Edwin heeft voor gebruik in zijn zelfbouw Philips mengpaneel een tweetal subwoofer schakelingen gebouwd én getest. Bedoeling is namelijk dat het winnende ontwerp compleet met bijpassend front in het zelfbouw Philips mengpaneel wordt opgenomen.
Een, zeg maar,.. subwoofer volgversterker van Edwin à la Philips!
Menig kijkbuislezertje zal weten dat een subwoofer een speciale (mono) luidspreker is die alleen de allerlaagste frequenties van het hoorbare spectrum weergeeft, meestal 200 Hz en lager. Voor velen is dit een gewenste aanvulling op de weergave van de diepste tonen waar een 'standaard' speaker of de versterker vaak wat moeite mee heeft. Dit komt doordat lage tonen een lange golflengte hebben, wat veel energie en luchtverplaatsing vereist om ze echt hoorbaar en voelbaar te maken. Door deze taak aan een subwoofer uit te besteden, worden de overige speakers ontlast, wat niet alleen een diepere bas oplevert, maar ook een helderdere weergave van het midden en hoog.
legt edwin uit.
Omdat het menselijk gehoor niet in staat is om tonen van 200 Hz en lager qua richting goed te bepalen, volstaat voor het weergeven van deze diepste tonen een monoluidspreker. Dit staat in contrast met de hogere frequenties tussen de 200 Hz en 20 kHz; door de specifieke richtingseigenschappen van ons gehoor vindt een werkelijke stereo- of ruimtelijke waarneming alleen plaats door een juiste opstelling van de normale speakers. Doorgaans zijn dit er twee voor stereo. Maar hetzelfde geldt voor surround omgevingen. Bij gebruik van een subwoofer heb je dus vaak een grotere plaatsingsvrijheid. Immers, deze kan op diverse plekken in de kamer staan zonder de ruimtelijke beleving van de muziek of film te verstoren.
Wensenlijstje
Uitgangspunt van ieder idee is natuurlijk een wensenlijstje, zo ook bij Edwin: het hart van de subwoofer volgversterker moet bestaan uit een zogenaamd lowpass filter dat vrijwel alle tonen boven de 200Hz middels een steil filter afkapt maar alles onder die frequentie doorlaat. Het uitgangssignaal hiervan moet voldoende zijn om een variatie aan actieve subwoofers, normale eindversterkers of monoblocks aan te kunnen sturen. Het moet dus kunnen worden aangepast. De regelaars die deze aanpassing mogelijk maken, moeten, vermomd als Philips eenheid, in het zelfbouw Philips mengpaneel kunnen worden opgenomen. Zodat deze mooi wegvalt in het geheel.
Technisch gezien kom je bij het bouwen van een subwoofer onvermijdelijk voor de keuze van een filtertype te staan. Je kunt namelijk op meerdere manieren dat frequentiegebied boven die pakweg 200Hz wegfilteren. Grofweg hebben we het dan over een Bessel- of een Butterworth-filter. Beide filters hebben hetzelfde doel maar bepalen in grote mate het 'karakter' van de bas uit je subwoofer. Wat voor de gemiddelde luisteraar neer komt op een keuze tussen impact en precisie.
De 'Cinema' ervaring
Het Butterworth-filter is de populairste keuze voor de meeste consumenten. De reden is simpel: dit filter houdt het volume in het lage bereik zo lang mogelijk constant ('vlak') voordat het de hoge tonen resoluut afkapt.
Wat merk je hiervan in de woonkamer?
Je haalt voor wat betreft kracht en druk het maximale uit je subwoofer! Omdat het filter pas laat ingrijpt, klinkt de bas luid en indrukwekkend. Dit is ideaal voor films. Bij explosies of diepe synthesizer-tonen voel je de fysieke impact. Echter, het filter is minder nauwkeurig met de timing. Hierdoor kan de bas soms een fractie van een seconde 'nagalmen' of iets minder scherp gedefinieerd klinken.
Voor de fijnproever
Het Bessel-filter wordt vaak de 'muzikale' keuze genoemd. In plaats van te focussen op maximaal volume tot aan de grens, focust dit filter op de timing van het signaal.
In de woonkamer merk je dit omdat de bas extreem gecontroleerd klinkt. Deze is strak en droog. Een snelle drumslag stopt ook écht wanneer de drummer stopt, zonder enige 'wolligheid'. Een subwoofer met een Bessel-filter is (voor de muziek luisteraar) makkelijker te combineren met gewone speakers. Je hoort niet een losse 'bromkast' in de hoek, maar een vol geluid dat uit één punt lijkt te komen. Helaas heeft ook deze toepassing zijn specifieke keerzijde: omdat het filter heel geleidelijk begint af te zwakken, verlies je gevoelsmatig wat 'druk'. De bas klinkt bescheidener en is minder dominant.
Ontwerpen
De keuze voor welk filter je moet toepassen hangt dus af van je luistergedrag. Ben je een liefhebber van actiefilms en moderne dancemuziek, en wil je dat de bank trilt? Dan is de Butterworth wel jouw filter. Ben je echter een kritische luisteraar die geniet van de nuances in een basgitaar of de klankkast van een cello? Dan geeft waarschijnlijk het Bessel filter je die natuurlijke, strakke weergave waar je naar op zoek bent.
Na allerlei naslagwerken te hebben geraadpleegd werden er door Edwin een tweetal ontwerpen gevonden die geschikt leken voor gebruik in het mengpaneel. En om het je gemakkelijker te maken heeft hij vervolgens voor beide filtertype een lijnversterker, Philips noemt dit een volgversterker, ontworpen, gebouwd én getest! Waardoor je dus eigenlijk nooit een verkeerde keuze kunt maken...
Nou, als dát géén gemak is!
Bessel
De eerste schakeling is gebaseerd op een subwoofer artikel in de Elektuur, dit is gepubliceerd in het dubbelnummer van 1986. In deze uitgave wordt in artikel 33 een subwooferfilter met twee satelliet kanalen beschreven. Omdat in vrijwel alle Philips mengpanelen al een lijnversterker NL7412 is opgenomen is er aan deze satellieten in het zelfbouw Philips mengpaneel van Edwin geen behoefte. En is van de hierop gebaseerde schakeling afgezien. Voor de kijkbuislezertjes bij wie de interesse is gewekt staat ter info links in het venster de verwijzing naar de PDF van desbetreffend artikeltje.
De schakeling die na het weglaten van de satellieten overblijft bestaat uit een ingangsbuffer voor zowel het linker als het rechterkanaal (K1 en K2) gevolgd door een opteltrap van beide ingangssignalen door mengtrap K3. Dit wordt gevolgd door het laagdoorlaatfilter volgens Bessel dat zich tussen de punten A en B in het schema bevindt. Deze zijn aangegeven met K4 en K5. Met de gegeven condensator en weerstandswaarden tussen deze punten zal dit steile filter van 24 dB per octaaf alles onder de 200Hz doorlaten.
Indien er een andere, zogenaamde afsnijfrequentie (cutoff frequentie) is gewenst, bijvoorbeeld 160Hz in plaats van 200Hz, dan zijn de hiertoe aan te passen condensatorwaarden van C3 (Ca) t/m C6 (Cd) m.b.v. de gegeven formules die onder het schema staan eenvoudig te berekenen. Op die wijze kunnen kijkbuislezertjes het filter afstemmen op de weergave eigenschappen van de subwoofer die zij willen inzetten. Maar je kunt er natuurlijk ook mee experimenteren: kies bij het invullen van de formules voor de weerstanden (Rx=R7 t/m R10) allemaal dezelfde waarde ergens tussen 4700 en 10.000 ohm en bereken vervolgens de condensator waarden.
Butterworth
Het tweede ontwerp bevat een even steil 24 dB, 12 dB + 12dB per octaaf, laagdoorlaatfilter. Dit keer volgens Butterworth, een minstens even slim heerschap als de heer Bessel. Ook deze schakeling kan m.b.v. de bij dit *kuch* artikeltje behorende printplaten eenvoudig gebouwd worden met standaard componenten.
In dit ontwerp worden de signalen van de linker- en het rechterkanaal direct bij de ingang samengevoegd via de mengweerstanden R1 en R2. Dit is feitelijk niets anders dan dat gebeurt achter de mono-stereo schakelaar in de Philips volg eenheid NL7412. Met de schakelaar voor de ingangsbuffer kan de fase van het ingangssignaal worden omgedraaid, dit om de output van de speakers en de subwoofer, zo nodig, met elkaar in fase met elkaar te brengen, waardoor de geluidswaarneming als geheel kan verbeteren.
Het laagdoorlaatfilter volgens Butterworth bevindt zich tussen de punten A en B in het schema (K2 en K3). Met de stereo-draaipotentiometers van 47k (R9/11) kan binnen zekere grenzen de gewenste instelling van het uitgangssignaal en de cut-off frequentie worden ingesteld. Zie hiervoor de filtercurven in de afbeelding. R14 is uitgevoerd als een schuifpotmeter om het uitgangssignaal te regelen.
Eindtrap
Beide ontwerpen van de eindtrap zijn door met het door Edwin zo beproefde en geliefde eindbuffer LF356 uitgerust. Hiermee kan de eindversterking, zo nodig, nog eens bijgesteld worden.
Op deze uitgang kunnen meerdere gebruikers als actieve subwoofers, monoeindversterker blokken of een uitsturingsindicator worden aangesloten. Over deze uitsturingsindicator in een volgend *kuch* artikeltje later meer). De 1K uitgangsweerstanden maken het geheel bijna onverwoestbaar en erg kortsluitvast.
Met de opamp k6 (R13) kan de gewenste (pre) versterking van het uitgangssignaal worden ingesteld.
De als schuifpotmeter uitgevoerde R15 regelt het uitgangssignaal.
De aanduidingen van de condensatoren Ca, Cb en Cc, Cd, zoals die gebruikt worden in de formule staan op de printprint van de subwoofer ontwerpen aangeven.
Merk op dat in bovenstaande schema's geen uitgangstrafo of -elco's zijn opgenomen! Deze worden verondersteld aanwezig te zijn in de opeenvolgende eenheid, als bijvoorbeeld een eindversterker, verderop in de keten.Echter, bij twijfel is het verstandig dat er in de uitgangsleiding een scheidingscondensator van 4,7 tot 10 uF wordt opgenomen. Dit om nare en niet bedoelde effecten als uitval, schade, e.d., door geen of onvoldoende ontkoppeling van gelijkstroom en het wissel-spanningssignaal, te voorkomen!
Configuratie
De subwoofer schakeling kan worden opgenomen direct achter de Philips mengeenheid NL7609 volgens onderstaande linker figuur.
Wanneer daartoe geen mogelijkheid bestaat, bijvoorbeeld omdat er al twee eenheden achter de Philips mengeenheid NL7609 zijn aangesloten, bijvoorbeeld een NL7412 volgversterker en NL7314 Niveaumeter eenheid, kan gebruik worden gemaakt van een emittervolger. De aanpassingseenheid R6915 leent zich hiervoor prima. Elders op deze wepstek is een uitvoerig *kuch* artikeltje te vinden over het parallel schakelen van meerdere volgversterkers, na een emittervolger. Het schema en de printplaat van deze emittervolger zijn daar ook terug te vinden.
Printen
Er is voor beide ontwerpen een printplaat ontwerp beschikbaar. Die bestaat uit een tweezijdige printplaat waarop alle onderdelen, inclusief de potmeter en schuif potmeter, gemonteerd kunnen worden. Er hoeven dus geen draadjes gelegd te worden tussen de printplaat en de beide potmeters. De afmetingen een de boorgaten corresponderen met het freem van de Philips mengpaneeleenheden. En er hoeft zodoende alleen nog een front of gevonden of van een blind paneel gemaakt te worden.
Bessel ontwerp
Onderstaande afbeelding laat de gemonteerde printplaat van op het Bessel-filter gebaseerde subwoofer ontwerp zien.
Naast de subwoofer schakeling bieden beide printplaat eveneens ruimte voor de plaatsing van de componenten voor een uitsturingsindicator ( daarover in een volgend *kuch* artikeltje meer). Wanneer er geen behoefte bestaat aan de uitsturingsindicator van de subwoofer lijnversterker dan kunnen al de componenten voor het indicator circuit simpelweg achterwegen gelaten worden. Dit zijn de middels een rood vlak afgedekte componenten.
Specifiek voor dit ontwerp is dat wanneer gebruik wordt gemaakt van een op de printplaat te monteren draaipotmeter dan kun je met het verzetten van BEIDE gele jumpers (in vak B), de draairichting van minimum naar maximum 'omdraaien' naar van maximum naar minimum. In de stand, als op de afbeelding, zal met het naar rechts omdraaien van de potmeter de voorinstelling van het uitgangsvolume van minimaal naar maximaal verlopen. Op de afbeelding is overigens het aansluitblokje 'out III' niet gemonteerd - wat desgewenst natuurlijk wel kan.
Butterworth ontwerp
Ook in deze afbeelding van de printplaat zijn de componenten voor de subwoofer weergegeven in het groen omlijnde vak Y. De led's met de bijbehorende voorschakelweerstand in vak A dienen enkel voor de weergave van de voedingsspanning en kunnen derhalve, indien men dit wenst, eveneens achterwege gelaten worden.
In vak B is de schakelaar voor het 180 graden draaien van de fase van het ingangssignaal te zien. De plaats van deze schakelaar kan natuurlijk ook ergens op een front- of achterpaneel worden geplaatst. Om dat mogelijk te maken is een XH 2.54mm 3-p aansluiting geplaatst, wanneer daarvan gebruik wordt gemaakt mag de on board schakelaar niet geplaatst worden.
Het resultaat
Omdat de schakeling aan de buitenkant er als een Philips mengpaneeleenheid uit moet zien komt hiervoor maar één van de standaard Philips-frontpanelen in aanmerking.
Namelijk de mono uitvoering van een ingang mengpaneel eenheid, gebruikt als uitgangspaneel voor een subwoofer uitgang.
Het maximale signaalniveau van R14 in het schema wordt geregeld met de draai regelaar. Het volume van R15 met de schuifregelaar.
Op het moment van schrijven van dit *kuch* artikeltje, gebruikt Edwin beide eenheden die hij heeft gebouwd. Eén van de subwoofer eenheden heb ik gekoppeld aan een intern eind-monoblock (dat is ingebouwd in het mengpaneel). De andere eenheid is getest, maar nu nog niet aangesloten op een actieve externe subwoofer. Dit, om klagen van de buren te voorkomen!
zo laat hij me weten.
Edwin vindt de toevoeging van een subwoofer volgversterker eenheid een mooie aanvulling op de 'standaard' output zijde van een Philips zelfbouw mengpaneel. De hoeveelheid en weergave van lage tonen loopt afhankelijk van de opnamen en geluidsbron vaak ver uiteen. Zo klinkt een LP uit 1970 volgens Edwin toch écht anders dan een recent op de markt gebracht exemplaar. En dan is het natuurlijk reuze handig dat met de subwoofer lijnversterkers het volume aan lage tonen vanaf het mengpaneel keurig naar eigen smaak kan worden bijgesteld. Juist dit maakt zijn Philips zelfbouw mengpaneel gewoon méér compleet!
Op de vraag of hij achteraf nog iets anders gedaan zou hebben antwoord Edwin: Ja, allereerst: het was een geweldig leuk en leerzaam knutselavontuur! Maar eerlijk is eerlijk, er zijn altijd nieuwe inzichten. Zowel in de hele opzet als in mijn eigen ontwerpen van de schakelingen en printplaten. Zo zou ik achteraf die in het paneel verwerkte audio-schakelaars (met CD4066) toch anders uitgevoerd hebben. Maar goed, dat is achteraf-praten.
En dan is er nog zoiets: er zit een PU-eenheid in volgens het originele Philips ontwerp (de 'zonder draadjes'-uitvoering) én een versie met een voltage controlled amplifier (VCA). Ik moet bekennen... ik hoor het verschil niet. Echt niet. En ik weet inmiddels ook niet meer wáár en welke van de twee precies in het paneel zit.
Maar goed, dát mag de pret niet drukken. Want de microfooningangen? Die zijn up-to-date uitgerust met moderne ruisarme THAT-IC's, VCA's en gebalanceerde ingangen voor condensatormicrofoons (op fantoomvoeding). En ja, die zijn kraak. Maar dan ook écht kraakhelder. Geen brom, geen ruis, niks! En dát is een uitermate nuttige vervanging van dat originele ontwerp, dat eigenlijk alleen voor een dynamische microfoon bedoeld was.
Dus... om een lang verhaal kort te maken: al met al ben ik er blij mee!
En het schrijven van dit kuch artikeltje? Viel ook best mee. Op naar de volgende eenheid!
Edwin