FAQ und Entwicklung eines Subwoofers

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Granuba
Inventar
#1 erstellt: 07. Apr 2005, 22:11
So, da in letzter Zeit ein wenig zu häufig die Frage nach einem Subwoofer aufgetaucht ist, gibt es hier eine kleine FAQ!


Ich hab mir bei Ebay einen 15``-Teller gekauft für nur 12 Euro! Kann mir jemand die korrekte Gehäusegröße nennen?


Mal ganz davon abgesehen: Teller kriegt man vielleicht bei Ikea, wir reden doch lieber von Tieftonchassis in diesem Fall!
Und leider: Nein, die korrekten Gehäusedaten kann man bei den meisten "Schnäppchen" von ebay nur schätzen! Um ein Gehäuse zu berechnen, braucht man die mechanischen und elektrischen Daten des jeweiligen Chassis, die sogenannten Thiele und Small-Paramater (TSP)! Näheres zu den TSP findet man unter diesem Link
Kleiner Tip am Rande: Öfters werden bei Ebay sogenannte Free-Air-Subwoofer verkauft. Zu diesen sei gesagt: Das Gehäuse wird sehr groß! Grob überschlagen mindestens 200 Liter, also nicht gerade das, was normalerweise im Wohnzimmer steht!


Ich will mir einen Subwoofer bauen, hab aber kein Geld für ein Aktivmodul! Außerdem soll es tierisch drücken!


Drücken dürfen mich zumindestens nur Frauen!
Spaß beiseite: Leute, ohne Geld kann man sich keinen Subwoofer bauen! Das günstigste Chassis, was was taugt, kostet um den Dreh 40 Euro, dazu noch ein Aktivmodul um 70 Euro, ein wenig Holz und schon ist man bei 150 Euro! Und der Subwoofer taugt auch nicht für wirklich für Pegelorgien, ist aber schonmal ganz nett....
Und nein, heutzutage baut man nicht mehr passiv, es sei denn, man weiß konkret, was man vorhat und Worte wie Wirkungsgrad etc. sind einem ein Begriff!
Eine passive Trennung des Chassis nach oben, d.h. der Subwoofer spielt keine hohen Frequenzen, kostet auch durchaus Geld (Spulen etc. werden groß und damit teuer!) und wird bei den niedrigen Frequenzen auch nicht günstiger als ein einfaches (aber gutes) Aktivmodul!
Zudem ist bei der passiven Trennung das Problem vorhanden, daß z.B. der Bass deutlich lauter als die restlichen Chassis ist! Dies ist durch ein Aktivmodul, eine seperate Endstufe oder eine aktive Weiche oder ähnlichem handzuhaben!
Und nein, die billigen passiven Weichen von Ebäh oder Conrad für 9,99 Euro taugen nichts!
Und dazu bitte den kleinen Post von UglyUdo lesen!


Ich will mir einen Hornsubwoofer bauen! Kann das mal jemand schnell simulieren?


Ohauaha! Die Berechnung eines Horns ist etwas, an das sich selbst der erfahrene Selberbauer nicht gerne ranwagt! Baut lieber erstmal einen "einfachen" Subwoofer, z.B. einen im Bassreflex- oder im geschlossenen Gehäuse!


Nützliche Links oder Berechnungssoftware


Link1

Viel Software, teilweise Freeware zur Berechnung und Simulation der "Standardgehäuse"

Link2

AJ-Horn, wenns mal etwas horniger wird! Die angebliche Referenz zum Thema Hornsimulation, taugt aber auch super zum simulieren von Bassreflex und Transmissionline. Einziger Nachteil: Es kostet 120 Euro!


Ich hab die Suchfunktion leider nicht gefunden!


Das glaube ich nicht!

Und als Ergänzung:

Die Wahl des Chassis

Das ist gar nicht mal so leicht! Welche Anforderungen werden gestellt, brauche ich Tiefbass für Heimkino oder eher was für die Unterstützung im Musikbereich?
Die Wahl des Gehäuses ist hier auch unter anderem wichtig, wann man warum welches nimmt, sprengt aber den Rahmen!
Ich werde zwei Beispiele demonstrieren, einmal Bassreflex und ein Horn!
Dazu suchen wir uns jeweils ein passendes Chassis, daß wir mit dieser groben Näherung bestimmen:


Faktor X = fs/Qts

X <= 40 Transmissionline
X ca. 50 (40...80) geschlossene
X ca. 60 (50...100) Bandpaß-Systeme
X ca. 100 (80...120) Bassreflex
X>= 120 Chassis für Hornsysteme

Quelle: www.selfmadehifi.de


Fs ist die Freiluftresonanz des Chassis und Qts die Gesamtgüte, näheres zu diesem Thema findet man hier.
Soweit, so gut...


[Beitrag von Granuba am 13. Jul 2005, 16:04 bearbeitet]
Granuba
Inventar
#2 erstellt: 12. Apr 2005, 09:24
Hier mal eine sehr gute Erklärung, warum ein Subwoofer aktiv getrennt werden muss von UglyUdo:


UglyUdo schrieb:

Ich dachte ich könnte eine Spule nehmen und ein Kondensator und dann hätte ich ne Frequenzweiche.... hab da so ne Tabelle mit Trennfrequenzen und Werten für Spulen und Kondensatoren die man dafür braucht


Einen reiner Sub läßt sich ohne schaltungstechnische Brutalitäten passiv nicht sinnvoll trennen.
Als Beispiel habe ich mal irgendein 20cm Chassis rausgesucht und simuliere den mal durch:

Chassis im BR:



So. Jetzt bei nominell 200 Hz getrennt. Die lange Kurve ist mit 6dB getrennt. Die kurze mit 12dB, sie bildet einen ekligen Buckel, da die Trennung in der Nähe der Resonanzfrequenz des Chassis erfolgt.



Jetzt trennen wir den Sub bei den üblichen ca. 80 Hz mit 12 dB. Zum Vergleich ist die Kurve der nominellen Trennung darüber gelegt, auf die sich die lehrbuchmäßige Bauteileberechnung stützt.
Die Bauteile nemen eine abnorme Größe an ( Spule 20mH, Kondi 200uF )



Eventuell ist dies Problem mit der angesprochenen schaltungtechnischen Gewalt und Leistungsvernichtung bei miserablem Ergebnis annähernd hin zu bekommen ( ich glaube eher nicht ) aber nicht mittels Abstimmung durch Hören + Probieren, wozu wiederum eine Bauteilekiste nötig ist, über die wahrscheinlich nicht mal ein Händler verfügt. Zudem werden die Bauteile massiv elektrisch belastet, ich bezweifle, daß Widerstände mit 10W Belastbarkeit ausreichen.

Einen Sonderfall bilden hier Bandpaßgehäuse.

Ein Sub muß aktiv getrennt werden. Punkt.
Granuba
Inventar
#3 erstellt: 23. Jun 2005, 20:03
Weiter gehts mit Udos Bastelecke... Heute mal was über Bandpässe, mit denen ich mich leider gar nicht auskenne, aber grobe Fehler hab ich nicht gefunden!


UglyUdo schrieb:

ich weiss nicht, ob es zu problemen führt, wenn die beiden volumina bei der zweiten variante in etwa gleich sind.


Oh je, Radio Eriwan sagt: Im Prinzip...

Ist eigendlich wurscht und wohl Zufall, hängt ganz und gar von den Gegebenheiten ab.
Betrachten wir das geschlossene Volumen:
Hier wird gundsätzlich die Tiefgangvoraussetzung gelegt, sowie der 1. Teil der Impulsantwort, im geringen Umfang auch die Lautstärke.
Anzustreben ist ein Qtc zwischen 0.5 - 0.707
Wo sonst außer aktiv entzerrt darf man noch ein CB mit einem Qtc von 0.5 bauen?

Ja, nun das ventilierte Gehäuse:
Es bestimmt die breite des Bandpasses, die Impulsantwort + die Lautstärke.
Die Güte des ventilierten Gehäuses heist Qtv
Der Einfachheit halber willen ist die Reflexabstimmung jeweils die Mittenfreq.

Der Nominalpegel des Treibers in der unendlichen Schallwand beträgt 88dB im Bassbereich


Qtc = 0.7 - Qtv = 0.7




Qtc = 0.7 – Qtv = 0.5




Qtc = 0.5 – Qtv = 0.7




Qtc = 0.5 – Qtv = 0.5




Welligkeit - Qtv > 0.71





Unter beiseite lassen sämtlicher Formeln wage ich folgende Faustregeln auf zu stellen:

- Die Impulsantwort beim BP ist immer ungefähr gleich lang, lediglich die Höhe der Überschwinger wird beeinflusst – ist doch auch schon was!
- Ein Qtv von 0.5 bringt keine bessere Impulsantwort – im Gegensatz zum Qtc
- Je leiser ein BP desto sauberer
- Ein gutes Verhältnis Tiefgang – Impuls wird durch einen Pegel 3dB unterhalb des Bezugspegels erreicht, mit der erzielten Bandbreite muß man leben oder die entsprechenden Nachteile in Kauf nehmen
- Ein weiteres unterschätztes Problem sind die möglicherweise notwendige Bedämpfung des vent. Vol. sowie Rohrresonanzen, Resos unterhalb von 700 – 1000Hz sind zu vermeiden oder zu bedämpfen, was weiteren Wirkungsgrad kostet
- Eine geänderte Abstimmung der Mittenfrq. ist leider ein weiteres Spezialgebiet, was jedoch weiteren Wirkungsgrad kosten kann
- Zu starke Welligkeit deutet auf ein zu kleines ventiliertes Volumen und einen Qtv Richtung 1 hin und sollte ebenso vermieden werden, eine leichte Welle ist tolerierbar

Ist wie im richtigen Leben - alles ein Kompromiss ;)
Granuba
Inventar
#4 erstellt: 13. Jul 2005, 15:32
Und hier nun mal eine kleine Anleitung! Achtung, dies ist kein Highendsubwoofer, sondern das günstigste, was einigermaßen was taugt! Ums überschaulich zu halten, nehme ich das gleiche Chassis für ein geschlossenes und ein ventiliertes (Bassreflex) Gehäuse, und zwar den TW 3000 von Ravemaster. (Rein klanglich soll das geschlossene Gehäuse eindeutig besser sein... Simuliert wird mit WinISD Pro, Link steht weiter oben.

http://www.speakertrade.com/graph/Ltw30001_gross.jpg

http://www.speakertrade.com/graph/Ltw30002_gross.jpg

http://www.speakertr....php?product=Ltw3000

Kostenpunkt 40 Euro, dazu noch das Aktivmodul Mivoc AM 80:



http://www.speakertr...ay.php?product=Mam80

Kostenpunkt um 80 Euro, feste Bassanhebung von 3dB bei 38Hz.

GESCHLOSSEN

Über New Project wählen wir das Chassis aus, was eventuell vorher noch selber in die Software eingepflegt werden muss:



Wir wählen 1 Chassis aus:



Wir wählen das geschlossene Gehäuse:



Dies ist erstmal eine sinnvolle Einstellung beim nächsten Schritt:



Ums abzukürzen: 55 Liter sind optimal für dieses Chassis!



Einstellung des Aktivmoduls:



Was bedeutet was?

-Parametric Equalizer ist die feste Bassanhebung des Mivoc AM 80 von 3dB bei 38Hz.
-Lowpass: Die oberen Frequenzen (Alles über 70Hz in diesem Fall) werden mit 12dB pro Oktave unterdrückt.
-Highpass: Der Subsonicfilter, der im Mivoc fest eingestellt ist. Er bewirkt, das Töne unter 30Hz weggefiltert werden, die sonst das Chassis unnötig belasten würden.

BASSREFLEX (ventiliertes Gehäuse)

Bis zu diesem Schritt ist alles gleich, nur wählen wir jetzt ein Bassreflexgehäuse aus:



Wir wählen diese Einstellung:



Und erhalten diese Empfehlung für das Volumen:



Etwas mehr als vorher, aber nun geben wir erstmal die Daten für das Aktivmodul wie vorher ein:



Ein etwas ruppiger Frequenzgang, also reduzieren wir mal das Gehäusevolumen auf 55 Liter wie vorher:



Sieht schon besser aus! WinISD gibt die Größe und Länge des BR-Rohres auch mit vor:



In diesem Fall 8,2cm Durchmesser un rund 23cm Länge! Es gilt, bei großen Chassis den Querschnitt nicht zu klein zu machen, sonst gibts Strömungsgeräusche, nur wird bei zu großen Querschnitten das Rohr zu lang, hier ist also ein wenig tüfteln angesagt.... Notfalls nimmt man zwei BR-Rohre, hier gibt WinISD auch gleich eine Korrektur mit an....

WAS IST DENN NUN BESSER?

Gute Frage: Was brauchen wir, Musik oder doch eher Heimkino? Die geschlossene Variante spielt definitiv präziser, dafür spricht auch die geringe Einbaugüte um 0,6. Der Bass reicht nicht ganz so tief, spielt aber sehr impulstreu. Als Kompromiss gilt meisten eine Einbaugüte von 0,7 bei geschlossenen Gehäusen, alles darüber spielt unpräzise/"matschig":



Er klingt auch in Realität besser im geschlossenen Gehäuse, speziell für Musik ist er dann besser geeignet, obwohl ein direkter Vergleich mit dem BR-Gehäuse zeigt, daß dieses tiefer und lauter spielt:



Aber das ist zum Glück Geschmackssache!
Weitere Einzelheiten wie Gruppenlaufzeiten und so weiter lest ihr euch lieber selber an...

P.S.: Dies ist nur eine Simulation und dies sagt nichts über dan Klang aus! Grau ist alle Theorie...


[Beitrag von Granuba am 13. Jul 2005, 15:33 bearbeitet]
Granuba
Inventar
#5 erstellt: 18. Jul 2005, 23:12
Ich hoffe, Udo verzeiht mir meine Vergeßlichkeit! Weiter gehts mit Udo und Uibel...


„Hallo, ich suche einen Sub der trocken + sauber spielt, trotzdem aber tief hinab reicht und in der Lage ist Pegel zu machen. Das Programm ist zu 75% Musik, der Rest...“

Eine nicht ungewöhnliche Vorgabe und natürlich legitim.
Es ist zunächst eine Frage des Geldbeutels, des richtigen Lautsprecher Chassis ( gerne auch „der Bassteller“ genannt ) und des Gehäuses, geschlossen, Bassreflex oder was-weiß-ich.
„trocken + sauber“ ist aber nicht zuletzt eine Frage der Impulsantwort und diese ist durchaus abhängig von der Bandbreite des Subs.
Dazu gibt es einen einleuchtenden und gut verständlichen Artikel von Michael B. Uibel, einen in der „Scene“ nicht gänzlich unbekannten, zu finden auf dessen HP:

http://www.uibel.net/
>>> Bauvorschläge
>>> sonstiges
>>> Warum geschlossene Satelliten?

Ein bisschen surfen kann nicht schaden, dort soll auch ein Bauplan zu einem mittlerweile nicht gänzlich unbekannten Fräszirkel zu finden sein. Im übrigen baut der Autor auch Subs, die bei 80Hz o.ä. getrennt werden, dies hat nix mit „Wasser predigen - Wein saufen“ zu tun, sondern eher mit dem Einsatzzweck, Spass an der Freud’ und „jedem Töpchen sein Deckelchen“
Das Copyright an diesem Artikel liegen ( leider ) bei Michael B. Uibel, es wurden lediglich die Grafiken überarbeitet, um ihn forumskompatibel zu machen. ( den Artikel natürlich, der Autor ist es einigermaßen )



Warum geschlossene Satelliten?

( Wieso mehr Bandbreite für den Sub [ Anmerkung des Post-Einstellers ] )

Für Subwoofer-Satelliten-Systemen empfehle ich den Einsatz von passiven Satellitenboxen, propagiere möglichst hohe Trennfrequenzen und stoße dabei meist auf Unverständnis. Damit man den Sinn erkennt muß man sich den Zusammenhang zwischen der oberen Trennfrequenz eines Subs und seinem Ein-/Ausschwingverhalten ansehen.
Was ich unter Wummern verstehe ist das schlechte Ein-/Ausschwingverhalten eines schmalbandigen Bandpasses, den ein Sub ja immer darstellt, da er üblicherweise maximal 2 Oktaven (20 - 40, 40 - 80 Hz) abdeckt. Aus filtertheoretischen Gründen wäre es von Vorteil den Sub noch höher zu trennen. Einer möglichst hohen Trennfrequenz setzt aber die dann auftretende Ortbarkeit des Subs Grenzen. Vermeiden sollte man auf jeden Fall Subs, die nur eine Oktave (z.b. 25 - 50 Hz) bestreichen. Das ist vom Schwingverhalten her eine Katastrophe.

Schauen wir uns dazu zunächst einmal die Amplituden bei 40, 80, 160 und 320 Hz Trennfrequenz (24 dB, Linkwitz) an.



Anhand obiger Grafiken sieht man, daß bei niedrigerer Trennfrequenz zwar die untere Grenzfrequenz (-3 dB), aber auch der Wirkungsgrad sinkt. Um den Pegelverlust auszugleichen benötigt man wieder mehr Leistung.
Den Amplitudenkurven kann man auch entnehmen, daß der Treiber (PEERLESS XLS-10 mit Passivmembrane) für hohe Trennfrequenzen nicht geeignet ist. Kein Wunder - der XLS-10 wurde speziell als Sub-Treiber entwickelt. Für unsere Betrachtung des Schwingverhaltens spielt das aber keine Rolle.
Betrachten wir jetzt das Ein-/Ausschwingverhalten bei unterschiedlichen oberen Grenzfrequenzen.

Ein-/Ausschwingverhalten bei 40 Hz Trennfrequenz:



Ein-/Ausschwingverhalten bei 80 Hz Trennfrequenz:



Ein-/Ausschwingverhalten bei 160 Hz Trennfrequenz:



Ein-/Ausschwingverhalten bei 320 Hz Trennfrequenz:



Anhand der Grafiken stellt man fest, daß je schmalbandiger der Bandpass ist, desto langsamer das System ein- und ausschwingt.
Der 2. Grafik kann man entnehmen, daß auch ein Sub mit 80 Hz Trennfrequenz nicht gerade ein ideales Schwingverhalten aufweist. Das ist auch der Grund, warum Musikliebhaber große 3-Wege-Boxen einem Subwoofer-Satelliten-System vorziehen. Dazu sehe man sich die Grafik für 320 Hz Trennfrequenz an - um die 300 Hz Trennfrequenz werden bei 3-Wege-Boxen gerne gewählt.

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