Der offizielle Thread zu meinem Großprojekt: der Bau eines Double Bass Arrays

Der Bau meines DBA-Subwoofers


Wie ich schon häufiger in diesem Forum angesprochen habe, will ich mir ein schönes DBA bauen. Dies ist jetzt der offizielle Thread, in dem alle Fortschritte Ergebnisse, Probleme und Fragen geposten werden.


Jetzt werden erstmal einige die Frage stellen:

Was ist ein DBA?
Die Abkürzung steht für Double Bass Array. Dies heißt auf Deutsch: doppeltes Bass-Feld.
Ein Bass-Array ist eine Anorndnung von mindestens 2 Subwoofern an einer der Stirnseiten des Raums. Besser sind noch mehr Subwoofer, z.B. 4 Stück. Da es beim DBA ja doppelt sein soll, hat man an der gegenüberliegenden Wand ebenfalls nochmal ein solches Array, welches spiegelsymmetrisch angeordnet ist.
Nun wird sicherlich die Frage aufkommen, warum das Ganze, wieso nicht einfach einen Subwoofer auf den Boden stellen?
Also, wer einen einzelnen Subwoofer in seinem Zimmer stehen hat, wird sicherlich schon bemerkt haben, das es an einigen Stellen im Zimmer dröhnt und an anderen Stellen im Zimmer hört man vom Bass sogut wie gar nichts. Sozusagen Basslöcher im Raum. Diese Basslöcher kommen daher zustande, weil ein normaler rechteckiger Raum meist solche Abmessungen hat, das eine oder mehrere Tieftonschallwellen darin gerade so Platz finden. Wenn nun eine Schallwelle genau zwischen zwei Wände passt, dann bildet sich eine stehende Welle aus. Bei stehenden Wellen ist eins charakteristisch: die gerade reflektierte Welle überlagert sich mit der nun gerade einfallenden Welle und bei dieser Überlagerung kommt es direkt an der Wand zu einer Verdoppelung des Schalldrucks (weshalb es in der Nähe von Wänden immer dröhnt), und in einem definierten Abstand zur Wand, welcher proportional zur Wellenlänge ist, löschen sich beide Wellen gegenseitig aus, da an dieser Stelle jeweils entgegengesetzte Druckmaxima sind. Ich mache es mal mit Bildern beispielhaft:

hier sieht man einen Subwoofer in der Mitte einer Wand. Er gibt eine Frequenz wieder, welche genau der Eigenefrequenz des Raumes in der Länge entspricht (344 geteilt durch die Länges des Raumes ergibt diese Eigenfrequenz). Dabei wurde in der Mitte der Strich eines Koordinatensystems eingezeichnet. Die Welle wurde als Druckdiagramm dargestellt, d.h. wenn ein Teil der Welle oben ist, dann ist da ein Überdruck, wenn der Teil der Welle unterhalb des grauen Strichs ist, dann ist dort ein Unterdruck. Die rote Welle ist die aktuell vom Subwoofer abgegebene, die grüne die vorherige, welche gerade an der Rückwand reflektiert wurde. Da sich beide Wellen überlagern, addieren sich folglich ihre Drücke. An Stellen, wo beide Wellen jeweils entgegengesetzte Werte haben, löscht sich der Schall aus, an den Stellen, wo sich die Graphen kreuzen, ist der Schalldruck maximal.

Im Folgenden zeige ich, wie sich verschiedene Subwooferanordnungen verhalten:

Jeder einzelne Subwoofer erzeugt Kugelwellen. D.h. der Schall breitet sich in Form einer Kugel in alle Richtungen gleichmäßig aus. Diese Kugelwelle wird von allen Wänden reflektiert. An den Stellen, wo sie senkrecht reflektiert wird, bildet sich eine stehende Welle aus, hier markiert durch eine rote Welle.
Dies ist die Situation, wie sie in fast allen Haushalten vorherscht. D.h. es bilden sich zwischen allen Wänden und zwischen Decke und Boden stehende Wellen, welche ja die bekannten Basslöcher verursachen.

Auf diesem Bild sind 2 an der Stirnseite des Raumes angebrachte Subwoofer zu sehen. Dies ist schon ein einzelnes BassArray, auch SBA (Single Bass Array) genannt. Bei dieser Anordnung überlagern sich zum Teil die Kugelwellen und es entsteht auf der Ebene der Subwoofer eine ebene Welle, welche sich dadurch kennzeichnet, das es sogut wie keine Reflexionen von der Seite gibt. Das bedeutet, das man mit 2 Subwoofern an der Stirnwand keine stehenden Wellen mehr zwischen den beiden Seitenwänden hat. Aber dafür hat man noch die beiden stehenden Wellen zwischen Decke und Boden, sowie zwischen Vorder und Rückwand.
Wenn man das Array noch nach oben ausbreitet, also 4 Subwoofer an einer Wand, dabei 2 unten in Reihe und 2 oben in Reihe, dann wird ebenfalls die stehende Welle zwischen Decke und Boden eleminiert und es gibt nur noch eine einzige stehende Welle.

Diese stehende Welle kann man zwar jetzt ebenfalls durch eine weitere Verdoppelung der Subwoofer eleminieren, nur hier muss noch einiges beachtet werden:
die weiteren 4 Subwoofer, welche nun an der Rückwand sind, müssen den Schall der vorderen Subwoofer auslöschen, damit dieser nicht wieder reflektiert wird. Dazu müssen sie erstens phaseninvertiert arbeiten (d.h. wenn die vorderen Subwoofer den Membran nach außen bewegen, dann bewegt sich bei den hinteren der Membran nach innen). Die dadurch erzeugte Gegenwelle löscht die Welle von vorn im Idealfall komplett aus. Damit es aber richtig funktioniert, dürfen die hinteren Subwoofer erst dann arbeiten, wenn die Welle von vorn angekommen ist. Das bedeutet, man muss die hinteren Subwoofer Zeitverzögert über ein Delay ansteuern, welches genau auf die Millisekunde so lang ist, wie der Schall von der vorderen Wand zur hinteren Wand benötigen würde. Dadurch wird die Schallwelle sozusagen beim Auftreffen auf die hintere Wand "aufgesaugt".




ok, soviel zur Theorie. Nun zu meinem Projekt:

Mein Ziel:
Ich will, das ich in meinem Raum eine lineare Tieftonwiedergabe bis hinunter in den Infraschallbereich erreiche. Ziel sind für mich 18Hz linear. Dies ganz einfach aus dem Grund, weil erstens auf DVDs in diesem Bereich noch extrem viel los ist, und zweitens tragen diese Frequenzen, wenn sie laut genug gespielt werden, sehr sehr viel zur Stimmung bei. Denn anstatt sie zu hören, fühlt man sie im Film nur und ein gruseliger Film geht dann auch echt auf die Magengrube.
Desweiteren soll das System so dimensioniert sein, dass ich mir auch bei lauten Filmen und heftigsten Bassattacken keine Sorgen um eine heraushüpfende Membran machen muss (die Chassis sollen also sowenig wie möglich Hub machen müssen, denn viel Hub ist auch gleichzeitig viel Klirr).

Dieses Ziel ist schonmal nur auf eine Weise erreichbar: viel viel Membranfläche. Ich habe mich daher für folgendes Chassis entschieden:

Beyma 18LX60
Hier mal die technischen Daten des Chassis:

Korbdurchmesser________________= 460 mm (18") Einbaudurchmesser:______________= 415 mm Belastbarkeit______________RMS___= 600 W Belastbarkeit______________AES___= 700 W Belastbarkeit______________Musik__= 1400 W Impedanz nominal__________Znom_= 8 Ohm Impedanz minimal__________Zmin__= 7.1 Ohm Resonanzfrequenz__________fs____= 27 Hz Gleichstromwiderstand______Re____= 5,5 Ohm Schwingspuleninduktivität____Le____= 1,2 mH Wirkungsgrad_____________SPL___= 98 dB (1W; 1m) äquivalentes Luftvolumen____Vas___= 500 Liter Güte, gesamt______________Qts___= 0,37 Güte, elektrisch____________Qes___= 0,38 Güte, mechanisch__________Qms___= 11,45 Membranfläche_____________Sd____= 1320 cm² Membranverschiebevolumen__Vd____= 1200 cm³ Kraftfaktor Spule-Magnet______BL____= 20.5 N/A Bewegte Masse____________Mms___= 0.172 kg mechanischer Verlust________Rms__= 2,2kg/s Federkonstante____________Cms___= 248µm/N Auslenkung, linear_________Xmax___= 9mm Auslenkung, maximal_______Xmech_= 20 mm Effizienz__________________no____= 2,5% Schwingspulendurchmesser__Dd____= 100 mm Schwingspulenlänge______________= 23 mm Wickelhöhe________________Hc____= 27,5 mm Spalttiefe_________________Hg____= 9,5 mm verdrängtes Volumen______________= 11L Magnetgewicht___________________= 9 kg Gesamtgewicht__________________= 11,5kg

Hier ein Bild des Kleinen:

und mal ein Größenvergleich mit einem: Magnat Omega 300 (30cm Sub, oben im Bild), einem Magnat Alpha 38a (38cm Sub, unten im Bild) und einer Magnat Vector 77 Standbox, welche 17cm große Tieftöner hat:


Für den Antrieb dieser Tieftöner habe ich mich wieder für Behringer entschieden, denn ich habe schon ein Mehrkanalmischpult von Behringer, welches für die alten Subwoofer verwendet wurde, und da ich eine Markenhomogenität gerne habe, kamen also eigentlich nur die Behringer Europower EP2500 in Frage. Diese Endstufen kommen aus den PA-Bereich und bieten an den 8 Ohm des Beyma Chassis 750Watt Dauerausgangsleistung. Damit ich keine umständlichen Schaltungen machen muss, habe ich mich für 4 Endstufen entschieden, welche mit je 2 Ausgängen alle Chassis locker betreiben können. Das Signal bekommen die Endstufen von einem Behringer UltraDrive DCX2496, den ich leider noch nicht habe, da Behringer hier schon seit 4 Monaten einen Lieferengpass hat
Und damit ich auch bei EAX Spielen ohne große Umstände den Subwoofer gescheit nutzen kann, habe ich vor dem UltraDrive noch ein 8 Kanal Mischpult. An diesem Mischpult sind ALLE PreOut Ausgänge meines Yamaha RX-V1400 Receivers angschlossen. Über die Kanalfader kann ich dann sehr genau einstellen, mit welchem Pegel jeder Kanal auf dem Sub wiedergegeben wird, wodurch auch bei EAX Spielen ein sehr einheitlicher Tiefbass möglich wird.
So hier mal ein paar Bilder der Endstufen:


Und hier mal alle Technik zusammen, an dem Tag wo sie mir geliefert wurde:


Kosten
Pro Chassis: ~300€
Pro Endstufe: ~300€
Ultradrive: ~300€
Mischpult: ~150€
Holz+Leim+Dämmstoff: ~1300€
125x Basotect 100*50*3cm: ~850€

Gesamtkosten: ca. 7000€ mit allem anderen Zubehör
reine Kosten für den "Subwoofer": 5400€


Die Planung
Aufgrund der Parameter des Chassis habe ich mit WinISD Pro Alpha eine Simulation gemacht. Dabei bin ich dann bei 450Liter Innenvolumen und eine Abstimmfrequenz von 19Hz gelandet. Im Folgenden ist der Frequenzgang zu sehen, wie das Chassis ohne Änderungen spielen würde.
Wie man erkennt, der Fgang fällt bereits bei ca. 60Hz ab und ist bei 20Hz bei -10dB angelangt. Da das Behringer UltraDrive aber zum Glück einen parametrischen Equalizer (PEQ) besitzt, kann ich das relativ einfach ausbügeln. Im zweiten Fgang ist ein PEQ bei 20Hz mit +7dB dazugeschaltet. Diese Kurve ist schon sehr brauchbar. Im dritten Bild ist der maximal erreichbare Schalldruck pro Lautsprecher zu erkennen. Da im DBA Betrieb insg. 8 Stück zu einsatz kommen und es im Raum nur eine Halbkugelwelle erzeugt wird, kann man auf diesen Wert nochmal +21dB dazurechnen, welcher im Endeffekt erreichbar wäre (Reflexion einer Halbkugelwelle an der Rückwand +6dB, doppelte Anzahl Subwoofer +6dB (insg. +12dB) und dann zusätzlicher Gewinn durch das rückwärtige SBA +3dB (wurde von einem anderen DBA Besitzer so nachgemessen).
Im vierten Bild ist zu erkennen, wie stark die Membran bei 100 Watt Eingangsleistung auslenken würde. Bei 26Hz ist es zwar schon über xmax hinaus, aber es sind maximal 20mm in beide Richtungen möglich, bevor die Schwingspule oder die Sicke in Gefahr sind.
In Anbetracht des erreichbares Pegels werde ich aber sicherlich niemals in die Nähe davon kommen (hoffe ich zumindest :))



Da ein sehr großes Gehäusevolumen nötig ist, und die Subwoofer flach an der Wand montiert werden müssen, war eine spezielle Gehäuseform nötig, denn würde man einen Quader dieser Größe bauen, dann hätte man mit recht vielen Gehäuseresonanzen im Übertragungsbereich zu kämpfen. Nach ungefähr 16 verschiedenen Gehäuseideen habe ich mich für ein unsymmetrisch gebauten Flachsubwoofer entschieden.
So sieht die Planung aus:

dieses Gehäuse besteht aus 28mm starken Verlegeplatten (Spanplatten). MDF Holz wäre zwar besser, aber extrem teuer bei der Masse. Ich habe immerhin 2,4 Tonnen von den Spanplatten gekauft. Hier mal ein paar Bilder von dem Holz, der Kreissäge, auf der alles gemacht wird und der Dämmwolle für die Innenauskleidung und für einige Resonatoren im Zimmer:




Der Raum
Vorher hatte ich in meinem Zimmer viel mit Absorbern und Subwoofern rumexperimentiert. Dabei hatte ich 4 Subwoofer von Magnat im Einsatz, welche ich so oft umgestellt habe, das bei allen die Spikes abgebrochen sind und die Gehäuse von außen teilweise extrem verkratzt sind. Dafür habe ich durch meine Experimentierfreude herausgefunden, was der einzig richtige Weg zu idealen Tiefbass ist.
Das Ende von meinen Experiementen sah so aus:
ein SBA aus 4 Subwoofer an der Vorderwand, welche komplett mit 10cm Noppenschaum verkleidet ist. Und 7x die Standbox Magnat Vector 77 als Surroundboxen, sowie ein Bettlaken als Leinwand:



nachdem ich das ganze etwas ausgeräumt hatte, sieht es mittlerweile so aus (inzwischen ist auch der Beamer und die Leinwand raus):





Wie das ganze aussehen soll, kann man weiter oben bei den Bildern von den Gehäusen sehen. Die Leinwand und die Lautsprecher werden bleiben.

Derzeit bin ich dabei, das erste Testgehäuse zu bauen. Es ist schon komplett verleimt und muss nur noch trocken. Heute im laufe des Tages werde ich dann die Chassisöffnung reinsägen und dann könnte heute eventuell sogar schon ein Test kommen. Obwohl das aufgrund des Wetters aber eher wortwörtlich ins Wasser fallen könnte...den Papiermembran und Regen: nicht gut
Weil wenn, dann muss ich das Gehäuse schon im Freien testen und messen, denn im Raum könnte man keine sinnvolle Frequenzgangmessung machen.

Ich werde auf jedenfall weiter berichten, und wenn heute meine DigiCam aus SüdItalien zurückgekommen ist (hatte sie meinen Eltern zum Urlaub ausgeliehen), dann kann ich euch auch endlich ein paar Bilder von den ersten Gehäusen zeigen. Wenn es auch mal über 10°C warm bleibt, könnten es auch noch mehr werden, nur ist Holzleim nicht so gut verarbeitbar im kalten, und leider ist die Werkstatt nicht beheizt.

mark247 schrieb:

7000 € für ein DBA, aber dann stehen daneben Magnat Vector 77 für 99 € pro Stück.

achja, eine Anmerkung noch dazu:
die Vector 77 kostet nichtmal ansatzweise nur 99€. Der tiefste Preis war diese Jahr bei 150€. Und ihr reeller Wert liegt bei 350€ das Stück, weshalb man sie auch sehr gut mit Boxen dieser Preisklasse (z.B. LE190) vergleichbar ist
Nur da sie schon seit fast 13 Jahren auf dem Markt ist, ging sie halt in den Ausverkauf, da die Händler sie aus den Regalen haben wollten.
Vorallem, welcher Lautsprecher ist soviele Jahre im Lieferprogramm der Händler...wenige nur.