Luidspreker behuizingen voor elektro dynamische luidsprekers <laatst bijgewerkt: 2014-12-15>
In het kort:
Een elektrodynamische luidspreker (chassis) moet bijna altijd in 1 of andere behuizing geplaatst worden omdat 'ie anders niet goed werkt.
Er bestaat een veelheid aan luidsprekerbehuizingen, ieder met eigen voor- en nadelen of andere eigenaardigheden.
Verwante onderwerpen:
Luidspreker Principes, Luidspreker Wisselfilters, Luidspreker Demping, Luidspreker Kabels.
De gesloten kast of akoestische box
Bij
de kale luidspreker zal, als de conus naar voren beweegt de hogere
luchtdruk daar
snel naar de achterkant vloeien, waar een lagere luchtdruk ontstaat.
Het gevolg
is dat er op enige afstand vrijwel geen geluid waargenomen wordt. Hoe
lager de
frequentie hoe ernstiger dit effect is. We noemen dit het
kortsluit effect.
De kale luidspreker is bijna
altijd onbruikbaar.
Iedere kale
luidspreker heeft een bepaalde massa (gewicht van de conus) en een
veerkracht
die door de ophanging van de conus bepaald wordt. Samen vormen deze een
systeem
dat een sterke voorkeur heeft voor 1 bepaalde frequentie. Beneden die
resonantie
frequentie geeft een luidspreker hoegenaamd geen geluid af, en bas-
tonen bij de
resonantie frequentie kunnen erg overheersend zijn.
Bas luidsprekers hebben een eigenresonantie ergens tussen 20 en zo'n 60 Hz. Voor middentoners ligt dat bij 100 of 200 Hz of zo, en (dome) tweeters resoneren op 1 of 2 kHz .
Probeer een luidspreker altijd te gebruiken boven de eigenresonantie frequentie, want daar onder komt er niets van terecht.
Als
een elektrodynamische luidspreker elektrisch
kortgesloten is zal z'n resonantie veel minder geprononceerd zijn.
Immers, als de
conus beweegt wordt er een elektrische spanning opgewekt in de
spreekspoel. De
korsluiting dempt deze eigen resonantie, maar niet volledig.
Een goede versterker
heeft een zeer lage uitgangs impedantie en vormt -vanuit de luidspreker
gezien-
zo goed als een kortsluiting.
De mate waarin dat het geval is wordt de "Dempingsfactor" genoemd, een
eigenschap van een versterker / luidsprekercombinatie. De manier waarop
dit begrip gedefinieerd is is
echter zo dat er gemakkelijk een groot, maar niets zeggend getal
ontstaat. Een
dempingsfactor van 10 is prima, en alles wat het meer is maakt het
nauwelijks
beter.
Hier is de
luidspreker ongeveer in het midden van een vlakke plaat van stijf
materiaal
geplaatst.
Dit is de eenvoudigste manier om het kortsluit effect van de kale
luidspreker naar lagere frequenties te brengen. De weglengte van voor
naar
achter is nu een stuk groter geworden
Het probleem met de vlakke
baffle is dat 'ie nogal groot wordt als 'ie het bij echt lage
frequenties goed
moet doen. Bovendien is het moeilijk om zo'n grote plaat voldoende
stijf te
houden. Er zijn wel construkties gemaakt met dubbel hout en zandvulling
daartussen, en ook wat verstevigingsribben, maar die zijn nogal
onhandelbaar.
Bij de vlakke baffle is er ook
geen mechanisme om het boem-bas effect van de eigenresonantie van de
luidspreker
te onderdrukken.
De
vlakke baffle wordt voor de laag weergave weinig gebruikt,
alhoewel er
enkele goed klinkende systemen met een zelfs erg kleine baffle op de
markt zijn.
Ik ben nog niet in de gelegenheid geweest zulke systemen groed aan de
tand te
voelen. De fysica zegt me dat zulke constructies moeite moeten hebben
met zeer
lage frequenties (orgel, grote trom)
Bij een goede
constructie is er weinig kans op de kast resonanties die
juist in het frequentiegebied 100 to 1000 Hz zo vaak een ongewenste
kleuring aan
het geluid geven.
Het nadeel (maar voor sommigen juist het voordeel) is dat er
aan de achterkant net zoveel geluid uit komt als aan de voorkant. Het
is dus
absoluut nodig om zo'n systeem de ruimte geven, net zoals bij veel
elektrostatische luidsprekers.
Hier is de vlakke
baffle opgevouwen tot een gedeeltelijk open kast. Het ouderwetseradio
toestel
is een goed voorbeeld van deze constructie.
Het voordeel t.o.v. de vlakke
baffle is dat 'ie bij een vergelijkbare lage tonen productie flink wat
kleiner
is, en dat er ruimte is om wat spullen op te bergen (de radio)
Het nadeel is
dat er in het volume van de kast nogal wat oncontroleerbare resonanties
kunnen
optreden.. De historische uitvoeringen van dit type
luidsprekerbehuizing hadden
ook geen enkele vorm van demping. De kastwanden waren meestal dun en
dus
meetrillend. E.e.a. resulteert in een sterk "gekleurd" geluid.
De gevouwen baffle vinden we in goedkope radio's,
in de meeste (ouderwetse CRT-) TV's en in goedkope audio
setjes. In bijna al die
gevallen zijn het dan ook nog eens dunne plastic kastjes. Het geluid is
er dan
ook naar......
De gesloten kast, ook wel akoestische box.
De luidspreker is
gemonteerd in een verder geheel gesloten kast.
Het lijkt een eenvoudige manier om het kortsluiteffect kwijt te raken, maar er zitten wel wat adders onder het gras.
-
De lucht die in de kast opgesloten is vormt een veerkracht. Die veerkracht telt op bij de vering van de conus ophanging en verhoogt de eigenresonantie van de luidspreker. Dit effect is sterker naarmate de kast kleiner is en/of de conus oppervlakte van de luidspreker groter is.
-
Bij de resonatie frequentie wordt een overmatige hoeveelheid geluid afgegeven. Dit kan gemakkelijk aanleiding geven tot een z.g. boem-bas.
-
De kastwanden kunnen op bepaalde frequenties resoneren. Dit veroorzaakt een gekleurd geluid.
-
Bij hogere frequenties kunnen er allerlei interne resonanties optreden die het geluid sterk kunnen kleuren.
In verband met deze problemen is het een weinig gebruikte luidsprekerbehuizing.
De paneel
resonanties kunnen worden tegengegaan door dikke wanden en
verstevigende tussenschotten, en de interne resonanties door
dempingsmateriaal.
Er bestaan wel systemen waarbij de
basluidspreker in een frappant kleine gesloten behuizing zit en waarbij
met maatregelen in de versterker toch een uitstekende basweergave
bereikt wordt. Er zijn dan 2 mogelijkheden: MotionalFeedback
en
ForwardCompensation.
Bij Motional Feedback is er op de conus van de basluidspreker, onder de
stofkap, een sensor geplaatst die de beweging van de conus meet. Dit
signaal wordt teruggevoerd naar de versterker.
Er bestaan wel goedkope uitvoeringen waarbij de
kast van vrij
dun plastic is. (typisch de "Ghettoblaster" en de boxen van de goedkope
"stereotoren"). Deze uitvoeringen veroorzaken altijd veel kleuring en
hebben een
gebrekkige weergave van de zeer lage tonen.
Bijna net als de
gesloten akoestische kast, maar er is hier ook een buisvormige opening
naar
buiten (de poort).
De lucht in de buis vormt een bewegende massa, die
in de kast een veer.
Samen vormen die een resonator op een zeer bepaalde frequentie. Als
deze
frequentie overeenkomt met de eigenresonatie van de luidspreker vormt
het totaal
een resonator die minder gepiekt (minder sterke uitslag) en breder
(over een
groter frequentie bereik) resoneert. Met de juiste hoeveelheid dempings
materiaal kan een zeer goede weergeve bereikt worden.
Het grote nadeel van de
basreflexkast is dat 'ie erg critisch is wat betreft de juiste
afstemming tussen
de kast-eigenschappen en de luidspreker eigenschappen. En deze
laatste kunnen
in de loop der tijd nog best wel wat veranderen.
Een variant op dit principe
is de passieve resonator. De poort is dan vervangen door een identieke
luidspreker, maar dan zonder magneet en zonder spreekspoel.
In nog een andere variant is de luidspreker gemonteerd in een tussenschot in de kast, zodat er twee ruimtes van verschillende afmetingen ontstaan, ieder met een eigen poort en ietwat verschillende resonantiefrequenties. Hiermee wordt wordt ook weer een verbreding van de resonantie piek bereikt. Deze constructie vind je typisch in de "subwoofers" voor onder de bank. Ze worden ook wel "Band-Pass" systemen genoemd.
HET probleem met de basreflex is dat de ene resonator (de luidspreker) gedempt wordt met een andere resonator (de kast). Dat werkt redelijk goed voor continue tonen (orgel) maar niet goed voor impulsgeluiden zoals basedrum, pauken, basgitaar, etc. De resonanties moeten eerst "op gang" komen, en dat kost tijd.
Voor de remedie zie Luidspreker Alternatieven.
Hier is de
luidspreker gemonteerd in een lange rechte pijp (soms opgevouwen). Met
de juiste lengte kan de
pijp afgestemd worden op de luidspreker, net als bij de basreflexkast
en heeft
dan vergelijkbare voor- en nadelen. Een bijzonder voordeel is dat 'ie
plat tegen
de muur in de hoogte gebouwd kan worden, en zo weinig vloer oppervlakte
inneemt.
Er bestaat ook een variant met meerdere pijpen van verschillende lengte.
De
hoorn luidspreker
Hier
is de luidspreker gemonteerd aan het smalle
eind van een wijduitlopende hoornvormige constructie.
De hoorn vormt een
sterke akoestische demping voor de luidspreker waardoor de effecten van
de de
eigenresonantie
beperkt blijven, en ook de conus uitslag gering is. Er kan een
luidspreker met
een korte spreekspoel gebruikt worden, en de intermodulatie vervorming
is
gering.
Een hoorn die ook bij lage frequenties goed werkt moet
echter extreem groot zijn. Zelfs in een theaterzaal is 'ie een
sta-in-de-weg.
Voor huiskamer gebruik is de hoorn zo goed als niet niet bruikbaar voor
de
laagste frequenties.
In P.A. situaties wordt de
hoorn wel vrij vaak gebruikt voor midden en hoge tonen.
Een ander nadeel van
de hoorn is dat het geluid erg in 1 bepaalde richting straalt (denk
maar aan de
megafoon) Voor P.A. doeleinden kan dat prima zijn maar in de huiskamer
willen we
dat meestal niet.
Voor de techneuten: De hoorn vormt een soort "aanpas
transformator" die de akoestische impedantie van de luidspreker aanpast
aan
de nogal afwijkende "karakteristieke impedantie" van de omringende
lucht. Vandaar het hoge rendement en de sterke demping van de
luidspreker.
De
gevouwen hoorn
Hier is de hoorn op een slimme manier opgevouwen.
De
meest bekende vorm is de Klipps-horn, die in de hoek van een kamer
gemonteerd
moet/kan worden. De kamer wanden vormen een deel van de hoorn. In
sommige
uitvoeringen komt er ook metselwerk aan te pas om e.e.a. trillingsvrij
te
realiseren.
Persoonlijk heb ik geen ervaring met deze construkties, en het
lijkt me in veel gevallen onpractisch om er een stereo opstelling mee
te
realiseren.
Op de website van
Klipps heb ik absurde prijskaartjes gezien, dus er is werk aan de
winkel voor
zelfbouwers.
De
transmission line kast
De luidspreker is
hier gemonteerd aan het wijde
eind van een gevouwen kanaal dat geleidelijk aan smaller wordt. Dat
kanaal
eindigt in de open lucht. Het netto effect is dat er weinig geluid uit
die poort
komt, het meeste reflecteert weer en gaat terug naar de
luidspreker.
Voor
de
techneuten: De impedantietransformator zoals die door de hoorn gevormd
wordt is hier omgekeerd gebruikt. Bij de poort monding is
er
een sterke mis-aanpassing op de akoestische
impedantie van de omringende lucht, dus net als bij een niet afgesloten
kabel
reflecteert de meeste energie.
Door een
juiste hoeveelheid dempingsmateriaal in het kanaal te plaatsen wordt
het geluid
weggedempt. Het dempmateriaal wordt zogezegd dubbel gebruikt waardoor
er een
zeer effectieve demping is.
N.B. Er bestaan verschillende lezingen over de precieze werking van de
TL. Sommigen beschouwen hem als een variant van de orgelpijp. Voor de
de door mij gebouwde kast hieronder hou ik vast aan de bovenstaande
lezing. Ik heb ook met metingen kunnen verifiëren dat er door de poort
zo goed als geen energie afgegeven wordt.
Er bestaan diverse commerciele versies in het wat
dure
segment (o.m. Nautilus van B&W), maar er zijn ook
aantrekkelijke zelfbouw ontwerpen.
Hieronder een foto in het bouwstadium van de "State Of The Art", zoals dit ontwerp van ene meneer Atkinson heette.
De
geschiedenis heeft uiteraard een veelheid van
experimenten opgeleverd. Voor de bas weergevers dacht ik hier een
redelijk
volledige opsomming gegeven te hebben. Er zijn varianten van de
bovengenoemde
principes gebouwd waarbij de scheidingsmuur tussen twee kamers als
vlakke baffle
fungeerde, of waarbij een betonnen rioolpijp de kast van een gesloten
box of een
basreflex kast vormde. Dat is nog niet zo gek, want veel problemen met
kleuring
van het geluid zijn terug te voeren op resonanties van de kastwanden.
Het
gebruik van zware en dikke materialen helpt dan.
Voor de hoge tonen weergave
wil ik 1 ongebruikelijk ontwerp noemen, de Conque, een frans ontwerp.
De
Conque beoogde een oplossing te geven voor de sterke richtwerking van
de
ouderwetse hoge tonen luidsprekers, van vóór de komst van de dome
tweeter.
De
luidspreker was gemonteerd in een bescheiden kast (soms een bolvormige
kast) en
straalt omhoog. Op die kast staat een betonnen elliptische schelp van
enkele
decimeters hoog. (denk maar aan het gespitste oor van een kat of hond)
Het
gebundelde geluid van de luidspreker reflecteert zodanig tegen de
schelp dat het
goed in alle richtingen verspreid wordt, zonder dat er grote fase
fouten
optreden.
Met de komst van de dome tweeter is het probleem van de
richtwerking al voldoende opgelost zodat de conque tamelijk achterhaald
is.