
  Enkele laklagen, gespoten of kwastmatig aangebracht, zijn ideaal. Een eindlaag met Glitsa (parketlak) is nog harder, en daardoor gunstiger!
  
  Het gebruik van een ander soort plaatmateriaal dan mdf biedt mogelijkheden om de inherente absorptie te reduceren. Hoewel het op zichzelf een verschrikkelijk product is, zou het welbekende witte spaanplaat -- dankzij de witte laag keihard formica -- een ideaal oppervlak zijn. Er bestaat ook zgn. mdf met lakfolie. Dat is een grondlaag waar direct overheen kan worden geverfd. Ik gebruikte het een aantal malen. Het is de meerprijs zeker waard, want het vervangt twee grondlagen en heel wat extra werk...
  
  
  
  
  
  
  

QRD-7 anatomie

Hierna zal vooral nog gesproken worden over de QRD-7 diffuser.


Een QRD is een paneel met een vrij te kiezen hoogtemaat en een vaste breedtemaat.
Het is opgebouwd uit een vast patroon van verticale, paneelhoge segmenten van gelijke breedte.
Deze segmenten beschikken over verschillende dieptematen.

Segmenten worden altijd onderling gescheiden door een dunne scheidingswand (ook wel: 'vin' genoemd).

Het is, hoe vreemd het op het 1e gezicht ook mag lijken, precies deze scheidingswand die een diffuser tot een echte diffuser maakt. Het is ook wat 'm zo complex te bouwen maakt...

Kijk eens naar het profiel van de QRD-19 links.

Je ziet, als het goed is, dat juist die scheidingswanden de QRD tot een arbeidsintensief product maken. De rest is tamelijk eenvoudig en snel te maken, maar de toevoeging van scheidingswanden aan het ontwerp maakt er ineens een complex en tijdrovend karwei van !

De diffuser wordt in principe op basis van een achterwand gebouwd. Geschikte materialen zijn multiplex, mdf, hardhout, tempex, hardschuim, pvc en andere kunststoffen of steen.

Herhaling is een goede leermeester...
Onderstaand aspect werd al eerder benoemd, maar het is dermate fundamenteel, dat het nog eens wordt aangehaald:

Een diffuserpaneel dient akoestisch zo hard (= reflecterend) mogelijk te zijn.
Het paneel mag, op grond van zijn constructie of eindafwerking, geen absorptie van betekenis inbrengen.
Absorptie is NOOIT het doel van een diffuser.
Sterker nog: het vermijden van absorptie is ALTIJD een hoofddoel bij een diffuserontwerp.

Deze vorm van ongewenste absorptie zal door deugdelijke bouw EN een harde eindafwerking afdoende worden vermeden.

 

Hieronder zie je een tekening van de anatomie van een QRD.

De gebruikte termen worden op deze website consequent gehanteerd in alle artikelen waarin akoestische diffusie voorbijkomt.

de anatomie van een QRD

naar boven

N-getal

Hierboven, hieronder en hiernaast worden QRD's getoond.
QRD = Quadratic Residue Diffusor


De eenvoudigste, maar daarom niet minder doeltreffende QRD's bestaan uit 7 segmenten.
Daarom heet zo'n model 'een QRD-7'.

Een volledig patroon van [ N = X ] segmenten heet 'een periode'.

Een diffuserconfiguratie aan de wand of tegen het plafond moet uit meerdere periodes bestaan.
Periodiciteit is nodig om homogene diffusie te kunnen genereren.

Behalve N=7 kunnen er ook andere N-getallen in een diffuserconfiguratie voorkomen.
De N-reeks bestaat uit: N=7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31...

Dit zijn altijd panelen waarvan 1 periode uit resp. 7, 11, 13, 17,19, 23, 29 of 31 segmenten bestaat.



Hieronder: een QRD-11

boven: fractale DHZ diffuser - QRD-7 6/7 Mod.2

een geschaalde QRD-7 is ingebed in elk segment van de grotere diffuser, waardoor de bovengrens van het werkbereik verdubbelt;

het 0-segment heeft een negatief getal (M=2)
het is dieper dan de voorzijde van de scheidingswanden en van de diffuser zelf

dit resulteert in een QRD-7 met een lagere onderste grensfrequentie van het werkgebied in vergelijking met een 'normale' QRD-7 met M=0.

en wat zegt het M-getal in bovenstaande tabel?

De parameter M definieert de (relatieve) diepte van het (oneven) 0-segment. Dat is het linker segment in de twee diffusertekeningen die links zijn afgebeeld.
"M" staat voor "modified sequence number".

M=0 definieert altijd de ongemodificeerde dieptesequentie voor het bijbehorende N-getal in de tabel. Bij de M=0 zelfbouw diffusers die op deze website worden voorgesteld is de fysieke diepte van het 0-segment uiteraard ook 0 cm.

Kijk nog eens naar de QRD-7 en -11 tekeningen + foto links.
Een diepte van 0 cm correspondeert met de voorzijde van de scheidingswanden en dus met de voorzijde van het diffuserpaneel zelf.

Bij een QRD-7 6/7 mod.2 (foto links) is die diepte niet langer 0 (voorzijde van scheidingswanden) maar 2, een relatief, negatief getal waarop de overige dieptematen in de reeks zijn gebaseerd. Bij een QRD-11 8/11 mod.3 zou die (relatieve) diepte 3 zijn.

Wanneer je naar de M-reeksen kijkt binnen eenzelfde N-getal (bijv. QRD-19), dan zie je dat dat de sequenties onderling behoorlijk verschillen in volgorde. En dus ook in fysieke bouwwijze. Een M=>0 diffuser vereist ,eer arbeid en er zijn meer uitdagingen bij de assemblage. Er zullen nog meer uitdagingen opdoemen als je het diepste segment uit de sequentie ook wilt vouwen, zoals bij de meest efficiënte QRD-7 het geval is, de FWD-diffusers die HIER op de site te vinden zijn.

In laatste instantie bepaalt het 0-segment ook de totale diepte van het diffuserpaneel en de hoeveelheid hout die voor het bouwen nodig is.

Als je de werkbereiken van de sequenties binnen één N-getal zou uitrekenen, blijken er relatief kleine verschillen te zijn in de onder- en bovengrenzen daarvan.

Het totale werkbereik (4 oktaven bij een QRD-7) verandert evenwel NIET door wijzigingen van het M-getal.
Het werkgebied verschuift, in zijn geheel, wat naar beneden of naar boven met het veranderen van het M-getal.

In de praktijk:
Vanwege bovenstaande redenen is het niet echt de moeite waard om diffusers te bouwen met een 0-segment dat groter is dan 0, tenzij je binnen één bepaald N-getal de diepst mogelijke ondergrens moet realiseren. In dat geval bouw je de diffuser volgens de sequentie (reeks) die resulteert in de laagste ondergrens voor het werkgebied.

symmetrisch/asymmetrisch

Elke QRD kan naar wens op asymmetrische of symmetrische wijze worden gebouwd.

Bij een asymmetrische QRD komt het buitenste segment altijd slechts één keer voor in het patroon, en wel op het linker uiteinde in de tekeningen.
De overige segmenten worden wel altijd symmetrisch gespiegeld vanuit het midden van het patroon.

Voor de symmetrische bouwwijze moet dit ene buitenste segment gehalveerd worden, waarna beide helften symmetrisch links en rechts op de uiteinden worden aangebracht.
Aldus ontstaat een symmetrisch aanzicht met in essentie dezelfde specificaties.

Zie de tekening rechts.



Tussen deze twee varianten in bouwwijze bestaat dus geen verschil voor wat betreft de werking en in principe ook niet voor wat betreft de uiteindelijke paneelbreedte.

Er is hoogstens enig verschil in bouwtechnische aspecten.

Hoewel de meeste panelen symmetrisch worden gebouwd is daar geen dwingende reden voor. Als er meerdere panelen, met een kleine tussenruimte, naast elkaar worden gebruikt zal het visueel wellicht fraaier zijn om symmetrische diffusers in te zetten. Zie de afbeeldikng hieronder.

Wanneer er, zoals ook altijd de bedoeling is, op een gegeven diffuseroppervlak meerdere periodes aaneengesloten hangen of staan, speelt het zichtbare aspect van een asymmetrische bouwwijze uitsluitend op één van beide uiteinden.


De illustraties hieronder laten dit 'lood-om-oud-ijzer principe' rond symmetrie en asymmetrie duidelijk zien.
Je moet goed kijken waar het nu eigenlijk over gaat...

Het + teken staat voor de ruimte tussen de panelen

naar boven

weetjes...

Het N-getal, de segmentbreedte, de maximale segmentdiepte en de te kiezen dieptsequentie (M-getal uit de tabel hier rechts boven) zijn de essentiële ontwerpparameters voor een QRD-diffuser.

Voor een gedetailleerde bespreking van ontwerp en ontwerpparameters bij diffusers verwijs ik naar een ander artikel, "Het beoordelen van specificaties en eigenschappen van diffusers".

Dat artikel bevat, samen met deze pagina, alles wat je behoort te weten over akoestische diffusie thuis.

• Het N-getal van de diffuser definieert het aantal segmenten per periode.
  Hoe hoger het N-getal, des te breedbandiger het werkbereik zal worden.
  Een correct ontworpen QRD-7 heeft een werkbereik van maximaal 3,75 oktaaf, ongeacht de keuze van de overige ontwerpparameters.
  
  

• De segmentbreedte definieert de bovengrens van het werkgebied.
  Hoe smaller de segmenten, des te hoger de bovengrens van het werkgebied zal liggen.
  Dit gegeven is echter onlosmakelijk verbonden met het gekozen N-getal: eenzelfde segmentbreedte levert verschillende grensfrequenties op bij verschillende N-getallen.
  
  

• De maximale segmentdiepte definieert de ondergrens van het werkgebied.
  Hoe dieper de diepste segmenten worden, des te lager de ondergrens van het werkgebied zal liggen.
  Ook dit gegeven is verbonden met het N-getal, want eenzelfde diepte zal weer verschillende grensfrequenties opleveren bij verschillende N-getallen.
  
  

• De dieptesequentie definieert de opeenvolging van segmentdieptes.
  Elk N-getal kent verschillende dieptesequenties (de reeksen naast het M-getal), die elk een iets ander werkgebied definiëren. Sommige N-getallen hebben maar 2 of 3 dieptesequenties, en andere hebben er wel 6 of 7.
  De ontwerper maakt een keuze uit een van de voor het N-getal beschikbare dieptesequenties.
  Dit is voer voor ontwerpers, en er zal in bovenvermeld artikel inderdaad dieper op worden ingegaan. Voor dit doel is het bovenstaande voldoende.
  
  
  
  
  

Grenzen...

Om maar meteen met de deur in huis te vallen: de segmentbreedte kan niet ongelimiteerd smal worden.

Dat lijkt natuurlijk verleidelijk, want dan kun je immers een heel hoge bovengrens realiseren, en wat kan daar nu op tegen zijn?
Punt is dat er op die manier in de segmenten zelf reflecties worden opgewekt, die dan grote, nieuwe problemen zullen veroorzaken. Er kan in zulke, naar verhouding smalle en diepe segmenten geen diffusie meer plaatsvinden.

De segmentdiepte kan evenmin ongelimiteerd diep worden, om dan op lage frequenties in te kunnen werken...

De correcte verhouding tussen segmentbreedte en maximale segmentdiepte is gerelateerd aan het N-getal.

Bij de QRD-7 en de PRD-7 mag die verhouding maximaal 1:4 zijn.

Hiermee wordt een rendement van 100% gerealiseerd, wat bij de QRD-7 overeenkomt met een werkgebied van 3,75 oktaaf.
Bij de PRD-7 omvat het werkgebied 3,25 oktaaf bij 100% rendement.

Bij een gekozen segmentbreedte van 5 cm hoort dus een maximale segmentdiepte van 5 x 4 = 20 cm.

En bij een gekozen maximale segmentdiepte van 9,2 cm hoort een
segmentbreedte van 9,2 / 4 = 2,3 cm.

Bouwplan - een voorbeeld

Ter illustratie is hieronder een voorbeeld van een bouwplan geplaatst. Een selectie bouwplannen voor QRD's is te downloaden via deze site, en die plannen zijn allemaal op deze zelfde manier vormgegeven.

Het voorbeeld toont een heel smalle QRD-7 van 20cm breed. De zeer geringe segmentbreedte van 2,5 cm positioneert 'm daardoor eigenlijk in de categorie van "anti-flutter profielen", zoals hier rechts twee voorbeelden te zien zijn. Het zijn geen werkelijke QRD-diffusers, omdat ze ver boven het gebied werken waarin de grondtonen liggen (dat is tot ca. 4kHz).

Bij segmentbreedtes kleiner dan 3,5 cm zal de bovengrens van het werkgebied ruim boven de bovengrens van het muzikale grondtonenbereik uitkomen. Dat houdt nl. op bij 4kHz.

Je spreekt dan niet echt meer van een diffuser, maar van een anti-flutterprofiel.

zelfbouw loont...

QRD-7 profielen voor flutterbestrijding
tweemaal hetzelfde profiel bovendien... !!!

De segmentbreedte van 25mm brengt een maximale segmentdiepte met zich mee die 4x zo groot is, namelijk 10 cm.
Dit resulteert in een theoretisch werkbereik van 980 tot 6855 Hz. Het werkelijke werkbereik is nog één oktaaf ruimer.
Voor deze diffuser is het praktische werkbereik: 735 Hz - 12kHz.

Zoals gezegd positioneert zo'n werkgebied het ontwerp automatisch in de categorie "anti-flutter profielen".
Het is geen diffuser meer, omdat de gekozen segmentbreedte veel kleiner is dan 35mm, het kantelpunt waarop je een ontwerp tegelijk als een diffuser of een flutterprofiel kunt beschouwen.

Het ontwerp hierboven is zo leuk, omdat het uit een aantal gemakkelijk te zagen stroken is samengesteld, die alleen meer aaneen te hoeven worden gelijmd.
Het profiel is zeer geschikt om flutter te bestrijden, door het in lange smalle stroken toe te passen, en ook hoog bovenlangs wanden toe te passen.

Gebruik dit ontwerp NIET voor toepassing in eerste reflectiezones!

Als breedte voor de scheidingswanden -- 5 mm -- mag je ook 3, of 4 of (maximaal) 6mm toepassen.
Let op dat de breedte van de grondplaat dan navenant zal moeten toe- of afnemen!

Als breedte voor de zijwanden -- 12,5 mm -- mag je ook nog 13, 14 of 15mm kiezen, met inachtname van een breder wordende grondplaat en boven- / onderpaneel.
Deze breedte mag NIET kleiner dan 12,5 mm worden gemaakt. Het gehalveerde 7e segment moet immers minimaal een halve segmentbreedte breed zijn. De breedte mag hier ook NIET groter worden dan 15 mm.

De dikte van de grondplaat zelf is niet kritisch, en zal alleen de totale paneeldiepte wat beïnvloeden.
Ik prefereer doorgaans 12mm mdf hiervoor, omdat je daar nog erg goed schroeven in kunt laten verzinken.


naar boven

Bovenstaand bouwplan betreft niet bepaald een allround QRD-7 diffuser.
De meeste QRD-diffusers zullen duidelijk dieper zijn, waardoor hun werkgebied ergens tussen 200 en 400 Hz kan beginnen.

Tegelijkertijd is het voor een diffuser ook niet primair interessant om over een bovengrens van 12 kHz te beschikken. Het zou al meer dan genoeg zijn, indien de bovengrens op 5, 6 of 7 kHz zou liggen. Hoger is bij diffusie niet nodig en niet in het voordeel, omdat de onderkant van het werkgebied ook navenant omhoog zal schuiven bij smalle segmentbreedtes.

Een allround QRD-7 zal over een maximale segmentdiepte beschikken die tussen 15 en 30 cm ligt. Dit zal resulteren in bruikbare ondergrenzen tussen 200 en 400 Hz.

Die QRD-7 zal dan automatisch over een segmentbreedte beschikken die daar 1/4 van uitmaakt, ofwel iets tussen 3,5 en 6,5 cm. Dit zal resulteren in bruikbare bovengrenzen tusen 4 en 8kHz.

De foto hieronder is erg interessant, omdat hier het enige bouwpakket op te zien is wat ik ooit ben tegengekomen op het internet, afgezien van de bouwpakketten die tussen 2010 en 2014 door SoundScapeS werden aangeboden.
Men heeft niet veel op met zelfbouwdiffusers, zo lijkt het...

Overigens is de prijs van één bouwpakket naar hollandse maatstaven nog steeds erg hoog met een flink driecijferig prijskaartje eraan...

De prijs per vierkante meter commerciële diffusie waar je helemaal niks meer aan hoeft te doen ligt echter nog weer een stuk hoger: afhankelijk van de eindafwerking ligt die tussen 650 en 1500 euro.

En dan hebben we het nog niet over fractaaldiffusie gehad...

Fractale QRD-7

Er bestaan ook zgn. "fractaaldiffusers".
Zie de foto's rechts en de tekening hieronder.

Een fractaaldiffuser is in essentie een normale QRD, waarbij in elk segment een correct geschaalde mini-QRD is ingebed.

Deze "mini" bestaat uit een massief ingefreesd profiel, zoals rechts te zien is.

Je krijgt hierbij een beetje het idee van de russische poppetjes: in elk poppetje zit een identiek maar kleiner poppetje ingebed.



De tekening hieronder illustreert fractale diffusie.
Er is zelfs sprake van 2 inbeddingen in een derde grote diffuser, en dat laat wel zien dat het inderdaad zover gaat als bij de Matrouchka's...


Een fractaal diffuserpaneel krijgt een veel hogere bovenste grensfrequentie dan een normale QRD met dezelfde segmentbreedte maar zonder de ingebedde profielen.


Een fractaaldiffuser zoals RPG's "Difractal", hier rechts, kan frequenties verstrooien tot wel 25kHz!


Aan de onderkant loopt het werkbereik door tot ongeveer 250 Hz, zodat je kunt stellen dat deze "tweeweg diffuser" het complete audiospectrum kan omvatten!


Als zodanig is het werkgebied dus heel wat groter dan dat van de enkelvoudige QRD: het gaat om een werkgebied van 3,75 versus 6,5 oktaaf...


Een enkelvoudige, maar goede allround QRD-7 verstrooit in het gunstigste geval tot ongeveer 6kHz, hetgeen op zichzelf al meer dan hoog genoeg is aangezien er boven 4,2 kHz geen muzikale grondtonen meer worden gevormd.

boven:
een allround QRD-7 prototype uit 2005, waarbij het diepste segment eenmaal werd gevouwen.

Deze 'truc' realiseert de laagst mogelijke onderste grensfrequentie, bij gelijktijdig minimale paneeldiepte.

hierboven: Difractal (door RPG)

een fractale QRD-7 van de firma RPG

formaat: 61 x 61 cm

in ieder van de 7 segmenten is een kleine, maar exact geschaalde "mini-QRD" ingebed

vanafprijs, af fabriek:
± 500 dollar

 

Folded-Well Diffusers (FWD)

Sinds 14 augustus 2017 kun je op de "FWD-diffuserpagina" een serie bouwplannen vinden voor QRD-diffusers met gevouwen segment.

Bij een folded-well diffuser (FWD) zijn de twee diepste segmenten één- of tweemaal gevouwen.

Dat zie je rechts direct...

Ten opzichte van de klassieke QRD's, die tot nu toe steeds voorbijkwamen op deze pagina, levert het FWD concept een reductie van de paneeldiepte van 33 tot 40% op.

Ook het materiaalgebruik kan zo navenant gereduceerd worden.

Dit alles zonder de specificaties van de diffuser op enigerlei wijze nadelig te beïnvloeden !





D. I. Y.

Zoals je misschien weet kon ik 10 jaar lang heel veel mensen plus mezelf blij maken met WaveWeaver diffusers. Deze diffusers zijn niet meer leverbaar, omdat de rechten zijn overgedragen aan een derde partij.

Om de zelfbouwer nu tegemoet te komen heb ik een uitgebreide reeks van maar liefst 9 gelijksoortige modellen ontworpen, die allen beschikken over een rendement van 100%.

De segmentbreedtes van deze 9 modellen lopen uiteen van 36 tot 98mm en omvatten in feite ook de vroegere WaveWeaver modellen, met minimale ontwerpverschillen zodat ze niet exact hetzelfde meer zijn.

De diffusers ontlenen hun naam tegenwoordig aan de segmentbreedte.
Model FWD-36, hier rechts te zien, heeft bijvoorbeeld een segmentbreedte van 36mm.

De 9 modellen zijn: FWD-36 / 40 / 46 / 52 / 58 / 64 / 72 / 84 en -98.
Ze hebben uiteraard werkgebieden die elkaar voor een deel overlappen.
Hiermee kan aan elke denkbare diffuserbehoefte tegemoet worden gekomen...

Bouwplannen, onderdelenlijst en een instructief universeel beeldverhaal over de assemblage van deze modellen worden allemaal gratis beschikbaar gesteld.

FWD-40 is de vroegere WW-1
FWD-46 is de vroegere WW-1½
FWD-52 is de vroegere WW-2
FWD-64 is de vroegere WW-3

Aan het eind van deze pagina vindt je de links naar alles wat je over FWD nog behoort te weten.


naar boven

kostenplaatjes

Commerciële diffusers zijn onvermijdelijk zeer kostbaar, vanwege de arbeidsintensieve assemblage enerzijds, en de monopoliepositie van 's werelds enige diffuserfabrikant van belang, RPG, anderzijds.

Onder de naam van WaveWeaver bracht SoundScapeS (ikzelf) tussen 2005 en 2015 een serie van 4 QRD-7 diffusers op de markt.
Daarbij hanteerde ik -- ik zal eerlijk zijn -- een af-fabriek verkoopprijs van tweemaal de kostprijs. Niets extreems en ook niets onrealistisch, gezien het grote verkoopsucces in dat decennium.
Ik wil ook eerlijk bekennen, dat die marge voor mij meer dan genoeg eerlijk inkomen genereerde en ook dat ik best nog meer geld had kunnen vragen voor de diffusers en dat dan ook had gekregen...

De realiteit van de monopolist is echter een heel andere...
RPG is beslist in staat om op een duidelijk lagere kostprijs uit te komen dan dat ik dat kon. Niettemin zijn hun verkoopprijzen voor onbehandelde QRD's altijd 65% hoger geweest dan die welke ik hanteerde voor die van mij, terwijl ik vond dat ik zo al meer dan voldoende kon verdienen...

Zo bezien is zelfbouw onvermijdelijk bij diffusie, in elk geval op dit moment in de zomer van 2017 !

Afgezien van RPG's producten valt er momenteel geen fatsoenlijke diffuser op de audiomarkt aan te schaffen. Daarom alleen al zul je dus zelf aan de slag moeten, als je diffusers wilt kunnen toepassen!

Budgettair is zelfbouw natuurlijk ook helemaal het einde, juist bij diffusie! Omdat de kostprijs voor 4/5 deel zal worden bepaald door arbeidsinvestering, en voor 1/5 deel door de materiaalkosten zelf, loont de zelfbouw. Op voorwaarde dat je die tijds- en arbeidsinvestering ervoor over hebt.
Dat lijkt me overigens niet zo heel moeilijk, aangezien je zou kunnen beginnen met een viertal flinke panelen te bouwen. Die kosten je, afhankelijk van het model, 100 tot 200 euro. Reken maar dat daarmee vanzelf duidelijk zal worden of je iets zinvols op het spoor bent gekomen, waarmee je ook verder wilt experimenteren, of niet...

Zelfbouwdiffusers kunnen, afhankelijk van gebruikte materialen en/of gekozen afwerkingsmethode, ook het nodige kosten. Maar dat hoeft helemaal niet, en het voegt ook zeker niet persé iets toe aan hun werking.

De meeste zelfbouwers blijken toch voor mdf te kiezen, dat ze later schilderen in een kleur naar keuze.
Wanneer een echte houtafwerking gewenst is zal de prijs sterk toenemen, maar het loont de moeite om daarnaar te informeren. Zeker als diffusie inderdaad erg goed uit blijkt te pakken, en je een serieuze configuratie zou willen bouwen voor permanente toepassing in de muziekruimte.

Het eindgewicht van een enkele QRD-7 kan al snel een rol van betekenis gaan spelen.
Tot een paneelhoogte van 150cm levert elke segmentbreedte tot 70 mm nog een voldoende handelbaar paneel op.

Bij ontwerpen met hogere N-getallen, of bij het samenvoegen van meerdere QRD-7 periodes op één achterwand (foto rechts), zal de gewichtsfactor een niet te negeren consequentie zijn. Het zelfbouwpaneel rechts weegt 90kg en omvat 4 periodes samen op één achterwand.
De onhandelbare afmetingen zijn 250x106x25cm.






meer informatie

In een serieuze dedicated luisterruimte is diffusie mijns inziens onmisbaar bij het beheersen van reflecties en ongecontroleerd indirect geluid (1e en 2e reflecties), terwijl tegelijkertijd de levendigheid van de akoestiek in de ruimte behouden kan blijven.

Op deze site is links en rechts de nodige informatie over diffusers aanwezig.
Hieronder zijn alle informatiebronnen samengebracht:

• Bouwplannen voor QRD's:
  downloadpagina
  Kies download nr. 7
  
  
• Bouwplannen en handleiding FWD's
  (diffusers met gevouwen diepste segment):
  downloadpagina
  Kies download nr. 6
  Je kunt beter eerst naar de webpagina FWD
  gaan, waar behalve de downloads ook niet te missen informatie voorhanden is.
  
  
• Informatiepagina over FWD
  (in het NL of Engels):
  hier
  
  
• Informatie over ontwerpparameters, specificaties en kenmerken van diffusers
  (in het NL of Engels):
  hier
  
  
• Gebruikservaringen met QRD-diffusers:
  hier
  
  
• Foto-album "compromisloze luisterruimte", waarin een prominente rol is weggelegd voor diffusie:
  hier
  
  
• Foto-album "algemene diffusie":
  hier
  
  
• Foto-album "FWD-diffusers, gebouwd":
  hier
  
  
• Video-handleidingen voor zelfbouw / assemblage van een FWD):
  hier

Veel succes en vooral luistergenoegen gewenst !

Voor informatie, feedback en speciale vragen, stuur gerust een email naar readscapes@xs4all.nl


Toine Dingemans, 25 april 2020.


naar boven

hierboven:
zelfbouw qrd-7 -- vier samengebouwde periodes
mdf, 250 x 106 x 25 cm / 90 kg

QRD-13 in aanbouw