Startseite
Übersicht

Impressum

Home-HiFi

Surround

Video

Car-HiFi-Grundlagen

Car-HiFi-FAQs

Steckerbelegungen

Lautsprecherselbstbau

Lautsprecher-FAQs

Lautsprecher-Daten

Software-Download

Boxen-Projekt 1

Boxen-Projekt 2

Boxen-Projekt 3

Boxen-Projekt 4

Projekt
                        5

Boxen-Projekt 6

Boxen-Projekt 7

Boxen-Projekt 8

Boxen-Projekt 9
Boxen-Ideen (PA)

Frequenzweichen-FAQs

Schaltungen (Audio)

Elektronik-Selbstbau

Car-Installationen

Elektronik-Projekte

Stand 08.01.2022

Boxenbau Projekt 9: Ersatzbestückung für PA-Vermona-Box

von K. Föllner
 

1. Einleitung

Es geht hier um den Einbau neuer PA-tauglichen Lautsprecher in zwei vorhandene Boxen, die einem Freund gehören.

Diese Vermona-Boxen vom Typ "regent" mit RFT-Bestückung aus den 80-ern kamen aus der DDR und waren dort auf Bühnen oder in Diskotheken sehr verbreitet. Eventuell waren sie auch über Kataloge, wie z.B. Conrad in der Bundesrepubik erhältlich. wie andere Vermona-Verstärker und -Boxen auch.

1.1 Original-Box

Es gab verschiedene Ausführungen, diese war wahrscheinlich eine der preiswerteren. Vermutlich handelt es sich um den offenen Boxen-Typ L9031, eventuell auch L9032. Der Typ L9033 hingegen hatte anders als die vorhandenen Boxen eine breite Öffnung auf der Rückseite der Box. Im Original waren pro Box zwei 30-cm-Dualkonus-Breitbänder vom Typ L3402 (15 VA, 8 Ohm) verbaut. In Serie geschaltet ergab das jeweils 16 Ohm, um sie zum Beispiel parallel an dem zugehörigen und in der DDR weit verbreiteten Mono-Power-Mixer Vermona "regent 1060" zu betreiben, der 1x100 W sinus (150 W Musik) an 4 Ohm bereitstellen konnte. Theoretisch ließen sich so sogar 4 solche Boxen parallel an diesen Amp anschließen. Dieser 6-Kanal-Power-Mixer wurde für etwa 800 DM in den 1980-ern bis Anfang der 90-er auch über Conrad in der Bundesrepublik vertrieben. (Siehe Quelle hier.)

Vermona-Katalogdaten: 30 VA, 16 Ohm, 114 dB bei Nennleistung, Frequenzgang: 60 - 14000 Hz

Bilder des einzig noch funktionierenden der originalen RFT-Breitbänder:
RFT-Original MembranseiteRFT-Original Rückseite

Außenmaße der Box: 50 x 88 x 28 cm (BxHxT)
 damit innen ca. 47 x 82 x 21 cm
Lochausschnitt für jeden der zwei Basstreiber: ca. 28 cm.
Lochdurchmesser jeder der beiden Zusatzöffnungen in der Front: ca. 8 cm:

Werte eines Einzellautsprechers: (Messungen eines ähnlichen L3401 aus hobbyhifi-blogspot: Quelle)
Qts um 0,7
Re = 4,2 Ohm
Z = 6 Ohm
fs ca. 65 Hz
Vas ca. 100 Liter
Kennschalldruck ca. 97 dB SPL

1.2 Übergangsbestückung

Um die Jahrtausendwende waren dann drei der vier RFT-Lautsprecher in den Boxen elektrisch oder mechanisch defekt. Die Schwingspulen und Magnete waren intern stark korrodiert und einige Membranen bewegten sich gar nicht mehr.
Eine komplette Boxen-Messung mit den Originaltreibern war somit auch nicht mehr möglich.
Die Original-Breitbänder waren zu diesem Zeitpunkt auch nur sehr schwer erhältlich.

Daher wurden damals beide Boxen mit einem billigen Conrad-Set namens "Terminator X" ausgestattet und konnten so weiter genutzt werden.

Veränderte Vermona-Box mit abgenommenen Grill:
Foto
                      der Zwischenversion
Ein Bild des verwendeten Sets aus dem Conrad-Katalog 2001 (Preis in DM und Euro):.
Übergangsbestückung aus dem Conrad-Katalog

Jede Box hatte damit nun 100 W RMS, 300 W "peak", 8 Ohm und einen geschätzen Kennschalldruck von 87...89 dB SPL (1 W, 1 m). In kleinen Räumen reichte das aus, aber große Pegel waren damit nicht erreichbar. Die neue Box war nun aber trotz deutlich höherer (+233 %) Maximalleistung leiser (rein rechnerisch 110...112 dB) als die vorherige (114 dB laut Datenblatt). Die neuen Treiber überstanden zwar auch die ständige "Bespaßung" mit bis zu 200 W aus einer PA-Endstufe eine ganze Weile. Vermutlich wurden durch die hohen Temperaturen in den Schwingspulen auch die relativ kleinen Magneten schwächer und der bescheidene Kennschalldruck sank noch weiter. Besonders, wenn man die Verstärkerleistung anhob, wurde die Box oberhalb von etwa 20 Watt nicht mehr lauter, hier gab es offensichtlich ein magnetisches Problem.
Jedenfalls schliff irgendwann auch die 32-mm-Schwingspule eines Tieftöners etwas. Nach all den Jahren waren somit die Boxen deutlich zu leise und klangen auch noch bescheiden.
Der Lautsprecher ansich hatte schon einen hohe Qts von über 1, die Qtc-Einbaugüte wurde durch das geschlossene Gehäuse noch weiter angehoben. Der Treiber war eigentlich für Car-HiFi-Free-Air-Einbauten gedacht.
Das gab nun eine ordentliche Erhöhung im Bassbereich (vermutlich um 60 Hz), aber einen wummrigen und unpräzisen Bass. Der obere Lautsprecher-Ausschnitt wurde von vorn wie auch die beiden kleineren Löcher mit einer Sperrholzplatte verschlossen, in die dann einer der beiden mitgelieferten Piezo-Hochtöner eingebaut wurde.

Da dann (2021) nach etwa 20 Jahren zusätzlich zu den Tieftöner-Problemen auch ein Piezo-Hochtöner aufgrund zu lauter Ansteuerung durchgebrannt war, wurde nun nach Ersatz gesucht. Da die Boxengehäuse, der DJ-Mixer, der PA-Verstärker (class-AB mit 2x 200 W RMS an 8 Ohm), das Case dafür und die Kabel (2x1,5 mm², Speakon- auf der einen und 6,3-mm-Klinkenstecker auf der anderen Seite) aber noch ordentlich funktionierten, sollten die Boxen ein Upgrade erhalten.

Und wenn Treiber-Ersatz, dann am besten komplett, aber günstig. Ziel waren insgesamt maximal 200 EUR. Sportlich, um nicht zu sagen sehr schwer.

Das Ziel war natürlich, hier mehr Pegel als mit der RFT-Originalbestückung zu bekommen, bei trotzdem besseren Klang. Also breitbandiger, voller und neutraler. Vor allem der Bass musste tiefer reichen als im Original, da selbst heutige Pop- und Rock-Bassfrequenzen vom E-Bass oder der Kickdrum unterhalb der damalig akzeptablen 60 Hz liegen. Hip-Hop- und RnB-Songs gehen heute teilweise noch (mit fast einer Oktave) deutlich tiefer.
Damit wäre auch deutlich mehr Pegel und ein besseres Klangbild als mit der Übergangslösung möglich.

2. Ideen für den Ersatz

Das Nachmessen der Innendimensionen (Maße siehe Kapitel 1.1) an der Box ergaben etwa 80 Liter Innenvolumen. Das Gehäuse ist auch rundum mit Dämmmaterial ausgekleidet. Das war doch brauchbar. Auch der Durchmesser des Bass-Chassis war durch den Lochausschnitt von 28 cm vorgegeben. Das alles sollte als Basis dienen. Die Impedanz sollte wieder 8 Ohm betragen, um mit den vorhanden, nicht gerade kurzen Kabeln arbeiten zu können.

2.1. Identische Bestückung: Da diese oder zumindest ähnliche Treiber damals auch einzeln vertrieben wurden, suchte ich nochmal danach, auch wenn ich nicht wirklich die gleichen Treiber benutzen wollte. Ich fand 2021 noch vergleichbare Teile mit 4 Ohm Impedanz (früher gab es diese in 8 Ohm) unter der Bezeichnung DYH1220 (Link zu Pollin) bei Pollin. (Qts=1,24, 89 dB SPL, P=100 / 200 W)  Diese kosten dort knapp 15 EUR pro Stück. Zwei in einem geschlossenen Gehäuse wären sehr günstig, würden aber in einem geschlossenen Gehäuse noch wummriger klingen. Offen oder kontrolliert undicht wäre dann auch noch eine Möglichkeit. Diese Treiber spielen angeblich bis 2,8 kHz. Jedoch wollte ich einen höheren Kennschalldruck als 89...92 dB SPL. Auch einen anderen sehr ähnlichen Treiber für ca. 22 ... 30 EUR unter dem "Markennamen" Rockwood entdeckte ich bei einer Suche unter der gleichen Bezeichnung "DYH1220" mit folgenden Parametern: Re=3,6 Ohm, Z=4 Ohm, P=200 W (RMS), Kennschalldruck 89 dB SPL, Qts=2,14, fs=33 Hz, Vas=425 l, angeblich geht dieser sogar bis 4,5 kHz.
Der Platz für die nötigen Hochtöner würde bei 2 Bässen aber in der Front fehlen. Acht Ohm wären so möglich, bei 200 Watt sinus beim Pollin- bzw. 400 W beim Rockwood-Typ.

2.2. Der erste, sinnvolle Gedanke war ein passender Koaxial-PA-Treiber. Der fiel leider sofort aus Preisgründen raus, für 100 EUR pro Stück war das nicht mal ansatzweise machbar, diese Teile waren deutlich teurer.

2.3. Dualkonus-PA-Breitbänder, wie im Vermona-Original: Einen preiswerten konnte ich ausfindig machen, der Fane Sovereign 12-250TC. Dieser spielt auch bis 17 kHz, leider arbeitet er nicht als Bassreflex in diesem 80-Liter-Boxengehäuse. Andere echte PA-Breitbänder, die hier bis mindestens 8 kHz übernehmen konnten, fand ich leider nicht. Dann hätte ein Superhochtöner mit sehr günstiger Weiche zur Unterstützung eingesetzt werden können. Leider ist der Spagat zwischen genügend Hub für die Basswiedergabe und der Optimierung für hohe Frequenzen nicht ganz leicht und damit zumindest teurer.

2.4. Also suchte ich nach günstigen, halbwegs Mitten-tauglichen PA-Bässen, die in dem vorhandenen Volumen mit einer Bassreflex-Abbstimmung eine Grenzfrequenz (-3 dB) deutlich unterhalb 50 Hz ermöglichen und mindestens einen durchschnittlichen Kennschalldruck von 95 dB SPL erreichen. Treiber mit höheren SPL-Werten liegen dann um 50 Hz, Treiber mit ca. 94 dB gehen etwas tiefer. Mindestens 250 Watt RMS sollte der Treiber auch aufweisen, damit er an der vorhandenen Endstufe areiten kann. Hier machte ich mich auf die Suche, Details siehe unter dem nachfolgendem Punkt 3.

3. Treiberauswahl die Erste: der Tieföner

Auf der Suche nach geeigneten Lautsprechern, also 12-Zoll-Treibern, die auch im Mittenbereich anständig klingen und mindestens 94 dB im Bassbereich bringen, findet man dann einige von bekannten PA-Herstellern wie z.B. B&C, beyma, Eminence, Fane und SICA. Leider kosten fast alle über 100 EUR. Aber ich fand auch zwei Treiber, die günstiger waren. Hier sind diese Treiber, die ich mir dann noch genauer angesehen habe:

Treiber
Qts
fs (Hz)
Pmax RMS (W)
Xmax (mm)
SPLcalc (dB SPL)
Sensitivity (dB SPL)
Preis (EUR) 08-2021
1. FANE Sovereign 12-500LF
0,51
50
500
5,5
93,8
95
79 (thomann-link)
2. FANE Sovereign 12-300
0,35
46
300
4,5
96,5
97,5
79 (thomann-link)

Beide Fane-Tieftöner spielen ähnlich hoch bis etwa 4 kHz, was das ankoppeln mit dem Hochtöner möglich, aber eventuell nicht ganz preiswert macht.
Der zweite ist zwar 2 dB lauter, geht dafür etwas weniger tief in den Bassbereich (51 Hz anstatt 43 Hz bei -3 dB, 40 Hz anstatt 35 Hz bei -8 dB) und hat eine etwas niedrigere elektrische Belastbarkeit. Die spielt aber keine große Rolle, da die mechanische Grenze (Auslenkung) bei beiden deutlich niedriger liegt.
Um bei 40 Hz als geplante untere Grenzfrequenz noch genügend Schalldruck (200 W für 120 dB SPL bei zwei 30-cm-Woofern) sind mind. +-6 mm (Xmax) Membranhub notwendig. Die 5,5 mm des LF-Typs sind etwa 25-Prozent mehr als die 4,5 mm des 300-ers. Leider ist die maximale mögliche Auslenkung (Xlim oder Xmech) in beiden Datenblättern nicht angegeben. (Eine E-Mail an den Hersteller wurde leider nicht beantwortet.) Das kann auch der höhere Wirkungsgrad, die bessere Abstimmung im BR-Gehäuse und ein mögliches kürzeres Rohr nicht wettmachen. Schade.
Also fällt der zweite Treiber leider raus. Ich nahm daher den (Low-Freqency) LF-Typ, da ich mir hier mehr möglichen Hub versprach. Er dürfte durch die höhere elektrische Belastbarkeit (fast doppelt so viel) auch einen besseren power-compression-Wert liefern, was auch den geringeren Kennschalldruck (etwa 2,5 dB) bei geplanten 150...200 Watt wieder etwas (vermutlich ca. 1 dB) ausgleicht.
Beide sind aber nur durchschnittliche Basstreiber, mehr als 200 W sollte man ihnen nicht mit Tiefbbass zumuten.
Bis zu 160 Watt sind bem LF im Frequenzbereich von >= 39 Hz in einer sinnvollen Bassreflex-Abstimmung möglich, ohne den linearen Hub zu verlassen. Beim 12-300 sind es nur. ca. 100 Watt, also gut 50 Watt weniger. Mit der damit größeren Leistung ohne Xmax zu verlassen gewinnt man auf jeden Fall 1,7 dB, so dass der LF bei der maximal zu empfehlenden Boxenleistung etwa gleichlaut wäre. Dafür hält der Treiber aber hoffentlich auch länger an der 200-Watt-Endstufe.
 
Datenblatt-Link 12-500LF
Datenblatt-Link 12-300

Frequenzverlauf des 12-500LF im 975 l-geschlossenes Gehäuse im Freifeld mit 0° und 45°:

Fane Frequenzgang
Impedanzgang des 12-500LF im Freifeld:
Impedanzgang vom Fane-TT
Messungen von Fane, Quelle Datenblatt

Der Abfall im oberen Bild unterhalb der 100 Hz liegt an der geringen Einbaugüte Qtc um 0,5 in einem zu großen Volumen bei dieser Messung. Bei kleineren Volumen steigt hier der Pegel wieder an, die Bassreflex-Abstimmung erweitert dann den Bereich nach unten.

Parameter
Wert
Impedanz Z
8 Ohm
Belastbarkeit RMS (AES) / Musik (program power)
500 W / 1000 W
Kennschalldruck gemittelt (1 W, 1 m)
95 dB SPL
einsetzbarer Frequenzbereich
40 ...  4000 Hz*
Außendurchmesser da
305 mm
Schallwand-Ausschnitt (Durchmesser)
285,8 mm
Schwingspulen-Durchmesser
63,5 mm
Einbautiefe (Hinter-Front-Montage)
145 mm
Xlim mechanisch (maximale Auslenkung der Schwingspule)
? mm*
Masse m
5,0 kg
* kein offizieller Datenblatt-Wert

Bild der Rückseite und der Vorderseite des Fane-Basses:
Bass

Er hat nicht nur vorn, auch hinten eine umlaufende Schaumstoff-Abdichtung zum Einbau von vorn oder von hinten.



4. Treiberauswahl die zweite: der Hochtöner

Der 30-cm-Mittenbass soll so hoch wie möglich spielen, kann aber nicht über 4 kHz übertragen, auch wenn 5 kHz im Datenblatt stehen. Er soll an ein Hochtonhorn angekoppelt werden. Auch hier machte ich mich wieder auf die Suche. Ziel war eine mögliche untere Grenzfrequenz um 4 kHz oder niedriger. Nach oben fordere ich mal mindestens 12,5 kHz, was der DIN-HiFi-Norm entspricht.
Geignete Horntreiber kosten schnell über 50 EUR pro Stück. Das wäre dann leider doch schon zu teuer. Ich nahm mal 40 EUR als Obergrenze.
Bei 94 ... 97 dB Schalldruck (1 W, 1 m) vom Tieftöner und moderaten 200 ... 300 W Belastbarkeit vor der Weiche ist ein aufwändiger Treiber mit Extra-Horn und sehr hohem Kennschalldruck (> 105 dB) nicht nötig. Im Gegenteil eine notwendige Pegeldämpfung mit größeren Widerständen wird teurer. Ein Mindest-Kennschalldruck von 97 dB war also vorgegeben, viel mehr (z. B +10 dB mehr) sollte es aber nicht sein, da hier schon 90 % der Hochtonleistung in den Weichenwiderständen als Wärme umgesetzt werden müssen. Meine Obergrenze war daher bei 105 dB SPL. Es gibt kombinierte Hochtonhörner von mehreren Herstellern am Markt..
Bei preiswerten Hörnern stößt man auf Piezos, doch bei 200 Watt an 8 Ohm (ergibt 40 V RMS) wird eine Nutzung von Piezos bei der Maximalspannung nahezu unmöglich. Sie vertragen das in der Regel nicht, hier ist oft bei 35V RMS Schluss, was 153 W an 8 Ohm entspricht. Das war sicher auch der Grund, warum, in der Übergangslösung so ein Teil durchbrannte. Klanglich mag ich die aktuell käuflichen Typen auch nicht.

Folgende Treiber schaute ich mir zumindest mal genauer an:

Die Markennamen "IMG Stageline" und "Monacor" sind Synonyme, Monacor vertreibt die gleichen Treiber unter beiden Namen.
Hörner unter Zeile 13 und später habe ich mir später noch angesehen... (daher ab da nicht in alphabetischer Reihenfolge)

Treiber
Dc (mm)
fres (kHz)
fu (kHz)
fo (kHz)
P RMS (W)
Kennschalldruck (dB SPL)
Preis (EUR) 08-2021
1. Eminence APT80 V2 25
1,5
3,5
10
45
105 39
2. Eminence  BGH 25A 25
1,225
2,5
15
25
108 46
3. IMG Stageline MHD-190 25
2,2
4,0
20
25
100 41
4. IMG Stageline HT-958PA 25
2,2
5,0
20
30
101 39
5. Monacor MHD-55 25
3,0
3,0
15
30
103 43
6 Monacor MHD-152 35
1,5
3,5
20
75
105 136
7. Monacor MHD-240 25
2,0
3,5
18
40
107 64
8. Monacor MHD-230-RD 25
1,1
4,0
16
40
109 58
9. Monacor MHD-230-SQ 25
1,3
4,0
16
40
110 58
10. Monacor HT-30 12
2,0
5,0
18
50
98 16
11. Monacor HT-88 25
2,5
4,0
16
50
99 23
12. Visaton HTH-8.7 25
1,9
3,0 (5,0)*
14
(200)*
106 41
13. beyma CP12/N
25,8
-
3,0 (6,0)*
20
15
107
49
14. beyma CP16
25,8
-
3,0 (6,0)*
20
15
105
49
* über Frequenzweiche, (bei empfohlener Grenzfrequenz in Klammern) mit 12 dB/Oktave
Dc ist der Schwingspulendurchmesser in mm
fres ist die Resonanzfrequenz
Die untere Grenzfrequenz ist die empfohlene Grenzfrequenz, angesteuert mit einem Hochpass-Filter 2. Ordnung.
Die obere Grenzfrequenz stammt aus dem Datenblatt evtl. auch aus dem jeweiligen SPL-Diagramm bei etwa -8 dB.

Hier ist der Frequenzgang des preiswertesten IMG-Hochtöners HT-30: (Quelle Hersteller-Datenblatt)
Vergleich HT-33

Vom Frequenzverlauf (direkt oben) und dem Preis sieht der Superhochtöner HT-30 von Monacor eigentlich genau passend aus. Die Hersteller-Empfehlung, ihn ab 5 kHz einzusetzen, kommt wohl von der nur halb so großen Schwingspule (Durchmesser 12 mm). Vielleicht würde dieser Hochtöner in dieser Kombi nicht mal durchbrennen, aber bei hohen Pegeln vermutlich schnell schrill klingen oder gar kreischen.
Daher kam der nächstteure HT-88 von der gleichen Marke in Betracht. Dieser bietet eine etwas schlechtere Linearität im oberen Frequenzverlauf. Aber die ist laut Datenblatt-Frequenzgang immer noch besser als bei einigen teueren Hochtonhörnern aus dieser Liste.
Leider ist man bei diesem Tweeter mit der Grenzfrequenz von 4 kHz keine Oktave von der Resonanzfrequenz (2,5 kHz) entfernt. Das ist eher eine Daumenregel, um störende Klangeinflüsse und Impedanzprobleme mit der Weiche zu minimieren. Fünf Kilohertz wären sicher klanglich besser. Auch bei den Internet-Bewertungen gab es den Hinweis, ihn besser erst oberhalb 4,5 kHz abzutrennen. Hier erscheint mir dafür eine stärkere Filterwirkung sinnvoll.

Eckdaten HT-88:
Parameter
Wert
Impedanz Z
8 Ohm
Gleichstrom-Widerstand Re
6,4 Ohm*
Schwingspulen-Induktivität Le
ca. 100 uH (bei 10 kHz)*
Belastbarkeit RMS / Musik
50 W / 100 W (Ferrofluid)
Kennschalldruck gemittelt (1W, 1m)
99 dB SPL
einsetzbarer Frequenzbereich
4,0 ... 18 kHz
Abstrahlwinkel
60° H  / 60° V
Breite
87 mm
Höhe
87 mm
Einbautiefe 75 mm
Treiberdurchmesser (Magnet)
82 mm
Masse m
670 g
* kein offizieller Datenblatt-Wert

Frequenzgang (0°) und Impedanzverlauf des geplanten Hochtonhorns: (Messung von Monacor / IMG-Stageline, Quelle Datenblatt)
Freqenzgang
              des Hochtöners

Eingezeichnet wurden darin von mir zusätzlich:
  • graue, senkrechte Linie: Resonanzfrequenz bei 2,5 kHz
  • rote Linie: Empfehlung des Herstellers, Abtrennung bei 4 kHz mit einem Filter 2. Ordnung (vermutlich ist das als Minimum anzusehen)
  • grüne Linie: Daumenregel, eine Oktave oberhalb der Resonanzfrequenz (also bei 5 kHz) mit einem Filter 2. Ordnung
  • blaue Linie: geplante Umsetzung bei 4 kHz mit Filter 3. Ordnung
Nicht eingezeichnet wurde die User-Empfehlung aus dem Internet (Bewertungen) ab 4,5 kHz mit der gleichen Steilheit wie vom Hersteller. Diese würde parallel zwischen roter und grüner Linie liegen.
Damit sieht man, dass das Filter 3 Ordnung bei 2,5 kHz sogar stärker dämpft als das Filter 2. Ordnung mit einer höheren Grenzfrequenz von 5 kHz. Der Impedanzgang zeigt noch eine leichte Erhöhung bei ca. 3,1 kHz, die auch stören könnte.

Bild des Hochtöners: (Quelle Datenblatt des Herstellers):

Bild
                      des Hochtöners
Bild eines Hochtöners vor dem Einbau:

HT-88

Datenblatt-Link HT-88

Eine spektrale Abschätzung für den Hochtonbereich ergab etwa 20 W bei 300 W Eingangsleistung durch die hohe starke Abkopplung (4 kHz mit 3. Ordnung). Mit Rosa Rauschen sind es nur 2 Watt. Doch selbst bei 10 %, also 30 Watt auf den Hochtöner sind wenig Probleme mit dem 50-Watt-Hochtöner zu erwarten, sofern diese Belastbarkeit stimmt. Der Magnet sieht schon massiv aus, dass ich ihm 20 Watt in jedem Fall zutraue, zumal die Schwingspule ja dank Ferrofluid gut gekühlt sein soll. Auch wird dank des höheren Kennschalldrucks (99...102 dB SPL) nur ein Drittel bis die Hälfte der Leistung in den Hochtöner "gepumpt". (Entweder durch einen aktiven EQ oder als Verlustleistung in den Lastwiderständen.)

5. Boxen-Konstruktion

Bei den ersten Simulationen und Abschätzungen wird auch schnell klar, dass mit diesem Tiefton-Treiber mehr Volumen besser wäre, die Gesamtgüte Qts ist leider doch etwas hoch, die Treiber-Kontrolle damit eingeschränkt.
Bassreflex bietet nicht nur den Vorteil für tiefere Wiedergabe, die Schwingspule wird auch besser belüftet und die Auslenkung im Bereich und oberhalb der Tuningfrequenz verringert, was am Ende höhere Maximalpegel gestattet.

Durch die gewollten, hohen Pegel muss bei einer Tuningfrequenz um 45 Hz auch der Bassreflexquerschnitt entsprechend groß sein, damit wird die Rohrlänge auch größer. Zwei Rohre mit jeweils 10 cm Durchmesser sollten es schon sein, um Strömungsgeräusche zu minimieren. Das ergibt 157 cm² und 18 cm Länge. Leider erlaubt auch die Innentiefe der Box keinen größeren Tunnel.
Da die 4 Rohre allein auch 15 EUR kosten, entschied ich mich für einen rechteckigen Port (13 cm x 11,6 cm) mit 150 cm² und effektive 17 cm Länge. Dieser Port sollte wie der Hochtöner in die Sperrholzplatte, die das obere 30-cm-Loch abdeckt, eingebaut werden. Rechteckig anstatt quadatisch wurde gewählt, um Überhöhungen durch eine stehende Welle vorzubeugen.

Der Tieftöner passt prinzipiell in ein Originalloch, benötigt aber etwa 4...6 mm mehr beim Lochausschnitt (Durchmesser), daher kam hier die Holzzraspel zum Einsatz, um eine Phase vorzusehen. Das soll auch ein Verwinden des Lautsprecherkorbes beim Einschrauben verhindern.


Da die vorhandene Sperrholzplatte über dem oberen Loch weiter benutzt werden sollte, diese aber schon einen größeren Ausschnitt vom Piezo-Horn enthielt, wurde nun an dieser Stelle der gleich Ausschnitt vergrößert und dort der Bassreflex-Tunnel von hinten angeleimt und verschraubt. Der Hochtöner kam darunter. Sonst hätte ich den Hochtöner nach oben gesetzt, um bei auf den Boden stehenden Boxen näher an der Hörerhöhe zu sein. Trotzdem habe ich versucht, den Abstand zwischen Reflexöffnung und Hochtöner möglichst groß zu halten. Beide Löcher (Tunnel, Tweeter) sollten aber in die obere 30-cm-Öffnung der Original-Box passen. Da der Hochtöner 60° Öffnungswinkel besitzt, stellt das so kein großes Problem dar, da man ja immer weit genug von der Box entfernt ist.

Positionierung Hochtöner und Bassreflex-Tunnel:



6. Frequenzweiche:

Die zwei Fane-Bässe plus Hochton-Hörner kosteten zusammen nun also 204 EUR, also war das Budget schon aufgebraucht.
Bei den ersten Berechnungen und anschließender Suche stellt man schnell fest, dass die Spulen ein teures Problem bei der Weiche darstellen. Um etwa 0,33 mH sind jeweils im Hoch- und Tieftonzweig nötig, um mindestens 2. Ordnung bei 4 kHz abzutrennen. Aufgrund der Leistung oberhalb von 200 W an 8 Ohm und den notwendigen Innenwiderständen erfordern ordentliche Drahtstärken (mind. 1,0 mm, besser 1,2 mm). Also müsste man hier noch einmal etwa 30 EUR allein für die 4 Spulen ausgeben. Das ist auch einer der Gründe, warum fast alle neuen PA-Boxen als Aktivsysteme ausgeführt werden.
Die MKT-Folienkondensatoren bleiben halbwegs preiswert, hier reichen 250-V-Spannungsfestigkeit (DC) aus. Für die Hochtondämpfung, sind schon Power-Widerstände nötig, fünf Watt sollten es minimal sein. Will man Leistungen oberhalb der 150 ... 200 Watt fahren, sind es besser 10-Watt-Widerstände. Diese kann man aber auch sparen und mit dem Equalizer etwas optimieren. Diese Widerstände kosten zusammen aber weniger als 2 EUR. Da die Boxen aber auch nicht sehr hoch sind und meist auf dem Boden stehen, wird durch die "Außer-Achse" beim Hören der Hochtonbereich schon bedämpft, so dass ein lauterer Hochtöner bei 0° kein Problem darstellen sollte. Hier wollte ich erst probehören. Die unten angegebenen Werte dämpfen um knapp 3 dB und korrigieren die 8-Ohm-Impedanz etwas..Hier kann man alternativ mit einem EQ den Bereich um 4 ... 8 kHz etwas herausnehmen, um eine linearen Verlauf zu erhalten. Weiterhin normalisieren die beiden Widerstände die Nennimpedanz und unterdrücken die Erhöhung bei 3,1 kHz und den leichten Anstieg zu hohen Frequenzen (etwa 100 uH), der durch die Schwingspulen-Induktivität entsteht.
Eine Dämpfung nur mit R1 ohne R2 wäre zwar auch möglich, würde aber eine noch größere Spule erfordern.

Ich wählte einen Hochpass 3. Ordnung ab 4 kHz, um den Hochtöner noch besser vor tiefen Frequenzen zu schützen, da mir der Abstand zwischen Grenzfrequenz und Resonanzfrequenz auch nicht hoch genug erschien. Das hilft hier auch.(siehe oben unter Punkt 4) Das kostet praktisch kaum mehr, denn man kann eine Spule mit etwas niedriger Induktivität nehmen, das kompensiert den Preis des zweiten Folienkondensators etwas. Ein Filter vierter Ordnung würde aber schon wieder eine weitere, deutlich teuere Spule erfordern.

Der Tiefpass 2. Ordnung läuft auch bis etwa 4 kHz. Da hier der Pegel vom Treiber bereits stark abfällt, genügt ein Filter 1. oder 2. Ordnung vollkommen. Auch hier kostet ein Filter 2. Ordung nicht wirklich viel mehr.
Aufgrund der stark ansteigenden Tieftöner-Impedanz im Grenzfrequenzbereich müsste man zumindest eine einfache RC-Linearisierung vorsehen. Bei der Impedanzlinearisierung am Tieftöner sind 20 ... 25-Watt-Widerstände nötig. Aber auch diese kosten mal 6 ... 8 EUR das Paar, zusätzlich zum Kondensator. Ein Bipolarelko würde hier gehen, dieser muss aber ausreichend Spannungsfestigkeit von mindestens 63 V (AC) besitzen.

Zur Veranschaulichung habe ich das Bild aus dem Projekt 6 übernommen, auch wenn die Weiche am Ende etwas anders aussieht:
Passivweiche

Hochpass:
C1: 3,3 uF / 250 V MKT

C2: 10 uF / 250 V MKT
L1: 220 uH / 150 mOhm, d=1,0 mm Luftspule
R1: 2,2 Ohm / 5 W
R2: 15 Ohm / 5 W
Tiefpass:

C3: 4,7 uF / 250 V MKT
C4: 15 uF / 63 V AC Bipolarelko
L2: 330 uH / 200 mOhm, d=1,2 mm, Luftspule
R3: 10 Ohm / 25 W

Um die Kosten zzu senken, wurde am Schluss der Tiefpass (L2, C3) komplett weggelassen, da der Pegel des Basses ja bei 0°-Achsenmessung stark oberhalb 4 kHz abfällt. Das spart mal etwa 32 Euro für beide Boxen.
Auch der Widerstandsteiler nach dem Hochpass entfällt.
Also bleiben nur C1, C2 und L1 für den Hochpass selbst. Die kosten in Summe für beide Boxen um die 20 Euro.
Da der Tieftöner oberhalb 3 kHz eine weiter steigende Impedanz (siehe oben) oberhalb von 30 Ohm besitzt, sind bei diesem 8-Ohm-System impedanzmäßig wenig Probleme durch das Zusammenschalten ohne Tiefpass zu befürchten.
Der Impedanzanstieg des Hochtöners ist von 8 Ohm bei 1 kHz mit bis zu 10 Ohm bei 10 kHz sehr moderat, so dass der Hochpass auch ohne Impedanzlinearisierung funktioniert.
Leider waren keine Messungen möglich, die Simulationen lassen aber vermuten, dass eine Verpolung des Hochtöners etwas besser funktionieren könnte.
Da die Phase beim Hochpass bis 270° (also durch den 180°-Bereich hindurch) geschoben wird, wäre bei nicht verpoltem Anschluss eine teilweise Auslöschung bei knapp unterhalb 3 kHz vorhanden. Da ist der Pegel aber auch niedrig genug, um keinen großen Pegeleinbruch zu erhalten.

Der Tieftöner wird, so wie oben dargestellt, natürlich phasenkorrekt (Plus an Plus) angeschlossen, um bei mehreren parallel eingesetzten Boxen einen Schalldruck-Zuwachs im Bassbereich zu bekommen.

Die drei Bauteile wurden auf eine kleine Holzplatte (4 mm Multiplex) montiert, verlötet und im Inneren an die Boxenwand geschraubt. Eine Schraube geht durch die Spule und die Holzplatte in die Boxenwand. Dabei wurde auf der Holplatte Platz gelassen, um die zwei Leistungswiderstände eventuell später noch nachbestücken zu können.


7. Gehäusekonstruktion:

Die folgenden Simulationen zeigen das Verhalten des 12-500LF-Treibers im vorhandenen Volumen. Die Rohrlänge (17 cm) ist die maximal sinnvolle in diesem Gehäuse bei 150 cm² Tunnelfläche. Die Tuningfrequenz liegt dabei bei ca. 45 Hz. Die untere -3 dB Frequenz erreicht 43 Hz, die -8-dB wird bei 35 Hz unterschritten.
Die gleiche Abstimmung mit dem 12-300 zeigt der zweite, blaue Graph. Hier liegt die -3-dB-Frequenz bei ca. 51 Hz. Der dritte Verlauf zeigt den 12-300 in einer besseren Abstimmung mit einer Tuningfrequenz von 50 Hz. Das Rohr fällt dann auch kürzer aus.
Auf den Absolutpegel bezogen sieht dann der Unterschied nicht mehr so gravierend aus.

Bassreflex-Simulation beider Fane-Treiber

Rein rechnerisch überschreiten zwei Boxen nebeneinander bei 2x 150 W die 120 dB SPL in 1 m Entfernung.

Um eine ordentliche Verbindung zu ermöglichen und auch das Gehäuse ordentlich abzudichten, wurde die originale 6,3-mm-Klinkenbuchse samt Kunststoffteil gegen eine neue Neutrik-Speakon-Einbaubuchse (4-pin) ausgetauscht. Die preiswerteren Einbau-Neutrik-Buchsen NL4MP decken das Loch leider nicht vollständig ab, die Einbaubuchse NL4MPR schon. Diese passt genau in das 25-mm-Loch in der Boxen-Rückwand. Nur ein wenig Silikon wird benutzt, um es richtig dicht zu bekommen.

Tipp: Bei den Buchsen immer die 4-polige Variante einsetzen, bei den Steckern kann man alternativ auch die kompatible 2-polige Version einsetzen. (Der 4-polige Stecker passt nicht in die 2-polige Buchse.) Und ich empfehle ausschließlich die Original-Neutrik-Teile, mit den Nachbauten hatte ich auch schon Kontaktprobleme.

8. Messungen:

Da sich mein Soundkartentreiber mit Rückkopplungen weigerte, habe ich leider keine Schallpegelmessung machen können. Hier hätte mich Alt gegen Neu im Vergleich sehr interessiert.
Mal sehen, vielleicht ist das später noch möglich.

Eine simple Schallpegel-Messung bei etwa 1 Watt mit einem Musiksignal, ergab (Abstand unter 1 m) 100 dB SPL mit einer neuen und 93...95 dB SPL mit der alten Box. Allerdings habe ich erst später gesehen, dass die angezeigten 100,4 dB auf dem Multimeter das Messberechsende waren, es waren mehr. Also 7 dB Unterschied beim Kennschalldruck gibt es so mindestens. Bei höherer Leistung z.B. oberhalb von 100 W steigt diese Differenz weiter an, da der LF-Bass mit 500 W RMS und 1000 W Program dann noch fast im Leerlauf ist, während der alte schon an der Grenze ist, also er eine heiße Schwingspule besitzt, die durch den höheren Widerstand weniger Leistung (durch den geringeren Stromfluss) aufnehmen kann. Vermutlich wären zwei Messungen bei größerem Abstand mit weißen und rosa Rauschen hier besser als Vergleich gewesen, um auch den Pegelunterschied zwischen Hochton- und Bass-Lautsprecher bewerten zu können.

9. Hörergebnis

Beim Hörtest ist der lautere Hochtöner klar erkennbar, auch außerhalb der 0°-Achse. Hier sind alle EQ-Regler oberhalb von 4 kHz bei -3 dB sehr hilfreich. Damit hört man das PA-Horn zwar noch heraus, störend ist es aber nicht. Eine Bestückung der Weiche mit den in Kapitel 6 beschriebenen Widerständen wäre also sinnvoll gewesen.
Die beiden neuen Basstreiber klangen in ihrem Gehäuse noch etwas unterschiedlich. Die Tieföner müssen also erst einmal eine zeitlang einlaufen. Doch der obere Bassbereich bis zu den Mitten klingt neutral, nicht aufdringlich und angenehm, aber nach PA. Insgesamt ist alles voller und um Welten musikalischer als vorher.
Beide Boxen nah beieinander geben aber genügend, neutralen Bass, wenn auch kein überzogener Bass vorhanden ist. Bei niedrigen Lautstärken (bis 30 W) kann man den Bass-EQ (42 Hz) noch etwas (3 ... 6 dB) anheben, will man mehr Lautstärke sollte alles schön neutral (flat) sein, sonst besteht die Gefahr, dass die großen Membranen vor allem bei Tiefbass anschlagen.

Auch meinem Kumpel gefielen der "neue" Klang und vor allem die Lautstärke mit den möglichen Reserven. Diese Teile waren nun bei 30 Watt schon lauter als die bisher benutzte Übergangslösung mit übersteuerten 200 Watt. Oberhab von 70 W ist die neue Box auch lauter als die Vermona-Originalbox. In Räumen waren bisher auch nie mehr als 2x 50 Watt nötig.
Da der vorhandene DJ-Mixer einen eingebauten 6-Band EQ besitzt, war die Pegelkorrektur im Hochtonbereich mit den 2 Reglern oberhalb der 4 kHz kein Problem.

10. Ergebnis Gesamtbox


Parameter
Wert
Impedanz Z
8 Ohm
durchschnittlicher Kennschalldruck
96 dB SPL (1W 1m)
maximaler Schalldruck bei Pmax*
ca. 120 dB SPL
Trennfrequenz
4 kHz
Frequenzbereich (-8 dB)
35 Hz - 16 kHz
Frequenzbereich (-3 dB) 42 Hz - 12 kHz
Maximalleistung RMS als Bass > 30 Hz* 50 W
Maximalleistung RMS full-range, Bass > 40 Hz* 160 W
Maximalleistung Musik full-range > 40 Hz* 220 W
Maximalleistung RMS, als Top > 80 Hz* 300 W
* aktiver Low-cut mit mindestens 12 dB pro Oktave

Um den Tieftöner vor tieffrequenten Membranauslenkungen bei < 40 Hz zu schützen, die der Lautsprecher akustisch kaum wiedergibt, wurde zwischen Mixer und PA-Verstärker ein unsymmetrisches, kleines passives Filternetzwerk geschaltet. (Low-Cut)
Es handelt sich um zwei nacheinander geschaltete RC-Hochpassfilter (CR-HP).
C1= 5 uF, R1= 1,2 kOhm, C2= 470 nF, R2= 15 kOhm (parallel zum Verstärker-Eingangswiderstand)
Die Messung ergab damit eine -3-dB-Grenzfrequenz von ca. 38 Hz. Bei 30 Hz dämpft er schon mit etwa 6 dB, treibt also nur noch mit einem Viertel der Leistung. Das passt genau zu dem benötigten Low-Cut, um die Lautsprecher "unten herum" zu schützen.

Das Originalgrill, der aus Akustikstoff und Gewebe besteht, wurde wieder vorn vor den Treibern angeschraubt.




11. Kostenübersicht (Stand September 2021):

Tieftöner: Fane Sovereign 12-500LF für 79,00 EUR pro Stück bei Thomann
Hochtöner: Monacor HT-88 für 23,00 EUR pro Stück bei Völkner
Hochpass-Spule: Monacor LSIP-22/1 (220 uH, 1 mm) für 5,99 EUR pro Stück bei Völkner
Hochpass-Kondensator: (MKT 3,3 uF, 250 V) für 1,34 EUR pro Stück bei Völkner
Hochpass-Kondensator: (MKT 10 uF, 250 V) für 2,98 EUR pro Stück bei Völkner
Speakon-Einbau-Buchse: Neutrik NL4MPR 3,19 EUR pro Stück bei Völkner
Speakon-Stecker Neutrik NL4FX für 3,98 pro Stück bei Völkner (zum Austausch gegen den Klinkenstecker am vorhandenen Kabel)
Plastikgehäuse mit Stereo-Cinch-Kabel (RCA), 2 Cinch-Buchsen, Kondensatoren und Widerständen ca. 5 Euro.
Verbrauchsmaterial: Lautsprecher-Kabel, 12 Flach-Stecker (Lautsprecher selbst), über 50 Schrauben, Schrumpfschlauch, Holzkaltleim, Silikon, Lot, Holzplatten für Reflextunnel und Weiche ...

Summe des verwendeten Materials für beide Boxen ca. 250,- Euro.
Arbeitszeit ca. 4 h ohne die Reflextunnel

Nicht verwendet und damit gespart pro Box (das würde auf die 250 Euro sonst noch obendrauf kommen):
Summe: 31,90 EUR bestehend aus:
  Tiefpass-Spule: Monacor LSIP-33 (330 uH, 1,2 mm) für 8,70 EUR pro Stück bei Völkner
  Tiefpass-Kondensator: (MKT 4,7 uF, 250 V) für 1,95 EUR pro Stück bei Völkner
  Tiefpass-Impedanzkorrektur Elko: 2x 33 uF für 1,42 EUR pro Paar bei Völkner
  Tiefpass-Impedanzkorrektur Widerstand: 10 Ohm  25 W für 3,99 EUR pro Stück

Widerstände Pegelreduzierung: 10 W für etwa 0,60 EUR pro Paar (2 Paare nötig)

Heutzutage lohnt sich Boxenbau aus finanzieller Sicht kaum.

Der Preis ist in Anbetracht des Resultats aber voll okay, zumal es ja solche passiven, breitbandigen PA-Boxen immer weniger am Markt gibt. Wenn sie Bässe können sollen, sind meist nur aktive Sets evtl. auch mit Subwoofern erhältlich.
Ein solches Set, was nicht schlecht zu sein scheint, ist z.B. folgendes theBox-Set bei thomann, es kostet so um 600 EUR (thomann-link)

Boxengehäuse, PA-Verstärker, Mixer und Kabel sind aber vorhanden und können nun weiter benutzt werden.

Auch Boxen, die im gleichen Lautstärkebereich (Kennschalldruck und Leistung) spielen wie z.B. Behringer Eurolive B212XL (thomann-link) sind für 120 EUR pro Stück zu haben, sind aber zumindest im Bassbereich schlechter.
Auch die Behringer VS1520 (thomann-link) für 160 EUR hat (durch größeren Treiber) evtentuell besseren Bass, ist aber schwerer und hat nicht mal Speakon-Anschlüsse.
Sonst wären vielleicht noch theBox PA302 (thomann-link) für 160 EUR (angeblich auch schwächerer Bass) oder das PA502 (thomann-link) für 190 EUR eine Alternative im Niedrigpreis-Segment. Wie diese aber im Vergleich klingen, kann ich nicht sagen.

Eine komplettes Boxenpaar, was nicht klanglich schlechter ist, kostet somit trotzdem mehr als das Material zum Aufrüsten von diesem.