Enclosure of open woofer?

[Greencabrio]

Hallo,

Ik heb weer eens een vraagje. Ik ben van plan mijn dubbele kicker om te gaan ruilen voor een JBL GTO 1204 BP.  Dit is een woofer geintegreerd in een af fabriek gepoorte kist. Echter gebruik ik nu een standaard dubbele kist met 2 woofers erin. Niks op maat gemaakt maar gewoon zo uit het schap. Wat is nou een voordeel van een gepoorte kist boven een gewone woofer. En heeft het ook zin om 2 gewone om te ruilen voor 1 gepoorte?

[Erix]

Beste Michael,

Hoeveel je precies van luidsprekers en luidspreker techniek afweet dat weet ik niet.... dus zal bij het begin beginnen (wel lapje tekst om te lezen, maar wel de moeite waard denk ik).

Luidspreker unit
Een luidspreker bestaat uit de volgende onderdelen:

• diafragma (meestal een conus)
• ophanging (conus rand en spider)
• aandrijving (spoel en magneet)
• korf

Het diafragma en de spoel(+drager) vormen samen het bewegende deel welk een gewicht heeft en dus ook een massatraagheid (kracht die nodig is om de bewegende massa af te remmen of in beweging te krijgen). Dit bewegend deel zit opgehangen met een spider (kronkelende deel vlak bij de magneet) en een surround (rand rond de conus). Deze ophanging heeft een bepaalde stijfheid. Een strak opgehangen conus is moeilijk met je hand te bewegen en een slappe juist erg makkelijk. De korf houdt alles bij elkaar en zorgt dat alles ook netjes in lijn en in balans blijft. Een stevige en stijve korf is dus een must. Als laatste blijft nu over de aandrijving (magneet + spoel). Wanneer er geen spanning op de spoel staat is deze passief en heeft geen magnetisch veld. Zet je nu wel spanning op de spoel dan ontstaat er door de wikkels een elektromagnetisch veld met aan de ene opening de + pool en aan de andere opening de - pool. Aangezien deze spoel zich permanent in het magnetische veld van de magneet bevindt zal dit dus een reactie geven (+ en - trekt elkaar aan, andere combi's stoten elkaar af). Op deze manier komt het bewegende deel in beweging.

Al deze factoren (massa van bewegend deel, stijfheid van de ophanging, kracht van de aandrijving, stugheid van korf) bepalen de prestaties van een luidsprekerunit (zonder behuizing dus). Vaak zie je bijvoorbeeld bij goedkopere subwoofers grote getallen bij het belastbaar vermogen. Iets waar veel beginners intrappen (ik vroeger ook ). Dit wattage wat op de doos staat is slechts de thermische belastbaarheid van de luidspreker en heeft absoluut niets met de subwoofer prestaties te maken! Het enige wat dit wattage betekend is wanneer de 'lijm' smelt waarmee de spoel gelijmd is op het kapton (cilinder achter de conus) door de warmte die de spoel ontwikkeld. Echter bij 90% van alle gevallen wordt dit niet gehaald doordat de ophanging en korf van dergelijke goedkope subwoofers erg slecht zijn. Hierdoor kan (en gebeurt ook) alles scheeftrekken tijdens het uitslaan van de conus met alle gevolgen van dien. Dus om die gevolgen (spoel raakt de magneet) tegen te gaan maken die fabrikanten de ruimte tussen de spoel en magneet groter zodat er meer speling is. Klinkt leuk natuurlijk maar doordat deze afstand groter is, zal de magneet ook minder controle op het elektromagnetische veld hebben van de spoel omdat de straling in kracht afneemt naarmate de afstand toeneemt. Een slechte controle is een slechte balans en dus een slechte subwoofer.

Stel je hebt een goede aandrijving, goede ophanging en een stabiele korf (klinkt goed eh) dan blijft de massatraagheid over. Een zware conus is moeilijk in beweging te krijgen en eenmaal in beweging nog moeilijker af te remmen, laat staan van richting te veranderen. Echter een te lichte conus heeft weer als nadeel dat deze meestal niet stijf is. Het geheel zal dus een soort compromis worden.

Uiteindelijk wanneer alle onderdelen een geheel vormen kun je de eigenschappen bepalen. Zo heeft elke luidsprekers zijn eigen karakter welke terug te vinden is zijn parameters (Thiele/Small parameters). Voor subwoofers zijn er een aantal belangrijk om in de gaten te houden:

• Fs: Resonantie frequentie (hier resoneert de luidspreker met zichzelf en bouwt zijn maximale weerstand op)
• Vas: Getal in liters wat de stijfheid van de ophanging aangeeft (aantal liters wat nodig is om in 1 liter te persen zodat de druk gelijk is aan de veerconstante van de ophanging)
• BL: Factor hoe krachtig de aandrijving is
• SPL/W/m: Efficientie (hoeveel dB de luidspreker produceert op 1 meter afstand met 1Watt

De Fs geeft de ondergrens aan tot waar de luidspreker ongeveer zal spelen (deze frequentie zelf zal die niet halen). Een zo laag mogelijk Fs is dus gewenst. Vas waarde is meer een indicatie voor hoe groot je geslote behuizing maximaal zal worden (dit is niet de gewenste inhoud van de behuizing!, kom ik straks op terug). BL factor zo hoog mogelijk, sterke motor is bij auto ook lekkerder rijden he. SPL moet niet te laag zijn. Om 3dB te winnen moet je je vermogen verdubbelen en dat telt hard mee als je een subwoofer hebt met een lage efficientie! Als laatste wil ik nog ff zeggen dat een wijs iemand ooit zei: 'Twee verschillende dingen zijn niet hetzelfde'. Dus ook twee verschillende luidsprekers van hetzelfde type niet! Voor een erg goede behuizing is dus het doormeten van de betreffende luidsprekerunit dus noodzakelijk.

Gesloten behuizing
Daarnet heb ik het gehad over de massatraagheid en de ophanging. Een hoge massa is lastig af te remmen en zonder behuizing komt dit helemaal voor rekening van de ophanging. Met een beetje logisch denken heb je dus een sterke ophanging nodig als je veel massa moet kunnen afremmen. Maar een sterke ophanging is ook stijf en dus moeilijk te bewegen wat weer een lage efficiëntie geeft. Als je nu een luchtdichte ruimte neemt die je kleiner maakt dan stijgt de druk in deze ruimte. Dit is ook de basis van een gesloten behuizing. De lucht in de behuizing gaat zelf ook werken als een veer. En deze veer wekt precies een tegenovergestelde kracht op ten opzichte van de luidsprekerunit. Dus als de conus van de luidsprekerunit naar voren wilt bewegen dan zorgt de onderdruk in de behuizing dat deze terug wordt getrokken en als de conus naar achteren wilt bewegen dan zorgt de overdruk in de behuizing dat de conus terug geduwd wordt. De drukverschillen helpen dus de ophanging van de luidspreker zonder dat de efficientie wordt aangetast! Dit klinkt goed De grootte van de behuizing (volume van lucht) bepaald hoe stug deze luchtveer is. Een kleine inhoud geeft een stugge veerconstante en een grote inhoud geeft een slappe veerconstante. Hoe bepaal je deze veerconstante?! Deze factor moet je zelf kiezen. Deze loopt van 0 tot ?? waarbij 0 geen demping is. Dit ontstaat wanneer je behuizing net zo groot (of groter) is dan de Vas waarde die we eerder hebben gezien. Alles kleiner dan deze Vas waarde zal een demping geven op basis van de rest van de parameters. Vaak wordt een dempinsfactor van 0.707 als ideaal gezien in thuis-hifi. Echter hier speelt de luidspreker unit in een grote ruimte. In je auto is de ruimte en dus overige lucht beperkt en zal je kofferbak zelf ook gaan dempen. In auto's wordt dan vaak ook een dempingsfactor van 0.6 gekozen. Dit en de Thiele/Small parameters mik je in een formule en voila, je kistinhoud is bekend.

Als we dus alles op een rijtje zetten voor een gesloten behuizing dan is de functie hiervan dus:

• Luidsprekerunit dempen
• Zorgen dat de negatieve geluidsgolven (die ontstaan aan de achterzijde van de luidspreker) niet in contact komen met de positieve golven (ontstaan aan de voorzijde van de luispreker)

Bass-reflex behuizingen
Eigenlijk is de term bass-reflex niet helemaal juist maar voor de meeste beter herkenbaar. Eigenlijk is het een gesloten behuizing waar een helmholtz resonator in aangebracht is. Deze resonator (zoals de naam al zegt) resoneert. Er ontstaat een trillende luchtkolom en deze vormt ook een geluidsbron (beetje hetzelfde idee als wanneer je in een fles blaast). De rest van het principe van de gesloten behuizing blijft. Dus nu hebben we 3 onderdelen: de luidspreker, demping van de behuizing en een resonator. De resonator is hier het speciale. Deze kun je namelijk 'stemmen'. Door de verhouding behuizing inhoud en resonator inhoud kun je de grondfrequentie van de resonator bepalen. Dus als je deze tactisch kiest (meestal wanneer de luidsprekerunit begint te stoppen met spelen) laat je hier juist de resonator resoneren. Op deze manier kun je het spulletje dus iets dieper laten doorspelen. Echter de resonantie frequentie zelf zal nog niet op een veilige manier gehaald worden. Als je namelijk een te lage resonantie frequentie ten opzichte van de luidsprekerunit kiest voor de resonator gebeurt er iets speciaals. Doordat de resonator een trillende luchtkolom ontwikkelt zal deze ook drukgolven creëren net als de luidsprekerunit dat doet door het bewegen van de conus. Omdat ze in dezelfde behuizing zitten beïnvloeden de drukgolven van de resonator dus ook de demping op de luidsprekerunit. Sterker nog, bij een te lage tuning draait de fase 180 graden en zal de demping dus precies verkeerd om werken. In plaats van dat de conus bij een positieve uitslag terug getrokken moet worden, duwt de drukgolf van de resonator de conus juist nog een tikje verder. Met dit fenomeen krijg je met een heel klein vermogen zowat elke luidsprekerunit kapot. Dan kan er nog zo mooi 700Watt op de doos staan, je subwoofer zal echt de geest geven voordat de 100Watt belasting ook maar gehaald is.

Verder komen er dingen kijken als luchtsnelheden en koppelingsvertraging. De luchtverplaatsen waar de luidsprekerunit voor zorgt zal echt ook door de resonator moeten. Met hoge compressies kunnen deze luchtsnelheden zeer hoog worden en voor bijgeluiden zorgen. De resonator maakt dan een soort fluitend pffft geluid (veel goedkope sub+sat setjes hebben hier last van). De koppelingsvertraging (GroupDelay) is de tijd die nodig is om het geluid van de luidsprekerunit te koppelen met die van de resonator. Bij een slecht ontwerp zit hier meestal het grootste gemis en ontstaat er een bass die (te) laat reageert (traag is).

Als we dus alles weer op een rijtje zetten:

• Luidsprekerunit dempen
• Negatieve geluidsgolven worden door resonator omgevormd naar bijna positieve (45 graden ernaast ongeveer) hierdoor ontstaat een 2e geluidsbron en is bij goede afstemming dus ongeveer 3dB winst en zal dieper en harder spelen dan een gesloten behuizing
• Nadeel: lastiger te ontwerpen door invloeden van resonator

4e orde Band-pass
Dit is een behuizing met twee kamers waarbij de luidsprekerunit in de scheidingswand van beide kamers geplaatst is en een van de kamers is voorzien van een Helmholtz resonator. Omdat de luidsprekerunit zich nu met de positieve zijde en de negatieve zijde in een behuizing bevindt wordt deze dus aan twee kanten gedempt. Hierdoor is een extreem goede controle mogelijk over de bewegingen van het diafragma (conus). Het geluid wordt nu echter alleen door de resonator opgewekt en niet meer door de luidsprekerunit zelf. Deze functioneert nu slechts als een soort van pomp om compressie op te bouwen in de kamer waarin de resonator zich bevindt. Dit heeft een voordeel en een nadeel. Het voordeel van de compressie is dat je de luidsprekerunit meer kracht kan laten opwekken (denk aan het spuitmondje van een hogedrukreiniger). Het nadeel van de compressie is juist dat dit opbouwen van druk tijd nodig heeft, net als het koppelen bij de bass-reflex behuizing. In theorie is een band-pass behuizing dus trager dan een gesloten behuizing. Ik zeg in theorie omdat deze vertraging bij goede band-pass behuizingen alleen meetbaar is en niet hoorbaar. Daarnaast heeft het feit dat alleen de resonator geluid produceert een nadeel en een voordeel. Het voordeel is dat we nu helemaal zelf onze gewenste frequentie kunnen kiezen en we geen last hebben van de bijgeluiden die de luidsprekerunit eventueel maakt. Deze komen namelijk bijna niet door de drukgolven dan de resonator heen. Dit is ook gelijk het nadeel. Zulke bijgeluiden ontstaan niet voor niets. Je hoort dus niet wanneer je je mooie subwooferunit aan het vernielen bent.

Alles weer op een rijtje:

• Luidsprekerunit dempen aan beide zijdes geeft extreem goede controle
• Zorgen dat de negatieve geluidsgolven (die ontstaan aan de achterzijde van de luidspreker) niet in contact komen met de positieve golven (ontstaan aan de voorzijde van de luispreker)
• Compressie geeft een versterking van ongeveer 3dB
• Nadeel: nog lastiger te ontwerpen door invloeden van resonator en compressie

Conclusie
Verder dan dit wil ik eventjes niet gaan, lap tekst is al groot genoeg zo denk ik. Kort door de bocht is een gesloten behuizing het simpelste te maken. Kiest 'gewoon' een dempingsfactor, gooi je parameters in een functie en bouwen maar. Hier is dus ook het risico op fouten minimaal. Echter, de prestaties zijn ook maar matig omdat er alleen gedempt wordt. Alle energie die ontstaat aan de negatieve zijde van de luidsprekerunit gaat verloren. Een ordinaire bass-reflex behuizing gebruikt deze negatieve energie wel maar is dan ook moeilijker te ontwerpen en bevat dus meer risico's. Een band-pass behuizing heeft een extreem goede controle over de luidsprekerunit en maakt gebruik van een hogere compressie op de resonator dan de bass-reflex behuizing. Dit geeft een winst in het rendement ten opzichte van de gesloten behuizing en vervormingen in het geluid worden hierdoor akoustisch gefilterd. Nadeel is weer een lastige klus om te ontwerpen.

[Erix]

Als je mijn vorige posting een beetje begrijpt zul je het idee om van gesloten principe naar een band-pass principe wel snappen. Dit heeft dus een aantal voordelen mits het ontwerp goed is en de behuizing goed is gebouwd. Compressie geeft namelijk nogal veel druk op de wanden van de behuizing. Als de kast van goedkoop spaanplaat is gemaakt (is vaak met zulke dingen) ben je hier niet helemaal blij mee. Aan de andere kant, een goede spaanplaat kast is ook weer beter dan een matige zelfgemaakte MDF kast.

Wat voor spul je van Kicker (ben ik zelf niet zo'n fan van) hebt weet ik niet en kan ik dus weinig over zeggen. Maar als ik de foto van de JBL eens bekijk is dat ook niet alles. De magneet van de luidspreker die in de behuizing zit is amper zichtbaar. De enige soort magneet die een krachtig veld kan opwekken met zo'n klein formaat zijn Neodymium magneten welke erg prijzig zijn. Gezien de prijs van deze combie is dit dus een gewone ferriet magneet en zal de aandrijving van die luidsprekerunit dus niet echt sterk zijn. Ook de dikte van de magneet is erg gering, zelfs plat. De uitslag die de subwoofer kan maken zal ook nooit groot zijn. De spoel moet immers in de magneet passen en in deze ruimte naar voor en achteren kunnen bewegen.

Al met al... zou ik die JBL zelf dus nooit kopen. Ben je ontevreden met wat je nu hebt. Kijk rustig eens verder. Voor een paar tientjes meer kun je heel mooi maatwerk kopen wat denk ik meer de moeite waard is dan zo'n van-de-plank kistje. Ook zou je misschien kunnen nadenken om een behuizing rond die Kickers te laten ontwerpen en bouwen mocht het budget een grote rol spelen.