Weiche Sentry IIIAnalyse eines Klassikers

Im 1. Teil der Artikelserie haben wir neben ein paar allgemeinen Informationen zur Sentry III und dem Ziel der Untersuchungen (Vergleich passiv/aktiv) erste Messergebnisse präsentiert (Impedanzmessungen an der Gesamtbox und Frequenzgang am Hörplatz im Hörraum HS1 und im Nahfeld). Das wesentliche Zwischenergebnis war, dass sich die beiden "weißen" Boxen W1 und W2 deutlich von den "brauen" Boxen N1 und N2 unterscheiden.

In diesem Teil der voraussichtlich 4-teiligen Artikelserie soll der Spannungsverlauf an den Chassis gemessen und simuliert werden um zu entscheiden, welches Paar denn nun "serienmäßiger" ist.

Spannungsverlauf an den Chassis:

Um die Ursache für den unterschiedlichen Impedanzverlauf zu finden wurde zunächst der Spannungsverlauf an den Chassis gemessen. Dazu muss "nur" der obere Teil der Rückwand abgeschraubt und "umgeklappt" werden, da dahinter die Frequenzweiche angebracht ist (für den Tieftöner ist das Gehäuse dann allerdings offen).

So sieht die Frequenzweiche dann aus (oben Box N1/N2, unten Box W1/W2):


Hinweis: die "Platinchen" jeweils unten links sind die Schutzschaltungen für die Hochtöner (Lamp + STR im Weichenschaltbild)

Die immerhin 5 Spulen sind alle Trafokern-"Spülchen", bei den "braunen" Boxen sind die meisten Kondensatoren Reihenschaltungen aus Tonfrequenzelkos, bei den "weißen" Boxen gibt es ausschließlich Folienkondensatoren.

Auch die Werte der Kondensatoren sind unterschiedlich, nur die Werte der "weißen" Boxen entsprechen den Weichenplänen von Electro Voice für die Sentry III:

Die einzelnen Bauteile wurden nicht nachgemessen, sondern deren Werte nur abgelesen. Die Kennzeichnungen auf den Spulen lassen keinen Rückschluss auf die korrekten Werte zu. Die Widerstände entsprechen den obigen Werten (angepasst auf 1823M gemäß Kommentar), die Kondensatoren der "braunen" Boxen weichen vom obigen Weichenschaltbild ab:

Sollwert Istwert (W1/W2) Istwert (N1/N2)
2x 30uF parallel -> 60uF 2x 30uF/70VAC Folie parallel -> 60uF 2x 100uF/63VDC Tonfrequenz in Reihe -> 50uF (-8.3%)
17.7uF 17.7uF/50VDC Folie 2x 33uF/250VDC Tonfrequenz in Reihe -> 16.5uF (-6.8%)
30uF 30uF/63VDC Folie 2x 68uF/63VDC Tonfrequenz in Reihe -> 34uF (+13.3%)
1.5uF 2.2uF/100VDC Folie (+46.7%) 2.2uF/100VDC Folie (+46.7%)

Und so sehen die gemessenen Spannungsverläufe der Chassis dann aus:


-> der Tieftöner von W1/W2 zeigt einen leicht anderen Spannungsverlauf als bei N1/N2 (dort ist der Kondensator nur 50uF -> höhere Trennfrequenz)
-> die elektrische Trennfrequenz liegt bei ca. 600 Hz, die elektrische Flankensteilheit beträgt ca. 16 dB/Oktave -> da schwingt etwas
-> um 100 und 500 Hz ergibt sich eine Spannungsverstärkung am Tieftöner, im Gegenzug treten dort Impedanzminima auf


-> der Mitteltöner von N1 ist ca. 1 dB lauter als N2, der Mitteltöner von W1/W2 sogar 4 dB (von 600 bis 3000 Hz) -> bei N1/N2 scheint es einen "versteckten" Vorwiderstand zu geben (z.B. Verluste Tonfrequenzelkos?)
-> die elektrische Trennfrequenz (Hochpass) liegt bei ca. 500 Hz, die elektrische Flankensteilheit beträgt ca. 10 dB/Oktave
-> die elektrische Trennfrequenz (Tiefpass) liegt bei ca. 7 kHz (W1/W2) bzw. 10 kHz (N1/N2), die elektrische Flankensteilheit beträgt ca. 4 dB/Oktave


-> der Hochtöner von N1 ist ca. 0.7 dB lauter als N2, der Hochtöner von W1/W2 etwa 0.5/0.7 dB (> 3 kHz)
-> die elektrische Trennfrequenz liegt bei ca. 8.5 kHz, die elektrische Flankensteilheit beträgt < 3 kHz ca. 13 dB/Oktave

Die Stellung des Hochtonreglers wirkt sich auf den Spannungsverlauf des Mittel- bzw. Hochtöners aus (am Beispiel von Box N1):

Betrachtet man den relativen Pegelabfall (bezogen auf die Stellen "1"), so verhalten sich Mittel- und Hochtöner interessanterweise weitgehend gleich -> die "Schaltung" (0.6mH Spulen mit verschiedenen Parallelwiderständen) liegt laut Weichenplan ja auch vor den beiden Chassis. Bei der Box W1 ist der relative Abfall wegen der unterschiedlichen Gesamtimpedanz allerdings etwas anders.

Fazit Spannungsverlauf an den Chassis:
- Tief- und Hochtöner verhalten sich in den Boxen N1, N2, W1 und W2 weitgehend ähnlich
- beim Mitteltöner gibt es leichte Unterschiede bei den "gleichfarbigen" Boxen, aber deutliche Unterschiede bei den Farben

Impedanzmessung der Einzelchassis:

Um die Ursachen für die Unterschiede im Nahfeld zu ergründen kann man den Impedanzverlauf der Chassis messen:


-> zwischen 150 und 1000 Hz weitgehend ähnlicher Verlauf (unter 150 Hz wird der Verlauf durch das offene Gehäuse verändert)
-> der Tieftöner aus der W2 zeigt schon ab 500 Hz lokale Impedanzüberhöhungen (Membranresonanzen?)


-> prinzipiell ähnlicher Verlauf mit Peaks bei 650 Hz und 1.9 kHz, aber Mitteltöner aus Box N1 deutlich hochohmiger -> weniger Spannungsabfall
-> die Mitteltöner aus W1/W2 haben einen etwas tieferen und deutlich schmaleren Impedanzpeak um 600 Hz


-> alle 4 Hochtöner deutlich unterschiedlich (Resonanzfrequenz, Impedanzmaximum und Gleichstromwiderstand)
-> Hochtöner aus Box N1 zeigt die stärksten Störstellen > 6 kHz

Die Impedanz wurde natürlich wieder in 5 (TT und MT) bzw. 4 (HT) Pegelstufen gemessen. Dort zeigten sich nur beim Tieftöner pegelabhängige Unterschiede, beim Mittel- und Hochtöner trat nur bei der höchsten Pegelstufe eine Erhöhung der Impedanz durch Erwärmung der Schwingspule auf. Die bei der Gesamtbox beobachtete Pegelabhängigkeit der Impedanz muss daher durch Nichtlinearitäten der Weichenbauteile verursacht worden sein. Da dies bei den "braunen" und den "weißen" Boxen gleichermaßen auftrat sind die Trafokern-"Spülchen" massiv als Verursacher im Verdacht.

Fazit Impedanzmessung der Einzelchassis:
- Mitteltöner (Box N1) und Hochtöner sind zum Teil deutlich unterschiedlich

Simulation der Spannungsverläufe am Chassis:

Wenn man die Weichenbauteile und die Impedanz der Chassis kennt, kann man den Spannungsverlauf an den Chassis z.B. mit Boxsim berechnen. Es wurden die Boxen N1 und W1 nachsimuliert, wobei davon ausgegangen wurde, dass die Spulen ihre nominellen Werte haben und die Kondensatoren und Widerstände die aufgedruckten Werte. Nur die Verluste der Spulen sind nicht bekannt, es wurden typische Werte von kleinen Ferritspulen angenommen. So sieht das Schaltbild in Boxsim für die Boxen N1/N2 (links) bzw. W1 (rechts) aus:


Hinweis: die Widerstände vor den 50uF- bzw. 60uF-Kondenstoren repräsentieren die Verluste dieser Kondensatoren

Die Ergebnisse der Weichensimulation wurden als Textdatei importiert und in eine OCT-Datei umgewandelt, damit sie zusammen mit den gemessenen Werten angezeigt werden können. so sieht das dann für die Boxen N1/N2 (links) bzw. W1 (rechts) aus:


-> der Spannungsverlauf an den Tieftönern kann sehr gut simuliert werden
-> der Spannungsverlauf an den N1/N2-Mitteltönern kann nicht gut simuliert werden -> hier gibt es unsimulierte Verluste
-> der Spannungsverlauf an den Hochtönern kann passabel simuliert werden, beim W1-Hochtöner gibt es aber Abweichungen (Wert des Vorkondensators?)

Durch weitere Versuche konnte der simulierte Spannungsabfall an den Mitteltönern N1/N2 besser an den gemessenen Spannungsabfall angenähert werden. Dabei mussten (als grobe Vereinfachung) ohmsche Verluste für die beiden Tonfrequenzelkos vor den Mitteltönern in Höhe von 15% der Nennkapazität angenommen werden (also 2.5 Ohm für den 16.5 uF Kondensator und 5.1 Ohm für den 34 uF Kondensator). Diese Verlustwiderstände wurden zur 0.32 mH-Spule aufaddiert (nun 2.7 Ohm, vorher 0.2 Ohm) bzw. zum Spannungsteiler (nun 7.6 Ohm, vorher 2.5 Ohm).

Damit ergab sich dann folgender Spannungsabfall:

Fazit Vergleich Messung/Simulation der Spannungsverläufe am Chassis:
- Messung und Simulation stimmen in weiten Bereichen gut überein aber insbesondere der Spannungsverlauf an den Mitteltönern N1/N2 weicht (ohne Annahme von "unsichtbaren Verlusten") deutlich ab

Im 3. Teil widmen wir uns dem legendären Tieftöner der Sentry III:
- Messung des Frequenzgangs in unserem Messpodest
- Bestimmung der TSPs
- Simulation des Tieftonverhaltens im Gehäuse der Sentry 3