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Mittwoch, 20. August 2014, 11:32

Wie plane, berechne und baue ich ein Gehäuse?

Der Artikel ist erstmal unverändert aus dem alten Forum übernommen, hatte noch keine Zeit, ihn zuende zu schreiben...

Der Lautsprechergehäusebau ist für viele Anfänger ein Buch mit sieben Siegeln. viele trauen sich gar nicht erst an dieses Thema heran, andere wiederrum unterschätzen völlig die Wirkung eines gut berechneten Gehäuses, bauen einfach irgendeine Kiste, und wundern sich, warum das dann so unterirdisch schlecht klingt. Viele schieben dann die "Schuld" dafür auf den billigen Lautsprecher/Subwoofer, meist zu unrecht! Auch günstige Lautsprecher können, wenn man nicht gerade den letzten Ramsch kauft, ziemlich gut klingen, wenn sie denn richtig verpackt sind. Das Problem ist nun, ein richtiges Gehäuse zu entwickeln. Dazu gibt es zwar viele Fachtexte im Netz, aber als Anfänger versteht man da erstmal nur Bahnhof. Ich will hier mal versuchen, das Ganze etwas verständlicher darzustellen. Aber vorweg sei gesagt, dass auch hier ne geballte Ladung Theorie drinsteckt, weil das Thema nunmal reinste Physik/Elektrotechnik ist. Wer dafür keinen Nerv hat, sollte sich an die Gehäusevorschläge der jeweiligen Lautsprecher/Subwoofer-Hersteller halten, die meist gar nicht sooo verkehrt, aber nicht immer für den gewünschten Einsatzzweck geeignet sind. Wer sich an die Sache herantrauen will, sollte weiterlesen! Hier soll es vorrangig erstmal nur um Subwoofergehäuse gehen, aber vieles davon lässt sich auch auf andere Lautsprechergehäuse übertragen. Ich versuche auch, das Fachkauderwelsch zu vermeiden, wo immer es geht, ich bin ja selber eigentlich nicht vom Fach, sondern betreibe HiFi lediglich jahrelang als liebstes Hobby. So, los gehts...

Hier im Text soll es um Gehäuse gehen, die die Musik möglichst originalgetreu wiedergeben, oder auch etwas s"bass"betonter. Die Musik sollte aber eben noch in all ihrer Vielfalt zu hören sein! Dröhnig und laut ist kein guter Bass, und wahrscheinlich noch nichtmal richtig tief. Viele Leute wollen einen tief spielenden Bass, haben aber noch nie Musik gehört, die wirklich tiefen Bass beinhaltet! Die wenigsten Leute haben mal eine richtig gute Stereoanlage gehört, oder Anlagen mit richtig Tiefbass. Auch das macht den Selberbau schwer, "guter Klang" muss dafür erlernt oder besser gesagt "erhört" werden, besonders wenn es um Innenräume geht läuft sonst vieles falsch bei den Einstellungen.
Wer hier nun überhaupt nicht weiter weiß, für den gibts mal ein paar grobe Anhaltspunkte: Viele Discounter-"Anlagen" oder PC-Systeme mit "Subwoofer" spielen selten überhaupt Töne unter 60Hz. Das, was viele als "Bass" kennen", nämlich den Kickbassbereich zwischen 80-200Hz, könnte jeder gute Tiefmitteltöner spielen, dazu braucht man gar keinen Subwoofer, zumindest nicht im Heim- oder Autobereich. Um anspruchsvolle Musik, oder auch diverse Elektro-, Hiphop- oder Moviesoundtracks bis runter in den Basskeller genießen zu können, reicht das nicht. Ein guter Subwoofer sollte, in Verbindung mit seinem Gehäuse und seiner Umgebung in der Lage sein, Töne bis zu 45Hz runter in voller Lautstärke zu produzieren, oder noch tiefer, je nach Vorlieben und Einsatzgebiet.
Also, wenn man eh nur Charts hört, und sich lediglich ein wenig "Wumms" wünscht, kann man meist auf nen Subwoofer verzichten. Tiefmitteltöner, die stabilst verbaut werden und ein ausreichendes, luftdichtes Volumen aufweisen, reichen für eine Musikwiedergabe bis 60-80Hz runter völlig aus! Im Auto müssen dafür meist die Türen massiv bearbeitet werden: Dämmen, dämpfen, stabile Adapter sowie dichte Volumen schaffen. Ein wenig Arbeit, aber es lohnt sich! Bei Konstruktionen für den Heim- oder Mobileinsatz kann man den Tiefmitteltönern sogar richtige Gehäuse bauen, dafür gehts dann auch im nächsten Absatz weiter. Subwoofer und Tiefmitteltöner haben zwar ein etwas anderes Einsatzgebiet was den Frequenzbereich angeht, aber die Gehäuseberechnung läuft ähnlich ab.




Erster Schritt: WO soll der Woofer spielen, was soll er können?


Diese Fragen sollte man sich stellen, bevor man ein Subwooferchassis aussucht und ein Gehäuse baut. WO soll der Woofer eingesetzt werden? Im Auto? Im Freien? In kleinen, in großen Zimmern? WAS soll er können? Soll er eher knackig, "punchig", oder aber abgrundtief tief spielen? Oft, wenn ich diese Fragen stelle, kommt als Antwort sowas wie: "Er soll ALLES können!" ;) Das geht meistens nicht, besonders nicht mit dem winzigen Budget, was viele Anfänger nunmal haben.

Warum ist der Einsatzort wichtig? Weil die Umgebung eine große Rolle in der Schallabstrahlung spielt. Stellt euch mal unter eine Brücke oder in einen leeren Raum, da merkt man es recht deutlich. Aber merke: ALLE Räume (nicht nur die besonders hallenden Beispiele) haben eine Wirkung auf den Klang! Ist das nun gut oder schlecht? Nichts von Beidem! Es gibt kein gut oder schlecht, was noch öfter hier im Text vorkommen wird. Aber je nach Einsatzort muss man das Gehäuse anpassen. Nehmt z.B. mal einen Autosubwoofer mit Gehäuse, der im Auto ziemlich laut und druckvoll ist, und stellt ihn ins Wohnzimmer. In vielen Fällen wird er dort wesentlich leiser sein und schwammig klingen. Das Gehäuse muss also zur Umgebung passen.
Rein vom Berechnungsaufwand haben die Leute, die ihren Woofer draußen im Freien betreiben wollen, einen großen Vorteil: Der Einsatzort ansich ist kein geschlossener Raum, dadurch kann sich der Schall frei entfalten, wird nirgendwo reflektiert, zumindest, wenn man irgendwo auf dem Feld oder einer Wiese steht. (z.B. in Häuserschluchten oder unter Brücken gilt das logischerweise nicht, aber das lassen wir jetzt mal außen vor...) Kostenlose Berechnungsprogramme zur Gehäuseplanung, zu denen ich später noch kommen werde, rechnen genau so, nämlich mit einem fiktiven, unendlichen Raum, was einer großen Wiese (z.B. für einen Soundbollerwagen an Vatertag... ;) ) schon recht nahe kommt. Bei diesem Einsatzort lassen sich die Ergebnisse der Programme ziemlich gut für die Praxis übernehmen, ohne dass man mit zusätzlichen Filtern und Equalizereinstellungen spielen muss.
Schwerer haben es da die Leute, die einen Subwoofer im Auto oder Zimmer verbauen müssen: Es gibt überall Flächen, die den Schall reflektieren. Das hat den Nachteil, dass Schallwellen aufeinander treffen, und die reproduzierten Töne dadurch oft verfälscht werden. Eine Frequenzlage kann dadurch extrem laut, schrill, dröhnig werden, andere wiederrum wesentlich leiser, oder völlig ausgelöscht werden, sodass man sie gar nicht mehr hört! Jedes Auto und jeder Raum ist dabei anders, es gibt keine Fixpunkte, kein Gehäuseberechnungsprogramm kann da weiterhelfen. Da hilft nur Probieren und Erfahrungswerte einsetzen, oder man holt sich ein weiteres kostenloses Programm zu einmessen von Räumen, und dazu ein gutes Messmikrofon. Wenn man dann die Eigenheiten seines Raums festgestellt hat, kann man mit verschiedenen Mitteln gegen die falschen Frequenzgänge vorgehen, zum Beispiel mit Equalizern, Filtern oder Absorbern. Dazu in meinem anderen Artikeln dann mehr, hier geht es ja nur um die Gehäuse... Dazu ist nur zu sagen, dass das Gehäuse aus eben genannten Gründen immer an den Einsatzort angepasst werden muss, und an anderen Orten dadurch schlechter klingen wird. Neben den ganzen Nachteilen gibts aber auch Vorteile bei Innenräumen, den sogenannten "Druckkammereffekt": Gehäuse, die unter freiem Himmel vielleicht kaum basslastig gespielt haben, werden mit zunehmend kleineren Räumen zunehmend voller und tiefer im Bassbereich. Gerade im Auto lässt sich dadurch aus recht kleinen Gehäusen viel Druck zaubern, wenn man es richtig anstellt.

Wenn nun (ziemlich schnell denke ich mal) feststeht, wo der Woofer steht, bleibt ja noch die Frage, was er machen soll. In dem Zusammenhang gibts viele Emfehlungen, z.B. eine tiefe Bassreflexabstimmung für Hiphop, ein geschlossenes Gehäuse für Rock, uns so weiter... Falsch ist das sicherlich alles nicht, aber meiner Meinung nach sollte ein Subwoofer alle Musikrichtungen mehr oder weniger gut können. Wichtiger ist auch hier wieder die Abstimmung auf den Einsatzort. Ein Beispiel: Ein Hiphop-Fan hat sich Grundlagen des Gehäusebaus angeeignet, ein Berechnungsprogramm runtergeladen, und bastelt sich auf der Grundlage einen Subwoofer mit total überbetontem Bassbereich. Klingt sauber und druckvoll in seinem kleinen Zimmer. Draußen hingegen wabbelt nur noch die Membrane, ohne einen Ton zu erzeugen. Im Auto hört man dagegen nur noch Gewummere, keine Musik mehr. Was immer verfälschend hinzukommt, ist der eigene Geschmack. Vielleicht gefällt dem Hiphopper ja das Gewummere im Auto, auch wenn man sonst keine Musik mehr hört...




Zweiter Schritt: Welche Gehäuseform soll ich wählen? Welche Subwooferdaten sind wichtig?


Auch diese Frage sollte man sich lieber VOR dem Subwooferkauf stellen, denn nicht jeder Woofer ist für jede Art von Gehäuse geeignet! Dazu mal ein paar Absätze aus meinen Einsteigertipps:

Es gibt sehr viele Gehäuseformen für Lautsprecher. Für Subwoofer im Car-HiFi-Bereich (für Bollerwagen gilt Vergleichbares) sind aber nur drei Formen relevant: Ein geschlossenes Gehäuse, ein Bassreflexgehäuse, oder ein Bandpassgehäuse. Um überhaupt ein Gehäuse berechnen zu können, braucht man in jedem Fall die TSP (Thiele-Small-Parameter) eines Subwoofers, die eigentlich immer beiliegen sollten.

Erst schaut man sich die Gesamtgüte (QTS) in den TSP an. Grob gelten folgende Regeln zur QTS:
QTS-Eignung:
- 0,3...0,4 Bassreflex oder Bandpass
- 0,4...0,6 geschlossenes System
Darunter oder dadrüber ist schlecht geeignet fürs Auto. Zwar gab es vor allem früher sehr viele Free-Air-Einbauten ohne Gehäuse, aber heutzutage sind fast alle Subwoofer auf recht kleine Gehäuse optimiert.

Das geschlossene Gehäuse ist am Einfachsten zu planen und zu bauen. Man sollte lediglich darauf achten, dass die Güte des Gehäuses (QTC, nicht QTS!), die durch die TSP ermittelt wurde, bei ziemlich genau 0,7 oder kurz darüber liegt. Somit wird eine ausgewogene Abstimmung erreicht. Man muss eigentlich nur auf das Volumen und die Luftdichtigkeit des Gehäuses achten. Ein geschlossens Gehäuse hat einen mittleren Wirkungsgrad und fällt sehr gutmütig nach unten ab. Durch den Druckkammereffekt im Auto lässt sich eine recht ausgewogene Basswiedergabe realisieren (draußen leider nicht vorhanden), somit ist dieses Prinzip für Freunde der linearen Musikwiedergabe und knackiger Bässe geeignet. Vergleichbar ist es in etwa mit einem Saugmotor: Unspektakulär, aber stetig nimmt die Leistung im Laufe der Frequenzkurve zu, bis sie begrenzt wird.

Das Bassreflexgehäuse ist schon ein wenig schwieriger, weil neben der Gehäusegröße auch noch ein Reflexport in Länge und Dicke in der richtigen Relation angepasst werden muss. Luftdicht sollte es auch sein, bis auf den Port. Ein Bassreflexgehäuse hat einen hohen Wirkungsgrad und kommt somit mit weniger Verstärkerleistung aus, allerdings nur in einem gewissen Frequenzband. Unter dieser Abstimm- oder Tuningfreuenz fällt ein Bassreflexgehäuse viel steiler ab als ein geschlossenes Gehäuse. Somit sollte diese Frequenz recht tief gewählt werden, was größere Gehäusevolumen zur Folge hat. Vergleichbar ist es mit einem Turbomotor: Gegenüber zum Sauger hat er in einem gewissen Bereich eine enorm größere Leistungsausbeute, aber darunter gibts ein Turboloch. Der Aha-Effekt ist größer in einem gewissen Bereich, es ist sehr spaßbetont, aber in den meisten Fällen nicht sehr linear... zumindest im Auto, draußen sind lineare Abstimmungen leichter möglich. Für Outdoor-Kontruktionen wie Bollerwagen würde ich dieses Prinzip sogar stark empfehlen!

Das Bandpassgehäuse ist eine Mischung aus beiden zuvor genannten Prinzipien. Es besitzt sowohl eine geschlossene, wie auch eine ventilierte Kammer. Wie der Name schon einigen elektrotechnisch bewanderten Leuten sagen wird, ist diese Gehäuseform selbst begrenzend: Während die anderen Gehäuse "nach oben hin" von Tiefpassfiltern begrenzt werden müssen, spielt das Bandpassgehäuse von selber nur in einem gewissen Frequenzbereich. Viele fertig zu bekommende Systeme sind leider recht spitz auf eine Abstimmfrequenz ausgerichtet, und wirken im übrigen Frequenzbereich recht träge und (nach unten und oben) auch zunehmend leise. Fertigbandpässe müssen daher eingemessen, und dann mit einem guten Equalizer korrigiert werden. Es geht aber auch anders! Mit der richtigen, aufs Fahrzeug abgestimmten Berechnung hat dieses Prinzip einiges Potential! Sicher, auch da bietet sich das Einmessen und Einstellen an, aber ist nicht mehr ganz so "nötig". Besonders bei Limosinen bietet sich dieses Prinzip schon bauartbedingt an: Man braucht nur eine Portöffnung, und die kann man durch die Hutablage oder oder eine Skisacköffnung legen, anders bekommt man "den Bass" hier kaum gut in den Innenraum.

Für den Outdoor-Einsatz gibt es noch zahlreiche weitere Bauformen, die aufgrund ihrer Komplexität (leider) eher ein Schattendasein fristen...
In der Publikumsbeschallung sehr beliebt sind z.B. sogeannte Hörner oder Transmissionlinegehäuse: Beide Gehäusearten machen sich auf geniale Weise
die Physik zu Nutze, um mit möglichst wenig Verstärkerleistung sehr lauten, klaren, direkten Schall zu produzieren. Leider sind sie recht schwer zu berechnen und zu bauen, aber wer sich dafür interessiert, kann mich gerne anschreiben. Auch Onkel Google weiß sehr viel dazu und hat einige Baupläne parat.




Dritter schritt: Gehäuse berechnen, doch wie?


So, im Idealfall wissen wir nun, WO der Woofer hinkommen soll, WAS sein Einsatzzweck ist, haben uns eine GEHÄUSEART ausgesucht, und dazu einen Subwoofer mit den PASSENDEN PARAMETERN ausgesucht. Dann kanns ans Rechnen gehen!

Zunächst brauchen wir ein benutzerfreundliches Programm, was uns die gröbste Rechenarbeit abnimmt. Ich nehme dafür das Programm "Win ISD Pro Alpha" des dänischen "Linear Teams". Auf deren Homepage http://www.linearteam.dk gibts u.A. dieses Programm als kostenlosen Download. Wichtig: Bitte die "Pro Alpha" nehmen, keine andere Version! Wie der Name "Alpha" schon sagt, ist das Programm längst noch nicht fertig und noch voller Zicken, aber deutlich professioneller als die auch erhältliche "Non-Professional Beta".

Wie in jedem Programm muss man sich auch hier erstmal zurechtfinden. Dabei hilft wieder Onkel Google, der zum Thema "Win ISD Pro Tutorial" so einiges ausspuckt! Man kann es dabei belassen, die richtigen Daten einzupflegen und das erstbeste Ergebnis zu übernehmen. Muss man aber nicht! Gerade wenn einige Gehäusedimensionen vorgegeben sind, kann man die Simulation schnell den gegebenen Unständen anpassen. So ein Programm ist doof,
und errechnet manchmal eben nicht gerade praxisgerechte Werte mit meterlangen Reflexports oder hausgroße Gehäuse, da muss man dann natürlich eingreifen. Es gibt nicht DAS optimale Gehäuse, sondern immer verschiedene Varianten. Wenn man erstmal einigermaßen überblickt, welche Werte miteinander zusammenhängen, kann man sehr schnell mit ein paar Stellschrauben die gewünschten Veränderungen erzielen.

Das errechnete Ergebnis ist IMMER ein Freifeldwert! Wenn das gewünschte Gehäuse im Auto oder einem anderen geschlossenen Raum stehen soll, muss man das in der Simulation berücksichtigen. Genau genommen kann man das jedoch nicht, da jeder Raum anders reagiert, man kann nur schätzen. Das Tolle an sehr kleinen Räumen wie einem Auto ist ja, dass die unteren Frequenzen durch den Druckkammereffekt stark angehoben werden.
Einsteigerprobleme? Bitte die TIPPS lesen bzw. drauf verweisen!
ERBAUER: Bollerwagen & Bierkisten
UMBAUER: Skoda Fabia & Partyraum
AUFBAUER: Heimkino & Stereo

ICH:
https://www.youtube.com/user/kampfmeersau ANNUAL TOUR in HAMBURG-Harburg!
EINSTEIGERTIPPS:
http://www.car-hifi-auto.de/faq/2576-bit…rundlagenwissen FÜR und weil DARUM!
PARRY GRIPP:
https://www.youtube.com/watch?v=ERIfLmbsxBU The GUINEA PIG is in your MIND!

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