Woody-Vifa-Holzmembran mit Baby-BMS

[Christoph Gebhard]

Hiho,

ich wollte euch meine Erfahrungen und Messergebnisse des Zwischenprojekt "Woody" nicht vorenthalten.



Das Gehäuse ist eigentlich als MHT für meine neue Hochwirkungsgrad-3-Wege-Box gedacht.
Da soll später ein 22er PA-Mitteltöner Platz nehmen. Inspiriert durch einen Thread im HiFi-Forum kam mir aber die Idee, den schon seit 3 Jahren bei meinem Bruder im Keller schlummernden Vifa-Holz-Tieftöner mal zu probieren, vergrößern kann ich den Tieftöner-Ausschnit ja immer noch.
Den Vifa hatte mein Bruder damals mit einem Doppelmagnet ausgestattet, so dass der Antrieb gestärkt und der Qts gesenkt wird und das Chassis "so einigermaßen" in das 16 Liter-Gehäuse passt. Die Abstimmfrequenz habe ich etwas tiefer gelegt (um 40Hz), so dass man einen frühen aber sanften Bassabfall bekommt. Das misst und simuliert sich zwar bescheiden, passt erfahrungsgemäß aber ganz gut zu meiner Raumakustik.

Der Hochtöner ist der schon oft diskutierte Baby-Bms am kurzen Faital Tractrix-Horn.

Die Weiche trennt elektrisch auf beiden Seiten mit 18dB, ergänzend hat der Hochtöner noch einen Sauger zur Linearisierung und einen Spannungsteiler zur Pegelanpassung bekommen.

So verlaufen die Chassis im Gehäuse vor und nach der Filterung:

Beim Tieftöner werden die Membranresonanzen oberhalb von 3kHz und der Anstieg zu hohen Frequenzen im Mittelton weggefiltert.
Der Hochtöner wird durch den Spannungsteiler mit über 15dB gedämpft, durch den "zu kleinen" ersten Serienkondensator begradigt und durch Parallelspule/zweiten Serienkondensator bei 2,2kHz "zum Abknicken" gebracht. Der Sauger wirkt um 9kHz.
Seine Notwendigkeit ergab sich erst durch den Hörtest, ich habe lange versucht ohne ihn auszukommen und mehrere "einfache" Filterungen und verschiedene Abstimmungen probiert. Eine leichte Verfärbung blieb aber immer erhalten, dazu im Hörbericht aber mehr.
Hier ist die Wirkung des Saugers:


Die Addition der Treiber unter ca. 15°:

Trennung liegt bei 2,2kHz ca. 5dB unter der Summenkurve. Ober- und unterhalb der Trennung gibt es leichte Probleme mit der Phasenlage. Das ist bedingt durch die Laufzeitdifferenz des weiter hinten sitzenden Horntreibers, so dass die Summenkurve sehr empfindlich auf kleine Schwankungen in der Phasenlage reagiert (z.B. im Bereich der Tieftönermembranresonanz). Selbst eine noch aggressivere Filterung half da wenig. Den Versuch einen Allpass zu konstruieren unternahm ich nicht, sondern duldete die kleinen Auslöschungen einfach.
Wenn man genau hinguckt sind die Probleme durch den Versatz des Hochtöners auch im Ausschwingverhalten im Bereich der Trennfrequenz erkennbar:

Klanglich konnte ich das aber nicht festmachen.
Ansonsten ist das Ausschwingverhalten sehr gut.
Nur im Superhochton gibt es kleinere Resonanzen und im Mittelton kleinere Unregelmäßigkeiten.
Diese Welligkeiten des Tieftöner im Mittelton haben mehrere Ursachen:
Um 450Hz hat der Vifa eine kleine Problemstelle, die auch im Datenblatt des Herstellers erkennbar ist. Der auf diese Senke folgende Anstieg ist der Baffle-Step, die Senke in mitten dieses Plateaus kommt durch die Unebenheit in der Schallwand, die das benachbarten Horn zu verantworten hat. Hier ist der Tieftöner unbeschaltet mit und ohne abgedecktem Horn:

Eine Entzerrung solcher Welligkeiten im Mittelton halte ich passiv für nicht erstrebenswert. Ich hatte das in einem vergangenen Projekt mal unternommen und kaum Unterschiede gehört. Ich vermute das liegt an der Unempfindlichkeit des Gehörs in diesem Bereich und dem relativ großem Anteil an Diffusschall, so dass sich die Fehler in der Hallsoße gegenseitig neutralisieren und deswegen nicht/kaum wahrnehmbar sind. Wichtig ist halt nur, dass man einen im Mittel ausgewogenen Verlauf hat.
Im Hochton sieht das aber wieder anders aus: Hier ist das Ohr evolutionsbedingt sehr empfindlich und der Anteil an Diffusschall ist deutlich reduziert. Die erste Wellenfront gewinnt an Bedeutung und muss dementsprechend möglichst linear laufen.

Kommen wir zum Abstrahlverhalten 0-50°:

Deutlich zu erkennen ist, dass das Horn stärker als der Tieftöner bündelt und so eine kleine Sprungstelle im Bereich der Trennfrequenz entsteht. Kompensiert habe ich das mit einer leichten Überhöhung des Hochtöners im 0°-Frequenzgang. So habe ich im Abhörwinkel lineare Verhältnisse und auch der Energiefrequenzgang sollte so einigermaßen passen. Diese Neutralität kann man auch gut hören, wenn man durch den Raum schreitet.
Selbst unter 90° (nicht abgebildet) ist die Sprungstelle so nur von schwacher Ausprägung. Das Tractrix-Horn macht prinzipbedingt nach oben gleichmässig zu.
Insgesamt ist das Abstrahlverhalten "normalen" 2-Wege-Kompaktboxen deutlich überlegen. Auch Kantendiffraktion ist durch das bündelnde Horn nicht zu erkennen.

Zum Abschluß habe ich noch dem Impedanzverlauf:

Getreu dem Motto: "Kleine Gehäuse - kleine Probleme" sind keine "versteckten" Gehäusestehwellen erkennbar. Die Abstimmfrequenz liegt wie geplant um 40Hz, die Spitzen sind sehr hoch, was in der verlustarme Konstruktion des Vifa und dem gezieltem Einsatz von Dämpfungsmaterial begründet liegt. Um 450Hz ist die schon erwähnte Problemstelle des Vifa erkennbar. Insgesamt gutmütiges 8 Ohm-Niveau.

...und die Sprungantwort:

Die Sprungantwort zeigt zuerst den Anstieg des weiter vorne sitzenden Tiefftöners, in dessen Flanke der negative, weil verpolte Impuls des Hochtöners erkennbar ist. Die kleinen Zacken in der abfallenden Flanke kommen von den Membranresonanzen des Hochtöners.

Den Hörtest reiche ich später nach...

Bis dann, Christoph

[hesinde2006]

Die Bilder sind viel zu groß

[Marcus.S]

Thema "Größe der Bilder":

Wir haben da ein Thema mit dem "Verkleinerungsplugin". Ich bin dran. Bis das gelöst ist, bitte einmal die Seite neu laden, dann werden die Bilder auf maximal 850*850px verkleinert.
Sorry wg. der Umstände!

Edit ... Problem behoben.

[F.A.Bi.A.N.]

hi christoph,

das projekt gefällt mir gut, auch wenn ich den tieftöner anders gefiltert hätte (nein, ich rede nicht von allpässen).
bitte miss doch bei gelegenheit die vertikale abstrahlung +/-90°.

[Christoph Gebhard]

Hi Fabian,

dass dir das Projekt gefällt, wundert mich doch ein wenig...ist ja irgendwie gar nicht deine Baustelle und auch sonst etwas "atypisch".
Mir ging`s hauptsächlich darum, meinen Erfahrungshorizont zu erweitern (wie funktioniert PA-Horn mit HiFi-Treiber?) und die beiden Chassis kennenzulernen...halt ein reines Spaßprojekt ohne Zukunft oder wirkliche Bauempfehlung für andere Selbstbauer.

Vertikal habe ich schon quick&dirty für mich persönlich gemessen, ich werd`s aber auch noch mal öffentlich zeigen, hab aber nix abgespeichert.

Wie hättest du den Tieftöner gefiltert? Wenn`s nicht zu viele Umstände macht und ich die Bauteile in der Bastelkiste finde, könnte ich mir auch vorstellen, nochmal tätig zu werden...

Gruß, Christoph

[F.A.Bi.A.N.]

...als ob ich so engstirnig wäre...

ich hätte versucht, die überhöhung des tieftöners mit einem saugkreis zu glätten, da du dir so im davorliegenden f-bereich (4-500hz) eine recht tiefe senke einbaust.
auf das erforderliche, frequenzabhängige delay kommst du auch "so", auch wenn die seriellen L´s dadurch erstmal kleiner werden. einfach mal probieren !

[Matthias]

Die Bilder sind viel zu groß

Volle Zustimmung! Bilder mit 2048 x 1536 Pixel braucht wirklich niemand.

Es macht einfach keinen Spaß, einen Beitrag zu lesen, bei dem man ständig am Hin- und Herscrollen bzw. am Groß- und Kleinklicken ist, nur weil die Graphiken zu groß sind.


Grüße
Matthias

[Joern]

Moin !

Interessantes Projekt, danke für die ausführliche Doku.

Den "Sauger" im HT hatte ich in den weiteren Simulationen zu meinem Projekt auch schon vorgesehen... in der stillen Hoffnung, praktisch darauf verzichten zu können. Wenn Dein Ohr "nein" sagt, vermute ich mal, dat wird hier ähnlich werden....

[Christoph Gebhard]

Moin,

@Fabian: Ich verstehe, was du meinst und habe das auch direkt in der Simu mal quick&dirty durchexerziert.

Mit einem Sauger war es aber leider nicht getan, weil durch die kleinere erste Serienspule der Filter anfängt überzuschwingen und man mindestens einen weiteren Sauger braucht. Zudem musste ich den ganzen Filter umstricken und die Problematik mit den Phasenproblemen hat sich leider nicht gebessert.

Wie gesagt, hatte ich das bei einem vergangenen Projekt schon mal in aller Perfektion gemacht und aufgebaut. Gegenüber der einfachen, welligen Weiche war im Mittelton kaum ein Unterschied auszumachen.
Bei einem wirklichen Referenzprojekt würde ich zwar schon alleine aus Perfektionsgründen wieder so vorgehen, aber so ne Quick&Dirty-Spaßkiste bleibt unperfekt

Wie dürfte sich so eine 450Hz-Senke akustisch bemerkbar machen? Stimmen dürfte etwas "Körper" fehlen und ihr Klangbild ins "Quäckige" tendieren...ja, das kann ich mit gutem Willen sogar bestätigen

@Matthias: Ist das mit der neuen Software, die Marcus aufgespielt hat, immer noch so?
Ich muss dazu sagen, das ich auch in der Vergangenheit nie Probleme mit den Bildern hatte, weil die Forensoftware (oder mein Browser?) die Größe immer angepasst hat. Ich mache die Bilder ja nicht aus Böswilligkeit so groß...

@Jörn: Es ist nur eine Tendenz, aber es nervt auf Dauer schon und man tut der Treiber-Horn-Kombi Unrecht, weil man ihr volles Potenzial nicht ausschöpft. Ich schreibe dazu noch was im Hörbericht...

Gruß, Christoph

[Matthias Gebhard]

Hallo Matthias,

die große Grafiken gehen teilweise auf mein Konto. Es ist eine Kombination aus der möglichen Ausgabegröße der Grafiken von CLIO sowie der einstellbaren Schriftgröße und Linienbreite. Glaub mir einfach, das es so am besten aussieht.

Natürlich wäre es nachträglich möglich, die großen Grafiken händisch zu verkleinern. Doch wozu? Wenn doch der Resizer hier und in der normalen Windows Bild- und Faxanzeige sehr gut funktioniert und die Dateigröße nicht der Rede wert ist.

Gruß
Matthias

[Christoph Gebhard]

So,

ich habe noch ein paar Messungen gemacht:

Vertikal nach oben frei Hand gedreht 0-60°:


Vertikal nach unten frei Hand gedreht 0-60°:


Dank der steilen Trennung und des auch vertikal schön bündelnden Hornes sehen die Messungen sehr gut aus.
Die Pegeldifferenzen im Mittelton, die nur beim Drehen nach oben entstehen, kommen IHMO von der Bündlung der - aus Sicht des Tieftöners - verlängerten Schallwand.

IMD bei zwei verschiedenen Pegeln:



Der erhöhte IMD um 450Hz kommt von der bekannten Problemstelle des Treibers und ist auch im Impedanz- und Frequenzverlauf sowie im Ausschwingen erkennbar.
Im oberen Hochton streuen die Membranresonanzen der Treiber-Horn-Kombi und erklären die leicht verschmierten obersten Höhen (ich hatte es schon in Jörns Hochton-Horn-Kombi-Thread erwähnt).
Beim Pegeln muss der Tieftöner schon mächtig ackern, so dass sich der Hubstress auf den ganzen Grund- und Mittelton legt (bis zu 2%). Aber auch das Horn zeigt deutlich erhöhten IMD beim Pegeln. Hier fällt dann wohl doch die - im Vergleich zu amtlichen PA-Hörnern - kleine Membranfläche langsam ins Gewicht. Die Klirrwerte überschreiten 0,5% aber kaum.
Um 2kHz am Ende des Übertragunsgbereichs des Mitteltöners gibt es noch kleinere Auffälligkeiten. Die Spitzen werden nach unten sehr breit. Sind das Dopplerverzerrungen?.

Edit: Man sollte beim Vergleichen der IMD-Diagramme nicht vergessen, dass die Grundwelle sich auch um 10dB geändert hat. Man muss sich also zum Vergleich der relativen Klirrwerte 10dB hinzudenken bzw. abziehen. Vielleicht sollte ich beim nächsten Mal zur besseren Vergleichbarkeit auch die Skalierung um 10db verschieben...

Gruß, Christoph

[Matthias]

Hallo Christoph,

@Matthias: Ist das mit der neuen Software, die Marcus aufgespielt hat, immer noch so?

Mit dem Firefox und K-Meleon klappt es (da erscheint der Hinweis in roter Schrift über den Bildern). Mit dem Internet Explodierer (IE7) klappt es nicht; die Grafiken werden immer in voller Größe angezeigt (auch noch nach dem Aktualisieren der Seite).


Grüße
Matthias

[Matthias]

Hallo Namensvetter,

die große Grafiken gehen teilweise auf mein Konto. Es ist eine Kombination aus der möglichen Ausgabegröße der Grafiken von CLIO sowie der einstellbaren Schriftgröße und Linienbreite. Glaub mir einfach, das es so am besten aussieht.

OK, glaub ich Dir.

Natürlich wäre es nachträglich möglich, die großen Grafiken händisch zu verkleinern. Doch wozu? Wenn doch der Resizer hier und in der normalen Windows Bild- und Faxanzeige sehr gut funktioniert und die Dateigröße nicht der Rede wert ist.

Bei mir sieht das "ge-resizte" leider nicht so toll aus. Die Forensoftware ist da leider nicht besonders talentiert. Da wird die Grafik halt "irgendwie" und ohne Rücksicht auf Verluste in den vorhanden Platz reingequetscht. Das Ergebnis davon ist, daß man teilweise die Achsenbeschriftungen nicht mehr lesen kann und Linien nicht mehr durchgehend, sondern immer wieder unterbrochen sind. Richtige Bildbearbeitungsprogramme wie z.B. XnView können das viel besser. Selbst 800x600 [richtig heruntergerechnete] Pixel sind für die CLIO-Grafiken ausreichend, um noch alles lesen zu können. Und vor allem habe ich alles auf einen Blick ohne diese furchtbaren Skalierungsartefakte.


Grüße
Matthias

EDIT: Beispiel mit 800 x 600 Pixel

[Christoph Gebhard]

Hi,

glauben ist nicht wissen
So sieht das aus, wenn ich mit kleinerer Auflösung exportieren (ohne die Schriftgröße anzupassen):

1024x768:


640x480:


Sieht direkt viel linearer, aber irgendwie auch nach Kindergarten aus

Nachträglich mit Paint runtergerechnete Grafiken (40%) habe ich übrigens gestern auf die Schnelle angefertigt und sind in meinem Album zu sehen...http://www.diy-hifi-forum.eu/forum/album.php?albumid=58

Gruß, Christoph

[castorpollux]

Hi Christoph,

was in der verlustarme Konstruktion des Vifa und dem gezieltem Einsatz von Dämpfungsmaterial begründet liegt.

Da kenn' ich noch ganz andere
Der Effekt mit dem abgedeckten Hochtonhorn ist ziemlich drastisch, kann es gründe dafür geben, das der an mancher stelle so drastisch zu beobachten ist und bei mir kaum ins gewicht fiel? Maybe die große Schallwand bei meinr Konstruktion?

Grüße,

Alex

[F.A.Bi.A.N.]

hi christoph,

immer wieder stelle ich bei LS mit schlechter phaselage (´tschulljung, dass dein beispiel dafür herhalten muss - in wahrheit ist die phasenlage bei der kiste natürlich ziemlich ok) fest, dass bei der vertikalen winkelmessung innerhalb der ersten +/-15° der pegel neben dem übergangsbereich relativ betrachtet ansteigt.

warum ist das so?
ich habe schon so meine erklärungsmodelle, aber noch bin ich mir nicht ganz im klaren.


...freue mich auf die diskussion,
fabian

[Christoph Gebhard]

Moin moin,

@Alex: Ich habe den Effekt immer so drastisch gemessen. Meine Schallwände waren aber auch immer klein.
Liegst du mit deiner Vermutung richtig, ist also nicht nur das "Loch" für das Problem verantwortlich, sondern vor allem die "Schallwandreste", die nach dem Loch kommen.
Bei mir "sieht" der Tieftöner: Loch - Schallwandrest - unendliches Loch.
Bei dir "sieht" der Tieftöner "nur": Loch - unendliche Schallwand (überspitzt formuliert).
Hinzu kommt noch, dass du sowieso eine Störung durch das Gehäuseinnenvolumen hast und das Problem damit etwas kaschiert wird.

Zu "Kleine Gehäuse - kleine Probleme": Der Grund, wieso das bei dir nicht aufgeht, liegt wohl eher in der empfindlichen, dünnen Membran. Reine, hart aufgehängte PA-Mitteltöner sind da kleine Sensibelchen. Alle mir bekannten Chassis dieser Bauart zeigen z.B. auch sehr unruhige Free-Air-Impedanzverläufe, wo jegliche Resonanzphänomen der Konstruktion ablesbar sind.
Selbst die Firma Audax, die "normalerweise" immer sehr verlustarme Aufhängungen einsetzt, stattet ihre reinen Mitteltöner mir hochdämpfenden Aufhängungen aus, um diesem Problem zumindest etwas Herr zu werden (gelingt trotzdem nicht vollständig ).
Auch in einem großen Gehäuse würde der Beyma die Gehäusestehwellen wie auf dem Silbertablett präsentieren.
Bei der Woody besteht die Bedämpfung "nur" aus etwas Sonofil und einer Matte Schafwolle auf mittlerer Gehäusehöhe. Für eine stabile, weich aufgehängte HiFi-Membran reicht das wohl vollkommen aus...

@Fabian: Ich kann auch nur vermuten, die Erlärung scheint aber plausibel:
Bei mir ist ja nur die Phasenlage bei der Übergangsfrequenz einigermaßen ok, ober- und unterhalb passt es dagegen nicht so ganz, teilweise entstehen sogar Auslöschungen.
Unter 15-30° passt es dann im Bereich der Übergangsfrequenz gar nicht mehr (erkennbar an der Auslöschung), der Versatz zwischen beiden Treiber scheint sich gegenüber dem 0°-Frequenzgang also um etwa 180°, sprich der halbe Wellenlänge, geändert zu haben.
Somit haben wir in dem Bereich ober- und unterhalb der Trennfrequenz, wo vorher die Phasenlage nicht passte bzw. die Treiber sich gegenseitig auslöschten, optimale Bedinungen, die Treiber addieren sich also und der Frequenzgang buckelt etwas auf.
Ich vermute, dass lässt sich mit einem Allpass ganz gut in den Griff kriegen...

Ich möchte allerdings auch nicht verschweigen, dass ich persönlich den klanglichen Einfluß solcher "Fehler" in meinen Anwendungsbereich als nicht allzu hoch einschätze. Das dürfte sich in der Hallsoße unzähliger Winkelfrequenzgänge einigermaßen neutralisieren.
Für PA-Anwendungen, wo oft auch unter Winkel abgehört wird, dürfte es aber sehr erstrebenswert sein, hier das Optimum rauszuholen...

Gruß, Christoph

[F.A.Bi.A.N.]

hi christoph,


danke für deine einschätzung, die sich mit meinen überlegungen deckt.
was den allpass angeht, so denke ich ist das tatsächlich der schwerwiegendste vorteil: symmetrierung der vertikalen abstrahlung.
im betrieb als monitorbox, wo mit feedbackempfindlichen mikrofonen wild davor herumgefuchtelt wird, ist es es besonders wichtig, dass ein f-bereich neben der achse nicht "auf einmal" mehrere db lauter ist: feedbacks sind sonst vorprogrammiert.
verschärft wird diese problematik noch, weil viele hörner professioneller LS deutlich länger sind als dein kleines faital-horn. entsprechend drastischer sehen dann die auf die 0°-messung normierten isobaren aus... hier mal ein paar beispiele wirklich namhafter hersteller - natürlich ohne namensnennung.

[Christoph Gebhard]

Hallo,

@Fabian: In deinen Diagrammen kann man die Problematik sehr gut erkennen.
Was mir nicht so ganz klar ist: Wieso haben "normale" Lautsprecher damit keine Probleme?
Der Versatz von Hoch- zu Tieftöner ist da ähnlich groß wie bei der Woody (geschätzte 6-10cm), nur halt anders herum...der Hochtöner kommt zu früh.

Ich habe heute noch etwas Klirr gemessen.
Der obere Rand entspricht dabei immer 10%, dann im 10dB-Abstand 3%, 1%, 0,3%, 0,1% und schließlich 0,03% beim unteren Rand.

80dB:


90dB:


100dB (nur bis 50Hz, sonst wäre mir eine Holzfasermembran durch`s Zimmer geflogen ):


Auffällig ist der sehr geringe K3 bei allen Pegel, selbst bei 100dB überschreitet er die 0,5% im MHT fast gar nicht.

Der Hochtöner fällt bei hohen Pegeln mit steigendem K2 auf. Typisch für Hörner und die BMS-Ringmembranen (wenn auch nicht in diesem Aumaße).
Die relativ tiefe Trennung von 2,2kHz scheint dem Baby-BMS aber nix auszumachen.

Um 450Hz ergibt sich auch im Klirr die Problemstelle des Vifa zu erkennen.

Im Bass- und Grundton steigt der Klirr mit dem Membranhub an, bei diesem Pegel auch typisch für einen 17er.

Um 900Hz ist der K2 bei der 90dB-Messung niedriger als bei der 80dB-Messung. Messfehler kann ich eigentlich ausschließen, ich habe mehrmals gegengeprüft.
Ich vermute, die Schwingspule hat sich bei der 3-jährigen Lagerung etwas gesetzt hat und steht nicht mehr ganz symmetrisch zum Magnetfeld.
Anders kann ich mir eine Verbesserung des Klirrs bei größerem Hub eigentlich nicht erklären Andere Ideen?

Gruß, Christoph

[F.A.Bi.A.N.]

Hallo,

@Fabian: In deinen Diagrammen kann man die Problematik sehr gut erkennen.
Was mir nicht so ganz klar ist: Wieso haben "normale" Lautsprecher damit keine Probleme?
Der Versatz von Hoch- zu Tieftöner ist da ähnlich groß wie bei der Woody (geschätzte 6-10cm), nur halt anders herum...der Hochtöner kommt zu früh.

hallo christoph,

da komme ich jetzt nicht so recht hinterher. eventuell sollten wir die begriffe klären.
"normale LS" sind nach meinem dafürhalten die klassischen hifiregalboxen mit konus-tmt und hochtonkalotte.
der versatz ist hier minimal und im übernahmebereich durch ein einfaches passives filter (etwas) höherer ordnung angeglichen werden. oben beschriebene probleme bestehen da nicht.
die messungen der oben gezeigten PA-boxen haben versätze im hohen zweistelligen zentimeterbereich.