Compact Speaker

25 jaar geleden bouwde ik mijn eerste eigen luidsprekers. Met modellen uit een boek en berekeningen vanaf een floppy.
Die luidsprekers zijn al lang vergaan en vergeten, maar de interesse in muziek en het afspelen daarvan over goede luidsprekers is gebleven. In een zoektocht naar een wat compactere wijze om muziek in de woonkamer te kunnen luister (zonder al te grote concessies te doen op audiokwaliteit) kom je natuurlijk de onvermijdelijke Sonos tegen. Heel knap wat dat bedrijf klaarspeelt uit zo’n klein kastje, maar wat saai. Iedereen heeft er al een. Of meerdere.
Gelukkig zijn er meer eigenwijze mensen, en zijn YouTube en diverse fora een bron van informatie. En dan kom je er achter hoe groot het verschil is met 25 jaar geleden! Dit speelt zich voornamelijk af op twee vlakken:

1. Versterkers
Sinds een aantal jaren heeft de kwaliteit van Klasse D versterkers grote sprongen voorwaarts gemaakt. Texas Instruments heeft een aantal chips ontwikkeld die het mogelijk maken goed klinkende versterkers te bouwen die goedkoop zijn, zeer klein, nauwelijks warm worden en dus zeer efficient zijn. Perfect voor een compacte luidspreker met ingebouwde versterker.

2. Internet!
Zoals ik in de inleiding schreef gebruikte ik vroeger een speciaal daarvoor aangeschaft softwarepakket om te berekenen welk kast-ontwerp nodig is bij welke speaker en hoe dat dan ongeveer zou gaan klinken. Lastige was dat de informatie die nodig is om deze berekeningen te maken van de fabrikant van de speaker moest komen. Even Googlen was er toen niet bij, dat werd dus datasheets aanvragen per post en telefoon.
Hoe anders is dat nu! Enthousiastelingen hebben de softwarepakketten online beschikbaar gemaakt (super bedankt MH-Audio!) en de meeste, serieuze speaker fabrikanten bieden de benodigde informatie in online verkrijgbare datasheets aan.

Aan de slag!

Componenten selecteren.
Omdat luisterplezier op de eerste plek staat ben ik begonnen met het selecteren van speakers van goede kwaliteit. Op YouTube zijn veel enthousiaste zelfbouwers te vinden. Na bekijken van diverse filmpjes had ik een lijstje van kanshebbers. Vervolgens ben ik de cijfers van de data sheets van die speakers in gaan vullen in de online luidspreker-bereken-tools.
Luidsprekers zijn in de afgelopen jaren zeker ook beter (en goedkoper) geworden, echter het is nog steeds vrijwel onmogelijk een goede weergave van bas en hoog uit één speaker te krijgen. Op zich ook logisch: voor mooie heldere hoge tonen is een lichte driver (het gedeelte dat lucht in beweging brengt) nodig, terwijl voor een goede basweergave veel lucht verplaatst moet worden; waarvoor een grotere, robuuste driver nodig is. Een zware driver geschikt voor strakke bassen is gewoon niet snel genoeg te bewegen voor een mooie weergave van hoge tonen.
Gevolg: er moet een meerkanaals luidspreker gebouwd worden. Dat wil zeggen: een luidspreker voor midden en lage tonen en een luidspreker voor midden en hoge tonen. Meestal leidt dit grote kasten en dat wilde ik nou juist niet…
Ik vond de oplossing hiervoor in een specifiek type versterker: een 2.1 kanaals-versterker. Deze versterker beschikt over drie luidspreker uitgangen en een ingebouwd filter. Hiermee kan je de twee stereo kanalen (links en rechts) schakelen naar alleen midden en hoge tonen, en het derde kanaal neemt dan de lage tonen voor zijn rekening. Zaak hierbij is wel dat de speakers netjes op elkaar aansluiten wat betreft de weer te geven frequenties, anders ontstaan er pieken of dalen in de geluidsweergave. Je hoort dit wel bij de goedkoper computer luidsprekersetjes: heel veel zware bas, veel hoog geknetter en daartussenin een gat waar het midden zou moeten zitten.
Met behulp van de online tools kon ik echter een mooie set samenstellen door frequentie-curves te genereren en deze over elkaar te leggen.
Ik heb er voor gekozen twee Dayton Audio PS95 speaker toe te passen voor midden en hoog. Deze luidsprekers staan er om bekend goed de midden-frequenties te kunnen weergeven terwijl ze nog net licht genoeg zijn voor mooi zuivere hoge tonen. Voor het laag heb ik een Dayton Audio DS135 speaker gekozen. Deze luidspreker is relatief klein (13,5 cm), maar komt toch behoorlijk laag in de frequenties. Door het kleine formaat is een niet al te grote kast nodig.

De luidspreker kast.
In tegenstelling tot een gitaar of viool dient een luidsprekerkast geen eigen geluid te produceren. De kast moet om deze reden zo min mogelijk resoneren. Dit wordt verkregen door een materiaal met een zo zwaar mogelijk soortelijk gewicht te kiezen, meestal komt men dan uit bij MDF. Omdat MDF ook makkelijk te bewerken is heb ik de kast van 18mm MDF gemaakt.
Door een kast te bouwen van het basreflex type kan je nog iets meer laag uit een luidspreker halen. Vanuit de berekeningen bleek het nodig de speaker voor lage tonen te voorzien van een kast van 6 liter en een reflexpijp van ø43 mm en lengte van 124 mm.
Voor de mid-hoog speakers heb ik gekozen voor een gesloten systeem. Diepe bassen hoeven deze speakers niet weer te geven en een gesloten kast heeft een ander voordeel: bij hoge volumes beschermt de gesloten kast tegen beschadigingen aan de speaker (doordat de ingedrukte lucht een remmende werking heeft).

De afwerking.
Via Dutchcreen kon ik aan een aantal mooie stukken rest-stof komen om de luidspreker mee te bekleden. Hier ligt wel een kleine compromis: de stof die gebruikt is als bekleding is eigelijk aan de dikke kant. Het heeft een dempende werking op de allerhoogste hoge tonen. Omdat de luidspreker voornamelijk gebruikt wordt voor het beluisteren van gezins-muziek en achtergrond geluid (en niet zozeer voor uitgebreide luistersessies) vind ik dat acceptabel.
De boven en onderzijde van de kast is van een 5 mm dikke, lasergesneden stalen plaat voorzien van poedercoating. Dat is het voordeel als je af en toe een eigen project kan laten meelopen tussen de opdrachten die je doet voor opdrachtgevers (Dutchcreen bedankt voor het poedercoaten)!
Aan de onderzijde van de kast zit ook de basreflex-poort. Om te zorgen dat lucht makkelijk in en uit deze poort kan vloeien heb ik de kast op pootjes gezet. Deze pootjes zijn zogenaamde spikes. Spikes zorgen naast de benodigde hoogte voor de baspoort ook voor het ontkoppelen van de luidspreker van zijn ondergrond. Dit geeft een schoner geluid, met name in de lage frequenties.

Het eindresultaat.
Berekeningen geven een aardige indicatie van wat je kan verwachten, maar uiteindelijk is het toch afwachten hoe de componenten tezamen zullen presteren. Gelukkig kan ik zeggen dat na alle inspanning de luidspreker een heel prettig geluid geeft. Stemmen klinken mooi breed en open, het hoog is helder en de bas is diep, maar zeker niet bonkend. Het geluid staat mooi los van de luidspreker (bij minder geslaagde luidsprekers komt het geluid nogal eens storend direct uit de richting van de speaker).
Qua volume is het voldoende om een gemiddelde huiskamer van muziek te voorzien, ook op een wat steviger volume. Het stereobeeld is natuurlijk niet grandioos aangezien de breedte tussen links en rechts maar zo’n 30 centimeter is, maar goed, dat is iets waar je voor kiest als je maar één luidspreker in je woonkamer wil 🙂

Componenten en cijfers.
• Speaker midden / hoog: Dayton Audio PS59 – Ø 3,5 inch / 8 Ohm / max 20 Watt
• Speaker laag / midden: Dayton Audio Designer DS135 – Ø 5 inch / 8 Ohm / max 100 Watt
• Versterker: TPA3116 / 2.1 channels / bluetooth 4.2 / max 2 x 50 Watt + 1 x 100 Watt (wordt in mijn configuratie nooit behaald)
• Voeding: Mean Well LRS-75-12 / 12 volt / 6 Ampere
• Frequentiebereik (volgens officiële meetmethode): 63 Hz – 15 kHz
• Frequentiebereik hoorbaar: 40 Hz – 14,5 kHz
• Afmetingen (breedte x hoogte x diepte): 400 x 300 x 180 mm

Websites.
• MH-Audio – Hifi Audio Design – Berekenen van kastgrootte en heel veel meer.
• SoundImports – Fijne online winkel om speakers te kopen.
• TinyTronics – Mooi assortiment van simpele (betaalbare) versterker(tje)s.