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Einen kleinen Monitor mit Scan Speak Chassis zu bauen stand schon seit längerem auf der Wunschliste. In den Quintesscence Lautsprechern zeigten die Mittel- und Hochtöner sowie in anderen 3-Wegelautsprechern ihre hervorragenden Eigenschaften von diesem Hersteller. Ist es nun möglich diesen ausgezeichneten Klang ohne einen grossen Bass in einen kleinen 2-Wegelautsprecher zu transferieren?
Gehäusekonstruktion
Nach längerem überlegen habe ich mich entschieden eine relativ zierliche Standbox zu entwickeln. Natürlich kann man auch ein kompaktes Gehäuse bauen, jedoch benötigt man dafür einen Ständer, den diese Lautsprecher sind nicht für das Regal gebaut. Gemäss Gehäuseplan ist dies möglich, jedoch sollte man dann das Gehäuse ca. einen halben Liter in der Tiefe oder Höhe des Gehäuses vergrössern, da die integrierte Frequenzweiche diesen Platz benötigt. Ich nutze den Vorteil des grösseren Gehäuses, um im getrennten, leeren Teil des Gehäuses, die grossen Druckverhältnisse von mehreren Gs und Mikrofonieeffekte zu vermeiden.
Da dieses Leergehäuse viel Platz hat, bietet es sich an Frequenzweichenteile zu verwenden, die sehr gross und damit verbunden oftmals sehr hochwertig sind. Bei Bedarf kann man in das Leergehäuse zusätzlich trockenen Quarzsand füllen und erreicht damit eine weitere Beruhigung der schwingenden Frequenzweichenbauteile; insbesondere bei den Drosselspulen. Mit dem schweren und feinen Füllmaterial bewirkt man eine sehr grosse Stabilität des Gehäuses, welches sich auf den Klang des Lautsprechers positiv auswirkt. Der Bass wird präziser und lässt das gesamte Klangbild ruhiger erscheinen. Die Standstabilität durch die Verlagerung des Schwerpunkts auf den unteren Teil des schmalen Gehäuses wird ebenfalls verbessert, wenn man nicht bereits eine breite oder schwere Bodenplatte einsetzen möchte. Eine gefüllte Lautsprecherbox mit 5 bis 15 kg Quarzsand wird für das Tragen und Verschieben nicht mehr sehr handlich sein aber es ist eben halt eine Standbox und keine Kompaktbox.
Bassauschnitt
Der Innenausschnitt vom Bass wurde in einem Winkel von 45 Grad ausgeweitet. Bei einem 15er Chassis und vor allem kleiner, kann der rückwärtige Schall in das Gehäuse mit geringstem Widerstand und Kompression entweichen. Da diese Chassis einen sehr kleinen Übergang vom Korb zur Membran haben, muss man darauf achten, dass noch genug Holz für den festen Halt der Schrauben gewährleistet ist. Das bedeutet, dass entweder das Ausweiten nicht bis zum Innenrand gefräst wird, sondern etwas mehr Abstand lässt. Zusätzlich kann man bei einer Ausweitung im entsprechenden Winkel kleine Holzdreiecke herstellen, die dort wo die Befestigung beabsichtigt ist, in der Ausweitung des Innengehäuses verleimt.
Bassreflexrohr
Die Länge des Bassreflexrohrs von 180 mm gibt es mit gerundeten Enden üblicherweise nicht. Deswegen habe ich beim Bassreflexrohr pro Box zwei Stück HP/50 (50 mm Innendurchmesser) verwendet, welche zugeschnitten und gegenseitig aufeinander verklebt werden. Beide Rohre kürze ich auf der verjüngenden Seite auf 90 mm ab. Die abgesägten Enden füge ich zusammen und klebe sie fest mit Klebeband aneinander, welches ich mehrmals für einen stabilen Halt umwickle. Bei der Montage muss man darauf achten, dass das erste Rohr vor dem Chassis Einbau von Innen durch den Bassreflexrohrauschnitt des Gehäuses locker eingesetzt wird und dann das Gegenstück von aussen hinzufügt und mit dem anderen Rohr verklebt. Mit diesem Vorgehen sind beide Enden des Bassreflexrohrs abgerundet und evtl. Strömungsgeräusche werden vermieden.
Konstruktionszeichnung
Beiliegend kann man die Gehäusekonstruktion herunterladen. In der Zeichnung sind die Masse mit Sorgfalt angegeben worden. Bei den Chassis habe ich zusätzlich etwas Luft bei den Fräsungen berücksichtigt. Das kann je nach eigenem Geschmack, Konstruktion und Materialwahl beim Gehäuse jedoch variieren. Auch die Masse der Chassis, Bassreflexrohr usw. können sich leicht ändern und sollten für den Bau berücksichtigt werden. Um möglichen Ärger zu vermeiden, empfehle ich die Bauteile vor dem Bau des Gehäuses zu besorgen und mit der Zeichnung zu vergleichen. Für das Gehäuse habe ich 19 mm MDF verwendet. Selbstverständlich kann man eine höhere Dicke verwenden, um das Gehäuse noch stabiler zu machen. Wichtig ist dabei, dass das Innenvolumen gleich bleibt und die Breite des Gehäuses zur Front sich nicht mehr als 10% verändert.
Bedämpfung
Bei einem Gehäuse ist es wichtig, dass es stabil ist. Für dieses Gehäuse wurde 19 mm dickes MDF verwendet. Der Vorteil von MDF ist, dass es eine hohe Dichte aufweist und dadurch den Schall gut dämmt. Für Lackierarbeiten ist es ebenfalls von Vorteil. Alternativ kann man auch Birkenspannholz verwenden. Geringer als 18 mm Dicke sollte man nicht gehen. Eine höhere Materialdicke hilft ein ruhigeres Gehäuse zu haben. Im Innern des Gehäuses wo die Chassis montiert werden, ist es wichtig, dass die grossen Wände, mit Dämmmaterial verklebt werden. Mit dem Kleben wird das Dämmen, also das Durchdringen des Schalls durch die Wand zusätzlich vermindert. Je nach gewähltem Material wirkt sich das Dämmmaterial zusätzlich als Dämpfung aus. Das heisst, dass der Schall je nach Materialdichte zusätzlich geschluckt wird.
Für die Wände verwende ich eine selbstklebende Dämmmatte, Damping 10 von Intertechnik. Zu den jeweiligen Kanten darf es einen Abstand von jeweils einem Zentimeter haben. Für das Dämpfen verwende ich pro Gehäuse einen halben Beutel Sonofil oder etwas weniger Schafwolle, weil dieses dichter ist. Beim Verlegen achte ich ebenfalls darauf, dass das Dämpfungsmaterial an den Rändern und Boden entsprechend zugeschnitten und fixiert ist. Somit bleibt hinter den Chassis im Gehäuse und vor dem Bassreflexrohr genug Luft.
Das Leergehäuse, in dem die Frequenzweiche aufbewahrt wird, benötigt kein solches Material. Wenn man das Leergehäuse stabiler machen möchte, dann empfehle ich zusätzlich Holz oder Steinplatten zu verleimen.
Verkabelung
Die Verkabelung wurde so gelöst, dass für das Hochton- sowie für das Basskabel je ein 10 mm Loch zwischen dem Boden der beiden Gehäuse zum Rücken des Gehäuses gebohrt wurde. Die geflochtenen Lautsprecherkabel sind gerade so dick, dass man sie durchführen kann. Anschliessend werden die Löcher mit den eingeführten Kabeln luftdicht verklebt. Dazu verwende ich eine elektrische Silikonpistole bei der das Silikon schmilzt und von beiden Seiten des Lochs gepresst werden kann. Ich empfehle diesen Vorgang während des Baus des Gehäuses zu machen, denn nachher wird dies so nicht mehr möglich sein. Es ist wichtig, dass diese Löcher dicht sind, andernfalls beeinflusst dies das Gehäusevolumen und damit den Klang nachteilig. Bei der Kabellänge sollte man grosszügig sein. Das heisst, dass man für das Löten oder Anstecken der Chassis als auch für die Frequenzweiche genügend Platz für die Montage ausserhalb des Gehäuses hat. Von Vorteil sind Kabellitzen, welche nicht steif sind und sich damit einfacher montieren lassen.
Lautsprecher-Chassis
Bass
Für den Bass verwende ich den Lautsprecher von Scan Speak 15W/8531K00. Dieses kleine Chassis von der Revelator Serie hat eine tiefe Resonanzfrequenz von 35 Hertz. Je nach Einsatz der Frequenzweichenteile schafft man mit einem Gehäusevolumen von plus/minus 20 Litern und Bassreflexeinsatz diesen tiefen Frequenzbereich und sogar noch etwas tiefer. Mit einer linearen Auslenkung von 6.5 mm der Schwingspule ist das Chassis langhubig ausgelegt, um auch bei tiefen Frequenzen laut zu sein. Bei einem solch grösseren Gehäuse für das eine Standbox gut geeignet ist, wird der Wirkungsgrad auf ungefähr 80 dB gesenkt. Um etwas lauter zu hören, benötigt man mehr Leistung von einem Verstärker. Mit 13 Litern Gehäusevolumen habe ich mich entschieden nicht die Grenzen des Bass-Chassis auszuloten. 45 Hertz sind immer noch sehr gut, wenn man mal sie hört und der Wirkungsgrad von 84 dB unterstützt den Einsatz von Röhrenverstärkern, welche nicht so viel Power haben. Das Bass-Chassis ist bis in den Hochtonbereich fast frei von Resonanzen. Somit könnte man ohne weiteres eine Trennung bei 3000 Hertz beabsichtigen, wo dann die Bündelung des Schalls, bedingt durch die Grösse des Chassis, anfängt oder man nutzt ein flaches Frequenzweichendesign mit 6 dB pro Oktave mit niedriger Phasendrehung.
Hochtöner
Für den Hochtonbereich verwende ich den Scan Speak D3004/660000. Dieser Hochtöner aus der Illuminator Serie gehört zum Besten was es an Kalottenmembran gibt. Er hat einen sehr linearen Frequenzgang, ein hervorragendes Ausschwingverhalten und eine sehr niedrige Resonanzfrequenz von nur 500 Hertz. Eine niedrige Ankoppelung zum Bass von nur 1500 Hertz wäre hier möglich. Wenn man klanglich etwas Besseres haben will, dann muss man sehr viel tiefer in die Tasche greifen.
Frequenzweiche und Messungen
Gehäusekanten
Der Bau der Frequenzweiche bei diesen sehr hochwertigen Chassis fordert immer wieder heraus. Kleine Änderungen an Bauteilewerten sieht man sofort in den darauf folgenden Messungen. Dies bedeutet, dass man mit so tollen und in diesem Beispiel auch gutmütigen Chassis sehr schnell auf gute Messwerte kommt aber um das Optimum herauszuholen benötigt man Zeit. Die Gehäusegeometrie hat einen grossen Einfluss auf den Frequenzgang. Je höher die Frequenz ist, desto mehr bündelt sich der Schall und Interferenzen durch Kanten werden im Frequenzgang sichtbar. Deswegen empfehle ich bei Nachbau die Masse des Gehäuses in der Breite zu übernehmen. Eine Abweichung von plus/minus 10 Prozent ist unbedenklich. Bei meiner Konstruktion wurde an den Kanten eine 12 mm breite Phase bei 45 Grad angewendet. Dies reduziert die Interferenzen bzw. das Auslöschen des Schalls bei ca. 3.2 kHz, welches man bei einem axialen Frequenzgang messen kann. Alternativ kann man auch die Kante abrunden, welches durch die Gleichmässigkeit noch bessere Ergebnisse hervorruft. Generell kann die abgeschrägte Phase, speziell zum Hochtöner vergrössert und damit das Auslöschen des Schalls reduziert oder nahezu eliminiert werden.
Impedanzlinerarisierung
Für den Einsatz von Röhrenverstärkern mit niedriger Dämpfung ist eine Impedanzlinerarisierung bei ca. 2.5 kHz zu berücksichtigen. Die Impedanz ist zwischen 200 Hz bis 20 kHz bei ca. 6 Ohm sehr konstant. Das Impedanzminimum von 5.1 Ohm wird bei 4 kHz erreicht und ohne Linearisierung ist das Minimum 5.7 Ohm bei gleicher Frequenz.
Design
Mit einem schmalen Gehäuse haben wir ein weiteres Phänomen. Im Bass steigt der Schalldruck ab 500 Hertz massiv an und beim Hochtöner steigt der Schalldruck von 3 kHz im unteren Frequenzbereich an. Diese beiden Buckel nennt man Baffle Step und sollten für einen gleichmässigen Frequenzgang durch Saugkreise eliminiert werden. Nicht nur axial werden somit bis zu 6 dB Lautstärke über mehr als eine Oktave ausgeglichen, sondern auch unter gemessenen Schalldruckfrequenzgang von 30 Grad wird ein ausgewogenes und gleichmässiges Verhalten erreicht. Ohne diese Saugkreise müsste man speziell im Bass einen viel grösseren Spulenwert verwenden. Der Baffle Step wird damit gesenkt aber nicht eliminiert. Neu hätte man dann zwischen 200 und 800 Hertz ein Frequenzgangloch. Und in diesem Bereich bekommen Stimmen und Instrumente viel Energie und mit einer breitbandigen Senke wirkt es wenig körperhaft. Es lohnt sich also ein paar Frequenzweichenteile mehr einzusetzen. Ich habe ein 12 dB Filterdesign für den Bass als auch für den Hochtöner eingesetzt. Mit einer Trennfrequenz von 2500 Hertz bin ich bei beiden Chassis weit entfernt von den Grenzen der Chassis und mit dem steileren Filterdesign von 12 dB für Bass und Hochton konnte ich eine optimale und gleichmässige Schalladdition mit -6 dB Punkt im Übernahmebereich abstimmen. Somit sollten die Voraussetzungen für einen unlimitierten Klang gewährleistet sein. Die lineare Abstimmung des Frequenzgangs wurde mit einem leichten Abfall vom Bass auf den Hochtonbereich umgesetzt. Zwischen 1 kHz bis 5 kHz wurde speziell darauf geachtet, dass es keine Überhöhung gibt. Grund dafür ist, dass bei solch hochwertigen Chassis und eingesetzten Frequenzweichenbauteilen der Klang am Anfang unglaublich offen und detailliert klingt aber bei längerem Hören lästig oder aufdringlich wirkt. Deswegen ist es wichtig, dass man bei der axialen Messung das Frequenzgangloch bei 3 kHz, bedingt durch die Gehäusegeometrie zulässt und nicht eliminiert. Beim 30 Grad Schalldruck-Frequenzgang kann man sehr gut nachvollziehen, dass diese Interferenzen nicht mehr vorhanden sind. Andernfalls hätten wir hier ein mess- sowie hörbares Hervorheben dieses Frequenzbereichs, welches auf den Klang mit der Zeit lästig wirkt. Wer die leichte Senkung zu den Höhen nicht haben möchte, der kann den Hochtonbereich um 1 dB erhöhen, indem der Widerstand (R4) auf 3.3 Ohm verändert wird. Da ich einen wenig gedämpften Raum habe, ziehe ich die leichte Senkung vor. Die publizierten Schalldruck-Frequenzgänge sind in einer höheren Auflösung als üblich dargestellt. Dadurch wirken sie etwas unruhiger als man es sonst von Zeitschriften gewohnt ist. Kein Lautsprecher ist perfekt.
Weichenbauteile
Für die Frequenzweiche habe ich den Vorteil der Standbox mit einem grossen separaten Gehäuseteil genutzt. Mit diesen hervorragenden Chassis wurden an den klanglich relevanten Stellen Bauteile im High End Bereich verwendet. Auch die nicht so klanglich relevanten Stellen wurden mit hochwertigen Bauteilen berücksichtigt. Der Unterschied bei besseren Bauteilen, ist, dass einfach alles nochmals etwas besser klingt. Die Veränderung des Klangs ist dabei schwer zu beschreiben, denn in den Messwerten ist dies meistens nicht sichtbar. Es klingt einfach noch etwas offener, flüssiger oder auf den Punkt gebracht. Das hat seinen Preis und es gibt auch Stimmen, die das alles für grossen Unsinn halten. Wenn man die Preisdifferenzen zwischen einem billigen Bauteil und dem teuersten Bauteil vergleicht und wie viel man vielleicht heraushört, dann stimmt das tatsächlich nachdenklich. Man beachte aber, dass oftmals die sehr teuren Bauteile aufwändiger, mit qualitativ besserem Material und nicht in Masse hergestellt werden was den Preis in die Höhe treibt. Ein Elko mit rauher Anode wird in Masse hergestellt, ist äusserst preiswert aber trocknet üblicherweise nach ein paar Jahren aus und verändert damit seine Werte sowie den Klang. Ähnliche Diskussionen gibt es auch bei Autos. Man muss ja einfach von A nach B fahren. Sicherheit, Komfort und Leistung haben aber auch dort ihren Preis. Auf jeden Fall haben diese Lautsprecherchassis eine so gute Qualität, so dass ich mich auf sehr hochwertige Bauteile für die Frequenzweiche einlasse. Kabel haben im Vergleich zu Frequenzweichenbauteilen einen sehr viel geringeren Einfluss. Wenn man in ein Kabel investieren möchte, dann benötigt man für die relativ kurzen Strecken der Innverkabelung zwischen 1.5 bis 2.5 qmm verdrillte Lautsprecherlitze. Ich bevorzuge verdrillte Pole. Damit reduzieren sich die Induktivität und die Streueinflüsse.
Zurück zu den Weichenbauteilen. Alternativ kann man auch viel preiswertere Bauteile für die Frequenzweiche verwenden. Wenn man sich scheut so viel Geld am Anfang auszugeben, dann empfehle ich mit preiswerten Bauteilen anzufangen. Diese bieten bereits ausgezeichneten Klang. Achten Sie bitte bei der Wahl der Bauteile auf die technischen Werte, welche auch je nach Hersteller variieren können. Bei Kondensatoren ist dies zwingend. Bei Drosselspulen ist der angegebene Wert und Typ, z.B. Luftspule, ebenfalls einzuhalten. Der Widerstand bei einer Spule darf etwas höher sein. Bei Saugkreisen muss der addierte Widerstand von der Spule und des hinzugefügten Widerstandbauteils in Summe gleich sein und darf nur gering, ca. 10 Prozent variieren.
Weichenbauteile Preis-Leistung & Upgrade
Wenn man in höherwertige Bauteile investieren will, dann bieten sich folgende Massnahmen an. Als erstes investiert man in die Bassspule (L1) und den Kondensator (C4) vor dem Hochtöner. Für die Bassspule mit 1.2 mH verwendet man eine gebackene Luftspule oder noch besser eine Bandspule mit bis zu einem niedrigen Innenwiderstand von 0.3 Ohm. Beim Hochtöner verwendet man einen Kondensator der Bauart MKP oder KP. Die Auswahl ist inzwischen riesig und die Preise können beliebig nach oben gehen. Ich empfehle bei einem Aufrüsten mindestens in einen Kondensator Audyn Cap Plus von Intertechnik oder Supreme von Mundorf zu investieren. Bei meinem gezeigten Beispiel habe ich an allen klanglich relevanten Stellen Bandspulen und bei den Saugkreisen gebackene Luftspulen eingesetzt, um die Vibrationen auf ein Minimum zu halten. Bei den Kondensatoren habe ich im Bass einen Audyn Cap Plus von Intertechnik und bei Hochton sogar auf einen Silver Oil Kondensator von Mundorf eingesetzt. Alle anderen Kondensatoren in den Saugkreisen sind von der Bauart MKP, statt vielleicht MKT oder glatte Elkos.
Klang
Nach Fertigstellung wurden die Lautsprecher mit einem kleinen Winkel nach Innen und einem Abstand von ca. 2.5 m Distanz zum Zuhörer aufgestellt, angeschlossen und losgelassen. Was diesen Lautsprecher auszeichnet ist, dass man das erste Musikstück anwählt und nur mit Mühe auf das nächste Musikstück wechselt. Man möchte immer bis zum Schluss des Stücks hören. Das kostet Zeit und die Zeit sollte man sich und dem Lautsprecher gönnen. Sie benötigen eine längere Einspielzeit und werden von Stunde zu Stunde immer besser. Diese Lautsprecher lassen die Musik fliessen und machen dazwischen einen grossen Raum auf. Von den Lautsprechern aus öffnet sich eine Tiefe und darin kann man die Musiker und Instrumente an ihren jeweiligen Plätzen wunderbar orten. So wie man es mit der Aufnahme bzw. inkl. Mischpult beabsichtigt hat. Zwischen den Instrumenten und den Musikern hat man den Eindruck als könnte man den Raum spüren. Stimmen werden sehr klar hervorgehoben und sind voller Energie.
Um zur Ausgangsfrage zurück zu kommen, ob es möglich ist, den ausgezeichneten Klang von einem grossen Dreiwegelautsprecher wie die Quintessence auf 2-Wege zu transferieren. Ich vermisse keinen Bass, solange ich es nicht vergleichen kann. Das Gleiche gilt auch für die Dynamik, bei denen diese kleinen Lautsprecher natürlich an ihre physikalischen Limiten kommen. In normalen Räumen kann man mit diesen Lautsprechern auch laut hören. Klar, nicht sehr laut, was das auch immer heissen mag. Aber mehr benötigt man eigentlich nicht und diese Lautsprecher machen ungemein viel Spass und man bekommt immer wieder ein breites Grinsen im Gesicht. Es ist das Wesentliche bzw. die „Essence“ aus der Quintessence vorhanden.
Messungen
Bauteile
Nachfolgend sind die wichtigsten Bauteile aufgeführt, die für den Bau der Lautsprecher benötigt werden. Es sind nicht alle Bauteile bis ins Detail aufgeführt, da jeder DIY-ler seine eigenen Ideen einfliessen lassen kann.
** Beispiel für Anschluss. Ist in Zeichnung nicht berücksichtigt
*** Basis für die Montage der Frequenzweiche statt Holzplatte. Muss je nach verwendeten Teilen und Gehäusekonstruktion evtl. zugeschnitten werden
Frequenzweiche
Bei der Frequenzweiche sind drei Varianten aufgeführt. Bei der Preis-Leistungsvariante wurde darauf geachtet, dass Material mit guter Qualität verwendet wird, bei dem die Werte auch nach ein paar Jahren stabil bleiben sollten. Diese Variante ist mit dem Material einer Marke aufgeführt. Selbstverständlich kann man auch von anderen Herstellern Bauteile verwenden. Das ist der grosse Vorteil, dass man bei DIY experimentieren kann und möglicherweise sogar noch bessere Resultate erhält. Die beiden anderen Varianten sind wesentlich teurer und zeigen auf wo man die Frequenzweiche mit noch höherwertigen Teilen aufwerten kann. Die Originalvariante enthält die Bauteile des vorgestellten Lautsprechers.
Variante Preis-Leistung
* Beide Kondensatoren parallel auf schalten. Gesamtwert: 24.2 uF
** Da es keine 10 Watt MOX gibt, kann man zum Drahtwiderstand greifen. Alternative parallel schalten von 10 Watt MOX 6.8 Ohm plus 8.2 Ohm.
Variante Highend
* Beide Kondensatoren parallel auf schalten. Gesamtwert: 24.2 uF
** Da es keine 10 Watt MOX gibt, kann man zum Drahtwiderstand greifen. Alternative parallel schalten von 10 Watt MOX 6.8 Ohm plus 8.2 Ohm.
Variante Original (Highend)
* Beide Kondensatoren parallel schalten. Gesamtwert: 24.2 uF
** Da es keine 10 Watt MOX gibt, kann man zum Drahtwiderstand greifen. Alternative parallel schalten von 10 Watt MOX 6.8 Ohm plus 8.2 Ohm.
Kosten
Nachfolgend sind die ungefähren Kosten für die Teile pro Lautsprecherbox aufgeführt. Je nach Land, MWST, Währung und Händler können die Kosten stark variieren. Es soll einfach ein Anhaltspunkt sein, welche Kosten neben dem Selbstbau auf einen zukommen können. Der DIY-ler kann das Material nach eigenem Gutdünken wählen und die Kosten entsprechend beeinflussen. Als Variante kann man den genauen Zuschnitt für den Gehäusebau in Auftrag geben oder sogar vollständig bauen lassen. Dies erhöht jedoch die Kosten wesentlich.