Systemen met hoge efficiëntie

De trend van vandaag de dag is hoge efficiëntie, en zoals gewoonlijk gebeuren er vele
dingen in de commerciële wereld van de buizen. Single ended trioden, bijvoorbeeld,
hebben zichzelf bewezen als top performers en worden succesvol gebouwd en verkocht
door verschillende bedrijven, alsook door menig doe het zelver.
De hoofdreden van het grote succes is het algemene geloof dat low powered SE
buizenversterkers minder complex zijn dan hun halfgeleider versies. Hoe eenvoudiger
het ontwerp, hoe minder elektrische onderdelen er gebruikt worden in het signaalpad
en hoe minder kwaad er kan geschieden. Algemeen wordt aangenomen dat elke extra
component het originele signaal veranderd en de hogere hramonischen aantast of ze
vervangt door iets anders, of ze zelfs volledig laat verdwijnen!
Terugkoppeling wordt meestal gebruikt om iets corrigeren wat in de vorige versterkertrap
misliep. Goed ontworpen versterkers hebben geen terugkoppeling nodig. Zonder
terugkoppeling klinken ze meer open, transparant, ruimtelijk, zachter, enz...
Commerciële versterkers hebben meer vermogen, omdat ze dat kwa marketing en product
imago verplicht zijn, maar dan moeten er meer componenten gebruikt worden (parallel
schakelen van buizen en/of transistoren, krachtigere drivers en daardoor ook meer
condensatoren, weerstanden, enz...). Toegegeven, de meest eenvoudige ontwerpen
zoals SE buizenversterkers hebben geen grote vermogens zodat bij deze een nieuw
probleem ontstaat: luidsprekers. Als je luidsprekers met hoge gevoeligheid gebruikt
is dat geen probleem. Maar de juiste luidspreker met hoge gevoeligheid vinden is
niet eenvoudig. De meeste zijn groot en lelijk, duur EN niet zo goed!
Hier presenteer ik een goed alternatief voor dat probleem. Het probleem bij vele
hoge efficiëntie luidsprekers is dat ze niet homogeen zijn. Daarmee bedoel ik dat
ze slechts voor een beperkte bandbreedte hooggevoelig zijn.

Wat ik bedoel is het volgende:

Het is absoluut geen probleem om hoge efficiëntie bij toenemende frequentie te
verkrijgen, het probleem zal altijd de lage tonen zijn. Er zijn veel mid range
hoorns en tweeters te verkrijgen tegen een relatief lage prijs.

Een kleine lijst van oude en hedendaagse onderdelen van top systemen:

JBL motors en hoorns
Altec en Electro voice en Gauss
TAD & Radian
Beyma & RCF & Selenium

De afzetmarkt van deze merken zijn professionele audio, bioskopen, en studio monitoren.
Helaas stammen hun beste producten uit een tijd in de elektronicageschiedenis waar
versterkers niet de vermogens leverden die vandaag beschikbaar zijn.
Vandaag leven we in een tijd van consumptie en hoeveelheid. Goede geluidssystemen
worden daarom geklasseerd in hoeveel dBs ze kunnen produceren en met hoeveel
vermogen ze overweg kunnen. De grote verandering zit hem niet in de hoogfrequentie
motor en tweeters, maar meer in de woofers. Deze zijn toegenomen in gewicht en
bewegende massa en hebben bijgevolg zwaardere spreekspoelen. Er is minder BL
nodig en de luchtspleet is groter voor een betere koeling, daarom zijn ze voor de
audiofiel niet interessant meer. 40 jaar geleden was 100 Watt ontzagwekkend,
20 jaar geleden was een 300 Watt RMS luidspreker fenomenaal, vandaag beschikken
we 1000 Watt RMS en 300 Watt wordt als een minimum in Profesionele audio beschouwd.

Voorbeeld van efficiënte hoorns:

Beyma CP22 super tweeter (een kopie van de JBL bullit tweeter?) levert 107 dB/w/m
vanaf 4 kHz en hoger, bruikbaar boven 6 kHz 6dB filtering
Beyma CP650Ti + TD460N hoorn levert 108dB/w/m gemiddeld tussen 500 Hz en 10 kHz,
alhoewel ik het niet aanbeveel. 500 Hz tot 6 kHz 6dB is meer dan voldoende.

Dit toont aan hoe eenvoudig het is om een hoog efficiënt systeem te maken boven 500 Hz.

Met een op maat gemaakte hoorn (Iwata style) kunnen we makkelijk tot 350 Hz laag
gaan met dezelfde driver als voor high end toepassingen = laag vermogen.

MAAR wat gebruiken we onder deze frequentie?
Verschillende oplossingen zijn mogelijk:

Lage tonen 107 dB/w/m is onwaarschijnlijk. Het is mogelijk met veel drivers en een
enorme hoorn, maar je echtgenote zal waarschijnlijk de echtscheiding aanvragen als
je met zo'n luidspreker komt aandraven.

Hetgeen er commerciëel verkrijgbaar is = redelijke afmetingen?

Klipsch hoorn, is een redelijk deftige lage tonen hoorn die gebruikt maat van de hoek
van de kamer als deel van zijn ontwerp en een hoog efficiënte 15 inch luidspreker.
Deze combinatie heeft ongeveer 40 Hz - 200 Hz bandbreedte en ongeveer 101 dB/w/m.
Een ander gekend probleem van zo'n combinatie is dat de hoorn alleen tot leven komt
vanaf een zeker dB spl. Dit komt hoofdzakelijk door de parameters van de luidspreker
en het menselijk oor (loudness effect) dan de hoorn zelf.

JBL heeft veel hoorns. De Disco 10 & 200 zijn nogal populair met hun dubbele 15 inch
luidsprekers maar hebben nogal wat vermogen nodig om tot leven te komen.
55 Hz - 500 Hz 6 dB is bruikbaar bij ongeveer 97 dB/w/m en ik kan je bevestigen dat
ze maar eerst tot leven komen wanneer we de 20 Watt overschrijden !!!

Altec heeft "The Voice of The Theatre". Dit is een bass reflex met een 15 inch luidspreker
van vroeger met een deftige BL faktor, lichte spreekspoel en goede efficiëntie maar kan
slechts met klein vermogen overweg. Verder heeft hij een hoorn met kleine oppervlakte
om de gevoeligheid op te drijven. Deze luidspreker heeft geen hoorn voor onder de 100 Hz,
bovenaan is 101 dB/w/m makkelijk haalbaar, maar onderaan is het een standaard grote bass
reflex kast die heel diep gaat maar niet erg efficiënt.

Waarom hebben deze systemen de wereld dan niet veroverd?

Hoofdzakelijk omdat dit niet goed uitgebalanceerde systemen zijn die goed zijn voor een
bepaald genre muziek, maar niet voor alle genres. Sommige zijn gewoon te groot, anderen
hebben dan weer een hoek van de kamer nodig en het hoofdbezwaar van menig audiofiel
is dan weer dat het geluid niet altijd is wat ze ervan verwacht hadden. Velen geloven ook
dat minder componenten in het circuit en het signaal pad beter is. Het huidige aanbod is
Full Range, zonder filter, kleiner omdat full range luidsprekers niet het hele audio spectrum
aankunnen, maar niemand verwacht dat.

Wat is beschikbaar:

Lowther, heel populair en heel duur. De enige aanbevelingswaardige luidspreker die zij
ooit maakten is de PM4 and PM6. Gewoonlijk is hoe groter de hoorn hoe beter de
performantie en dit is geen performer voor low end.

Aer, trekt op Lowther en in competitie met de hoge prijzen, is de nieuweling. Zij worden
in Duitsland door iemand gemaakt die een authoriteit is wat betreft Lowthers. Hij heeft
uiteindelijk besloten om een luidspreker te maken die alle kwaliteiten en niet de fouten
heeft waar Lowther om bekend staat, en ik moet zeggen dat het geluid heel goed is.

Fertin woofers , Davis,Fostex , PHY-HP enz... en vele op maat gemaakte modellen.

Ik wil de full range enthousiast erop attent maken dat de grafieken gemeten zijn bij
1 Watt/meter en dat het onverenigbaar is dat een woofer een goede kwaliteit hoge
frequenties kan produceren. Een super tweeter zal altijd veel sneller en beter zijn,
al was het alleen maar omdat de spreekspoel slechts een fraktie is van een full range
(denk in termen van een Ferrari versus een vrachtwagen). Dit is natuurlijk niet te zien
op een standaard grafiek, maar voeg een super tweeter toe en je valt uit je stoel van
het verschieten. Je kan ook de hoge frequentie output meten bij 100 miliWatt en vergelijken.

Analyse van algemene hoge efficiëntie systemen:

Een paar klassieke systemen: (meestal 3 wegs)

Visaton heeft een 93dB/w/m systeem met 2 12 inch woofers en een mid hoorn en
de TL16H tweeter. Dit systeem is vrij goed, maar om dit te verkrijgen moest de
efficiëntie van de mid en tweeter opgeofferd worden. 93dB is niet denderend
maar voldoende voor een 10 Watt versterker, speciaal als het low end echt goed.

Altecs "Voice of The Theatre" is enorm en is het meest populair als 2 wegs systeem.
Hij gaat echter niet heel diep en een 15 inch woofer gebruiken tot 800 Hz kan een
risico inhouden (de conus kan scheuren bij deze frequentie). Hij is echter populair
en klinkt heel goed (zelfs met gescheurde conus).

De nieuwere systemen moeten een goed artistiek ontwerp hebben en tegelijk goed
klinken, maar dit is moeilijk te combineren. Daarbij worden de bassen en de efficiëntie
opgeofferd en zijn ze heel ongebalanceerd. Gewoonlijk hebben ze een aktieve subwoofer
die een verschrikkelijk lage efficientie heeft.

Een voorbeeld:

Een zeker Nederlands ontwerp klinkt voor mij te dun. Bij klassieke muziek met veel
trompetten klinkt het goed maar alles wat grondtonen onder de 300 Hz heeft (de
meeste instrumenten en stemmen hebben dat) verstoort het harmonischen beeld.
De plastieken bloempotten die gebruikt worden als hoorn zijn in mijn opinie niet
geschikt voor high end, maar de oren hebben daarbij het laatste woord. Het is
echter beter dat je verwittigd bent dan er zomaar blindelings in te duiken.
Deze plastieken hoorns worden meer en meer gebruikt en zijn de oorzaak van
het toevoegen van vervormingen als gevolg van hun slechte afschermeigenschappen.
(Binnenin de hoorn wordt het geluid van een trilling of een secundaire terugkaatsing
van de hoorn zelf, heel erg versterkt).

Er worden ook aktieve subwoofers gebruikt om een druk in de lage tonen sectie
te verkrijgen. Bij een demo lijkt dit erg goed omdat demo materiaal lage tonen
gebruikt met weinig harmonischen, maar echte muziek heeft massa's harmonischen
en dan klinken de bassen plotseling heel sloom en kunstmatig. Dit komt omdat de
bovenste harmonischen sneller aankomen dan de lagere.

Heel populair zijn de aktieve subwoofers met twee 10 inch luidsprekers en hoorns.
Als mid hoorn wordt een Lowther gebruikt en er wordt beweerd dat er 107 dB/w/m
gehaald wordt, maar dat is overdreven. Ik heb onlangs zelfs een systeem gehoord
waarvan er beweerd wordt dat dit 109 dB/w/m levert, maar dat was fel overdreven.
(De lage tonen sectie van een aktief systeem heeft slechts een miserabele 86 dB/w/m)

Veel prestaties van de SPL van luidsprekers zijn overschat met minstens 3 dB, gewoonlijk zelfs 6 dB.

De Humfrey hoorn en tweeter vergelijking

Dit ontwerp is gebaseerd op het idee dat het streven naar maximum efficiëntie niet de
oplossing was, in het bijzonder op mijn jonge leeftijd !!!!!! Ik hou van een goede,
stevige bas en het ontbreken hiervan maakt me gek. Zodus: hoge efficiëntie, ja, maar
een goede, stevige bas is een must. Dit is voor mij de logica zelve.

Lees bijvoorbeeld ook het artikel Harmonischen en high end

De laagste grondtoon van een contra bas is ongeveer 60 Hz
Als we dit opsplitsen in de bovenste harmonischen:

1ste 60Hz grondtoon
2de 120Hz
3de 180Hz
4de 240Hz
5de 300Hz
6de 360Hz
7de 420Hz
8ste 480Hz
9de 540Hz

Al deze bovenste harmonischen bepalen het geluid van het instrument.

Als de bassen trager zijn en de mid range is veel sneller, dan detekteren
de hersenen dat er iets mis en dat resulteert in luistermoeheid. Dit
ongebalanceerd, niet homogeen geluid kan mij niet bevredigen, zelfs als
de mid range enorme "attack", snelheid en verval eigenschappen heeft.

Hoorn rear loaded, hyperbolic loaded (het beste voor bassen) en
first room tuned om de mid range te filteren die naar de hoorn gaat.
De voorzijde van de hoorn is eigenlijk slechts een "baffle" en de
efficientie wordt bepaald door de luidspreker zelf.
De eerste luidspreker die ik gebruikte was de Audax HT210AO,
en dit was een verschrikkelijke keuze omdat het helemaal geen hoge
efficiënte had maar wel goedkoop was. Nadien probeerde ik een
Lowhter PM6. Dat was al veel beter maar de Lowther, zelfs met de
hulp van de hoorn, had niet de juiste bas. De mid range was te helder
en de hoge tonen leken een beetje te kunstmatig. Toen kwam de
Fostex Fe208Sigma. Dit was de meest coherente, maar had niet het
sprankelende van de Lowther (die was uitermate sprankelend).
Nadien probeerde ik een oude Goodmans full range unit. Opmerkelijk,
maar nog steeds niet tevreden besloot ik om de mindere Fostex Fe204
te proberen. Vanaf de eerste tonen wist ik dat dit de juiste luidspreker
was met de juiste balans. Alles was zoals het moest zijn met uitzondering
van het sprankelende, daar was de Lowther nog altijd koning.
Extreem coherent, uitstekende bassen, uitstekende mid range, maar
doffe hoge tonen. Dat laatste viel niet op tijdens de eerste luistersessies,
maar toen er een extra tweeter toegevoegd werd was de verbetering enorm.
Het was zoals het vinden van een schat, en met 6 dB hellingen, Jensen
koperfolies en Tritec spoelen was het resultaat eerste klas.

Het is niet zo'n makkelijke luidspreker om te bouwen, maar het is de moeite. (de bouwplannen zijn op komst)

Tweeter vergelijkingen:

In deze editie zal ik een aantal tweeters van Beyma ter vergelijking bespreken.
De meeste dure kost 75 Euro, BTW inbegrepen.

De CP-09

Dit is een onopvallende tweeter, niet sprankelend, heel mak, heeft waarschijnlijk
ook een te lage gevoeligheid. In deze toepassing zeker niet aanbevolen.
Bi radiale hoorn, op papier een uitstekend polair afstraalgedrag, onregelmatige frequentie
output, tussen 5 & 10Khz 110dB/w/m en dan een regelmatig verval naar 10dB/oktaaf
High 2nd order vervorming vergelijkbaar met anderen.

CP-12N

Al een pak beter, maar met een aggresieve ondertoon meer geschikt voor
goedkopere PA luidsprekers. Daarom ook niet aanbevolen. Het polaire
afstraalgedrag toont aan dat dit een unit met een smalle verspreiding is,
gemiddeld 106dB vanaf 5Khz tot 20Khz bruikbaar.

CP-21F

Dit is een heel fijn klinkende tweeter met een uitstekend 3D beeld, sprankelend
en leuke hoge tonen. De details zijn veel beter, veel meer finesse, zachter en
toch meer aanwezig. Ten zeerste aanbevolen. Gelijkmatige frequentiegrafiek
en een uitstekende polar response curve, heel lage 2de harmonische vervorming,
105dB/w/m gemiddeld van 5 kHz -20 kHz.

CP-22

Deze is ook een uitstekende. Hij mengt zich, geen speciale opmerkingen, je
luistert naar de muziek en ontspant je. Zeer aanbevolen. Het polaire afstraalgedrag
is verre van goed, dit is een gerichte hoorn. 30° is nog steeds uitstekend maar
daarboven daalt de druk snel. Een algemeen mooie frequentiegrafiek, uitstekende
gevoeligheid 107dB/w/m

CP-25

Tot onze grote verrassing deed deze tweeter het uitstekend in deze opstelling.
Niet zo verfijnd als de CP-21F of de CP-22, maar hij komt in de buurt en is
daarom ook zeer aanbevolen. Een uitstekend afstraalgedrag en een uitstekende
frequentiegrafiek. Harmonische vervorming is lichtjes hoog, voor high end lijkt
hij bruikbaar tussen 3 kHz en 20 kHz bij 101dB/w/m

Visaton TL16H

Als je deze uiteen haalt zal je dezelfde magneet, spreekspoel en membraam
terugvinden als in de heel goedkope DHT-9, maar hij is veel beter.
Waarschijnlijk zelfs beter dan de CP-22 en CP-21F maar dat hangt van de dag af !!!!!!.

Wanneer hij voor high end gebruikt wordt zal hij niet opbranden als je luid
speelt, dus kan je experimenteren met crossing van de lage tonen met slechts 6 dB.
Het oor moet dan de rechter zijn.

Het volgende geval geeft een beeld van de Big Mama:

Preview van de Big Mama:

We hadden 15 inch bas luidprekers met smalle spleten en lichte spreekspoelen
op maat gemaakt en wilden een open behuizing gebruiken. De behuizing zal
ongeveer zo groot zijn als de mid hoorn. De reden waarom 2 drivers te gebuiken
voor de bassen is het feit dat de mid hoorn op oorhoogte moet staan, en dus
heeft het zin de 2 bas luidsprekers boven elkaar te zetten. Het vergroten van
het straalgebied is zeker voordelig (Wat is het verschil in afmetingen als de
hoogte gevuld is met 2 gestapelde luidsprekers of slechts een?)
Het idee kwam nadat ik een andere gitaarversterker had hersteld, omdat ik
deze test met 50 Hz. Ik ben telkens weer opnieuw verbaasd over hoeveel
druk deze gitaarversterkers hebben. Zij reageren uitstekend op bassen,
gebruiken redelijk goedkope luidsprekers en hebben een open behuizing.
Daarom besloot ik om het te proberen. Twee verschillende zullen er
gebouwd worden, de ene met 15 inch luidsprekers en de andere met
Eminence 12 inch luidsprekers.
De theorie zegt dat akoestisch gezien de lage frequenties kortgesloten
worden maar ik heb het fenomeen besproken met andere collega's en
zij zijn het eens dat dit niet het geval is. Dus ga ik het proberen om te
zien of de theorie niet overeenkomt met de praktijk en dan moeten we
iemand vinden die dit kan uitleggen!

Als mid hoorn zal een Iwata Scorpion hoorn of een andere gebruikt
worden met verschillende motors ter vergelijking en voor de super
tweeter blijf ik bij de beyma CP-22 or CP-21F.

Foto's en metingen volgen, en in het bijzonder de waardering van het oor.

Ik hoop alleen maar dat het geen flop wordt, wegens de tijd en het geld
dat er in gestoken wordt.

Vervolgens zijn er de datasheets of the tweeters en wat foto's.