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Grundsätze des Lautsprecherselbstbaus

Der erste selbstgebaute Lautsprecher ist immer der schwierigste. Einige Hinweise sollen dabei helfen, Fehler zu vermeiden.

Allgemeine Hinweise Konzept einer Selbstbaubox Frequenzen
Nach der bekannten Handwerkerregel "Nicht so genau wie möglich, sonder nur so genau wie nötig" sollte man auch das Konzept eines Lautsprechers entwickeln. Es hört sich zwar toll an im Bekanntenkreis zu erklären, dass die Box sogar 16 Hz wiedergeben kann, aber gibt das Sinn? Sicherlich ja, wenn ich überwiegend Orgelmusik hören möchte.
Im folgendem ein kleiner Auszug aus Wikipedia (Hornlautsprecher), der uns zeigt welche tiefsten Töne Musikinstrumente erzeugen können. Jeder mag dann über den Tiefbass seiner Box selbst entscheiden.
Gehäusebauarten
Gehäuse sind für die Tieftonwiedergabe wichtig. Aufgrund der Wellenlängen von mehreren Metern kommt es nach allgemeiner Theorie ohne Gehäuse zum sogenannten "akustischen Kurzschluß". Die mit dem Membranhub entstehende Druckwelle auf einer Membranseite wird durch den Unterdruck der anderen Membranseite ausgeglichen.
Hochtöner sind, bedingt durch die kurzen Wellenlängen und die Richtwirkung bei der Abstrahlung, vom "akustischen Kurzschluß" wenig betroffen.
Nach der Bauart unterscheidet man: geschlossene Gehäuse, Bassreflexgehäuse, Transmissionsline-Gehäuse und Hörner:

Nun wissen wir hiermit immer noch nicht, welche Bauart wir bevorzugen sollten. Nach der Konstruktion und Berechnung ist die geschlossene Box sicherlich am einfachsten zu realisieren. Das Gehäusevolumen lässt sich mit entsprechender Software (z.B. Boxim) berechnen, wobei Abweichungen von den berechneten Größen eher unkritisch sind. Für den Einsteiger gilt es, die geschlossene Box oder eine bewährte Konstruktion nachzubauen.

Aufbau des Gehäuses
Jetzt können wir mit dem Bau beginnen. Die erste Frage lautet nun, welches Gehäusematerial ist anzuwenden. Im Gegensatz zur Herstellung von Musikinstrumenten hat das Gehäuse nicht die Funktion Schall abzustrahlen. Der membranrückseitige Schall in der Box darf auf keinen Fall nach außen dringen, die Energie in der Box sollte möglichst in Wärme umgewandelt werden.
Abgeleitet heißt das, schweres Material mit hoher Eigendämpfung verwenden.
Eine simple Möglichkeit, um die Materialeignung zu prüfen, ist der "Klopftest". Auf das Gehäuse klopfen, je lauter das Geräusch ist, umso schlechter ist das Gehäuse. Dies lässt sich in Kaufhäusern leicht ausprobieren.
Ideal wäre das Geräusch beim Klopfen auf einen Stein. Damit haben wir auch schon ein vorzügliches Material gefunden, nämlich Granit, Schiefer oder Beton.
Da Stein schwer zu bearbeiten ist, widmen wir uns gebräuchlicheren Materialien. Gut geeignet sind Spanplatten, MDF (mitteldichte Faserplatte) und Multiplex. Preis-Leistungs-Sieger ist MDF. Echtholz ist wegen der geringeren Eigendämpfung nicht so gut geeignet. Als Materialstärke sind 19...22 mm zu bevorzugen. Höhere Materialstärken bringen nur noch geringere Verbesserungen. Im Inneren des Gehäuses sind nun Maßnahmen zur Gehäusedämmung und Gehäusebedämpfung erforderlich.
Die Dämmung verhindert den Schalldurchtritt durch die Gehäusewand. Das Auskleiden der Innenwände mit Bitumenfolie bringt eine Körperschallreduzierung. Geeignete Materialien sind: Bawotumex, Sonex, Bitumex.
Bedämpfung dagegen ist notwendig, um den Innenschall in Wärme umzuwandeln. Man verhindert damit Echos, die auf die Membranrückseite treffen und so wiedergegeben werden. Zur Bedämpfung wird das Gehäuse mehr oder weniger mit Schafwolle oder Polyesterwatte gefüllt. Synthetische Materialien tragen Markennamen, wie z.B. Dynavox, Sonofil, Bondum.
Eine weitere sehr wirksame Maßnahme das Mitschwingen der Gehäusewände zu verhindern, ist das Einkleben von Querverstrebungen im Gehäuse zur Versteifung
.

Frequenzweichen
Lautsprecher in der Kombination von Tief-, Mittel- und Hochtöner benötigen Frequenweichen, um jedem Lautsprecher sein Frequenband zuzuteilen. Wir unterscheiden im Wesentlichen Zweiweg- und Dreiweg-Frequenzweichen.
Je nach Aufbau können unterschiedliche Dämpfungswerte erreicht werden, dass sind 6 dB, 12 dB und 18 dB pro Oktave (dB steht für Dezibel; +10 dB entspricht einer Lautstärkeverdopplung).
Die 6 dB-Weiche besteht nur aus einer Spule und einem Kondensator und ist damit am einfachsten aufgebaut. Der Nachteil liegt aber in einer weiten Überlappung der Frequenzbereiche einzelner Chassis. Die Chassis kommen damit einerseits außerhalb ihres Arbeitsbereiches zum Einsatz und beeinflussen die anderen Lautsprecher, z.B. durch Interferenzen. Größere Dämpfungen sind hier vorteilhaft. Ein guter kompromis ist die 12 dB-Weiche. Da die passiven Bauteile einer Frequenzweiche Phasendrehungen bewirken, ist bei der Konstruktion eine möglichst geringe Phasendifferenz anzustreben. Allgemein erkennt man Phasenfehler an Senken des Frequenzganges im Bereich der Trennungfrequenz. Mit Simulationsprogrammen, z.B. Boxsim lässt sich das erkennen und beseitigen, zum Beispiel durch Umpolen eines Chassis.
Weiterhin sind die Eigenschaften der Bauteile zu beachten. Ein Kondensator z.B. hat auch eine Induktivität und einen inneren Widerstand. Für den Audiobereich werden deshalb sehr hochwertige Bauteile angeboten, die allerdings ihren Preis haben.
Bei den Kondensatoren sind hochwertige Bauteile (MKP, EVO, Silber-Gold, usw) im Hochtonzweig angebracht. Der Tieftöner kann schon mal mit einem ELKO beschaltet werden. Für Induktivitäten gilt eine allgemeine Regel, dass der Innenwiderstand in Serie zum Chassis geschalteter Spulen einen Wert von 0,5 Ohm nicht überschreiten soll. Weiterhin ist es wichtig die Spulenachsen um 90 Grad gegeneinander zu verdrehen, um transformatorische Wirkungen zu verhindern.

Lautsprecherchassis
Als Chassis bezeichnet man den eigentlichen Lautsprecher ohne Gehäuse, da wären Hochtöner, Tieftöner, usw. zu nennen..
Die Auswahl der Lautsprecherchassis ist Thema vieler Internetseiten und mindestens ebenso vieler Zeitschriften und Bücher. Selbst für eine kleine Einführung, wurde ein extra Artikel notwendig. Wer Interesse daran hat, sollte den Link, Auswahl der Chassis, lesen.

Montage des Gehäuses
Grundsätzlich unterscheidet man zwei Arten der Verbindung der Gehäuseteile:

  1. die Seiten werden stumpf verleimt,
  2. die Seiten werden auf Gehrung verleimt.

Bei der stumpfen Verleimung fällt es schwer die seitlichen Hirnholzflächen zu kaschieren.
Die 45 grd. Gehrung ist schwierig in der Herstellung sieht jedoch wesentlich besser aus. Damit die Schnittkanten sauber nebeneinander liegen, erfolgt das Fixieren mit Klebeband. Jede Ecke wird mit einem Klebband, dass keine Rückstände auf der Fläche hinterlässt, nebeneinander zusammengeklebt. Dann kommt vollflächig auf die Klebfläche Weißleim. Der Korpus wird jetzt zusammengefaltet und mit einem Spannband fest umschlossen. Mit Längenmessungen über Kreuz wird die Rechtwinkligkeit geprüft.
Wichtig ist das vollflächige Verleimen. Das Gehäuse muss unbedingt luftdicht sein, sonst sucht sich der Schall im Gehäuse nicht gewollte Wege.

Weitere Hinweise

Auf folgendem Link findet man eine Ergänzung: Tips und Tricks zur Boxenentwicklung