LAL - KEF105

KELAL 105.1.... zwei Projekte, das selbe Ziel

Sicher, was wir da machen wird dem Einen oder Anderen den Hals schwellen lassen. Reißen diese Banausen doch tatsächlich einen der bekanntesten Lautsprecher der Geschichte auseinander und bauen da so neumodisches Schnick-Schnack-Zeugs ein.

Aber es ist anders. Wir von HiFi-Selbstbau haben großen Respekt vor fast allen KEF Konstruktionen und es war immer schon in unseren Köpfen, einmal etwas Ähnliches zu machen. Von der Idee bis zur Umsetzung ist es oft eine langer Weg und manchmal braucht es einen Impuls von außerhalb, damit ein Projekt ins Rollen kommt. Alles fing mit einem Telefonat an, in dem uns erzählt wurde, dass jemand mal vor längerer Zeit unsere LAL hörte und ihm der Lautsprecher nicht mehr aus dem Kopf gegangen sei. Allein das war schon ein Kompliment, denn unser LAL-Projekt ist immerhin schon fast 10 Jahre her. Wenn sich da jemand an einen Hörtemin erinnert, dürfen wir stolz darauf sein und haben wohl etwas richtig gemacht.

Das kommt allerdings auch nicht von ungefähr, denn unsere Abonnenten wissen, dass wir unsere Konstruktionen gerne mit vielen Komponenten ausstatten, die sie langzeittauglich machen. Wir stellten dieses auch wieder fest, als wir im Rahmen der vorliegenden Konstruktion die LAL zum Vergleich in den Hörraum holten. Sicher würden wir heute einiges anders machen, wir und die Zeiten verändern sich, aber im Ganzen betrachtet macht die LAL immer noch ganz viel richtig.

So ist es auch mit KEF Lautsprechern. Heutige KEF Konstruktionen klingen eben moderner, frischer, schneller..., wie auch immer man das bezeichnen mag, aber die Alten machen auch heute noch verdammt vieles besser als so manche Karbominium-Titacryl Konstruktion aus dem Hause WFAMIA (WirFliegenAuchMalInsALL). Besonders sollte man sich vor den WOW-Modellen vorsehen, die einen sofort in ihren Bann ziehen, kann nämlich gut sein, dass deren WOW-Effekt einem nach vier Wochen ziemlich auf die Früchte geht die auch in der bekannten  N....-Nougat-Creme stecken.

Unser Auftraggeber hatte also die LAL im Kopf und sich daran erinnert, dass da etwas von einer KEF Largo oder CS9 stand. Beide DIY-Lautsprecher sind eng verwandt  mit einem Lautsprecher, den KEF 1977 auf den Markt brachte und der sich KEF 105 Reference nannte

Quelle: KEF Museum

2 Jahre später gab es dann noch eine KEF 105.2

Quelle: KEF Museum

Quelle: Audioheritage Japan

Von 1980 -1984 wurde dann sogar eine Version KEF 105.4 gebaut, bei der anstelle des 30ers KEF B300 zwei 20er KEF B200 verwendet wurden.

Quelle: HiFi-Database

Und aus diesem Lautsprecher resultierte die KEF 107, KEF´s erster Bandbass Konstruktion.

Quelle: HiFi-Database

Quelle: HiFi-Database

Wie man vielleicht jetzt mitbekommt, ist KEF keine Firma, die jedes Jahr eine neue Sensation herausbringt, sondern ihre Produkte sorgfältig weiterentwickelt und pflegt. Ein Gedanke, der uns sehr lieb ist, deshalb verfolgen wir KEF bis heute mit Vergnügen in der Entwicklung. Und irgendwann bauen wir UNSERE Blade

Also wie war das jetzt mit dem Gedächtnis, weiß es noch jemand von euch? Unser Auftraggeber hatte die Largo und damit die KEF 105 im Kopf und kaufte sich gebraucht eben eine solche. Die hat er übrigens immer noch und er ist nach wie vor begeistert von dem Lautsprecher. Was aber genau haben wir denn jetzt ungebaut? Naja, nicht jeder hat mehrere Zimmer, in denen eine hochwertige Musikanlage steht, aber unser Auf.........ach nennen wir ihn doch einfach Markus, also Markus hat deren drei.

Da gab es also noch ein Zimmer, in dem die KEF 105 auch spielen sollte. Bei der Suche nach einer weiteren Gebrauchten fand er ein Paar defekte KEF 105.2 und kaufte sie. Jetzt kommt wieder die LAL ins Spiel. Er rief nämlich bei uns an und fragte, ob man die defekten Chassis gegen LAL Chassis austauschen könne. Das geht natürlich nicht ohne massiven Eingriff in die Frequenzweiche und es kristallisierte sich in mehreren Telefonaten heraus, dass man die 105.2 auch komplett umbauen könne. Mittlerweile hatte er das Format des Lautsprechers nämlich lieb gewonnen. Das können wir gut nachvollziehen, denn wenn man die 105 im Raum stehen sieht, kommt sie einem im Vergleich mit moderneren Konstruktionen recht zierlich vor.

Also gut, den Dayton RS-270 aus der LAL konnten wir nicht nehmen. Der funktioniert wirklich gut nur in einer großen Bassreflexbox. Aber das Gehäuse ist ja da und es größer sägen.....dreimal abgeschnitten und immer noch zu kurz. Fällt also aus. Ein Tieftöner der dem alten KEF B300B in seinen klanglichen Eigenschaften so richtig nahe kommt ist der SPH-300KE von Monacor. Der Mittel-Hochtonteil sollte natürlich die Dayton Kombi aus der LAL werden.

Als klar war, dass Markus unseren Vorschlägen zutraute, seine Wünsche zu erfüllen, beauftragte er uns mit der Entwicklung einer Frequenzweiche für den "neu" entstehenden Lautsprecher.

Die Chassisauswahl:

Der ursprünglich in der KEF Reference 105.2 verbaute Bass war aber ein 30 cm durchmessender B300B SP1071, und so wurde aus dem DAYTON RS270S8 der LAL unser Preis-/Leistungssieger der 30cm Bässe, der MONACOR SPH-300KE - den es auch schon seit einer gefühlten Ewigkeit bei MONACOR gibt.

Der passt optimal in das Gehäuse der KEF Reference 105.2, wie unsere Messungen belegen (Fc=42Hz, Qtc=0.65).

Schwierig wurde es im Mittel-/Hochtonbereich, denn dort handelte es sich um ein kompaktes Spritzgussgehäuse aus Kunststoff, welches nicht so ohne Weiteres dazu überredet werden konnte, auch größere oder kleinere Chassis zu beherbergen. Im DAYTON-Programm wurde wir fündig und haben im Hochtonbereich statt der KEF T52 SP1049 eine DAYTON RS28-AS4 mit speziell angefertigter quadratischer Frontplatte verwendet.

Beim Mitteltöner wurde es dann ganz speziell. Hier passte schließlich nur ein DAYTON RS150T-8, die "abgeknabberte" Version des DAYTON RS150S-8 aus der LAL. Dieses Chassis konnte nur von hinten eingebaut werden, was nicht ganz optimal war. Aber gute Mitteltöner in der Korbform des KEF B110 sind heute nicht mehr erhältlich . . .

Impedanzmessung der Chassis im neuen Gehäuse:

Zunächst wurde die Impedanz im neuen Gehäuse gemessen um zu sehen, ob Chassis und Gehäuse ungefähr zueinander passen (Hinweis: bei einem geschlossenen Gehäuse ist eine möglichst niedrige Resonanzfrequenz bei einer Gesamtgüte von ca. 0.7 anzustreben):

-> kaum Impedanzänderung auch bei hohen Anregungspegeln -> der steckt was weg!

-> bei einer Resonanzfrequenz von 584 Hz und einer Gesamtgüte von 0.693 ist ein Abfall von 3 dB bei ca. 600 Hz zu erwarten -> sehr breitbandig einsetzbar!

-> kaum Impedanzänderung auch bei hohen Anregungspegeln -> der steckt was weg!

-> die serienmäßige Absorption mit Schaumstoff funktioniert gut (bis auf die Spitze um 550 Hz)

-> bei einer Resonanzfrequenz von 82.3 Hz und einer Gesamtgüte von 0.691 ist ein Abfall von 3 dB bei ca. 85 Hz zu erwarten -> sehr breitbandig einsetzbar!

-> kaum Impedanzänderung unter 400 Hz auch bei hohen Anregungspegeln -> der steckt was weg!

-> die serienmäßige Absorption mit Schaumstoff funktioniert gut (bis auf einen kleinen Hügel bei 140 Hz)

-> bei einer Resonanzfrequenz von 42 Hz und einer Gesamtgüte von 0.647 ist ein Abfall von 3 dB bei ca. 45 Hz zu erwarten

Schalldruckmessung der Chassis im neuen Gehäuse im Hörraum:

Die Chassis kennen wir ja alle schon aus unseren Datenblättern, somit wussten wir, ab wann der Klirrfaktor kritisch wird und wann die Chassis anfangen zu bündeln. Diese Infos braucht man, um "sinnvolle" Übertragungsfrequenzen festlegen zu können. Außerdem hatten wir diesbezüglich ja auch schon Erfahrungen mit der LAL, die dieselben Mittel- und Hochtöner verwendet. Daher konnten wir gleich die Chassis im neuen Gehäuse am Hörplatz "gewedelt" messen (s. Messen ohne RAR). Ergänzend haben wir auch den Schalldruck in der Nähe des Chassis gemessen (hier: 20 cm Abstand, 0°) und in 1 m Abstand unter 20°:

-> in 20cm Abstand zeigt sich noch ein großer Einfluss des Gehäuses
-> am Hörplatz (gewedelt) ergibt sich ein sehr ausgewogener Verlauf mit kontinuierlichem Abfall > 1250 Hz
-> in 1m/20° ist der Frequenzgang sehr ähnlich der gewedelten Messung am Hörplatz

-> in 20cm Abstand zeigt sich ein Einfluss des Gehäuses (Überhöhung bei 1400 Hz)
-> am Hörplatz (gewedelt) ergibt sich ein leicht abfallender Verlauf, ab 2 kHz ähnlich der 20cm Messung
-> in 1m/20° ist der Frequenzgang ähnlich der gewedelten Messung am Hörplatz, zeigt aber nicht die Membranresonanz bei 9 kHz

-> in 20cm Abstand zeigt sich ein schön linearer Frequenzgang bis 1.4 kHz
-> am Hörplatz (gewedelt) ergeben sich < 200 Hz starke Raumeinflüsse, ab 1 kHz fällt der Frequenzgang leicht ab
-> in 1m/20° ist der Frequenzgang > 200 Hz sehr ähnlich der gewedelten Messung am Hörplatz

3 Messungen, 3 Ergebnisse - da versteht man den Ausspruch: "wer misst misst Mist!" Aber man muss den Mist nur interpretieren können:

• Für Mittel- und Tieftöner zeigt die 20cm-Messung am besten den Frequenzgang ohne Raumrückwirkung
• Die gewedelte Messung zeigt ab ca. 400 Hz Ergebnisse, die den Einfluss der Schallwand und des Rundstrahlverhaltens gut wiedergeben: ein Resonanzpeak auf Achse ist auch bei dieser Messung erkennbar (sofern die Box auf den Hörplatz ausgerichtet ist)
• Die 1m/20°-Messung ist im Nutzbereich ein guter Kompromiss

Simulation mit Boxsim:

Mit diesen Messungen wurde ein Boxsim-Modell erstellt. Wenn man Messungen am Hörplatz nimmt, ist der mit Boxsim ermittelte Frequenzgang auch der zu erwartende Frequenzgang am Hörplatz, eine Berechnung des Energiefrequenzgangs macht in dem Zusammenhang keinen Sinn. Bei den TSPs wurden die mit JustOct ermittelten Werte eingegeben, außerdem wurde in Boxsim auch beim Tief- und Mitteltöner unter dem Menüpunkt "Chassis & Einbau" im Reiter "Chassis X" die Option "rückseitig geschlossen (z.B. HT-Kalotten)" angewählt. Für alle 3 Chassis wurde dort im Eingabefeld "Die Messung des Frequenzgangs erfolgte:" die Option "5. zu simulierende Box" ausgewählt:

Das erste Modell wurde mit den 1m/20°-Daten erstellt. Nach dem Stecken der Frequenzweichen und etwas "rumprobieren" ergab sich folgender Frequenzgang:

Das Layout sieht wie folgt aus:

Beim Hören viel relativ schnell auf, dass der Bassbereich etwas unterbelichtet war und etwas im Übergang MTHT nervte. Wenn man die Impedanzentzerrung im Bassbereich entfernt, klang es schon wärmer, denn dann wird der Bereich zwischen 60 und 130 Hz um mindestens 2 dB angehoben (Maximum + 2.5 dB bei 85 Hz), zwischen 45 und 220 Hz beträgt die Anhebung mindestens 1 dB. Zunächst wurde der Übergang zwischen TT und MT im Nahfeld untersucht:

-> Tief- und Mitteltöner müssen verpolt werden
-> MIT Impedanzentzerrung ist ein etwas steileres Hochpassfilter beim Mitteltöner besser (FW2, grüne Kurve)
-> OHNE Impedanzentzerrung ist das ursprüngliche Hochpassfilter beim Mitteltöner besser (FW1, rote Kurve (aber mit EQ))

Die Optimierung des Übergangs zwischen Mittel- und Hochtöner erfolgte in 1m Abstand unter 20° (dann kann das Mikrofon stehen bleiben ;-)

-> hier erscheint der Mitteltöner um 1.3 kHz eine Spur zu vorlaut

Daher wurde die Spule vor dem Mitteltöner um eine E12-Stufe erhöht (= Multiplikation mit 10^(1/12))=1.21) -> FW3:

Jetzt störte noch irgendwie der Buckel beim Hochtöner um 2.5 kHz -> was kann man da machen? Vielleicht reicht ja doch eine Weiche zweiter Ordnung mit weniger steilem Übergang (dann kann der teure 33uF-Kondensator entfallen)?

-> das geht doch schon in die richtige Richtung

Die Überlagerung von Mittel- und Hochtöner an nur einer Messposition zu beurteilen, ist immer etwas kritisch. Am Ende des Tages muss es AUCH am Hörplatz gut funktionieren -> es wurde Zeit fürs Wedeln!

-> den Bereich unter 200 Hz sollte man ausblenden, das sind die Raumeinflüsse bei unserer Standardposition
-> eine einfache Frequenzweiche 2. Ordnung für den Hochtöner klappt nicht (Einbruch um 2 kHz)
-> aber mit überbrücktem Vorwiderstand sah das schon gut aus

Mit der 6. Variante waren wir dann soweit zufrieden, wobei die Impedanzentzerrung im Bassbereich entfallen muss, um den Grundtonbereich anzuheben (auf Kosten des Tiefbasseindrucks). Außerdem wurde der Vorwiderstand des Hochtöners noch erhöht:

Diese Variante haben wir dann dem Auftraggeber vorgestellt. Er hat zwar einen sehr ausgewogenen Mittel-/Hochtonbereich attestiert, ihm war der Tiefbass dann aber - in unserem Hörraum - zu unterbelichtet. Ein subjektiver und messtechnischer Quercheck mit der LAL ergab, dass wir uns aber schon auf einem sehr guten Weg befinden:

-> der Wirkungsgrad der LAL ist deutlich geringer (dort wird aber auch die 8 Ohm-Variante des Hochtöners verbaut)
-> der Übergang zwischen Tief- und Mitteltöner ist bei der modifizierten KEF R105.2 offenbar besser gelungen
-> bei der modifizierten KEF R105.2 fällt der Hochtonbereich oberhalb von 7 kHz ab

Die Aufgabe bestand nun darin, den Mittel- und Hochtonbereich um ca. 3 dB abzusenken, damit der Entfall der Impedanzentzerrung beim Tieftöner nicht mehr nötig ist und so der Tiefbasseindruck verstärkt wird. Wer nun denkt, da packt man einfach die richtigen Vorwiderstände davor um den Pegel anzupassen stellt sich das VIEL zu einfach vor. Es waren weitere 4 Variationen nötig, um auf die endgültige Abstimmung zu kommen (FW10). Das Layout ähnelt nun wieder mehr der ursprünglichen Version (Hochpass Hochtöner mit 18 dB/Oktave), aber 8 Bauteile wurden um mindestens eine E12-Stufe verändert, 4 Bauteile um mindestens zwei E12-Stufen und 3 Bauteile um mindestens drei E12-Stufen. Außerdem wurden 2 neue Widerstände eingefügt:

Und so misst sich das dann am Hörplatz:

-> breitbandige Absenkung um ca. 2 dB im Bassbereich (außer Tiefbass) und ca. 3 dB > 300 Hz
-> kein Höhenabfall mehr > 7 kHz
-> kleine Präsenzdelle um 3 kHz

Und so ist der Verlauf der einzelnen Chassis:

Jetzt klingt die modifizierte KEF R105.2 schön rund, untenrum mit etwas mehr Fundament, obenrum etwas luftiger und niemals nervig - genauso wie eine KEF-Box klingen sollte. Im Moment wird gerade die 2. Box umgebaut und die Frequenzweiche aufgebaut. Dann sind wir auf das Feedback des Auftraggebers gespannt, wie die Box in SEINEM Raum klingt . . .

In dieser Version wurde die modifizierte KEF in unserem reflexionsarmen Raum gemessen. Zunächst mal die Impedanz bei verschiedenen Anregungspegeln:

-> im Bass- und Grundtonbereich extrem gutmütiger Verlauf mit Impedanzminimum von 6.4 Ohm dank Impedanzentzerrung
-> darüber Impedanzmaximum von 14 Ohm um 1.5 kHz sowie Impedanzminimum von 4.7 Ohm im Höchsttonbereich
-> nur leichte Pegelabhängigkeit zwischen 100 und 200 Hz (dort hat der Tieftöner sein Impedanzminimum)

Der Effekte der Impedanzentzerrung im Bassbereich ist deutlich zu erkennen - gerade auch im Phasenverlauf:

Im Folgenden wurde der Frequenzgang auf Achse bei unterschiedlichen Mikrofonhöhen in 100 cm Abstand vom Mitteltöner gemessen. Die Box stand auf einem kleinen Ständer, der Mittelpunkt des Mitteltöners befand sich in 114cm Höhe (Hinweis: unter 400 Hz sind die Ergebnisse durch Reflexionen an Boden und Decke kontaminiert):

-> die Hauptabstrahlung ist leicht nach oben gerichtet (in 1m Abstand ca. 5 cm über Hochtöner)
-> Reflexionen am Boden (h<=114cm) werden reduziert

Wenn man den Mitteltöner verpolt, ergibt sich folgendes vertikales Rundstrahlverhalten:

-> Reflexionen am Boden (h<=114cm) werden verstärkt

Am Hörplatz fällt die Entscheidung für die nicht verpolte Variante (schwarze Kurve) leichter:

In der Mikrofonhöhe von 134cm (5cm über HT in 1m Abstand) wurde nun das horizontale Rundstrahlverhalten gemessen:

-> gleichmäßiger Verlauf bei höheren Winkeln mit "Einschnürung" im Präsenzbereich

Und so sehen Mittel- und Hochtöner über Weiche aus:

-> die "Einschnürung" im Präsenzbereich kommt offenbar durch das Gehäuse

Bei der Auswahl der Frequenzweichenbauteile haben wir darauf geachtet, dass z.B. die Kondensatoren eine ausreichende Spannungsfestigkeit haben. Widerstände wurden bei "gesteckter" Weiche 10x mit Marla Glen/Personal in Partylautstärke malträtiert und dann subjektiv "thermisch beurteilt": Wenn sie dabei deutlich mehr als handwarm sind, würden sie eine stundenlange Party nicht überstehen, ohne eine Brandgefahr darzustellen.
Schwierig wurde die Beurteilung nur bei der Impedanzentzerrung im Bassbereich, daher wurden die dort auftretenden Spannungen gemessen. Dazu musste jeweils dafür gesorgt werden, dass das zu messenden Bauteil gegen Masse positioniert war:

-> oberhalb von 40 Hz bekommt die 22mH-Spule einen Großteil der Spannung ab -> da passt dank 438 gr Kupfer aber auch ordentlich Wäre rein ;-)
-> der Widerstand bekommt vor allem rund um die Einbau-Resonanzfrequenz viel Leistung ab (ca. -9 dB = 1/8 der Leistung die der Tieftöner in diesem Frequenzbereich mechanisch verkraften kann)
-> der Kondensator wird vor allem unterhalb von 40 Hz gestresst, hier geht der Anregungspegel aber üblicherweise stark zurück (s. Musik analysieren)

Und so sehen die Spannungsverläufe an allen 3 Chassis aus (damit und mit dem Impedanzverlauf kann man leicht checken, ob beim Aufbau der Frequenzweiche etwas schief gegangen ist):

Fazit:

Es gibt mehrere Methoden, ein altes Schätzchen wieder zum Laufen zu bringen. Da hier defekte Chassis so oder so zu einer Neukonstruktion der Weiche geführt hätten, musste eine "Kernsanierung" (neue Chassis + neue Weiche) durchgeführt werden. Außer der gelben Farbe der Bassmembran ist nichts Auffälliges bei diesem Umbau zu sehen. Das Gehäuse wirkt recht klein, denn es ist bis ca. 65 cm Höhe nur 415 mm breit, darüber beträgt die Gehäusebreite nur noch ca. 200 mm. Im Raum sieht die KEF 105 daher sehr klein aus.

Nun ist die KEF Reference 105.2 fit für weitere 25 Jahre . . .