Oder: Wer viel misst, misst Mist

Was haben sich die Reichsbahn und die Architekten vor hundert Jahren dabei gedacht, als sie Siedlungshäuser für ihre Arbeiter und Beamte eines Ausbesserungswerkes ins Grüne stampften und sich überhaupt keine Gedanken um geeignete Musikhörräume machten? Nun gut, nach damaligem Verständnis hätte da mal mindestens ein ordentlicher Flügel plus Kammerbesetzung rein passen müssen. Aber im Gegenteil, die gute Stube ist nur um die 3 m breit und 4,7 m tief. Raumhöhe ist selbst abgehängt etwas mehr, als die heutige Norm vorsieht, vorhanden.
Obwohl diese Bauform in der Nähe der Arbeitsplätze mit Garten für Gemüseanbau und Geflügelhaltung seinerzeit eine Revolution war (https://de.wikipedia.org/wiki/Gartenstadt), waren ob der geplanten Nutzergruppe die Ansprüche niedrig. Es musste nur genug Platz für sechs Personen sein, dafür reichten ca. 55 m² auf zwei Ebenen, inkl. winzigem Abort. Zum Baden gab es einen Waschzuber im Keller. Jetzt ist der Dachboden ausgebaut, wir wohnen mit zwei Personen auf der Fläche, und trotzdem platzt alles aus den Nähten. Nun gut, die Miniaturtoilette ist verschwunden, dafür gibt’s ein recht geräumiges Bad auf der ersten Ebene.
Nur wie Parkplätze so gut wie nie vor dem Haus frei sind, will einfach auch kein idealer Hörraum wachsen. 2015/16 war ein Austausch der HiFi-Kette im Gange, und ich wollte aus dem Wohnzimmer die ollen Mivoc-Standboxen entfernen. Die hatten klanglich ausgedient und standen ständig im Weg vor dem Wohnzimmerregal – obwohl männlich, ist WAF bei mir ein Thema, sofern es um Praktikabilität geht. So bin ich auf der Suche nach geeigneten Produkten wieder beim Selbstbau gelandet, und damit recht flott bei Udo. Für das Wohnzimmer entschied ich mich für die Symphony 5, die einen analytischen und für meinen Geschmack daher entspannten Klang bietet. Durch die Abstimmung bestens geeignet für wandnahe Aufstellung, liefern die Schätzelken erstaunlich viel Bass. Ich konnte so bauen, dass sie in ein Regalfach auf Hörhöhe passen. Gelobt sei der Selbstbau!
Neben dem Hang zum analytischen Klang bevorzuge ich einen leicht überhöhten bzw. warmen Bass und einen dazu passenden Tiefbass. Und genau letztgenannten liefert die Symphony 5 nicht in gewünschter Menge. Ich diskutierte mit Udo einen Subwoofer, er tendierte zu einem Eton 8-Zöller mit Symphony II Chassis in Bassreflex-Ausführung in Mindestgröße und riet mir ab von meiner Idee eines geschlossenen Gehäuses für den Eton 11-Zöller – wohlbekannt aus der Duetta. Dieser hat den Charme, in Butterworth-Abstimmung in einem noch kleineren Gehäuse leben zu können als der 8-Zöller im BR-Betrieb. Da ich renitent bin, habe ich mir den 11-581 mitsamt Wyntek WAM300 Subwooferverstärker besorgt.
Irgendwann letztes Jahr entschieden meine Frau und ich 2018 zu renovieren und neu zu möblieren. Hurra, ich kann mir Platz für größere Lautsprecher schaffen! Aber was mit dem bis dahin ungenutzten Chassis machen? Die Symphony I Serie lief aus und mir fiel ein zweites Chassis günstig in die Hände. Daraus kann ich später eine Eigenkonstruktion machen (11-581 + 2 x 5-302 + 26HD1), oder wenn dies klanglich fehl schlägt damit eine Duetta aufbauen – natürlich nicht für das Wohnzimmer, sondern für den Dachboden 🙂
Vor dem Vermessen einer Eigenkonstruktion sollten die Chassis eingespielt sein, bemerkte ich Anfang des Jahres. Die Lösung waren Quick-and-Dirty-Subwoofer. Also alles noch mal schnell durchrechnen, das Holz bemaßen und raus zum Baumarkt, um für insgesamt 17 € Spanplatten im Zuschnitt und Filzgleiter zu kaufen. Die Erläuterung des Sägens runder und eckiger Löcher und das Verkleben von sechs Außenwänden hat Udo oft genug sehr schön beschrieben, auch den wunderbaren Fugenleim, ist also nicht mehr der Beschreibung wert. Hinzu kamen bei dieser Konstruktion noch zwei kleine Bretter als innere Versteifung, möglichst angeordnet in nicht allzu geradzahligen Abstandsverhältnissen. Das Nettovolumen ist 31,5 l. Mit etwas Dämmwolle, eigentlich nicht nötig beim Subwoofer, ergibt sich ein akustisches Volumen von ca. 34,5 l. Das ist nur knapp unterhalb der Butterworth-Abstimmung mit einer Gesamtgüte von Qtc=0,714. Im Wohnzimmer sieht das dann so aus:

Es existieren zwei von den Teilen, je einer links und rechts. Beide werden von einem Subwooferverstärker angesteuert, sind in sich also Mono. Bei den nicht ortbaren tiefen Frequenzen ist dies erst einmal kein Thema. Dazu weiter unten aber noch mehr.
Das Wohnzimmer ist offen zu Küche/Essecke/Treppenhaus. Tiefe Töne haben also etwas Auslauf und Resonanzen müssen sich bemühen ob der vielen Winkel und Ecken. Dazu ein nicht maßstabsgetreuer Grundriss des Raums, eingezeichnet sind Lautsprecher und Sofa mit Hörposition:

In einer ersten Abstimmung wird der Subwooferverstärker aufgrund von Nahfeldmessungen in einem Zentimeter Entfernung so eingestellt, dass die Schalldruckkurven sich grob ergänzen:

Die Grenzfrequenz war 63 Hz, dann folgt ein Tiefpass mit 24 dB Flanke. Zusätzlich kann der WAM300 in Terzschritten eingestellt werden im Bereich +/- 9 dB. Bei 31 und 40 Hz buckelte ich das Ganze ziemlich auf, unterhalb und oberhalb waren absteigende Werte eingestellt.
Die Musik hatte nun eindeutig Tiefbass, ich erfreute mich an verschiedenen Orgelwerken von Bach über Glass bis zu Dennerleins Jazzstücken.
Dummerweise stellte ich das Messmikrofon auch irgendwann in den Raum, so weit das Kabel reichte. Ups, wo kommt denn die Senke bei 100 Hz her (blaue Kurve im nächsten Bild)? Da musste die akustische Phase mal geändert werden. Bei 135° anstelle 90° bot sich ein grundsätzlich anderer Verlauf. Der Tiefbass deutlich überhöht, die Senke auf 80 Hz versetzt (rote Kurve). Ich dachte mir „da kannste machen wat Du willst, et jibt ‘ne Auslöschung“ und schaltete den Subwoofer ab und nahm noch eine Messung vor. Und siehe da, die Senke liegt wieder bei 100 Hz und hat nichts mit dem Subwoofer zu tun, sondern mit einer destruktiven Interferenz durch den Raum:

So hörte ich mir dies einige Wochen an und startete die nächste Messsession, die Chassis waren nun eingespielt.
Ansatz war, den doch übertriebenen Tiefbass zu entschärfen und den waghalsigen Versuch zu starten, mittels DSP des Subwooferverstärkers die 100 Hz Senke etwas aufzufüllen.
Tiefbassmessungen im normalen Raum sind durch mitgemessene Schallreflektion, bedingt durch das nötige Messintervall, alles andere andere als überzeugend mit dem vorhandenen, einfachen Messequipment, geben aber Anhaltspunkte. So würde bei einer Anpassung auf den Schalldruck des Mitteltons so gut wie kein Bass mehr vorhanden sein. Wenn ich dagegen um einen übertriebenen Tiefbass weiß, habe ich relative Bezugspunkte zur Anpassung. Das gleiche gilt für die Auffüllung der 100 Hz Senke. Als es messtechnisch passte, klang es gruselig nach einem völlig überladenen Bass. Die Wahrheit liegt also auf halber Strecke:

Die Messung wurde nun auf dem Sofa vorgenommen, daher der Unterschied im Schalldruckverlauf gegenüber dem letzten Bild. Damit das Stativ mit dem Mikro Platz fand, stand es etwas vor der normalen Kopfposition, was eine vermittelnde Position ist. Direkt an der Wand liegt ein Schalldruckmaximum vor. Das Ohr als Druckempfänger nimmt dies deutlich wahr. In der Mitte des Raums klingt der Bass dagegen deutlich verhaltener. Also habe ich dazwischen gemessen, etwa dort wo das X im Grundriss eingezeichnet ist.
Als die Einstellung die blauen Kurve lieferte, konnte ich klanglich mit dem Resultat leben. Folgendes Bild zeigt, wie dies im Nahfeld dann aussieht:

In einem Zentimeter Messabstand sieht der Subwoofer nun unterrepräsentiert aus. Ach ja, bitte nicht auf die Pegelwerte achten! Die Messsoftware ATB PC Pro kann nicht auf einen Abstand von einen Zentimeter eingestellt werden. Genauso nicht auf Werte oberhalb eines Meters. Auch habe ich gewiss nicht immer auf die genaue Einstellung der 2,83 V beim Messen geachtet. Die Kurven sind dennoch sehr hilfreich für qualitative Vergleiche.
Hier noch ein Screenshot von der Verstärkersoftware, die die Einstellungen zeigt:

Wie klingt es denn nun? Je nach Position im Raum ist mal weniger, mal mehr und mal sehr wuchtiger Tiefbass vorhanden. Dabei ist die Wiedergabe sehr knackig, wie zu erwarten bei einem geschlossenen Gehäuse. Akustische wie elektrische Bässe klingen sehr sonor, Orgeln sind tief und satt und Hammondorgeln machen richtig Spaß. Im Übernahmebereich zwischen Sub und Symphony 5 ist ein kleiner klanglicher Riss, da die kleine BR-Box in dem Bereich nicht so sauber spielen kann. Ich trenne die Symphony 5 nicht per Hochpass ab, habe aus Faulheit nicht einmal den BR-Schacht verschlossen. Die etwas „dünne“ Wiedergabe der Symphony 5, wie ich jetzt weiß bedingt durch die Auslöschung rund um 100 Hz, ist einem satteren Bass gewichen, der noch nicht übertrieben dick ist. An allem anderen der exzellenten Wiedergabe hat sich nichts geändert. Trotz der kritischen Aufstellung der Symphonys war die Räumlichkeit immer faszinierend gut, bei Durchstrahlung von Vogelkäfig und Zimmerplanze. 🙂
Die Räumlichkeit hat mit den Subwoofern bei den tiefen Instrumenten entgegen der verbreiteten Theorie etwas gelitten. Durch die Aufstellung beider Subwoofer oben auf dem Regal wirken manche Instrumente etwas nach oben verschoben. Natürlich sind die Pauken im Orchester meist etwas höher angeordnet, das konnte ich ohne Subwoofer aber nie hören. Ich vermute der Effekt kommt daher, dass der Subwoofer nun bis 100 Hz und dann mit einem 18 dB Tiefpass arbeitet, um die Senke zu füllen. Töne bis 200 Hz und darauf basierende Membranresonanzen höherer Ordnung sind wahrscheinlich Ursache für die Lokalisierbarkeit.

Udos Bedenken gegenüber einem aktiven, geschlossenen Subwoofer betrafen auch die Membranauslenkungen und die elektrische Belastung der Schwingspule. Obwohl ich nicht wirklich richtig laut höre, bin ich der Sache messtechnisch auf den Grund gegangen. Ich bin mit dem Ergebnis zufrieden – aufgrund der Aufstellung in Raumkante bzw. Raumecke werden mir dabei 6 dB bzw. 9 dB Basserhöhung geschenkt. Es seien daher alle Mitforisten gewarnt, das Ergebnis auf die freie Aufstellung eines solchen geschlossenen Subwoofers, womöglich in einem großen Raum, zu übertragen!
Für die Messung nutzte ich Sinustöne gleichen Pegels, einmal bei 31 Hz, wo die Signallüberhöhung durch den Verstärker schon recht ordentlich ist, und dann bei 55 Hz, in etwa der Boxresonanz (siehe Impedanzkurve).

Rechnerisch gibt es die größte Membranauslenkung bei etwa 42 Hz, in diesem Bereich wird der Verstärker wegen der Raumeigenschaften stark abgesenkt. Eine Messung habe ich daher nicht gemacht. Am Vollverstärker habe ich dann die Spannungen gemessen, und diese in Verhältnis gesetzt mit denen am Subwooferverstärker:
31 Hz – Verstärker: 0,98 V – Subwooferverstärker: 0,6 V
55 Hz – Verstärker: 0,97 V – Subwooferverstärker: 0,44 V

In diesem Setting besteht also nie die Gefahr einer Schadens an den 11-Zöllern. Zuvor werden die 5-Zöller in Rauchwolken aufgehen 😮
Wenn man nur einen statt zwei Subwoofern nutzt, sieht das schon anders aus. Wir verlieren 6 dB Pegel wegen der fehlenden konstruktiven Interferenz. Damit würde man bei gleichem Schalldruckpegel die doppelte Spannung für das gleiche Ergebnis benötigen, also bei 31 Hz 1,2 V. Eine kleine Abschätzung zeigt auch hier noch keine wirklichen Probleme; wenn der 5-Zöller durch einen Ton von 31 Hz an seiner Dauerbelastungsgrenze von 70 W ist, muss der 11-Zöller 105 W verdauen. Dies liegt ein gutes Stück unter der Belastungsgrenze von 150 W. Nun besteht Musik nicht aus einem einzigen Ton, sondern einem ganzen Spektrum. Der 5-Zöller muss Signale von etwa sieben Oktaven verarbeiten, der Subwoofer dagegen 2,5 Oktaven. Ohne die Integralrechnung zu bemühen – da bin ich etwas eingerostet – ahne ich das die Rechnung zugunsten des 11-Zöllers ausgeht.

In einigen Wochen wird das alles Geschichte sein. Dann wird renoviert und danach ist hoffentlich Platz für eine neue, größere und in sich geschlossene passive Kompaktboxkonstruktion. Mir kommen immer wieder neue Ideen. Wo die Reise enden wird, weiß ich noch nicht. Eine Variante ist eine Linie 74 light als Regalbox, andererseits könnte ich die Symphony 84 vom Dachboden schrumpfen. Das wird Udo wahrscheinlich aus kaufmännischen und technischen Gründen nicht gefallen, letzteres weil das Vorhaben nur als GHP-Konstruktion geht. Ein Zeitgenosse aus Kleve veröffentlicht so etwas ständig, Udo hält davon Abstand. Der Vater der heute verwendeten Lautsprecherparameter, Neville Thiele, hat das im Alter von 89 Jahren auch noch mal in einem Paper veröffentlicht; lange nach anderen bei einem gewissen Magazin, für das auch Udo tätig war. Falls ich das umsetze, halte ich mich an die alte Laborweisheit „Versuch macht klug!“

Mit gut abgestimmten Grüßen 🙂

Gordon