“Halt mal mein Bier!” – das ist oft die Antwort darauf, wenn jemand sagt, dass etwas nicht geht und sich der andere herausgefordert fühlt. Bei mir war es der Satz “Der frühe Frequenzgangabfall vereitelt ein Zweiwegsystem mit Hochtöner”, den man in der Hobby HiFi 4/2021 im Test zum Dayton TCP115-4 lesen kann. Und ja: schaut man sich den Frequenzgang im Datenblatt an, so fällt auf, dass dieser ab ca. 400 Hz nach oben hin abfällt.

Das ist in der Tat eine schlechte Voraussetzung für den Einsatz eines solchen Chassis in einem Zweiweger mit “normalem” Hochtöner.

Was ist aber, wenn man die Schallwand so dimensioniert, dass der untere, lautere Teil in den Bereich des Baffle Step fällt? Damit sollten wieder ausgewogene Verhältnisse herrschen. Um diese Idee zu prüfen, habe ich die von Dayton Audio zur Verfügung gestellten Messungen in das “Diffraction Tool” in VituixCAD geladen. Hier kann das Chassis auf einer virtuellen Schallwand platziert werden und das Programm simuliert so den Schallwandeinfluss. Auf einer 14 cm breiten Schallwand sieht die Simulation wie folgt aus:

Genau so habe ich mir das vorgestellt. Der Baffle Step sorgt dafür, dass der auf einer Normschallwand zu laute Bereich abfällt und so sollte das Chassis auch mit einem normalen Hochtöner statt wie in dem Heft zu lesen mit einem Breitbänder kombinierbar sein. Also wurde ein Paar der Tief(mittel)töner geordert.

Leider waren die Exemplare, die ich einige Tage später in Empfang nehmen durfte, ganz offensichtlich keine Neuware. Sie zeigten deutliche Gebrauchsspuren auf der Membran. Nach der Reklamation wurde umgehend ein neues Paar in den Versand gegeben und zwei Tage später hielt ich ein neues Paar in den Händen. Wo jetzt schon 4 Stück dieser 4-Zöller hier waren, habe ich sie auch alle durch DATS gejagt:

Auffällig ist, dass sich die TSP aller 4 Chassis doch einigermaßen unterscheiden. Gibt man diese aber in ein Simulationsprogramm wie in diesem Falle “AJHorn” ein, dann kommt folgendes dabei heraus:

In demselben Gehäuse mit derselben Abstimmung erhält man bis auf Pixelbreite deckungsgleiche Ergebnisse. Das Beispiel zeigt alle 4 Chassis in 4,5 Litern Bassreflex. Betrachtet man nur einzelne Parameter des TSP-Satzes, mag man sich über das Ergebnis wundern. Allerdings muss immer der gesamte TSP-Satz betrachtet werden, da alle Parameter voneinander abhängig sind und gegenseitig errechnet werden können. Bei einem der Chassis mögen Fs und Qts zwar niedriger liegen als bei allen anderen, dafür ist aber Vas höher. In Kombination mit allen anderen Parametern führt das am Ende zu derselben Abstimmung.

Die Gehäuse sollten so klein wie möglich ausfallen. Der Simulation nach benötigen die TCP115-4 mindestens etwas mehr als 3 Liter für einen sauberen Bassbereich. Das deckt sich mit dem, was in der zuvor genannten Hobby HiFi nachzulesen ist. In diesem Volumen erreichen sie eine untere Grenzfrequenz von ziemlich genau 50 Hz. Für einen 4-Zöller ist das eine sehr ordentliche Leistung. Das kleine Gehäuse führt allerdings dazu, dass der Bassreflexport recht lang werden müsste, nämlich etwa 30 cm. Dann darf der Durchmesser des Ports aber auch nur 35 mm betragen, was bei der Hubfähigkeit des Chassis mit hoher Wahrscheinlichkeit zu Strömungsgeräuschen führen würde. Ein Port mit etwa 50 mm Durchmesser müsste etwa 45 cm lang werden. Einen solchen bekommt man in dem Gehäuse nicht unter und außerdem führt die Länge zu allerlei anderen Problemen. Also wurden als nächstes Simulationen mit einer Passivmembran angestellt. Mit einer solchen ließe sich ebenfalls eine untere Grenzfrequenz von ca 50 Hz erreichen. Im Folgenden 3 Beispiele:

Wie schon erwähnt, ist das Gehäuse sehr klein und damit haben größere PM keinen Platz. Entsprechend musste ich hier einen kleinen Kompromiss eingehen und eine etwas kleinere PM einsetzen. Es wurde die ebenfalls aus dem Hause Dayton stammende DSA135-PR (in der Simu pink dargestellt). Ob die untere Grenzfrequenz am Ende nun 50 oder 53 Hz beträgt, macht den Kohl nicht fett.

Wenn nun schon der Tiefmitteltöner und die PM von Dayton kommen, dann kann man sich auch bzgl. eines Hochtöners bei diesem Hersteller umsehen. Die Auswahl ist recht groß und es sind viele interessante Kandidaten dabei. Oli schlug die eigentlich für den Car-HiFi Bereich angedachte “AN25Ti-4” vor. Neben dieser hatte ich auch einen Blick die “ND28F-6” geworfen und von beiden ein Paar bestellt.

Da die AN25Ti-4 wie gesagt in den Car-HiFi Bereich gehört, ist auch das “Gehäuse” und die Befestigung entsprechend ausgelegt. Messungen beider Hochtöner auf einer glatten Schallwand ohne Schallführung oder Fasen waren nicht zufriedenstellend. Die Schallwandgeometrie hatte eine recht breitbandige Senke von etwa 3dB auf Achse zur Folge. Eine Möglichkeit dem entgegenzuwirken wäre evtl. eine außermittige Positionierung des Hochtöners.  Das ist allerdings etwas, was ich äußerst ungern mache. Erstens sieht das in meinen Augen nicht besonders elegant aus und zweitens gibt es dann meistens eine “gute” und eine “schlechte” Seite. Ein fertiges Waveguide in der Größe gibt es auch nicht. Wie schon im Artikel zur “Phantom Protokoll” erwähnt, zählt auch der 3D-Druck zu meinen Hobbys. Warum also nicht eine Schallwand mit Waveguide und Fasen konstruieren und drucken?

Nach nur wenigen Iterationen war eine Form gefunden, in der sich die AN25Ti-4 wohl fühlt:

Auch der Tiefmitteltöner misst sich – von der Resonanzspitze bei 6 kHz mal abgesehen – sehr ordentlich.

Also wurden alle Messungen in VituixCAD geladen, um den beiden Tönern eine Weiche auf den Leib zu schneidern:

Das Ergebnis kann sich sehen lassen. Das Abstrahlverhalten darf als “ausgezeichnet” betrachtet werden, was einer Aufstellung auf einem Schreibtisch, der oft in einer Ecke steht, zugute kommt.

Die Weiche wurde aufgebaut und der Lautsprecher einem Hörtest unterzogen. Es ist schon erstaunlich, was aus einem so kleinen Lautsprecher rauskommen kann. Eine abschließende Messung bestätigte den Höreindruck.

Bei der Frequenzweiche sind keine Verrenkungen nötig. Beide Chassis begnügen sich mit einem 12 dB Filter. Der Pegel des Hochtöners wird mit einem Spannungsteiler an den Tiefmitteltöner angepasst. Letzterer erhält eine Impedanzlinearisierung um die Filterflanke sauber zu modellieren und einen Saugkreis gegen eine Überhöhung bei ca 1,1 kHz. Eine kleine Spule unter dem Filter wirkt gegen die weiter oben genannte Reso bei 6 kHz.

Der sich im Hochtonzweig befindliche Kondensator ist ein Folienkondensator, die Widerstände 5 W MOX Typen. Im Tieftonzweig werden 10 W Keramikwiderstände eingesetzt und lediglich die kleine 0,022 mH Spule als Luftspule ausgeführt. Sonst kommen überall I-Kern Spulen zum Einsatz.

Hinweis: im Warenkorb befindet sich eine 0,03 mH Spule, da im Quint-Store keine kleineren Werte zu finden sind. Um die erforderlichen 0,022 mH zu erhalten, müssen von dieser 8 Windungen abgewickelt werden.

Um die korrekte Abstimmfrequenz einzustellen, benötigt die Passivmembran zusätzlich zu der im Lieferumfang enthaltenen Schraube ein Zusatzgewicht von 2,5 g. Um das zu erreichen, habe ich eine M5 Mutter sowie eine Unterlegscheibe benutzt.

Der Bau- und Bedämpfungsplan:

Natürlich darf auch die .STL-Datei für die Schallwand nicht fehlen:

Die Schallwand kann entweder aus PLA oder ABS / ASA gedruckt werden. Auch PETG sollte keine Probleme bereiten, wobei ich aber erwähnen möchte, dass ich das nicht getestet habe. Mir würde aber kein Grund einfallen, warum das Material nicht geeignet wäre. Beim Druck der Schallwand bitte beachten, dass unterschiedliche Materialien unterschiedlich stark schrumpfen. PLA kann bis zu 0,2 % schrumpfen, bei ABS / ASA sind 0,8 % keine Seltenheit. Lieber also vorher einen Testdruck starten und die Schallwand im Slicer dann entsprechend skalieren. Lieber ist sie am Ende ein wenig zu groß als dass sich weder Hochtöner noch Tiefmitteltöner einsetzen lassen. Montiert wird die Schallwand mit Montagekleber (z.B.: Pattex Montage Universal oder Uhu Polymax). 

Druckeinstellungen für eine 0,4 mm Nozzle und 0,2 mm Layerhöhe:
– Top / Bottom Layers: 5
– Perimeters / Walls: 4
– Infill: mindestens 40% “Grid” oder “Cubic”

Wer mit einer Layerhöhe von 0,1 mm drucken möchte, passt die Anzahl der Top / Bottom Layers entsprechend an. Die Schallwand ist so konstruiert, dass sie ohne Supports auskommt. Im Waveguide befindet sich eine “Opferschicht”, die nach dem Druck mit einem Cuttermesser entfernt wird. Für die Montage des Tiefmitteltöners werden pro Seite 4 M3 Schmelzeinsätze und 4 M3 x 10 mm Schrauben benötigt. Der Hochtöner wird eingepresst und kann mit ein paar Tropfen Sekundenkleber fixiert werden.

Wer selbst keinen 3D-Drucker sein Eigen nennt oder aber niemanden kennt, der vielleicht jemanden kennt, sollte einen Blick auf die Seite https://www.treatstock.co.uk/ wagen. Nach dem Upload der .STL-Datei kann man sich aus einer Liste einen Anbieter aussuchen und die Datei drucken lassen. Trotz der Tatsache, dass es sich um eine britische Seite handelt, sind dort auch Anbieter aus Deutschland gelistet. Bitte auch hier unbedingt auf die Skalierung achten.

Alle Weichen- und Baupläne sowie die STL-Datei sind ausschließlich für die private Nutzung freigegeben. Jede Form der gewerblichen Nutzung oder Verbreitung bedarf einer vorherigen Absprache und wird bei Missachtung strafrechtlich verfolgt.

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3 Kommentare
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Ralf

Hi Rouven,
Saugeil! Das eröffnet neue Möglichkeiten im Segment der Kleinlautsprecher.
Brauche sowas fürs Sideboard meiner Freundin. Vielen Dank!

Gruss, Ralf

Sash

Sehr hübsch!!!
Wie bist Du auf 84dB/2,83V gekommen? Wenn ich das alles so wie Du (Herstellerdaten/Diffraction/Vituix) mache, komme ich mit Deiner Weiche eher auf 81-82dB/2,83V, was mir auch stimmiger erscheint.

Zuletzt bearbeitet vor 5 Monaten von Sash