Studio Monitore mit Profianspruch: diy

[einheit13]

Hallo zusammen,

um es direkt vorweg zu schicken: nein, es geht mir nicht darum günstig irgendwelchen Kram nach zu bauen. Und ich möchte hier auch kein Geld sparen, es geht mir darum als Elektrotechniker Studio Monitore zu entwickeln, die deutlich über das Home Recording Segment hinausgehen. Für mein empfinden rede ich hier von einem professionellen Anspruch. Mir geht es in erster Linie um die technische Herausforderung und den Reiz dabei. Wenn sich nachher herausstellen sollte, dass das Vorhaben so nicht umzusetzen ist, sei es technisch oder finanziell, ist das für mich auch nicht schlimm. Dazu bräuchte ich allerdings etwas Hilfe. Ich bin Elektrotechniker und kann von meiner Seite die elektrische Komponente vom Know-how her gut abdecken. Lücken habe ich beim Gehäuse. Dabei geht es weniger darum welcher Gehäusetyp, also ob Bassreflex oder geschlossen… sondern welche Auswirkungen die Gehäuseform auf das Abstrahlverhalten hat.
Mein Plan ist aktuell: ich möchte mir Nahfeldmonitore entwickeln. Das Abstrahlverhalten soll klar nach vorne gerichtet sein, das Gehäuse soll möglichst wenig (im Idealfall gar keinen) Schall in den Raum emitieren. Ein zwei Wege System reicht völlig aus. Ich möchte ohne Subwoofer auskommen und strebe eine Grenzfrequenz von circa 40 Hz an. Tiefer wäre natürlich nicht schlecht, halte ich aber für unrealistisch. Dass der Frequenzgang sehr linear und das Impulsverhalten sehr impulstreu sein sollte brauche ich glaube ich nicht extra aufzuführen. Jeder einzelne Speaker soll einen eigenen Treiber bekommen und die Frequenztrennung möchte ich extern durchführen. Ich möchte damit erreichen, den Bereich der Übergangsfrequenzen sehr schmal zu halten.
Da ich, wenn ich das System einmal gebaut habe, nichts mehr verändern kann, möchte ich bei der Planung mit einer Simulation beginnen. Von entsprechenden CAD Programmen zur Simulation von Lautsprechern brauche ich im ersten Schritt einmal Hilfe, Denn davon habe ich leider keine Ahnung. Worum ich hier bitte sind im ersten Schritt Informationen zu:
- Simulationsprogramme zum Bau von Lautsprechern.
- Informationen/Literatur zum Einfluss der Gehäuseform/Größe (abgerundete Kanten, Ecken) auf den Klang und das Abstrahlverhalten. Gehäuse dicke, Gehäusematerial, alles was dazu dient um das Gehäuse aus der Klangbeeinflussung heraus zu halten.
Ich denke, dass ich hiermit erst einmal genug Theorie für erste Überlegungen und Planungen habe.

Vielen Dank

 

[the flix]

Die Hobby-Bastler-Gemeinde arbeitet momentan meines Wissens nach hauptsächlich mit diesem Simulationstools:
Boxsim
Vituix CAD

Es gibt noch weitere wie WinISD, Hornresp, AJHorn und viele mehr, die sich aber nur auf die Simulation der Basswiedergabe beschränken.

Der Klassiker der Literatur ist immer noch "Lautsprecherbau" von Vance Dickason.

An der Stelle seien noch ein paar grundlegende Worte zu deinem Vorhaben erlaubt.
Ein Studio-Monitor nach aktuellem Stand der Technik ist selfpowered, aktiv getrennt. Das heißt, er besitzt pro Weg ein intern verbautes Endstufenmodul und davor einen DSP, der sämtliche Frequenztrennung und Entzerrung übernimmt. Das selbst zu bauen halte ich für sehr ambinioniert bis unmöglich. Dazu braucht es in der Regel mehrere Ingenieure mit Erfahrung sowohl im Bereich Leistungselektronik, als auch Signalverarbeitungselektronik. Ich weiß nicht, was sich bei dir hinter "Elektrotechniker" versteckt.
Die praktikabel Lösung ist an dieser Stelle, auf fertige Module zu setzen. Sehr gut eignen sich dafür z.B. die Hypex Fusion Amps.
https://www.hypex.nl/plate-amplifiers/
Wer das besser im DIY hinbekommt, sollte damit seinen Lebensunterhalt verdienen.
Die Entwicklung eines Lautsprechers, der hohe technische Ansprüche erfüllen soll, ist sehr komplex. Das liegt an den vielfältigen Wechselwirkungen zwischen Elektronik, Mechanik und Akustik. Lautsprecherentwickler wird man nicht von heute auf morgen und die besten Geräte werden selten von einzelnen Personen entwickelt, sondern von Teams aus Experten für die jeweiligen Fachgebiete. Dass der erste Versuch eines Entwicklers gleich ein Treffer ist, ist sehr unwahrscheinlich.
Besonders zu beachten ist, dass kein Lautsprecher gut wird, ohne akustische Messungen. Man kann heute sehr viel simulieren und die Simulationstools sind sehr mächtig geworden. Aber schlussendlich kommt keine Entwicklung ohne Messungen aus. Und das ist für den Privatmensch sehr schwierig, da in der Regel keine geeignete Räumlichkeit zur Verfügung steht. Akustische Messungen werden in einer Umgebung gemacht, welche die Messung nicht beeinflusst. Das ist entweder ein Voll-Absorber- oder ein Halb-Absorber-Raum (schallharter Boden). Alternativ kann man im Freifeld messen, also draußen. Das ist für den DIYler in der Regel die einzige umsetzbare Variante, geht aber natürlich auch nur, wenn ein Garten etc. mit den notwendigen Abmessungen vorhanden ist.
Bei akustischen Messungen kann man sehr viel verkehrt machen. Es braucht Erfahrung und auch einiges an Equipment (Messmikro mit Vorverstärker, Software, Drehteller...), um sie erfolgreich und sinnvoll durchführen zu können. Nach der Durchführung kommt die Interpretation der Ergebnisse, hier sind wir wieder beim Thema Wissen und Erfahrung.

Ich habe selbst vor ein paar Monaten mir Lautsprecher für den Schreibtisch gebaut, die ich auch als Monitore verwende. Das waren nicht meine ersten Lautsprecher, aber die ersten als komplette Eigenentwicklung. Dabei habe ich Boxsim und dazu passend Visaton Chassis genutzt. Die Frequenztrennung (3-Wege) ist passiv durchgeführt, wobei die Frequenzweiche nur für die Trennung zuständig ist. Die Entzerrung mache ich aktiv im Digitalpult, das zwischen PC und Verstärker hängt. Ich besitze etwas Equipment für akustische Messungen und habe einige Erfahrung damit. Damit konnte ich die korrekte Funktion der Frequenzweiche überprüfen und die Entzerrung durchführen. Es gab durchaus relevante Abweichungen zur Simulation.
Schlussendlich bin ich mit dem Ergebnis zufrieden. Aber es ist mir bewusst, dass meine Lautsprecher nicht mit den Besten mithalten können. DIY im Lautsprecherbau betreibt man aus Idealismus, aus Spaß am bauen und Ausprobieren. Wenn ich mir anschaue, wie wenig z.B. eine Neumann KH 120A kostet und wie technisch gut sie ist, muss ich mir keine Illusionen machen, da mit selber basteln jemals ranzukommen.
Wenn du Lautsprecher bauen willst, nur zu, das ist ein tolles Hobby. Erwarte aber nicht, dass es

• einfach ist
• schnell geht
• beim ersten Schuss zufriedenstellen wird
• Ergebnisse auf dem Stand der Technik liefert
• finanziell auch nur irgendwelche Vorteile hätte.

Für den Einstieg empfehle ich immer den Nachbau eines bewährten Konzepts. Die messtechnische Erfahrung, die für eine Eigenentwicklung zwingend notwendig ist, kann man sich daran auch gut erarbeiten. Der Vorteil ist, dass die Wahrscheinlichkeit eines zufriedenstellenden Ergebnisses wesentlich größer ist.
Beispiele für geeignete Lautsprecher:
https://www.lautsprechershop.de/hifi/momo.htm
https://heissmann-acoustics.de/bausatz-cinetor-monacor-sp6-100pro-dt-300-wg-300/
https://heissmann-acoustics.de/cinetor-evo/
https://heissmann-acoustics.de/disco-m/
https://heissmann-acoustics.de/dxt-mon-182/
http://www.jobst-audio.de/hifi/hifi-wohnzimmer/138-ja-easter
http://www.sinus-pollux.de/downloads/LS_TAFAL_ton-feile_Doku.pdf
http://www.donhighend.de/?page_id=3212
https://www.visaton.de/de/produkte/hifi-surround-bauvorschlaege/2-wege-boxen/studio-1
https://www.visaton.de/de/produkte/hifi-surround-bauvorschlaege/2-wege-boxen/studio-2

 

[Rescue]

ich befürchte das einheit13 von passiven Boxen redet, das sind dann eigentlich HI FI Boxen, denn Professionelle Monitor Boxen sind heute aktiv mit integrierten DSP's, wie es the flix schon schrieb, Passiv muss aber nicht schlecht sein! wird heute aber nicht mehr als Hauptabhöre benutzt. 1990 haben wir unsere erste Scheibe über riesige JBL's aufgenommem und gemischt, umd zur Kontrolle damals schon dann Yamaha NS10

 

[einheit13]

Moin moin,

danke für die Antworten.
Um ein paar Lücken zu schließen: Ich selbst bin E-Technik Ing. und habe Tontechnik an der SAE studiert. Ich habe in meinem Studioraum die Akustik entwickelt, gebaut und gemessen. Entsprechendes Messequipment habe ich auch.
Die Lautsprecher sollen selbstverständlich aktiv sein. Nein, ich habe keine Lust die Treiberstufen selbst zu bauen (ich möchte im Falle des Falles auch fertig werden), denn es geht mir bei der Idee darum Werkzeuge zu bauen, mit denen ich täglich arbeiten kann. Die Frequenzweichen würde ich mir als externe DSP kaufen.
Am wenigsten Ahnung habe ich leider von der Gehäusekonstruktion.

 

[the flix]

Dann hast du tatsächlich bessere Voraussetzungen, als die meisten, die sich so ein Projekt vornehmen.
Wie gut ist es denn um deine Holzbearbeitungs-Fähigkeiten bestellt? Auch wenn die meisten Lautsprecher nach einem einfachen Quader aussehen, so steckt der Teufel doch immer im Detail, wie ich selbst mehr als einmal erfahren musste. Und wir wissen ja, wie der Schreiner kann es keiner.

Das Thema Gehäuse wird von Dickason recht ausführlich behandelt. Das kann zwar lehrreich sein, schlussendlich rechnet aber heute niemand mehr das Gehäusevolumen zu Fuß aus, die Simulationstools sind da viel besser und schneller. Den Einfluss von Schallwandbreite und Geometrie handelt er dagegen nur sehr kurz ab. Hier hilft es vermutlich mehr, z.B. mit Boxsim ein paar Dinge zu simulieren (breite vs. schmale Schallwand, was passiert bei welcher Trennfrequenz usw.) und die Einflüsse so nachzuvollziehen. Rechteckige Schallwände mit und ohne Fasen sind dort gut untersuchbar.
Bei aufwändigeren Konstruktionen und vor allem Waveguides (um die man bei 2-Wege-Lautsprechern im Prinzip nicht herum kommt) geht es dann schnell in Richtung BEM/FEM-Simulation.
http://www.randteam.de/Products.html
https://www.comsol.de/models/?q=loudspeaker&sort=relevance

Die Grundlagen sind aus meiner Sicht recht schnell abgehakt:
Ein Gehäuse soll nicht mitschwingen, das bedeutet Verstrebungen, steife Wände und im Extremfall Sandwich-Konstruktionen.
Kanten sind immer schlecht, da Quelle von Reflexionen (Spiegelquellen). Abrunden und Fasen helfen, der Einfluss auf das Abstrahlverhalten muss im konkreten Fall betrachtet werden.
Die Abmessungen der Schallwand können das Abstrahlverhalten entscheidend beeinflussen. Wichtig ist hier immer die Relation von Abmessung zu Wellenlänge unter Berücksichtigung des Abstrahlverhaltens der beteiligten Chassis. Pauschal lässt sich nur sagen, dass eine Bündelung dann eintritt, wenn die Abmessung in die Größenordnung der Wellenlänge kommt.
Schmale Schallwand = wenig Bündelung, breite Schallwand = mehr Bündelung.
Durch die enorme Bandbreite, die ein Lautsprecher abdecken muss (im Vergleich etwa zu HF-Systemen) wird das Ergebnis immer frequenzabhängig sein.
Der Rest hängt so individuell vom Gesamtsystem ab, dass man keine pauschalen Aussagen treffen kann.

Einen externen DSP kann man verwenden, ich sehe jedoch den Vorteil nicht, da die verfügbaren Einbaumodule in der Regel ausreichend DSP-Power verbaut haben.

 

[einheit13]

Da war sehr viel geistreiches für mich dabei, vielen Dank.
Ja, meine Holzbearbeitungskenntnisse sind ehr durchschnittlich, aber meine Werkzeugmöglichkeiten deutlich da drunter. Im Gegensatz zu meinem Schwager, der hat Fertigkeiten und Werkezug/ Maschinen.
Beziehen sich Deine Anmerkungen zu Kanten, Reflexionen, Abstrahlverhalten auf das Aussere des Gehäuses, und/oder das Innere des Gehäuses?
Meiner Ansicht nach spricht nichts dagegen bei einer Gehäusekonstruktion die gleichen Grundlagen zu berücksichtigen wie bei einer Studio Raumkonstruktion. Parallele Wände vermeiden. Der Lautsprecher sähe dann vielleicht etwas affig aus, aber wenn ich von innen parallele Wände vermeide habe ich gewisse Probleme schon mal von vornherein nicht. Nur die Auswirkungen der Flächen/Rundungen des Gehäuses von außen habe ich noch nicht ganz verstanden.
Gruß und Dank

 

[the flix]

Ich bezog mich auf das Äußere. Im Inneren wird mit Absorbermaterialien gearbeitet, da ist das aus meiner Sicht weniger wichtig. Relevant wird das eher bei Lautsprechern, die auch laut spielen sollen und bei denen z.B. Luftströmungen im Bassreflexkanal zu optimieren sind.
Aber ja, parallele Wände zu vermeiden schadet sicher nicht.

 

[HD600]

Ein Gehäuse soll nicht mitschwingen, das bedeutet Verstrebungen, steife Wände und im Extremfall Sandwich-Konstruktionen.

Es gibt Formen die von sich aus stabiler sind als eine Quader. Versuche z.B. einen leeren Tetrapack mit Schraubverschluss zu nehmen und puste bzw. atme hinein und aus. Beobachte dabei die Wände des Tetrapack. Dann nehme eine leere Klopapierrolle, halte sie mit einer Hand zu und puste und atme von der anderen Seite rein. Daran kannst du schon mal erkennen, dass die logische Form für einen Box, gar keine Box ist! Also mit entsprechender Form kannst du zumindest leichter und dünner bauen. Auf der anderen Seite wurden auch schon Hifi-Boxen aus Beton gegossen.

Das ist alles nicht von mir sondern von meine Toningenieur und Lautsprecherbauer. Dementsprechend sehen auch seine bzw. meine Lautsprecher auch aus:


Bei beiden Bildern sind die LS in Holz ausgeführt. Er baut(e) die aber auch aus Karton. Das war Soundmäßig kein Nachteil.

Hoffe es ist Okay wenn ich als Laie dem TE diesen Hinweis gebe, finde es einfach immer spannend wenn es um die Form von "Boxen" geht.

 

[einheit13]

Das alles erklärt zumindest für mich, warum die genelec nahfeldmonitore in eine etwas runde Form gehen und aussehen als wären sie etwas aufgeblasen worden.

Beitrag automatisch zusammengefügt: 28.03.21

Ich müsste meinen Schwager mal fragen, ob er mir ein Gehäuse aus Stahl fräsen kann.

 

[the flix]

Hoffe es ist Okay wenn ich als Laie dem TE diesen Hinweis gebe, finde es einfach immer spannend wenn es um die Form von "Boxen" geht.

Na klar, ich will hier ja nicht den Alleinunterhalter geben. Außerdem erinnert mich der "Dreher" immer an meine Zeit als Student in Karlsruhe.

Ich persönlich sehe die Form der Schallwand und ihren Einfluss auf das Abstrahlverhalten als wichtiger an, als die Stabilität des Gehäuses, besonders wenn wir über Lautsprecher reden, die weniger auf maximalen Schalldruckpegel gezüchtet sind. Somit "löst" die Säulenform ein weniger wichtiges Problem, legt dafür aber mit der sehr schmalen bzw. nicht existierenden Schallwand die Abstrahlung fest. Das kann funktionieren bzw. kann man genau so wollen, muss aber nicht sein. Wie gesagt, da kommt es dann auf das Gesamtkonzept an.
Im DIY ist die Säule sicher schwerer umzusetzen, als ein Quader. Auf der anderen Seite ist es gerade einer der Ansätze von DIY, eben nicht alles so zu machen, wie die meisten Fertigprodukte.