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Stand 06.12.2024

Boxenbau Projekt 11: PA-Bassreflex-Aktiv-Subwoofer

von K. Föllner

1. Einleitung:

Hier wird der Aufbau zwei weiterer PA-Aktiv-Subwoofer beschrieben, die parallel zu den Bässen aus Projekt 6 betrieben werden.

2. Treiberauswahl

Als ich mich im Oktober 2022 auf die Suche machte, um zu schauen, ob es eine Option gibt, in Zukunft mehr Reserve durch zwei weitere Bässe (zusätzlich zu den vier passiven vom Projekt 6) zu bekommen und so auch eine Aktiv-Subwoofer-Variante zu erhalten, stellte ich fest, dass der damals von mir benutzte RCF-Typ nicht mehr hergestellt wird, genau wie der damals betrachtete alternative Precision-Treiber.

Sechs Subs hätten neben mehr Schalldruck auch den Vorteil, dass man auf zwei Stacks aus je 3 Stück das Top direkt stapeln könnte, ohne irgendwelche Distanzrohre nutzen zu müssen. Die Tops stehen dann auf etwa 1,60 m Höhe.
Sechs 15-Zöller (38-er) haben mit etwa 5000 cm² auch mehr Membranfläche als vier 18-Zöller, also die so oft beschriebenen zwei Doppel-18er.
Eine weitere gute Option wäre ein Bass-Line-Array vor der Bühne, was mit 6 Bässen mit jeweils einem Zwischenabstand von 80 cm eine Gesamtbreite von über 6,60 m ergibt. Bei 132 Hz Übergangsfrequenz ergibt das <50% von Lambda bei diesem Abstand, so dass das schon gut funktioniert.
Auch eine Cardoid-Aufstellung ist so dank DSPs in der Aktivweiche möglich.

Einen 15-Zoll-Korb mit mindestens 700 W RMS, einer 4-Zoll-Schwingspule und mindestens 8 mm Xmax sowie TSPs, die sehr nah am RCF liegen, waren meine Vorgaben. Bevorzugt wurden 8-Ohm-Chassis, aber auch 4 Ohm sind OK, da ja der Verstärker im Gehäuse sitzt und so die Kabellänge unter 1 m beträgt. Preislich waren unter 300 Euro pro Treiber das Ziel, 400 EUR die Obergrenze.
Die Amplituden-Simulation mit der Original-Abstimmung sollte sehr ähnlich aussehen. Da der neue Aktivsub aber auch mit den anderen parallel laufen soll, muss auch der Phasenverlauf sehr nah am "Original" sein, damit es zu einer Schalldruck-Verdoppelung im Bassbereich kommt. Die Tuningfrequenz ist durch das geplante, identische Innenvolumen und die gleiche Rohrabstimmung auch gleich. Die obere Resonanzfrequenz (um 72 Hz beim RCF im gleichen Gehäuse) hängt zusätzlich von den Chassis-Parametern vor allem der Freiluft-Resonanzfrequenz fs ab. Wobei die Herstellungstoleranzen hier bereits in einem ähnlichen Bereich liegen.

Das heißt, die folgenden Eckdaten mit den Bereichen sollten erfüllt werden:

fs: 35 ... 41 Hz
Qts: 0,31 ... 0,36
Qes: 0,32 ... 0,38
Vas: 120 ... 150 Liter

Als Ersatztyp könnten folgende Typen möglich sein:

Treiber	Bemerkung	Total Match	delta - (dB)*	delta + (dB)*	fs (Hz)	Qts	Qes	Vas (l)	Xmax (mm)	Prms (W)	SPLcalc (dB SPL)	Preis (EUR)
RCF L15P200AK II	Referenz	10/10	0	0	38	0,34	0,35	139	9,8	800	95,3	(300)
JBL Selenium 15SW1P	in D. nicht verfügbar	9/10	-0,27 @ 80 Hz	+0,16 @ 43 Hz	40	0,35	0,36	120	9,3	800	95,2	200-400
18sound 15NLW9500	viel zu teuer	8/10	-0,30 @ 39 Hz	+0,03 @ 62 Hz	35	0,32	0,34	163	9,0	1000	95,0	540
Fane Colossus Prime 15 XS	in D. derzeit nicht verfügbar	8/10	-0,37 @ 88 Hz	+0,08 @ 47 Hz	36,3	0,31	0,32	149,7	12	1000	95,4	(380)
Oversound 15-800 ST	in D. nicht verfügbar	8/10	-0,48 @ 59 Hz	-0,09 @ 150 Hz	40	0,34	0,38	131,5	9,0	800	95,4	(230 in BR)
Oversound 15 SUB 800 XT	in D. nicht verfügbar	7/10	-0,43 @ 69 Hz	+0,12 @ 42 Hz	41	0,35	0,36	117	9,5	800	95,4	(200 in BR)
SICA 15 S 4 PL	-3dB minimal 1 Hz höher	7/10	-0,35 @ 70 Hz	+0,21 @ 150 Hz	39	0,31	0,32	137,4	8,5	700	96,0	360
Oberton 15NXL700	Verlauf abweichend	7/10	-0,48 @ 63 Hz	+0,88 @ 150 Hz	43,4	0,30	0,31	127,1	9,25	700	97,1	300
Oberton 15NXB1200	1 dB leiser	6/10	-1,18 @ 88 Hz	+0,43 @ 46 Hz	38,5	0,32	0,34	112	12	1200	94,7	300
SICA 15 PNS 4	mehr als 1 dB leiser	6/10	-1,33 @ 150 Hz	+0,12 @ 48 Hz	37,3	0,35	0,38	116,3	9,0	1200	93,9	340
BMS 15N850V2	mehr als 1,5 dB leiser bei 100 Hz	6/10	-1,54 @ 100 Hz	+0,49 @ 47 Hz	37	0,33	0,34	111	12	1200	94,1	500
beyma 15LX60V2	TSPs außerhalb der Vorgaben	5/10	-0,42 @ 150 Hz	+0,53 @ 31 Hz	42	0,44	0,45	105,5	9,0	700	94,3	340
Precision Devices PD.154C001	Abstimmung abweichend	5/10	-0,60 @ 58 Hz	+1,13 @ 150 Hz	45	0,31	0,335	128	8,2	900	97,3	265
beyma 15P1000/ND	mehr als 1 dB leiser um 70 Hz	5/10	-1,08 @ 72 Hz	+0,54 @ 43 Hz	45	0,34	0,36	88	8,0	1000	95,4	375
Oberton 15XB1201	mehr als 1 dB leiser um 90 Hz	5/10	-1,28 @ 80 Hz	+0,51 @ 46 Hz	39,8	0,31	0,32	109	12	1200	95,2	?

*Das Delta gibt die maximale Differenz (- für den kleinsten Wert, + für den größten Wert) in dB SPL (absoluter Pegel inkl. SPL) zur RCF-Simulation im Frequenzbereich 30...150 Hz an, wobei V= 91 l, 278 cm², l= 29 cm, Ri= 0,1 Ohm, QL= 7.
Dazu wurden die simulierten Frequenzgänge in ein CSV-File exportiert und alles in einer Tabellenkalkulation zusammengetragen.

Vor allem die beiden Treiber der brasilianischen Hersteller Oversound und Selenium passen gut, aber einen Händler dafür in Deutschland fand ich leider nicht.
Der schon früher betrachtete (englische) Fane passt auch, aber genau dieser Typ ist, obwohl er laut Fane-Webseite im November 2022 noch produziert wird, zumindest in Deutschland aktuell nicht erhältlich.

Gebraucht gab es zwei Fane-Treiber bei Ebay für einen angemessenen Preis.
Dieser Treiber verdrängt ca. 2,7 Liter mehr (damit 8,5 l) Volumen als der originale RCF-Typ (5,8 Liter), er ist größer und schwerer.

3. Aktivmodul

Wie schon in Kapitel 6 von Projekt 6 erwähnt, gab es die möglichen JB-Systems-Aktivmodule AVM-3 und die kleinere Variante AVM-2, die mit einem 4-Ohm-Typen funktioniert hätte, nicht mehr. Um direkt ein fertiges Aktivmodul für diesen Subwoofer zu nutzen, begab ich mich auch wieder auf die Suche.

Anforderungen:

dichtes Metallgehäuse zum direkten Einbau in die Boxen-Rückseite
Ausgangsleistung mindestens 600 W besser 700 Watt RMS an 8 Ohm
class-D-Schaltung für hohen Wirkungsgrad (niedriger Stromverbrauch und geringere Wärmeentwicklung) besonders bei diesen hohen Leistungen
Schutzschaltungen der Endstufe gegen Überstrom/Kurzschluss, Übertemperatur
symmetrischer Eingang mit XLR- oder TRS-Klinkenbuchse für lange Kabel, also tauglich für den Bühneneinsatz
eingebaute Frequenzweiche mit regelbarer Übergangsfrequenz für flexiblen Einsatz
Pegelregler
Phasen-Schalter
nicht zu groß für den Sub (max 25 cm breit, 40 cm hoch und 9 cm tief)
nicht zu schwer (< 6 kg)
Kaltgerätebuchse oder noch besser powerCON-Buchse für Netzanschluss
Netzschalter

nice-to-have Features:

möglicher 4-Ohm-Betrieb für zusätzlichen Lautsprecherausgang mit mind. 900...1000 W RMS
Anzeige mit LEDs über Pegel oder Leistung, um frühzeitig das Erreichen des Maximums (z.B. -3 dB) und das Clipping (0 dB) anzuzeigen
XLR-Through zum Durchschleifen zu weiteren Subs ohne Y-Adapter
Ground-Lift-Schalter
Limiter
Lautsprecherschutz gegen Überlast und Gleichspannung (DC)
Regelbarer Hochpass-Ausgang für Satelliten
Relais am Ausgang (hochohmig), damit wäre ein auch ein passiver Betrieb möglich
leiser Lüfter mit temperaturabhängiger Lüftersteuerung

Nr.	Hersteller und Name	Pmax an 8 Ohm (W)	Masse (kg)	Bemerkungen, Besondere Features	Preis (EUR)
1	JB Systems AVM 3	800	2,79	1200 W an 4 Ohm, Speakon-out, nicht mehr lieferbar	(320)
2	JB Systems AVM 2	500	2,79	800 W an 4 Ohm, Speakon-out, nicht mehr lieferbar	(320)
3	? - AMP 700 Sub PRO*	700	?	1000 W an 4 Ohm, powercon, XLR-Thru, Kombi-Eing.-Buchse	219 - 340
4	? - DS700 DIGI SUB*	700	2,1	900 W an 4 Ohm, Kombi-Eing.-Buchse, Limiter, aber ohne geschl. Gehäuse	189 - 300
5	Sioux - DIGI700SUB*	600	1,6	800 W an 4 Ohm, RCA-Eingänge, Hochpass-Ausg., Kombi-Eing.-Buchse	200 - 380
6	? - Modul PA AMP 600*	600	7,1	900 W an 4 Ohm, XLR-Hochpassausgang, Ringkerntrafo	189
7	Omnitronic AZX-112A	k.A. (300 an 4 Ohm)	1,43	Hochpass-Ausgänge, Limiter	180
8	Omnitronic AZX-115A	k.A. (400 an 4 Ohm)	1,44	Hochpass-Ausgänge, Limiter	200
9	Omnitronic AZX-118A	k.A. (400 an 4 Ohm)	1,44	Hochpass-Ausgänge, Limiter	210
10	Monacor SAM-500D	k.A. (500 an 4 Ohm)	2,6	keine symmetrischen XLR-Eingänge	350
11	PL-Audio A-3800 "Gorilla"	k.A. (2400 an 4 Ohm)	3,9	nicht mehr lieferbar, mit Hochpass-Lautsprecherausgängen 2x700 W	(900)
-	hypex FusionAmp FA501	350	0,93	500 W an 4 Ohm, alles im Brückenbetrieb, mit DSP, Digitaleingänge	450
12	hypex FusionAmp FA502	1000 (bridged mode)	2,15	900 W an 4 Ohm, 700 W an 16 Ohm alles im Brückenbetrieb, mit DSP, Digitaleingänge	640
13	Dayton Audio SPA1000	497	9,75	950 W an 4 Ohm, class-G/-AB, keine symm. XLR-Eingänge, EQ, low-pass	630
14	Earthquake IQ-1500R	k.A. (1000 an 2 Ohm)	3,3	nicht mehr lieferbar	(620)
15	Sanway D1-1KD	1000	1,7	1200 W an 4 Ohm, mit DSP, powercon, nur als China-Import	180 $
16	Sanway D1-800D	800	1,7	850 W an 4 Ohm, mit DSP, powercon, nur als China-Import	160 $

* bei www.boomtownshop.de/

Leider fand ich kaum passende, aber bezahlbare (Ziel <400 EUR) Module von Markenanbietern. Bei den obigen no-name-Teilen kann man den Leistungsangaben oft nicht trauen, sie schaffen die Leistung evtl. nur kurzzeitig..
Die beiden 700-Watt-no-name-Teile (#3 und #4) haben laut Produktbildern auch die gleiche Platinen für Amp und Schaltnetzteil drin, ist also nur umgelabelt.

Da ich durch die beiden gebrauchten Chassis Geld eingespart hatte, wurde das teure hypex-System für je 600 EUR gekauft, das zumindest robust und bewährt ist und verlässliche Leistung bietet.
Vorteile:

DSP mit drei direkt wählbaren Presets
frei einstellbarer Soft-Limiter
sehr leise
leicht

Dieses System ist nicht nur deutlich teurer, es hat auch andere Nachteile:

Gehäuse nicht dicht
Kein Pegelregler (Setup-Änderung über USB und Windows-Software nötig)

4. Bassreflex-Abstimmung und Gehäusegröße

Wie schon erwähnt, sollte die Bassreflex-Abstimmung vom RCF-Bass übernommen werden. Der benutzte FANE-Treiber ist selbst etwa 2,7 Liter größer als der RCF. Das nach innen ragende Aktivmodul selbst ist leider nicht dicht, es benötigt ein abgetrenntes Volumen, so kommen nochmals etwa 4,5 Liter dazu. Die Abstimmung sollte so nah wie möglich an der alten sein. Daher wurde jede Box etwas tiefer gemacht, die Frontmaße blieben gleich. Der Rücken wurde für bessere Stabilität mit dem gleichen 15 mm anstatt 12 mm starkem Multiplex ausgeführt. Damit beträgt die neue Gesamttiefe nun 590 anstatt 550 mm, also 4 cm mehr. Rein rechnerisch (41 x 49 x 3,7 cm) ergibt das 7,433 Liter mehr Innenvolumen.

Frontdarstellung mit Maßen:

Seitendarstellung mit den neuen Maßen:

Die nicht bemaßten Leisten rechts sind Streben zur Versteifung.

5. Gehäusebau

Die Boxenwände wurden wieder aus dem Multiplex gemacht. Der Materialpreis beim Holz ist etwa doppelt so hoch wie 2015.
Da der Fane-Treiber etwas schwerer und das Gehäuse etwas größer ist, sowie ca. 2,2 kg für das Aktivmodul dazukommen, wurden etwas massivere Boxengriffe (Adam Hall Schallengriff 3400) vorgesehen. Diese sind mit je 580 g nicht zu schwer und verdrängen im Inneren auch nur minimal mehr Volumen als die Monacor-Kunststoffgriffe.
Der Ausschnitt für das Amp-Modul in der Rückenplatte beträgt 126 x 356 mm. Die Tiefe (Innenmaß) soll 90 mm betragen.

Der Schwerpunkt liegt 26,5 cm von der Front entfernt, hier befindet sich die Mitte der beiden, seitlichen Griffe und des Boxenflanschs oben.

6. Hypex-Konfiguration

Damit das Aktivmodul richtig arbeitet, muss es erst samt DSP konfiguriert werden. Im Filter-Designer wurde eine Flat-Kurve auf Preset 1 gelegt.

Hier wird der symmetrische Analogeingang fest eingestellt.
Den Pegel muss ich noch anpassen.

Pegel: 6,2 V = 18,1 dBu
Hier wird der Brückenbetrieb konfiguriert, dazu kommt der Soft-Limiter. Zusätzlich wird der Amp so eingestellt, dass er immer eingeschaltet ist.

Filter Designer Preset 1 Flat-Kurve:
Filter-Designer 1

Filter-Designer Preset 3: PA-Bass-Abstimmung mit Hochpass 4.O. (L-R) bei 27 Hz und Tiefpass 4.O. (L-R) bei 132 Hz.
Filter-Designer 3

7. Pegel

Um bei tiefen Bassfrequenzen nicht den linearen Hubbereich (+- 12 mm) zu verlassen, kam in der digitalen Weiche ein low-cut 4. Ordnung zum Einsatz. Um keine Phasenunterschiede zu den anderen Bässen zu bekommen wurde hier der gleiche Filter in der externen Digitalweiche benutzt.

Betreibt man diese Subs allein, kann man abhängig von der gewünschten Maximalleistung einen Butterworth-Hochpass (-3 dB) bzw. Linkwitz-Hochpass (-6 dB) die Grenzfrequenz folgendermaßen festlegen:

Leistung	600 W	700 W	800 W	1000 W
fgu (Bw -3dB)	30,1 Hz	31,4 Hz	32,4 Hz	33,8 Hz
fgu (L-R -6dB)	23,4 Hz	25,1 Hz	26,5 Hz	28,6 Hz

8. Messungen

folgen...

Um zu testen, wie gut die Bässe untereinander zusammenpassen, ist eine Messung der drei Frequenzen geplant, bei denen eine Resonanz erkennbar an der Phase (0°) im Impedanz-Frequenzgang auftaucht.

Box	f1 (Hz)	ft (Hz)	f2 (Hz)
1. passiv 1
2. passiv 2
3. passiv 3
4. passiv 4
5. aktiv 1
6. aktiv 2

Messung der Verzögerung zwischen Ein- und Ausgang des hypex-Verstärkers bei Flat-Einstellung: ?
(Im Datenblatt stehen max. 19,2 ms, es ist aber nicht klar unter welchen Bedingungen.)
Um sicherzustellen, dass alle Bässe parallel mit maximalem Schalldruck laufen, darf zwischen Aktiv- und Passivsystem kein signifikanter Phasen- bzw. Zeitversatz vorhanden sein.

Messung der Spannungsverstärkung zwischen Ein- und Ausgang des hypex-Verstärkers bei 8 Ohm Last und 0 dB Volume: ?
(Erwartung laut Datenblatt :Spannungsverstärkung 26 dB pro Amp also plus 6 dB durch Brückenbetrieb, ergibt 32 dB = 39,8x.)

9. Leistungsanzeige

Um die Ausgangsleistung des eingebauten Amps anzuzeigen, war geplant, eine passive Anzeige mit vier 3-mm-LEDs vorgesehen werden. Ich wollte dazu 0 dB (Maximum 950...1000 W, rot), -3 dB (halbe Leistung 500 W, gelb), -6 dB (viertel Leistung, grün) und -10 dB (Zehn Prozent der Leistung, weiß oder blau) nehmen. Da die LED am Amp blinkt, wenn der Limiter arbeitet, macht die rote LED bei 1000 Watt keinen Sinn. Die LED's sind zum Einmessen hilfreich, um sicherzustellen, dass die vier passiven Bässe mit der gleichen Leistung von 750 W (Endstufe 2x1500 W an 4 Ohm) laufen wie diese beiden aktiven.

Da eine einmalige Kalibrierung mit gleichem Pegel wie die passiven Bässe am Ausgang der Aktivweiche gemacht wurde, der Pegel im Fusion-Amp wurde auf den gleiche Spannungsverstärkung wie der Digitalamp der passiven Bässe eingestellt.
So war die Leistungsanzeige erst mal nicht nötig und eine Neutrik-Speakon-Buchse (NL4MPRXX) wurde allein hinten rechts eingebaut. Diese ist parallel zum Lautsprecher geschaltet.

10. Kosten

Für ein Paar Aktiv-Subwoofer kam ich auf folgende Kosten:

2 FANE-Treiber gebraucht: 220 EUR
2 hypex FA502: 1204 EUR
1 Multiplex-Holzplatte 2,5 x 1,2 m, 15 mm inkl. Zuschnitt: 95 EUR
1 Spanplatte (Baumarkt-Rest) 16 mm für die 2 Frontplatten 8 EUR
1 Multiplex-Holzplatte 12 mm: - (noch vorhandene Reste)
4 Griffe: 26 EUR
2 Grills: 17 EUR
2 Boxenflansche Adam Hall SM700: 11 EUR
2 Einbauschalen: 4 EUR
2 Speakon-Buchsen: 5 EUR
Strukturlack: 35 EUR
schwarze Farbe für Grundierung - (noch vorhanden)
blaue Farbe für die Front - (noch vorhanden)
8 Grillbefestigungen: -
56 Schlossschrauben M5, M6 (für die Lautsprecher und Griffe): 14 EUR
Sicherungsmuttern und Scheiben (M5, M6, M8): 13 EUR
8 Senkkopfschrauben und Sicherungsmuttern M8 für Boxenflansche: 10 EUR
diverse Holzschrauben 4x35mm: -
36 Schrauben 4,2 x 25 mm für die Befestigung der 2 Einbauverstärker, 2 Einbauschalen und 8 Grillbefestigungen: 10 EUR
Holzkaltleim: -

Summe: 1671 EUR also gut 800 EUR pro Stück wovon 600 Euro allein auf den Plate-Amp entfallen. Mit einem Billig-Amp für 189 EUR würde jeder Bass nur gut 400 EUR kosten.

Leider