F.A.S.T.-Horn   


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Die Realisierung eines FAST-Projektes - von der Idee bis zum Aufbau

 

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Mit dieser Seite möchte ich Ihnen die Gelegenheit bieten gemeinsam mit mir die Realisierung eines neuen Projektes zu verfolgen. Wenn Sie bessere Einfälle zu den hier veröffentlichten Ideen haben, dürfen Sie mir gerne schreiben. Ihre konstruktiven Vorschläge werde ich an dieser Stelle aufzeigen und ggf. auch berücksichtigen.

Es wird (hoffentlich) ein FAST-Lautsprecher entstehen, der meine bisher realisierten FAST-Projekte in punkto Geschwindigkeit und Tiefbass in den Schatten stellen wird.  Als Sub sollte es unbedingt ein Horn sein !


04.04.2008

1. Die Idee

Nachdem ich bereits mehrere FAST-Projekte realisiert habe, begeisterte mich besonders der  kleine Breitbänder im geschlossenen Gehäuse. Hier spielt er nämlich auch ohne Entzerrungen fast klinisch geradlinig und impulsfest und ist nicht von langhubigen Bassbewegungen, wie z.B. in der Bassreflexbox, belastet. Gleichzeitig kann man ihn mit einer kleinen Endstufe, gelöst vom Bassgeschehen, treiben (bi-amping).

FE 126E im geschlossenen Gehäuse, 2 Liter

Das Bassfundament bestand in den älteren Projekten meist aus einer Bassreflex-Konstruktion oder einem Fronthorn in Kombination mit einem Reflexgehäuse. In Sachen Tiefbass waren diese Fundamente gut, aber konnten dem eingesetzten Breitbänder musikalisch nur schwer folgen. Außerdem besitzen die meisten, auch die hochwertigen, HiFi-Bass-Chassis nur eine Empfindlichkeit von < 90dB.

Gute Ergebnisse erzielte ich mit großen und hochwertigen Bass-Chassis im geschlossenen Gehäuse. Hier wird die Güte aber stark vom Geldbeutel bestimmt. Ein aussagekräftiger Bass im geschlossenen Gehäuse ist nach meiner Erfahrung aber erst mit einem Chassis ab einer Größe >= 10 Zoll zu erreichen.

Also musste für mein Projekt ein BL-Horn her, nur für die Bässe bis 200 Hz !

Ich taufte die Kombination "FAST-Horn".


12.04.2008

2. Die Suche nach den geeigneten Chassis

Die Suche nach den passenden Breitbänder bereitete keine Umstände. Hier entschied ich mich schnell für den bekannten und geliebten Fostex FE126E. 

Vom eigentlich geplanten 8 Zoll-Bass habe ich schnell Abstand genommen, da das Basshorn  für meine Vorstellungen zu groß würde. Es sollte aber wegen des geplanten schnellen Basses größer sein als ein 5-Zöller. Der geneigte Leser wird es merken: es sollte ein 6,5 Zoll -Chassis sein.

Nach der Durchforstung der Datenblätter verschiedener Hersteller fiel meine Wahl auf den Ciare HW 163.

klick me !

Mit seinen Traumparametern schien er wie geeignet für ein backloaded Horn mit den geplanten Ausmaßen.


16.04.2008

3. Die Simulationen

Wie schon gesagt, sollte das BL-Horn möglichst klein werden und den Bereich bis ca. 190 Hz möglichst gerade übertragen.

Der Tiefgang bis 45 Hz freute mich. Allerdings zeigte das ein Meter lange Horn mit dem HW 163 in der Simulation einen sehr horntypischen, aber unschönen Sprung bei 170 Hz von +10dB gerade im kritischen Übernahmebereich zum Breitbänder. Dieser lässt sich durch Verkürzung des Horns auf Kosten der unteren Übertragungsfrequenz verkleinern und nach oben verschieben - das war nun aber wirklich nicht mein Plan.

HW 163 im BL-Horn 1 Meter

 

HW 163 im BL-Horn 70cm

Was tun ? 

Die Lösung brachte schließlich der Einbau eines Helmholtzresonators, der die Spitze ohne Elektronik fast klinisch sauber bügeln soll.

 

HW 163 im BL-Horn mit Helmholtzresonator

HW 163 im BL-Horn mit Helmholtzresonator und TP 6 dB/Okt.

Die Angleichung der Pegel beider Chassis scheint zumindest in der Simulation beinahe unnötig. Dennoch werde ich den FE 126 E über einen Pegelsteller laufen lassen, um ihn sauber an das Basshorn anzupassen. 

Simulation  der beiden Chassis


19.04.2008

4. Der Entwurf der Box

Der geeignete Zeitpunkt hierfür ist ein Samstag Abend vor dem TV. Ich rate davon ab diese innovative Arbeit beim Hören guter Musik mit Horn - Lautsprechern zu verrichten  (das lenkt zu sehr ab) !

Die Vorgabe war das Horn, die Rückkammer, den Helmholtzresonator und die Kammer für den Breitbänder in ein möglichst kleines Gehäuse zu integrieren.

Das Ergebnis ist eine Box mit den Massen (HxBxT):

110 cm x 22cm x 30cm

............ und kleiner geht's mit den Vorgaben nun wirklich nicht.


21.04.2008

5. Beschaffung der Materials 

Benötigt für das Projekt werden: zwei Fostex FE 126 E, zwei Ciare HW 163, Terminals, zwei Spulen 3,3 mH, Kabel und Dämmmaterial.

Das Zeichnen des Plans, Zuschnitt des Holzes sollte sorgfältig geschehen um ärgerliche und teure Überraschungen auszuschließen.

Eigentlich sollte der Prototyp aus MDF entstehen, aber da mir die meisten Boxen gelungen sind, habe ich die benötigten Teile gleich aus Birkenmultiplex zusägen lassen. 


29.04.2008

6. Der Aufbau

Das Holz ist zugeschnitten. Habe mich gleich für die etwas edlere Gehäusevariante in Birkenmultiplex entschieden. Der Aufbau erweist sich als recht einfach, da keine Platten gebogen werden müssen.

Hier die ersten Bilder:

   

Der Helmholtzresonator:

   


02.05.2008

7. Fertigstellung der ersten Box

Trotz des schönen Wetters konnte ich mich nicht bremsen zumindest eine Box fertig zu stellen. Nach Einbau der Chassis, des Pegelstellers und der TP-Spule war es so weit:

       

In Ermangelung des zweiten Exemplars entschloss ich mich die Box für den ersten Höreindruck zusammen mit der "Hornfire S1" anzuschließen. Die Anpassung der beiden erfolgte über den Balanceregler des Verstärkers....................bon!  

Mehr möchte ich zum Klangbild im Moment nicht sagen, da ich sie im nächsten Schritt messen und anschließend entzerren möchte. Die zweite Box werde ich dann 1:1 mit den erkannten Fehlern im Bauplan nachbauen. Ich denke, dass eine Klangbeschreibung nur mit zwei identischen Exemplaren aussagekräftig ist.

Am Abend habe ich sie noch einmal zusammen mit der "Hornfire D1" gehört und war nach einigen CDs von der Geschwindigkeit des Basses begeistert. Dabei sind mir aber auch die ersten Unstimmigkeiten, wie eine Überschneidung des Frequenzbereiches zwischen Bass und Breitbänder und eine Überbetonung der Mitten des FE 126E, aufgefallen. Hier zeigt sich die altbekannte Diskrepanz zwischen Theorie und Praxis. Die Messung wird weitere Erkenntnisse bringen !


05.05.2008

8. Die Messungen

Die Messungen führte ich manuell mit einem geeichten Messmikrofon für das Basshorn und den Breitbänder getrennt durch. Dabei stellte sich heraus, was ich beim ersten Hören bereits vermutete:

- eine starke Überschneidung beider Chassis im Frequenzbereich zwischen 200-800Hz.

- ein starker Abfall ab 15000 Hz beim Breitbänder

- eine zu starke Bedämpfung des Hornhalses

FE 126 E ohne Entzerrung im geschlossenen Gehäuse

HW 163 im BL-Horn, TP mit 3,3mH


9. Die Entzerrung

Sorge bereitet mir der frühe Abfall bei 60 Hz !

Durch Vorschalten eines Widerstandes von 3,3 Ohm und eines Kondensators von 400myF parallel zum HW163 (12dB/Oktave) wurde seine obere Grenzfrequenz auf 200Hz begrenzt.

HW 163 im BL-Horn, TP 12dB/Oct. (simuliert)

Die Entzerrung des FE126E im geschlossenen Gehäuse stellte kein Problem dar: Hier schaltete ich das Notchfilter, bestehend aus C=1,5 myF und R=5,6 Ohm, in Reihe zum FE126 E.

Nun werde ich die beschrieben Bauelemente zur Entzerrung einbauen und erneut messen. Die Messungen werde ich im nächsten Schritt erneut abbilden.

05.05.2008 (am Abend)

Die Teile zur Entzerrung sind eingebaut. Habe den ganzen Tag gehört und immer wieder Elemente der Entzerrung verändert und mich für's erste nur auf meine Ohren verlassen.

Aus dem Widerstand des Notchfilters wurden 3,9 Ohm, der Parallelkondensator zum HW 163 erwies sich als viel zu groß und wurde auf 100myF verkleinert. Der 3,3 Ohm-Vorwiderstand wurde gegen einen  1,2 Ohm getauscht. 

Die Rückkammer habe ich stärker gestopft.

Die nächste Messung wird zeigen, ob meine Ohren recht hatten.

So viel sei verraten: der Bass ist dank des antriebsstarken Chassis klar und schnell...............aber noch nicht tief genug.


06.05.2008

10. Die Messung der kompletten Box

... war zuerst einmal endtäuschend, da noch eine Überhöhung der Amplituden im Übernahmebereich zwischen Bass und Breitbänder zu erkennen war. Also musste der Breitbänder über einen Hochpass mit 6dB/Oct. getrennt werden. Der FE 126E klang etwas zu spitz, und ich ersetzte im Sperrkreis den Widerstand mit 3,9 Ohm und den Kondensator mit 1myF. 

Hier die komplette Weiche, die noch "frei" verdrahtet ist:

Eine endgültige Messung, wandnahe Aufstellung, brachte ein recht gutes Ergebnis. Die Messung habe ich nicht mit 1 Watt bei einem Meter Abstand durchgeführt, damit möglichst wenige Raumresonanzen die Messung verfärben:

Die im Frequenzbereich zwischen Bass und Breitbänder noch unterschiedlichen Pegel lassen sich über den Pegelsteller ausgleichen.

Zu erkennen ist eine leichte Überhöhung des unteren Bassbereiches, immer noch ein Einbruch bei  60 Hz und das für einen Breitbänder typische Überschwingen im oberen Frequenzband. Der Übernahmebereich ist nun sauber. 

Jedenfalls werde ich das Horn zuerst einmal mit guter Musik auf mich wirken lassen und in aller Ruhe das zweite Exemplar dazu bauen. Eine endgültige Klangbeschreibung erfolgt danach. 


08.05.2008

11. Erneutes Testhören mit unterschiedlicher Musik

Habe gestern den ganzen Abend Musik, von Pop bis Klassik, mit dem FAST-Horn und der Hornfire "D1"gehört. Alles schien perfekt, bei Klassik agierte der Bass klar und sanft. Nach einigen Folk- und Jazzstücken hörte ich ein Nachschwingen des HW163 und mir wurde bewusst, dass ein großer Kondensator zur Spule des Chassis ein Parallel-Schwingkreis ist. Ein 100myF-Kondensator hat einfach einen großen Energiespeicher und das Chassis "klebt" nicht mehr so straff am Signal. Das könnte auch den Einbruch bei 60 Hz erklären.

Die Lösung brachte ein mit dem Parallelkondensator in Reihe geschalteter Widerstand von 27 Ohm. Außerdem entfernte ich den 1,2 Ohm - Reihenwiderstand. Das Nachschwingen war verschwunden und der Bass fest und klar !

Die Simulation zeigte einen leichten Amplitudenanstieg des Basses bis zur Filtereckfrequenz:

Hier die wahrscheinlich letzte und endgültige Weichenschaltung:

Eine endgültige Messung folgt !


15.05.2008

12. Endgültige Messung

 Die "endgültige" Messung erfolgte. Sie zeigte aber wieder eine Erhöhung der Amplitude im Übernahmebereich. Außerdem war ich immer noch nicht zufrieden mit einem Nachschwingen des HW 163 bei ca. 70 Hz. Das erklärte auch den Einbruch bei 65 Hz im Frequenzgang der zuletzt gezeigten Messung.

Impedanzüberhöhung bei 60 Hz

Es zeigt sich, dass die tiefe, bei FAST-Systemen notwendige Trennung der Chassis mit den dadurch erforderlich großen Bauelementen einige Probleme aufwirft. 

Also: der 100 myFarad-Kondensator parallel zum Bass musste raus! Ersetzt habe ich ihn durch einen 6,8 Ohm-Widerstand, der kein energiespeicherndes Element ist (die rote Linien zeigen den neuen Verlauf in der Simulation).

Den leicht überbetonten Mittenbereich des FE 126 E habe ich ebenfalls noch geändert. so dass die Amplitude über den gesamten Übertragungsbereich leicht ansteigt. Die Impedanz der Box "rutschte" auf  4 Ohm.

 

Die anschließende Messung brachte ein sehr zufriedenstellendes Ergebnis: 

Der Einbruch bei 60Hz war verschwunden. Das Überschwingen bei 700 und 9000 Hz führe ich auf Raumresonanzen zurück.

Frequenzgang: 56 - 20000 Hz

Hier das neue Weichenschaltbild:

 

An der Füllung der Rückkammer wollte ich nichts mehr verändern. Ich "versiegelte" die Box mit zwei Zierringen:

Ein erneutes Hören mit Musik verschiedenster Art konnte nur von meinen Kindern beendet werden !!

Der Versuch einer Klangbeschreibung folgt nach Fertigstellung der zweiten Box.

 

26.06.2008

Zwischenzeitlich ist das zweite Exemplar hergestellt. Ein kurzes Probehören nach der Fertigstellung ließ mich den Stress der letzten Wochen vergessen............ !

  

16.07.2008

Der Versuch einer Klangbeschreibung

"Naja - was soll ich sagen....", so oder ähnlich beginnen fast alle Klangbeschreibungen neuer Lautsprecher und komischerweise fallen sie dann trotz aller Kritik positiv aus. Ist die Box kein Fertigprodukt aus der Industrie, werden dann noch Tipps und Vorschläge für Verbesserungen mitgeliefert.

Natürlich weiß ich um die Schwierigkeit den Klang eines Lautsprechers objektiv zu beurteilen, kommen doch zu der subjektiven Wahrnehmung des Hörers noch die stark verfärbenden Eigenschaften des Raumes, die Güte der Übertragungskette  und nicht zuletzt noch der Aufstellungsort zur Beurteilung des Klangbildes erschwerend hinzu. Eine wesentliche Rolle bei der Beurteilung spielt natürlich auch die Stimmung des Testers, der wiederum die Musik nach seiner Stimmung auswählt.

Eine noch andere Beobachtung bei mir ist die, dass ich im Vorfeld schon die Musik auswähle, von der ich glaube, dass sie für mein neues Werk geschaffen ist. Meist ist es eine gut produzierte CD, wie z.B. die Aufnahmen von Stockfisch-Records, und hier ertappe ich mich selbst oft, dass ich den musikalischen Inhalt in den Hintergrund stelle.  

Dennoch werde ich versuchen eine objektive Klangbeschreibung abzuliefern: 

auf der Suche nach dem optimalen Aufstellungsort verschob ich die Hörner kontinuierlich von der Wand weg. Es zeigte sich, dass sie sich recht unkritisch verhalten. Das volle "Musikprogramm" erhielten sie in einem Abstand von ca. 50 cm zur Wand. Meine Sitzposition betrug etwa vier Meter zur den Boxen und bildete das bekannte Abhördreieck.

Ich begann mit Stücken von Sara K. (Stockfisch-Records). Die Stimme der Sängerin rückte näher zu mir, eine Bühne mit einer gewaltigen Räumlichkeit und Dynamik baute sich auf. Ich schloss die Augen:  die Bühne kam näher und plötzlich war ich mitten im "Konzertsaal". (Hier zeigt sich wirklich der Unterschied eines Breitbänders zum Mehrwege-Prinzip). Als Sara K. die Seiten ihrer offen gestimmten Gitarre anschlug, kam der Bass in einer Präzision und Tiefe, dass ich glaubte die E-Saite berühre gleich die Decke ihrer Gitarre.

Bei der Trompete des Trompeters Till Brönner überzeugte mich die Darstellung des Klangbildes voll: klare Mitten und feinzeichnende Höhen stellten für den Breitbänder kein Problem dar. Die auf der CD eingesetzten Bassinstrumente schluckte der Ciare unangestrengt mit Freude.

Als (hier beschriebenes) Letztes ließ ich noch die flinken Finger des Gitarristen Nils Lofgren durch die Membranen der Chassis laufen. Jeder einzelne Anschlag einer Saite - egal wie schnell gespielt- war klar und hoch aufgelöst zu vernehmen und auch der Bass konnte seinen Anschlägen folgen. 

Zum Schluss möchte ich noch bemerken, dass der Ciare in einem recht kurzen Horn und einer recht großen Rückkammer nicht ganz die Geschwindigkeit eines kleineren Chassis in einem optimierten BL-Horn ausreichender Länge und Mundöffnung besitzt. Er ist dafür aber etwas gefälliger und steigt tiefer in den Keller ................

An dieser Stelle möchte ich mein Eigenlob abbrechen und Sie einladen mich eines Besseren zu belehren.


13.02.2009

Nun ist einige Zeit vergangen und das FAST-Horn wurde von vielen gehört. Viele lobten gerade das sehr gute Impulsverhalten des Breitbänders im geschlossenen Gehäuse und bis auf ein paar kräftigere Höhen, realisiert durch  hinzufügen eines zweiten Sperrkreises, blieb das Konzept unverändert.

Aber der Bass wurde noch als zu schlapp, zu weich und auch als nicht tief genug empfunden. Also baute ich den HW 163 aus und verkleinerte die Rückkammer durch starkes Stopfen. An der Stellung des Pegelsteller (der Pegel des FE 126E musste vergrößert werden) erkannte ich sofort, dass das Horn jetzt kräftiger geladen wurde. Die Kraft des HW 163 ist ausreichend groß genug dafür. Der Bass wurde dadurch nicht tiefer, aber ich wollte mich damit zufrieden geben................

...............Der Gedanke, dass vielleicht doch noch ein tieferer Bass heraus zu kitzeln wäre, ließ mich nicht los und somit entsorgte ich das komplette "Innenleben" des FAST-Horn. Der Neuaufbau mit einer kleineren Rückkammer und einem auf 1,30m verlängerten Horn erinnerten mich an die Arbeit eines Chirurgen ohne Operationsroboter, da alle Bretter von unten und durch die Lautsprecheröffnungen eingeführt und verleimt werden mussten. Das habe ich leider nicht mit Bildern dokumentiert.

Die "Operation" hat sich gelohnt. Nun kommt der Bass fest, kräftig, tief und niemals dröhnend. Selbst eine wandnahe Aufstellung lässt den HW 163 kalt. Der FE 126 E lässt sich schön an den durch den HW 163 produzierten Grundtonbereich anpassen. Das ist bei einem FAST-Prinzip als  wirklich gut zu erachten.

Eine erneute Klangbeschreibung erspare ich mir. Hier ist die bereits vorhandene mit "größerem Tiefgang" und "präziseren Höhen" zu ergänzen.


Nachtrag:

Leider wird der Ciare HW 163 nicht mehr hergestellt. Deshalb habe ich mich für den PHL B17 1220 entschieden, der dem HW 163 in nichts nachsteht und für dieses Horn wie geschaffen zu sein scheint.

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