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Boxenbau Projekt 6: PA-Bassreflex-Subwoofer
von K. Föllner
1. Einleitung:
Hier wird der Aufbau meiner PA-Subwoofer beschrieben, die
den Bass zu den Top-Teilen aus Projekt
5 bereitstellen.
Wie auch bei den Topteilen, war der erste Gedanke:
Bass-Hörner. Die sind aber auch sehr groß und haben
Probleme in Räumen. Also wurde auch aus Zeitnot, erst mal
ein "kleiner" Subwoofer mit halbwegs Druck geplant,
passend zu den Top-Teilen, die ja 100 dB SPL bei 1 W, 1 m
und 450 W RMS haben. Da die obere Übernahmefrequenz auch
flexibel sein sollte, so zwischen 120...200 Hz, fielen
hier Bandpässe raus. Hier zeigen sich aber die
physikalischen Grenzen: Hoher Schalldruck (also großer
Wirkungsgrad) bedeutet großes Volumen oder weniger
Tiefgang. Das lässt sich nicht ändern, so ist ein
Kennschalldruck oberhalb von 97 dB SPL bei unter 50 Hz
beim Bass einfach nicht machbar, oder man hätte riesige
Volumen von mindestens 200 Litern.
2. Treiberauswahl
Anforderungen an den Basstreiber:- 15" Subwoofer für entsprechende Membranfläche (sonst müsste Xmax zu groß werden)
- noch handhabbarer Boxengröße (50 ... 120 Liter)
- Für Bassreflex-Gehäuse geeignet (Qts) mit guter Belüftung und höherem Wirkungsgrad.
- Pegel mindestens 95 dB SPL bei 1 W 1 m (Hier zog ich allerdings nur die aus den TSP errechneten Werte heran, die besser vergleichbar sind.) Durch das Positionieren auf dem Boden sollten hier rein messtechnisch aber nochmals etwas hinzukommen.
- Belastbarkeit mindestens 600 W RMS-Leistung mit möglichst wenig thermischer Kompression (also 100-mm- bzw. 4-Zoll-Schwingspule)
- Xmax mindestens 8 mm, um 50 Hz mit mind 123 dB SPL linear zu treiben
- Xlim mindestens 12 mm, um bei großen Leistungen (>1000 W) keine Beschädigungen zu haben
Folgende Treiber habe ich mir genauer angesehen: die jeweiligen Bestwerte sind unterstrichen, Problemwerte rot fett hervorgehoben
(Einige weitere sah ich mir auch noch an, diese aber schnell wieder verworfen...)
| Treiber |
Qts |
fs (Hz) |
Pmax (W) |
Sd (cm²) |
Xmax (+- mm) |
Xlim (+- mm) |
dB SPL bei 1W / 600W / Pmax* |
powercompression |
BR: V / fgu |
Preis (EUR)* |
| 1. 18sound 15NLW9500 |
0,32 |
35 |
1000 |
910 |
9,0 |
19,5 |
95,0 / 122,8
/ 125,0 |
2,6 dB |
90 l / 45 Hz |
309 |
| 2. 18sound 15W750 |
0,37 |
39 |
600 |
910 |
8,0 |
19,0 |
97,1 / 124,9 / 124,9 |
4,0 dB |
150 l
/ 45 Hz |
210 |
| 3. 18sound 15NLW9300 |
0,26 |
39 |
800 |
900 |
8,0 |
17,5 |
97,6 / 125,4 / 126,6 |
3,0 dB |
60 l / 60
Hz |
325 |
| 4. Eminence Omega Pro 15A | 0,32 |
33 |
800 |
856 |
4,8 |
12,2 |
96,4 / 124,2 / 125,4 |
? |
130 l
/ 44 Hz |
219 |
| 5. Eminence Kappa Pro 15LF-2 |
0,30 |
35 |
600 |
856 |
6,7 |
18 |
96,2 / 124,0 / 124,0 |
? |
100 l / 47 Hz |
185 |
| 6. Fane Colossus 15 XB | 0,32 |
38 |
800 |
855 |
7,5 |
? |
96,3 / 124,1 / 125,3 |
? |
95 l / 48 Hz |
230 |
| 7. Fane Colossus Prime 15 XS | 0,31 |
36 |
1000 |
855 |
12 |
30 |
95,4 / 123,2 / 125,4 |
ca. 3 dB? |
80 l / 47 Hz |
249 |
| 8. RCF
L15P200AK-II-8 |
0,34 |
38 |
800 |
830 |
9,8 |
18 |
95,3 / 123,1 / 124,3 |
? |
90 l / 45 Hz |
229 |
| 9. BMS 15S330 |
0,37 |
40 |
600 |
881 |
8,0 |
? |
96,1 / 123,9 / 123,9 |
? |
90 l / 48 Hz |
259 |
| 10. BMS 15N830V2 |
0,27 |
37 |
1100 |
881 |
8,0 |
? |
96,3 / 124,1 / 126,7 |
? |
55 l /
59 Hz |
400 |
| 11. Faital FX560 |
0,30 |
38 |
700 |
810 |
9,4 |
10,9? |
95,5 / 123,3 / 124,4 |
? |
65 l / 52
Hz |
380 |
| 12. beyma 15G40 |
0,30 |
37 |
700 |
830 |
7,0 |
16,5 |
95,8 / 123,6 / 124,3 |
? |
75 l / 50 Hz | 260 |
| 13. B&C 15PZB100 |
0,29 |
39 |
700 |
855 |
8,0 |
? |
96,7 / 124,5 / 125,2 |
? |
65 l / 56
Hz |
255 |
| 14. Precision PD.15BR40 |
0,32 |
38 |
700 |
830 |
10,5 |
? |
95,7 / 123,5 / 124,2 |
? |
80 l / 49 Hz |
225 |
| 15. Volt RV4504-18 |
0,35 |
33 |
750 |
962 |
10 |
25 |
95,0 / 122,8
/ 123,8 |
? |
150 l
/ 38 Hz |
>500 |
| 16. celestion FTR15-4080FD |
0,25 |
34 |
1000 |
855 |
6,0 |
? |
95,1 / 122,9
/ 125,1 |
? |
40 l / 60
Hz |
? |
Die Preise sind von Anfang 2014, bei einigen Chassis (so z.B. auch bei den betrachteten RCF und dem Fane) gab es Mitte 2015 eine Preiserhöhung um durchschnittlich 5...10 %.
Resümee:
Man sieht schnell, dass hier keiner zaubern kann. Leider gibt nur Eighteensound die Power-compression bei Maximal- und halber Leistung an. (Der Tabellenwert oben ist bei Pmax.) Dieser sagt aus, um wie viel Dezibel der Pegel gegenüber dem erechneten niedriger ist. Je besser die Schwingspulenkühlung funktioniert, desto geringer ist dieses Delta.
Der Volt ist ein 18"-Woofer mit kleinerer Membranfläche, der aber richtig tief gehen kann, wenn man ihm Volumen gibt. Er ist im Schnitt nur 1 dB leiser, mit 300 Pfund (>400 EUR) aber zu teuer.
Beide Eminence-Teile sind von den Eckdaten und dem Preis wirklich ziemlich gut, nur die lineare Hub Xmax ist für große Pegel einfach zu klein. Auch der beyma wäre geeignet, er erlaubt etwas kleinere Volumen und der Tiefgang ist nur marginal schlechter.
Der Fane Colossus 15XS braucht etwas mehr Power, um auf den gleichen Pegel zu kommen, dafür ist das Gehäuse kleiner. Oder man erhöht es von 80 l auf 110 l, kommt damit auf etwa 43 Hz runter, mit einem Buckel. Die 200 l aus dem Datenblatt halte ich dann doch für etwas zu viel. Daneben war auch der RCF-Klassiker L15P200 in seiner aktuellen Variante AK2 und der precision PD15BR40 interessant.
Ich machte mir mal den Spaß, die Kurven meiner 3 Favoriten (Fane, RCF und precision devices) bis 2 kHz übereinander zu legen. Also nahm ich das Bild aus dem precision-Datenblatt und kopierte die anderen beiden angepasst mit hinein.
Die Einbaugüten Qtc sind im Bild vergleichbar, sie liegen beim Fane bei 0,33 (975 l) beim RCF bei 0,37 (600 l) und beim precision bei 0,34 (975 l). Durch die Halbraum-Messung könnten hier die Pegel abweichen, also 3 dB über dem theoretischen Wert liegen. Ob auch der Raum die Frequenzgangmessung beeinflusst hat, kann ich nicht sagen, vermute es aber stark. Bei etwa 1,1 kHz treffen sich alle Verläufe in einem Punkt.
Der RCF sieht hier am gleichmäßigsten aus, hat aber den geringsten Pegel im wichtigen Frequenzbereich zwischen 40...150 Hz. Er hat auch nicht die Senke um 60 Hz wie die anderen beiden. In der Abstimmung könnte dieser Anstieg eventuell zu einer Begradigung führen, da hier bei ca. 50 Hz der Pegel wieder steigt. Der precision hat erst um 90 Hz den höchsten Pegel, er könnte hier etwas wummerig klingen.
Der Frequenzgang des RCF ist bis 250 Hz absolut sauber und der Treiber ließe sich wirklich, wie von Hersteller angegeben bis 1 kHz betreiben. Den Fane würde ich ohne Entzerrung nicht betreiben, er ist schon im unteren Bereich sehr wellig. Auch die 500 Hz vom Hersteller würde ich sicherlich nie nutzen, bei 300 Hz ist hier spätestens Schluss. Diese Schwankungen können durch Raumreflexionen oder vom Aufbau der Zentrierspinne oder Aufhängung stammen.
Schaut man sich den Aufbau des Treibers an, sieht der Fane am robustesten und besten ventiliert aus, er hat ja auch die höchste Maximalleistung. Auch der RCF scheint eine gute Schwingspulenkühlung zu haben. Laut Internetkommentaren ist er auch ein richtiger Druckmacher. Der precision erscheint hier etwas altbacken und hat auch die geringste Maximalleistung, er sollte also auch die höchste power-compression haben.
Für maximalen Pegel nimmt man den Fane, für besseren Klang den RCF.
Fane: |
Fane-Datenblattangaben:
Leider ist das Datenblatt ziemlich dürftig. |
||||||||||||||||||||||||||||||||
RCF: |
RCF-Datenblattangaben:
Auch hier ist das Datenblatt noch etwas dürftig. |
Simuliert man die beiden Treiber in einem Bassreflexgehäuse, fühlen sich beide bei 90 Litern wohl, der Pegelunterschied ist minimal (unhörbare 0,3 dB). Leider ist die thermische Kompression nicht angegeben.
Da der RCF hier einen deutlich linearen Verlauf im Bassbereich hat, mit 800 W gegenüber 1000 W nur minimal weniger Power besitzt und sogar noch etwas günstiger ist, nahm ich diesen Klassiker.
3. Bassreflex-Abstimmung und Gehäusegröße
Wie schon erwähnt genügen 90 Liter Bassreflex für den RCF.
Ich spendierte ihm etwas mehr, um etwas tiefreichenden Bass
zu bekommen.Als sinnvolle Querschnittsfläche wählte ich 279
cm², das sind mehr als 1/3 (genau 33,6%) der Treiberfläche,
auch bei der Berechnung abhängig von der Tuningfrequenz (43
... 46 Hz nominal) und Xmax reicht das aus. Mit Dämmwolle an
den Seiten ging ich von einem Bruttovolumen von 100 Litern
aus, die effektive Tunnellänge musste dann etwa 28 cm
betragen.Frontdarstellung mit Maßen: |
Seitendarstellung mit Maßen: |
Die nicht bemaßten Leisten rechts sind Streben zur Versteifung.
Die Simulation bei 100 Litern (3x d=10 cm / L=28 cm) ist stark abhängig vom Verlustfaktor, mit QL=10 ergibt sich eine unterre Grenzfrequenz von 42 Hz (-3 dB) bzw. 34 Hz (-8 dB) und 32 Hz (-10 dB).
4. Gehäusebau
Zum Einsatz kamen wieder wie im Projekt 5 die 15 mm Multiplexplatten (Meranti), die leicht und stabil sind. Die Front wurde ebenfalls aus dieser Dicke gefertigt, aber noch 20 mm zurückgesetzt.Die Breite und Höhe wurde möglichst klein gewählt, 44 cm Außenbreite und 52 cm Höhe, für die Tiefe ging ich auf 55 cm. Der Bassreflextunnel wurde unterhalb des Treibers als rechteckigen Tunnel über die komplette Breite eingeplant. In die Mitte kam nur ein 12-mm-Steg zu Stabilisierung. Somit ergaben sich 7 cm Tunnelhöhe bei einer effektiven Breite von 39,8 cm, Die 12 mm starke Multiplexplatte für den Tunnel ist 26 cm tief und wurde hinter die Frontplatte geschraubt, so ergeben sich etwa 29 cm an effektiver Bassreflexrohrlänge. Mit dieser Größe lassen sich zwei dieser Boxen zur Not auch auf dem Rücksitz einer normalen Limo transportieren.
In jeden Deckel kam je ein Boxenflansch, um mit einer 35-mm-Distanzstange die Tops in korrekter Höhe zu halten.
Vor allem durch das leichte Holz, aber auch passable Treiber sowie Kunststoff-Griffe (Monacor MZF-337) ist jede Bassbox relativ leicht.
Hier sind die beiden Tops mit den 2 Bässen, den passiven Frequenzweichen zu sehen:
In der Mitte sind die beiden passiven Weichen für die Tops und die Distanzrohre (d= 35 mm, l= 100 cm) zu sehen
5. Pegel
Bei den ersten Test merkt man schnell, dass die Chassis erst mal eine Einlaufphase benötigen, um weicher zu werden. Das bestätigte auch die buckelige Messung.Bei extrem tiefen Bässen pustet es ordentlich im Reflexkanal. Aber auch in Räumen kann man mit 2x150 W ordentliche Pegel erzeugen. Für deutlich höhere Pegel (draußen oder in Sälen) sind aber große Endstufen mit mind. 600 W notwendig.
600 W sind nur 75 % der RMS-Leistung, die Bässe werden also nicht an die Grenze gefahren und sollten so lange halten.
Bei Frequenzen oberhalb 38 Hz verlässt die Schwingspule auch bei 800 Watt nicht den linearen Bereich Xmax des Treibers.
Die Hoch-Mitteltöner waren hier aufgrund des 6 dB höheren Wirkungsgrades und empfindlicherer Ohren noch im Leerlauf.
Aufgrund des Blinkens der -6dB-LED am 2x600-Watt-Amp kam in großen Räumen der Wunsch nach mehr Reserve auf: Vor allem im Freien dürfte das auch nötig sein.
Mit einem zweiten Paar Bässen kann man hier noch etwas drauflegen. Das zweite Paar erhöht den Kennschalldruck um 3 dB, wenn die Bässe nah genug beieinander stehen. Mit dann doppelter Leistung erhält man so 6 dB mehr Schalldruck.
Mit den beiden parallel geschalteten Bass-Paaren (jede Seite 2 Stück) kam ich von 2 x 600 W auf 2x 920 W und steigerte so den Maximalschalldruck um etwa 5 dB. Jeder Subwoofer erhält dann 460 W ist also bei nur 58 % der RMS-Belastbarkeit.
Um die Boxen sowohl nebeneinander als auch übereinander stapeln zu können, blieben die Abmessungen des zweiten Paars gleich.
Das neue, zweite Paar bekam dafür je 4 runde Sacklöcher (Tiefe 5 mm) in den Deckel gebohrt, um die Hartgummi-Füße (D=40 mm, d=15 mm) des oberen Subs aufzunehmen und einen stabilen Stand zu gewährleisten. Das Holz wurde daher unter diesen Sacklöchern noch etwas verstärkt.
Ein weiterer Unterschied zwischen altem und neuem Paar war ein anderer Flansch. Das erste hat einen 35-mm-Stahleinsatz zum Einstecken, das zweite bekam nun einen M20-Schraubflansch (Rockstand Flange Adapter M20 Bolt bei thomann).
Im Fall des Aufeinanderstapelns muss dann eine kürzere Distanzstange verwendet werden. Ich nutze dafür dann anstatt der 1 m langen Stange für jede Seite je eine 60 cm lange Stange, die ich durch Trennen eines originalen 120 cm langen 35-mm-Rohrs erhielt.
Um bei tiefen Bassfrequenzen nicht den linearen Hubbereich (+- 9,8 mm) zu verlassen, kam in der digitalen Weiche ein low-cut 4. Ordnung zum Einsatz. Abhängig von der maximalen Leistung am Lautsprecher wählt man die untere Grenzfrequenz fgu (-3dB = halbe Leistung) Da der Lautsprecher oberhalb der Tuningfrequenz immer mit bis zu 900 Watt betrieben werden kann, ohne dass die Membran mechanisch den Magneten verlässt, nehme ich mal 450 W als maximalen Punkt bei fgu an und nahm daher 35,6 Hz. Für andere Maximalleistungen gilt folgendes:
| Leistung | 600 W |
700 W |
800 W |
900 W |
| fgu (BW -3dB) |
33,2 Hz |
34,1 Hz |
34,9 Hz |
35,6 Hz |
| fgu (L-R -6dB) |
27,7 Hz |
29,0 Hz |
30,2 Hz |
31,1 Hz |
6. Aktivsubwoofer
Wer den Sub als reinen Aktivsubwoofer betreiben möchte, hier wäre das Aktivmodul AVM-3 von JB-Systems vielleicht eine interessante Wahl. Für ca. 320 EUR gibt es ein Modul, dass neben der Lautstärkeregelung auch ein wahlweise einstellbares Tiefpassfilter bietet. Auch besitzt es die so wichtigen, symmetrische Eingänge (XLR in/out), ist in class-D ausgeführt und hat mit 800 W an 8 Ohm genug Leistung. Eine zusätzliche Speakonbuchse erlaubt das zusätzliche Parallelschalten eines weiteren Basses. Dann sind immerhin noch 1200 W an 4 Ohm drin, also 2x 600 Watt.Leider ist dieses Modul (Stand November 2021) nicht mehr erhältlich. Das AVM-2 gab es 2021 noch (ebenfalls für 320 EUR), dieses bot aber nur 500 W an 8 Ohm und 800 W an 4 Ohm. Der Bass ist damit etwa 2 dB leiser. Theoretisch wäre auch ein 4-Ohm-Chassis als Alternative möglich. Auch das RCF-Original gab es als 4-Ohm-Variante "L15P AK-4". Leider habe ich keine Parameter zu diesem Treiber finden können. Ende 2022 war auch dieses AVM-2-Modul nicht mehr käuflich zu erwerben.
Update zu Aktivmodulen 2023 siehe Projekt 11
7. Messungen
Hier mal eine Schallpegelmessung (mit dem REW) eines neuen Subs in 1 m Entfernung.Mittelung 1/6 Oktave, Messmikrofon ECM999 (noch nicht kalibriert)
Diese Messung sagt aber nur bedingt etwas aus, da der Raum leider einen starken Einfluss hat. Wobei ich eher vermute, dass der Lautsprecher noch zu neu und nicht eingelaufen war, da der Pegel der tiefen Frequenzen zu gering ist. Ich schaue mal, dass ich eine aktuelle Messung machen kann.
Eine Messung der Impedanz zeigt anhand der Phase eine Tuningfrequenz von etwa 42 Hz. Durch die Position des großen breiten Tunnels liegt sie niedriger als berechnet (43..46 Hz siehe Kapitel 3). Prinzipiell funktioniert diese Abstimmung aber noch.
