Repowering alter/suboptimaler 12“ Monitore - (12" Coax Selbstbau Projekt)

Repowering alter/suboptimaler 12“ Monitore - (12" Coax Selbstbau Projekt)

Da sich ja Lautsprecherselbstbau heute kaum noch rechnet, und man seine Zeit besser in die Durchführung von Beschallungen investiert, könnte es interessant sein, alte/suboptimale, ständige rückkoppelnde 12“ Monitore mit schlechter Sprachverständlichkeit, die bei höheren Lautstärken überfordert sind durch „Repowering“ zu neuem Leben zu erwecken.

Man nehme also beschriebene 12“ Monitore und befreie sie von 12“er, Horn, Treiber und Frequenzweiche. In den Ausschnitt des 12“ers kommt ein neues Coax-Chassis der besseren Sorte und der Schallwandausschnitt des alten Horns wird mit einer Abdeckplatte versehen.

Wenn das vorhanden Bassreflextuning nicht passen sollte, braucht man sich am alten Bassreflextunnel nicht zu verkünsteln, sondern versieht diesen auch gleich mit einem Abdeckbrett und baut in die Abdeckung des Lochs vom alten Horn den neuen, passenden Tunnel ein.

Dazu eine speziell für den neuen 12“ Coax entwickelte Passivweiche ins Gehäuse und... voila! Fertig ist der „Wolf im Schafspelz“!

Anmerkung:

Niemand muss die Passivweiche hierzu mühsam selbst entwickeln, die passende Schaltung zum hier verwendeten Chassis gibt’s natürlich für lau gleich mit dazu.

Leider hatte ich gerade keine alten/suboptimalen, ständig rückkoppelnde 12“ Monitore mit schlechter Sprachverständlichkeit, die bei höheren Lautstärken überfordert sind zur Hand, so dass ich mir doch aus den Multiplex-Reststreifen, die vom Bau der 15“ Bassreflex compact Gehäuse übrig waren, zwei Monitorgehäuse selbst bauen durfte.

Chassisauswahl: (wen das Auswahlprocedere nicht interessiert, der blättere einfach weiter)

Da der 12“Coax Bodenmonitor nicht zu schwer werden sollte, kamen nur neodymbestückte Coax-Chassis in Frage und einen „großen Treiber“ (also keinen 1“er) sollten sie auch haben, da eine damit mögliche tiefe Trennfrequenz in meinen Augen einen harmonischeren Anschluss an das Konuschassis möglich macht. Die Schwingspule des Midbass sollte nicht kleiner als 3“ sein und somit schon etwas Leistung vertragen. Ebenso war es mir wichtig, dass der Midbass noch einigermaßen Hub konnte und somit nicht all zu früh im Maximalpegel durch sein X-Max begrenzt würde.

Als potentielle Kandidaten schaute ich mir folgende Chassis einmal näher an:

Faital Pro 12HX500

B&C 12HCX-76

B&C 12 CXN-76

B&C 12 CXN88

RCF CX12N351

Beyma 12CXA400ND

BMS 12CN860

Radian 5312 NEO

Da Coaxialchassis bei denen die Membran des Midbasses gleichzeitig das Horn des Treibers darstellen, praktisch immer eine Diskontinuität im Übergang vom Treiberausgang zum „Membranhorn“ haben, was mir nicht so recht gefiel, und ich hier bei größerem Hub der Membran noch mehr ungewollte Effekte erwartete, sollte es ein Coaxialchassis mit eigenständigem Hochtontrichter werden. Ich hatte zwar etwas Bedenken, wegen des flächig vor der Membran des Midbass positionierte Kunststoffhorns, das ja dieser der Mittenabstrahlung der Membran im Wege steht, da einem aber immer mehr derartige Konstruktionen begegnen und das nicht nur als Aktivlautsprecher, sondern eben auch als Passivlautsprecher, muss diese Problem auch irgendwie in den Griff zu bekommen sein.

Da somit die Entscheidung gefallen war ein Coaxchassis mit eigenständigem Kunststoffhorn zu verwenden, fielen einige Chassis, die ich vorher in die Auswahl hatte, heraus.

Da ich nicht unbedingt viel mehr als 500.-€ je Coaxchassis ausgeben wollte, waren einige Chassis mir dann doch zu teuer, wieder andere hatten eine sehr große Bautiefe, oder das Horn stand weit über den Chassisrand heraus, was eine sehr stark zurückversetzte Schallwand und damit wieder mehr Gesamtgehäusetiefe zur Folge gehabt hätte. Bei einem erlaubte das relativ kleine Horn zwar eine bessere Mittenabstrahlung des 12“ers, aber halt auch keine tiefe Trennung mehr.

Im Überblick sah die Aufstellung von vorher damit so aus:

Faital Pro 12HX500 kein eigenständiges Horn

B&C 12HCX-76 passt ins Profil

B&C 12 XN-76 kein eigenständiges Horn

B&C 12CXN88 kein eigenständiges Horn

RCF CX12N351 Horn steht weit vor

Beyma 12CXA400ND Horn zu klein für tiefe Trennung

BMS 12CN860 zu teuer, zu tief und Horn steht weit vor

Radian 5312 NEO zu teuer, kein eigenständiges Horn

Wie oben zu sehen, blieb von B&C der 12HCX-76 somit übrig und ich simulierte mal ein passendes Bassreflexgehäuse.

Bassreflexsimulation für den B&C der 12HCX-76: (wer das Auswahl-Bla übersprungen hat, kann hier wieder einsteigen)

Zuerst einfach nach der Einbauempfehlung des Herstellers: 40 Liter und Tuning auf 65Hz. Das sah schon mal ganz gut aus. (schwarze Graphen)

Ich spielte dann mit Volumen und Tuningfrequenz noch ein wenig herum (rote Graphen) und stellte fest, dass man auch in einem kleineren Gehäuse bis ca. 80 Hz hinunter einen ordentlichen Maximalpegel hinbekommt, bevor die Auslenkung zu hoch wird und weiter runter brauche ich es bei einem Floormonitor eh nicht, da spätestens dort der Basscut kommt, um nicht noch mehr ungewollten Mulm auf der Bühne zu produzieren. Falls eine echte Bassanforderung an den Monitor gestellt wird (z.B. Drummfill), dann braucht's sowieso noch ein extra Bass dazu.

Da ich, bevor ich die Chassis bestellte mir ein wenig Überblick verschaffen will, ob und wie sich das Coaxchassis vernünftig passiv beweichen lässt, sah ich mal bei den Bauvorschlägen bei B&C nach und fand da im Archiv einen 12“ Monitor mit eben dieser Bestückung. Das Gehäuse des Bauvorschlags war zwar für einen 12“er unförmig groß, aber im Gegensatz zu vielen anderen aktuellen Bauvorschlägen auch anderer Hersteller, war der Frequenzgang alleine mit der Passivweiche des Bauvorschlag halbwegs gerade, ohne dass mindestens ein halbes Dutzend aktive Filter gesetzt wurden. Das verwunderte mich um so mehr, da die Einzelfrequenzgänge des 12“ Midbasses und des 1,3“ Treibers mir zuvor schon Böses für die Passivweichenerstellung schwanen ließen.

Irgendwie scheint eine vernünftige Passivweichenbeschaltung des Coaxchassis offensichtlich möglich zu sein und da bei meinem bevorzugten Händler gerade die letzten Exemplare im Lager und damit sofort verfügbar waren, bevor die nächsten Chassis erst deutlich später wieder eintrudeln, bestellte ich kurz entschlossen die B&C 12HCX-76-8 bei diesem.

(So ganz kurz entschlossen war es ja inzwischen auch nicht mehr)

Die Chassis sind gekommen, ausgepackt und sehen dann so aus:

Befassen wir uns näher mit den elektroakustischen Eigenschaften des Chassis

Dadurch dass das Horn des Coax-Chassis große Teile der Membran verdeckt, fällt nach einem Peak bei ca. 1kHz (offensichtlich die Resonanz des zwischen Membran und Horn „eingeschlossenen“ Volumens) der Frequenzgang des 12“ers extrem steil ab, um nachher noch mal zwischen 2 und 3 kHz unerwünscht zur „Höchstform“ aufzulaufen, bevor er wieder relativ steil abfällt.

Auch die Treiber-Horn Einheit ist nicht gerade linear, sondern zeigt einen ordentlichen Katzenbuckel zwischen gut 1 und 5kHz mitsamt einem Einbruch bei etwa 2,5 kHz.

Diese Überhöhung erinnert mich ein wenig an den Frequenzgang eines Treibers an der Plane Wave Tube, also einem Stück Rohr, dass zylindrisch ist und sich somit nicht erweitert.

Da hier sowohl das Konuschassis, als auch der Treiber eine 3“ Schwingspule aufweisen und die Schwingspulen nicht ineinander, sondern hintereinander sitzen müssen, erweitert sich der erste Teil der Schallführung des Treibers praktisch nicht, bis dann das eigentliche Horn anfängt. Das könnte vermutlich für diese Frequenzgangüberhöhung verantwortlich sein. (wenn man das gerade zieht, hat die Konstruktion natürlich in diesem sehr wirkungsgradstarken Bereich ordentlich Pegelreserven)

Um so mehr war jetzt mein Interesse geweckt, wie B&C im Bauvorschlag die Weiche konstruiert hat. Für den Woofer ist dort eine relativ normale 12dB Weiche vorgesehen, deren Flanke durch einen zusätzlichen Widerstand in Reihe zum Parallelkondensator abgeflacht wird.

Im für mich interessanteren Hochtonzweig findet sich neben einer auch relativ normalen 12dB Weiche, deren Flanke durch einen Widerstand in Reihe zur Parallelspule abgeflacht wird, ein Sperrglied vor dem Treiber. Mit diesem wird anscheinend der vorher beschriebene „Katzenbuckel“ im Frequenzgang der Treiber-Horn Kombination entzerrt.

Betrachtet man die beiden Einzelfrequenzgänge der Chassis kommt eine andere Trennfrequenz, als die vom Hersteller vorgeschlagenen 1200Hz, auch gar nicht in Betracht.

Drüber kommt wegen dem Horn vor der Membran nichts mehr heraus und drunter wäre das Horn schlichtweg zu klein.

Um die Funktion der Weiche genauer nachvollziehen zu können installiere ich mir VirtuixCad vom Finnen Kimmo Saunisto und digitalisiere mangels eigener Messungen die Frequenz- und Impedanzgänge vom Herstellerdatenblatt des B&C 12HCX-76.

Nach kurzem Studium des Handbuchs habe ich folgendes Simulationsergebnis auf dem Bildschirm.

Nach einigem Herumspielen mit den Bauteilewerten (und erfolglosen „Autooptimierer“ Einsätzen, auch bei Freigabe nur weniger Bauteile und vernünftigem Optimierungsbereich),

habe ich das Funktionsprinzip der Weiche und die Auswirkungen von Parameteränderungen so weit im Griff und versuche den schmalbandigen Peak bei ca. 1kHz noch etwas niedriger zu bekommen.

Durch etwas jonglieren mit den Bauteilwerden des Tiefpasses kommt nach ein paar weiteren Iterationsschritten folgendes Ergebnis heraus.

Verschiedene simulierte Änderungen im Hochtonzweig brachten im Gegensatz zu den Anpassungen im Tieftonzweig keine Verbesserungen der Simulationsergebnisse.

Was für beide Wege auffällt, ist dass sich mit dieser Weiche auf Grund der Übertragungsfunktionen von Konus und Treiber neben einem extrem steilflankigen Abfall bei der Trennfrequenz nur ca. 15dB tiefer sich ein mindestens eine Oktave breites „Plateau“ bildet, bevor der Pegel weiter extrem steil abfällt. Wenn man jetzt für die akustische Flankensteilheit (also Chassis und Weiche Kombiniert) eine Targetfunktion von sagen wir z.B. 24dB/oct. Abfall vor Augen hat, ist das nicht ideal, lässt sich mit vertretbaren Aufwand aber wohl auch nicht verändern.

Was mich aber noch fast mehr stört, ist die Diskontinuität im Phasengang genau bei der Trennfrequenz.

Ich habe aber bei meiner Hauruck-Aktion mit dem mir noch neuen Programm kein Gehäuse mitsimuliert und so neben fehlendem Bassreflextuning auch keinen Bafflstep (soweit der bei einem so flach am Boden liegenden Monitor noch eine entscheidende Rolle spielt) mit berücksichtigt, so dass die Weiche sicherlich noch mit im Gehäuse eingebauten Lautsprecher optimiert werden muss.

Das dürfte auch den nach unten hin abfallenden Pegel erklären, da bei diesen Wellenlänge die Abstrahlung nicht mehr wirklich gerichtet ist und daher der in Monitorposition fast am Boden liegende 12“er einen Halbraum sieht. Noch weiter unten im Bassbereich fehlt natürlich das noch nicht mitsimulierte Bassreflexgehäuse, so dass dieser Bereich bei der Betrachtung der Simulation ausgeklammert werden sollte.

Ebenso ist die ganze Simuliererei nach Datenblatt des Chassis ohne eigene Messungen natürlich nur auf Achse und damit nicht so aussagekräftig, da man ja seltenst genau auf Achse vor dem Monitor stehen wird. Echte Messungen unter Winkeln kommen aber erst, wenn das Gehäuse vorhanden ist.

Evtl. sind ja einige Dinge, an denen man sich jetzt beim auf Achse Frequenzgang festbeißt, ein wenig neben der Achse so gar nicht vorhanden.

Das Gehäuse

Da ich echte Messungen für eine endgültige Weichendimensionierung erst mit fertigen Monitorgehäusen durchführen kann, folgt jetzt der Gehäuseentwurf. Nachdem mein altes CAD Programm sich verabschiedet hat, entwerfe ich die Monitorgehäuse einfach mit Papier und Bleisitft. Die Seitenansicht mit Griffausschnitten, Hochständerflansch, Flugpunkten etc. reiße ich auf eine Restholzplatte schon mal auf und plane auch Dinge wie Tunnelplazierung, Anschlussfeldausführung, Gitterabstände und anderen notwendigen Kleinkram, damit es dann bei oder nach dem Zuschnitt keine unangenehmen Überraschungen gibt. Das Chassis dürfte gerade so eben mit nur einer Fingerbreite Abstand zum Boden hineinpassen.

Kurzer Probeaufbau/Sicherheitscheck:

→ Passt!

Nun die Stellen vorbereiten, an die man nachher nicht mehr richtig herankommt:

Jetzt werden alle Fräsungen für die Flachdübelverbinder (Lamellos) gefräst und das Gehäuse nochmal probeweise zusammengesteckt.

Schraubzwingen, Unterleger und Spanngurte liegen bereit. Dann kann es ans Leimen gehen!

Während das trocknet, können gleich das rückwärtige Anschlussfeld, sowie die luftdichten Abdeckungen der versenkten, großen Einschlagmuttern ergänzt werden.

Nach dem Entfernen der Schraubzwingen und Spangurte sieht das Rohgehäuse jetzt erst mal so aus:

Nach dem Schleifen und Rundfräsen der Kanten dann schon etwas besser:

Jetzt sind die Auflagen für das Gitter an der Reihe, die gleichzeitig der Greifhand etwas mehr „Fleisch“ geben und auch die hölzernen „Griffschalen“ werden von innen montiert.

Es kommt Farbe ins Spiel

Nach dem Vorstreichen der mit der Schaumstoffrolle schwer erreichbaren Innenkanten und einem ersten Farbauftrag mit der feinen Rolle, wird nach kurzer Trocknungszeit mit einer groben Rolle die Struktur aufgerollt. (Mit der Druckluftpistole gespritzt war mir zu viel Sauerei)

Die Anschlussbuchen werden montiert, die Dämmwatte angetackert und die Frequenzweichenplatine darf auch schon mal Probeliegen.

Die Gehäuse sind jetzt soweit fertig, dass es an das Messen gehen kann und das Tuning überprüft und die simulierte Passivweiche in echt getestet werden kann.

Messungen

Die mit 6 cm Länge berechneten Bassreflextunnel ergeben im echten Gehäuse ein zu tiefes Tuning auf unter 50 Hz und höher oben eine Senke.

In der Simulation hatte ich ein Tuning auf etwa 65 Hz gewählt. Durch ein Verkürzen des Tunnels auf 3,6 cm komme ich auch bei der realen Box auf eine Tuningfrequenz von 63 Hz. Da das Gehäuse für so ein Tuning natürlich recht klein ist fällt der Frequenzgang unter 100Hz schon leicht ab, was aber für einen solchen kompakten Monitor voll in Ordnung geht.

Hier noch der gekürzte Tunnel „solo“ gemessen:

Je nach Anwendung kann man aber auf der Tuningfrequenz eine Anhebung um 4-6dB vorsehen, so dass der kleine Monitor sogar richtig Bass macht, ohne dass die Membran zu stark ausgelenkt wird.

Hier einmal ohne Anhebung auf der Tuningfrequenz und einmal mit einer Anhebung auf der Tuningfrequenz.

Für Anwendungen, bei denen höchste Maximalpegel verlangt werden, kommt ja eh nichts unter 100 Hz drauf bzw. ein zusätzlicher Bass drunter.

Für die Anwendung im Nahfeld tut man gut daran den zu hohen Frequenzen leicht ansteigenden Frequenzgang des Monitors um 12 kHz herum um 3-4dB abzusenken. Ohne aktive Absenkung bei der Verwendung als Topteil auf Stativ und größerer Abhörentfernung kompensiert der zu den Höhen leicht ansteigende Frequenzgang die Höhenabsorption der Luft, so dass der Lautsprecher auch da noch schön crisp und luftig klingt.

Hier also noch mit der beschriebenen Höhenabsenkung für die Anwendung im Nahbereich (typischerweise Monitor):

P.S.

Die verschiedenen simulierten Tiefpassauslegungen der Passivweiche habe ich natürlich alle auch nochmal messtechnisch am lebenden Objekt durchexerziert, wobei sich gezeigt hat, dass die Simulationsergebnisse in der Messung gut praktisch nachvollzogen werden konnten und die in der Simulation beste Weichenauslegung somit auch bei der wirklichen Messung das beste Ergebnis lieferte.

Die Passivweiche

Hier noch die Bilder vom Bau der Passivweiche. Diesmal habe ich die Leiterbahnunterbrechungen auf der Platine ganz grobschlächtig gefräst, anstatt geätzt, aber der Strom merkt das ja nicht.

Hier noch, wie eingangs versprochen, meine endgültige Passivweichenschaltung für den B&C 12HCX-76-8 im kompakten Monitorgehäuse.

Für aussagekräftige Messungen des Abstrahlverhaltens unter Winkeln war der Raum zu klein.

Evtl. hole ich das bei entsprechendem Wetter im Freien draußen noch mal nach.

Ein 5mm Akustikschaum, der hinter das Gitter geklebt wird, ist schon da, jetzt fehlt mir nur noch das passende Gitter. Es wird wohl eines mit Hexagonallochung werden, damit sich die Interferenzmuster im Hochton in Grenzen halten....

Selbstverständlich baue ich jetzt erst mal wieder keine Lautsprecher mehr, weil das rechnet sich natürlich alles betriebswirtschaftlich nicht.

Anmerkung:

Beim mit CAD gezeichneten Schaltplan war R1 mit 27 Ohm falsch beschriftet. Es sind 22 Ohm. Daher habe ich nochmal meinen händischen Schaltplan reinkopiert!

Kein Problem!

Nimm z.B. einen uralten LD Systems Stinger 12 der ersten Serie, wirf' den 12" Eminence Gamma 12A, den schwindsüchtigen BMS 4524 mitsamt Horn und die Frequenzweiche raus. Dann den oben erwähnten B&C Coax inkl. der beschriebenen Weiche rein und ein Sperrholzbrettchen auf das Loch des ehemaligen Horns draufgespaxt. Das BR-Tuning dürfte hier sogar passen wie es ist.

Ruckzuck hat man einen sehr vernünftigen, hochwertigen Monitor und die nicht mehr benutzten alten Kisten stehen nicht mehr blöd im Lager rum. Und das alles ohne Gehäusebau, lackieren, Gitter basteln etc. (Und der Musiker auf der Bühne, der einen alten Stinger 12 vor sich liegen sieht und dabei den Ton dieser Neubestückung hört, verdreht die Augen und will vom Barkeeper garantiert noch einmal genau das Selbe....

Andere Variante für Leute mit "Holzallergie" ohne alte 12" Monitore:

Den günstigsten 12" Monitor für unter 100.- € kaufen, aus der Bestückung ein Mobile oder einen Lampenschirm basteln und den oben beschriebenen Coax inkl. Weiche ins Leergehäuse implantieren.

Der FaitalPro 12HX500 wäre es geworden, wenn ich kein extra Horn hätte vor dem Treiber haben wollen.

Das haben auch schon andere neuerdings in ihren 12“ Coax Monitoren verbaut…

Das ist auch ein echtes Sahne-Chassis!

Nein, den theBox 4" Coac kenne ich nicht.

Billig sind die von mir in die Auswahl gekommenen Coäxe sicher nicht.

Aber wenn ich mir schon die Arbeit der Weichenentwicklung und des kompletten Boxenselbstbaus mache, dann soll da auch ein optimales Ergebnis rauskommen, sonst ist es mir den ganzen Aufwand nicht wert. Und billige Lautsprecher gibt es heutzutage ja schon genug fertig zu kaufen. Da lohnt das Selbermachen ja wirklich nicht, wenn man mit deren Qualität zufrieden ist.