Lautsprecher selber bauen – Lautsprecherselbstbau

Es gibt im Internet unzählige Seiten die sich mit diesem Thema befassen. Hier soll nicht auf theoretische oder mathematische Berechnungen eingegangen werden sondern nur auf die wesentlichen Dinge welche zu beachten sind. Wenn handwerkliche Fähigkeiten vorhanden sind spricht nichts dagegen sich einen Lautsprecher selber zu bauen. Man sollte aber ein paar Faktoren beachten. Die Auswahl der Lautsprechersysteme: Faustregel Basslautsprecher, Fläche geht vor Hub. Es ist ein Lautsprecher mit einer großen Membranfläche zu bevorzugen. Dieser ist im Gegensatz zu einem Lautsprecher mit einer kleinen Membran eher in der Lage tiefe Frequenzen unverzerrt wiederzugeben ohne das die Membran große horizontale Bewegungen ausführen muss. Ein kleiner Basslautsprecher muss dagegen dieses mit einer stärkeren Bewegung (Hub) bewerkstelligen. Dadurch sind Verzerrungen bei hohen Lautstärken nicht auszuschließen.

Der Tieftöner

es gibt zwei Ausführungen von Tieftönern unabhängig von der Größe (Durchmesser), harte Einspannung (Sicke) oder weiche Sicke. Eine harte Einspannung ist eigentlich nur für den Einsatz in professionellen (PA) Boxen oder Hornkonstruktionen vorgesehen. Es lässt sich ein höherer Schalldruck bei minimalen Verzerrungen erzielen. Außerdem haben diese Systeme eine höhere Belastbarkeit. Der Nachteil ist das ein Lautsprecher mit einer harten Sicke auf Grund seiner Konstruktion (auch Größe des Tieftöners), meist eine hohe Resonanzfrequenz (fs) hat und nur einen bescheidenen echten Tiefbassbereich (unter 50 Hz) wiedergeben kann. PA Systeme benötigen größere und somit schwerere Magnete. Im Vergleich dazu kommt z.B. ein 38 cm (15“) Hifi Tieftöner (weiche Sicke) mit einem kleineren Magneten aus da eine exorbitante Belastbarkeit nicht erforderlich ist. Leider gibt es kaum 38er mit weicher Sicke. Generell gilt: Fläche geht vor Hub, soll heißen die schallabstrahlende Fläche (Membran) sollte so groß wie möglich sein. Lässt sich das nicht realisieren kann man auch zwei kleinere identische Tieftöner „in Reihe“ schalten (Reihenschaltung). Zu beachten ist, soll die fertige Lautsprecherbox eine Impedanz von z.B. 8 Ohm haben müssen in dem Fall zwei 4 Ohm Tieftöner in Reihe geschaltet werden:

Sind dagegen zwei 16 Ohm Tieftöner vorhanden und die fertige Box soll eine Impedanz von 8 Ohm haben müssen diese, um eine Impedanz von 8 Ohm zu erreichen, parallel geschaltet werden (Parallelschaltung):

Sind zwei 8 Ohm Tieftöner vorhanden und die fertige Box soll eine Impedanz von 4 Ohm haben müssen diese, um eine Impedanz von 4 Ohm zu erreichen, parallel geschaltet werden (Parallelschaltung)

Der Mitteltöner

im Grunde ist es (fast) egal ob Kalotte oder Konusmitteltöner. Ein Konusmitteltöner ist unkomplizierter zu händeln, soll heißen das es bezüglich des Übergangs vom Tief zum Mitteltonbereich so gut wie keine Probleme gibt. Ausnahme: Wird für den Tieftöner eine Übergangsfrequenz gewählt welche unterhalb von 500 Hz liegt ist die Verwendung eines Konusmitteltöner zu bevorzugen. Er benötigt allerdings ein kleines eigenes Gehäuse innerhalb der Box.

(Für den Mitteltonkonus ein kleines eigenes Gehäuse innerhalb der Box)

Der Hochtöner

hier ist es wiederum (fast) egal welches System verwendet wird. Hochtonhorn, Kalotte (Gewebe Titan usw.), Bändchen usw.. Einen Konushochtöner mit Papiermembran sollte man nicht einsetzen da ein Konus dazu neigt den Schall hin zu hohen Frequenzen zu bündeln. Hochtonhorn: es gibt im Grunde zwei Arten, Ringradiator und Schlitzstrahler. Ein Ringradiator ist dafür ausgelegt den Schall zu bündeln und über eine relativ weite Distanz (Entfernung zum Hörer) zu übertragen. Ein Wohnzimmer hat allerdings meist nur eine bescheidene Größe, der Abstand zum Lautsprecher ist daher eher gering. Schlitzstrahler: Daten meist gleich wie ein Radiatorhorn. Der Unterschied besteht darin das der Schlitzstrahler einen Vorsatz hat welcher den austretenden Schall in die Breite verteilt und nicht bündelt.

Das Gehäuse

es gibt etliche, teils eigenwillige, Bauformen. Transmission Line, Bassreflex, Horn, geschlossenes Gehäuse, Carlson Koupler und einiges mehr. Folded Horn (gefaltetes Horn): das wohl bekannteste ist das Eckhorn nach Klipsch. Dann noch Back Loadet Bin usw. Alle Hörner bis auf das Eckhorn können nur Tieftonfrequenzen bis hinunter max. 50 Hz wiedergeben. Das Eckhorn muss idealerweise in einer Raumecke platziert werden da die Wände des Raums als erweiterte Hornverlängerung genutzt werden. Auch beim Eckhorn ist der untere Frequenzbereich begrenzt (40 Hz). Das Klipsch Eckhorn hat eine zu geringe Hornlänge und eine Mundfläche von lediglich 1,31 m², deutlich zu klein, was dafür sorgt das ein starker Schallpegelabfall bereits bei ca. 40 Hz eintritt. Allerdings hat dieses Horn die Fähigkeit diese Frequenz mit einem hohen Schalldruck wiederzugeben. Dadurch hat der Hörer den fälschlichen Eindruck die Basswiedergabe reiche tiefer hinab. Um tiefere Frequenzen wiedergeben zu können müsste die (gefaltete) Hornlänge größer sein. Ein außergewöhnlicher Lautsprecher und eine Ausnahme war der ALPHA PAT 20, 17 Hz mit 90 dB Schalldruck! Für den unbedarften Anfänger ist eine Bassreflex Konstruktion zu empfehlen da diese einen guten Kompromiss für den Hifi Bereich darstellt und zumindest was den Bau angeht nicht allzu kompliziert ist. Allerdings gibt es beim Entwurf auch einiges zu beachten. Berechnung des Volumens der Box anhand der elektrischen Parameter des Tieftöners und natürlich eine genaue Berechnung der Reflexöffnung. Hilfreich sind hier Bauvorschläge von z.B. einschlägigen Zeitschriften.

Material der Box

ideal ist die Verwendung von MDF (hochverdichtete Spanplatte) 24 mm Stärke und horizontale innere Verstrebungen zur Reduzierung der Gehäuseresonanz. Als Dämmaterial ist reine Schafswolle optimal, diese hat die besten akustischen Eigenschaften. Oftmals empfohlene Materialien wie ROCKWOOL (Steinwolle) sind nicht zu empfehlen (ganz gefährlich ist Glaswolle!) da diese durch die Reflexöffnung kleinste Partikel in die Raumluft abgeben! (Krebsgefahr) Auch können diese Partikel langfristig die Tieftöner beschädigen. Akustikschaumstoff ist zwar billig aber denkbar ungeeignet!

Stehende Wellen

Es wird oft (fälschlicherweise) angenommen das diese sich innerhalb der Box horizontal (Front – Rückseite) bilden. Richtig ist jedoch das sie sich vertikal bilden (Bodenplatte – obere Deckplatte) Zur Beseitigung dieser störenden Wellen darf der Tieftöner nicht genau in der Gehäusemitte platziert werden!

Laufzeitunterschied – Gruppenlaufzeit

Vereinfacht gesagt, jedes einzelne Lautsprecher System hat die Eigenschaft den Schall mit unterschiedlicher Geschwindigkeit abzustrahlen (Wellenlänge). Tiefe Töne haben eine große Wellenlänge, hohe Töne eine kurze Wellenlänge. Dadurch ergeben sich, sollten die Systeme wie auf dem Bild angeordnet sein, diese Laufzeitunterschiede. Der Schall des Hochtöners erreicht das Ohr schneller als der des Tieftöners. Man kann dieses Phänomen mit einer speziellen Schaltung der Frequenzweiche beheben. Das ist aber dem Anfänger nicht zu empfehlen. Einfacher ist es den Hochtöner, welchen auch immer, außerhalb des Gehäuses, auf diesem zu platzieren. Verwendet man bei einer drei Weg Box einen Konusmitteltöner anstatt einer Kalotte wird das Problem des Laufzeitunterschieds zwar nicht ganz gelöst aber dieser Unterschied minimiert sich in den unkritischen Bereich.

Anordnung der Systeme auf der Schallwand

Wie erwähnt (stehende Wellen) den Tieftöner nicht in die Gehäusemitte einbauen. Alle drei (3 Weg) Lautsprecher vertikal übereinander anordnen. Der Abstand der einzelnen Lautsprecher (X) sollte möglichst gleich oder so gering wie möglich sein.

Hochtöner auf dem Gehäuses etwas nach hinten versetzt platzieren. Ein Handikap ist die genaue Position zu finden. Das wäre nur mit aufwendigen Messungen mit den entsprechenden Messgeräten möglich. Ein Kompromiss, die Tiefe des Bass Lautsprechers als Referenz nehmen.

Frontplatte

Die Frontplatte sollte seitlich abgerundete Kanten haben um sogenannte Sekundärwellen, die an den Ecken der Box entstehen, zu eliminieren. Ein zusätzliches, weiteres Hilfsmittel ist auch empfehlenswert, die glatte Front zusätzlich mit einer dünnen Schaumstoffschicht bekleben. Die Stärke richtet sich nach der Flanschstärke des Tieftöners.

Aufstellung der Lautsprecher im Raum, Abstrahlwinkel

Auch der teuerste Lautsprecher hat einen Abstrahlwinkel von max. 45º bei dem er noch einen ausgeglichenem Frequenzgang hat. Da beist die Maus keinen Faden ab. Ein Problem ist das die Seitenwände des Raums den Schall reflektieren. Boxen mit einem breitem Abstrahlwinkel erzeugen so einen Indirektschall der den Höreindruck negativ beeinflusst. Um diesen Effekt zu minimieren sollten die Boxen nicht zu nah in den Ecken und an den Wänden stehen, ausgenommen natürlich das Eckhorn. Die Boxen sollten abgewinkelt zur Hörachse stehen, 40º sind in den meisten Fällen ideal. Letztendlich hilft nur ausprobieren und die Lautsprecher in einem Test mehrmals verschieben bis man das Gefühl hat die beste Wiedergabeposition gefunden zu haben.

Der beste Lautsprecher der Welt

… ist gleich der teuerste Lautsprecher der Welt? Tja, wieder so ein Thema bei dem sich die Geister scheiden. Den besten Lautsprecher gibt es nicht und schon garnicht der Welt. Es gibt Lautsprecher bis und oberhalb 250.000.- €. High End Lautsprecher? Aber wieso sollen diese Lautsprecher das Non plus Ultra des Lautsprecherbaus sein? Preis gleich Qualität? Drehen wir mal die Zeit zurück, 1940 bis Mitte der 1980er Jahre war der Zeitraum in dem es die meisten Lautsprecher und Entwicklungen im Lautsprecherbau gab. Wie auf der Startseite erwähnt, hatte so ziemlich jede Firma eigene Konstruktionen im Programm. Teils äußerst eigenwillige und auch bahnbrechende Entwicklungen, z.B. das Heil Air Motion Transformer System. Eine Erfindung von Dr. Oskar Heil. Oder die geniale Idee von Paul Wilbur Klipsch Anfang der 1940er Jahre ein gefaltetes Horn zu entwickeln. Aber da ist noch ein physikalisches Problem welches seit Urzeiten besteht. Elektrische Energie muss in Schall umgewandelt werden, das ist so und wird immer so bleiben. Die Vorraussetzung dafür ist eine hohe Qualität der einzelnen, für einen bestimmten Frequenzbereich geeigneten Systeme. Das größte Problem ist die Wiedergabe der tiefen und tiefsten Töne. Der Mittel und Hochtonbereich ist dagegen schon fast unkritisch. Nun ist neben einem sehr guten Tieftöner auch ein Gehäuse erforderlich. Da gibt es auch unterschiedliche Arten, geschlossenes Gehäuse, Horn, Bassreflex, Transmissionline usw. Egal für welche Variante man sich entscheidet der vorgesehene Tieftöner bestimmt auf Grund seiner elektrischen Parameter die Grenzen (nach unten). Also in jedem Fall ein Kompromiss. Bei den überteuerten Boxen mit unzähligen einzelnen Systemen und einer dafür erforderlichen sehr aufwendigen Frequenzweiche treten noch mehr Probleme auf. Die Frequenzweiche hat sehr viele Bauteile und verursacht damit kritische Impedanzveränderungen, jedes einzelne System hat seine eigenen elektrischen Parameter und die nötige Verkabelung innerhalb der Box bildet einen elektrischen Wiederstand. Das alles zusammen genommen wirkt sich naturgemäß auf die Wiedergabe aus. Es gibt bewährte Lautsprecher die eine sehr gute Wiedergabe bieten. Es muss nicht unbedingt der sauteure Lautsprecher sein zumal das Hören eine rein subjektive Angelegenheit ist.

Alternative Bauformen

U.S. Patent 4076097 von 1978, Thomas Lowe Clarke. Pneumatisches Koppelungsprinzip. Die Funktionsweise wird auch hier beschrieben. Dieses kleine Gehäuse weicht von dem Alpha Pat 20 Gehäuse, auf der anderen Seite beschriebenem, ab. Hier sind der Tieftöner und die Tieftonmembrane nicht hintereinander sondern übereinander angeordnet.

Auch hier ist die Koppelungskammer (Fig. 3 Nr. 8) völlig geschlossen und unbedämpft. Es gibt auch keine Gehäuserückwand. Der Lautsprecher wird in Wandnähe aufgestellt. Die Nachgiebigkeit der Luft in der Kupplungskammer und die Masse der Membranen bilden einen Schwingkreis. Dieser Schwingkreis, wenn er richtig eingestellt ist, bewirkt die Bewegung der Membranen in Phase über den kritischen niedrigen Frequenzbereich. Die Luft in der Kupplungskammer, wenn sie von der Rückseite der Lautsprecher erregt wird, bewirkt einen Vergrößerungseffekt im Bezug auf die Differenz der Größe der beiden Schall produzierenden Flächen der Membranen. Die Größe der Membranbewegung wird also durch die Differenz der Flächen bestimmt während die Höhe des Schalldrucks durch den aktiven Tieftöner bestimmt wird. Der Vorteil dieser Erfindung gegenüber z.B. Resonanz Gehäusen liegt bei der erhöhten Schallabstrahlung niedriger Frequenzen von der Rückseite des Lautsprechers. Dieses ermöglicht die Verwendung einer Kupplungskammer die viel kleiner sein muss als ein herkömmliches Resonanz Gehäuse. Der kleinere Kopplungsraum erzeugt eine erhöhte Leistung auf der Rückseite des Lautsprechers bei niedrigen Bewegungen der Membranen. Diese reduzierte Bewegung ermöglicht die Verwendung eines kleinen Tieftöners und kleineren Lautsprechergehäuses. Die Masse der Membranen bieten eine teilweise Aufhebung der Resonanzfrequenz. Der tieffrequente Leistung ermöglicht einen Lautsprecher mit einem kleinerem Gehäuse als es sonst nötig wäre. Diese Konstruktion ist auch besser in der Lage den reproduzierten mittleren Frequenzbereich wiederzugeben, im Gegensatz zu großen Lautsprechern. Ein separater Mitteltöner kann mit einer höheren Übergangsfrequenz als 250 Hz verwendet werden. Die Erfindung des pneumatischen Koppelungsprinzips zeigt einen glatteren Frequenzverlauf unterhalb der Resonanzfrequenz als eine herkömmliche Konstruktion, Bassreflex oder Resonanzgehäuse. Der abruppte Abfall, Drop-off, unterhalb der Resonanzfrequenz erfolgt nicht sondern nur allmählich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

• FIG. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Lautsprechersystems des pneumatischen Koppelungsprinzips
• FIG. 3 ist ein vertikaler Schnitt durch das Lautsprechersystem unter nicht Verwendung einer Gehäuserückwand
• FIG. 4 ist eine graphische Darstellung des Schalldrucks dieses pneumatischen Koppelungsprinzips (Kurve 16) über den untersten Frequenzbereich und zeigt den Unterschied und Vorteil gegenüber konventionellen Gehäusen (Kurve 17)

Die genauen Abmessungen sind nicht bekannt. Die Koppelkammer hat ein Volumen von 14 Liter, das komplette Gehäuse hat ein Volumen von 56,6 Liter. Der aktive Tieftöner hat einen Durchmesser von 5“, die passive Tieftonmembran 8“. Eine Lautsprecherbox mit Minitieftöner und lediglich rund 57 Litern und der Fähigkeit Frequenzen bis unter 30 Hz wiederzugeben, ohne elektronische Hilfsmittel!

Die Frequenzweiche

LINK -> Frequenzweichen, Frequenzweichen Schaltbilder

Eine Alternative, Hörner – Mittel- Hochton

LINK -> Mitteltonhörner, Hochtonhörner – Lautsprecherselbstbau

Karlson Coupler

Der Lautsprecher Karlson Coupler (Halboffener Breitband Resonator) wurde erstmals 1951 als Prototyp vorgestellt. Dieser beruhte auf einer Konstruktion von John Karlson und Wayne Green. Kommerziell wurden ab 1952 drei Ausführungen, Karlson Model 8K, Karlson Model 12K und Model Karlson 15K verkauft. Alle drei Modelle wurden ohne Lautsprechersysteme als sogenannte Enclosure Kits (Gehäusebausätze) angeboten. In späteren Jahren lernte Jess Oliver John Karlson kennen und sie wurden gute Freunde. Jess Oliver produzierte eine Reihe von John Karlson gestalteten asymmetrischen Projektoren, auch bekannt als Muscheln (Clams) Es gab zwei Größen, Phase III Projektor mit einem 10 Zoll Lautsprecher mit Alnico Magneten und das Modell Magna Clam mit einem Altec 421 ein 15 Zoll Tieftöner kombiniert mit einem 1 Zoll Hochtontreiber auf einem Karlson Breitband Resonator. Große Clam Projektoren wurden auch in der Radio City Music Hall installiert. Die Karlson Coupler Resonanzgehäuse wurde speziell gegen Ende der 1960er Jahre professionell eingesetzt, z.B. Jimi Hendrix benutzte die Ausführung 15K.

• PDF zum Aufbau eines Karlson Couplers

Karlson Coupler 15K