2 Wege-Lautsprecherbox

Übersicht

• 2 Wege-Box Nachbau
• Ein Verstärker je Chassis
• Schaltpläne und Platinen (auf einer anderen Seite)

Nachbau einer bekannten Lautsprecherbox

Motivation eine Lautsprecherbox selber zu bauen, gibt es viele.
Aufgrund des Fertigungsaufwandes, der Transportkosten
(hoch wg. Gewicht und Empfindlichkeit), der Materialauswahl, etc.
lässt sich viel Geld sparen bei den eigenen Aufbau
(Arbeitszeit läuft unter Hobby)
Dem gegenüber stehen die eigenen Fertigkeiten
(z.B. keine perfekten Rundungen oder Hochglanzoberflächen)
und Möglichkeiten (z.B. Werkzeug, Messmittel)…

Wenn man gerne seine Lautsprecherbox selber bauen möchte
und noch nicht so viel Erfahrung hat,
ist es wahrscheinlich am Leichtesten und Erfolg versprechensten
einfach eine nachzubauen. Dabei ist es nicht so wichtig,
dass sie exakt gleich aufgebaut ist,
sondern dass die Innenvolumen möglichst identisch sind.

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Stella Light-Nachbau

Für mein Arbeitszimmer wollte ich ein paar Boxen haben,
welche nicht dröhnen und bei kleiner Lautstärke und kleinen Preis
möglichst gut klingen. Desweiteren, sollten sie hinter dem Schreibtisch
neben den beiden Monitoren Platz finden.

Also habe ich erst einmal geguckt, was es so auf dem Markt für Boxen-Bau
Vorschläge gibt und wie so der preisliche Rahmen ausfällt.

Dabei fiel mir auf, dass das Chassis des Breitbänders FRS 8 (ca. 15,-)
sowohl in der Surround-Box visaton.de CT Effect 80
mit (0,85 x 0,85 x 1,68 = 1,21 dm³ = 1,21 l)
alsauch in der 2 Wege-Box visaton.de Stella Light
mit (0,82 x 0,45 x 1,81 = 0,668 l) verwendet wird.

Zur Ergänzung des Tieftonbereiches, wird unterhalb 200 Hz
der Tieftöner W 170 S (ca. 45,-) eingesetzt,
welcher in der Stella Light (0,82 x 2,42 x 8,62 - 0,82 x 0,59 x 2,0)
= 16,14 l Bass-Reflex-Volumen benutzen darf.

Nun störte mich die Tiefe der Box von 280 mm und
mein örtlicher Baumarkt kann nur Bretter mit mind. 100 mm Breite zuschneiden…
Aufgrund der niedrigen Frequenz von unterhalb 200 Hz für den Tieftöner,
ist die Einbaulage eigentlich egal (330 m/s / 200 Hz = 1,65 m),
da die Wellenlänge größer ist, als die gesamte Box.
Dadurch ist folgende Idee entstanden,
welche mir aber für diese günstigen Chassis zu aufwändig war…

In den oberen geschlossenen Raum von ca. 3,6 l
wäre Platz für Breitbänder und Verstärker.
Und in den unteren 16,3 l, kann der nach oben gerichtete Bass eingebaut werden.
Im Fußbereich wäre noch ein Schlitz, statt Bassreflexrohr, vorgesehen.

Realisiert habe ich letzendlich eine einfachere Lösung…

Die dafür erforderliche Stückliste, sieht wie folgt aus:

• 4 stk 1200 x 230 x 16 mm MDF für Front- und Rückseite
• 4 stk 1200 x 100 x 10 mm MDF für die Seiten
• 10 stk 210 x 100 x 10 mm MDF für Boden, Deckel, 3x Innen
• 2 stk Breitband-Chassis FRS 8 - 8 Ohm; mit einen 75 mm Loch, 270 mm von oben
• 8 stk 3,5 x 19 Linsen Blechschrauben, verteilt auf einen Durchmesser von 84 mm
• 2 stk Tiefton-Chassis W 170 S - 8 Ohm; mit einen 145mm Loch, 115 mm von oben
• 10 stk 4 x 35 Senkschrauben, verteilt auf einen Durchmesser von 176 mm
• 2 stk Bassreflexrohr 19.24 auf ca. 170 mm gekürzt; 50 mm von unten
• 2 Btl. Polyesterwolle
• 2 stk 5 pol. XLR-Buchse → Stecker 120 mm von unten
• 4 stk M3 x 20 Senkkopf & M3 Mutter
• Kabel z.B. 0,75 qmm
• ca. 50 stk 3,5 x 30 Spaxschrauben für die Rückwand
• 4 stk 10 x 10 x 210 mm Vierkantleiste
• 4 stk 10 x 10 x 1960 mm Vierkantleiste

Anhand der Stückliste kann man schon erkennen,
dass es sich um eine Filter-lose Box handelt, welche ein sog. Bi-Amping erfordert.
Ansonsten, ist das Bassreflexrohr noch ein wenig gekürzt auf ca. 170 mm.
Und von den 10 gleichen Holzstücken sind zumindest 2 längst zersägt.

Für den FRS 8 Breitbänder habe ich einen Hohlraum geschaffen,
indem ein 210 x 100 x 10 Brett ca. 36 mm von der Frontwand entfernt verleimt wird.
Die Seiten bestehen aus einem halbierten 210 x 100 x 10 Brett.
Somit ergibt sich ein Hohlraum von 210 x 36 x 100 = 0,76 l.
Sollte der Hohlraum zu gross sein, kann ich Ihn immer noch mit Holz ein wenig auffüllen.

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Detailbild: Hohlraum für den FRS8

Damit die Front- und Rückwand ein wenig gedämpft werden,
habe ich ein 210 x 100 x10 Brett hochkant etwa zwischen Hälfte 600 mm und Drittel 400 mm
von 1200 mm platziert. Also Grundwelle und 1. Oberwelle der Platte.

Um Maintenance zu ermöglichen, habe ca. alle 100 mm eine Spaxschraube
zur Befestigung der Rückwand verwendet.

Da die Spaxschrauben in MDF nicht lange halten und zur weiteren Versteifung,
habe ich noch eine ca. 10 mm Vierkantleiste angebracht.
Dort halten die Schrauben besser und die Fläche zum Abdichten ist grösser…

Da die zwei Chassis ohne passive Frequenzweiche betrieben werden,
wird für jedes Chassis ein Verstärker benötigt. Daher Bi-Amping.
Die Frequenzweiche habe ich aktiv realisiert und befindet sich vor den Verstärker.
Da Frequenzweiche und Verstärker extern sind, müssen beide Chassis von der Verkabelung her
herausgeführt werden. Dafür habe ich eine 5 polige XLR-Buchse verwendet.
Im Nachinein betrachtet war das ungeschickt. Ein 5 poliger Stecker wäre besser gewesen,
damit man die Verstärker-Ausgangspins nicht berühren kann.

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Ein Verstärker je Chassis

Bei einer passiven Frequenz-Weiche wird jeweils ein Verstärker für Links und Rechts benötigt.
Als Faustformel kann man sagen, 50% der Leistung gehen in den TT Tieftonbereich,
35% in den MT mittleren und unter 15% in den HT Hochtonbereich.

Eine passive Weiche ist so bemessen, dass sie beispielsweise im HT-Bereich alles unterhalb
einer bestimmten Frequenz am HT-Chassis kurzschließt und Richtung Verstärker hochohmig wird.
Im Übergangsbereich wird das Verstärkersignal durch den Filter inclusive Chassis als Last halbiert.
Also grob, wie ein Spannungteiler zwischen Verstärker und Chassis.
Zum einen ist die Verlustleistung zu betrachten, zum anderen der schwächer werdende Durchgriff
vom Verstärker. Welchen Sinn macht dann, einen sehr niederohmigen Verstärker einzusetzen?
Und Frequenzweiche und eingebautes Chassis sollten immer als Gesamtsystem betrachtet werden.
Also eine Frequenzweiche von der Stange, mit einen Chassis der Wahl wird zu Überraschungen führen.
Es ist dann noch Anpassung an der Weiche nötig.

Vieles davon kann man vermeiden, wenn man die Endstufe direkt mit den Chassis verbindet.
Der Verstärker hat stets volle Kontrolle über das Chassis auch bei Anregung durch die Umgebung.
Resonanzen außerhalb des Chassis-Nutzbereiches, werden aktiv vom Verstärker gedämpft.
Eine aktive Frequenzweiche ist keiner sich verändernden Last durch ein Chassis ausgesetzt.
Die Abhängigkeit der Chassis-Last bei einer passiven Weiche, ist somit nicht mehr gegeben.
Somit wird das Übertragungsverhalten reproduzierbarer, leichter einstellbar, trotz Bauteil-Toleranzen
und von der Qualität besser, da große, teure hochwertige Induktivitäten nicht mehr benötigt werden.

Bei einer normalen Unterhaltung ist man bei ca. 40 - 50 dB Schalldruck bezogen auf 20 µPa.
Neben diesen Schalldruckpegel - SPL (sound pressure level)
gibt es noch den Begriff Schallintensität - SIL (sound intensity level) bezogen auf 10^-12W/m².
Um die miteinander vergleichen zu können, habe ich eine kleine Tabelle gemacht.
Glücklicherweise lässt sich das leicht erstellen. Siehe  sengpielaudio.com.

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Schallpegel zu Schall-Intensität bei 1 kHz

Wenn man sich die dB anguckt, kann man sich fragen, wofür es dB_SPL und dB_SIL gibt?

Im Datenblatt der Chassis steht folgendes:

Beim Breitbänder   FRS 8     82 dB W/m Schalldruckpegel .
→ Also bei elektrischen 1 W im Abstand von 1 m;   also 2,8 V_eff an 8 Ω
  ist es so laut wie eine Fräsmaschine.
  Für 10 dB mehr, also 10 W werden 8,9 V_eff benötigt, was 25,3 V_ss entspricht.
  Oder bei einer H-Brücke (BTL - bridge tied load) einer Spannung von 12,6V entspricht.
Beim Tieftöner steht W 170 S   86 dB W/m.   was etwa dem 10^{4 dB/20} ≈ 1,6 fachen entspricht.
→ der TT ist voraussichtlich etwas abzuschwächen.

Ein 10 W Verstärker der dann noch klirrarm ist, reicht je Chassis also völlig.
In diesem Fall habe ich mich für 4x 30 W class-D Verstärkerplatinen mit den TDA 8932 entschieden.
Eine gute Beschreibung findet man unter  components101.com

Alles habe ich in ein Gehäuse von Fischerelekronik gequetscht, bestehend aus
2x Gehäusehalbschalen KOH-4160 160 x 105 x 32,3 mm  reichelt.de
1x Deckelsatz DPL 4-4 105 x 64,6  reichelt.de

Weitere Kleinteile sind:

• 2x doppellogarithmische Potis 4,7 kΩ  reichelt.de
• 2x XLR Stecker → Buchse 5 polig  reichelt.de
• 2x Chinch-Buchsen  reichelt.de
• 1x Sicherungshalter  reichelt.de
• 1x ∅5,5 x 2,1 mm DC Buchse reichelt.de
• 1x 40 W 15 V Tischnetzteil medical (für kleinen Brumm ;-)  reichelt.de
• vier verschiedene Filterplatinen 43 x 43 mm siehe  Schaltpläne und Platinen
• 7812 Spannungsregler für den DC/DC-Wandler auf einer der Filterplatinen
• mind. 2 Kondensatoren für den Spannungsregler
• LED & Vorwiderstand für die Betriebsanzeige
• 8x M3x40 mm mit Unterlegscheiben und Muttern
• 12x 5 mm Distanzröllchen, wobei einige etwas abgeschliffen werden mussten, weil ein Elko im Weg ist.
• 4x 20 mm Distanzröllchen, die Hälfte davon angeschliffen.
• 4x 24 mm Distanzröllchen da die Spannungregler im TO 220 Ghäuse so hoch sind → TO92 reicht auch.
• 2x M3 x 6 mm mit jeweils einer M4 Mutter als Distanzhalter und
  jeweils einer ins AL-Blech gedrückten M3 Mutter.
• etwas Alublech, Lochrasterplatinen, Kabel, etc.

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Anbei ein paar Fotos zur Anregung.

Zunächst die Rückseite des Bi-Amp.
Ich hoffe man kann gut die 4 Class-D Verstärker Platinen erkennen wo die Eingänge
zur Zeit nicht angeschlossen sind.

Etwa zwischen den Cinch-Buchsen und der DC-Buchse befindet sich der gemeinsame Massepunkt.
Über die Cinch-Buchsen ist das Gehäuse mit Masse verbunden und fungiert als Schirm.
Die Masse ist außerdem auf eine Platine zwischen den Cinch-Buchsen und den Sicherungshalter geführt.
Hier befindet sich noch ein 7812 Spannungsregler, welcher die Filterplatinen speist.
Zwischen DC-Buchse und Sicherung ist noch eine Diode als Verpolungsschutz.

Die Rückseite der Platine

Die Frontplatine enthält nur die 2 Potis und eine LED mit Vorwiderstand

Das linke Poti ist für die Gesamtlautstärke
und mit den rechten Poti kann ich den Tieftöner abschwächen.
Die LED dient der Betriebsanzeige.

Links kann man die Filterplatinen sehen, welche über Pfostenleisten miteinander verbunden sind.
Rechts befinden sich die Verstärker Platinen.
Als Blech würde ein Winkel reichen. Die obere und untere Fahne wird nicht mehr verwendet.

Hier kann man nochmals die Verstärker-Platinen sehen.
Unten rechts ist der Kondensator zu dicht am Distanzröllchen, welche daher angepasst sind.
Ebenso musste der Stecker für den Verstärkerausgang etwas abgefeilt werden,
da 2 Kondensatoren im Weg waren.

Hier sind die oberen Filter-Platinen dargestellt.
Um sich besser zu orientieren, habe ich die Potis im Uhrzeigersinn durch numeriert.

Belegung der 5 poligen Steckerleiste:

1. +5 V
2. −5 V
3. rechter Kanal
4. Gnd
5. linker Kanal
6. −5 V
7. +5 V

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Historie

Entstanden ist das Projekt auf einen der unzählig vollgeschmierten Briefumschlägen.

Nachdem die überschlagsmäßigen Volumina passten, überlegte ich mir welche Bretter ich benötige.
Beim Baumarkt angelangt, hatte man natürlich genau das nicht vorrätig.
Also passte ich das kurzerhand an und ließ das zuschneiden.

Zunächst habe ich die realen Lautsprecher vermessen und dann mit Zirkel und Lineal
die Fronplatte angezeichnet. Um mit der Laubsäge die Löscher für die Chassis sägen zu können,
habe ich jeweils ein Loch gebohrt.

Die verbleibenden Unebenheiten habe ich mit einer Halbrundfeile beseitigt.
Höllenmaschinen wie eine Oberfräse oder dergleichen, habe ich nicht benötigt.

Nun ein paar Jahre später, suchte ich mir die vernachlässigte Dokumentation zusammen
und malte das kurzerhand in FreeCAD nach.
Dabei habe ich immer in einen Excelblatt die Koordinaten berechnet
und danach in FreeCAD die addierenden oder subtrahierenden Elemente plaziert.

Anbei die lsp2wege.ods (Libre-Office) Datei und die lsp2wege.FCStd1 FreeCAD Zeichnung.

Die Mechanik des Verstärkers habe ich ebenso grob nachgezeichnet, um es dokumentiert zu haben
und um sich daraus die Maße zu hohlen. Front und Back sind vertauscht…
Siehe Bi-Amp01.FCStd FreeCAD Zeichnung.

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