Hochtöner

DIY Bändchen-Lautsprecher von Yogibär

Bändchenlautsprecher im Selbstbau

Lautsprecher-Selbstbau meint in der Regel, dass man serienmäßige Chassis kauft, ein Gehäuse drumrumbaut und mit ein paar Kondensatoren, Spulen und Widerständen verschaltet.

Die "Königsdisziplin" ist jedoch, ein Chassis von Grund auf selber zu bauen. Das ist zwar auch kein Hexenwerk, da man die Bauteile zum Teil fertig kaufen kann, aber wenn man etwas "Ungewöhnliches" will (wie z.B. den inversen Koaxal-Lautsprecher von Audio Consequence) dann wird die Luft ganz schön eng. Das Ergebnis ist zudem noch wenig vorhersehbar und nicht zwangsläufig besser als das, was man fertig kaufen kann.

Eine Ausnahme stellen Bändchen-Lautsprecher dar. Hier ist die Mechanik - zumindest im Prinzip - recht einfach, und außer den Magneten gibt es kaum exotische Zukaufteile. Man muss "nur" über gute Metallverarbeitungsmöglichkeiten verfügen. Ach ja, und da wären dann noch die vielen kleinen Details und Fallen, in die man hineintappen kann . . .

Um so mehr freut es uns hier ein Bändchen vorstellen zu können, dass in völliger Eigenregie von unserem Abonnenten Yogibär gebaut wurde. Die "Entstehung" des Bänchens hat er bereits seit Monaten im Forums beschrieben.

Wir haben ein Datenblatt des Prototypen erstellt und uns ein paar Gedanken gemacht, warum sich das Bändchen so misst wie es sich misst, und was man da eventuell sogar noch verbessern könnte (wenn es denn stimmt was wir uns so gedacht haben).

Viel Spaß mit einem Datenblatt der besonderen Art über ein Selbstbauchassis der besonderen Art.







Chassis-Datenblatt © www.hifi-selbstbau.de
So werden Lautsprecherchassis von HiFi-Selbstbau gemessen
Hersteller: Yogibär Typ: DIY-Bändchen, aktiv Vorstellung im Forum

Foto des Chassis
 


Impedanzmessung von Yogibär (Bändchen + Übertrager)


Membranfläche: Höhe des Bändchens:
Breite des Bändchens:
-> Membranfläche Sd:
380 mm
25 mm
95 cm²
TSP Messung nicht möglich da aktiv (auch passiv keine Resonanz erkennbar)

Im Folgenden wurde das Bändchen nur oberhalb von 400 Hz angeregt.

Pseudorauschen > 1000 Hz (0°, 15°, 30°, 45°, 60°; MP3 42 kB)

{audio}/images/stories/chassis/DIYribbonYB/YB_1oA_100cm_SPLdegH.mp3{/audio}



Sprungantwort (ohne Abdeckung, 100 cm, 0°)

Zerfallspektrum (ohne Abdeckung, 100 cm, 0°)



Klirrfaktor bei 80 bis 100dB/1m (Halbraum)




Kompletter Datensatz beider Chassis (Impedanz, Schalldruck, Bündelungsgrad und Schallleistung im OCT-Format, Klirrfaktor und komplexer Frequenzgang als TXT-Datei, ZIP, 51 kB)
Hinweis: Das Bändchen war eingespielt!


Unsere Meinung:
  • Der äußere Eindruck:
    Das DIY-Bändchen von Yogibär müsste eigentlich Band heißen - denn es ist ein ganz schöner Brocken! Das "Band" ist netto knapp 38 cm lang und 25 mm breit. Der Luftspalt ist ca. 30 mm breit, damit sich das Bändchen frei bewegen kann.


    Die Entstehungsgeschichte hat er bereits in diesem öffentlichen Thread beschrieben, wenn er mal wieder Zeit und Muße findet will er das Ganze noch mal schön zusammen schreiben mit Nachbauanleitung und Allem und dann gibt es hier auch einen "schönen" Baubericht. Hauptsache die Neodymmagnete sind dann noch erschwinglich . . .
    Der "Kasten" unterhalb des Bändchens beherbergt die Elektronik. Yogibär hat sich für einen Stromverstärker mit TDA7294 entschieden, damit die zu hohen Frequenzen ansteigende Impedanz nicht zu einem Höhenabfall führt. Das "Band" wird jedoch nicht direkt gespeist sondern über einen selbstgewickelten Übertrager mit einem Übersetzungsverhältnis von 80:9 (später wurde das noch auf 80:10 geändert). Aber das kann Yogibär alles viel besser erklären . . .
    Das "Band" kann man durch leichtes Pusten aus 20 cm Entfernung leicht um 2 cm auslenken - es ist immer wieder erstaunlich, dass so etwas trotzdem als Lautsprecher funktioniert. Aber im Zweifelsfall siegt einfach immer die Physik - eine grobe Erklärung des Prinzips und den Vergleich mit anderen Wirkprinzipien gibt es hier.

  • Der Frequenzgang:
    . . . zeigt einen zu hohen Frequenzen ansteigenden Verlauf mit einem Maximum bei knapp 10 kHz, und zwar in beiden Varianten mit und ohne die aufgesetzten Seitenabdeckungen (aufgeschnittenes Isolationsrohr aus PU-Schaum). Wir haben es ja mit einem Dipol zu tun, der auf einer schmalen Schallwand sitzt (dass dies der Antrieb ist muss der Schall ja nicht wissen). Da ist ab einer durch die Größe der Schallwand bedingten Frequenz mit einem Abfall von 6 dB/Oktave zu rechnen. Mit Edge kann man das sehr schön simulieren. Die Überhöhung bei 10 kHz ergibt sich mit Edge aber erst dann, wenn man als Schallwandbreite und -höhe die Größe der "Öffnung" 30 x 400 mm eingibt:


    Hier gibt es die zugehörige Edge-Datei

    Offenbar reicht der Luftspalt direkt neben dem Bändchen bereits für den akustischen Kurzschluss aus, die Breite des Rahmens scheint unwesentlich zu sein. Die Tiefe des Rahmens hat dann näherungsweise den Effekt einer Transmission-Line und führt bei einer Frequenz zu erhöhter Abstrahlung, bei der 1/4 der Wellenlänge der halben Tiefe (+ Längenkorrektur) entspricht. Diese Überhöhung liegt beim "nackten" Rahmen daher bei einer höheren Frequenz (= geringere Tiefe). Dies erkennt man offenbar besser an den seitlichen Frequenzgängen bzw. dem (nur horizontal) winkelgewichteten Schalldruck. Dort zeigt die Variante ohne Seitenabdeckung ein Maximum um 6 kHz, die Variante mit Seitenabdeckungen bei 2.5 kHz. Durch den ansteigenden Frequenzverlauf ergibt sich daher mit den Seitenabdeckungen ein gleichmäßigerer Energiefrequenzgang (wobei nur das horizontale Rundstrahlen berücksichtigt wurde).

    Das vertikale Rundstrahlverhalten zeigt eine starke Bündelung, die man prinzipiell auch mit Edge sehen kann, sobald man die virtuelle Messentfernung auf 1 m verringert und die Höhe des Mikros variiert. Dort kann man auch mit dem Messabstand "rumspielen" und erkennen, dass die Hochtonwiedergabe bei geringen Messabständen abnimmt. Das liegt daran, dass sich die Wegdifferenz zwischen den einzelnen Membranabschnitten und dem Mikrofon ändert, so dass außenliegende Membranabschnitte für eine teilweise Auslöschung sorgen.

    Im Hörraum ist dieser Effekt bei Rauschwiedergabe ganz eklatant. Hier wurde mal das Mikrofon in ca. 1 m Abstand von der oberen Kante des Bändchens (0.0 sec.) langsam bis zur Mitte (ca. 4.5 sec.) und weiter nach unten geführt - von Hand versteht sich ;-):


    Zugehörige MP3-Datei, 95 kB

    In der Mitte des Bändchens (ca. 4.5 sec. nach Messbeginn) ist mit Abstand der größte Hochtonanteil, der Effekt der vertikalen Bündelung tritt vor allem > 3 kHz auf. Das ist etwas schade, denn Boden- und Deckenreflexionen treten natürlich auch schon bei tieferen Frequenzen auf. Die Bündelung ist aber sehr gleichmäßig, und man kann durch eine zu hohe bzw. zu tiefe Hörposition die Hochtondosis "einstellen". Für eine Präsentation auf einer Messe mit sowohl sitzenden als auch stehenden Besuchern ist das aber tödlich . . .

    Vor lauter horizontaler und vertikaler Bündelung kann einem ja ganz schwindelig werden - wie sieht es denn nun am Hörplatz aus (auch hier wurde wieder erst ab 400 Hz angeregt)?

    Neben den beiden Zuständen (mit bzw. ohne Seitenabdeckungen) wurde das Bändchen interessehalber auch mal 30° nach außen angewinkelt, also parallel zur Rückwand (grüne Kurve). Obwohl die seitlichen Abdeckungen mehr Pegel um 3 kHz bringen (und damit insgesamt ausgewogener spielen) ist auch hier eine Absenkung um 8 kHz nötig. Dann kann man sie auch gleich weglassen und bekommt dafür einen ausgewogeneren Verlauf, den man einfacher entzerren kann.

    Bei der Sprungantwort fällt auf, dass es nach dem ersten, steilen Anstieg (der hier ein Abfall ist, weil das Bändchen offenbar verpolt angeschlossen wurde) nach ca. 0.094 ms einen 2. Anstieg gibt, ohne dass es vorher einen Unterschwinger gegeben hat, wie er für ein hochpassgefiltertes System typisch gewesen wäre. In 0.094 ms legt der Schall in Luft ca. 343 [m/s] · 0.000094 [s] = 3.2 cm zurück - das könnte etwas mit der Breite der Öffnung (= 3 cm) zu tun haben. Gäbe es eine Reflexion an der Seite dürfte der Umweg aber nur 1.5 cm sein. Außerdem sieht die Sprungantwort mit Seitenabdeckungen weitgehend identisch aus, so dass ein Einfluss der Querrichtung unwahrscheinlich ist. Auch eine Reflexion an der "Basis" ist unwahrscheinlich, hier dürfte der Umweg nur etwa 25 cm sein.
    Es könnte aber auch eine Reflexion der Schallwelle im Bändchen selbst sein. Dann müsste man natürlich die Schallgeschwindigkeit von Aluminium (= 5100 m/s) ansetzen und käme auf eine Weglänge von 5100 [m/s] · 0.000094 [s] = 48 cm. Da das Aluminiumbändchen ja geriffelt ist könnte es tatsächlich einige cm länger sein als die Nettolänge.
    Wie sähe denn der Frequenzgang aus wenn man diesen 2. Anstieg "wegbügeln" würde? Man kann bei ARTA ja den Anfangscursor auch weit VOR der ersten Spitze beginnen lassen (rote Kurve).


    -> dann sieht es genau aus wie die Edge-Simulation !!!
    Hinweis: Bei der grünen Kurve wurde ein gleich großer Block (256 Abtastwerte) zur Analyse gewählt, nur fing er "vorne" an und beinhaltete die 2. Spitze

    Die Senke um 4.5 kHz und die Überhöhung um 1 kHz kommen also möglicherweise von der Reflexion des Bändchens an den Fixierstellen. Dies könnte man verifizieren, wenn man die ersten Millimeter des Bändchens z.B. mit Dämpfungsfolie bedämpfen würde, was die "interne Reflexion" unterdrücken sollte.

  • Der Klirrfaktor:
    . . . sieht gar nicht gut aus! Der "harmonische" Klirrfaktor K2 liegt zwar relativ gering, aber selbst der verläuft schon recht zappelig. Die höheren Klirrkomponenten liegen allesamt zu hoch, insbesondere im Bereich zwischen 2 und 5 kHz. Dort ist das Ohr zwar unempfindlicher für Klirr (s. Klirrfaktor - wie viel ist zu viel?), dennoch ist der Klirr während der Messung deutlich hörbar (hier mal die MP3-Datei der 90 dB-Messung). Man hört nach ca. 1.5 sec. (Anregung ca. 800 Hz) ein metallisches Scheppern, und bei 6 bzw. 7 sec. (Anregung ca. 3 bzw. 4 kHz) scheppert es erneut. Da das Bändchen nicht seitlich anschlägt scheint es eine Resonanz innerhalb des Bändchens (= Bändchenstruktur) zu sein. Hier ist die Riffelung ggf. nicht stark genug oder die Vorspannung zu gering, oder, oder, oder . . .
    Ob dieses Scheppern auch während komplexer Musik als solches wahrgenommen werden kann ist schwer zu beantworten, unserer Meinung nach gehört das jedoch nicht dahin, ähnlich wie das lange Ausschwingen im Bereich von 7 - 10 kHz - hier können wir uns dem kölschen Spruch "et hätt noch immer jot jejange" nicht recht anschließen. Vielleicht macht aber auch gerade das den Sound oder die Faszination von Bändchen aus . . . ?
    Bei einem Schalldruckpegel von 80 / 85 / 90 / 95 / 100 dB bei 1 kHz liegt K2 im Frequenzbereich oberhalb von 1 kHz im Mittel bei geringen 0.18 / 0.28 / 0.41 / 0.59 / 0.90%. Für K3 gilt in diesem Bereich ein Mittelwert von 0.07 / 0.10 / 0.17 / 0.22 / 0.27%. In den Spitzen ist der Wert jedoch 2x (K2) bzw. 4x (K3) so hoch.
     
     
  • Die Pegellinearität:
    Hier gab es nach dem durchwachsenen Abschneiden beim Klirrfaktor eine handfeste Überraschung - das "Band" verhielt sich einfach nur vorbildlich linear. Bei hohen Frequenzen und hohen Pegeln kommt es zwar zur Kompression, hier dürfte aber der TDA7294 am Ende sein, da er wegen der zunehmenden Impedanz (16 Ohm bei 20 kHz gegenüber 7 Ohm bei 1 kHz) zunehmend hohe Leistung liefern muss. Dies ist in der Praxis jedoch nicht relevant, da bei normaler Musik die spektrale Zusammensetzung zu hohen Frequenzen hin abfällt (s. Musik "vergleichen" mit dem Waveanalyzer ):

    Außerdem steigt der Frequenzgang ja bis 10 kHz an, d.h. dort könnten ca. 114 dB mit max. 0.5 dB Kompression erzeugt werden. Und wie gesagt: dann scheint der TDS7294 am Ende zu sein und nicht das Bändchen selbst.


HiFi-Selbstbau-Fazit:


Das DIY-Bändchen von Yogibär ist "Selbstbau at its best"! Nach dem Bändchen-Selbstbau von Michael Gaedtke ist dies schon die 2. ernstzunehmende Eigenentwicklung auf dem Sektor, und mit fast 40 cm Länge immerhin fast doppelt so lang wie das von Michael Gaedtke. Der Zusammenbau soll nicht ganz einfach sein und statt "Holzwürmern" sind hier eher "Metaller" gefragt. Ach ja, ein bisschen E-Technik-Kenntnisse für den Stromverstärker wären auch nicht schlecht . . .

Wir sind auf den Baubericht von Yogibär (samt Kostenaufstellung) gespannt und können nur sagen, dass er technisch seine Hausaufgaben auf jeden Fall gemacht hat. Bei der Riffelung des Bändchens und der Einspannung sehen wir aus den Messungen noch etwas Verbesserungspotenzial, ob da in der Praxis noch was geht hören wir vielleicht von Yogibär. Ich habe das "Band" jedenfalls wie ein rohes Ei behandelt, damit ich es bloß nicht wechseln muss (und die Messergebnisse möglicherweise dann schlechter ausfallen). Immer nach dem Motto: lieber etwas zu viel Respekt vor der Technik als zu wenig . . ."

Kommentare  

# Michael Gaedtke 2012-02-28 17:17
Hallo Yogibär,
schönes Teil! Mit einem Strom-Verstärke r habe ich auch experimentiert. Daher nur eine neugierige Nachfrage: wozu ein Übertrager, wenn Du einen Strom-Verstärke r einsetzt? Ein Übertrager lässt sich doch auch an einem völlig normalen Spannungs-Verst ärker betreiben. Anders herum gefragt: Ein Strom-Verstärke r käme doch auch direkt mit dem niederohmigen Bändchen zurecht.
Gruß von
Michael Gaedtke
# yogibär 2011-06-26 22:24
Hi Didi,

das siehst Du korrekt. Der TDA liefert nur den anregungsabhäng igen Strom, muß aber bei höherer Impedanz eine höhere Spannung liefern, damit der besagte Strom tatsächlich fliessen kann. Hier kann der TDA dann an die Betriebsspannun gsgrenze kommen und clippt.

Die Stromsteuerung ist m.E. dennoch der richtige Weg, da Strom x Leiterlänge und nicht Spannung x Leiterlänge für die Auslenkung der Membran sorgen. Ansonsten hätte eine steigende Impedanz bei Spannungssteuer ung einen Abfall des Leiterstroms und damit des Schalldrucks zur Folge.

Die Klemmenspannung en des Trafos spiegeln dieses Verhalten wider.

Guß

Yogibär
# Guest 2011-06-21 13:32
Hi Pico,

"hier dürfte aber der TDA7294 am Ende sein, da er wegen der zunehmenden Impedanz (16 Ohm bei 20 kHz gegenüber 7 Ohm bei 1 kHz) zunehmend hohe Leistung liefern muss."

M.E. muß ein Strom-Amp bei 16 Ohm nur eine höhere Spannung liefern, um den ansteuerungbedi ngten Stromfluß zu gewährleisten; bei einer Aussteuerung bis ca. 25 Volt eff. (Versorgungsspa nnung?) dürfte dabei eine Leistungs von (nur) ca. 40 W abgerufen werden. Gegenüber von ca. 90 W bei 7 Ohm. Das kann der TDA spielend.

Frage ist eigentlich, ob bei der angegebenen Impedanzverlauf (?) ein Strom-Amp überhaupt Vorteile bringt? Mich würde mal der jeweilige Spannungsverlau f am Trafo (primär/sekundä r) interessieren.

didi
# yogibär 2011-06-01 23:27
Hallo Pico,

ganz herzlichen Dank für den tollen und sehr aussagekräftige n Bericht. Mich hat das Klirrverhalten auch überrascht. Ich glaube,mein zweites Bändchen, das eine straffere Einspannung der Folie hat, scheint da gutmütiger zu sein.
Ich hatte seinerzeit im Forum bereits vermutet, dass das schwingende Bändchen der kritische Teil des Wandlers ist. Wahrscheinlich stimmt's.
An diesem Problem werde ich weiterarbeiten, sobald ich das gute Teil wieder abgeholt habe.

Viele Grüße

Yogibär
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