Exponentialhorn E600/28 L190 mit Visaton B100 Breitbandlautsprecher
Hier berichte ich über die Entwicklung eines kleinen, aber feinen Hornlautsprechers mit einem high-end Breitbandlautsprecher aus dem Hause Visaton. Angespornt von der erfolgreichen Umsetzung meines letzten Exponentialhorns "Pluvia 11" wollte ich nun ein deutlich kleineres Horn bauen, mit Fokus auf größtmögliche Musikalität, wohnraumtauglicher Größe und attraktiver Oberfläche (Naturholz-Parkett).
Aus meinen bisherigen Erfahrungen mit Backloaded Exponentialhörnern sollte der neue Treiber einen deutlichen Pegelanstieg im Hochtonbereich aufweisen. Das Gehäuse habe ich als Standlautsprecher mit Horn-Abstrahlung nach unten und so materialeffizient wie möglich konzipiert. Wegen der ausgeprägten Richtcharakteristik von Breitbändern ist die Schallwand mit 1:10 leicht geneigt , damit sowohl in der Sitzposition (H 110 cm), als auch in stehender Position noch ein guter Höreindruck gegeben ist. Um erforderlichenfalls eine Feinjustage der Schallachse bzw. Neigung der Schallwand zu ermöglichen, steht das Gehäuse auf 4 massiven Holzfüßen. Ähnlich wie bei der Pluvia 11 habe ich auch hier oberhalb der Druckkammer ein Eingriffsloch zur Aufnahme der Polklemmen und erforderlichenfalls auch der Frequenzweiche vorgesehen.
Die Gehäuse sind in massiver Sandwich-Bauweise aus 12 mm MDF-Platten und 12 mm Eichen-Parkettdielen gefertigt. Die miteinander verklebten Plattenwerkstoffe weisen eine Gesamtstärke von 24 mm auf. Dadurch wird eine hohe innere Dämpfung erzielt, was unerwünschte Schwingungen der Gehäusewandung auf ein Minimum reduziert. Die Druckkammer hinter dem Treiber ist als dreieckiges Prisma ausgebildet, um stehende Wellen und ungünstige Reflexionen weitgehend zu unterbinden. Der Schallkanal ist am Anfang (12g) und in der Mitte (30g) leicht mit Sonofil-Polyesterwatte bedämpft, ebenso die Druckkammer (7g). Im Bereich des Hornmundes ist eine kleine Absorberkammer installiert, die den Frequenzbereich um 235 Hz zusätzlich harmonisiert. Die äußeren Abmessungen betragen H/B/T = 110/25/34 cm, die Oberseite der Gehäuse ist quadratisch 25x25 cm. Jedes der beiden Gehäuse steht auf 4 lasierten Hartholzfüssen. Das Gewicht eines Lautsprechers beträgt 25 kg!
Als Treiber wurde der hochgelobte Breitbandlautsprecher B100 von Visaton mit 12 cm Korbdurchmesser gewählt. Visaton ist ein renommiertes deutsches Unternehmen das seit Jahrzehnten hochwertige Lautsprechersysteme aller Art entwickelt und produziert. Der B100 weist allseits gute Kritiken auf und wurde schon vielfach in unterschiedlichsten Konzepten erfolgreich eingesetzt. Er gilt allgemein als sehr musikalisch und weist im wichtigen Mittenbereich äußerst niedere Verzerrungen auf. Der Frequenzverlauf steigt zum Hochtonbereich bis 20 kHz stetig an und und fällt unterhalb von 150-200 Hz deutlich ab. Damit ist der B100 trotz der relativ kleinen Membranfläche Sd von 54 cm² für den Einsatz in einem Horngehäuse sehr gut geeignet. Die maximal zulässige Membranauslenkung beträgt +/- 7 mm und kann damit im Horn eine eindrucksvolle Wiedergabe tiefer Frequenzen abliefern. Die Nennleistung beträgt 30 W, die Musikleistung 60 W. Visaton gibt den mittleren Schalldruckpegel mit 88 dB (1W/1m) an; durch das Exponentialgehäuse kann der mittlere Pegel auf etwa 91 dB (2,83V/1m) gesteigert werden!
Zwei im Fachmagazin Klang+Ton vorgestellte Lautsprecher-Entwicklungen mit dem B100 erregten mein Interesse und haben meine Ansicht bestätigt, diesen Lautsprecher in einem Horn verbauen zu wollen. Sowohl der Hornreflex-Lautsprecher CT315, als auch der Hornlautsprecher CT305 (Backloaded Horn mit „hyperbolischem Hornverlauf und einer Lauflänge von knapp 2m“) werden in der Zeitschrift überschwänglich gelobt. Eine Plausibilitätsprüfung meinerseits hat ergeben, dass der Hornverlauf des CT305 eher exponentiell als hyperbolisch und nur 1,65 m lang ist. Die Hornmund-Fläche beträgt beim CT315 230 cm² und beim CT305 512 cm². Bei beiden Projekten wird der B100 in Sachen Klirr und Verfärbung als sehr gut beschrieben, der Fokus liegt auf Gesangsstimmen und Naturinstrumenten und „... die räumliche Ortung ist eine absolute Macht und in Sachen Hochton macht dem B100 keiner etwas vor“. Soweit die Einschätzung von Klang+Ton.
Selbstverständlich wären für mein Projekt auch andere Breitbandlautsprecher von anderen Herstellern in Frage gekommen. Eine kritische Gegenüberstellung von 10 vergleichbaren Treibern hat gezeigt, dass für mein Vorhaben nur der B100 von Visaton oder der Tangband W4-655F (alternativ W4-657D oder W4-1320SIF) in Frage kommen. Ich habe mich für den B100 entschieden, da er ein ausgewiesener Breitbänder mit ausgeprägtem Hochtonanstieg ist und in vielen Berichten hoch gelobt wird (obwohl er eine relativ hohe elektr. Güte Qes und ein EBP < 150 aufweist). Da sich die genannten Treiber in ihren Abmessungen sehr wenig voneinander unterscheiden, könnten sie bei Interesse mit geringen Adaptionen im Roh-Gehäuse eingebaut und getestet werden, was ich allerding nicht gemacht habe.
Erste Skizzen und Konzepte mit exponentiellen, hyperbolischen und kombinierten Hornverläufen haben gezeigt, daß sich der Hornkanal am besten in klassischer exponentieller Form in das Gehäuse integrieren läßt. Um den Wirkungsgrad der kleinen Membranfläche zu optimieren, wurde konsequenterweise das Verhältnis AH/Sd = 50% angestrebt. Die Mundfläche AM meiner Konstruktion habe ich mit 600 cm² festgelegt, die Hornkanallänge wurde mit 1,90 m gewählt. Die Hauptdaten des Treibers und der Hornkonstruktion können der nachstehenden Tabelle entnommen werden.
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Treiber Visaton B100
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Horn E600/28 L190
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SPL
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88 dB/W(1m)
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H/B/T
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110/25/35 cm
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Fs
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75 Hz
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AM
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600 cm²
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Sd
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54,1 cm²
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AH
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28 cm²
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Qes
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0,54
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AM/AH
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21,4
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Qms
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10,3
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AH/Sd
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0,52
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Qts
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0,52
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ε
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1,61
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EBP
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139
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L
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1,90 m
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Wie erwähnt, habe ich für den Aufbau des Rohgehäuses 12 mm MDF verwendet. Bei dieser Materialstärke können noch einigermaßen gut 6 mm Holzdübel eingesetzt werden, auch gelingt damit ein insgesamt stabilerer Aufbau als bei Verwendung von 10 mm MDF. Ich bin der Ansicht, dass 12 mm die untere Grenze für einen praktikablen Gehäusebau darstellt (MDF neigt zu Spaltbildung bei Querzug-Beanspruchung: Achtung beim Einschlagen von Dübeln und bei Verschraubungen!).
Gehäuseaufbau noch ohne Eckaussteifungen, Absorber-Rohr, Dämmwatte, etc
Gehäusebau
Ursprünglich wollte ich die Polklemmen im oberen Deckel der Druckkammer und außerhalb des Schallkanals installieren. Bei den beengten Verhältnissen konnten jedoch die Bananenstecker der Lautsprecherzuleitung nicht mehr in die Buchsen der Polklemmen eingesteckt werden, auch keine speziellen Winkelstecker. Deshalb wurde im oberen Zwickel ein kurzes vertikales Brettchen eingeleimt, in dem die Polklemmen horizontal montiert wurden. Die Polklemmen liegen relativ weit auseinander, weil ich ein Hineinragen in den engen (28 cm²) Schallkanal vermeiden wollte. Diese Disposition hat sich jedoch in der Handhabung als unpraktisch erwiesen, weil das Ein- und Ausstecken von Bananensteckern mit großen Händen umständlich ist.....
Grundsätzlicher Hornverlauf mit lose aufgelegten MDF Platten (Polklemmen sind hier noch im oberen Deckel der Druckkammer montiert)
Druckkammer und seitliche Begrenzungswände des 35 mm tiefen Schallkanals (Polklemmen sind hier schon in einem vertikalen Brettchen eingebaut)
Rohgehäuse mit seitlichen Dichtungsstreifen
Der 35 mm tiefe Schallkanal wurde mit zwei seitlichen Begrenzungswänden ausgeführt, deren lichte Breite sich vom Hornhals bis zur ersten 180° Umlenkung von 8 auf 20 cm erweitert. Unmittelbar nach der zweiten 180° Umlenkung wurde der obere Teil der zweiten Kanaltrennwand auf 30 cm Länge mit 4 mm Pappelsperrholz aufgedoppelt, um den Querschnittsverlauf hier zu optimieren, bzw. dem exponentiellen Verlauf planmäßigen anzugleichen. Durch die Sandwich-Bauweise der Außenwände (12 mm MDF mit 12 mm Eichenparkett verklebt), die geringe Gehäusebreite (innen 20 cm), der Aufdoppelung mit Pappelsperrholz, polygonale Eckausrundungen und die seitliche Begrenzung des 35 mm Schallkanals konnte eine sehr schwingungsarme Konstruktion erzielt werden. Deshalb wurde auf interne Steifen/Streben verzichtet.
Varianten und akustische Messungen
Um die Auswirkung verschiedener Einbauten und Modifikationen beurteilen zu können und um den endgültigen Frequenzverlauf zu optimieren, wurden im Rohgehäuse ca. 20 verschiedene Varianten (Var. A - R) meßtechnisch untersucht. Dazu wurde die demontierbare Seitenwand mit Schraubzwingen und Dichtband (Vorlegeband) dicht am Rohgehäuse befestigt. Die entsprechenden Messungen wurden jeweils als Nahfeldmessungen am Chassis und am Hornmund durchgeführt und phasenrichtig miteinander verrechnet. Die Varianten unterschieden sich im Wesentlichen in Position und Menge des eingebrachten Dämpfungsmaerials sowie den Ausrundungen der Hornkehlen im Hornverlauf. Eine detaillierte Beschreibung aller untersuchter Varianten würde hier jedoch zu weit führen. Als Besonderheit möchte ich noch erwähnen, dass ich in geeigneten Abschnitten auch mit verschieden großen Absorberkammern gearbeitet habe (Helmholtz-Resonator). Die Idee dahinter war es, den für Hornlautsprecher typischen welligen Frequenzverlauf punktuell zu glätten bzw. Pegelüberhöhungen gezielt abzuschwächen.
Seitenwand mit Schraubzwingen befestigt; Nahfeldmessung mit Meßmikrofon
Die Variantenuntersuchungen haben gezeigt, dass folgende Grunddisposition als Optimum anzusehen ist: Polygonale Ausrundung des Hornverlaufs wie im Bauplan dargestellt. Einbau von 30 g Dämmung in der zweiten 180° Umlenkung und 12 g in der ersten Hälfte des 35 mm Schallkanals. Zur Bedämpfung einer stehenden Welle bei 1,73 kHz wurden 7 g Dämmwolle in die Druckkammer eingebaut. Absorberkammer mit 0,75 l Gesamtvolumen und einem 5 cm langen Rohr Di 33 mm. Diese Maßnahmen bewirken eine Vergleichmäßigung und Dämpfung des Frequenzverlaufs im Bass- und Tiefmitteltonbereich. Die Absorberkammer kann eine Pegelüberhöhung bei 220 Hz wirkungsvoll dämpfen und den Pegelverlauf zwischen 135 und 300 Hz schön harmonisieren.
Bestvariante Q mit Absorberkammer
Höreindruck und akustische Abstimmung
Überraschenderweise weisen die Lautsprecher beim Hören keine ausgeprägte Schallbündelung auf! Besonders im Vergleich zu den Pluvia 11 sind die B100 hier relativ unempfindlich. Insgesamt spielen die B100 wie erwartet (sehr) frisch, lebendig und direkt, immer mit ausreichend Bass. Im direkten Vergleich mit den Pluvia erscheint das Bassfundament jedoch etwas schmäler, was darauf zurückzuführen ist, dass die Mundöffnung der Pluvia um 40% größer und die effektive Membranfläche doppelt so groß ist. Bei genauem Hinhören spielen die B100 jedoch detailreicher als die Pluvia (Pluvia fällt im wichtigen Mittenbereich ab). Insbesondere der Höhenbereich ist noch zu dominant, jedoch kristallklar und je nach Spielart fein bis scharf gezeichnet. Der mittlere Schalldruck liegt ohne Frequenzweiche bei ca. 92 dB 1W (2,83V)/1m. Erwartungsgemäß fällt der Pegel unterhalb von 60 Hz stark ab; trotzdem liefern die Lautsprecher eine ausreichende und saubere Bass-Performance. Im Hochton ist bei 6,7 kHz eine ausgeprägte Überhöhung zu verzeichnen, welche charakteristischerweise auch im Datenblatt des B100 zu finden ist.
Die ausgeprägte Hochtonbetonung wurde vorerst mit verschiedenen Serieninduktivitäten gedämpft; das geeignete Maß der Induktivität wurde empirisch ermittelt. Die Pegelabsenkung bei 6,7 kHz für Induktivitäten von 0,05/0,10/0,20 mH betrug 0,7/1,9/4,3 dB. Als am besten geeignet hat sich ein Wert von 0,10 mH (-1,9 dB) herausgestellt. Für den Hörtest wurde den Treibern je eine Mundorf-Luftspule Typ BL 100 / 0,10 mH / 0,14 Ω (Drahtdurchmesser 1,0 mm) vorgeschaltet; die Spule habe ich in der Druckkammer untergebracht. Zugunsten einer guten Ortbarkeit wurde vorerst auf einen Sperrkreis bei 6-7 kHz verzichtet; die Serieninduktivität bedämpft diesen Bereich sowieso.
Beim kritischen Hören hat sich bald herausgestellt, daß eine alleinige Serieninduktivität von 0,10 mH den ausgeprägten Peak bei 6,7 kHz nicht zufriedenstellend dämpfen kann. In mehreren meßtechnischen Versuchsreihen hat sich ein Sperrkreis mit 0,27 mH / 1,5 μF / 4R7 als am besten geeignet herausgestellt. Die rechnereische Resonazufrequenz des Sperrkreises liegt mit 7,9 kHz zwar über dem Peak von 6,7 kHz, dämpft jedoch gleichzeitig den typischen Hochtonanstieg auf ein verträgliches Maß und nimmt nicht zu viel Pegel im Tief-Mitteltonbereich weg. Leider dämpft der Sperrkreis aber auch den wichtigen Frequenzbereich zwischen 2 und 5 kHz!
Die erneute Verwendung einer einzigen Serieninduktivität von 0,158 mH (Spule wurde mit 0,9 mm Kupferlackdraht und mit einem DC-Widerstand von 0,14 Ω selbst gewickelt) zeigt nun eine deutliche Vergleichmäßigung im Hochtonbereich, viel besser als der zuvor installierte Sperrkreis 0,27mH/1,5μF/4R7. Damit wird der mittlere Frequenzbereich zwischen 1 und 5 kHz weniger stark gedämpft als wie beim Sperrkreis, der Hochtonanstieg ab 10 kHz jedoch wirkungsvoll unterbunden.
Aufgrund dieser Erkenntnisse und der einfachen Weichenschaltung (nur eine Spule) wurden beide Lautsprecher mit jeweils einer Serieninduktivität (Box A: 0,158 mH und Box B: 0,104 mH) ausgestattet und gemessen.
Pegel- und Impedanzverlauf beider Lautsprecher mit jeweils einer einzigen Serieninduktivität
Klangbeschreibung und Höreindruck
Da Klangbeschreibungen immer subjektiv und schwierig sind, versuche ich hier im Wesentlichen Klangunterschiede zu meinem Exponentialhorn E840/140 L280 bestückt mit Fostex FE168ES in herauszuarbeiten.
Die Visaton B100 klingt insgesamt sehr transparent und betont tendenziell den Mittel-Hochtontonbereich. Die Lautsprecher erzeugen ein präzises und klar umrissenes Klangbild, einzelne Instrumente werden scharf und klar herausgeschält. Die Wiedergabe des Hochtonbereichs kann am besten mit „kristallklar“ beschrieben werden. Bei manchen Einspielungen werden die Becken fantastisch transparent und brillant wiedergegeben. Der Bass ist schlank aber stets präsent, klar konturiert, sehr trocken und rel. tiefreichend. Für ein 10 cm Chassis ist die Bass-Performance überraschend wuchtig und unglaublich präzise! Das Klangbild kann insgesamt als analytisch, sehr natürlich, sauber und klar differenziert beschrieben werden. Trotz der kleinen Membranfläche werden Bässe trocken, sauber und immer mit ausreichenden Schalldruck wiedergegeben. Die Richtwirkung ist weniger stark ausgeprägt wie erwartet, sodaß die Wahl der Hörposition nicht ganz so kritisch ist wie bei anderen (größeren) Breitbändern. Sowohl im Stehen, als auch im Sitzen kann immer eine gute Hörposition eingenommen werden. Auch bei längerem Hören entstehen kein unangenehmer Eindruck und keine lästige Betonung bestimmter Tonlagen. Obwohl die akustischen Messungen einen Peak bei etwa 7 kHz ausweisen, fällt dies nicht negativ auf. Im Gegenteil, diese leichte Überhöhung sorgt für Frische und gute Ortbarkeit im Musikgeschehen! Die Sandwichbauweise dämpft und reduziert unerwünschte Gehäuseschwingung sehr effizient - die Boxen stehen wie ein Fels in der Brandung ohne wahrnehmbare Schwingungen der Außenwände!
Im Vergleich zur Fostex klingen die B100 im Tieftonbereich etwa schlanker und bemühter, in den wichtigen Tonlagen jedoch präziser und klarer! Die Fostex dagegen spielt stets locker-lässig und unangestrengt. Der Grund-Ton ist wärmer und voluminöser, die Gesamtwiedergabe erfolgt insgesamt dynamischer als die kleinere B100. Der Bass ist bei der Fostex tiefreichender, jedoch nicht immer so konturiert, detailliert und knackig wie bei der B100. Im Vergleich zur Fostex klingt die B100 immer klarer und analytischer, jedoch weniger dynamisch.
Im Vergleich zur Pluvia 11 werden Sprechstimmen bei der B100 mit großer Transparenz wiedergegeben und klingen deutlich natürlicher und klarer (auch im Vergleich zur Fostex). Auch ist die Richtwirkung bei der Pluvia 11 und der Fostex stärker ausgeprägt als bei der B100.
