Bevor es losgeht
Ein Teil des Vergnügens ist das Experimentieren mit verschiedenen Konzepten und Gehäuseparametern. Darum möchte ich jeden ermutigen, individuelle Abstimmungen auszuprobieren und nicht nur nach Berechnungen und Messungen, sondern auch nach Höreindruck und Gefühl abzustimmen. Um das Rad nicht neu erfinden zu müssen und ein wenig Hilfestellung zu erhalten, findest Du im Folgenden eine beispielhafte Anleitung, wie ein Entwurfs- und Konstruktionsprozess aussehen könnte.
Ich wünsche Dir viel Spaß bei Planung, Bau und natürlich beim Musik hören!
-Adrian
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Schritt 1: Anforderungen definieren
Wie tief soll der Subwoofer spielen, welchen Schallpegel soll er erreichen, wie viel Platz steht zur Verfügung? Oft hilft es, sich zu überlegen, welcher Musikstil bevorzugt gehört wird oder ob der Subwoofer wömoglich auch bei Heimkino-Anwendungen zum Einsatz kommen soll.
Es gibt Freewareprogramme wie Audacity, die mithilfe von Spektralanalysen herausfinden, welche Frequenzen in Musikstücken vorkommen. Beispielsweise enthalten Rap und Hip-Hop oft tiefe, langgezogene Bässe im Bereich 30-40 Hz.
Schritt 2: Gehäusekonzept festlegen
Sind die Anforderungen geklärt, ist es einfacher, aus der Vielzahl der Gehäusekonzepte und Abstimmungsmöglichkeiten zu wählen. Die verschiedenen Konzepte machen sich verschiedene physikalische Effekte zunutze, um den Wirkungsgrad zu erhöhen und den Frequenzgang zu formen.
Geschlossene Gehäuse sind kompakt und spielen bei richtiger Abstimmung sehr präzise, erreichen aber nicht den Wirkungsgrad von Gehäusen, die sich Resonatoren zunutze machen.
Bassreflexgehäuse sind die klassische und oft auch empfehlenswerte Bauart. Allgemein wird hier die Abstimmfrequenz nahe der Eigenresonanzfrequenz des Subwooferchassis gelegt. Simulationsprogramme und Gleichungen helfen bei der Entwicklung des Gehäuses.
Die Bezeichnung „Bandpass“ tragen mehrere Gehäusekonzepte, unter anderem der Bandpass vierter Ordnung, bei dem das Subwooferchassis in eine geschlossenen und eine ventilierte Kammer abstrahlt. Die eher selten anzutreffenden Bandpässe 6. Ordnung, die aus einer entweder seriellen oder parallelen Anordnung zweier Resonatoren bestehen, können bei korrekter Abstimmung sehr tiefe Frequenzen oder auch hohe Pegel erzeugen, beanspruchen aber einen größeren Bauraum.
Beispiele und Inspiration findest Du auf den Social-Media Kanälen.
Schritt 3: Subwooferchassis und Endstufen wählen
Aufbauend auf den Anforderungen aus Schritt 1 und unter Berücksichtigung des Gehäusekonzepts aus Schritt 2 werden ein oder mehrere Subwooferchassis und die dazu passenden Endstufen gewählt.
Je nach Gehäusekonzept und Abstimmung bieten sich mehrere Kombinationen von Chassis und Endstufen an.
Bei Gehäusen, die aus Helmholtzresonatoren bestehen, wird das Verhalten des Systems im Wesentlichen durch die Gehäuseparameter bestimmt.
Trotzdem nehmen die Spezifikationen des verwendeten Chassis entscheidenden Einfluss auf das Verhalten des Gesamtsystems: Die Eigenresonanzfrequenz eines Subwooferchassis bleibt, erkennbar am Impedanzverlauf im verbauten Zustand, in ventilierten Gehäusen nahezu unverändert. Obwohl der Frequenzgang ventilierter Gehäuse im Wesentlichen durch die Gehäuseparameter und die resultierenden Resonanzfrequenzen bestimmt wird, werden die Resonatoren je nach Chassis mit verschiedenen frequenzabhängigen Amplituden angeregt.
Schritt 4: Gehäuse entwerfen und konstruieren
Sind das Konzept, die Abstimmung und die Komponenten gewählt, ergeben sich mögliche Kombinationen der Volumina, Portflächen und Portlängen. Während ein grober Anfangswert für das Volumen meist als Erfahrungswert gewählt wird, wird das genaue Volumen sowie Portflächen und -Längen mithilfe von Gleichungen bestimmt.
Die Resonanzfrequenz eines Helmholtzresonators wird maßgeblich durch sein Volumen, die Portfläche und die Portlänge bestimmt. Hält man die Außenmaße eines Bassreflexgehäuses konstant und verlängert die Portlänge, verkleinert man gleichzeitig das Volumen. Ein längerer Port setzt die Resonanzfrequenz herunter, ein kleineres Volumen erhöht sie. Dadurch ergibt sich ein iterativer Entwurfsprozess. Ziel ist es, das gewünschte Verhalten unter Beachtung der Randbedingungen zu realisieren. Bei der Wahl der Form des Portquerschnitts gilt es zu beachten, dass dieser bei extremen Formen (Großes Verhältnis von Mantelfläche zu Portvolumen bei gegebenem Portvolumen) die Dämpfung und damit auch den Wirkungsgrad, das Ausschwingverhalten und die Resonanzfrequenz beeinflusst.
Hilfreich sind Simulations- sowie CAD-Software, die teilweise kostenlos zur Verfügung stehen.
Schritt 5: Bau und Messung
Als Gehäusematerialien eignen sich verschiedene Plattenmaterialien wie beispielsweise MPX und MDF. Die tatsächlich erreichten Resonanzfrequenzen sowie der Gütefaktor bei geschlossenen Gehäusen lassen sich mithilfe von Impedanzmessungen bestimmen.
Beim Bau sollte auf Details wie Versteifung und angepasste, verlustarme Strömungswege geachtet werden. Undichtigkeit beeinflusst vor allem geschlossene Gehäuse negativ.