3-Wege Lautsprecher

Take:Seven (öffentlich)


Nimm2...Nö, Take:Seven 

 

Seit wir dem Hochtöner Number-One DT-300 vom Lieferanten MONACOR in unserem Datenblatt auf den Zahn (bzw. die Kalotte) gefühlt haben, reifte in in uns der Wunsch damit eine wirkungsgradstarke Kombination aufzubauen. Dieses Chassis ist bereits ohne das passend erhältliche Waveguide im Mittel 92 dB/w/m laut und man muss schon recht lange suchen bis man einen ähnlich "lauten" Mitteltöner findet.

Bis, ja bis man endlich auf die Idee kommt doch 2 Mitteltöner zu verwenden, sie parallel zu schalten und dadurch 6 dB Spannungswirkungsgrad zu gewinnen. Einen Kandidaten hierfür gab es auch schon lange in unseren Räumen, der Gradient W160Al vom Lieferanten INTERTECHNIK. Dieses Chassis hat einzeln einen Wirkungsgrad von 87 dB/2.83V/m, liefert bis 2500 einen fast idealen Frequenzgang und kann dann vom DT-300 mit Waveguide abgelöst werden. Durch den Einsatz des Waveguides ereicht man nicht nur ein günstigeres Bündelungsmaß im Übernahmebereich zum Tief-Mitteltöner, sondern erzielt unterhalb von 5 kHz auch eine erhebliche Wirkungsgradsteigerung (zwischen 1000 Hz und 6000 Hz) auf Achse.

 

Obwohl der DT-300 ohne Waveguide schon laut genug ist um es mit zwei Gradient W160AL aufnehmen zu können, nutzen wir diese Steigerung um ihn früher zu trennen und ihn damit elektrisch und mechanisch zu entlasten. Dadurch wird eine nicht zu verachtende Erhöhung der Belastbarkeit, sowie eine Verringerung des Klirrfaktors erreicht. Akustisch liegt die Trennfrequenz soll bei 2700 Hz liegen, elektrisch jedoch liegt sie weitaus höher, wie wir später noch sehen werden, was den Hochtöner so effektiv vor elektrischer Überlastung schützt, dass man fast von einer unkaputtbahren Kombination sprechen kann.
So, jetzt hätten wir ein schönes Zweiwegesystem, bei dem sich eine D´Apollito Anordnung anbieten würde. Dabei ist der Hochtöner zwischen den beiden parallel laufenden Mitteltönern angeordnet. Für ein "echtes" D´Apollito -System wären schon noch einige Bedingungen mehr zu erfüllen, wie z.B. eine wesentlich engere Anordnung von Tiefmittel- und Hochtöner. Die Kombination allein wäre schon eine ausgewachsene Standbox und dürfte in den meisten aller Fälle ausreichen. Wir wollten jedoch mehr!


Die Tieftonabteilung

Ausgehend vom Lautsprecherkonzept Take:Five eines befreundeten Selbstbaukollegen, das uns immer schon begeistert hatte, wollten wir etwas mehr Druck im Tieftonbereich erzielen Bei der ansonsten exzellenten Take:Five hält unserer Ansicht nach der Tieftonbereich mit den beiden 165 mm Tieftönern nicht mit den beiden 165mm Mitteltönern mit. Nicht dass das für den normalen HiFi-Wohnzimmerbereich relevant wäre, aber wir wollen ja auch auf einer Messe unserer HiFi-Music-World hören und da kann es auch mal "richtig" laut werden. Da liegt uns in Erinnerung, das die beiden 165 mm Number-One Tieftöner schon mal in Bedrängnis gekommen waren. Für unsere Konstruktion musste also mehr Membranfläche und mehr Belastbarkeit her. Was liegt da näher vier anstelle der zwei Tieftöner der Take:Five zu verwenden? Sie halten uns für verrückt oder größenwahnsinnig? Da könnte was dran sein. Wie gesagt, für den "normalen" Hausgebrauch tut es auch die oben beschriebene Variante, und so wird es in Zukunft auch eine kleinere Version unsere Take:Seven geben. Aber die Take:Seven sollte eben das Flaggschiff einer angedachten Surround-Lautsprecherserie sein. Es ist geplant, dass die Take:Seven in 2007 durch ein kleineres Modell sowie einem Center- und einen Rearlautsprecher ergänzt wird.

Aber was ist denn dann mit dem Wirkungsgrad bei 4 Tieftönern, sind die nicht zu laut? Antwort von Radio Eriwan: "im Prinzip nein".

 

Wenn man zunächst zwei Chassis parallel schaltet, erhalten beide dieselbe Spannung und damit denselben Strom wie ein Chassis. Beide zusammen verschieben aber doppelt soviel Luft, was einer Schalldruckerhöhung von 6 dB entspricht. Nur einer muss sich mehr anstrengen: der Verstärker! Der muss nämlich bei gleicher Spannung doppelt soviel Strom (= doppelte Leistung) liefern wie vorher.

Kann da der Verstärker nicht kaputt gehen? Allgemein gilt für die Parallelschaltung von 2 Widerständen R1 und R2:

Rges = R1 * R2 / (R1 +R2)

in unserem Fall

Rges = 8 * 8 / (8 + 8) = 4 Ohm

 

Ein normaler HiFi-Verstärker kommt mit einer Last von 4 Ohm noch gut klar, nimmt Lasten von merklich weniger als 4 Ohm aber in der Regel übel, und so verbietet es sich ein weiteres Paar Tieftöner zum ersten parallel zu schalten. Würde man das tun, würde man bei einer Gesamtimpedanz von 2 Ohm landen, was nur wirklich potente Kraftprotze von Endstufen überstehen. In der Praxis kommt es sogar noch schlimmer. Da 8 Ohm Chassis nicht wirklich 8 Ohm haben, sondern gemäß DIN bis auf 6.4 Ohm absinken dürfen, kämen wir bei 4 parallel geschalteten Chassis sogar unter 2 Ohm und das ist für eine normale Endstufe meist gleichbedeutend mit einem Kurzschluss der Lautsprecherklemmen.

Hier bedienen wir uns nun der Reihenschaltung, auf deren "Tücken" wir später noch zu sprechen kommen. Für die Reihenschaltung von 2 Widerständen R1 und R2 gilt ganz einfach:

Rges = R1 + R2

in unserem Fall

Rges = 8 + 8 = 16 Ohm


Wenn beide Widerstände gleich groß sind teilen sie sich die Eingangsspannung brüderlich 50%:50%. Dadurch halbiert sich auch der Eingangsstrom und damit die verschobene Luftmenge. Insgesamt verschieben aber beide Chassis zusammen dieselbe Luftmenge wie vorher, so dass der Schalldruck gegenüber einem Chassis bei gleicher Eingangsspannung konstant bleibt. Die Reihenschaltung von realen Lautsprecherchassis ist "kritischer" als die Parallelschaltung, da der frequenzabhängige Widerstand nicht genau gleich ist und sich dadurch keine gleichmäßige Last- und Hubverteilung ergibt. Dies ist besonders kritisch im Bereich der Resonanzfrequenz, wo sich der Widerstand schnell mit der Frequenz ändert. Daher sollte man die Chassis im Idealfall paarweise selektieren.

Und wofür soll das gut sein? Nun ja, der Verstärker muss sich weniger anstrengen (halber Strom = halbe Leistung) und die maximal zu verschiebende Luftmenge verdoppelt sich. Richtig interessant wird es aber wenn wir zu zwei in Reihe geschalteten Tieftönern noch zwei in Reihe geschaltete Tieftöner parallel schalten. Bei 4 gleichen Einzel-Chassis haben wir dann ein Gesamt-Chassis mit:

  • gleicher Impedanz (s.o.)
  • vierfacher Membranfläche (= 12 dB höherer Maximalschalldruck)
  • vierfacher elektrischer Belastbarkeit
  • und (bei gleicher Eingangsspannung) 6 dB höherem Schalldruck (s. Parallelschaltung)

 

Da kann man es auch schon mal krachen lassen. Das Ganze funktioniert auch wenn man nur ein Paar Bässe und die parallel zueinander mit unserer Mittelhochtoneinheit kombiniert. Dann ist allerdings die Gesamtbelastbarkeit im Tieftonbereich niedriger.


Einfacher Gehäusebau

Ein ganz wichtiger Aspekt bei unseren Überlegungen war der Selbstbauer ohne geeignetes Werkzeug. Ziel musste sein, den Lautsprecher im Keller ohne Schraubzwingen oder anderes Spezialwerkzeug zusammenbauen zu können. Unsere Idee war einen Rahmen zu konstruieren, der sich einfach mit Spanplattenschrauben zusammenschrauben lässt.

Damit man diese nicht sieht, sollte der Korpus überklebt werden. Da der Laie außerdem keine Möglichkeit hat Chassis einzufräsen, muss die Schallwand "irgendwie" nachgeben. Das geht aus unserer Erfahrung heraus am besten mit Teppichboden, der mittels doppelseitigem Klebeband aufgeklebt wird. Die Seiten können dann aus einem Holz bestehen, das schön zum Wohnraum passt und in jedem Baumarkt zu haben ist. Wir haben für unsere Gehäuse stabverleimtes Buchenholz verwendet, so genannte Möbelbauplatten. Diese gibt es unter anderem in den Maßen 200 x 40 cm, was überschlagsmässig für unser Projekt passt wie wir später sehen werden.
Platten mit diesen Maßen gibt es aber auch fertig furniert oder mit Kunststoff beschichtet, so dass der Anpassung an den eigenen Wohnraum kaum Grenzen gesetzt sind. Da wir unseren Korpus mit Teppichboden bekleben wollen und der zumeist in einer Stärke von 6 mm zu haben ist, muss der Korpus folglich rundum etwa 12 mm kleiner ausfallen als die Möbelbauplatten. Drei kleine Verstärkungen zwischen den Seitenwänden sorgen für Ruhe auf den größeren Flächen.

Kanalarbeiter

Bei unserer Konstruktion TwoAndOne haben wir sehr gute Erfahrungen mit einer KU, einer kontrollierten Undichtigkeit gemacht. Beim dort eingesetzten B200 war der Hauptgrund die Schallwellen hinter dem Chassis kontinuierlich zu absorbieren und damit zu verhindern, dass sie an der Rückwand des Gehäuses reflektiert werden und durch die sehr dünne Membran des B200 wieder austreten können. Bei der recht stabilen Membran des Gradient spielen diese Überlegungen eher eine untergeordnete Rolle. Man erreicht durch die KU aber einen anderen Effekt, der in unserer Konstruktion sehr hilfreich bei der Planung der Frequenzweiche ist.

Die Einbauresonanzfrequenz wird geringfügig, und das Impedanzmaximum durch die Reibungsverluste innerhalb der KU deutlich reduziert (s.u.). Dies vereinfacht die Auslegung der Frequenzweiche. Ein ähnlich niedriges Impedanzmaximum könnte man zwar auch durch eine starke Bedämpfung des Gehäuses erreichen, diese würde dann aber bereits in unmittelbarer Nähe des Chassis beginnen und daher weniger linear wirken. Wie sich das in AJ-Horn simuliert sieht man in folgender Darstellung.


schwarz: 6 Liter geschlossen, rot: 6 Liter KU

Als Dämpfungswerte wurden hier ß1 5000 und ß2 55000 eingesetzt. Wer das in AJ-Horn nachvollziehen möchte, kann sich die AJ-Horn Datei herunterladen.

Um möglichst wenig Gehäusevolumen im Tieftonbereich zu verlieren und das Mitteltongehäuse möglichst einfach zu gestalten, haben wir beiden Mitteltönern handelsübliche Kanalrohre aus dem Baumarkt spendiert. Einfach auf die richtige Länge geschnitten und zwischen Vorder- und Rückwand geklebt, fertig.


Kanalrohr fertig eingesetzt

Vorne schneidet man noch die Öffnung für das Lautsprecherchassis und hinten die Öffnung die nachher mit Teppich überklebt wird und die KU bildet.


Kanalrohr und LS-Öffnung vorne


Kanalrohr und KU-Öffnung hinten

Um die richtige Länge des Rohres zu erhalten, setzt man es einfach auf die Rückwand und zeichnet an der Schallwand mit einem dicken Filzstift eine Linie durch drehen des Rohres. Gesägt wird dann mit der Stichsäge so das die schwarze Linie erhalten bleibt.


Das Gehäuse dient als Schablone zum zeichnen der Linie

Sorgfältiges verkleben mit Heißkleber ist Pflicht, damit die Tieftöner nachher keine Wechselwirkung mit den Mitteltöner eingehen können.


viel Heißkleber hilft viel, von innen Silicon hilft aber mehr

Auch wir hatten eine undichte Stelle in unserer Abteilung so das der Technikspezialist Q, James Bond noch eine Tube Silikon zum Abdichten des Rohres gab. Mit Silikon und dem Zeigefinger kann man die Rohre von innen wunderbar abdichten.

Fertig eingebaut sieht die Mitteltonabteilung dann so aus


der nackte Rahmen

An dieser Stelle sollte man schon darüber nachdenken sämtliche Kabel zu verlegen da man später nur noch sehr schlecht zwischen Seitenwände und Kanalrohre kommt.


Es ist besser die Kabel rechtzeitig zu verlegen


Das Volumen für die Tieftöner

Wir hatten ja eben schon gesagt das wir zunächst zwei Treiber parallel schalten wollen und in Lasip lässt sich das wunderbar einfach bewerkstelligen. Man geht einfach über das Menü Treiber/Parallel Treiber oder drückt den Button . Jetzt erhält man folgenden, zunächst leeren Bildschirmdialog

Hier wählt man "in Reihe geschaltet" und drückt den Knopf "Berechnen". Lasip berechnet nun die TSP des zusammengesetzten Treibers. Man sieht hier auch deutlich das man keine Spannungswirkungsgraderhöhung gegenüber einem Chassis erhält, der Wert bleibt auf 87,7 dB bei 2,83 V. Wenn man versuchsweise auf "parallel geschaltet" klickt und die Werte berechnen lässt, bekommt man an dieser Stelle 93,7 dB bei 2,83 V, unsere Theorie von oben bestätigt sich also. Hier übernehmen wir jedoch die Werte für die Reihenschaltung mit dem Schalter "Übernehmen" nach Lasip. Mit diesem "neuen" Treiber berechnen wir jetzt ein Standard Bassreflexgehäuse und kommen auf 99 Liter bei einer Abstimmung auf 36 Hz.


Da wir bedingt durch die vorgegebenen Möbelbauplatten aber keine 198 Liter (4 Stk. W160AL) in unserem Gehäuse unterbringen können, müssen wir eine andere Abstimmung wählen. Das heißt wir könnten schon, dann würde das Gehäuse aber unansehnlich breit werden. Effektiv kommen wir auf ein Volumen von ca. 150 Litern bei einer optisch angenehmen Breite von 26 cm, dass bedeutet also 75 Liter jeweils für den zusammengesetzten Treiber. Jetzt kommt ein anderer Gedanke ins Spiel, der bei der Planung der Take:Seven mit ins Kalkül gezogen wurde. Wir wollten im Gegensatz zu unseren sonstigen Gepflogenheiten, eine "warm" abgestimmte Box bauen die auch ein gehöriges Druckempfinden beim Zuhörer entwickelt. Deshalb war von Anfang an klar, dass wir die Take:Seven etwas "dicker" abstimmen als sonst bei uns üblich. Aus diesem Grund schauen wir zunächst was passiert wenn wir das vorhandene Volumen durch zwei teilen und unseren Parallel-Treiber einsetzen.

Wie man sieht ist das gar nicht so dramatisch wie befürchtet, aber es reicht eben um die Box ein klein wenig "fetter" klingen zu lassen. Ach ja, da kommt jetzt noch eine Besonderheit ins Spiel. Wir ihr sicher bemerkt habt, gibt es zwei verschiedene Gehäusevolumen für die Treiber-Paare. Das entsteht dadurch das die Möbelbauplatten genau 200 cm hoch sind. Unter unsere Box kommt aber noch ein Fuß, damit der schmale Tower nicht Gefahr läuft leicht umgeworfen zu werden. Da unser Hochtöner aber genau auf statistisch mittlerer Ohrhöhe sitzen soll muss er, und dadurch auch alle anderen Treiber, außermittig leicht nach unten in die Box montiert werden. Wie man in der Lasip-Simulation sieht ist das kein großes Problem, ganz im Gegenteil. Durch die verschiedenen Abstimmungen erhält man einen etwas breiteren Wirkbereich der Reflexabstimmung und man regt nicht nur eine einzige Abstimmfrequenz im Raum an. Rein theoretisch ein Vorteil.
Der Vorteil nicht mit der gesamten Bassenergie die Raumresonanzen von einem Punkt aus anzuregen wird ja auch durch die Verteilung der vier Tieftöner auf der Schallwand unterstützt. Die Box dürfte also relativ aufstellungsunkritisch und, durch verschließen der ein oder anderen Bassreflexöffnung, sehr flexibel an den Raum anpassbar sein. Die Idee die beiden verschiedenen Volumina durch einen kontrollierten Strömungswiderstand miteinander zu verbinden, haben wir später durch Verschluss der beiden halbrunden Öffnung im Zwischenbrett wieder verworfen. In der Praxis hat sich herausgestellt das es nicht wirklich funktioniert und man sich einige Freiheitsgrade bei der Abstimmung der beiden Gehäuse nimmt.
In der Bauzeichnung sieht man das der Hochtöner sein eigens Kämmerlein erhalten hat. Denkbar wäre, wenn man einen Breitbänder mit 93 db.........aber das gehört hier nicht hin.

So jetzt aber genug philosophiert, hier einige Fotos vom Prototypen beim Aufbau.


Einfacher Zusammenbau mit Spax-Schrauben und Leim


Hier die später verschlossenen, halbrunden Durchbrüche


Mit Leim sollte man wegen der Dichtigkeit nicht geizen


Rahmen, Seitenwand, Verstrebungen


Endmontage mit Schraubzwingen

Wir arbeiten hier mit Schraubzwingen weil wir sie haben, in der Praxis reichen aber auch die schon erwähnten Wasserkästen oder ähnliche großflächige Beschwerungshelfer. Nun noch der fertige Lautsprecher und eine Ansicht der montierten Seitenwand.


mit 2m Höhe sehr stattlich

Selbst bei der Einstellung des Bildes wird klar wie überproportional hoch dieser Lautsprecher ist.


zu erahnen, die 6mm zurückversetzten Wände


nur schwer zu erkennen, aber die Chassis liegen wie eingefräst im Teppich


Die Schallwand mit Teppich und Chassis


lackiertes Waveguide, dient nur der optischen Anpassung an den Mitteltöner


der fertige Lautsprecher, hier noch ohne Fuß


Die Frequenzweiche

Die Frequenzweichenentwicklung bleibt unseren Abonnenten vorbehalten. Der Weg zur fertigen Weiche führte, wie üblich bei uns, über eine Boxsim-Simulation der im Gehäuse gemessenen Chassis. Es immer wieder erstaunlich wie nah die Simulation an der Wirklichkeit liegt, korrekte Daten vorausgesetzt.

Der Energiefrequenzgang ist recht ausgewogen, wobei der Übergang zwischen Mittel- und Hochtöner wegen der fehlenden akustischen Phaseninformation nicht weiter optimiert wurde. Der mittlere Wirkungsgrad beträgt 93 dB/2.83V/m. Was sollte uns jetzt noch davon abhalten das Projekt Take:Seven zu realisieren?

Die zu Grunde liegende Schaltung sieht wie folgt aus

Der Preis des Lautsprecher liegt bei etwa 360,- Euro pro Seite. Hier sind Listenpreise angenommen die im Netz zum Teil jedoch deutlich niedriger ausfallen. Als Baumaterial wurde MDF roh angenommen, in der Messeversion haben wir sogar normale Spanplatte verwendet. Nicht enthalten in die Abwasserrohre für die Mitteltöner sowie die Glaswolle zur Bedämpfung der Bassabteile. Beim Prototyp wurde für die Seitenwände eine stabverleimte Buchenplatte verwendet. Der Mittelteil wurde mit Teppichboden überzogen.

Viel Spaß beim Studieren der Anleitung oder dem Nachbau der Take:Seven


kam auf der Messe bei den Zuhören gut an, die Take:Seven

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