Erste Eigenentwicklung (PA) Tops

[Rainer_Zufall]

Hallo zusammen.

Ich beschäftige mich jetzt seit etwa einem halben Jahr mit Lautsprecherentwicklung und Messtechnik. Habe letztes Jahr mit viel Hilfe einen Subwoofer gebaut bekommen und will jetzt nicht aufhören. Dafür macht es zu viel Spaß.
Darum habe ich mir das irrsinnig hohe Ziel gesteckt ein (PA) Top selber zu entwickeln. Habe im Vorfeld schon einige Tipps und Hilfen bekommen, aber bin mir auch bewusst das ich sehr viel noch nicht weiß. Darum bin ich für jede Hilfe dankbar.

Im Moment versuche ich ein passendes Gehhäuse für meine ausgewählten Treiber zu entwickeln. Ein Mitglied im PA-Forum ("Fux") hatte mir netterweise schon ein paar Sachen in AJ-Horn simuliert. Zusätzlich habe ich grundlegende geometrische Überlegungen angestellt und in BoxSim hin und her simuliert.


Weil ich da irgendwann auch nicht mehr weiter gekommen bin, habe ich mir ein paar Treiber und Endstufen gekauft und auf Grundlage der Vorüberlegungen ein verstellbares Testgehäuse gebaut.
Die Rückwand ist verstellbar und rastet mit Federbolzen in verschiedenen Bohrungen ein. Als BR-Ports habe ich mir verschiedene Längen und Durchmesser gedruckt. Von geschlossen bis 90 mm Länge.


Folgende Parameter sind veränderbar:

• Gehäusevolumen (abzüglich Chassis, Näherungswert) entspricht Abstand zu Frontwand
  
  • 56l = 24 mm
  • 65l = 27 mm
  • 74l = 30 mm
  • 85l = 34 mm
  
  
• Portlänge
  
  • Geschlossen
  • 16 mm
  • 32 mm
  • 60 mm
  • 90 mm
  
  
• Portfläche, entspricht Wandstärke der Porteinsätze
  
  • 90x90 mm = "ohne" (kein Porteinsatz, feste Länge von 16 mm)
  • 80x80 mm = 5
  • 70x70 mm = 10
  
  

Gestern bin ich dann auch endlich dazu gekommen die vielen Kombinationsmöglichkeiten auch mal zu messen. Die Messergebnisse sehen etwas verwackelt aus und Impulsantwort und Phase wirken auch irgendwie verdächtig. Aber ich hoffe, zum Vergleichen untereinander reichts.

Ich würde gerne eure Meinung zu den Ergebnissen hören.
Beschreibung folgt (wegen Zeichenbegrenzung) in den nächsten Beiträgen. Bitte einen Moment geduld.

[Rainer_Zufall]

Erste Messung: Gehäusedämmung.
BR-Port (90x90mm, 16mm Portlänge)



Frequenzgang bei verschiedenen Volumina. Vergleich ohne und mit Dämmung:
56l, BR, 90x90mm Portfläche, 16mm Portlänge


65l, BR, 90x90mm Portfläche, 16mm Portlänge


74l, BR, 90x90mm Portfläche, 16mm Portlänge


85l, BR, 90x90mm Portfläche, 16mm Portlänge



Klirrmessung nach Farina:
Ohne Dämmung, 56l, BR, 90x90mm Portfläche, 16mm Portlänge



Mit Dämmung, 56l, BR, 90x90mm Portfläche, 16mm Portlänge



Sonogramm
Ohne Dämmung, 56l, BR, 90x90mm Portfläche, 16mm Portlänge


Mit Dämmung, 56l, BR, 90x90mm Portfläche, 16mm Portlänge




Ohne Dämmung, 85l, BR, 90x90mm Portfläche, 16mm Portlänge


Mit Dämmung, 85l, BR, 90x90mm Portfläche, 16mm Portlänge




EDIT:
Zur Erklärung der Benennung der Messungen:
24 = 56l
27 = 65l
30 = 74l
34 = 85l

Beispiel Portbenennung:
5x32 = 5mm Wandstärke (Portfläche 80x80 mm) und 32 mm Portlänge
10x90 = 10mm Wandstärke (Portfläche 70x70 mm) und 90 mm Portlänge





Ich fand es schwer einen Unterschied zu erkennen. Aber weil die Nachhallzeit im Sonogramm mit Dämmung etwas geringer war habe ich den Schaumstoff bei den nächsten Messungen drin gelassen.
Auffällig ist, das vor allem bei großem Volumen (85l) ein größerer Unterschied zu erkennen ist als bei m kleineren Volumen (56l).

[Rainer_Zufall]

Als nächstes habe ich alle weitere Parameter kombiniert und gemessen. 2,83V, 2m Abstand, Ground Plate Messung.


Hier alle messungen auf ein mal:

Da kann man natürlich nichts drauf erkennen.


In folgendem habe ich die verschiedenen Portlängen mit Querschnitt 80x80 mm untersucht.
Als GIF:


Als einzelne Bilder:
Verschiedene Volumina, geschlossene Box


Verschiedene Volumina, BR-Box, 80x80mm Portfläche, 16mm Portlänge


Verschiedene Volumina, BR-Box, 80x80mm Portfläche, 32mm Portlänge


Verschiedene Volumina, BR-Box, 80x80mm Portfläche, 60mm Portlänge


Verschiedene Volumina, BR-Box, 80x80mm Portfläche, 90mm Portlänge



Querschnitt 70x70mm
Als GIF

Als einzelne Bilder

Verschiedene Volumina, BR-Box, 70x70mm Portfläche, 16mm Portlänge


Verschiedene Volumina, BR-Box, 70x70mm Portfläche, 32mm Portlänge


Verschiedene Volumina, BR-Box, 70x70mm Portfläche, 60mm Portlänge


Verschiedene Volumina, BR-Box, 70x70mm Portfläche, 90mm Portlänge




EDIT:
Zur Erklärung der Benennung der Messungen:
24 = 56l
27 = 65l
30 = 74l
34 = 85l

Beispiel Portbenennung:
5x32 = 5mm Wandstärke (Portfläche 80x80 mm) und 32 mm Portlänge
10x90 = 10mm Wandstärke (Portfläche 70x70 mm) und 90 mm Portlänge

[Rainer_Zufall]

Als nächsten das Volumen als veränderliche Größe untersucht:
GIF


Bilder
56l, geschlossen und BR (alle Portlängen und Querschnitte)


65l, geschlossen und BR (alle Portlängen und Querschnitte)


74l, geschlossen und BR (alle Portlängen und Querschnitte)


85l, geschlossen und BR (alle Portlängen und Querschnitte)


Es ist schön zu sehen wie sich der Frequenzgang ändert, wenn sich das gehäusevolumen ändert. Und das nicht nur am unteren Ende, sondern auch zwischen 500 und 700 Hz.




EDIT:
Zur Erklärung der Benennung der Messungen:
24 = 56l
27 = 65l
30 = 74l
34 = 85l

Beispiel Portbenennung:
5x32 = 5mm Wandstärke (Portfläche 80x80 mm) und 32 mm Portlänge
10x90 = 10mm Wandstärke (Portfläche 70x70 mm) und 90 mm Portlänge

[Rainer_Zufall]

Bisher habe ich alle messungen bei 1W und mit 2 m Abstand durchgeführt. Darum noch mal bei höheren Lautstärken und mit nur 1 m Abstand. Das reduziert dann auch die Störeinflüsse wie Wind.

Verschiedene Volumina, geschlossenes Gehäuse


Verschiedene Volumina, Port 80x80 mm Fläche, 32 mm lang


Verschiedene Volumina, Ohne Porteinsatz (90x90mm Fläche, 16 mm lang)



Gegenüberstellung der drei Portlängen, Verschiedene Volumina:
Geschlossenes Gehäuse vs. BR, 80x80mm Portfläche, 32mm Portlänge


Geschlossenes Gehäuse vs. BR, 90x90mm Portfläche, 16mm Portlänge


BR, 80x80mm Portfläche, 32mm Portlänge vs. BR, 90x90mm Portfläche, 16mm Portlänge




Hier zwei Volumina zu besseren Anschaulichkeit separat
56l, geschlossenes Gehäuse und BR 80x80 mm Portfläche, 32 mm länge


85l, geschlossenes Gehäuse und BR 80x80 mm Portfläche, 32 mm länge




EDIT:
Zur Erklärung der Benennung der Messungen:
24 = 56l
27 = 65l
30 = 74l
34 = 85l

Beispiel Portbenennung:
5x32 = 5mm Wandstärke (Portfläche 80x80 mm) und 32 mm Portlänge
10x90 = 10mm Wandstärke (Portfläche 70x70 mm) und 90 mm Portlänge

[Rainer_Zufall]

Fehlt noch Klirr nach Farina. Der Kompaktheithalber als GIF (zu allen Messungen)


Und Phase / Gruppenlaufzeit der größten unterschiedlichen Parameter
56l und 85l mit den Ports

• geschlossen,
• 80x80mm, 32mm länge
• 80x80mm, 90mm länge

EDIT:
Zur Erklärung der Benennung der Messungen:
24 = 56l
27 = 65l
30 = 74l
34 = 85l

Beispiel Portbenennung:
5x32 = 5mm Wandstärke (Portfläche 80x80 mm) und 32 mm Portlänge
10x90 = 10mm Wandstärke (Portfläche 70x70 mm) und 90 mm Portlänge

[Rainer_Zufall]

Mir ist beim Betrachten der Ergebnisse folgendes in den Sinn gekommen:

Bei kleinen Volumina ist der Einfluss von BR-Kanälen, gegenüber der geschlossenen Box weniger zu sehen. Erst bei großem Gehäusevolumen sieht man eine ordentliche Anhebung. 85 Liter ist aber schon echt ein Trümmer.
Da ich meine Box gerne möglichst kompakt haben möchte, könnten die Bauformen geschlossen oder tief abgestimmter BR-Kanal infrage kommen.
Der tief abgestimmte Kanal hätte den Vorteil das die ganz tiefen Frequenzen angehoben werden, was für den Betrieb ohne zusätzlichen Subwoofer von Vorteil ist. Darüber sehen die Daten der geschlossenen bauweise ziemlich ähnlich, was zum Beispiel beim Betrieb mit einem zusätzlichen Subwoofer gut ist.

Hier eine Gegenüberstellung von

• geschlossenem Gehäuse, 56l zu
• BR-Gehäuse, 56l, 80x80mm, 90mm Portlänge

Frequenzgang


Phase / GD


Sonogramm


Klirr nach Farina




EDIT:
Zur Erklärung der Benennung der Messungen:
24 = 56l
27 = 65l
30 = 74l
34 = 85l

Beispiel Portbenennung:
5x32 = 5mm Wandstärke (Portfläche 80x80 mm) und 32 mm Portlänge
10x90 = 10mm Wandstärke (Portfläche 70x70 mm) und 90 mm Portlänge


Könnte das funktionieren, oder liege ich völlig daneben?

[Rainer_Zufall]

Ach so, das hier ist der passende Hochtöner:
Frequenzgang


Phase / GD


Klirr nach Farina


Sonogramm




Sorry, ist echt viel auf einmal.
Aber wenn jemand Lust hat sich das anzugucken, bin ich für jeden Tipp oder Hinweis dankbar.

[jogi]

Sorry, ist echt viel auf einmal.

Ziemlich viele Bildchen von irgendwelchen Lautsprechern in irgendeinem Gehäuse abgestimmt auf irgendwelche Frequenzen und irgendein Hochtontreiber. Das ist alles ziemlich nichtssagend.
Du solltest dir angewöhnen, die Treiber zu nennen und Frequenzgänge mit der zugehörigen Impedanzmessung zu posten. Dann wüssten wir wenigstens ungefähr, was du da machst

[Rainer_Zufall]

Hi Jogi,

danke für den Hinweis. Es wurden bei allen Messungen die gleichen Chassis benutzt, im gleichen, verstellbaren Gehäuse. Welches Volumen und welcher BR Kanal im Bild zu sehen sind habe ich ins Bild geschrieben.

Die Mitteltontreiber sind 18Sound 12NTLW3500


Hochtontreiber: 18Sound ND3ST


Horn: XR1496C


Gemessen habe ich das ganze mit einem iSEMcon EMX-7150, mit SC-1 Kalibrator. Soundkarte ist eine Focusrite Scarlett 2i2, Multimeter ein PeakTech 3360.

[Micha_HK]

Hallo,

danke für die Vorstellung deiner Entwicklung. Darf ich fragen, wie du die verstellbare Rückwand abdichtest? Einfach so die Bretter aufeinander muss doch überall raus pfeifen, oder irre ich mich?

VG
Michael

[Rainer_Zufall]

Ich habe meine Beiträge jetzt noch mal überarbeitet. Wenn man selbst so tief im Thema drin ist, fällt einem gar nicht auf, wie unübersichtlich das für Außenstehende ist. Hoffe das ist jetzt besser verständlich.

@Micha_HK: Ich habe um das Brett herum Dichtband gemacht. Dick genug das es press sitzt.
Damit das DIchtband beim Verstellen nicht abschält, habe ich es mit einem breiten Streifen Klebeband fixiert (ein mal drüber).

[pcmurx]

Moin Rainer,

so wie ich das verstehe, sorgst du dich momentan um die Bassabstimmung des Tops?

Ich würde vorschlagen, Bassreflex zu bauen und abzuwägen, inwiefern du mit dem größeren Volumen leben kannst. Wenn du die Dinger dann doch mal ohne Subwoofer nimmst, ist die Betriebssicherheit mit passendem Lowcut im BR-Betrieb höher.

Warum du hier momentan wenig Resonanz bekommst, liegt sicherlich daran, dass du keine konkrete Frage oder Problemstellung beschrieben hast.

So ist es halt eine Sammlung an Einzelmessungen, und berührt die interessanten und diskusionswürdigen Themen wie z.B. die Wahl der Trennfrequenz zwischen Mitteltönern und dem Horn noch nicht. Um die Brücke zu schlagen: wie hattest du das denn geplant?

Den Kontext des Sonogramms verstehe ich auch noch nicht. Wo kommt das her?

Am Material hast du ja nicht gespart, daher wäre es doch schön, wenn man die Kiste am Ende auch vernünftig abgestimmt bekommt.

Viele Grüße,
Stefan

[Rainer_Zufall]

Hi Stefan, danke für den Hinweis.

Du hast recht, im Moment kümmere ich mich um das Gehäuse. Frequenzweiche und Glätten des Frequenzgangs kommen danach.
Ich möchte für das Gehäuse natürlich den bestmöglichen Kompromiss für meine Zwecke finden. Also besten Klang, größten Tiefgang, größte Lautstärke bei kleinstem Volumen. Ich weiß auch das alles gleichzeitig nicht geht, darum habe ich ein paar messungen angestellt um zu verstehen wie sich die Treiber in unterschiedlichen Volumina bei unterschiedlicher Abstimmung verhalten. Nicht nur in Simulation, sondern in Wirklichkeit.

Ich habe auch schon eine Idee was es werden könnte, aber ich würde gerne die Meinung von erfahrenen Lautsprecherentwicklern dazu hören.

Sorry wenn das ein wenig unstrukturiert rüberkommt. Ist ja quasi meine erste Selbstentwicklung und ich weiß noch nicht so recht welche Infos wirklich wichtig sind und welche nicht. Darum habe ich erst mal alles gepostet.



Also meine konkrete Frage an die Runde: Wie finde ich für das Gehäuse die bestmögliche Abstimmung mit der Prio1: Klang?

Ich werde das Top überwiegend zusammen mit Subwoofern betreiben, gelegentlich aber auch ohne. Und dann sollte es auch der Größe entsprechend klingen. Also kein reines Top über Bässen, was ohne Bässe nur zur Sprachbeschallung taugt und an Handysound erinnert. Muss in dem Fall aber auch kein Basswunder sein. Einfach ein vernünftiger, runder Klang.
Lautstärke ist beim Betrieb ohne Bässe eher zweitrangig, darum kann ich in dem Fall auch zum EQ greifen und den Frequenzgang beliebig anheben. Aber natürlich nur im sinnvollen Rahmen, dass die Treiber keinen Schaden nehmen.
Das Top soll später aktiv betrieben werden, an einer Endstufe mit DSP. Passive Weichen sind mir für den Anfang viel zu schwierig.

[ansch]

Also meine konkrete Frage an die Runde: Wie finde ich für das Gehäuse die bestmögliche Abstimmung mit der Prio1: Klang?

Ich werde das Top überwiegend zusammen mit Subwoofern betreiben, gelegentlich aber auch ohne. Und dann sollte es auch der Größe entsprechend klingen. Also kein reines Top über Bässen, was ohne Bässe nur zur Sprachbeschallung taugt und an Handysound erinnert. Muss in dem Fall aber auch kein Basswunder sein. Einfach ein vernünftiger, runder Klang.
Lautstärke ist beim Betrieb ohne Bässe eher zweitrangig, darum kann ich in dem Fall auch zum EQ greifen und den Frequenzgang beliebig anheben. Aber natürlich nur im sinnvollen Rahmen, dass die Treiber keinen Schaden nehmen.
Das Top soll später aktiv betrieben werden, an einer Endstufe mit DSP. Passive Weichen sind mir für den Anfang viel zu schwierig.

1. Option: Also für die konkrete Fragestellung würde ich das Top klassisch geschlossen mit Einbaugüte 0,7 bauen und notfalls im Singlebetrieb ohne Sub untenrum mit dem Controller anschieben (Limiter entsprechend setzen).
2. Option: Notreflex mit kleinen Ports (Loch in der Box), vglw. tief abgestimmt und dann wieder mit Controller unten anschieben wenn das Top allein ohne Sub und ohne große Pegelanforderung genutzt wird. (Limiter entsprechend setzen).

Option 2 geht tiefer und dann im Singlebetrieb lauter. Option 1 ist klanglich besser. Wenn Die Einbauresonanzfrequenz geschlossen die sinnvolle Trennung zum Sub ermöglicht, würde ich das machen.

Andere sehen das naturgemäß möglicherweise anders.

Achso, Nachtrag: der Sinn vom Notreflex ist Kompression bei hohen Pegeln!

[kboe]

Notreflex usw.....
Cooler Ausdruck!
Wärs das nicht fast gescheiter, ordentlich BR abzustimmen, wenns denn von der Größe her noch geht und im Normalbetrieb die Löcher einfach zuzuschrauben?
Plättchen davor, auf 1 Bolzen schwenkbar gelagert und ne Flügelmutter dran??

Just my 2 cts

[Rainer_Zufall]

Danke für die Vorschläge. Ich habe mir die drei Optionen mal näher angesehen.



Geschlossene Box:
Laut der Messung hat das Gehäusevolumen kaum einen Einfluss auf den Bass.


Allerdings ändert sich je nach Gehäusevolumen der Bereich zwischen 300 Hz und 700Hz. Woran könnte das Liegen? Das tritt bei allen Messungen auf.


Für eine Gesamtgüte von 0,7 müsste das Gehäuse ein Volumen von 47,2 Liter haben.


Um den Bassbereich anzuheben muss man folgendes am Equalizer drehen.

• 200 Hz bis 100 Hz: +7 dB
• 100 Hz bis 70 Hz: +5 dB
• 70 Hz bis 50 Hz: +5 dB

Notreflex (tief abgestimmter BR-Kanal):
Ich habe hierzu jeweils den kürzesten (16 mm) und den längsten (90 mm) Bassreflexkanal einmal in 56l und einmal in 85l angesehen.


Die Variante 56l, 80x80 mm Portfläche, 90mm Portlänge scheint ganz gut geeignet zu sein.
Der Frequenzgang ist noch halbwegs gerade. Laut BoxSim komme ich auf eine Abstimmung von 44 Hz.


Man gewinnt dadurch ein bisschen Pegel im Bassbereich.





Richtige BR Abstimmung
Hierfür habe ich mir noch mal die Animationen angesehen
Portfläche: 70x70, alle Volumen, veränderliche Portlänge


Portfläche: 80x80, alle Volumen, veränderliche Portlänge


Alle Portflächen, veränderliche Volumen


Der 16 mm lange Port mit 80x80 mm Querschnitt wirkt ganz brauchbar


Und als Gehäusevolumen scheint 85l ein guter Kompromiss zu sein. Bringt jedenfalls Deutlich mehr Pegelgewinn im Bassbereich als beim Notreflex. Zwischen 200 Hz und 100 Hz tut sich hingegen nicht viel. Im Vergleich zur geschlossenen Box ist der Frequenzgang jetzt aber viel krummer.


Laut BoxSim ist das Gehäuse dann auf 49 Hz abgestimmt





Ist das so sinnvoll, oder stütze ich mich gerade zu sehr auf die Messdaten?

[ansch]

Soweit, so gut. Jetzt könntest Du die Messungen der 3 Gehäusevarianten mal als *.frd Dateien in das Simulationsprogramm Deiner Wahl exportieren und die Filter und PEQ's im DSP simulieren.
Das Ganze für die beiden Anwendungen
- Top mit Sub
- Single

Bei Top mit Sub und Trennung um 100 Hz wirst Du wohl bei sehr ähnlichen Einstellungen landen, da hier ja nicht viel angehoben werden muss.
Für den Singlebetrieb mit Low-Selv 2. Ordnung mal anheben und schauen was sinnvoll machbar ist. Ich kann mir vorstellen, dass im Singlebetrieb eine untere Grenzfrequenz nicht unter 60 Hz (eher höher für Sprachbeschallung, akk. Gitarre plus Gesang etc. - da reichen 80 Hz locker) sinnvoll ist. Wenn man Schub unten braucht, muss der Sub mit.

Parallel das ganze in einer Treiber-Gehäuse-Filter&PEG-Simulation durchführen (z.B. Hornresp) und schauen, wie sich das auf den Hub der Membran auswirkt. Dabei mal Re erhöhen um die Erwärmung der Schwingspule zu simulieren und sehen, was dann passiert.
Und dann für eine Gehäusevariante nach persönlichen Kriterien entscheiden, also wie wichtig ist der Singlebetrieb, wie laut mus das dabei gehen, welche Gehäusegröße möchtest Du tolerieren, etc.)

Unterm Strich kann ich mir vorstellen, dass das geschlossene Gehäuse die Beste Wahl ist.

Im reinen Top-Betrieb könnte evtl. eine Auslegung mit Hubbegrenzung durch durch das geschlossene Gehäiuse die spätere Limitereinstellung vereinfachen. Du bräuchtest dann nur RMS+Peak-, statt noch zusätzlichem Auslenkungslimiter.

[Rainer_Zufall]

Oh, ich hab ganz vergessen den Zustand ohne BR-Port Einsätze zu berücksichtigen. Also 90x90 mm Portfläche und 16 mm Portlänge. Laut BoxSim 54 Hz. Ist fast die Abstimmung vom Forenmitglied "FUX", der die Chassis in AJ-Horn simuliert hat.


Hier im Vergleich mit der bisherigen BR-Abstimmung


Sieht so aus als hätte er Recht gehabt. Diese Abstimmung bringt bis ca. 70 Hz den meisten Bass. Bei 50 Hz sind beide BR-Varianten wieder fast gleich auf. Der Frequenzgang ist aber auch hier recht krumm.




Warum klingt eine geschlossene Box eigentlich besser als eine mit BR? Also im Bereich außerhalb vom BR-Port, zum Beispiel ab 100 Hz aufwärts. Den Frequenzgang kann man ja am EQ geradebiegen und die Phasen sehen sich doch sehr ähnlich. Sind EQ nicht genau genug, oder steigt der Klirr? Oder ist der Unterschied messtechnisch nicht zu erfassen?

[ansch]

Warum klingt eine geschlossene Box eigentlich besser als eine mit BR? Also im Bereich außerhalb vom BR-Port, zum Beispiel ab 100 Hz aufwärts. Den Frequenzgang kann man ja am EQ geradebiegen und die Phasen sehen sich doch sehr ähnlich. Sind EQ nicht genau genug, oder steigt der Klirr? Oder ist der Unterschied messtechnisch nicht zu erfassen?

Ein schwingungsfähiges System schwingt auf seiner Resonanzfrequenz aus.
Das dauert umso länger, je höher die Güte ist. D.h. Du regst die Portresonanz im BR immer an.
Deswegen klingt ein Alukonuschassis immer nach Alu, ein Blechdeckel-HT immer nach Blechdeckel und ein BR eben nach BR.

Ausweg: Resonanz vermeiden, Resonanzgüte senken oder in einen frequenzmäßig unkritischen Bereich legen. Resonanz vermeiden (eigtl. verringern) kannst Du mt CB.

Messtechnisch: sieh Dir mal die Zerfallsspektren an.
In der Phase siehst Du das an der stärkeren Phasendrehung von BR. Übrigens solltest Du in Deinem gezeigten Phasendiagramm den Referenzpunkt früher legen. Du hast vmtl. den zweiten Peak o.ä. als zeitliche Referenz gewählt.