PASSIVER SUBWOOFER Technische Daten - WebHTB

Selbst hochqualitative
Klein- und Regalboxen
können kein echtes
Baßfundament erzeugen,
da es an einem
ausreichend hohen
Luftverschiebungsvolumen
mangelt. Dies
ist nicht nur bei HiFi-
Anlagen ein spürbarer
Mangel, auch und
gerade beim
Surround-Sound
gehören ein abgrundtiefer
Baß und
Erschütterungen wie
das Salz zur Suppe.
Der hier vorgestellte
passive Subwoofer (im
nächsten Heft wird er
aktiviert) mit relativ
bescheidenen
Abmessungen und
einem unauffälligen
Design sorgt für ein
bis zwei zusätzliche
Oktaven im
Baßbereich und läßt
sich leicht in den
Wohnraum integrieren.
PASSIVER
SUBWOOFER
In den 70er Jahren stand die Klangqualität
einer Lautsprecherbox im Vordergrund,
während andere Aspekte
nur eine untergeordnete Rolle spielten.
So galten kühlschrankgroße Lautsprecherboxen
im Spanplattenfinish
durchaus als chic, wenn nur der
Sound stimmte.
Mittlerweile hat sich das Bild gewandelt.
Ein guter Klang ist heutzutage
dank des technischen Fortschritts auch
mit weniger aufwendigen und auffälligen
Mitteln zu haben. Die ästhetische
Integration der Lautsprecherboxen in
das Wohnraumdesign ist zur zentralen
Frage geworden. Insbesondere, wenn
man zusätzlich zu den beiden HiFiauch
noch eine Anzahl Surround-
Boxen plazieren muß, wird man auf
kleinvolumige oder Regalboxen ausweichen,
will man die Einrichtung des
Wohnraums nicht dem Diktat der
Lautsprecheranordnung unterordnen.
Doch auch wenn man über ein erst-
Technische Daten:
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Ergänzung für
Regal-Boxen und
Surround-Systeme
klassiges Equipment verfügt, in einem
Punkt läßt sich die Physik nicht überlisten:
Ein tiefer, voluminöser Baß
benötigt ein ebenso voluminöses
Gehäuse und einen Lautsprecher mit
großer Membran, der in der Lage ist,
ein großes Volumen Luft zu verschieben.
Einen Kompromiß stellt ein Subwoofer
dar, der einen recht großen
Baßlautsprecher mit 30 cm Durchmesser
mit einer relativ kleinen, nur 65 l
fassenden Box kombiniert. Wir stellen
zuerst eine passive Version vor, die mit
einem Wirkungsgrad von 88 dB/W/m
und einem Frequenzbereich von
40...100 Hz ideal ist, um den im Baßbereich
meist schwachbrüstigen HiFi-
Regalboxen auf die Sprünge zu helfen.
Bei der aktiven Version, die mehr für
den Einsatz in preiswerten Surround-
Sound-Systemen gedacht ist, wird die
Passiv-Weiche durch eine Endstufe mit
aktiver Baßkorrektur ersetzt. Damit
Baßlautsprecher: Monacor SPH-300TC
Konusdurchmesser: 30 cm
Gehäuseabmessungen: 66⋅40,6⋅42 cm3 (inkl. Sockel)
Gehäuseinhalt: circa 65 l
Gehäuseprinzip: Baßreflex
Nominelle Impedanz: 8 Ω pro Kanal
Wirkungsgrad: 88 dB (1 W/1 m)
Frequenzbereich: 45...105 Hz
Belastbarkeit: 250 W pro Kanal (Herstellerangabe)
Elektor 3/96

gewinnen wir gegenüber der passiven
Ausführung eine zusätzliche Oktave
am unteren Ende des Frequenzbereichs.
Der -3-dB-Punkt bei 20 Hz (!)
verleiht so Filmen mit Surround-
Sound ein eindruckerweckendes Baßfundament.
D IE PASSIVE V ERSION
Um einen Subwoofer an eine schon
existierenden Audio-Anlage anzuschließen,
muß er über zwei getrennte
Anschlüsse für den linken und den
rechten Kanal verfügen. Dies bedeutet
entweder den Einsatz eines Systems
mit zwei Lautsprechern oder eines
Lautsprechers mit doppelter Schwingspule.
Jede dieser Schwingspulen ist
über ein Filter mit einem Kanal verbunden.
Wir haben uns für die zweite,
platzsparende Möglichkeit entschieden.
Der eingesetzte Baßlautsprecher, ein
SPH-300TC von Monacor, ist ein relativ
preiswerter Typ, der dennoch über
einen schwergewichtigen Permanentmagneten
verfügt. Der Konusdurchmesser
beträgt 30 cm, die für diese Anwendung
wichtige Luftverdrängung
(V d ) ordentliche 200 cm 3 . Auch die anderen
Parameter des SPH-300TC sprechen
für einen Einsatz des Lautsprechers
in einem Baßreflexgehäuse.
Die Abstimmung wurde mit dem
Boxen-Simulationsprogramm Boxcalc
berechnet, wobei ein günstiger Kompromiß
zwischen kleinem Gehäusevolumen
und niedriger -3-dB-Frequenz
angestrebt wurde. Als Resultat erhielten
wir ein 65-l-Gehäuse mit einem auf
etwa 23 Hz abgestimmten Reflexrohr.
Der Frequenzverlauf der Box in Bild
1 zeigt, daß der -3-dB-Punkt auf etwa
40 Hz liegt, was für einen großen Lautsprecher
in einem für Audio-Verhältnisse
kleinen Gehäuse ein gutes Ergebnis
darstellt. Die Frequenz von 40
Hz ist auch niedrig genug, um den
Subwoofer als passive Version in eine
schon existierende Anlage zu integrieren.
Eine elektronische Korrektur ermöglicht
es, noch eine gute Oktave tiefer
zu gehen. Diese aktive Variante soll
nächsten Monat vorgestellt werden.
D IE F ILTER
Neben der Wahl des Lautsprechers
und der Berechnung des Gehäuses
muß noch ein passives Filter entworfen
werden. Angesichts der Vorgabe,
möglichst preiswert zu bleiben, ist dies
bei einem Subwoofer gar kein so leichtes
Unterfangen, wie es auf dem ersten
Blick erscheinen mag. In Bild 2 ist die
Impedanzkurve das Subwoofers abgebildet.
Die beiden Schwingspulen sind
dabei parallel geschaltet, um ein vertrauenswürdiges
Meßergebnis zu erzielen.
Die Impedanzangabe muß deshalb
für jede Schwingspule verdoppelt
Elektor 3/96
1
werden. Die Kurve
weist zwei Spitzen auf,
eine bei 10 Hz aufgrund
der Baßreflex-
Abstimmung (die
genau im Minimum
bei 23 Hz liegt) und die andere knapp
über 50 Hz, verursacht von der Resonanzfrequenz
des Lautsprechers im
Gehäuse.
Normalerweise wird die obere Grenzfrequenz
eines Subwoofers auf oder
niedriger als 100 Hz festgelegt, damit
er nicht den normalen Stereo-Boxen ins
Gehege kommt. Ein passives Filter
funktioniert aber nur ideal, wenn es
auch ohmsch abgeschlossen wird.
Wählt man aber eine Grenzfrequenz
von 100 Hz, verdirbt die Resonanzspitze
bei 52 Hz den theoretisch berechneten
Frequenzgang des Filters erheblich.
Aus diesem Grund muß der
Impedanzverlauf des
Lautsprechers zunächst
korrigiert werden.
Häufig glättet man die
Resonanzspitze mit zu
den Schwingspulen
parallel geschalteten
2
Bild 1. Der Frequenzgang
des Monacor SPH-300TC
in einem 65-l-
Baßreflexgehäuse, das
auf 23 Hz abgestimmt ist.
Bild 2. In der
Impedanzkurve der parallelgeschalteten
Schwingspulen ist die
Spitze ein Problem für
das Passivfilter.
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RCL-Kreisen, die
genau auf die Resonanzfrequenzberechnet
sind. Die
Werte der Bauteile
dieser Kreise sind
in der Regel dermaßen hoch, daß die
Spulen und Kondensatoren nicht nur
viel Raum einnehmen, sondern sich
die Korrektur der Resonanz auch als
ein ziemlich teures Vergnügen erweist.
Wir beschreiten deshalb einen anderen
Weg: Statt der teuren RCL-Resonanzkreise
werden zwei ohmsche Widerstände
parallel zu den Schwingspulen
geschaltet, so daß die Spitzen zwar
nicht komplett verschwinden, aber
doch auf zwei harmlose Buckel reduziert
werden. Danach kann man die
Dimensionierung des Filters einem Simulationsprogramm
(hier Calsod)
überlassen, so daß der gewünschte
Frequenzgang er-
reicht wird. Es
wurde übrigens -
um die Zahl der
Bauteile gering zu
halten - ein aus L1
und C1 bestehen-

3
des Filter zweiter
Ordnung gewählt
(Bild 3). Der mit
dem bipolaren
Elko in Reihe liegende
Widerstand
R1 dämpft den
LC-Kreis ein
wenig. Das Resultat
der Bemühungen
ist in Bild 4 zu
sehen. Die obere Grenzfrequenz liegt
knapp über 100 Hz, dürfte also in dieser
Beziehung gut zu (kleineren) HiFi-
Boxen passen.
H OLZ UND L EIM
Für das Gehäuse der Box sind Spanoder
besser MDF-Platten mit einer
Stärke von 22 mm oder 28 mm geeignet.
Beim Prototyp haben wir wie
auch in der Bauzeichnung (Bild 5)
sechs rechtwinklige, 28 mm dicke
MDF-Platten zu einem Gehäuse zusammengesetzt,
das zusätzlich durch
ein Versteifungskreuz stabilisiert wird.
Die Platten und das Kreuz können mit
Hilfe von Schraubzwingen und Holzleim
auf recht einfache Art zusammengesetzt
werden. Auf die Untersei-
te werden zwei
Löcher für den
Lautsprecher und
das 80 mm durchmessende
und 365
4
L1
15mH
C1
100µ
35V
R1
1Ω5
5W
8Ω2
R2
20W
LS1
mm lange Baßreflexrohr
(PVC-Abflußrohr aus dem
Baumarkt) ausgeschnitten.
Unten an der Seite ist der
richtige Platz für ein Lautsprecher-Anschlußterminal
mit vier Bananenklemmen
für den Anschluß der Endstufen.
Nun kann man das
Leergehäuse nach Wunsch
bearbeiten (Lack, Furnier,...).
Die Box steht auf vier etwa
50 mm hohen elastischen
Möbelfüßen, die auf der
Lautsprecherseite in den
Ecken festgeschraubt oder -
geklebt werden. In den freien
Raum über dem Versteifungskreuz
stopft man
locker etwa 0,5 m 2 BAF-
Watte. Danach setzt man
das PVC-Rohr ein und achtet
dabei darauf, daß die
Ventilation an der hinteren
Rohröffnung nicht durch
das Dämpfungsmaterial beeinflußt
wird.
Der nächste Schritt ist der Aufbau der
Frequenzweiche, deren Teile in jedem
gut sortierten Elektronikgeschäft oder
HiFi-Geschäft erhältlich sein dürften.
L1 ist eine Spule mit Ferritkern und
einem Durchmesser von 56 mm. Hier
sollte man auf gute Qualität (Empfehlenswert:
Intertechnik HQ56/15 mH)
achten, denn eine schlechte Spule
zieht auch in der Regel einen schlechten
Klang nach sich. C1 ist - wie im
Frequenzweichenbau üblich - ein bipolarer
Elko mit glatten Elektroden
(ein bipolarer Elko mit rauhen Elektroden
funktioniert zur Not auch). Die
Widerstände müssen natürlich für die
angegebenen Verlustleistungen geeignet
sein. Die insgesamt acht Bauteile
kann man auf ein Brettchen
SPH300
TC
960038 - 13
Bild 3. In dem einfachen
Filter kompensiert
R2 den
Impedanzanstieg,
während L1 und C1 für
eine Flankensteilheit
von 12 dB/Oktave bei
einer Eckfrequenz von
ungefähr 100 Hz sorgen.
Bild 4. Der
Frequenzgang von
Lautsprecher und
Filter.
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montieren und luftverdrahten
oder aber auf einer Experimentier-
oder einer speziellen
Frequenzweichen-
Leerplatine aufbauen. Die Kabelanschlüsse
sollten ausreichend massiv
sein (AMP-Stecker und -Schuhe).
Die fertigen (und vorverkabelten) Filter
schraubt man nun in der Box in der
Nähe des Terminalausbruchs fest,
führt die vier Eingangskabel durch die
Terminal-Öffnung und schließt die mit
Kabelschuhen versehenen Ausgangskabel
(ohne die Polarität zu vertauschen)
an die Schwingspulen des
Lautsprechers an. Jetzt schraubt man
den Lautsprecher fest und setzt auch
das korrekt angeschlossene Terminal
ein, nicht ohne die Öffnungen gut mit
Silikonband abzudichten. Schließlich
stellt man die Box auf die Beine, so daß
die Membran nach unten zeigt. Der
Subwoofer wird nun parallel zu den
bisherigen Stereoboxen angeschlossen,
deren Wirkungsgrad in der Nähe von
88 dB/W/m liegen sollte.
Wer sich für die aktive Version des
Subwoofers interessiert, der kann sich
mit dem Einkauf der Teile (die Passivweiche
entfällt natürlich) und dem
Aufbau des Gehäuses die Zeit bis zum
Erscheinen des Aprilheftes vertreiben.
Stückliste
Holz
2 Stück 35 · 36,4 cm 2 (28 mm MDF)
(Boden und Deckel)
2 Stück 35 · 61 cm 2 (28 mm MDF)
(Seiten)
2 Stück 42 · 61 cm 2 (28 mm MDF)
(Vorderseite/Rückwand)
1 Leiste 35 cm (3 · 3 cm 2 )
1 Leiste 36,4 cm (3 · 3 cm 2 )
(960038)
1 Lautsprecher Monacor SPH-300TC
L1 = 15 mH (Intertechnik HQ56/15 mH)
C1 = 100 µF/35 V (bipolarer Elko mit
glatter Elektrode)
R1 = 1,5 Ω/5 W
R2 = 8,2 Ω/20 W
Experimentier- oder Leerplatine
8 AMP-Platinenstecker, gewinkelt
4 Möbelfüße 5 cm hoch
4-poliges Lautsprecher-Anschlußterminal
PVC-Abflußrohr � 80 mm
Elektor 3/96

Ärger mit Kratzgeräuschen?
Bei der Auswahl eines passenden Lautsprechers
legten wir besonders auf ein günstiges
Preis/Leistungsverhältnis Wert, um die Baukosten
auf ein Minimum von wenigen Hundert Euro zu
beschränken. Man kann allerdings nicht erwarten,
daß ein preiswerter auch ein perfekter Lautsprecher
ist (welcher teure kann dies von sich behaupten?).
Der Monacor-Woofer SPH-300TC schien beim
ersten Test die Spezifikationen des Herstellers nicht
zu erfüllen.
Bei starken Auslenkungen des Konus war deutlich
ein kratzendes Geräusch zu vernehmen. Zunächst
fiel der Verdacht auf einen Fehler des Konus oder
der Aufhängung (zum Beispiel ein Luftloch), allerdings
zeigte ein eilends herbeigeschafftes zweites
Exemplar den gleichen Fehler. Bei näherer
Untersuchung stellte sich heraus, daß die Abdeck-
Kalotte (die die Konusmitte und die Schwingspule
abdeckende Stoffkappe) die Schuld trägt. Das
Material der Abdeck-Kalotte ist so weich, daß es bei
heftigen Konusbewegungen ein höherfrequentes
Eigenleben zu führen scheint. Das Problem war
schnell mit einem jedem Elektroniker vertrautem
Döschen Plastik-Spray (oder einem beispielsweise
bei Visaton erhältlichem Coating) gelöst. Einige
Lagen Plastik-Spray oder Coating-Mittel auf die
Abdeck-Kalotte aufgetragen, schon ist sie steifer
und wenig anfällig für Eigenschwingungen. So
erhält man für wenig Geld einen ausgezeichneten
Baßlautsprecher.
Elektor 3/96
5
28
28
A - A
Bild 5. Der Woofer ist
nach unten gerichtet
und nicht sichtbar.
Ø80
28
≈ 360
40
40
280
A
40 A
40
57
B - B
420
364
B B
420
40 40
Ø80
305
50
610
406
406
350
40 40
Materialstärke 28
Alle Maße in mm
Maßstab 1 : 10
960038 - 15