Wohnraumlautsprecher: Festlegungen für eine erste Umsetzung

[dipol-audio]

Addition an der Übernahme II


Ich habe das Array aus

https://www.hififorum.at/node/709094?p=712433#post712433

wie es genau an der Übernahme wirksam wird, in dieser Variante d.h. ohne
Frequenzweiche auf einen flachen Verlauf in diesem Frequenzbereich um
550Hz überprüft, einfach um zu sehen, ob das Verhalten dort "robust" ist.

Dazu wurde die Mess-/Abhörpostion um den "Standardhörplatz" etwas
variiert:

Man sieht also eine Überlagerung zwischen "Direktschall" und der kräftigsten
(Boden-) Spiegelschallquelle. Die Kurven konvergieren im Bereich um die
Übernahme, wenn auch für jeden Hörabstand - wie zu erwarten war - etwas
unterschiedlich:

- für 150cm Abstand etwa bei 450Hz
- für 200cm Abstand etwa bei 550Hz >> "Konstruktionsabstand"
- für 250cm Abstand etwa bei 600Hz

Das Auseinanderlaufen der Kurven unterhalb und oberhalb der Übernahme
ist merklich vermindert am "realen Objekt" und dies noch mehr, wenn eine
Frequenzweiche vorhanden ist (weil sich die wirksame vertikale Ausdehnung
reduziert gegenüber dieser Simulation, in der alle Treiber "Fullrange" über-
tragen) aber darauf kam es mir hier nicht an:

Wichtig ist mir, dass der Übernahmebereich um 550Hz nicht nur "statistisch"
robust ist (d.h. im Energiefrequenzgang über alle Raumwinkel gemittelt),
sondern auch bezüglich des "Direktschalls" (plus Bodenreflexion ..) an
realistischen Abhörpositionen, denn ich nehme Toole's Präferenzkriterien
tatsächlich ernst ...

Der Lautsprecher wird auch auf deutliche Abweichungen von einer "Standard-
hörposition" keineswegs "zickig" reagieren im Bereich der Übernahme.

Edit: Dies wird kein LS zum "Nahabhören", denn dazu ist er nicht gedacht,
aber eine Aufstellvariante mit "verkleinertem Stereodreieick" wird unter
Beachtung einiger Spielregeln durchaus möglich sein, falls es gefordert ist.


Anhänge:

1. Abstand 150cm, +/- 10cm vertikal, +/- 20cm horizontal
2. Abstand 200cm, +/- 10cm vertikal, +/- 20cm horizontal
3. Abstand 250cm, +/- 10cm vertikal, +/- 20cm horizontal

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Addition an der Übernahme III

Hier: An einem technikhistorischen Beispiel für eine "Allison Konfiguration" aus
"Bodenwoofer" und hoch angesetztem Mitteltöner.

Durch etwas Recherche in "verteilten Quellen" konnte ich einige Daten zu diesem
Lautsprecher aus den 80ern finden (Anhang 1).

In einem deutschen HiFi Forum hat jemand offenbar zu "Refurbishing" oder Repa-
raturzwecken einen Schaltplan der Frequenzweiche anhand eines Exemplars
ermittelt (Anhang 2).

In Anhang 3. (siehe Quellenangabe hierzu) hat jemand gleich mehrere Inroom
Responses unterschiedlicher Lautsprechertypen in seiner Wohnung aufgenommen,
darunter auch die "A200".

Die dortige "Inroom Response" ist m.E.interessant auch in Bezug auf die Vergleichs-
messungen. Unsicherheiten ergeben sich daraus, dass die genauen Aufstell- und
Messbedingungen nicht bekannt sind und aus der Tatsache, dass dieser Lautsprecher-
typ im Verlauf seiner Produktion wohl gewisse Änderungen in der Treiberbestückung
(und ggf. der Beschaltung) erfahren hat.


Ich wage dennoch einige Aussagen aus einer "Übersichtsperspektive" heraus und
fokussiere mich hier auf die 2 Oktaven um die nominelle Übernahmefrequenz um
450Hz, d.h. den Bereich von ca. 250Hz bis 1000Hz.

>> Die Welligkeit im Sinne einer "Schmalbandabweichung" ist in diesem
Übernahmebereich sehr gering, d.h. auf dieser Ebene "verrät" sich hier m.E. keine
Übernahmefrequenz, was - für sich genommen - ein sehr positiver Befund ist.

>> Führt man gedanklich im o.g. Frequenzbereich eine Glättung durch, dann stellt
man fest, dass die Inroom Response - und in diesem Frequenzbereich schließe ich
unter Kleinraumbedingungen mit auf den Energiefrequenzgang an sich - an der
Übernahme "etwas durchhängt": Es sieht m.E. danach aus, als ob der LS unter
diesen Bedingungen an der Übernahme 3 ... 4dB "zu dünn" überträgt. Das ist
sicherlich "kein Drama", aber unter ungefährer Kenntnis von Aufbau und Beschal-
tung aus meiner Sicht auch "kein Zufall".

>> Grobanalyse der Beschaltung für Tiefpasszweig des Tieftöners, Hochpasszweig
des Mitteltöners:

Der Tiefpasszweig entspricht weitestgehend einer "Lehrbuchdimensionierung" der
Serieninduktivität, was mit der Impedanzkompensation der Schwingspuleninduktivität
(RC Glied) des Tieftontreibers erreicht werden kann: Hier darf auch resultierend
akustisch etwa ein -6db/Oktave Tiefpassverhalten erwartet werden.

Etwas anders sieht es für den Hochpasszweig am Mitteltöner aus: Die Eigenresonanz
des Mitteltöners dürfte nicht wesentlich mehr als 1 ...1.5 Oktaven unterhalb der Über-
nahme liegen. Auf Maßnahmen zur Kompensation des "Impedanzhöckers" an der
Eigenresonanz des Mitteltöners wurde hier verzichtet.

Edit: Weder der 1.5 Ohm Serienwiderstand noch das RC-Glied parallel zum
Mitteltöner tragen hierzu nennenswert bei.

Mit einer "Lehrbuchdimensionierung" der Serienkapazität (Kondensator) erreicht
man hier nicht die gewünschte Flankensteilheit: Aufgrund des Impedanzanstiegs
des Mitteltöners zu seiner Eigenresonanz hin, würde das Hochpassfilter hier stets
(noch) flacher verlaufen, als der Übergangsbereich eines 6db/Oktave Filters
"nach Lehrbuch".

Um dem "schleichenden" Verlauf des Hochpasszweiges etwas entgegenzusetzen,
hat man den den Kondensator - welcher das eigentliche Hochpasselement in Serie
zum Mitteltöner ist - schlicht deutlich verkleinert, würde man eine Impedanz in der
Nähe des Gleichstromwidertandes von 7 ... 8 Ohm (plus 1.5 Ohm Vorwiderstand)
zugrunde legen.

Das kommt einem Verschieben "nach oben" der unteren Grenzfrequenz des Hoch-
passzweiges gleich, was m.E. als "kostengünstige" und pragmatische Lösung nach-
vollziehbar ist - sofern man hier nicht mehr Bauteile einsetzen will - hinterlässt im
Gesamtverhalten des Lautsprechers aber m.E. erkennbare Spuren (s.o.).


Mein vorläufiges Fazit:

Selbst bei der Umsetzung recht "elaborierter" Konzepte (hier: "Allison Konfiguration")
findet man in der industriellen Umsetzung dann oftmals doch recht "kostensparende"
Lösungen, bei denen ich die Frage für erlaubt halte, ob die potenziellen Vorteile eines
Konzepts damit vollumfänglich ausgeschöpft werden.

- Bei einer aktiven Ansteuerung wären die o.g. "Kompromisse" m.E. kein Thema,
weil man sie umgehen könnte.
- Auch eine passive Lösung "sehr nahe am Ideal" ist absolut möglich, sofern man
etwas Mehraufwand bei Entwurf und Bestückung der Filter investiert.

Dass dieser LS zu seiner Zeit kommerziell erfolgreich war, spricht m.E. sehr für An-
wendbarkeit und Praxistauglichkeit der "Allison Konfiguration" nicht aber zwingend
für die vorgefundene Umsetzung: Diese war aber offenbar "gut genug" (um kon-
kurrenzfähig zu sein), was auch zu denken geben könnte ...


Anhänge:

- 1. Bild zu "Boston Acoustics A200", Quelle: https://www.hifiengine.com/manual_library/boston-acoustics/a200.shtml
- 2. Schaltplan Frequenzweiche, Quelle: http://bilder.hifi-forum.de/medium/5...tic_235040.jpg
- 3. Inroom Response in der Wohnung eines "audiokarma.org" Mitglieds, Quelle: https://audiokarma.org/forums/index....graphs.481751/

[dipol-audio]

BR-Abstimmung Nachkontrolle

Nachdem die konkreten inneren Abmessungen der Tieftonkammer sich in
den letzten Wochen noch etwas geändert haben - u.a. durch einragende
Teile, Dimensionierung der Mitteltonkammer etc. - war es an der Zeit, die
Auswirkung auf die BR-Abstimmung nochmals zu überprüfen:

Die Änderungen sind marginal, gehen aber weiter in die richtige Richtung:
Denn ich nehme für diesen LS an, dass er aller Wahrscheinlichkeit nach
in einem Raum mit schallharten Wänden (bezogen auf den Tiefton) be-
trieben werden wird.

Eine Auslegung mit sanftem Rolloff (Freifeld) im Tiefton dafür aber tiefrei-
chend und mit verbessertem Einschwingverhalten ist hierfür genau richtig,
um dann unter Modeneinfluss eines Raums ggf. auch als Basis für eine
hörplatzbezogene Anpassung mittels DSP zu dienen.

Je nach Raum und Aufstellung ist hier eine Inroom Response mit Grenz-
frequenzen unter 40Hz durchaus zu erzielen.


rot: ursprünglich
blau: aktuell


Anhänge:

>> Übertragungsfunktion
>> Gruppenlaufzeit
>> Membranauslenkung (bei "thermischer Vollast"): Hier wird ersichtlich, dass die
.....theoretischen Grenzen thermisch und mechanisch zusammenpassen
>> Zuträgliche Grenzen der Eingangsspannung unter Berücksichtigung der mech. Grenzen

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Probelauf: Ausfräsung für BR-Port an Seitenwange aussen


In den äußeren Seitenwangen beider Lautsprecher mündet der BR-Port in un-
mittelbarer Bodennähe nach außen.

Dazu muss jeweils eine rechteckige Öffnung in die Seitenwangen aus Hochdruck-
laminat gefräst werden:

Diese Fräsung war bisher ein "Angstgegner", denn die Oberfräse trägt sehr viel
Wärme in das Material, welches kaum Wärme abführt, und ich hatte Bedenken,
dass die Kanten "verkokeln", zumal sich die Drehzahl meiner Oberfräse nicht sehr
weit herunterdrehen lässt.

Die Angst war unbegründet: Man kann sich die Ausführung der Fräsung so ein-
teilen, dass der Fräskopf nicht zu heiß wird, also ist es kein Problem.

Mit den Abmessungen der Schablone bzw. des resultierenden Aussschnittes für
den BR-Port bin ich jedoch noch nicht zufrieden: Das Spaltmaß um den BR-Port
sollte noch etwas kleiner gewählt werden.


Anhänge:

- BR-Port bei Integrationstest im "Mockup"
- Improvisierte Frässchablone für HPL Probestück
- Ausschnitt BR-Port in Seitenwange außen, Fräsung in Probestück

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Was hier anders läuft als sonst ...

Anders als bei manchen Gehäusen, die ich in den Jahren zuvor gebaut habe, schiebe
ich die Anfertigung einiger der "endgültigen" Zeichnungen hier bewusst "nach hinten".

Denn das Zusammenfügen der Teile hauptsächlich ohne starre Verleimung und mit
dämpfenden Fugen als Zwischenlagen führt zwangsläufig dazu, dass einige Spaltmaße
entstehen, die ohne vorherige Testmontage an einem "Mockup" nicht genau festgelegt
werden können.

Macht man die Zeichnungen vorab zu detailliert, dann kommt man in "Änderungsspiralen",
weil ein Spaltmaß sich ändert, welches ein Spaltmaß ändert, welches ein (anderes)
Spaltmaß ändert ..., welches dann wieder eine Bauteildimension ändert (wenn auch nur
geringfügig) ...

Deshalb habe ich hier stattdessen einen Montageplan zur Grundlage gemacht:

Erst wenn dieser sich bewährt hat, mache ich noch einige Detailzeichnungen, die bisher
fehlen (z.B. Ausschnitte in Schallwand und Rückwand).

Dass diese Reihenfolge bei einem Gehäuse mit "akustischer Fugendämpfung" sinnvoller
ist, habe ich vor einigen Jahren an diesem Beispiel lernen dürfen (oder hätte es daraus
wissen können ...) :


Cardioid Woofer aus 2018

https://www.hififorum.at/node/709094?p=710638#post710638

Anhang:

- Ausschnitt aus aktuellem Stand des Montageplans

[dipol-audio]

Probelauf: Ausfräsung für BR-Port an Seitenwange aussen
...
Mit den Abmessungen der Schablone bzw. des resultierenden Aussschnittes für
den BR-Port bin ich jedoch noch nicht zufrieden: Das Spaltmaß um den BR-Port
sollte noch etwas kleiner gewählt werden.
...

Falsch:

Die Abmessungen scheinen bereits ganz in Ordnung, wenn man die Art der Dichtung berücksichtigt, dazu
bin ich gerade eben im Naturschutzgebiet einmal um den Teich gelaufen, anstatt einfach weiterzumachen ...

Anmerkungen:

Im 4. Anhang sieht man, wie der BR-Port im Probestück "über Kopf" feststeckt - gehalten nur durch die
Dichtung - und dabei nicht herausfällt.

Ich habe geplant, nach der realen Montage, die Fuge zwischen BR-Port und Ausschnitt der Seitenwange
zusätzlich mit einer speziellen Polymerpaste (schwarz) zu versiegeln, d.h. die Außendichtung aus Filz wird
dadurch unsichtbar, gleichzeitig wüden ggf. verbleibende kleine Undichtigkeiten zuverlässig geschlossen.
So war es geplant, und ich denke mit dieser Lösung kann ich gut leben ...


Anhänge zu Probemontage BR-Port in Ausschnitt_Seitenwange_aussen (Probestück):

1. Probedichtung (Außenteil, Filz)
2. Port in Ausschnitt (Außenseite in Achse Port)
3. Port in Ausschnitt (Außenseite etwas unter Winkel)
4. Port in Ausschnitt (Innenseite mit Dichtlippe EPDM innen)

[dipol-audio]

Nochmal Mockup ...

Um die exakte Position der Ausfräsung für den BR-Port in den Seitenwangen zu bestimmen,
habe ich das Mockup nochmals zerlegt und diesmal mit "produktionsidentischer" Befestigungs-
technik wieder zusammengesetzt: Dazu gehören 2 Einschlagmuttern zur Befestigung der
Bodenkufen in den Randleisten von Schallwand und Rückwand, deren "Krallenköpfe" oberhalb
der Randleisten in der Fuge an der Unterseite des BR-Ports zu liegen kommen.

Obgleich die Köpfe der Muttern die Unterseite des BR-Ports eigentlich nicht berühren können,
fühle ich mich besser, wenn dort eine Zwischenlage aus EPDM die Köpfe vollständig abdeckt:

Die Dichtungen am Mund des BR-Ports müssen ohnehin etwas modifiziert werden, dabei kann
dies gleich mit berücksichtigt werden.

Im 2. Anhang sieht man im Vordergrund einen BR-Port, bei dem die Dichtung bereits den best-
möglichen Abstand zum Mund hat, damit alle Dichtungen bei der Monage schön gestaucht
werden. Dazu war die Probemontage (Port mit Dichtungen in Ausfräsung) zuvor (s.o.) hilfreich,
weil ich jetzt weiß, wie sich das bei der Montage anfühlen muss, damit alles gut sitzt.


Anhänge

- Positionsbestimmung Ausfräsung BR-Port in Seitenwange
- Dichtung BR-Port Mund

[dipol-audio]

Probestück

Das Probestück wird dann in das Mockup eingebaut ...

Das Stück ist in der Höhe viel kürzer als die späteren Seitenwangen, deshalb
hatte ich gewisse Schwierigkeiten das für die Ausfräsung einzuspannen:

Bilder dazu lasse ich lieber weg, denn sie fallen in die bekannte Kategorie

"Don't try this at home! "

Bei den "echten" Teilen wird hier sogar einiges leichter werden.

Zur Genauigkeit:

Die improvisiert wirkende Frässchablone stellt tatsächlich kein Problem dar,
die muss nur genau überprüft werden bevor man loslegt.

Es könnte jedoch sein, dass ich mir mal eine bessere Oberfräse zulegen
muss, denn die Führungen und Anschläge haben ein gewisses Spiel.

[respice finem]

Banausenfrage: Wäre es nicht wesentlich leichter / schneller, solche Teile 3D zu drucken?
Oder geht es darum, handwerklich nicht aus der Übung zu kommen?

[dipol-audio]

...
Oder geht es darum, handwerklich nicht aus der Übung zu kommen?

Es geht genau darum, die Schritte vorwegzunehmen, damit nicht "am realen Objekt"
geübt werden muss oder noch Maße korrigiert werden müssen.

Die Rahmenteile, um die es hier geht, in Materialeigenschaft und geforderten Ab-
messungen in 3D Druck herzustellen ist m.E. schlicht illusorisch.

Selbst wenn irgendwo auf der Welt geeignete Maschinen erwerbbar sein sollten,
wären die Investitionen zu hoch:

Ich mache hier handwerkliche Einzelanfertigungen und denke, dass ich von diesem
Lautsprecher nur sehr wenige Exemplare herstellen werde, zuerst denke ich an
ein Paar und nicht weiter.

Ansonsten ist das hier vorgestellte Konzept jetzt bereits so transparent und öffent-
lich, dass jeder, der das wollte, eine Version für sich ableiten könnte, sei dies als
"Selbstbauprojekt", als "Massenprodukt" oder auch irgendwo dazwischen ...

Ich wage jedoch folgende Prognose:

Dies wird nicht geschehen, jedenfalls nicht zu meinen Lebzeiten.

Denn

>> der Lautsprecher ist keine "Punktschallquelle" und kann
.... somit Phantomschallquellen nicht präzise abbilden
....(d.h. keine "Bühne aufbauen")

>> wird verfärbt klingen, denn die Abstände zwischen den Einzel-
.....schallquellen sind viel zu groß und erzeugen Interferenzen

>> wird bei Bewegung des Hörers im Raum seine "Tonalität"
.....(spektrale Balance) in Abhängigkeit von der Hörposition so
.....stark ändern, dass man damit für HiFi Zwecke gar nichts
.....anfangen kann.

[respice finem]

Also bleibt der Raum doch "der Feind"...

[dipol-audio]

respice finem

Ich setze in meinen Posts kaum das "Achtung Ironie" Symbol ein, das mag wohl gelegentlich
zu Missverständnissen führen.

Jedoch lebe ich nicht nur sehr gut damit, dass diesem Lautsprecher die zuletzt o.g. 3 Punkte
als Schwächen von einer Mehrheit - speziell unter "HiFi Enthusiasten" - unterstellt werden
dürften, sondern fühle mich inzwischen mit der daraus für mich resultierenden Gewissheit,
dass dies Konzept auf absehbare Zeit kaum Nachahmer finden wird, äußerst wohl:

Denn es wird mir in mancherlei Hinsicht Zeit, Geld und Diskussionen ersparen ...

[respice finem]

Nachahmer könnte es IMHO finden, es gibt genügend "Szenarien", wo "out of the box" weder Stereo noch Surround vernünftig funktionieren (wie gerade im anderen Thread). Oder PA, bei der "Bühne" wenig interessiert. Aber damit diesbezügliche Nachfrage (die das Angebot bestimmt) entstehen kann, müssen die potentiellen Käufer erst davon wissen und die Besonderheiten, Vor- und Nachteile kennenlernen. Erst, wenn es so weit käme, würde sich ein Hersteller dafür interessieren - zumal aufwendiger herzustellen, als eine "0815 Bassreflexbox".

[Palisanderwolf]

Tolle Geschichte bisher, Oliver,
und verfolge Alles mit einer gewissen Spannung und sogar freudiger Erwartung. Wenns klappt, das wäre imho endlich mal wieder eine echte Neuerung, wiewohl auf Altem basierend.
Wirst Du das "fertige Vorprodukt" auch mal in verschiedenen "echten Wohnzimmern" z.B. von "Freunden" durchmessen, bevor Du in die "Vollen" (Endphase) gehst?
LG
Bernd

[dipol-audio]

Bernd,

wie oben schon geschrieben, geht es bei dem Paar um Einzelstücke. Ob und wie es danach weiter-
geht, weiß ich noch nicht.

Die Lautsprecher werde ich in meinem Hörraum durchmessen, u.a. weil mir die Raumparameter gut
bekannt sind und der Raum als "Raum in Raum" Konstruktion im Tiefton reduzierten Modeneinfluss
hat und zudem aufgrund des sehr geringen Geräuschpegels auch sehr genaue Messungen bis weit
in den Sperrbereich von Filtern oder auch des Rolloffs im Tiefton ermöglicht.

Wenn die Ergebnisse hier wie erwartet sind, erfahre ich in einem anderen Raum nicht viel Neues über
den Lautsprecher an sich.

D.h. man wird - nachdem eine passende Aufstellung gefunden ist - ggf. das Bündelungsmaß im oberen
Hochton auf den anderen Raum sowie die Präferenz des Hörers(!) anpassen und das war's für den
Mittel-/Hochtonbereich.

Wenn dieser Lautsprecher im Mittel-/Hochton (auf Räume?) "eingemessen" werden müsste, hätte ich
ihn ja nicht zu entwickeln brauchen ... (*)

Anders sieht es im Tiefton (vornehmlich Tiefbass) aus: Sollte man hier mit "konventionellen" Mitteln
nicht weiterkommen und am jeweiligen Hörplatz unangenehmer Modeneinfluss auftauchen, wird man
vor Ort entscheiden, welcher Art eine DRC (hörplatzbezogene digitale Kompensation) sein sollte.

Ansonsten: Ja der Lautsprecher kann und soll nach Fertigstellung auch mindestens einen anderen
Raum "sehen". Ich habe jedoch schon viele meiner Lautsprecher über die Jahrzehnte durch unter-
schiedliche Räume begleitet , d.h. für mich ist das zwar immer noch interessant, aber mit Bezug auf
die Ergebnisse auch kein Mysterium mehr.

______________________________

(*) Natürlich kann man den 3-stufig - über das Bündelungsmaß im Hochton - variierbaren Energie-
frequenzgang im jeweiligen Zielraum auch messtechnisch bestimmen: Doch was nutzt das wirklich,
wenn hier am Ende die Präferenz des jeweiligen Hörers (nicht etwa meine eigene ...) entscheidet?