Projektdoku: PAPAREV, die modulare teilaktive 3-Wege Party PA

----------Idee------------------------------------------------

Das Projekt entstand, als ich diverse ältere Chassis von meinem kleinen Lager verkaufen wollte. Leider musste ich feststellen, dass sich der Verkauf bei den zu erzielenden Preisen nicht wirklich lohnt. Ich beschloss also aus diversen Restchassis eine kleine Party Pa zu bauen, die ich schon bei etlichen Festen hätte brauchen können.
Die Namensgebung hat nichts mit den Zutaten des Projektes zu tun sondern:
PArty PA + REsteVerwertung = PAPAREV.

----------Ziel------------------------------------------------

Das Entwicklungsziel ist eine flexibel einsetzbare Lautsprecherkombination mit gutem Klang auch bei höheren Lautstärken, wobei mit den verwendeten Chassis natürlich keine Pegel erzeugt werden können, die es mit einer echten Pa aufnehmen können. Die bisher gehörten billig-Pa-Boxen konnten mich nicht überzeugen, das kann man besser machen: ich will sauberen Bass, der ruhig etwas "drücken" darf, klar durchhörbare Mitten die auch bei gehobenen Lautstärken sauber und wohlklingend bleiben, sowie saubere klare Höhen, die im Pegel zum Rest passen.
Die Abstimmung sollte komplett freifeldentzerrt sein, damit die Boxen auf der Wiese auf einem Stativ nicht auf verlorenem Posten spielen.
Um grösstmögliche flexibilität zu erzielen soll das System als Subwoofer-Satellitensystem ausgeführt sein. Kleinere Feiern können so mit den Satelliten beschallt werden, soll es lauter werden, können noch die Subwoofer dazugenommen werden. Die Trennung zwischen Satelliten und Subwoofer soll aktiv erfolgen.

Es ergeben sich also folgende Aufgaben:
~Entwurf Subwoofer
~Entwurf Satelliten
~Aufbau + Finish
~Fertigstellung des Subwoofers
~Fertigstellung der Satelliten
~Entwurf Aktivweiche


----------Entwurf Subwoofer-----------------------------------

Die Tieftöner standen von vornherein fest: zwei Ravemaster VXT154 von Mivoc, eine Jugendsünde, die ich leider nie elegant losbekommen habe. Es handelt sich hier um zwei 15 Zöller mit T+S-Parametern, die eine Verwendung in der offenen Schallwand oder einer TML nahelegen, aber auch in einem geschlossenen Gehäuse gut laufen und mit der leichten Resonanzüberhöhung mit einer Einbaugüte von 1 in einem Gehäuse von 100 litern den gewünschten Druck relativ effizient produzieren (es lebe die Resonanzpower).

=> Würfelförmiges Gehäuse mit den Maßen BxTxH:50cmx50cmx50cm


----------Entwurf Satelliten----------------------------------

Als Satellitenbestückung waren verschiedene Varianten denkbar:
Tiefmitteltöner + Ringradiator oder
Tiefmitteltöner + Exponentialhorn.
Da mir lediglich Breitbänder und Tiefmitteltöner mit 17 und 20 cm zur Verfügung standen bot sich eine Mehrfachbestückung mit 2x20cm TMT an, um Schalldruckmäßig an die 15-Zöller anknüpfen zu können und die Satelliten auch mal alleine verwenden zu können ohne dass ihnen gleich die Puste ausgeht. Ich wählte hierfür den Breitbänder SP-200X von Monacor aus, da dieser eine angemessene Empfindlichkeit wie auch einen ganz passablen Frequenzgang mitbringt.
Ausserdem läuft dieser Lautsprecher bei größeren Pegeln zu Hochform auf, erst recht wenn er im Bass entlastet wird. Man könnte sich echt über diesen Speaker wundern, aber wenn die meisten Hifi speaker anfangen zu kotzen fängt der Breitbänder an richtig sauber und klar zu spielen an. Bei geringen Lautstärken konnte mich der Lautsprecher eher nicht überzeugen, weswegen er bisher noch keine Verwendung fand. Für dieses Projekt jedoch ist er gut geeignet. Die T+S Parameter des SP-200X lassen einen Einbau in ein 15 liter großes geschlossenes Gehäuse mit einer Einbaugüte von ca 1 zu.
Durch die Doppelbestückung bot sich bei einer 2-Wege Ausführung der Satelliten aus Abstrahlungsgründen eher das Exponentialhorn an. Es wäre natürlich ebenfalls möglich gewesen die Satelliten als 2+1/2-Wege System aufzubauen und mit dem Ringradiator zu Kombinieren, allerdings erwarte ich in der anderen Ausführung ein gleichmässigeres Abstrahlverhalten, wie auch im reinen Satellitenbetrieb eine höhere Belastbarkeit der SP-200X, da sich die Leistung gleichmäßiger auf beide Chassis verteilt.
Als Hochtöner wurde nun das Exponentialhorn MHD-55 von Monacor gewählt. Es bringt genügned Wirkungsgrad mit und der Überlappungsbereich des Horns und des Breitbänders geht von ca. 3-10Khz, sodass sich sicher eine geeignete Trennung finden lässt.

=> 60 Liter für die Satelliten (BxTxH:34cmx34cmx59cm), wobei die Lautsprecher die größe der Front vorgaben.


----------Aufbau + Finish-------------------------------------

Hier ist der skizzierte Gehäuseplan zu sehen:




Der Zusammenbau aus 19mm Rohspan nach dem Gehäuseplan war dann reine Formsache.
Schliesslich wurden noch Frontgitter angefertigt, die die Lautsprecher vor allerhand Angriffen schützen sollen:



Da hier keine großen Anforderungen ans Finisch gestellt wurden, wurde das Gehäuse aus Rohspan hergestellt. Nach dem schleifen mit 80er Schleifpapier wurden die Gehäuse leicht abgefegt und schließlich einfach mit mattem schwarzen Kunstharzlack mittels Schaumstoffwalze 2x lackiert. Durch die unvorbehandelte Oberfläche stellte sich dann eine schöne "Strukturlackimitatoberfläche" ein. Man sollte beim Walzen aber unbedingt den Lack unverdünnt verwenden.



----------Fertigstellung des Subwoofers-----------------------

Erste Messungen des Chassis im Gehäuse:





Beim gegenphasigen einspielen der beiden Subwoofer zeigte sich, dass doch etliche Nebengeräusche entstehen wenn die Tieftöner großen Hub machen. Das erforderte etwas Nacharbeit. Die Störquellen waren zum einen das Frontgitter, das anfing mitzuschwingen, das im inneren befindliche Lautsprecherkabel sowie die undichte möchtegern-Speakonbuchse auf der Rückseite des Gehäuses. Das Mitschwingen des Gitters konnte durch Kreisförmiges verspannen verringert werden. Das Kabel wurde mit Schaumstoff ummantelt. Die Anschlussbuchse wurde mit Acrylmasse von innen abgedichtet.

Foto Subwoofer:





----------Fertigstellung der Satelliten-----------------------

Die Satellitengehäuse wurden vor dem Einbau der Chassis auf der Rückseite leicht mit Sonofill und Schaumstoff bedämpft um Reflexionen zu verringern, die dann von hinten wieder durch die Membran dringen.
Dann wurden von den einzelnen Chassis im Gehäuse Messungen des Frequenzgangs auf Achse sowie deren elektrische Impedanz und Phase erstellt:









Mittels Boxsim wurde zunächst unter Verwendung der gemessenen Daten eine Weiche entwickelt, die als Basis diente.
Nach kurzem Probehören stellte ich fest, dass mir die Satelliten im Fullrangebetrieb im Bass doch zu sehr auftragen, die Einbaugüte lässt grüßen. Mit einem 330µF Kondensator in Reihe zum TMT-Zweig lässt sich das Problem jedoch beseitigen.
Vergleichsmessung mit und ohne HP-Kondensator im Nahfeld:



Nach weiterem iterativen Frickeln, Pfriemeln und Messen und Hören ergab sich dann eine passende Weiche. Die ein Tonal ausgewogenes Ergebniss liefert.
Die Schwierigkeit war hier eine auch gehörmässig gute Trennung zwischen TMT und HTH zu finden. Rein messtechnisch sieht die Trennung der finalen Version nicht ideal aus, allerdings fand ich sie gehörmässig so am besten. Bei anderen Weichenkonfigurationen -die messtechnisch, was die Trennung angeht, besser aussahen- hatte ich das Problem, dass das Klangbild entweder ins Dumpfe oder agressive rutschte. Wer hier Verbesserungsvorschläge oder Anmerkungen hat wie man die Trennung auch noch messtechnisch auf Vordermann zu bringen könnte möge mir einen Hinweis geben! Man will ja auch was dazulernen;-)

Weichenplan:



Messungen der Einzelzweige und Summenfrequenzgang:



Für den ders lieber etwas geglättet mag, hier mit 4-Punkt Glättung:



Winkelmessungen:




Nun werden die Weichen endgültig auf einer Lochrasterplatine aufgebaut. Die seriellen Spulen, die vor den SP-200X liegen sind als Luftspulen mit großem Drahtquerschnitt ausgeführt um einerseits Verzerrungen durch Kernmaterial zu vermeiden und andererseits den Wirkungsgrad und die Einbaugüte nicht allzusehr zu verringern. Da sie relativ groß ausfallen und somit nicht gut auf die Platine passen werden sie einfach ausgelagert und separat mit Edelstahlschrauben neben der restlichen Weiche angebracht.

Foto der Weiche:



Foto der Satelliten:






----------Weichenentwicklung aktiv----------------------------

Die aktive Trennung zwischen Satelliten und subwoofer wurde zunächst nur in Mono auf einer Lochrasterplatine aufgebaut und in ein vorhandenes "Mischpult" integriert, da zu diesem Zeitpunkt nur eine Endstufe für satelliten und Subwoofer zur verfügung stand. Es handelt sich hier um ein Filter 4. Ordnung mit einer Trennfrequenz von 170Hz. Die Trennfrequenz ergab sich durch die Betrachtung der elektrischen und mechanischen Belastbarkeit der Satelliten. Wird bei 170Hz mit 24dB/oktave getrennt fallen die mechanische und die elektrische Belastbarkeitsgrenze aufeinander. Das heißt, der Lautsprecher kann bis an seine elektrische Belastbarkeitsgrenze hin betrieben werden, ohne dass er bereits davor mechanisch überlastet wird. Die aktive Auslegung erlaubt die Kombination der Satelliten mit jedem anderen Subwoofer und umgekehrt. Der Pegel kann dann an der Endstufe oder der Aktivweiche aneinander angepasst werden.

Prinzipschaltbild der Aktivweiche (ohne Spannungsversorgung):





Messung der Frequenzgänge von Subwoofer und Satelliten mit aktiver Trennung:



Hier wäre noch eine Messung des Summenfrequenzganges interessant, die ich jedoch auf die schnelle nicht hinbekommen habe. Ich denke auch, dass hier der Pegel bei der Trennfrequenz zu gering sein wird und ich die Trennung leicht verändern muss.
Hat mir wer einen Tipp wie ich den Summenfrequenzgang in diesem Fall gescheit messen kann ohne alle stehenden Wellen mitzumessen?

Bild der Weiche:



Anmerkungen zur Aktivweiche:
Ich habe ganz schnöde µ741 opv verwendet.
Bisher haben sich noch keine Schwingungsproblemchen wegen fehlender Bandbegrenzung im Hochpass nach oben hin ergeben, deshalb lasse ich das erstmal so.
Die Verstärkerstufe (letzter opv im Signalweg) kann natürlich schwingen wenn man den Poti ungeeignet einstellt;-), hatte aber bisher ebenfalls keine Problemchen damit, da er nur zur einmaligen Pegelanpassung gedacht ist und bei "Normalbetrieb" nicht verstellt werden kann.
Der Blöde Kühlschrank nervt...


----------Fazit-----------------------------------------------


Alles im Endzustand:




Klangbeschreibung Satelliten im Fullrangebetrieb:

Die Satelliten klingen sauber und direkt, auch wenn man ordentlich laut hört.
Auch bei geringen Lautstärken können die Satelliten mit einem sauberen frischen klang überzeugen. Der "direkte" Klang der Boxen äussert sich so, dass man ständig hinhören will, auch wenn man man vorhatte nur nebenher Musik zu hören.

Der Bass ist schön trocken, wenn auch nicht sehr tief und kickt bei höreren Lautstärken ganz gut. Die Höhen sind klar aber nicht überzogen.
Die tonale Ausgewogenheit ist besser als erwartet gelungen.
Bei Musik ist mir bis jetzt noch nichts negatives aufgefallen.
Allerdings erschienen mir bei manchen Filmtextpassagen s-Laute etwas zu scharf, was ich allerdings nicht so recht einordnen kann da dies nur teilweise auftrat.

Für die Party im 30 m^2 Wohnzimmer reichen die Boxen meiner Meinung nach aus.

Was an der Heimischen Stereoanlage besonders auffält ist der im Vergleich zu Hifi-Boxen hohe Wirkungsgrad. Man kann kaum leise musikhören, da es schwierig ist den Lautstärkeregler so minimal von 0 aufzudrehen, dass die gewünschte Lautstärke erreicht wird.


Klangbeschreibung Satelliten + Subwoofer:

Jo, was soll ich da sagen, die Satelliten spielen alleine schon recht ordentlich, mit Subwoofer macht nun auch die Musik Spaß bei der mir vorher der Bass gefehlt hat.


Im Freien konnte ich die Lautsprecher bisher leider noch nicht testen.



Viele Grüße und viel Spaß beim lesen

milchiknilchi

Hallo,

ich wollte mal einen weiteren Erfahrungsbericht abgeben und eine während des Betriebs entstandene Frage stellen.

Die Lautsprecher haben mittlerweile mehrere Parties im Freien schadlos überstanden, bei denen sie jeweils ca. 5 Std. an der Leistungsgrenze des verwendeten Satellitenverstärkers betrieben wurden. Bisher bin ich klanglich und Lautstärketechnisch sehr zufrieden, jedoch denke ich, dass man mit einer vernünftigen Satellitenendstufe deutlich mehr aus den Satelliten herausholen könnte.

Getrennt wurde das ganze aktiv bei 120 Hz mit 12 dB/Oktave. Für die Subwoofer habe ich eine Endstufe von Zeck, die pro Kanal an 4 Ohm 380 Wrms leistet. Für die Satelliten habe ich nur einen Hifi-Verstärker, der laut Hersteller an 4 Ohm pro Kanal 120 Wsinus leistet().

Der Hifi-Verstärker schält ab einer gewissen Lautstärke einfach ab (vermutlich temperaturbedingt). Am Abschaltpunkt habe ich bei der Subwooferendstufe und den Subwoofern noch ordentlich Reserven. Auch die Satelliten klingen kurz vor dem Abschalten einwandfrei (klar, unverzerrt, sauber), nur der Verstärker schält halt ab. Laut Herstellerangabe hat ein TMT 35 Wrms, eine Box also ca. 70 Wrms. Der Verstärker hat angeblich 120 Wsin, macht aber offensichtlich schon wesentlich früher schlapp. Ich denke also, dass ich den Satelliten noch etwas mehr Leistung zuführen könnte und das System dann insgesamt lauter könnte.

Allerdings bin ich mir nicht im klaren darüber wie weit man das treiben kann ohne etwas zu beschädigen.
Kann man eine Überlastung hören? Bei Hifi-Lautsprechern habe ich die Erfahrung gemacht, dass sie wenn es zu laut wird"anfangen zu schreien" und der Klang zunehmend unerträglich wird. Im Normalfall macht man dann freiwillig leiser. Kann man diese Kriterien ohne weiteres in diesem Fall zur Beurteilung der Grenze verwenden?
PA-Lautsprecher werden ja nach der 10% Klirr Grenze beurteilt, aber heisst das auch, dass sie diese Leistung dauerhaft vertragen, ohne z.B. thermisch überlastet zu werden und entspricht die angegebene Belastbarkeit dieser Grenze?

Wie wird das in professionellen Kreisen gehandhabt?
Im Normalfall wird man dort sicher eine Anlage nicht am Maximum betreiben, aber wenn doch, wie nähert man sich der Grenze an?

Viele Grüße

milchiknilchi


Edit:
Hatte vergessen zu erwähnen, dass die Satelliten nur noch ohne den beschriebenen Sperrkreis betrieben wurden, da sie sonst einfach zu brav und zurückhaltend spielten.