Verslagen Radiocafé

Verslag 18 mei 2010: Lezing over de luidspreker en berekening van de gesloten akoestische luidsprekerkast

Deze avond gaf Gyula Kiss een lezing over de luidspreker en de berekening van de gesloten akoestische luidsprekerkast.

Allereerst werd de penluidspreker, of ook wel het 'freiswinger' systeem genoemd, besproken. Het is Graham Bell die daar als een der eerste proeven mee deed. Wordt een spoeltje met ijzerkern, welke aangesloten op een wisselspanning (bijvoorbeeld 400 hertz ), dan zal daarin zal telkens een magnetisch veld in hetzelfde ritme opgewekt worden. Een metalen plaatje op geringe afstand van de kern gemonteerd zal dan ook als de amplitude van de wisselspanning zijn top bereikt het sterkst aangetrokken worden. Dat gebeurt dan twee keer per periode zodat de frequentie waarin het plaatje trilt twee keer groter is dan de frequentie van de aangelegde wisselspanning.

De oplossing werd gevonden door aan de andere zijde van de spoelkern een magneet te plaatsen, die al direct het metalen plaatje een eindje aantrok naar de spoel met kern. Nu zal als de wisselspanning een magneetveld opwekt in dezelfde richting van die van de aangebrachte magneet het plaatje verder aantrekken. In de volgende halve periode van de wisselspanning zal het magneetveld juist verzwakken zodat het plaatje terugveert. We hebben allemaal wel zo'n ouderwetse Bell telefoonschelp gezien die je tegen het oor moet houden.


De gedemonteerde telefoonhoorn type Bell. Belangrijk is de verhouding van het permanente magneetveld en die van het opgewekte magneetveld in de spoel. Is de magneet te sterk dan heeft die van het spoeltje weinig invloed. Is het permanent magneet veld te zwak dan overheerst die van de spoel en krijgen we het effect dat de trilling van het plaatje twee keer hoger wordt. We kennen dit verschijnsel bij oude hoornluidsprekers waarvan de magneet in de loop der tijd ernstig is verzwakt of zelfs helemaal ontladen. De hoorn geeft dan een schril en onaangenaam geluid. Een luidsprekersysteem op deze wijze gemaakt door Gyula waarbij aan het plaatje een conus bevestigd kan worden bleek toch niet te voldoen.

Het enkelvoudig systeem zoals ook in de Radiola luidspreker. Gyula constateerde dat de afgegeven geluidstrillingen niet lineair zijn. De oorzaak is de veerkracht van de metalen plaat die middels een sterke veer en schroef net boven de spoelkern is geplaatst. Het aantrekken van deze plaat door de spoel zal zwaarder gaan dan het door verzwakking van het veld laten terugkeren. Met andere woorden de geluidstrilling is niet lineair. De uitgaande slag van de aangebrachte conus is groter dan die van de aangetrokken beweging. Niet dat je dat nu gelijk hoort, maar mooi is het niet. Gyula wist dit op te lossen door aan de andere zijde van de plaat een zelfde systeem te plaatsen.

Het dubbelzijdig systeem. De plaat hoeft dan niet meer gespannen te worden maar moet wel precies in het midden van de polen gebracht worden, hetgeen weer met een instelschroef kan worden bereikt. De afstand tussen de plaat en de beide poolschoenen is heel klein, aan weerzijden nauwelijks 0,2 mm. Door het gebruik van sterke magneten en aangepaste spoelen kan de plaat verzwaard worden. De lengte en het gewicht van de plaat, ook wel anker genoemd, dat aan een zijde vast is bevestigd en het andere eind zich tussen de poolschoenen beweegt, is bepalend voor de resonantiefrequentie, die rond de 450 hertz zal liggen.

Gyula liet de luidspreker unit rondgaan en opvallend is de prachtige afwerking, maar ook laat het zien dat je dat niet even op een avond in elkaar flanst. Dit is hoogstaand instrumentmakerswerk waar toch veel aandacht aan is besteed. Een luidspreker aansluiten gewoon los zonder klankbord of kast is niet aan te bevelen. Gaat de conus naar voren dan wordt daar lucht iets samengeperst echter aan de achter zijde wordt de luchtdruk lager. De lucht verplaatst zich dan van de voorzijde naar de achterkant van de luidspreker en omgekeerd als de conus naar achteren uitslaat. Door nu de luidspreker op een klankbord te plaatsen kunnen we dit deels voorkomen: hoe lager de frequentie des te groter moet het klankbord zijn. En voor 30 hertz is dat wel erg groot.

Gelukkig kwam men al snel op het idee het bord op te vouwen in een doosvorm. Als het dan ook nog van achteren gesloten wordt dan kan er geen luchtwisseling meer plaats vinden. Dus een klein kastje zou voldoende zijn? Nee want de lucht in de kast wordt dan weer samengedrukt als de conus naar binnengetrokken wordt. Gelijk weer niet lineair natuurlijk, dus toch weer groter. Om de grootte te berekenen zijn er weer diverse formules.

Gyula, die kan putten uit eerdere ervaringen waar hij luidsprekerkasten berekende en ontwierp voor de firma HiLo in Wormerveer, rekende dan ook op het bord van een bepaalde luidspreker de benodigde inhoud uit die zo'n gesloten acoustische box zou moeten bezitten.

Daar zijn dan wel wat luidsprekergegevens voor nodig. Dan ook nog de reflecties in de kast op te lossen door de luidspreker niet in het midden te plaatsen en dempingsmateriaal aan te brengen. Wel erop letten dat dit materiaal en ook de luidspreker volume hebben dat bij de berekende inhoud opgeteld moet worden. Het is ook mogelijk de kast aan te passen aan luisteraars van serieuze klassieke muziek of aan lieden die de voorkeur geven aan bonkende bassen. Audiodemonstrateurs gaan er meestal van uit dat je het beste een luidsprekerbox kan beoordelen met een cd waarop een musicus een cello bespeelt.

Bekend is ook het voorval dat een verkoper tegen een wat ouder echtpaar zegt: "Als u hier even plaatsneemt dan zal ik u een cd laten horen waarop een gevoelig muziekstuk speciaal voor cello geschreven wordt gespeeld." Waarop de vrouw zachtjes vraagt aan haar man: “Wat bedoelt die meneer nou met een cello” Deze antwoordt fluisterend: “Schat, dat is toch ons e-mailadres, chello.nl dat weet je toch!” Zij knikte begrijpend.

Als voorbeeld voor het bepalen van de resonantiefrequentie werd met een klein middentoon luidsprekertje met een scoop en toongenerator voorgedaan hoe men dat zelf kan doen.

Het luidsprekertje werd met een weerstand van 1000 ohm in serie aangesloten op de generator en bij 180 hertz zag men op de scoop de amplitude omhoog gaan. Natuurlijk werd de eerder besproken penluidspreker aangesloten op een taperecorder. Het element is voorzien van een 12 inch papieren geschepte conus zonder naad welke is vast gezet op de van schroefdraad voorziene pen middels twee zelf gemaakte koperen conusringen in een conusvorm. De complete luidspreker is ondergebracht in een fraai luxe kastje met open achterzijde.

Het luxe kastje met de zelfbouw luidspreker. Er was wel een trafo nodig om de 8 ohm uitgang van de recorder aan te passen op de 2000 ohm van de luidspreker. Iedereen was er van overtuigd dat het goed klonk en zeker niet onderdoet voor een moving coil luidspreker. Het was weer een leerzame avond er werd ook met aandacht geluisterd naar deze voordracht.

Piet van Schagen.