Die Idee
Die Idee für diesen Lautsprecher hatte ich aufgrund zweier Gegebenheiten: Erstens geisterte noch eines meiner älteren Konzepte in meinem Kopf herum, welches den ägyptischen Namen “Scribe“ trug, und zweitens bin ich schon vor einiger Zeit über den Eton 28HD1 gestolpert – nach meinem Dafürhalten ein erstklassiger Hochtöner. So schwebte mir eine hochwertige, gefällige kleine Standbox mit gutem Wirkungsgrad und guter Basswiedergabe vor, welche keinesfalls überladen aussehen durfte. Die Box sollte also eine durchweg gute Figur machen und natürlich den perfekten Blues spielen. Dem 28HD1 fehlte jetzt nur noch ein passender Spielpartner im Bassbereich, der gut in einer Zweiwege-Kombination mit diesem Hochtöner harmoniert. Einen solchen im Eton-Programm zu finden, war jetzt nicht mehr so kompliziert. Die Wahl fiel schnell auf den 7/302/C8/32HEX, einen 7“-Hexacone-Tiefmitteltöner aus der Symphony-Reihe, welcher durch einen prominenten Phaseplug der besonderen, etwas anderen Art auffällt. Das sind sehr viele Ambitionen in einer Box, schauen wir uns einmal die Umsetzung an.
Mit dem 7/302 steht keine sehr große Membranfläche für eine voluminöse Basswiedergabe zur Verfügung. Deswegen berechnete ich ein asymmetrisches Doppelkammer-System, das eine tiefe Basswiedergabe ermöglicht, ohne im Grundtonbereich dünn zu klingen.
Thiele und Small – die Schiedsrichter.
Warum nun ein Doppelkammer-System, und wie funktioniert so etwas? Über jeden Lautsprecher wachen Thiele & Small quasi als Schiedsrichter, ob die Bedingungen für einen bestimmtes Gehäuseprinzip erfüllt sind. Die sogenannten Thiele & Small
Parameter erlauben es, Gehäusevolumina zu berechnen und die Box klanglich abzustimmen. Die Parameter werden im Allgemeinen durch zwei Impedanzmessungen bestimmt, wobei die zweite Messung mit Zusatzgewicht oder geschlossenem Gehäuse das Äquivalenzvolumen ermittelt. Wird Knetmasse als Zusatzgewicht auf die Membran geklebt, verschiebt sich die Resonanzfrequenz nach unten, beim Gehäuseeinbau nach oben. So können wir der durch die erste Messung ermittelten Resonanzfrequenz des Chassis nach der zweiten Messung weitere zuvor unbekannte Größen wie die bewegte Masse der Schwingeinheit (Membran, Schwingspule, Teile der Sicke und der Spinne), sowie die (leichte) Luftmasse vor und hinter der Membran und eben das für die Gehäusekonstruktion wichtige Äquivalentvolumen der Membranaufhängung zuordnen .
Dabei handelt es sich um die Nachgiebigkeit der Aufhängung, welche komfortabel in Litern angegeben wird, wobei die eigentliche Nachgiebigkeit als Cms und die Größe in m/N (Meter durch Newton) berechnet wird. Das sagt euch nichts? Mir eigentlich auch nicht wirklich; deswegen haben die Herren Neville Thiele und Richard Small von der Universität Sydney die nach ihnen benannten Parameter so vereinfacht, dass sie leicht verständlich per Taschenrechner, oder besser noch per PC-Simulationssoftware, präzise Parameter für die Gehäusekonstruktion und -abstimmung darstellen können. Und was hat das nun mit den Litern auf sich? Ist es das Volumen, welches das Basschassis braucht, um korrekt zu funktionieren?
Es handelt sich beim Äquivalentvolumen also eigentlich um eine andere Angabe der Nachgiebigkeit (engl. compliance) Cms. Das heißt, dass die Nachgiebigkeit in Zusammenhang mit der Membranfläche (hier als Kolben zu verstehen) beispielsweise einer Größe von 30 Litern entspricht. Hier ein Beispiel zur Erläuterung: Nehmt eine Fahrradpumpe und haltet das Loch, aus dem die Luft strömt, mit dem Daumen zu. Wenn Ihr jetzt „pumpen“ wollt, dann habt Ihr eine gewisse Elastizität, wie eine Feder. Diese Nachgiebigkeit wird durch die Größe des Pumpenkolbens und die Luft zwischen Zylinder und dem Ende der Pumpe bestimmt. Die Elastizität – ausgedrückt im Äquivalentvolumen - entspricht nach der Methode von Thiel/ Small dem Volumen in der Pumpe. In unserem Beispiel kommen hier allerdings nur einige Kubikmillimeter als Äquivalentvolumen Vas in Frage. Stellen wir uns also die Lautsprechermembranfläche als Querschnitt des Kolbens vor und das Äquivalentvolumen als die Luft im Zylinder der Pumpe – nur dass die Fahrradpumpe eben deutlich kleiner ist, als die meisten Lautsprecher, von Smartphone-Lautsprechern einmal abgesehen.
Weitere Parameter sind Qes, Qms und der daraus resultierende, für die Berechnung passiver Lautsprecherboxen entscheidende Gesamt„güte“faktor Qts. Das sind die Parameter, welche die eigene Dämpfung des Lautsprechers bestimmen – ohne die würde die Membran bei jeder Anregung unkontrolliert schwingen. Qes ist die elektrische Dämpfung (vom Verstärker via Magnetsystem und Schwingspule kontrolliert) und Qms ist die mechanische Dämpfung (Reibungen in der Aufhängung sowie Kompressionseffekte und Wirbelströme).
Außerdem gibt es noch die Resonanzfrequenz, die, je tiefer sie ist, auch tiefere Töne wiedergeben lässt. Sie ist die Frequenz, bei der die Schwingeinheit immer ausschwingt, egal mit welchem Signal sie angeregt wird. Dieses sogenannte Feder-Masse-System ist allgegenwärtig in unserem Leben. Man kann es besonders gut in alten amerikanischen Filmen beobachten, wo die schweren Limousinen nach dem Bremsen noch einige Sekunden auf und ab schaukeln: Die große Masse des Wagens und die recht weiche Aufhängung lassen die Karosserie bei sehr geringer Frequenz einige Male nachschwingen. Genauso verhält es sich auch mit der Membran eines Lautsprechers.
Software
Mit den ermittelten bzw. gegebenen Parametern kann man eindeutige Gehäusevolumina für geschlossene Boxen, Bassreflex- oder Bandpass-Abstimmungen ermitteln, und in gewissem Maße auch das Verhalten in Transmissionlines oder Hörnern voraussagen.
Für jeden Tiefmittelton- und Basslautsprecher kann man solche TSP Parameter ermitteln, einige Lautsprecherchassis sehen sehr ähnlich aus, können aber völlig unterschiedliche Parameter haben, je nach Magnetsystem, Schwingspulenhöhe, Membranaufhängung usw..
Anfang der neunziger Jahre hat Intertechnik, seiner Zeit damals schon weit voraus, eine CD ROM herausgebracht, die neben einem interaktiven Katalog der Bauteile, Zubehör und Lautsprecher auch Vollversionen von Simulationsprogrammen enthielt, nämlich BoxCALC, NetCALC und BoxDRAW.
BoxCALC war ein DOS-Programm, dessen Bedienung sehr einfach war, und das sehr akkurate Resultate brachte. Neben den üblichen Abstimmungen (Butterworth, Linkwitz, Chebychev) bot es auch eine recht unbekannte, sogenannte Hoge-Abstimmung – benannt nach dem amerikanischen Bass Spezialisten W. J. Hoge, der einen Abstimmprozess entwickelt hatte, bei dem auch Parameter wie Raumeinflüsse mit einberechnet wurden. Diese Resultate waren besonders praxisgerecht.
Auch NetCalc war ein DOS Programm, das für die Simulation der Frequenzweichen mit Echtdaten gefüttert werden wollte, um damit präzise Frequenzgänge zu simulieren.
Boxdraw war eine grafische Version von Gehäuse-Simulationen, bei der man eine Vielzahl auch komplizierter Gehäuse zeichnen konnte und aufgrund der Zeichnung eine Simulation erhielt.
Leider sind diese CDs offiziell nicht mehr käuflich. Heutzutage besteht jedoch die Möglichkeit, Simulationen mit Freeware oder auch käuflicher Software durchzuführen. Beliebte Programme sind AJHorn, LSPCad oder Boxsim, wobei das letztere gratis ist. Etwas weniger bekannt und ebenfalls gratis ist BassCad, und mit etwas Geduld beim Suchen findet man im Netz noch einige weitere.
Obwohl auf gleichen mathematischen Formeln basierend, geben alle diese Programme etwas unterschiedliche Resultate aus. Wenn man sich nicht sicher ist, das richtige Volumen zu erhalten, dann helfen nur Erfahrungswerte. Simulation ist gut, aber das berechnete Gehäuse muss tatsächlich gebaut werden, um die simulierten Resultate in der Praxis zu überprüfen. Wenn das Ergebnis dann zufriedenstellend ist, kann man sich weiter mit der Software beschäftigen und diese gegebenenfalls sogar für sich selber optimieren.
Es ist am Ende eine Entscheidung des Lautsprecherentwicklers, wie er die Parameter des Chassis auslegt. Dabei geht es nicht um gut oder schlecht, sondern um die bestmögliche Funktion in verschiedenen Anwendungsbereichen. So sollte man beispielsweise ein mit BassCAD auf 25 Liter berechnetes Gehäuse für den SB Acoustics Satori MW16P auf 18 Liter auslegen, dann fühlt er sich pudelwohl, klingt voluminös und macht einen guten Tiefbass.
Die Simulation des Eton 7/302/C8/32HEX mit BoxCALC ergibt als ideales Volumen 12 Liter. Das so eine kleine Box nicht viel Tiefbass machen kann, ist verständlich. Man darf aber nicht so einfach das Volumen vergrößern, weil sich dann zwar mehr Tiefbass ergibt, der obere Bass bzw. der untere Mitteltonbereich (zwischen 80 und 200Hz) dann aber etwas schwächelt und die Box schlank klingt. Beim Eton darf dann noch erwähnt werden, dass er mechanisch etwas mehr Leistung einstecken kann als andere Chassis dieser Größe.
Die obere Vergleichsimulation, gemacht mit BassCAD, zeigt das typische Verhalten eines Lautsprechers, wenn man ihm zuviel Volumen gibt. Schwarz ist der Eton in einem kleinem Gehäuse, wo er ein lineares Üubertragungsverhalten hat, aber nur bis etwa 64Hz bei -3dB geht. Grau ist zum Vergleich des Satori MW16P, der laut BassCAD 22 Liter braucht, dementsprechend tief runter geht (38Hz bei -3dB). Was uns das Programm nicht zeigen kann, ist der echte Wirkungsgrad der Chassis (die 0dB sind ein Bezugswert). Tatsächlich hat der Eton über zwei dB mehr Wirkungsgrad. Rot ist der Eton in 30 Liter mit relativ hoher Abstimmumg. Tiefbass ist da, aber der Bereich zwischen 65Hz und 200Hz zeigt eine Absenkung von fast 2dB - das hört man, die Box hat zwar Bass, klingt aber dünn.
Grün ist das gleiche Gehäuse von 30 Litern, aber tief abgestimmt: hier müsste man den Frequengang mit Bauteilen korrigieren, und der gesamte Wirkunggrad verliert 3dB. Bei unserem Doppelkammerprinzip haben wir den guten Wirkungsgrad und Tiefgang in einem. Weil die exzellenten Daten und die nach wie vor herausragende Hexacone-Membran ein idealer Spielpartner für den 28HD1 sind, haben wir mit dem Doppelkammersystem in die Trickkiste gegriffen und beides erhalten: Klangvolumen und Tiefbass.
Das Lautsprecherchassis betuppt
Ich habe dem 7/302 einfach das laut Abstimmung passende Volumen als kleineres der beiden Kammern im oberen Bereich des Gehäuses spendiert. Somit „sieht“ der 17er sein gewünschtes Volumen und spielt so wie erwartet, voluminös, mit Körper, aber auch mit wenig Tiefpass. Wenn da nicht der Trick des zweiten Volumens wäre …
An das obere Volumen ist über drei Öffnungen im Schrägbrett ein zweites unteres Volumen von 20 Litern angekoppelt, das einen zweiten Helmholtz-Resonator darstellt und ordentlich Tiefbass hinzufügt. Die Anzahl und Durchmesser der Öffnungen wird so berechnet, dass der Tiefmitteltöner das notwendige Luftpolter erhält, als ob er in einem normalen Reflexgehäuse arbeitet. Ein normales BR Rohr HP70 gekürzt fungiert hier als ganz gewöhnliche Bass-Reflex-Funktion. Das Resultat ist eine recht zierliche Standbox, die bis in den Frequenzkeller geht und dabei auch noch in allen anderen Bereichen erwachsen klingt.
Vertraut man nur der Software, dann sieht das obere Volumen mit drei Öffnungen nach einer Fehlabstimmung aus, das ist es aber keineswegs, sondern empirisch so optimiert, dass ein Volumen von knapp 11 Litern herauskam. Mit Hilfe von Boxdraw konnte ich das hier vorgestellte Prinzip komplett zeichnen und gleichzeitig kleinere „Fehler“ ausgleichen, die mit den Annäherungen entstehen.
Ist das nun die ideale Gehäusekonstruktion? In unserem Fall, ja. Messtechnisch gesehen erscheint es so, als ob diese Konstruktion bei der Impulswiedergabe nicht so gut wie eine reine Bass-Reflex-Konstruktion wäre, dies ist aber völlig irrelevant für normale Wohnräume. Wer hört schon in einem toten Messraum seine Musik? Die Cantare klingt trocken, geht tief herunter und ist dabei überraschend voluminös.
Adäquater Spielpartner des Tieftöners in diesem etwas besonderen System ist der 28HD1 als großer Bruder des 26HD1. Der Membranaufbau ist gleich, die Sicke aus dem gleichen Material und das Magnetsystem sehr ähnlich aufgebaut, nur alles eben eine Nummer größer. Der wichtigste Unterschied ist die etwa 30% größere Membranfläche, die der 28HD1 zu bieten hat. Das kann man entweder als höhere Dynamik nutzen, so bei 2kHz, oder dazu, dass man den 28HD1 nicht so steilflankig in der Frequenzweiche abtrennen muss. Das größere Magnetsystem kompensiert das etwas höhere Gewicht der größeren Membran, es ist aber auch insgesamt stärker, um einen höheren BL Faktor zu bieten. Der 28HD1 hat also das Zeug zum Klassenprimus, der sich mit Hochtönern messen kann, die deutlich teurer sind.
Die Chassis
Hochtöner 28HD1
Frequenzgang 28 HD 1 Impedanzverlauf 28 HD 1
Der 28HD1 ist eine 28mm (Schwingspulendurchmesser) Kalotte aus Metall. Genauer gesagt, besteht die Membrane aus einer Magnesium-Sandwichkonstruktion, die mit Keramik von beiden Seiten beschichtet ist. Eton bezeichnet dies als Keronit. Üblicherweise wird bei einer Metallkalotte ein Metalldom mit weichem und dämpfenden Material beschichtet. Eton, setzt aber stattdessen beim 28HD1 hartes Keramik ein, welches anscheinend nicht sehr dämpfend ist. Herr Vavron von Eton erklärt aber, daß Magnesium schon hochdämpfend sei und zwar wesentlich mehr als Aluminium. Anstatt nur zu bedämpfen, werden durch die Kombination von zwei Materialien, sehr unterschiedlicher Natur, die inneren Vibrationen gegenseitig aufgehoben. Das hört sich logisch an, aber wie zeigt sich das in der Realität? Wenn man sich den Frequenzgang oberhalb 20kHz ansieht, hat man zwar diese typische Frequenzgangerhöhung, aber nicht das bei Metallkalotten übliche „Aufbrechen“ im Frequenzgang. Die für Metall typische Schärfe im Klang tritt hier nicht auf. Da Magnesium außerdem sehr leicht ist, erhöht die Doppelbeschichtung das Gewicht der Membrane nicht wesentlich. Mit 0,32 Gramm bewegter Masse, ist das nicht mehr als bei einer 28mm Gewebekalotte! Das Magnetsystem hat es auch in sich. Ein 60mm großer Neodymmagnet erzeugt ein sehr kräftiges Feld mit einem Bl von 4,83Tm.
Ein intelligent entwickeltes recht großes Volumen ist hinten angeflanscht, dessen Abdeckung aus gewölbtem Metall besteht, welches Resonanzen im Keim ersticken soll. Verbunden ist dieses Volumen mit der Hinterseite der Kalotte über eine sehr große Bohrung im Polkern. Das ganze System ist innen mit Watte bedämpft. Die Konstruktion erlaubt deswegen auch eine niedrige Resonanzfrequenz von 670Hz.
Tiefmitteltöner 7/302/C8/32HEX
Eton bietet seine 7 Zoll Tiefmitteltöner aus der Symphony Line in vier verschiedenen Ausführungen an, die alle recht ähnlich sind, aber in Details unterscheiden.
Wir haben uns für den 7/302 mit Phaseplug entschieden, weil der Frequenzgang bei hohen Frequenzen unter 15°–30° Winkel linearer ist und der Schwingspulenträger aus Kapton besteht, das die Wirbelstromverluste minimiert (0,72 vs 1,56kg/s). Dies verspricht eine deutlich konturiertere Basswiedergabe. Warum bietet Eton nicht gleich nur Kapton an? Nun ja, das hängt vom Einsatzbereich ab. Man könnte einen solchen 7 Zöller auch als Mitteltöner einsetzen, wobei die Membrane wenig Hub erzeugt. Wirbelströme (die man im englischen Eddy Currents bezeichnet) sind dann nicht störend. Ausprobiert haben wir beide, aber für diese Kombination ist der „Kapton“ einfach besser.
Ansonsten ist der 7/302 ein klassischer Eton Tieftöner, mit 32mm Schwingspule und einer Hexacone Membrane der letzten Generation. Das kräftige Magnetsystem mit einem 103mm großen Magneten ist mit gedrehten Polplatten ausgestattet, die das Chassis besonders Edel aussehen lassen. Der mit 89dB recht hohe Wirkungsgrad lässt gute Feindynamik zu.
Das Gehäuse
Beim Gehäusebau mit 19mm MDF sind keine große Schwierigkeiten zu erwarten. Einzig das schräge Trennbrett mit drei Bohrungen macht etwas Arbeit. Die angegebene Länge von 28cm muß beim Zuschnitt beibehalten werden. Anschließend können die Kanten gefräßt werden. In der oberen Kammer ist eine Querversteifung und unten eine Kreuz- oder Rahmenversteifung vorgesehen. Falls der Lautsprecher ohne Sockel gebaut wird, dann sollte das Gehäuse um etwa 4 cm verlängert werden, um den Hochtöner auf die gewünschte Höhe zu bringen.
Die Frequenzweiche
Die Parameter der Chassis lassen auch eine relativ einfache Weichenschaltung zu. 12dB als Hoch- und Tiefpass, ein wenig Korrektur im Mittelton (die Hexacone-Membrane „bricht“ wegen ihrer enormen Stabilität bei hohen Frequenzen etwas auf und muss gezügelt werden). Der Hochtöner hat eine enorme Auflösung und die Weiche ist so optimiert, daß sie unsanfte Spitzen der Verstärker filtert. Wer aber mag, kann mit R4 und C6 spielen.
Alle Frequenzweichenbauteile sind, wie auf der Abbildung zu sehen, im Bausatz enthalten.
Die Weiche wird in das untere Gehäusefach eingebaut, wo lediglich 8-mm-Bohrungen gemacht werden müssen, damit die Kabel zu den Chassis geführt werden können. Verschließen nicht vergessen!
Dämpfung
Zur Vermeidung stehender Wellen wird der Boden der unteren Kammer mit drei Lagen Sonofil belegt, die Rückwand der unteren Kammer mit einer Lage. Die obere Kammer braucht zwei Lagen auf der Rückwand, die Seiten werden ebenfalls mit Sonofil bekleidet. Wichtig ist, dass auch das Schrägbrett von oben mit einer Lage Sonofil versehen wird.
Messungen
Frequenzgang 0°, 15° und 30° - Frequenzgang Hoch- und Tiefpass - Frequenzgang mit Nahfeldmessung + Impedanz
Verzerrungen bei 90dB - Sprungantwort - Wasserfall
Klang
Im Bass hat die Cantare schnell gezeigt, dass das Konzept funktioniert, also konnte ich erstmal aufatmen. Es galt noch, den Mitteltonbereich perfekt abzustimmen, damit er weder blass noch quäkend daherkommt. Hier hatte ich allerdings ein Dilemma: Die Spulenwerte in der E-Reihe machten ordentliche Sprünge, und ich brauchte genau einen Zwischenwert. Ermittelt habe ich den benötigten Wert, indem ich von einem höheren Wert schrittweise Draht abgewickelt habe, bis der Klang stimmte. Da Intertechnik jeden beliebigen Wert im Hause wickeln kann, hatte ich das Privileg, für die Bausätze den Spulenwert herstellen zu lassen, der optimal funktioniert. Das ist Luxus, denn ich verwende hier zur Vermeidung von Drahtresonanzen eng selektierte, verbackene Spulen, die selbst nicht abgewickelt werden können.
Im Bass macht die Cantare schon ordentlich Druck, etwas Größeres braucht der Mensch kaum als Lautsprecherbox. Gezupfte Bässe wie z.B. von Ray Brown klingen bei manchen Boxen mit nur einem 17er oft etwas zurückhaltend, hier vermisst man den typischen schwarzen Sound in der "Stimme" des hölzernen Resonanzkörpers . Die Cantare jedoch lässt den Bass pechschwarz klingen, ohne zu dick aufzutragen.
Die Supronyl-Sicke des 28 HD 1 benötigt etwas Zeit und Temperatur, um entsprechend nachgiebig zu werden. Das bedeutet nicht, dass man jetzt den Hochtöner in die pralle Sonne legen soll, sondern dass die Schwingeinheit ihre eigene Wärme (wie sie jede Schwingspule produziert) zur Magnesium-Kalotte überträgt und so die Sicke etwas vorwärmt. Ohne von Eton hier eine Bestätigung erhalten zu haben, kann ich das meinem Empfinden nach so definieren. Nach einem Wochenende des Einspielens konnte die Box dann zeigen, was sie kann: Die bekannte Wärme im unteren, die ausgewogene Natürlichkeit im oberen Mitteltonbereich, dazu ist die 28 HD 1 eine echte Sensation. Für einen Metallhochtöner klingt die Kalotte sanft wie eine Katze, doch das Auflösungsvermögen ist phänomenal. Transparenz bis zum Abwinken, dabei eine Dynamik, wie man sie sich wünscht. Aber da ist noch was anderes: Streicherorchester bei Klassik klingen, wie das unsere angelsächsischen Freunde so treffend nennen, „sweet“ – süß wie samtiger Honig.
Der perfekte Hochtöner also? Günstig ist der Hochtöner beileibe nicht, aber meiner Meinung nach schlägt sich der 28 HD 1 mehr als wacker gegen sehr viel teurere Hochtöner.
Seit ich vor Jahren zum ersten Mal das Stück „I don´t wanna grow up“ von Holly Cole von der CD „Temptation“ von 1995 aus einer mit Eton-Chassis bestückten Box gehört habe, war ich tief beeindruckt, wie die Hexacone-Membrane diese Wärme des gezupften, elektrischen Basses wiedergeben konnten. Das schwebende Klavier wurde schön etwas hintergründig in den Raum gestellt, die rauchige Stimme der Frau aus Kanada ließ Jazzbar-Atmosphäre pur rüberkommen. Dieses Gefühl kam hier wieder auf: Beim Abspielen der beliebten CD „Jazz at the Pawnshop“ bin ich dann quasi gratis nach Schweden gekommen, um mir das Konzert, das zu den besten (Jazz-) Aufnahmen zählt, die ich kenne, auf ganz neue Weise live anzuhören. Großartig!
Die Cantare passt aufgrund Ihrer angenehmen Größe zu vielen Einrichtungen und ich hoffe, dass sie einige Wohnzimmer für Jahre klanglich bereichern wird. Dazu vielleicht optisch in einem Gehäuse aus schönem Wurzelholz oder was immer gut zum persönlichen Wohnstil passt.
