Zelfbouw Z3 luidspreker
Met deze beschrijving wil ik beginnende zelfbouwer(s) een idee geven hoe in grote lijnen een luidsprekerbox ontwerp tot stand komt. Voor de gevorderde bouwer zal dit meer een beschrijving zijn hoe en waarom bepaalde keuzes zijn gemaakt. Dit ontwerp is uitdrukkelijk alleen bedoelt voor "doe het zelf" bouwers. Het is niet toegestaan zonder toestemming op welke wijze dan ook dit ontwerp te gebruiken voor commerciële doeleinden. Wanneer er interesse is voor een commerciële toepassing van een produkt, vul dan het contact formulier in.
- Gestelde eisen aan ontwerp
- Uitwerking eisen
- Bouwgegevens bepalen
- Bouwen kast
- Het scheidingsfilter
- Testen en corrigeren
- Eindresultaat
Gestelde eisen aan ontwerp
Omdat het een kwalitatief goede luidspreker moet worden, zijn de volgende eisen gesteld aan het ontwerp:
* Kast mag niet te groot in doorsnede worden; de hoogte is minder van belang
* Het lage kantel punt op -3dB op maximaal 35Hz of lager
* Het hoge weergave bereik moet vlak doorlopen tot zeker 22kHz
* De vervorming moet zo laag mogelijk blijven (liever geen consessies hieraan)
* Voldoende ruimtelijke/rondom weergave
* Goed belastbaar, zodat ook in een wat grotere ruimte nog een redelijk volume te bereiken is
* Er wordt in eerste instantie niet naar een maximale prijs gekeken, maar liever niet duurder dan 450 euro per stuk.
Uitwerking eisen
Gezien de hoge eisen zal er in het ontwerp zoveel als mogelijk worden uitgegaan van ideale situaties of de beste technische oplossing.
Een van de eerste keuzes die gemaakt wordt is dat het een drie-weg systeem zal worden. Dit wordt voornamelijk bepaalt door het feit dat de losse units bij een 3-weg minder vervorming produceren omdat ze een kleiner frequentie bereik te verwerken hebben en ze ruim binnen hun eigen weergave bereik aangestuurd worden.
Mede gezien de eis voor kwaliteit en lage vervorming wordt er voor de middentoner een aparte gesloten behuizing gemaakt.
Voor de basweergave wordt er gekozen voor een basreflex systeem omdat daarmee het volume van de kast relatief klein te houden is. De bas-reflex opening komt aan de voorzijde omdat dan de afstraling directer is en de plaatsing in de ruimte niet of nauwelijks kritisch is.
De frequentie van de poort wordt in combinatie met het volume van de kast zo gekozen dat er een goede impuls gedrag is, de huidige keuze is een redelijke balans tussen het impulsgedrag en de uiteindelijke (elektrische) belastbaarheid.
De kast op zichzelf moet compact blijven, dus is een staand model gekozen die relatief smal is aan de voorzijde.
De luidsprekers worden gekozen op vermogen, een lage vervorming en op de eis dat de weergave op de 0' as en de 30' as nagenoeg identiek zijn (zeer goed rondom afstraal gedrag). Dit laatste is in dit geval een eis, omdat een natuurlijke bron ook rondom straalt (punt-straler), daarom moet dit ook zo dicht mogelijk worden benaderd.
Een ander punt bij de keuze in luidsprekers is het feit of het weergave bereik goed op elkaar aansluit. Door luidspreker-units te kiezen die van zichzelf een breed weergave bereik hebben, is de uiteindelijke weergave makkelijker 'vlak' te krijgen en blijft de vervorming binnen de perken.
Voor de hoge-toner is gekozen voor een tweeter van Seas, de T25CF002. Dit is denk ik de beste tweeter die Seas levert en kenmerkt zich door een uitermate strakke en vooral ongekleurde weergave tot 20kHz op zowel de hoofdas als op 30' naast de as.
Bij de midden-toner is gekozen voor een mid-woofer van Seas, de W15CY001. De keuze is voornamelijk bepaalt door de lage vervorming, goede belastbaarheid en het brede weergave bereik.
De keuze voor de woofer is gevallen op de 15W8530K van Scanspeak. Hierbij hebben het kleine formaat in verhouding tot de goede (laag)weergave en de belastbaarheid de doorslag gegeven.
Nu in grote lijnen keuzes gemaakt zijn voor de afzondelijke componenten, kan er een tekening gemaakt worden hoe de kast er uit komt te zien.
Bouwgegevens bepalen
De kast wordt dus een (smal) staand model met daarin een gesloten deel voor de middentoner en een apart bas-reflex deel voor de woofer. Omdat voor een goede weergave de midden- en hogetoner op oorhoogte moet zitten en de afstand tussen de middentoner en de hogetoner zo klein mogelijk moet zijn, zitten deze beiden bovenin de kast. In dit geval komt de hogetoner onder de middentoner, dit heeft als reden dat het geluidsbeeld iets omhoog gericht is en relatief eenvoudig te corrigeren is in het wisselfilter.
De plaats van de woofer is net onder de hogetoner, zodat er symmetrie in lijkt te zitten. Dit heeft verder geen nut op weergave gebied, is alleen om cosmetische redenen zo gedaan.
Met de eisen en uitwerkingen in de hand is nu de bouwtekening voor de kast gemaakt.
Er wordt in verhouding niet zoveel verstevigingen aan gebracht om de paneel resonanties te dempen. Zolang de wanden voldoende dik zijn en deze worden bekleed met demping en anti-dreun materiaal heeft het ook niet zo heel veel zin. Alleen als er grote acoustische belasting op zouden treden (bassen) is het raadzaam om wel te doen. Hèt nadeel van versteviging (bracing) is dat het geen resonanties wegneemt maar verdeelt over meerdere (sub)panelen en zo verplaatst naar hogere frequenties. Helaas wordt dit vaak vergeten. In dit geval zou 'extreme' bracing nodig zijn om de resonanties te verschuiven naar (hoge) frequenties waar ze geen kwaad kunnen, dus tot boven de filter frequentie. Vandaar dat er voor een eenvoudiger vorm van demping en absorptie is gekozen.
Bouwen kast
Nu bekend is hoe de kast er uit gaat zien, kan er een zaagtekening gemaakt worden.
Op naar de DHZ handel om enkele stroken MDF te zagen, er wordt gelijk zoveel mogelijk op maat gezaagd. Na het zagen van de losse panelen komt (voor mij) een moeilijk werk: het frezen van de openingen voor de speakers en de bas-opening. Met wat geduld en enig ge-experimenteer is het frezen gelukt. Wanneer dit gedeelte eenmaal achter de rug is, kunnen de panelen (ruim van houtlijm voorzien) in elkaar worden gezet. Goed aangedrukt door een hele batterij aan lijmklemmen wordt het bouwwerk 24 uur rust gegeven.
Dan komt ook een heel leuk karwei, het schuren van de kast. Eerst wordt begonnen met een vrij grove korrel om de oneffenheden weg te werken. Daarna een steeds fijnere korrel totdat de kast zo glad is dat het stof er spontaan langs glijdt.
Hier ben ik gestopt met het verder afwerken van de kast en ben overgegaan naar het bouwen van het filter en het testen van de speakers in de behuizing.
Achteraf gezien had ik beter kunnen wachten met het afschuren totdat alle testen gedaan waren omdat er toch altijd wat beschadigingen en vette vingers op de kast komen tijdens het testen. Nu moet ik overnieuw alle 'beschadigingen' wegwerken.
Maar ja, dat krijg je als je er een 1/2 jaar over doet om een definitieve afstemming te bepalen...
Het scheidingsfilter
Het ontwerpen van het filter is relatief snel gebeurt. Ik had al een Excel file met de weergave gegevens van de speakers, en de gewenste weergave karakteristiek van de box was ook snel klaar. Met die beide gegevens was het niet zo moeilijk meer om de vereiste filterorde te bepalen. Die filter berekeningen zijn ook in een Excel bestand gezet om een inschatting te maken of het filter theoretisch goed in elkaar zit.
Een van de uitgangspunten hoort te zijn dat bij een overname (kantel) punt tussen 2 speakers, het onderlinge fase verschil zo klein mogelijk moet blijven. Dit kun je bereiken door bij beide speakers de weergave karakteristiek
inclusief het filter van gelijke orde te maken.
Ook belangrijk is dat elke speaker ruim binnen z'n eigen weergave bereik moet blijven voor een lage vervorming. Zie voor het eerste filterontwerp het pdf bestand Z3-proto-filter.
Maar dan komt het echte werk pas: het corrigeren en of compenseren van het filter aan de kast (diffractie verliezen) en aan de kamer-acoustiek (heel belangrijk!). Zeker in het laag-frequente bereik, ongeveer tot 500Hz, speelt de kamer-acoustiek een niet te verwaarlozen rol die mijns inziens zeker gecorrigeerd dient te worden. Een nadeel is dan wel dat de box positie dan zo goed als vast ligt.
Testen en corrigeren
Dit is een van de meest belangrijkste punten uit bouwen van en luidsprekers. Het vergelijken of de uitkomst overeen komt met de berekeningen en verwachtingen.
Helaas is bij de bouw van deze box ook 'Murphy' op bezoek geweest, maar het schijnt wel vaker te gebeuren dat theorie en praktijk elkaar niet mogen.
Een van de belangrijkste redenen om eerst te gaan testen en dan het filter te gaan corrigeren is omdat de invloed van de luister-ruimte en de kast zelf niet in de berekeningen zijn meegenomen. Wat voor een invloed dit heeft blijkt wel uit de metingen: correcties van 2 tot 6dB in de (laag) weergave karakteristiek zijn geen uitzondering.
Wat er zoal gecorrigeerd is in het filter: het kantelpunt van de bas is lager gelegd en van 2e orde gemaakt; het volume van de midden toner wat omlaag gebracht en anders gefilterd om een betere rondom weergave te krijgen; de tweeter iets meer gedempt om de weergave vlakker te krijgen.
Overwogen wordt om de bas en de midden toner actief te gaan filteren, omdat ik toch al een aparte versterker gebruik voor de bas-speaker is het eenvoudiger om dit gelijk actief te maken. Een groot voordeel is dat een 24dB filter gebruikt kan worden.
Eindresultaat
Ja en dan kom je op het punt om je de volgende vragen te stellen: wat dit kost dit nu, en was het deze 'investering' waard? Qua kosten voor een volledig afgewerkte box moet je gaan denken aan ongeveer 700 euro (per stuk ja!).
Of dit de investering waard is? Voor mij wel. Als ik de boxen beoordeel op geluidskwaliteit, de zeer lage (eigen) vervorming zie en hoor en er van uit ga dat deze boxen zeker 10 jaar mee moeten kunnen gaan, dan kom ik tot de conclusie dat voor mij dit een goede keus is geweest.
Daarnaast speelde ook mee dat het een beetje hobby is om zo'n systeem in elkaar te knutselen.
Voor degenen die nu nog zitten te knipperen met de ogen van de schrik om de hoeveelheid euro's die rondvliegen: wees gerust, er zijn ook heel veel zelfbouw luidsprekers die ook heel goed presteren maar toch beduidend minder kosten.
(Binnenkort komt er een budget-bouwbeschrijving voor een vergelijkbaar systeem, dit gaat ongeveer 200 euro kosten).
Nog vragen?
Heb je nadere vragen? Stuur een gerust een email.
Op de pagina contact vind je meer informatie en een contactformulier.
