Mijn ultieme monitor

 

Inleiding

Ofschoon ik nog steeds heel tevreden ben met de kleine Peerless/SEAS monitors, wist ik dat ze op een aantal punten te verbeteren zijn. Het gaat hierbij om drie zaken:

  • Een rustiger en ruimtelijker hoog door een behuizing te maken die veel minder diffractie geeft. De behuizingen die dit goed doen én die ik mooi vind, hebben grote schuine facetten zoals bijvoorbeeld de luidsprekerboxen van Avalon Acoustics.
  • Een doorzichtiger middengebied door een behuizing te maken die geen of nauwelijks dempingsmateriaal nodig heeft. De énige gesloten box behuizing die hierin slaagt over het hele middengebied is de sphere/tube van B&W. Ik ken geen andere concepten die er zo goed in slagen om staande golven niet te laten ontstaan en daarom nauwelijks dempingsmateriaal nodig hebben.
  • Vermindering van mechanische resonanties door de rand van het frame van de middentoner te ontkoppelen van de behuizing en door de driver aan zijn magneet vast te zetten. Dit is een aanpak die ik vond op de website van Siegfried Linkwitz, zie hier.

    • Ik heb een testmonitor gebouwd om via eigen metingen te verifiëren dat deze drie zaken goed werken. Daarbij heb ik het concept van B&W enigszins gewijzigd. Mijn geïnverteerde hoorn is niet recht maar omhoog gekruld. Ook heb ik de kegel die bij B&W achter de magneet van de middentoner zit niet laten zweven. De constructie is dusdanig dat de kegel een onderdeel uitmaakt van de kast en dat ik daarop de magneet van de luidspreker stevig vast kan zetten. Op basis van deze testbox heb ik mijn ultieme monitor ontworpen. Ik zou niet weten hoe het nog beter kan. Hij is niet van beton, maar omdat ik afwisselend lagen multiplex en MDF gebruik die ook nog eens van verschillende dikten zijn is de kast extreem dood. Het gewicht inclusief luidsprekers is 16.1 kg bij een netto inhoud van ongeveer 4.5 liter. Hieronder een plaatje van de testbox toen er nog een rechte geïnverteerde hoorn achter zat.

    Ik heb hem in eerste instantie getest met de Peerless HDS 134 midwoofer en de SEAS Millennium tweeter, zodat ik goed kon vergelijken met de oude behuizing. Het geluid was wezenlijk beter, mooier hoog maar vooral een beter laagmidden. Vooral bij pianomuziek was ik verbaasd hoeveel minder het geluid versmeerd werd en hoe de dynamiek was toegenomen. Dit gaf mij de motivatie om deze zeer bewerkelijke box in tweevoud te maken, in een uitvoering die niet alleen aangenaam is voor het oor maar ook voor het oog. Het bouwen van de box is zo bewerkelijk, dat ik eigenlijk niet verwacht dat iemand hem nabouwt. Ik hoop vooral mensen te inspireren om eens van gebaande paden af te wijken en hun eigen, wellicht simpeler uitvoering van dit concept te vinden. Op het forum van zelfbouwaudio zijn in ieder geval een aantal fanatieke doe-het-zelvers die de sphere/tube ook eens gaan proberen.

    Terug naar boven

    Drivers

    Mijn doel was drivers te selecteren, zodanig dat er niet op kwaliteit werd ingeboet en waarbij de prijs toch zeer vriendelijk bleef. Gelukkig zijn in 2005 dergelijke drivers beschikbaar gekomen voor de doe-het-zelver.

    De selectie van de drivers is verder niet gebaseerd op zo groot mogelijke geluidsdruk, maar op een zo goed mogelijk afstraalgedrag. Ik probeer een zo goed mogelijke puntbron te creëren, die boven de bafflestep gelijkmatig naar voren straalt onafhankelijk van frequentie. Dat dit gedrag vooral in het middengebied van belang is bewijzen de beste luidsprekersystemen die er zijn zoals die van Avalon Acoustics met een ongekende ruimtelijkheid en plaatsing. Dit uitgangspunt beperkt de grootte van de middentoner. Het compromis dat ik heb gekozen is de Peerless HDS 152 Exclusive. Deze vertoont een vrijwel ideaal afstraalgedrag tot 2000 Hz en er zijn voldoende tweeters te vinden die ingezet kunnen worden vanaf deze frequentie. De grootte van de middentoner, die in feite een midwoofer is, geeft de gelegenheid om de overnamefrequentie met de woofer te leggen op ongeveer 100 Hz, zolang de gewenste geluidsdruk maar niet al te hoog is. Indien grotere geluidsdrukken gewenst zijn, zonder wezenlijke beperkingen in de huiskamer, dan kan de scheidingsfrequentie in het laag op 200 Hz worden gelegd. Het is dus heel goed mogelijk om deze monitor als topkast te gebruiken in een drieweg systeem met separate basbox zoals bijvoorbeeld toegepast in de Wilson WATT/Puppy.

    De Peerless HDS 152 Exclusive is naar mijn mening een luidspreker die met zijn bescheiden prijs de duurdere merken uitdaagt. Het geluid is zeer helder een doorzichtig, terwijl de afval bij hoge frequenties vriendelijk is en goed gecontroleerd. Het geavanceerde ontwerp van de elektromagnetische aandrijving staat garant voor een zeer lage vervorming. De driver is gewoon top, hoewel hij met zijn markante uiterlijk niet iedereen zal bevallen.

    Voor de tweeter ben ik uitgekomen op een driver, de SEAS 27TDC (noferro 550), die geen gebruik maakt van ferrofluïde en die toch hoog belastbaar is mits ingezet niet lager dan 2000 Hz. Ik heb deze driver ontdekt door de testen van Mark K. Deze tweeter test net zo goed als of beter dan veel toptweeters. De 2de harmonische vervormingscomponent is onhoorbaar omdat hij nergens hoger is dan 1%, de 3de harmonische vervormingscomponent is lager dan 0.1% en de hogere harmonischen liggen zelfs lager dan 0.01%. Ik durf niet met zekerheid te beweren dat het ontbreken van ferrofluïde bijdraagt tot het zeer mooie hoog, maar gevoelsmatig doet het dat wel voor mij.

    Terug naar boven

    Behuizing

    Dit hele project gaat natuurlijk met name om de behuizing. In de inleiding heb ik al aangegeven wat de drie belangrijkste zaken zijn in het ontwerp. Ik heb twee links gemaakt waarin de ontwerp tekeningen staan. Eerst een microsoft word document met daarin het voor-, zij- en bovenaanzicht en alle secties van de inwendige bol. Als tweede een verwijzing naar een pagina waarin alle secties van de inwendige geïnverteerde hoorn staan, die met AutoCAD berekend en uitgeprint zijn.

    1. Microsoft word document met tekeningen

    2. Pagina met de secties van de geïnverteerde hoorn

    Hieronder is het hele bouwproces geïllustreerd. Door middel van een beetje toelichting bij de foto's hoop ik dat het allemaal duidelijk is.

    Eerst zijn alle 36 panelen uitgezaagd, behalve het materiaal voor de afwerklaag dat zal bestaan uit 5 mm buigmultiplex en 4 mm MDF. Daarna zijn alle sectie tekeningen uitgeknipt en met plakstift op de panelen gelijmd. De panelen zijn afwisselend MDF en multiplex, in het microsoft word document respectievelijk aangegeven met donkergeel en lichtgeel. Om in te zoomen, klik op de foto.

    Bovenstaande twee foto's zouden duidelijk moeten maken hoe ik de secties van de bol heb uitgezaagd.

    Met een ander paneel als voorbeeld wordt hier getoond hoe de overblijvende gele gedeelten worden weggezaagd met de decoupeerzaag onder een hoek van 45 graden.

    Het uithollen van de voorkant van de kegel waarop de midwoofer gaat worden vastgeschroefd...

    ...en controle of het past door er even de trafoschijf op te leggen, waarop de midwoofer gaat worden vastgelijmd.

    Alle panelen zijn uitgezaagd.

    Detailopname van het paneel waaruit ook het laatste stuk van de kegel is gezaagd.

    Hier wordt getoond hoe ik de panelen heb gelijmd. Eerst met lijmklemmen goed positioneren en dan een paar gaatjes voorboren en daardoor de panelen aan elkaar schroeven.

    Dan losschroeven, beide panelen even opschuren en lijm aanbrengen.

    Weer vastschroeven zodat de panelen goed gepositioneerd zijn ten opzichte van elkaar. Vervolgens de lijmklemmen erop.

    Na het drogen de schroeven er weer uit. Bij de dunne panelen kunnen op deze wijze gemakkelijk 3 of 4 panelen tegelijk worden gelijmd met een stel voldoende lange schroeven.

    Groepen van 3 + 3 + 3 + 4 gelijmde panelen. Het gaat om de laatste dertien panelen van elke box. Op de panelen van de tweede box is getoond hoe het zagen van de gaten voor de filtercompartimenten is voorbereid door er papieren cirkels op te plakken.

    De filtercompartimenten zijn uitgezaagd...

    ...en de dertien panelen zijn op elkaar gelijmd.

    Links op de foto is te zien dat ik een gat van 18 mm heb geboord door de achterkant van de box. Dit gat is nodig om daardoorheen de midwoofer te kunnen vastschroeven op de kegel. Rechts op de foto is het volgende blok van aan elkaar gelijmde panelen te zien, nummers *5-*5 tot en met 8-8.

    Voor- en achterkant van de geïnverteerde hoorn, met in de achterkant de compartimenten voor het scheidingsfilter.

    Op de aangegeven plaatsen heb ik gaten geboord met een balkenboor waar de draden van drivers naar scheidingsfilter doorheen lopen.

    Drie strengen langharige wol, uit elkaar geplozen en aan een kant met een elastiekje bij elkaar gehouden. Het gewicht is ongeveer 10 gram.

    De wol is met een touwtje aan het elastiekje door de geïnverteerde hoorn getrokken, waarna zowel het touwtje als elastiekje verwijderd zijn. Uitgebreide experimenten en metingen hebben aangetoond dat dit de enige benodigde demping is om elke resonantie uit te sluiten. Het deel van de behuizing met de inwendige bol, links op de foto, blijft dus verder leeg. De midwoofer kan daarom vrij bewegen zonder dat er energie in dempingsmateriaal verloren gaat.

    Om de midwoofer via een slotbout goed strak vast te kunnen trekken, is een sluitring precies midden op de achterkant van de kegel gelijmd.

    Daarna zijn de twee helften met de bol en de geïnverteerde hoorn aan elkaar gelijmd. Ook is op de voorkant het laatste 6 mm MDF paneel gelijmd (sectie *15-*15).

    Nu kan de kast worden afgewerkt. Op de onderkant wordt 5 mm buigmultiplex gelijmd.

    De uitstekende delen zijn na het drogen van de lijm weggeschuurd.

    Daarna worden de maten voor de grote facetten afgetekend, klik op de foto om ze goed te zien.

    Vervolgens worden lijntjes gezet binnen die maten op een afstand van 5,5 mm om rekening te houden met de dikte van de afwerklaag van 4 mm MDF.

    Langs die lijntjes worden de facetten onder een hoek van 45 graden weggezaagd, zie de foto hierboven voor het resultaat nadat het geschuurd is.

    Het dunne achterpaneel wordt aan de randen onder een hoek van 45 graden weggeschuurd.

    De eerste zijkant van buigmultiplex wordt met behulp van spanbanden vastgelijmd.

    Het resultaat na wegschuren van de uitstekende delen.

    Op bovenstaande foto is de bovenkant ook bekleed met een laag van 5 mm buigmultiplex.

    Bij nader inzien vond ik de baffle net wat te smal worden, vandaar dat de grote facetten links en rechts ook bekleed zijn met een laag buigmultiplex van 5 mm.

    Op de foto hierboven is de behuizing bekleed met een tweede laag buigmultiplex op de zijwanden. Verder zit er op de boven- en onderkant al de afwerklaag van 4 mm MDF.

    Het bekleden van de grote facetten met de 4 mm MDF afwerklaag.

    Hier is de kleine facet aan de bovenkant ook bekleed met 4 mm MDF en alle uitstekende randen zijn weer netjes weggeschuurd.

    De bekleding aan de voorkant, met daarop aangebracht de benodigde uitsparingen voor de drivers.

    Het zorgvuldig positioneren van deze laatste afwerklaag.

    Het laten drogen van deze afwerklaag onder het eigen gewicht van de behuizing.

    De behuizing is in de grondverf gezet.

    Het resultaat na schuren, plamuren van alle kieren met lakplamuur, weer schuren en aflakken.

    Direct onder het frame van de midwoofer wordt een rubber slang geplaatst. Dit is een rubber benzineslang van 8 mm doorsnede, hol met een diameter van 4 mm doorsnede. Hij wordt op maat afgeknipt en met secondenlijm tot een cirkel gemaakt.

    De midwoofer wordt niet aan de randen van het frame gemonteerd, maar met zijn magneet op de kegel in de behuizing. Voor dit doel zijn trafoschijven aangeschaft die, nadat er alvast een bout doorheen is gestoken, met tweecomponenten metaallijm op de achterkant van de midwoofer wordt gelijmd.

    De bout wordt dan door het gat in de kegel geleid en door het gat in de achterkant van de behuizing met een moer stevig vastgezet. Daarvoor wordt een sleutel door de achterkant van de behuizing gestoken. Dit is een precies en geduldig werkje. Op de lijmverbinding van de trafoschijf en de midwoofer rusten geen krachten anders dan het licht indrukken van de rubberslang die voor montage onder het frame is gelegd. Ook was het opletten geblazen om niet te vergeten dat alvast de montagedraden aan de terminals van de midwoofer moeten worden gesoldeerd en door de gaten naar het filtercompartiment te leiden!

    En hier is ie dan! De tweeter hangt ook zwevend in de behuizing, licht vastgeklemd door een rubberslang rondom.

    Terug naar boven

    Scheidingsfilter

    Het actieve filter dat ik al had ontwikkeld voor het project met de Peerless/SEAS monitor en XLS-12 subwoofer, is aangepast voor mijn ultieme monitor om optimaal samen te werken met deze subwoofer.

    Het passieve filter is ontworpen zodanig dat een akoestisch derde orde Butterworth respons ontstaat.

    Ik heb gemerkt, na lang luisteren, dat het beter was om de tweeter in fase aan te sluiten. In tegenfase aangesloten ontstaat een zeer vlakke respons op de luisteras en op 15 graden en een wat minder vlakke respons voor grotere hoeken. Als de tweeter in fase wordt aangesloten, dan ontstaat er flauwe dip in de respons rond 3500 Hz op de luisteras en op 15 graden. Onder grotere hoeken wordt de respons dan echter weer vlakker, behoudens het bundelen van de tweeter. Deze respons klinkt natuurlijker en heeft wat meer diepte.

    Hierbij de elektrische respons die het passieve filter geeft op de luidsprekerklemmen van midwoofer en tweeter, zoals voorspeld door SpeakerWorkshop. Groen de amplitude en fase van het filter voor de tweeter, rood de amplitude en fase van het filter voor de midwoofer.

    De door SpeakerWorkshop voorspelde akoestische respons op 15 graden horizontaal. Door de jaren heen heb ik geleerd dat de 15 graden meting een erg fijn ontwerpdoel geeft voor de beste tonale balans. Groen de tweeter amplitude, rood de midwoofer amplitude en zwart de resulterende amplitude respons. De 15 graden hoek is niet gesimuleerd in SpeakerWorkshop, ik heb gewoon de meetdata van midwoofer en tweeter ingevoerd zoals ongefilterd opgemeten onder deze hoek.

    Terug naar boven

    Metingen

    Na inbouw van het filter in de monitors heb ik een aantal metingen uitgevoerd met DLSA Pro. Ze klinken erg goed en de metingen bevestigen wat ik hoor.

    Hierboven de elektrische meting, namelijk de amplitude en fase van de impedantie. Een derde orde Butterworth filter geeft over het algemeen een lagere impedantiepiek rond het overnamepunt dan een vierde orde Linkwitz-Riley filter, zoals hier goed te zien is.

    De akoestische amplitude en fase op 15 graden horizontaal, gemeten op hoogte precies tussen midwoofer en tweeter en op 1 meter afstand van de box. De monitor is 'kaal' opgemeten, zonder actieve bafflestep compensatie. Er is dus een lichte afval beneden 1000 Hz te zien.

    Het horizontale afstraalgedrag: de amplituderespons op 0 graden (zwart), 30 graden (blauw), 45 graden (rood) en 60 graden (groen). Er is door diffractie aan de onderste scherpe rand van de monitor een lichte bult rond 1000 Hz te zien. Ik heb deze niet gecorrigeerd in het filter, het klinkt het beste zo. De piek verdwijnt bijna volledig indien de monitor op een bas-unit wordt geplaatst.

    De staprespons (op 15 graden horizontaal), deze komt overeen met een 3de orde Butterworth systeem.

    Het waterval diagram op 15 graden horizontaal. Vrijwel alles 30 dB gezakt binnen 1 msec!

    Terug naar boven