Bafflestep- und Weichensimulation mit Fremdchassis

[poor but loud]

Original geschrieben von UweG
Tausche ruhig mal in der Simu die Chasssis gegen andere aus

Schon passiert! Ich habe mal ein Projekt mit Einfachweiche und G 25 FFL simuliert. Die Box hat 3 Tieftönern (FR 10 wie gehabt, TI 100 und W 100 S) an derselben Stelle, aber es ist immer nur einer angeschlossen. So kann man blitzschnell umstellen.

Hier also 3 Simulationen mit dem G 25 FFL und verschiedenen Tieftönern. Von oben: FR 10, TI 100, W 100 S



Anschließend habe ich den G 25 FFL gegen einen DSM 25 FFL ausgetauscht. Hier die Simulationsergebnisse mit dem DSM 25 FFL. Oben die durchgängige Titanbestückung, darunter die Kombinationen mit FR 10 und W 100 S:



Bei beiden Simulationen mit dem TI 100 fällt die Tieftönerkurve bis 5 kHz schön sauber ab, sauberer als bei den beiden Papiermembran-Chassis. Leider pendelt die Kurve dafür im Hochtonbereich um die 68-Dezibel-Marke. Hartmembran-Tieftöner haben eben die Lizenz zum Tröten - das zeigt ja auch der Amplitudenschrieb des unbeschalteten Chassis legt.

Nach etlichen Iterationen stand schließlich eine Weichenschaltung, die diesen Nachteil ausräumt und auch für eine glattere Summenkurve sorgt. Ich habe sie für die 3 Varianten mit Titankalotte simuliert. Da die Wirkungsgrade verschieden sind und die Höhen stets leiser sind als bei den Einfachweichen-Versionen, habe ich die Skalierung so geändert, dass alle Kurven nahezu auf gleicher Höhe liegen.

Und hier die Ergebnisse:



Die Gesamt- und Einzelkurven verlaufen nun sehr ähnlich. Alle 3 Tieftöner haben zwischen 7 und 8 kHz eine Materialresonanz, die beim Breitbandchassis am schwächsten ausgeprägt ist und bei den Tiefmitteltönern - unabhängig vom Membranmaterial - auf gleicher Höhe liegt. Die ersten beiden Tieftöner haben ferner eine Resonanz bei 9,5 kHz, während den beiden Papiermembran-Modellen Frequenzgangdellen um 2 und 4,5 kHz gemeinsam sind.

Bei 4,5 und 8 kHz hat die Hochtönerkurve je eine Senke, während die Kurve des W 100 S bei denselben Frequenzen zwei relative Maxima hat, die die Senken einigermaßen auffüllen.So bewegt sich die Summenkurve (unten) im gesamten Kilohertz-Bereich innerhalb eines Toleranzschlauchs von 3 dB. Ab 3 kHz verläuft die Summenkurve ähnlich wie bei der durchgängigen Titanbestückung (oben). Bei der Version mit dem FR 10 (Mitte) ist der 3,75-kHz-Einbruch am tiefsten; dafür arbeitet er unterhalb von 2,3 kHz deutlich linearer als sein "Pappkamerad". Am besten gelang die Optimierung bei der Titan-Titan-Kombi, deren Summenkurve im wichtigen Frequenzbereich zwischen 200 und 6.000 Hz praktisch nur um plus/minus 1 dB von der 76-dB-Linie abweicht.

Ein Nachteil der mit dem W 100 S bestückten Version liegt ferner in der ungewöhnlich niedrigen Trennfrequenz. Natürlich ist die Verwendung eines tief ankoppelbaren Hochtöners generell erstrebenswert, aber einen solchen habe ich nicht. Und eine gegebene Weichenschaltung ist bezüglich eines Hochtöner-Austausches umso weniger fehlertolerant, je niedriger die Trennfrequenz liegt und je stärker die TSP von simuliertem und verbautem Hochtöner differieren.

[UweG]

Irgendwie wäre mir der Weichenaufwand zu hoch für den Wert der Chassis und dafür, dass du sowieso nicht weißt, was hinterher herauskommt.

Wenn man mit der Einfachweiche ein wenig spielt und z. B. 2,2mH oder gar 3,3 mH im Bass verwendet, kann man den Frequenzgang mit bekannten Chasssi ähnlich gerade bekommen wie deine Simus. Für den HT könnte man überlegen, statt eines Widerstands vor dem HT-Zweig einen Spannungsteiler direkt vor den HT zu schalten. Das ist nur ein Widerstand mehr und hätte den Vorteil, dass damit die Impedanz des HTs auf jeden Fall etwas geglättet wird, egal wie sie aussieht.

Was ist eigentlich mit dem eigangs erwähnten 17er? Wird der jetzt doch nicht verwendet?

[poor but loud]

Original geschrieben von UweG
Was ist eigentlich mit dem eigangs erwähnten 17er? Wird der jetzt doch nicht verwendet?

Noch nicht, aber später. Der soll mit zwei Inverskalotten und einem Titankalottenhochtöner kombiniert werden. Er hat eine inverse Staubschutzkappe, und alle Membranen außer der des Hochtöners sind schwarz, genauso wie die Chassiskörbe. Und die Körbe der Konuschassis sind eckig mit 4 Befestigungslaschen.

Wären die 7 cm durchmessenden Inverskalotten und die Tieftöner-Staubschutzkappe konvex, könnte das Ganze als Hommage an die frühen Jahre der Standboxen-Ära durchgehen, in der es viele Braun- und ADS- Produkte mit vergleichbarer Optik gab. Aber auch andere Hersteller wie Heco oder Elac (z. B. Axiom EL 135) bauten ähnliche Boxen.

Eigentlich war das Ganze gar nicht als Braun-Kopie oder dergl. geplant. Ich habe vor längerem einen Artikel über die Elac FS 210 A gelesen und war sofort von der Optik begeistert. Die Tiefmittelton-Inverskalotten in anthrazit-metallic hatten es mir besonders angetan. Aber kurz darauf nahm ich eine fast 20 Jahre alte Ausgabe von Klang + Ton zur Hand, in der die Extra 3 (die mit dem rückseitig offenen Kalottenmitteltöner Vifa DM 760) beschrieben wurde. Wehmütige Erinnerungen an die Zeit, als ich meine ersten und für lange Zeit letzten Boxen baute, kamen wieder hoch. Ich glaubte, meine wahre Liebe gefunden zu haben - oder vielleicht doch lieber etwas in der Art der FS 210 A?

So oder so, die benötigten Chassis sind für den Selbstbau nicht (mehr) verfügbar, also musste ich zwangsläufig improvisieren. Auch bezüglich des Hochtöners, denn der ursprünglich ins Auge gefasste Magnetostat erfordert eine Trennfrequenz oberhalb von 2,5 kHz. Und so entschied ich mich für eine Metallkalotte, wie sie um 1985 schwer in Mode waren. Die übrigen Chassis sollten alle dieselbe Membranfarbe haben und die Mitteltöner ein möglichst geringes Außenmaß aufweisen. So kommen nun durchweg eckige Körbe und schwarze, durchgehend konkave Schwingeinheiten zum Einsatz, und das zusammen mit einer Metallkalotte. Eigentlich ein für die Mittachtziger sehr typisches Produkt, bis auf Form der Schwingeinheiten, die der heutigen Mode folgt (sieht ja auch gut aus, weil die Spiegelungen in der Staubschutzkappe und den Mitteltonkalotten genauso ausfallen wie in der Tieftonmembrane).

[poor but loud]

Original geschrieben von UweG
Irgendwie wäre mir der Weichenaufwand zu hoch für den Wert der Chassis und dafür, dass du sowieso nicht weißt, was hinterher herauskommt.

Ich habe mal ein paar Summenkurven für den Bereich von 200 Hz bis 20 kHz simuliert. Von oben:

DSM 25 FFL und TI 100 mit angepasster Weiche
FR 10 mit angepasster Weiche
FR 10 mit Weiche des TI 100
W 100 S mit angepasster Weiche
W 100 S mit Weiche des TI 100



Bei der Kombination mit dem FR 10 nehmen die zwischen 1,5 und 15 kHz zu findenden Welligkeiten mit der falschen Weiche sogar noch ab, weil das 3,75-kHz-Minimum um weniger als 1 dB leiser wird, die Maxima dagegen um mehr als 1 dB. Andererseits ist nun unnötiger Weise der ganze Bereich leiser als das 1,3-kHz-Maximum, die Über-alles-Schwankungsbreite also größer. Geschmackssache.

Die größten Probleme macht wieder der W 100 S, dessen Kurve sich im Bereich zwischen 200 und 800 Hz ohne angepasste Weiche größtenteils auf einem niedrigeren Niveau als der 1,9-kHz-Einbruch bewegt. Dafür liegen die hier nicht sichtbaren Einzelkurven der Tieftöner bei den Papiermembran-Modellen ab 6 kHz nun unter 51 dB. Das kann der Schalladdition bei unbekannter Tieftönerkurve nur förderlich sein.

Unterhalb 300 Hz nehmen sich die verschiedenen Weichen an demselben Tieftöner nichts, wohl aber gibt es von Bestückung zu Bestückung drastische Unterschiede, die nichts über die Eignung dieser oder jener Weiche aussagen. Ich habe deshalb alle Diagramme unterhalb von 200 Hz abgeschnitten.

Entsprechende Versuchsreihen werde ich auch mal mit der Einfachweiche machen. Leider ist es mit Boxsim nicht möglich, die Weichen unter Winkel zu optimieren. Die Anzeigeoptionen finde ich auch etwas unpraktisch. Dass der Frequenzgang unter 60 °, 90 ° usw. angezeigt wird, sehe ich als Übererfüllung des Plansolls. Jedes Mal muss ich die Kurven weiß einfärben, damit sie die Übersicht nicht mehr stören. Aber vermutlich muss das so sein, dass Freeware vor ihrer Verteilung in irgendeiner Form entwertet wird.

Vielleicht sollte ich mal ein Impedanzkorrekturglied entwerfen, das bei fast beliebigem Tieftöner eine Oktave oberhalb der Trennfrequenz einen Rechtsknick der Impedanzkurve erzwingt, so dass die akustische Flankensteilheit an dieser Stelle deutlich zunimmt und sich Unwägbarkeiten im Hochtonbereich nicht mehr signifikant auf die Summenkurve auswirken.

[Torsten]

Hi,

ich weiss gar nicht was du da machst. Versuchst du ernsthaft eine Box zu simulieren indem du Messungen von ungefähr gleichen Chassis simulierst? Vielleicht solltest du die Zeit nutzen, um das Geld zu verdienen was ein Messsystem kostet.
Als Boxsim erschien wurden Boxen simuliert ,mit den Messungen von Visaton, und auch da zeigte sich keine 100% Übereinstimmung. Warum das jetzt besser ist, weiss ich nicht. Habe die Sache dann nicht weiter verfolgt. Ich biin mir aber sicher das irgendwelche gleich grossen, selbst mit gleichen TSP gemessene LS, keine Basis für eine Simulation sind.

Torsten

[poor but loud]

Ich versuche zu ermitteln, wie die Chassis beschaltet und auf der Schallwand verteilt werden sollten, damit mit größtmöglicher Wahrscheinlichkeit ein guter Ausgangspunkt für die gehörmäßige Optimierung der Weiche gefunden wird. Besonders gut scheint das, wie ich inzwischen festgestellt habe, mit einer gewöhnlichen Weiche dritter Ordnung sowie der Chassiskombination DSM 25 FFL + FR10 zu funktionieren, vorausgesetzt, alle Schallwandkanten sind möglichst gleich weit von der Hochtönerachse entfernt. Diese Weiche läuft auch am TI100 mehr als passabel.

Die Verschiebung aller Chassis nach oben wirkte erst einmal kontraproduktiv. Der Hochtöner ist zu brilliant und vor allem in Kombination mit dem Titanmembran-Tiefmitteltöner auch zu laut. Hier wären 1-2 Sperrkreise fällig.

Ich schaue mal nach alten Messdaten für meine Hochtöner und vergleiche die mal mit denen vom DSM 25 FFL. Je nach den Abweichungen könnte es erforderlich sein, per Simulation eine Box mit verunstaltetem Frequenzgang zu ermitteln.

[poor but loud]

Da die vorhandenen Hochtöner schon für ein anderes Projekt verplant sind und im Erfolgsfalle ein weiteres Mal angeschafft werden müssten, habe ich noch einmal über die Bestückung nachgedacht. Der etwas poppig aussehende Tieftöner birgt die Gefahr, dass die Box etwas überladen aussieht, wenn der Hochtöner nicht im ausgesprochen schlichten "Kleid" daherkommt.

Die Kallisto und ihre Nachfolgerin, an denen sich mein aktuelles Regalboxen-Projekt orientiert, hatten beide einen Hochtöner, der diesem Kriterium genügte. Es handelte sich um verschiedene 19-mm-Gewebekalotten, bei denen nur die Frontplatte und die Kalotte zu sehen waren, kein Schutzgitter, kein Diffusor und keine zum Zusammenbau des Hochtöners benötigten Schrauben. In diese Kategorie fällt bspw. auch der Hiquphon OW1, der in einer der Bauanleitungen auch als Alternativbestückung vorgeschlagen wurde. Er wird paarweise ausgeliefert und ist auf 0,5 dB selektiert. Für dieses (Wieder)einsteiger-Projekt ist er mir aber schlicht zu teuer, und zudem streuen die Exemplare im Übergangsbereich (unter 2 kHz) etwas stärker, wenn auch nicht so stark wie Chassis der unteren Preisklasse. Und bei den Alternativbestückungen stößt man z. T. auf Hersteller, die einen Boykott geradezu herausfordern, indem sie kaum 2 Jahre nach einem Testbericht klammheimlich gravierendste Veränderungen bei den TSP einschließlich des Wirkungsgrads vornehmen und die Typenbezeichnung unverändert lassen.

Sehr gut ins Raster passt der SC 10 N von Visaton. Die Kalotte ist mit 25 mm Durchmesser eine Nummer größer, und die Schwingspulenzuleitungen bestehen nicht aus einer bloßen Verlängerung des Schwingspulendrahts, sondern aus Litze. Nicht nur optisch erweckt der SC 10 N Assoziationen zum Hiquphon OW1, denn das Timmermanns-Labor hat für zwei im Abstand von 7 Jahren (in Worten: sieben) beschaffte Testmuster Schalldruckkurven dokumentiert, die zwischen 2,5 und 8 kHz praktisch deckungsgleich verlaufen. Lediglich der Bereich bis ca. 1,7 kHz zeigt konstant 3 dB Abweichung, und im Superhochtonbereich nimmt die Schwankungsbreite ebenfalls - allerdings akustisch unschädlich - etwas zu. Eine Verbesserung der Paargleichheit lässt sich auch beim Griff zu zwei Chassis derselben Produktionscharge nicht mehr verlangen und leider auch nicht erwarten, aber ein Filter dritter Ordnung mit einer Trennfrequenz von 2,3 kHz ist auf jeden Fall machbar.

Um brauchbare Anhaltspunkte für die Weichenentwicklung zu bekommen, habe ich eine Box mit 2 verschiedenen Hochtönern und zwei verschiedenen Tieftönern simuliert, von denen immer nur je einer angeschlossen ist. Der Austausch eines Hoch- oder Tieftöners geschieht dann ganz einfach im Weicheneditor.

Zunächst habe ich eine Weiche für die Kombination FR10/DSM 25 FFL simuliert und dann den Tieftöner testhalber gegen den TI100 ausgetauscht, was zu einer noch halbwegs tolerablen Mittensenke im Bereich der Trennfrequenz führte. Anschließend habe ich den FR10 mit dem SC 10 N kombiniert und die Weiche überarbeitet. Auch bei dieser Kombination habe ich dann den Tieftöner gegen den TI100 ausgetauscht. Die Anpassung der Weiche an den geänderten Tieftöner war ziemlich einfach. Der Tieftonzweig und der Hochton-Spannungsteiler blieben dabei unverändert; lediglich der Hochpass wurde verändert, um die sonst drohende Mittensenke aufzufüllen. Eine Überarbeitung des Tiefpasses ist dagegen an dieser Stelle weniger empfehlenswert, weil dann die Welligkeiten im Mitteltonbereich stärker durchschlagen und man somit vom Regen in die Traufe kommt.

[poor but loud]

Hier die Ergebnisse:

TI100 und DSM 25 FFL an der Ur-Weiche: leichte Mittensenke



Fast perfekter Frequenzgang bei der Kombination FR10/DSM 25 FFL mit fast
identischer Weiche:



TI100 und DSM 25 FFL mit angepasster Weiche:



FR10 und SC 10 N mit angepasster Weiche: nicht so warm abgestimmt wie die
FR/DSM-Kombi, etwas welliger



TI100 und SC 10 N mit angepasster Weiche: ca. 0,75 dB Empfindlichkeitsverlust,
praktisch identische Kurvenform mit stärkeren Bässen und Höhen



Die Weichen dazu:

[poor but loud]

Die Änderungen zwischen der ersten und dritten Weichenversion, die ja nur durch den Austausch des Hochtöners bedingt sind, sind im Hochtonzweig gering: Der hintere Kondensator und das Parallelglied des Spannungsteilers bleiben unverändert, während dessen Serienglied auszutauschen ist. Die übrigen Bauteile ändern sich lediglich um einen E12-Wert in entgegengesetzter Richtung (statt 4,7 µF und 0,39 mH jetzt 3,9 µF und 0,47 mH). Deutlicher fallen die Änderungen im Tieftonzweig aus: Beide Spulen sind auszutauschen, wobei sich der Wert der hinteren Spule gleich um drei E12-Werte verändert und das Induktivitätsverhältnis von 9 auf 5 sinkt.

Vergleicht man die erste und zweite oder die dritte und vierte Weiche untereinander, so erkennt man, welche Änderungen der Tieftöneraustausch nach sich zieht: Merkwürdigerweise fährt man am besten, wenn man alle Spulen und Kondensatoren im Hochtonzweig austauscht und ansonsten nichts verändert. Die Spule und der hintere Kondensator sollten um einen E24-Wert größer gewählt werden, der vordere Kondensator nach Möglichkeit um einen E48-Wert kleiner.

Alle benötigten Werte lassen sich durch Stückeln aus zwei E12-Werten generieren. Bei der vierten Weiche sind 0,39 oder 0,47 µF parallel zum größeren Kondensator zulässig; für die Simulation habe ich den Mittelwert genommen. Die größte Spule der beiden ersten Weichen kann aus 1,5+1,5 oder 2,7+0,27 oder 2,7+0,33 mH gestückelt werden.

[UweG]

Irgendwie hast du sich wohl gerade in deine Simulationen verliebt. Ich versuche es trotzdem nochmal:
Mit zwei Chassis von denen du keine verlässlichen Daten hast, ist jede Simulation fragwürdig.

Bitte überschlage auch mal die Kosten für deine Weichen. Die Spulen, die du z. T. verwendest, dürften extrem teuer sein. Ob das wohl lohnt für die Verwertung von Restbeständen unsicherer Qualität?

[poor but loud]

Original geschrieben von UweG
Mit zwei Chassis von denen du keine verlässlichen Daten hast, ist jede Simulation fragwürdig.

Schon, aber ich bezweifle, dass ich nach der Simulation genauso sehr im Trüben fische wie vorher. Zumal die Simulationen sehr schön die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen möglichen Chassistausch-Versuchen aufzeigen. So sollte es eigentlich gelingen, ein paar Musterweichen aufzubauen, die keine übermäßige Feinabstimmung mehr erfordern.

Bei meinem letzten Projekt war es mit dem Kauf einer Universalweiche und einer einzigen Weichenmodifikation schon getan; die entsprechenden Chassis wurden damals so oder ähnlich unter zahlreichen Markennamen verkauft und in jeder zweiten Fertigbox verbaut. So viel Glück kann man nicht jedes Mal haben, aber ich gebe die Hoffnung nicht auf, dass die nach der Simulation aufgebauten Weichen den ersten Schritt in die richtige Richtung darstellen.

Original geschrieben von UweG
Bitte überschlage auch mal die Kosten für deine Weichen. Die Spulen, die du z. T. verwendest, dürften extrem teuer sein.

Trafokernspulen haben fraglos ihren Preis und sind mir für dieses Projekt eigentlich schon zu teuer. Ich habe sie in den beiden letzten Simulationen gewählt, um das Serienglied des Spannungsteilers kleiner machen zu können, weil dessen Widerstand offenbar in Wechselwirkung mit der Schwingspuleninduktivität tritt und Höhen kostet. (Diese Wechselwirkung habe ich bei den anderen Hochtönern auch schon bemerkt.) Andernfalls müsste ich im Hochtonbereich tricksen. Je nach Wirkungsgrad der vorhandenen Chassis kann es aber auch sein, dass die ganze Spulenanpasserei hinfällig ist. Auch kann es sein, dass eine komplett aus E12-Werten aufgebaute Weiche gerade bei meinen Chassis ein perfektes Ergebnis liefert.

In einem Punkt hast Du natürlich recht: Das Simulieren am PC macht großen Spaß!

[S. Brandt]

Hi Uwe, ich häng mich hier mal rein in die Diskussion, weil ich ähnliches versucht habe und nicht weiterkomme.
Ich hab, einfach aus Interesse, versucht die "Neo" von Klang und Ton mit Boxsim nachzusimulieren.
Hab also in mühevoller Kleinarbeit die Frequenzgänge der beiden Lautsprecher (12" und Horn) eingegeben (hab einfach den W300S und das HTH 8.7 umgeschrieben), ebenso die Impedanzgänge und die elektrische Phase. Ausserdem noch die TSP und alle bei KuT erhältlichen Werte.
Tieftöner als auf Normschallwand gemessen angegeben, beim Hornhochtöner das tiefere Horn nicht vergessen, Gehäusewerte übernommen und dann die Weiche von KuT verwendet.
Induktivität aus Impedanzgang errechnen lassen.
Der Hochtöner wird anscheinend korrekt simuliert, der Tieftöner hat einen Buckel zwischen 1 und 2Khz.
Hast du eine Idee Uwe? Oder ist die akustische Phase absolut notwendig?
Grüße
Steffen

[GabbaGandalf]

@poorbutloud: guck doch mal, ob es in deiner nähe irgendeinen lautsprecher-selbstbau-shop gibt. dort kannst du dann wahrscheinlich deine chassis in deinem gehäuse für einen geringen obulus messen lassen. das gibt um welten bessere resultate als das gefische im trüben.

[poor but loud]

Gute Idee!

Einen richtigen Selbstbauladen gibt es da leider nicht, nur einen Elektronikladen. Immerhin führt er noch Produkte aus dem Bereich Lautsprecher-Selbstbau und hat auch etliche vorrätig (er ist Visaton-Stützpunkthändler). Ich werde bei Gelegenheit mal fragen, ob man die ins Testgehäuse eingebauten Chassis dort durchmessen lassen kann.

S. Brandt hat bis jetzt noch keine Hilfe erhalten. Ich weiß da leider auch nicht weiter. Die einzige Fehlerquelle, die ich mir vorstellen kann, ist der Verzicht auf die Erfassung und Heranziehung der akustischen Phase. Hat sonst jemand eine Idee?

[GabbaGandalf]

der buckel im mitteltonbereich kann von berechnungsfehlern von boxsim verursacht werden. gerade wenn es um die abstrahlung bei recht großen membranen geht zaubert boxsim manchmal einen kleinen buckel, wo in der realität gar keiner ist.

dass die akustische phase fehlt, würde man daran merken, dass die phasenlage zwischen ht und tmt auf einmal nicht mehr passt, wenn dies nicht der fall ist: glück gehabt!