Luidspreker behuizingen voor elektro dynamische luidsprekers     <laatst bijgewerkt:  2014-12-15>



In het kort:  
Een elektrodynamische luidspreker (chassis) moet bijna altijd in 1 of andere behuizing geplaatst worden omdat 'ie anders niet goed werkt.
Er bestaat een veelheid aan luidsprekerbehuizingen, ieder met eigen voor- en nadelen of andere eigenaardigheden.   

Verwante onderwerpen:
Luidspreker Principes,   Luidspreker Wisselfilters,   Luidspreker Demping,   Luidspreker Kabels.

De kale luidspreker

Eigenresonantie

Demping

De vlakke baffle

De gevouwen baffle

De gesloten kast of akoestische box

De basreflexkast

De orgelpijp

De hoorn luidspreker

De gevouwen hoorn

De transmission line kast

Bijzondere modellen


De kale luidspreker

 

              pgbehu2.gif

Bij de kale luidspreker zal, als de conus naar voren beweegt de hogere luchtdruk daar snel naar de achterkant vloeien, waar een lagere luchtdruk ontstaat. Het gevolg is dat er op enige afstand vrijwel geen geluid waargenomen wordt. Hoe lager de frequentie hoe ernstiger dit effect is. We noemen dit het kortsluit effect.
De kale luidspreker is bijna altijd onbruikbaar.



Eigenresonantie


Iedere kale luidspreker heeft een bepaalde massa (gewicht van de conus) en een veerkracht die door de ophanging van de conus bepaald wordt. Samen vormen deze een systeem dat een sterke voorkeur heeft voor 1 bepaalde frequentie. Beneden die resonantie frequentie geeft een luidspreker hoegenaamd geen geluid af, en bas- tonen bij de resonantie frequentie kunnen erg overheersend zijn.

Bas luidsprekers hebben een eigenresonantie ergens tussen 20 en zo'n 60 Hz. Voor middentoners ligt dat bij 100 of 200 Hz of zo, en (dome) tweeters resoneren op  1 of  2 kHz .

Probeer een luidspreker altijd te gebruiken boven de eigenresonantie frequentie, want daar onder komt er niets van terecht. 



Demping


Als een elektrodynamische luidspreker elektrisch kortgesloten is zal z'n resonantie veel minder geprononceerd zijn. Immers, als de conus beweegt wordt er een elektrische spanning opgewekt in de spreekspoel. De korsluiting dempt deze eigen resonantie, maar niet volledig. 

Een goede versterker heeft een zeer lage uitgangs impedantie en vormt -vanuit de luidspreker gezien- zo goed als een kortsluiting. 
De mate waarin dat het geval is wordt de "Dempingsfactor" genoemd, een eigenschap van een versterker / luidsprekercombinatie. De manier waarop dit begrip gedefinieerd is is echter zo dat er gemakkelijk een groot, maar niets zeggend getal ontstaat. Een dempingsfactor van 10 is prima, en alles wat het meer is maakt het nauwelijks beter.


De vlakke baffle


Hier is de luidspreker ongeveer in het midden van een vlakke plaat van stijf materiaal geplaatst.
Dit is de eenvoudigste manier om het kortsluit effect van de kale luidspreker naar lagere frequenties te brengen. De weglengte van voor naar achter is nu een stuk groter geworden
 pgbehu3.gif

 

Het probleem met de vlakke baffle is dat 'ie nogal groot wordt als 'ie het bij echt lage frequenties goed moet doen. Bovendien is het moeilijk om zo'n grote plaat voldoende stijf te houden. Er zijn wel construkties gemaakt met dubbel hout en zandvulling daartussen, en ook wat verstevigingsribben, maar die zijn nogal onhandelbaar.
Bij de vlakke baffle is er ook geen mechanisme om het boem-bas effect van de eigenresonantie van de luidspreker te onderdrukken.
De vlakke baffle wordt voor de laag  weergave weinig gebruikt, alhoewel er enkele goed klinkende systemen met een zelfs erg kleine baffle op de markt zijn. Ik ben nog niet in de gelegenheid geweest zulke systemen groed aan de tand te voelen. De fysica zegt me dat zulke constructies moeite moeten hebben met zeer lage frequenties (orgel, grote trom)

Bij een goede constructie is er weinig kans op de kast resonanties die juist in het frequentiegebied 100 to 1000 Hz zo vaak een ongewenste kleuring aan het geluid geven.
Het nadeel (maar voor sommigen juist het voordeel) is dat er aan de achterkant net zoveel geluid uit komt als aan de voorkant. Het is dus absoluut nodig om zo'n systeem de ruimte geven, net zoals bij veel elektrostatische luidsprekers. 


De gevouwen baffle


Hier is de vlakke baffle opgevouwen tot een gedeeltelijk open kast. Het ouderwetseradio toestel is een  goed voorbeeld van deze constructie.

 pgbehu4.gif

 

Het voordeel t.o.v. de vlakke baffle is dat 'ie bij een vergelijkbare lage tonen productie flink wat kleiner is, en dat er ruimte is om wat spullen op te bergen (de radio)
Het nadeel is dat er in het volume van de kast nogal wat oncontroleerbare resonanties kunnen optreden.. De historische uitvoeringen van dit type luidsprekerbehuizing hadden ook geen enkele vorm van demping. De kastwanden waren meestal dun en dus meetrillend. E.e.a. resulteert in een sterk "gekleurd" geluid. 
De gevouwen baffle vinden we in goedkope radio's, in de meeste (ouderwetse CRT-) TV's en in goedkope audio setjes. In bijna al die gevallen zijn het dan ook nog eens dunne plastic kastjes. Het geluid is er dan ook naar......


De gesloten kast, ook wel akoestische box.


De luidspreker is gemonteerd in een verder geheel gesloten kast.

        pgbehu5.gif

Het lijkt een eenvoudige manier om het kortsluiteffect kwijt te raken, maar er zitten wel wat adders onder het gras.

  1. De lucht die in de kast opgesloten is vormt een veerkracht. Die veerkracht telt op bij de vering van de conus ophanging en verhoogt de eigenresonantie van de luidspreker. Dit effect is sterker naarmate de kast kleiner is en/of de conus oppervlakte van de luidspreker groter is.

  2. Bij de resonatie frequentie wordt een overmatige hoeveelheid geluid afgegeven. Dit kan gemakkelijk aanleiding geven tot een z.g. boem-bas.

  3. De kastwanden kunnen op bepaalde frequenties resoneren. Dit veroorzaakt een gekleurd geluid.

  4. Bij hogere frequenties kunnen er allerlei interne resonanties optreden die het geluid sterk kunnen kleuren. 

In verband met deze problemen is het een weinig gebruikte luidsprekerbehuizing. 

De paneel resonanties kunnen worden tegengegaan door dikke wanden en verstevigende tussenschotten, en de interne resonanties door dempingsmateriaal.

Er bestaan wel systemen  waarbij de basluidspreker in een frappant kleine gesloten behuizing zit en waarbij met maatregelen in de versterker toch een uitstekende basweergave bereikt wordt. Er zijn dan 2 mogelijkheden:  MotionalFeedback en ForwardCompensation.

Bij Motional Feedback is er op de conus van de basluidspreker, onder de stofkap, een sensor geplaatst die de beweging van de conus meet. Dit signaal wordt teruggevoerd naar de versterker.   

 

Er bestaan wel goedkope uitvoeringen waarbij de kast van vrij dun plastic is. (typisch de "Ghettoblaster" en de boxen van de goedkope "stereotoren"). Deze uitvoeringen veroorzaken altijd veel kleuring en hebben een gebrekkige weergave van de zeer lage tonen.


De basreflexkast


Bijna net als de gesloten akoestische kast, maar er is hier ook een buisvormige opening naar buiten (de poort). 

 

           pgbehu6.gif

 

De lucht in de buis vormt een bewegende massa, die in de kast een veer. Samen vormen die een resonator op een zeer bepaalde frequentie. Als deze frequentie overeenkomt met de eigenresonatie van de luidspreker vormt het totaal een resonator die minder gepiekt (minder sterke uitslag) en breder (over een groter frequentie bereik) resoneert. Met de juiste hoeveelheid dempings materiaal kan een zeer goede weergeve bereikt worden.
Het grote nadeel van de basreflexkast is dat 'ie erg critisch is wat betreft de juiste afstemming tussen de kast-eigenschappen en de luidspreker eigenschappen. En deze laatste kunnen in de loop der tijd nog best wel wat veranderen. 


Een variant op dit principe is de passieve resonator. De poort is dan vervangen door een identieke luidspreker, maar dan zonder magneet en zonder spreekspoel.

In nog een andere variant is de luidspreker gemonteerd in een tussenschot in de kast, zodat er twee ruimtes van verschillende afmetingen ontstaan, ieder met een eigen poort en ietwat verschillende  resonantiefrequenties. Hiermee wordt wordt ook weer een verbreding van de resonantie piek bereikt. Deze constructie vind je typisch in de "subwoofers" voor onder de bank. Ze worden ook wel "Band-Pass" systemen genoemd.

 

HET probleem met de basreflex is dat de ene resonator (de luidspreker) gedempt wordt met een andere resonator (de kast). Dat werkt redelijk goed voor continue tonen (orgel) maar niet goed voor impulsgeluiden zoals basedrum, pauken, basgitaar, etc. De resonanties moeten eerst "op gang" komen, en dat kost tijd.
Voor de remedie zie Luidspreker Alternatieven.

De orgelpijp


Hier is de luidspreker gemonteerd in een lange rechte pijp (soms opgevouwen). Met de juiste lengte kan de pijp afgestemd worden op de luidspreker, net als bij de basreflexkast en heeft dan vergelijkbare voor- en nadelen. Een bijzonder voordeel is dat 'ie plat tegen de muur in de hoogte gebouwd kan worden, en zo weinig vloer oppervlakte inneemt. Er bestaat ook een variant met meerdere pijpen van verschillende lengte.


De hoorn luidspreker

Hier is de luidspreker gemonteerd aan het smalle eind van een wijduitlopende hoornvormige constructie.

 

             pgbehu7.gif

   

De hoorn vormt een sterke akoestische demping voor de luidspreker waardoor de effecten van de de eigenresonantie beperkt blijven, en ook de conus uitslag gering is. Er kan een luidspreker met een korte spreekspoel gebruikt worden, en de intermodulatie vervorming is gering.
Een hoorn die ook bij lage frequenties goed werkt moet echter extreem groot zijn. Zelfs in een theaterzaal is 'ie een sta-in-de-weg. Voor huiskamer gebruik is de hoorn zo goed als niet niet bruikbaar voor de laagste frequenties.
In P.A. situaties wordt de hoorn wel vrij vaak gebruikt voor midden en hoge tonen.
Een ander nadeel van de hoorn is dat het geluid erg in 1 bepaalde richting straalt (denk maar aan de megafoon) Voor P.A. doeleinden kan dat prima zijn maar in de huiskamer willen we dat meestal niet.
Voor de techneuten: De hoorn vormt een soort "aanpas transformator" die de akoestische impedantie van de luidspreker aanpast aan de nogal afwijkende "karakteristieke impedantie" van de omringende lucht. Vandaar het hoge rendement en de sterke demping van de luidspreker.


De gevouwen hoorn

Hier is de hoorn op een slimme manier opgevouwen. De meest bekende vorm is de Klipps-horn, die in de hoek van een kamer gemonteerd moet/kan worden. De kamer wanden vormen een deel van de hoorn. In sommige uitvoeringen komt er ook metselwerk aan te pas om e.e.a. trillingsvrij te realiseren.
Persoonlijk heb ik geen ervaring met deze construkties, en het lijkt me in veel gevallen onpractisch om er een stereo opstelling mee te realiseren.

Op de website van Klipps heb ik absurde prijskaartjes gezien, dus er is werk aan de winkel voor zelfbouwers.


De transmission line kast

De luidspreker is hier gemonteerd aan het wijde eind van een gevouwen kanaal dat geleidelijk aan smaller wordt. Dat kanaal eindigt in de open lucht. Het netto effect is dat er weinig geluid uit die poort komt, het meeste reflecteert weer en gaat terug naar de luidspreker. 

Voor de techneuten: De impedantietransformator zoals die door de hoorn gevormd wordt is hier omgekeerd gebruikt. Bij de poort monding is er  een sterke mis-aanpassing op de akoestische impedantie van de omringende lucht, dus net als bij een niet afgesloten kabel reflecteert de meeste energie.
Door een juiste hoeveelheid dempingsmateriaal in het kanaal te plaatsen wordt het geluid weggedempt. Het dempmateriaal wordt zogezegd dubbel gebruikt waardoor er een zeer effectieve demping is.

N.B. Er bestaan verschillende lezingen over de precieze werking van de TL. Sommigen beschouwen hem als een variant van de orgelpijp. Voor de de door mij gebouwde kast hieronder hou ik vast aan de bovenstaande lezing. Ik heb ook met metingen kunnen verifiŰren dat er door de poort zo goed als geen energie afgegeven wordt.  
Er bestaan diverse commerciele versies in het wat dure segment (o.m. Nautilus van B&W), maar er zijn ook aantrekkelijke zelfbouw ontwerpen.

Hieronder een foto in het bouwstadium van de "State Of The Art", zoals dit ontwerp van ene meneer Atkinson heette.


   sota.gif   sota-h2.jpg     


Bijzondere Modellen

De geschiedenis heeft uiteraard een veelheid van experimenten opgeleverd. Voor de bas weergevers dacht ik hier een redelijk volledige opsomming gegeven te hebben. Er zijn varianten van de bovengenoemde principes gebouwd waarbij de scheidingsmuur tussen twee kamers als vlakke baffle fungeerde, of waarbij een betonnen rioolpijp de kast van een gesloten box of een basreflex kast vormde. Dat is nog niet zo gek, want veel problemen met kleuring van het geluid zijn terug te voeren op resonanties van de kastwanden. Het gebruik van zware en dikke materialen helpt dan.
Voor de hoge tonen weergave wil ik 1 ongebruikelijk ontwerp noemen, de Conque, een frans ontwerp.
De Conque beoogde een oplossing te geven voor de sterke richtwerking van de ouderwetse hoge tonen luidsprekers, van vˇˇr de komst van de dome tweeter.
De luidspreker was gemonteerd in een bescheiden kast (soms een bolvormige kast) en straalt omhoog. Op die kast staat een betonnen elliptische schelp van enkele decimeters hoog. (denk maar aan het gespitste oor van een kat of hond)
Het gebundelde geluid van de luidspreker reflecteert zodanig tegen de schelp dat het goed in alle richtingen verspreid wordt, zonder dat er grote fase fouten optreden.
Met de komst van de dome tweeter is het probleem van de richtwerking al voldoende opgelost zodat de conque tamelijk achterhaald is.