Een inleiding in audio zelfbouw

Deze pagina wordt bewerkt, is dus nog niet klaar... dus....

Zelf een luidspreker bouwen?

Als je nieuw bent met dit onderwerp en het overweegt, dan vraag je je af, waarom zelfbouw en wat zijn de voordelen? In mijn geval is zelfbouw begonnen omdat destijds de luidsprekers die ik wilde bezitten boven mijn budget geprijst waren. Ik stootte op zelfbouw luidsprekers van een Nederlands design en vond ze zo goed als de toppers in de HiFi zaken, als niet nog beter. Meer zelfbouw werk werd geluisterd en ik was over de streep. De kwaliteit van zelfbouw is qua constructie natuurlijk afhankelijk van de bouwer. Maar over het algemeen superieur aan het HiFi winkel aanbod, uiteraard zijn de duurdere prefab speakers ook uitstekend gebouwd. De afwerking kan mooi zijn, kan maar hoeft niet. Mooie lak, fineer en infrezing geven nagenoeg geen geluidsverbetering. Ook in de zelfbouw pakketten is er tegenwoordig veel keus, de kwaliteit is hoog en nog steeds doe je een groot prijsvoordeel tov het prefab aanbod in de hoge kwaliteits klasse. De enige andere optie 2e hands kopen. Maar wellicht heeft de lezer van deze website deze opties al uitgeput en is niet tot een blijvende luidspreker set gekomen. Voornamelijk als je gaat voor top-kwaliteit High-end ben je met zelfbouw goed bezig. De luidspreker techniek is spoedig geen mysterieuze techniek meer, je werkt met wetenschap. Luidsprekers bepalen voor het grootste deel de kwaliteit van je muziek/film weergave in de huiskamer. Met een set uitstekende luidsprekers klinkt de muziek interessanter, je film spannender en ook het nieuwsbericht is op laag niveau altijd verstaanbaar.
Maar nog even verder met de voordelen van zelfbouw. Zelfbouw heeft als voordeel dat je je luidsprekers van binnen naar buiten qua constructie kent, je weet ze dus ook te modificeren en af te stemmen zodat het beter aansluit op de luisterkamer. De constructie maak je natuurlijk extra solide om resonanties tegen te gaan en gebruikt materialen waar jij goed mee kunt werken. Meestal wordt gekozen voor MDF als kastmateriaal maar als je al professioneel bezig bent met multiplex,massiefhout, marmer, metaal of plastic plaat materiaal kan de keuze ook daar opvallen als het voor de hand ligt. Marmer, graniet, acryl zijn ook bijzonder geschikte matierialen voor zelfbouw luidsprekers maar voor de meeste zelfbouwers ligt dat niet voor de hand.
Voorbeeld van een breedband luidspreker.
Voorbeeld van een meerweg luidspreker.

Enkele geschikte materialen:

Breedband of meerweg?

Je kunt een breedband (fullrange) luidspreker bouwen, één luidspreker verzorgt het hele spectrum of je verdeelt het spectrum over meerdere drivers, een 3-weg heeft een basluidspreker (woofer) een middentoner (midway) en een hoge tonen (tweeter) waarbij de frequenties gescheiden worden door middel van filtertechniek. De meerweg theorie is dat voor de hogere frequenties een kleiner membraan beter werkt, deze kan sneller reageren op de impuls signalen vanuit de versterker en de spreiding is beter dan van een grote driver. Andersom kan de basluidspreker ook wel 'woofer' beter de lage frequenties weergeven omdat de woofer optimaal ontworpen is voor lange golven. Echter breedbanders hebben ook hun charmes en het blijkt met de technische ontwikkeling steeds beter te worden, veel breedbanders bieden zowel een goede bas als een gedetailleerde hoogweergave. De spreiding is altijd beperkt in de hoge frequenties maar dit kan zowel nadelig als voordelig uitwerken in een luister omgeving. Perfecte luidsprekers bestaan tot op heden niet.

De meeste meerweg luidsprekers werken met passieve filtering zeker in het lagere prijs-segment, maar steeds meer luidsprekers worden 'actief' aangestuurd. Passieve filtertechniek betekend dat je één versterker gebruikt en het signaal wordt in de luidspreker door middel van spoelen en condensatoren gesplitst in de verschillende frequentie gebieden voor elke driver. Zo heb je dus 2-weg, 3-weg, 4-weg etc.

Bij een actieve filtering maken we gebruik van meerdere versterkers en voor de versterkers gebeurd reeds de verdeling van de frequenties voor elke driver. De filtering kan analoog actief zijn of digitaal actief gebeuren, waarbij uiteraard de digitale versie tegenwoordig flexibeler is en meer bied op gebied van fijnafstemming en tijdcorrectie. Bij analoog aktief zal men een extra equalizer moeten inzetten of nog enkele passieve componenten in de luidsprekers moeten toepassen voor de fijnafstemming. Uiteindelijk kunnen de eindresultaten in alle vormen afhankelijk van de inspanning tot perfectie in fijnafstemming even hoogwaardig zijn. Al is de digitale weg dé gebruikvriendelijkste optie om met weinig componenten en inspanning tot een hoogwaardig resultaat te komen. Toch zullen analoog liefhebbers die met grammafoonplaten werken geen 'digitale' filtering willen zien in hun signaalweg. De keuze valt dan op passieve filtering of analoge actieve filtering.

Welk concept uw voorkeur verdient, is een ontdekkingsreis voor iedere muziek liefhebber voor zover het budget dat toelaat.

Wat voor een behuizing?

Je eigen ontwerp? De vorm van behuizing kan creatief ingevuld worden. De oude bekende balk vorm kasten zijn zo slecht nog niet zo blijkt uit ervaring en metingen, niet voor de lage tonen. Voor midden en hoog zouden we graag kleinere luidsprekers willen voor de afstraalkarakteristieken. Kleine monitors of zelfs de kleine magnesphere tweeters en B&W Nautilus speakers of nog mooier de Cabasse Baltic zijn heel mooie maar soms kostbare voorbeelden van oplossingen. Een kleine behuizing los van de kast bijv. kan de afstraalkarakteristiek van je hoge tonen verbeteren. Een kleine speaker met een subwoofer van goed ontwerp levert al een heel degelijk geluidsbeeld op. Dit hoeft niet duur te zijn. Ook kan men hoorns inzetten voor de kleine membranen om de spreiding optimaal te sturen. Hoorns zijn in veel opzichten acoustisch optimaal alleen de fysieke afmetingen zijn vaak een drempel om hoorns in te zetten. Een hoorn voor een frequentie bereik vanaf 300Hz moet een hoornmond zo groot als de halve golflengte heben dwz voor 300hz moeten we rekenen: de geluidsnelheid 343 meter per per seconde delen we door de frequentie 300hz, dat geeft 1,14 meter voor de hele golflengte dus halve golflengte: 571cm. Dit is nogal een groot apparaat voor een huiskamer. Al zijn er HiFi freaks die dit formaat acceptabel vinden.

Grote investering en glanzend pianolak garanderen geen muzikaal en realistisch geluidsbeeld. Een luidspreker kan er ook sierlijk uitzien met de meer conventionele vorm. Als je creatief wil zijn met de vorm houd er dan rekening mee dat je een kast bouwt om geluid/trilling te absorberen.

De wat technisch aangelegde wil wellicht wat verder gaan en een eigen ontwerp gebruiken. Je eigen creatie heeft ook een waarde. Meer over kastvorm.

Zelfbouw pakketten

Er zijn tal van bouwpakketten op de markt voor luidspreker zelfbouw. In de 'Design' sectie op deze site staat slechts een deel van het aanbod. Vele daarvan zijn top, uitgerust met de beste units ontwikkeld door de luidspreker fabrikanten. Andere ontwerpen komen van hobbyisten, retailers, importeurs. Zo hebben fabrikanten en importeurs van Monacor, Visaton, Vifa, Seas en anderen in de jaren hele series van zelfbouw ontwerpen neergezet. Veelal worden de units van deze fabrikanten ook door bekende luidspreker merken gebruikt. Als je wat meer met zelfbouw bezig bent zal het je opvallen dat nieuwe types vaak eerst in de zelfbouwmarkt opduiken en dan later al dan niet gemodificeert in de prefab modellen gebruikt worden. Veel succesvolle design's hadden hun oorsprong in de zelfbouw.

Met ook heel eenvoudige ontwerpen zijn uitstekende luidsprekers te bouwen. Neem bijvoorbeeld de Seas Bifrost, Froy, IT-Dayton 17AL of Model 8. Qua constructie heel simpel en leveren voor een beperkt budget al een mooie muzikale weergave, volle warme sound met genoeg basweergave. Maar de een wil een stijlvol design, de ander probeert de meest realistische weergave voor zijn geld te krijgen en juist daarvoor geeft de zelfbouw markt alle mogelijke materialen en keuzes het kost je dan meer tijd ipv geld. Voor de high-end zijn zowat alle top units gewoon voor zelfbouw te krijgen. De prijzen lopen sterk uiteen en er is een groot aanbod vanuit Azië van goede kwaliteit voor een relatief lage prijs.

High-end design's zijn er ook genoeg te vinden. De design's van Eton met de ER-4 kunnen tot de top high-end gerekend worden. De Visaton Vox 253MTI, Vox 200, LoudMagnet model 9, zijn enkele designs die in de Hifi winkels vele duizend euro's kosten maar in zelfbouw vorm soms ruim onder de 1000€ gebouwd kunnen worden.

Op deze website geef ik wat basiskennis over kastconstructies filtering en units. Voor de ervaren zelfbouwer niet interessant maar voor de instapper wel.

Kastvolume met betrekking tot basweergave

Kastvolume is van groot belang voor de afstemming van de luidspreker in het basbereik. Berekenen van luidspreker kasten en filters is een hele klus tenzij je wat automatisering gebruikt. Maar wat rekenwerk daar ontkom je niet aan als je alles uit je materiaal wilt halen.
Met Thiele&Small parameters en CAD simulatie kan met wat oefening snel een goede volume gekozen worden, met een verschuifbare basreflexpoort kan de fb makkelijk optimaal afgestemd worden. CAD voorkomt voornamelijk fouten en materiaal verspilling. Leerzaam van CAD simulatie is dat de gebruiker snel inzicht en ervaring krijgt in het gedrag van luidsprekers. Het zelfde geld voor het filteren.
Voor diegene die zich rekenwerk wil besparen; zoek het op in de fabrikant gegevens, deze volumes zijn vaak nog getest ook in ontwerpen die ze gebouwd hebben.

WinISDpro

Het is tegenwoordig onnodig met formules handmatig te gaan rekenen als het om kastvolume gaat. Met WindISDpro heb je een zeer professionele CAD tool bij de hand om kastvolume te berekenen. WinISD heeft alle nodige functies om volumes voor gesloten, basreflex, gesloten bandpass en open bandpass te berekenen inclusief de opties compound en meerdere drivers. Het programma berekend nauwkeurig rendement, SPL, fase, impedantie, max-SPL, electrische fase, conus uitslag etc.
Bij dit programma moet je wel over een aantal paramaters beschikken. Mms, Cms, Qms/Rms, Re, Sd, Bl, Hc, Hg of Xmax en Pe parameters zijn nodig om met WinISDpro calculaties te maken. Eenmaal de driver parameters ingevoerd kun je een kast configuratie gaan simuleren, vergeet niet in het 'signal' tabje de ohmse waarde van je spoel mee te rekenen. Heb je geen idee wat voor spoel je gaat gebruiken is een waarde als 0,6 Ohm redelijk safe. Met het aanpassen de spoelweerstand kun je ook zien hoeveel verandering optreedt bij een basreflex systeem. Simuleer met diverse R waardes en pak een volume dat 'zeker' is, dat is meestal wat groter. Voor hogere belastbaarheid bij basreflex is de kleinere kast afstemming met al dan niet een piek een verstandige keuze, dit is pij PA bijvoorbeeld soms gewenst. Ook als je een gesloten systeem bouwt met kleinere midbass units voor PA is het interessant om een hogere Q factor te kiezen.

Thiele&Small parameters

In de jaren 60/70 hebben een reeks wetenschappers zich bezig gehouden met meten analyseren en berekenen van het gedrag van direct radiators in een behuizing. De wetenschappelijke artikelen zijn later standaard geworden in de meting en calculatie van lineaire luidspreker/behuizing combinaties. Lees hier over Thiele&Small in Wikipedia. Veel van deze elektrische en mechanische eigenschappen kunnen alleen met speciale meet apperatuur verkregen worden. Het SPL diagram zoals de fabrikant dat levert kan men met bijvoorbeeld ATB of een freeware realtime analyser meten met een calibreerde microfoon. Re kun je meten met een mulimeter. fb of fs kunnen ook met een multimeter in combinatie met een toongenerator gevonden worden. Vas en Qms zijn waarden die wat lastiger worden maar kunnen via een omweg berekend worden. Bij de door fabrikant verkregen diagrammen is het interresant hoe deze diagrammen verkregen worden. Een grote baffel met een grote gesloten volume (infinite baffel) geeft een heel ander meet resultaat. Dit is de halve bol afstraling. Dan is er de IEC baffel standaard maar bij sommige fabrikanten is het gewoon een raadsel waarop de meting is gebaseerd. Trail en error; proberen en aanpassen van filternetwerken geven uiteindelijk wel het gewenste resultaat. Normaal gesproken neemt men een groot aankoppelvolume en meet men met een gedempte infinite baffel. Dus uitkijken met de metingen rekening houden met het effect van de kast. Het ideale voor ontwerp is de units in de kast doormeten en dan met simulatoren de filters berekenen en dan weer testen, in het algemeen bepaald het gehoor het fijne van de afstemming. Maar via de laatste methoden heb je vaak een schot in de roos; je zou niet weten wat je nog moet veranderen.

Typische gegevens voor een luidspreker-systeem:

  • Dan zijn er nog andere interessante gegevens die je als eindgebruiker meestal niet weet:

    (* Er is dB/2,83V/1m opgegeven: Als de nominale weerstand van de luidspreker 8 Ohm is dan is dat het zelfde als dB/1W/1m. Bij een 4 Ohmse luidspreker geeft dit 2,83x2,83 / 4 Ohm = 2watt. Bij een 4 Ohmse luidspreker moeten we dus voor rendement meting 2V instellen. 2V=4 Ohm x 0,5A -> 1W= 2V x 0,5A. In sommige gevallen wordt een 2,83V meting gegeven bij een 4Ohms luidspreker, dat is lastig. Dan lijkt het rendement hoger, dus even opletten. Dit is bij sommige Scan-Speak Discovery units het geval, neem dan gerust het rendement van de 8 Ohmse versie over of bereken het dmv WinISD). Bij filter berekening is de dB/2,83V/1M waarde echter prima immers dat geeft wel de verhouding van SPL weer in combinatie met een 8 Ohms unit in een luidspreker design.