De gesloten kast luidspreker
Q factor bij een gesloten behuizing
De meest eenvoudig vorm van een luidspreker is de gesloten kast luidspreker. Deze eenvoudige vorm is ook een goede vorm met enkel het nadeel dat het geen extra rendement geeft in de lage frequenties, de achterwaardse afgestraalde energie wordt geabsorbeerd.
Q Factor
Qtc 0.7
Qtc 1
Qtc 0.5
Dit begrip komen we niet alleen tegen bij woofer/kast combinaties. Q factor wordt ook wel gebruikt bij passieve filter verlopen om aan te geven hoe sterk een resonerend circuit resoneert/dempt. Als we een piek krijgen boven het normale rendement van een unit of in de werking van een filter dan hebben we een kwantitatieve toename dmv resoneren dit is eigenlijk nooit goed. Over het algemeen is een lage Q-factor wenselijk.
Bij berekenen zijn er wat formules en men heeft zo wat goed klinkende afstemmingen vastgelegd. De butterworth Q-factor afstemming Qtc=0,71 is een bekende veel gebruikte voor gesloten kasten. Q factor noemt men ook wel eens de kwaliteitesfactor. In grafiek 'Q-factor' kun je het effect van verschillende Q waardes zien. Een hoge Q factor waarde geeft rendement en belastbaarheid in de lage tonen. Maar een hoge Q heeft ook een verslechterd impuls gedrag.
In de grafieken is dit de Dayton RS180-4 in een lineaire SPL afstemming als Qtc=0,71, het volume 22 liter.
Verkleint men het volume naar bijvoorbeeld 6 liter. Zal de unit een kleine peak net boven zijn resonantie frequentie vertonen en juist een kleinere slag maken in de lage tonen onder zijn resonantie frequentie.Zie Qtc 1.
Deze zelfde unit in 150 liter zal op een hogere freq. pas op rendement komen en een grotere slag voor lange golf maken; de bas klinkt droger en strakker. De diepere bassen worden wat beter waargenomen. Impuls gedrag is beter, delay minder en dus ook faseverloop minder. Dit is meetbaar zichtbaar in een flauwere ‘schouder’ in grafiek zie grafiek Qtc 0,55.
Het gesloten systeem is gebaseerd op totale absorptie van de naar achter af gestraalde geluidsenergie. De laagste noot wordt bepaald door de resonantie frequentie van het membraan in de gekozen kastvolume. Dit hangt af van een aantal parameters die de eigenschappen van het membraan beschrijven. De Qts-factor van 17 - 20 cm units voor gesloten systemen kan het best rond 0,5 - 0,8 liggen. Aan deze grafieken ziet men dat de Dayton RS180-4 het niet slecht doet in een gesloten luidspreker, de RS-180 is voor basreflex ontwikkeld en geeft in een basreflex configuratie dan ook een uitzonderlijk diepe bas, zien we zo.
De visaton WS-17E-4 en WS-17E-8 daarentegen hebben wel de parameters voor gesloten systemen, maar zijn in princiepe niet geschikt voor basreflex. De Qts waardes liggen zo hoog dat een Box-QTC van 0,7 niet meer haalbaar is een QTC van 1 of iets lager is mogelijk. Deze waarde is echter wel prima voor een gesloten systeem. De Visaton WS-17E is dan ook bij uitstek de budget speaker voor een kleine gesloten systeem van 15 tot 30 liter. De lineariteit en klank is heel goed voor de prijsklasse maar dat is niet terzake. De basweergave is beperkt tot een bepaald volume maar in de lage frequenties qua delay dan superieur aan basreflex.
De praktijk leert, liever een trage bas met delay die diep gaat dan weinig bas in de budget prijsklasse. Typisch gaat de keuze dan ook naar basreflex en deze configuratie is heden zowat de standaard.
Actieve subwoofers
Bij actieve subwoofers geldt het zelfde voor kastvolume. Maar bij actieve subwoofers kan men de bas onder de resonantiefrequentie met extra vermogen versterken. Zo kan men een heel kleine krachtige basluidspreker maken die toch de diepe bassen goed weergeeft.
De beste laagweergave geeft een grote woofer met een grote lineare uitslag op een tuning van QTC=5. Hiermee kan men basweergave realiseren met weinig delay en goed impuls gedrag.
Gesloten systemen met een QTC=5 en genoeg 'lucht volume verplaatsing' om zeer diepe bassen te produceren op redelijk hoge volumes bevinden zich in een heel andere prijsklasse. Dit soort systemen kunnen dan het beste aktief uitgevoerd worden. Dit soort systemen zijn te realiseren met luidsprekers als de Dayton RSS390HF-4 een Ø39cm woofer met een lucht volume verplaatsing van max 1161cm3. Een heel andere prijsklasse want voor het optimale resultaat, ook op hoog volume, moet je het wel met 300-500 WATT aan versterker vermogen aktief gefilterd aansturen, per kanaal. Enkele andere interessante woofers voor deze perfectie in basweergave zijn de Peerless XLS woofers, Seas L26Roy, CSS SDX met gepatenteerde XBL magneetsysteem, TangBand W8Q-1071 en vele anderen.
Een dergelijke laagweergave loopt al snel in de vele duizenden euro's aan kosten. De fabrikant CSS (Creative Sound Systems, Canada) heeft dankzij hun XBL magneet-systeem enkele sublieme woofers op de markt gebracht die relatief prijsgunstig zijn en toch een enorme Vd leveren, dit zijn dan ook de woofers voor dit soort configuraties.
De CSS SDX15" is bij mijn weten een van de meest extreme woofers op de markt, met een diameter van 39cm en een lineaire uitslag van 30mm geeft dit een maximale lucht volume verplaatsing van 2370cm3, een uitzonderlijke waarde.
Met kleine consessies voor een lineair gesloten subwoofer systeem zijn er wel enkele woofers voor een redelijk budget aan te schaffen om bijvoorbeeld met een Hypex DS1.2 te combineren tot een krachtige gesloten systeem dat redelijk diep gaat met een QTC=7 of lager. De Peerless SLS Woofers zijn een goed voorbeeld hiervan, deze units zijn ontworpen voor gesloten systemen en niet eens zo duur. De SLS-315 in een 70Liter kast met een actieve versterker zal een zeer strakke en genoeg diepe bas geven. De Hypex DS 1.2 geeft standaard een kleine basboost in de lage frequenties wat veelal bij gesloten systemen gewenst is. Met deze prijzen is een stereo set subwoofers te realiseren dat menig commerciële prefab ver achter zich laat.
Gesloten bandpass subwooofer
Dan is er nog de "gesloten bandpass" subwoofer kast ontwerp. Weer een gesloten systeem echter de bandpass configuratie gebruikt net als basreflex opgesloten lucht en een baspoort als lucht membraan. Dit is naar mijn idee een wat ondergewardeerd concept want het heeft tal van voordelen voor de passieve luidspreker constructies. Mijn LOUDMAGNET Model 9 is een gesloten 3-weg systeem met een bandpass subwoofer. Bij dit ontwerp worden je de voordelen van een gesloten bandpass meteen duidelijk, als je er naar luistert. De kosten van actieve filtering of dure spoelen vallen weg, het frequentie gedrag kan heel precies getuned worden en de bandpass is strakker en beter belastbaar dan basreflex, voornamelijk in de lage subfrequenties. De model 9 is een niet al te grote zuil luidspreker met slechts een 21cm Peerless SLS-213, maar de basweergave gaat zeer diep en is zeer krachtig en heeft geen enkel probleem met de zeer lage subfrequenties door het gesloten concept. Bij basreflex luidsprekers kunnen de subfrequenties <30Hz de conus té ver laten uitslaan waardoor de woofer beschadigd kan worden. Sommig BR-units hebben en kortsluitring zodat de uitslag van de woofer beperkt wordt, maar dat is niet bij alle units het geval. Ook wel beveiligd gaan BR-speakers heftig vervormen zodra er flink wat subfrequenties in het signaal aanwezig zijn.
Lees hier meer over bandpass.
Basreflex luidsprekers
Bij een basreflexkast wordt de lucht in de kast en pijp een extra membraan dat op lagere frequenties resoneert.
BASSREFLEX
Qtc 0.7
Qtc 1
Qtc 0.5
Basreflex
Het ideale volume voor een basreflex behuizing hangt net als bij gesloten systeem af van bepaalde parameters die de veerkracht, massa en aandrijfkracht van het membraan beschrijven. Maak voor de bouw bewust de keuze voor basreflex of gesloten systeem. Over het algemeen geld wel hoe groter de kast hoe dieper je bas kan gaan. Bij een gesloten systeem is het voorberekenen nog makkelijk en met enkele parameters kun je een kastvolume berekenen die zeker dicht in de buurt van het wenselijke is. Het is verstandig om 5-10% groter dan het berekend volume te bouwen. Het kan zijn dat je berekening er naast zit omdat de fabrikant specs afwijken. Bij het serie schakelen veranderd je Qes en fs dusdanig dat je wellicht weer liters te kort komt om een typische basreflex tuning te krijgen. Je zult zien dat je resonantie omlaag gaat door de toegevoegde weerstand van de spoel en dus moet ook je fbox lager en dus je kast groter zijn. Bij gesloten systemen is dit niet zo spannend; of dat je nu een Qtbox van 0.69 of 0.71 hebt de verschillen zijn gering. Bij basreflex kan de veranderde fs/Qes waarde net resulteren in een peak van enkele dB's.
Het volume kan met zand of pur of.. kleiner gemaakt worden indien nodig.
Ook met een wat kleiner volume dan optimaal kan vaak met de baspijp nog redelijk afgestemd worden. Bij gesloten systemen wordt het impuls gedrag beter bij vergroten zoals we zagen, de belastbaarheid minder.
De kleinere kast afstemming basreflex levert vaak wat beter impuls gedrag op dan te groot. Impulsgedrag hangt af van veel variabelen bij een basreflex maar gelukkig zijn heel veel units helemaal geoptimaliseerd voor basreflex en de fabrikanten geven werkende volumes op. Het zijn juist units ideaal voor gesloten systemen die langzaam aan zeldzaam worden. Units speciaal voor gesloten systemen: Groter, lagere fs en hogere Qts 0,5-0,6. Met units die een Qts hoger dan 0,6 hebben valt vaak geen lineaire basreflex meer te maken dit kunnen wel leuke tunings zijn voor gitaarversterkers bijv.
Basreflex poort
Van alles en nog wat heeft invloed op het gedrag van de kast in combinatie met woofer en er zijn meer variabelen bij een basreflex dan in een CAD programma wordt gebruikt, daarom is een schuifpijp ideaal. Voor elke kast en unit combinatie kan dan nog snel de beste passende poort-resonantie gekozen worden. Bij basreflex is er dus ook nog eens een groter scala aan afstemmingen mogelijk. Basreflex-poorten vind je in de luidsprekers 'Accessoires' sectie van deze site.
Meer geklets over basreflex hier.
Kast konstructie
Kastconstructie.
Hier een voorstelling hoe je de schotten zou kunnen plaatsen geschikt voor een gesloten systeem of basreflex. Voornamelijk bij een kleine basreflex moet men niet te grote schotten gebruiken tussen de poort en speaker, het kan de afstemming sterk beïnvloeden en/of geeft rendement verlies, voornamelijk bij kleine of smalle kasten.
Kast C is voor basreflex bedoeld. Kast D is voor gesloten bedoeld. Bij een gesloten systeem kun je heel ver gaan in het verstevigen van de kast en het heeft zin. Een kast dempen noemt men ook wel 'acoustisch dood' maken. Daarbij zijn er constructies als de flowresistor voor gesloten waarbij 2 compartimenten via een kleinere opening aan elkaar verbonden worden. Dit verlaagt meetbaar in de impedantie de resonantepiek en geeft een verbetering in de basweergave. Dynaudio is een fabrikant die hier veel gebruik van maakt.
Kastvolume dimensies.
Bereken dmv de formules het gewenste volume of haal het uit een tabel. Volume is Breedte x Hoogte x Diepte.
Je grootste unit bepaald 'B' de breedte en probeer een balk dimensie te krijgen voor het gewenste volume. Er is een gulden snede die sinds de Egyptenaren bekend is: De verhouding: 1 : 1,6 : 2,6. Maar er zijn natuurlijk meer verhoudingen met een goed resultaat.
Waar je op moet letten is dat B, H, D niet gelijk of elkaars product zijn. Immers de verdeling 1 : 1,5 : 3 heeft ook 3 verschillende waardes maar zijn elkaars product/deel. Een andere uit de eerste afgeleid = 1 : 1,3 : 2,3 zal het ook prima doen al liggen de paneel-resonanties watt dichter bij elkaar. Bij basreflex speakers zonder schotten moet je zeker dit soort verhouding gebruiken. Andere methode om spaanplaat of MDF acoustisch dood te maken is gewoon heel dik materiaal gebruiken of Bitumenplaten gebruiken. MDF is tot 30mm verkrijgbaar en er zijn ook hardere persingen tot 1000kg/m2 ook wel HDF (High Density Fibre board).
Materiaal.
Bij gesloten kasten streef je dus naar ‘absorptie' dus bouw je een kast dat geluid zo veel mogelijk absorbeerd. MDF van 22 mm of dikker is geen overbodige luxe bij grote kasten. Over het algemeen is een dikke kastwand zowel bij basreflex als gesloten voordelig voor de absorptie. Ook andere materialen kunnen gebruikt worden zoals multiplex, hardhout, spaanplaat, acryl, polyester, beton, graniet, marmer, trespa, corian, combinaties van deze en meer. MDF vind ik zeer geschikt materiaal voor luidspreker bouw: Goede eigenschappen, niet duur, goed verkrijgbaar, goed te bewerken en goed af te werken. Ik gebruik graag voor de sier hier en daar wat natuurhout. Belangrijk is dat de luidspreker minimaal of geen lucht lekt.
Met natuurlijke hout materialen uitkijken want het trekt krom, daarom gebruik ik het als sier.
Bij gesloten systemen gebruiken we gewoon wol en vullen de kast daar 80-100% mee. Bij gesloten kasten kan men de kast met (meer) schotten verstevigen. Schotten geven de kast een grotere stijfheid en het interne volume is niet meer rechthoekig. Met enkele schotten kun je een kast aanzienlijk verstevigen. Hier is geen berekening voor nodig al is het wel mogelijk uiteraard. In princiepe kun je zelfs paneelresonanties berekenen ook daar zijn formules voor. Maar op strategische plaatsen schotten plaatsen is meestal voldoende. Ik zet bijvoorbeeld graag tussen de tweeter en woofer zoals typisch bij een tweeweg een schot. Door de gaten in de kast die dicht op elkaar zitten, zoals typisch bij een 2-weg, is dit een zwakke plek, van hier uit heeft de energie zijn oorsprong en eenmaal in de panelen beland kan het zijn schade aanrichten aan het geluid. Daarom juist tussen de units schotten plaatsen zo pak je paneelresonantie aan bij de bron van oorsprong. Zie figuur D.
De betere matialen voor luidsprekers dan MDF: Graniet, Marmer, Zandsteen, keramiek, Du Pont Corian, Acryl. Dupont Corian verdient hier een extra vermelding; het is welliswaar zeer duur, het is in meer dan 100 kleuren te krijgen en bijzonder makkelijk te bewerken met hout bewerkings gereedschap, thermisch buigbaar en acoustisch zeer dood. Het behoef na bewerking geen afwerking meer.
Filter.
Een andere invloed op de prestaties in de bas weergave is het filter. Vaak wordt je woofer met een spoel in serie gefilterd. De spoel brengt een weerstand met zich mee. De gelijkstroom weerstand nemen we daarvoor; bijv. 0.6 Ohm. Een extra weerstand heeft ook weer effect op het resonerend circuit. De spoel zal het rendement doen afnemen en de onderste frequentie (f3) ietwat verlagen.
Beter is een lage ohmse waarde voor je spoel, er raakt dan minder vermogen verloren. Typerend van luidspreker tunen is dat er rendement aan verloren gaat. Maar versterker vermogen genoeg tegenwoordig. Niet echt een zorg. Filter componenten vind je hier hier.
Demping van gesloten behuizing.
Belangrijk zijn de juiste kast dimensies maar dan is er nog demping. Ook de obstakels in de kast, de schotten bijv. lijken de resonantie van het systeem ietwat te verlagen en demping te verbeteren. Een kast vol met wol lijkt als 20% groter te functioneren. Geluid is minder snel in wol. Voor een gesloten systeem geldt: tot Max 20% winst op je netto volume in de kast.
Dus 27 x 1,2 = 32,4 liter is 5,4 liter winst.
Dit brengt het totaal op 32,4 Liter een fractie groter.
Dit laat ons volume over voor de unit, schotten en andere
onderdelen die in de kast ondergebracht worden.
Demping van basreflex behuizing.
Bij Basreflex moet de kast nog lage frequenties doorlaten. De praktijk leert dat noppenschuim heel goed presteert als demping voor basreflexkasten. Alleen de wanden worden gedempt, de kast is verder hol.
Er wordt soms polyesterwol gebruikt of een combinatie van schuim en wol. Men stelt geregeld dat met niet teveel schotten moet plaatsen in basreflex, in mijn laatste design's heb ik echter toch heel wat schotten toegepast en kan toch weer verbetering horen in de basweergave. Ook polyesterwol uit elkaar trekken en de kast hier losjes mee vullen geeft naar mijn bevinding een betere demping men hoort gewoon de midden weergave schoner worden. Kwestie van testen gewoon de tijd nemen om je luidspreker te tunen. Voornamelijk bij basreflex merk je snel grote effecten van de demping.
Er wordt nog hard gewerkt aan de loudmagnet.com website... even geduld a.u.b.
