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Stand 13.07.2022

Mein erstes Boxen-Selbstbau-Projekt: HiFi-Subwoofer

von K. Föllner



Subwoofer:

Ich betrieb früher (ca. 1998) mein Heim-System mit zwei 10-Zoll-Subwoofern, um die entsprechende Menge (je nach Musikstil) Tiefbass (unter 60 Hz) freizusetzen, den die Rundumstrahler nicht wiedergeben konnten. Dies kann aktiv aber auch passiv, mit entsprechenden Aufwand geschehen. Die aktive Version ist aber besser. Bei der passiven Variante muss unbedingt die Impedanz linearisiert werden, beim Subwoofer auf jeden Fall, wird noch ein Hochpass (Frontboxen) verwendet, sollten auch diese linearisiert werden, dann ist auch Bi-wiring sehr empfehlenswert, damit der Hochtöner seine Signale nicht auf Umwegen (durch den zweiten Hochpass) bekommt. Ich verwende die beiden 25-cm-Subwoofer in einer Bassreflex-Abstimmung mit einem fu von ca. 30 Hz. Das dazu verwendete Volumen von etwa 80 l (netto) ist zwar für Wohnraumverhältnisse groß, aber noch akzeptabel. Tiefbassattacken sind damit kein Problem. Der Bass ist halbwegs straff, aber extrem tief reichend und druckvoll. - You can feel it - beim richtigem Titel in entsprechender Lautstärke im Magen und auf dem Brustkorb. - aber wer will das schon?! Dieser Tiefgang geht jedoch auf Kosten des Wirkungsgrads. Bei beiden Chassis liegt er laut Katalogangaben deutlich unter 90 dB SPL. So ist auch die Maximallautstärke (um 110 dB SPL) nur auf Wohnräume zugeschnitten, da die Chassis nur eine geringe Belastbarkeit (je 150 W Musik) besitzen.
Der dazu verwendete Lautsprecher kann auch im Car-HiFi-Bereich eingesetzt werden, entweder als Reflex- oder Bandpass-System. Das Ergebnis ist hervorragend, wenn man bedenkt, dass ein Chassis damals umgerechnet unter 40,- Euro kostete. Die Chassis kommen von der litauischen (?) Firma Radiotechnika. Es gab aber diverse Nachbauten bzw. umgelabelte Exemplare auf dem deutschen Markt (z.B. McVoice).

Passivweiche Subwoofer

Auf dem unteren Bild kann man den Subwoofer hinter dem Omnipolarsystem sehen. Darauf liegt die damals verwendete passive Frequenzweiche.
Der 12-dB-Tiefpass (Siehe oberes Bild) besteht aus 15 mH Ferrit-Spule (L1) und entsprechenden Kondensator: ein 220 uF Bipolar-Elko (C2) mit parallel geschalteter 22 uF Folie (C1).
Die Impedanzkorrektur besteht aus einem RLC-Saugkreis und einer RC-Kombination.
RLC: Spule (L2) Widerstand R1 und Kondensator C3
Die RC-Kombination ist ein 10 Ohm / 10 W-Widerstand (R2) mit 10 uF Bipolar-Elko (C4).

Subwoofer
                  (Background)

Bezeichnung: Radiotechnika GDN75P, der auch in der 3-Wegebox S-150 eingesetzt wurde:

Parameter Angaben Katalog 1 Angaben Katalog 2 Angaben Katalog 3
Resonanzfrequenz fs= 30 Hz fs=25 Hz fs=25 Hz
Gesamtgüte Qts=0,46 Qts=0,35 Qts=0,38
elektrische Güte Qes=0,51 - -
Äquivalentvolumen Vas=82 l Vas=52,1 l Vas=68,1 l
Impedanz (DC-Widerstand) 8 Ohm  8 Ohm (Re=5,6 Ohm) 8 Ohm
Wirkungsgrad (SPL) SPL=88 dB SPL(1W 1m) SPL=86,5 dB SPL(1W 1m) SPL=89 dB SPL (1W 1m)
Belastbarkeit RMS (Musik)
100 (200) W 75 (150) W 75 W
Membranfläche Sd
346 cm² - -

Ein Nachbau McVoice: GT75GDN

Bester Kompromiss Bassreflex 65 l, 10 cm Rohr 45 cm lang, so ist eine untere Grenzfrequenz von unter 35 Hz drin. Ich verwende aufgrund der Außenabmaße 7-cm-Rohre mit 34,8 cm Länge. Innen wurde eine abgerundete Scheibe (Durchmesser 15 cm) um das Rohr geklebt, um die hörbaren Luftbewegungen noch etwas zu reduzieren.
Obwohl ich die Angaben aus Katalog 1 favorisiere, kann man auch bei denen nicht sicher sein. Die anderen Angaben enthalten oft Widersprüche, besonders zum Wirkungsgrad.
Schwachpunkt bei der Belastung sind die Litzen zur Membran, die kann man verstärken, dann geht noch mal etwas mehr Leistung, P= 150...200 Wrms sind dann ohne weiteres machbar.

Hier die Außenmaße des Subwoofers. Oben ist die Ansicht von vorn, darunter die von oben, wo jeweils ein Reflexrohr zu sehen ist

Größe des
                Subwoofers

Magnetische Schirmung ist bei Abständen von weniger als ca. 1,20 m zu anderen Geräten (vor allem Röhren-TV) unbedingt nötig, denn die Magneten sind extrem stark.

Update 2010:

Klangbeschreibung:
Als alles noch passiv betrieben wurde, war das Ergebnis leider alles andere als perfekt. Tiefgang ja, Präzision nur Durchschnitt, relativ wenig Druck.
Nun verwende ich eine aktive Frequenzweiche (Flankensteilheit 12 dB/Oktave, Grenzfrequenz ca. 80 Hz) mit Extra-Endstufe 2 x 100 W / 8 Ohm (RMS). Damit war erstaunlicherweise (im Raum) der Bass sehr druckvoll und pegelfest. Den geringen Wirkungsgrad aus den Katalogen konnte ich nicht so richtig glauben. Was weiter auffällt: Wählt man die Trennfrequenz größer als 100...120 Hz wird die obere Resonanz deutlich hörbar, alles wird brummig. Präzision ist dann hier echt mies... Auch die Reflexrohre sind mit je 41 cm² (ca. 11,8 % der Membranfläche) und der Länge von 34,8 cm an der Grenze, der Subwoofer "atmet" bei normaler Belastung hier ziemlich stark.

Das Teil wurde deshalb zusätzlich bei Partys eingesetzt, um die zwei Vollbereich-HiFi-Frontsysteme (ziemlich linear) im Bassbereich zu unterstützen.
Das führt dann eher zu einem Boom-Box-Verhalten, was bei Partys aber nicht von Nachteil ist.
Dazu kamen zwei 12"-Lautsprechergitter zum Schutz vorn drauf.



Kurze Zeit später (2011) kamen noch zwei Speakon-Buchsen und 8 Kugelecken hinzu:
Subwoofer mit Aluleisten

Update 2018:

Als ich ein Aktivmodul (JBL F-150/230: class-D, maximal 150 W an 4 Ohm) im Subwoofer nachrüstete, habe ich mal kurz die TSPs (der nun ja über 20 Jahre alten Chassis) nachgemessen:
Die Resonanzfrequenz lag nun bei ca. 37 Hz, die Einbaugüte Qts nun bei etwa 0,6. Der Magnet war auch merklich schwächer. Vermutlich durch Alterung und vor allem hohe Temperaturen haben die Magnetmaterialien einen Teil verloren, was zu dem Güteanstieg führte. Warum die Resonanzfrequenz auch anstieg? Das kann nur am gealterten Gummi liegen.
Damit sinkt der Vas-Wert und der Wirkunsgrad des Chassis... Für den Partykeller reicht das als Unterstützung aus, für andere Aktivitäten greife ich nun allein auf das neue PA-System  (4x15") zurück.

So richtig konnte ich den niedrigen Wirkungsgrad erst nicht glauben, da dieser Sub, als er noch passiv betrieben wurde, immer noch deutlich lauter war als der aus dem Projekt 4, der mit 93 dB pro Treiber angegeben ist. Errechnet aus den TSPs des Ravemasters ergeben sich da schnell nur 90 dB pro Lautsprecher und durch Push-Pull sind es 3 dB weniger. Durch die Bandpassabstimmung im Tiefbassbereich nochmal etwa -3 dB. Nimmt man die 8 Ohm (2x 4 Ohm in Serie) dann ist man bei etwa 81 dB (1 m) bei konstanten 2,0 V (1 Watt an 4 Ohm), die beim Car-Sub (Projekt 4) nur die halbe Leistung bewirken. Dieser Sub (Projekt 1) erreicht dagegen durch die doppelte Lautsprecherfläche im Bassbereich nochmal +3 dB, das gleicht zusammen mit der Pegel-Überhöhung im Tiefbassbereich den schlechteren Wirkungsgrad dann aus. Der liegt aber immer noch im Bereich von 86 dB SPL, wenn man beide Chassis zusammen betrachtet.

Mit 65 Litern netto, zwei Rohren d=7 cm / L=37,8 cm, habe ich die Simulationen mit den originalen TSPs (Qts=0,38 schwarz) und mit denen vom gealterten Chassis (blau, neu gemessene TSPs) gemacht: Hier das Ergebnis:

Simulationen

Das Bild unten zeigt das Aktivteil mit Silikon zur Abdichtung, bevor dieses bündig abgeschnitten wurde.

 Aktivteil

Das Aktivteil, das ich über eine Online-Versteigerungsplattform defekt kaufte, wurde nach der Reparatur noch um- bzw. aufgerüstet:

Die folgenden Änderungen gab es:

  • Netzbuchse anstatt des heraushängenden Netzkabels, siehe im Bild oben rechts neben dem Netzschalter
  • Leistungsanzeige mit drei 3-mm-LEDs: -10 dB (10 %, 15 W, grün), -3 dB (50 %, 75 W, gelb), 0 dB (100 %, 150 W, rot) siehe im Bild oben links unterhalb des Pegelreglers
  • Mode-Schalter zum ein- und ausschalten mit Funktionen auto-sound ein (wie ab-Werk), generell aus, sowie generell ein (im Bild oben links neben der grünen LED)
  • Mode-LED (ein/aus) ist nun im Kunststoffteil (im Bild neben dem Original-Aufkleber)

Die folgenden Aufrüstungen hatte ich erst geplant, sie wurden aber nicht umgesetzt:

  • Leistungssteigerung auf 200...250 W, um höhere Schalldrücke (von bis zu 117 dB SPL) zu erreichen
  • zusätzliche symmetrische Eingänge, um diesen Sub auch über längere Kabel anzuschließen
Aufgrund der neuen Lautsprechermessungen mit dem niedrigen Wirkungsgrad, die zum Verzicht dieser Box bei Partys oder auf der Bühne (auch da Ersatz verfügbar) führen, ist das nun nicht mehr nötig.

So sehen die ausgebauten Lautsprecher aus:

Gewicht eines Lautsprechers: 4,8 kg
Eigenvolumen: 2,0 Liter (bei Einbau von hinten an die Front)