Bauen Sie dieses HiFi-Lautsprechersystem mit offener Schallwand und Crossover-Netzwerk

Das hier vorgestellte hochwertige HiFi-Lautsprecherkonzept mit offener Schallwand ersetzt das übliche Lautsprechergehäuse. Sein Schallemissionsmuster ähnelt einem elektrostatischen Muster. Es funktioniert ohne Gehäuse oder Gehäuse für die Tieftöner, obwohl die Antriebseinheiten eine normale Dynamik aufweisen. Die Reproduktion wirkt extrem „geräumig“ auf die Ohren.

Entwurfsüberlegungen

Elektrische Energie wird normalerweise durch eine dynamische Antriebseinheit in akustische Energie umgewandelt. Sie können andere Formen finden, wie die elektrostatischen und Bändcheneinheiten, diese sind jedoch normalerweise teurer und manchmal zusätzlich anfälliger oder komplizierter zu bauen als der klassische Kegeltyp, der seit etwa 70 Jahren existiert.

Überall auf der Welt viele Millionen Lautsprecherantriebseinheiten werden jährlich hergestellt. Nur ein kleiner Prozentsatz davon ist für HiFi-Geräte bestimmt: Der Rest ist für Telefone und Autoradios bestimmt. tragbare Radios und so weiter.

Typischerweise wird der Konuslautsprecher nur für eine hochwertige Audioverarbeitung als geeignet angesehen, da dieser Typ die Fähigkeit besitzt, ein beträchtliches Luftniveau in Bewegung zu setzen (dies ist der einzige wichtige Aspekt für die physikalische Hörcharakteristik).

Wenn eine 'Membran' niedrige Frequenzen replizieren muss, ist es entscheidend, dass sich Vorder- und Rückseite ihres Kegels nicht gegenseitig 'erkennen' können (andernfalls kann ein akustischer Kurzschluss auftreten).

Aus diesem Grund wird im Allgemeinen eine versiegelte Box oder ein Bassreflexgehäuse zur Wiedergabe niedriger Frequenzen verwendet.

Diese Art von Gehäuse hat den Nachteil, dass es dazu neigt, mit dem Kegel zu schwingen (es sei denn, es ist auf Beton angeschraubt).

Einige Spezialisten glauben, dass das Muster wie eine Punktquelle fokussieren sollte, dh alle Frequenzbereiche müssen um einen Winkel von 360 ° übertragen werden.

In der Praxis ist das Strahlungsmuster von Mittelfrequenz- und Hochtönereinheiten auf etwa 180 ° beschränkt, nur die Tieftöner dürfen etwa 360 ° erreichen.

Möglicherweise finden Sie hierfür Lösungen, indem Sie beispielsweise die Antriebseinheiten auch an der Rückseite des Gehäuses befestigen. Eine weitere Option ist die Anwendung elektrostatischer Treiber, da diese die Wellen vorwärts und rückwärts drücken.

Da der wiedergegebene Ton auf der Vorderseite mit dem auf der Rückseite gegenphasig ist, reagieren diese Modelle anders als ein multidirektionaler Kühler.

Diese Art von Einheiten wird daher als Dipolstrahler bezeichnet, obwohl der Strahlungsstil achteckig ist. Die Schallausgabe dieses Gerätetyps kann jedoch äußerst angenehm zu hören sein, einfach weil die Schallwellen von der Rückseite durch mehrere Reflexionen auf den Hörer treffen, wodurch die stereoskopische Wirkung verstärkt wird.

Das diskutierte Design einer hochqualitativen Lautsprecherbox mit offener Schallwand, die zwar in der Musikwelt nicht ganz neu ist, aber kaum jemals Gegenstand eines DO-IT-YOURSELF-Projekts war, versucht, diese verschiedenen Faktoren miteinander zu verbinden. Einfach ausgedrückt, eine, die als Dipolstrahler fungiert, aber reguläre dynamische Antriebseinheiten verwendet.

Niedrige Frequenzen werden von zwei Tieftönern verarbeitet, die sich auf einer winzigen Schallplatte befinden, während mittlere und hohe Frequenzen von zwei Squawkern und zwei Hochtönern verarbeitet werden, jeweils einer vorne und einer hinten.

Technische Hinweise

Wenn eine Lautsprecherantriebseinheit in der Mitte einer Platine installiert ist, nimmt ihre Frequenzcharakteristik unter der unteren Grenzfrequenz (bestimmt durch die Abmessungen der Platine) mit einer Rate von 6 dB pro Oktave ab.

Unter der Resonanzfrequenz der Antriebseinheit, die sich auf 18 dB pro Oktave verbessert, ist dies jedoch wirklich unwichtig, wenn es um Antriebseinheiten mit einer niedrigen Resonanzfrequenz geht.

Dieser Effekt ist gegenüber dem einer versiegelten Box (12 dB pro Oktave) oder dem einer Bassreflexbox (12-18 dB pro Oktave) vorzuziehen.

Nachteil ist offensichtlich, dass die niedrigere Grenzfrequenz höher ist (halbe Wellenlänge: Durchmesser der Platte). Mit dieser Frequenz beginnen sich Vorder- und Rückseite des Kegels gegenseitig aufzuheben, damit sich die resultierende Funktionalität verschlechtert.

Es ist, als würde die vorne nach vorne gepresste Luft von der Luft aufgenommen, die der Kegel auf der Rückseite ansaugt. Für eine Grenzfrequenz von 60 Hz ist eine Platine mit einer Größe von 10 x 10 Fuß erforderlich.

Darüber hinaus erfordert eine saubere Charakteristik, dass die Antriebseinheit asymmetrisch montiert wird, um sicherzustellen, dass die „Kurzschlüsse“ über einen breiten Frequenzbereich verteilt sind.

Diese Art von massivem Board ist offensichtlich nicht für Anwendungen zu Hause geeignet, bei denen die Modelle für identische Funktionen einen reduzierten Platzbedarf haben.

Trotzdem ist das Design der offenen Schallwand weiterhin neugierig, da es die unzähligen (unerwünschten) Konsequenzen ausschließt, die ein Gehäuse für die Schallwiedergabe hat (stehende Wellen: zusammen vibrieren usw.).

Die Vibration des Gehäuses wird tatsächlich zu einer großen Herausforderung, wenn das Gehäuse aus Holz besteht. Für den Hausgebrauch könnte möglicherweise versucht werden, eine Platte mit moderaten Maßen, die auf dem Boden eines Raums angebracht ist, seine Abmessung künstlich zu verbessern und so die Grenzfrequenz zu verringern.

Weiterhin kann eine elektrische Kompensation angewendet werden, um (bis zu einem gewissen Grad) die akustische Dekadenz auszugleichen. Dies wird wahrscheinlich die Effizienz und die Belastbarkeit in gewissem Maße verringern, dies könnte jedoch durch die Verwendung eines großen Kegels und die Einschränkung der Korrektur innerhalb realistischer Grenzen gehalten werden.

Das aktuelle Layout läuft auf der hohen, schmalen Platine, auf der einige 210-mm-Tieftöner installiert sind, und ist für die vertikale Positionierung auf dem Boden vorgesehen. Die (berechnete) niedrige Grenzfrequenz (-3 dB) liegt nahe bei 100 Hz.

Weil ein zusätzlicher Verstärker als unnötig angesehen wurde. Das Korrekturnetzwerk ist eigentlich ein passiver LC-Typ, der am Eingang der Tieftöner angeschlossen ist (siehe Abb. 3).

Weiterhin kann eine elektrische Kompensation angewendet werden, um (bis zu einem gewissen Grad) die akustische Dekadenz auszugleichen. Dies wird wahrscheinlich die Effizienz und die Belastbarkeit in gewissem Maße verringern, dies könnte jedoch durch die Verwendung eines großen Kegels und die Einschränkung der Korrektur innerhalb realistischer Grenzen gehalten werden.

Das aktuelle HiFi-Lautsprecherlayout läuft auf der hohen, schmalen Platine, auf der einige 210-mm-Tieftöner installiert sind, und ist für die vertikale Positionierung auf dem Boden vorgesehen. Die (berechnete) niedrige Grenzfrequenz (-3 dB) liegt nahe bei 100 Hz. Da ein zusätzlicher Verstärker als unnötig angesehen wurde, ist das Crossover-Korrekturnetzwerk tatsächlich ein passiver LC-Typ, der am Eingang der Tieftöner angeschlossen ist (siehe Abb. 1). 3.

Abb. 3

Liste der Einzelteile

Die (gemessenen) Eigenschaften des auf einer Platine installierten Tieftöners, die des Korrekturnetzwerks und die des eingestellten Lautsprechers sind in Abb. 1 dargestellt.

Abb.1

Um die Effizienz und die Belastbarkeit innerhalb tolerierbarer Grenzen zu halten, wurde die Korrektur auf knapp über 1 Oktave beschränkt.

Der Wirkungsgrad wird um 8 dB verringert. Die Verwendung eines Paares Tieftöner verbessert den Wirkungsgrad nicht wirklich (die Gesamtimpedanz ist niedriger, obwohl die Verlustleistung größer ist). und die Ausgangsleistung ist weiterhin praktisch identisch mit der eines 210-mm-Tieftöners in einer geschlossenen Box. Die getesteten Eigenschaften sind in Abb. 2 dargestellt.

Abb.2

Es wird beobachtet, dass die Grenzfrequenz von -3 dB auf etwa 35 Hz reduziert wird, was ein guter Wert für HiFi-Anwendungen ist.

Beachten Sie, dass die korrigierte Kurve aus den Effekten des Tiefpassfilters besteht, damit es wieder über 200 Hz zu gleiten beginnt. Das resultierende Gleichstromsymbol ist eine schmale Schallwand, die eine bessere Bassleistung bei niedrigeren Hz bietet als mehrere „herkömmliche“ Lautsprecherboxen.

Es scheint, als würde das vorgeschlagene Layout mit offener Schallwand die tiefen Frequenzen nicht gut wiedergeben. Dies kann jedoch auf die Tatsache zurückzuführen sein, dass Boxdesigner normalerweise die Wirkung des realen Raums oder Raums nicht berücksichtigen, was zu einer niederfrequenten Spitze führt, sobald der Lautsprecher für den Raum verwendet wird.

Die Eigenschaften der vorne und hinten getesteten Tieftöner sind bei niedrigen Frequenzen im Wesentlichen gleich. Dies ist bei Squawkern (Mittelklasse-Einheiten und Hochtöner) einfach nicht der Fall, was bedeutet, dass diese am hinteren Ende nachgebaut werden müssen.

Darüber hinaus haben Squaker stark gekrümmte Frequenzeigenschaften und eine schlechtere Strahlungseffizienz. Aus diesem Grund wurde es wichtig, diese Einheiten in einem kleinen Gehäuse unterzubringen

Auswahl der Antriebseinheiten

Um eine verbesserte Strahlung zu beobachten, muss der Durchmesser der Antriebseinheiten im Vergleich zur reproduzierten Audiowellenlänge klein sein.

Daher ist eine Drei-Wege-Methode erforderlich. Da die Auswahl verschiedener Arten von Antriebseinheiten in einem System normalerweise zu Verfügbarkeitsschwierigkeiten führt, wurde entschieden, alle drei Typen im Bereich eines einzelnen Lieferanten auszuwählen.

Das Cross-Over-Netzwerk

Die Schaltung des Überkreuzungsnetzwerks ist in Fig. 3 zu sehen, deren getesteter Ausgang in Fig. 4 gezeigt ist. Die Induktivitäten L2 und R2 liefern die Niederfrequenzkorrektur, wie in Fig. 1 gezeigt.

Abb.4

Die eigentliche Filterung erfolgt durch L1-C1. Dieser Abschnitt gibt eine Steigung zweiter Ordnung von ungefähr über 400 Hz an (sie scheint ziemlich reduziert zu sein, Abb. 4, aber das kann daran liegen, dass sich die Kurven dort nur auf die elektrische Leistung beziehen: Die Wirkungsgrade der Antriebseinheiten sind nicht enthalten.

Der Widerstand R1 garantiert einen ziemlich konstanten Widerstand am Ausgang des Systems, unabhängig von der Auswirkung von L2-R2 und der frequenzabhängigen Impedanz der Tieftöner. Der Teil für die Squawker besteht aus L4-C2 für den Abrollvorgang bei 400 Hz und L5-C3 für denselben bei 5 kHz. Die Steigungen betragen ungefähr 12 dB pro Oktave.

Zusammen mit dem natürlichen Abrollen der Hochtöner führt dies zu einer schärferen Neigung, was entscheidend ist, um sicherzustellen, dass die Geräte mit mittlerer Reichweite nicht mit übermäßig viel Leistung umgehen. Der Dämpfer R3-R4 zwischen dem Abschnitt und den Antriebseinheiten bietet eine Pegelanpassung bei nahezu 3,5 dB. Der Hochtönerabschnitt (zweiter Ordnung) enthält L5-C4.

Der Dämpfer R5-R6 bietet eine Pegelanpassung von ungefähr 5,5 dB, um einen ultimativen, flachen akustischen Frequenzgang zu bieten. Das Cross-Over-Netzwerk wird am besten über ein kleines Allzweck-Veroboard entwickelt (siehe Abb. 5 für ein geeignetes Komponentenlayout).

Abb.5

Die Kerninduktoren sind ziemlich schwer und müssen daher möglichst mit nichtmetallischen Muttern, Schrauben und Unterlegscheiben richtig geklemmt werden. Die Induktoren L1, L2 und L4 sind Spulentypen mit einem HQ-Kern. Dieses Material erzeugt keine Verzerrungen sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Frequenzen und ist auch ziemlich billig.

Da L1 und L2 relativ erhebliche Ströme führen sollen, handelt es sich um Luftkerninduktoren oder um ein Nichteisen- oder minderwertiges Kernmaterial. Trotz der Tatsache, dass C2 als bipolares Elektrolyt gewählt wird, kann ein MKT-Typ ebenso effektiv eingesetzt werden.

Wie zu konstruieren

Im Wesentlichen sind alle in Fig. 6 gezeigten Abschnitte aus 25 mm Spanplatte mittlerer Dichte hergestellt. Das Hauptelement ist Panel A, eine 1150 mm hohe Platine, auf der ein Paar Tieftöner, ein Squawker und ein Hochtöner angebracht sind.

Beachten Sie, dass alle Antriebseinheiten in versenkte Löcher geschraubt werden müssen, was ihre Strahlungseffizienz erheblich erhöht. Dies ist jedoch nur auf der Vorderseite wichtig, da die Audioübertragung von hinten nicht so wichtig ist.

Abb.6

Eine Seitenansicht des bisherigen Designs erscheint wie ein einzelner fester Querschnitt von 50 mm, der sich auf der Basis verbreitert.

Beenden Sie dies nach Bedarf in Lack oder Furnier. Denken Sie an die Verkleidung E Wenn der Lack oder das Furnier getrocknet ist, verlegen Sie die Kabel für die Lautsprecher und installieren Sie die Antriebseinheiten an der Vorderseite. Übersehen Sie nicht die Kabel für den hinteren Squawker und den Hochtöner.

Schließen Sie die Kabel an die Geräte an. Kennzeichnen Sie die Kabelenden, damit später keine Verwirrung hinsichtlich der verschiedenen Kabelklemmen entsteht.

Die Löcher, durch die die Drähte verlaufen, sollten wasserdicht verschlossen werden, z. G. eine Klebepistole. Befestigen Sie anschließend die Platte E mit Spanplattenschrauben nach oben hinten, wie in Abb. 6b gezeigt. Die Schraubenköpfe sollten versenkt sein.

Abb.7

Decken Sie die Zwischenräume zwischen den Paneelen mit entsprechendem Klebeband ab. Danach den hinteren Squawker und den Hochtöner einbauen.

Stellen Sie sicher, dass die Kabelverbindungen zu diesen Abschnitten denen der vorderen Bedeutung entsprechen. Verbinden Sie die + -Linie des vorderen Hochtöners mit der - -Linie des hinteren Hochtöners und ebenfalls mit den Mittelklasse-Einheiten.

Die elektrische Polarität gemäß dem Crossover-Netzwerk hängt von den Frontlautsprechern ab.

Installieren Sie als Nächstes das Crossover-System unter den Tieftönern, wie auf dem Foto in Abb. 7 gezeigt. Erstellen Sie zum Schluss eine L-förmige Halterung wie in Abb. 7 dargestellt, schrauben Sie diese wie angegeben an der Grundplatte fest und bringen Sie die Sockel an . Schließen Sie die Steckdosen nach Bedarf an das Cross-Over-Netzwerk an.

Technische Spezifikationen