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Penny Stock

Schon seit ewigen Zeiten juckt es mich in den Fingern, endlich mal einen Lautsprecher mit Keramik Chassis zu entwickeln. In diesem Jahr sollte eine Aktion, die sich die D.A.U. Mitglieder ausgedacht hatten, dafür sorgen, mich diesem Traum ein Stückchen näher zu bringen. Wir haben nämlich einen Adventskalender gebastelt, zu dem jedes  Mitglied ein Paar Türchen mit einer kleinen Überraschung füllen musste. So erhielt jeder der D.A.U. Jungs ein Überraschungsei in Form von 24 kleinen Päckchen mit Spiel, Spaß und Spannung.  Hinter einem der Türchen wartete in der Tat ein Paar Keramik Chassis. Aber nicht, dass jetzt falsche Vermutungen aufkommen. Hier geht es nicht etwa um exklusive Ware aus Pulheim, sondern um schnöde Wandler mit piezokeramischem Antrieb im Gegenwert einer Tafel Schokolade. Das Modell PTI 1010 wird von Pollin Electronic zu je 1,90 Euro angeboten.

PTI 1010

 

Was aber macht man nun mit solchen Dingern? Als Türstopper taugen sie nicht. Dazu sind sie viel zu leicht. Man könnte sie, wie oft sogar vom Hersteller propagiert, ohne Frequenzweiche zu einem Tiefmitteltöner schalten. Ok, diejenigen, die das mal probiert und/oder gehört haben, ersticken diese Idee noch vor ihrem Aufkommen im Keim. Was also tun? In der Vergangenheit gab es Ansätze zur seriösen Beschaltung solcher Piezo Hochtöner. Warum also nicht den Versuch starten, diese Dinger mit einem möglichst preiswerten Chassis-Partner zu einem preiswerten Lautsprecher für die Werkstatt, für’s Camping, die Gäste-Toilette  oder für was auch immer zu kombinieren. Hier geht es also um einen Lautsprecher, der möglichst preiswert ist und bei dem nicht Dinge, wie ultralinearer Frequenzgang, oder lupenreines Abstrahlverhalten im Vordergrund stehen. Es geht um einen kleinen, preiswerten Universalisten für viele Einsatzzwecke. Es hat mich einfach der Versuch gereizt, einen solch „unmöglichen Keramik-Hochtöner“ in einer brauchbaren Anwendung zu bändigen und ihm Manieren beizubringen. Die Idee zur „Penny Stock“ war geboren.

Das begleitende Chassis, mit dem der Piezo kombiniert werden soll, muss natürlich möglichst preiswert sein. Da Piezo Hochtöner erst ab einer recht hohen Frequenz funktionieren, ist es erforderlich, ein Chassis mit der Möglichkeit einer hohen Trennung zu finden. Natürlich sollte es sich auch beim Frequenzgang keine allzu großen Kapriolen erlauben, damit die Kosten für eine brauchbare Beschaltung vertretbar bleiben. Nach kurzer Überlegung stand fest, dass nur der Visaton FR10 infrage kommt.

Visaton FR10/8

 

Sein TSP Satz ist für eine BR Anwendung  zwar nicht ideal,  ermöglicht aber einen Einsatz mit ordentlicher Performance in ca. 7-8 Litern.

TSP

  • Fs: 88 Hz
  • Mms: 4,82 g
  • Cms: 0,65 mm/N
  • Sd: 50 cm²
  • Re: 7,2 Ohm
  • Qms: 2,29
  • Qes: 0,95
  • Qts: 0,67
  • Vas: 2,3 L
  • B/L: 4,55 N/A
  • Rms: 1,19 kg/s
  • Le: 0,2 mH
  • SPL: 86 dB

Visaton FR 10/8 in 8 Litern BR

 

Das kleine Chassis hatte seine grundsätzliche Tauglichkeit bereits in der VISage (CT 271) sowie der ViTube FR bewiesen. Es erfüllt auch die weiteren Anforderungen an die Linearität und die problemlose Beschaltbarkeit.

Der Einleitungstext lässt unschwer erkennen, dass es bei der Entwicklung der Penny Stock nicht vorrangig  darum ging, einen ultralinearen und fehlerfreien HiFi Lautsprecher zu konstruieren. Es ging vielmehr darum, mit Komponenten im Gegenwert eines Jägerschnitzels einen durchaus brauchbaren Lautsprecher auf die Beine zu stellen. Schauen wir dazu die bereits in das Simulationsprogramm Xover importierten Einzelfrequenzgänge der beteiligten Chassis an.

Visaton FR10/8 gefensterte Messung 0° unbeschaltet

 

Die Messung zeigt sehr sehr deutlich den Effekt des Baffle Step, der durch den Einbau in das 17 cm breite Gehäuse entsteht. Der Frequenzgang zeigt sich Breitbänder typisch zwar nicht ultralinear. Er leistet sich aber im vorgesehenen Arbeitsbereich unterhalb von etwa 4 kHz auch keine nennenswerten Ausreißer.

PTI 1010 gefensterte Messung 0° unbeschaltet

 

Der Piezo Hochtöner verhält sich hingegen nicht mustergültig. Bei etwa 4,8 kHz zeigt er eine sehr stark ausgeprägte Resonanz, die den Klang massiv trüben würde. Offenbar bringt der piezokeramische Antrieb aber, trotz seines lächerlichen Preises, eine gewisse Konstanz mit, die ihn für den Betrieb in einem sehr preiswerten Lautsprecher infrage kommen lässt. Der gemessene Frequenzgang des zweiten Exemplars ist nämlich quasi deckungsgleich. Somit könnte der Frequenzgang des Hochtöners, bei Filterung der Resonanz, mit einer brauchbaren Linearität aufwarten.

PTI 1010 gefensterte Messung 0° beschaltet

 

Das ist, gemessen am Material, durchaus ansehnlich. Die Resonanzspitzen im oberen Hochtonbereich sind in diesem Beispiel abgesenkt und lassen sich durch kleine Variation einzelner Bauteilewerte einfach dosieren.

In der Simulaton zeigt sich im Zusammenspiel mit dem Visaton FR10/8 folgendes Bild.

Frequenzgang Simulation 0°

 

Wie erwartet stellt sich kein ultralinearer, im Mittel jedoch ausgewogener Frequenzgang ein, der zu den Höhen ansteigt. Erfreulicher Nebeneffekt ist aber das Verhalten der Konstruktion unter Winkeln.

Frequenzgang Simulation 0° – 90°

 

Das ist eine wirkliche Überraschung, denn das Winkelverhalten ist erstaunlich gut. Für eine Einfachstkonstruktion mit billigsten Chassis im eckigen Gehäuse ohne Fasen ist das sogar sehr gut. Einzig ein kleiner Ausreißer bei etwa 2,2 kHz unter 75° sticht hervor. Geschenkt…

Eine Darstellung mit 2dB Offset zwischen den einzelnen Messungen verdeutlicht das ordentliche Verhalten noch einmal.

Frequenzgang Simulation 0° – 90° mit 2dB Offset

 

Nun müssen Messungen zeigen, ob sich das gute Verhalten aus der Simulation auch in der Praxis bewahrheitet, oder ob sich die Hoffnungen in Schall und Rauch auflösen. I. a. R. sind Simulation und Messung quasi deckungsgleich. Wie aber verhält es sich unter Verwendung des Piezo Hochtöners?

Penny Stock Messung Fernfeld 0° – 90°

 

Wie erhofft und natürlich auch erwartet, stimmen auch im Falle der Penny Stock Simulation und Messung deckungsgleich überein.

Penny Stock Messung Fernfeld 0° + Zweige

 

Die Trennfrequenz liegt bei knapp unterhalb von 4 kHz mit sauber verlaufenden Flanken. Kurz vor und auch kurz nach der Trennfrequenz sind minimale Umgereimtheiten bei der Phase zu sehen. Die resultieren aus den jeweiligen Korrekturen der abfallenden Flanken. Hörbar ist das definitiv nicht.

Penny Stock Messung Fernfeld 0° + Impedanzverlauf

 

Auch der Impedanzverlauf ist absolut unkritisch. Das Impedanzminimum von etwa 5,5 Ohm wird bei 600 Hz erreicht. Damit sollten auch kleinere, vielleicht nicht ganz so laststabile Verstärker problemlos klar kommen.

Die Weichenschaltung ist recht einfach, benötigt jedoch ein paar Bauteile mehr als ursprünglich erhofft.  Mit rund 15 – 18 Euro für neue Bauteile ist mal aber dabei.

Penny Stock Weichenschaltung

 

Warenkorb für die Weichenteile der Penny Stock im Quint-Store (Preisst. 28.12.2020)

 

Natürlich habe ich einen Warenkorb für die Weichenteile angefertigt. Es bietet sich aber an, gebrauchte oder vorhandene Bauteile aus der Restekiste zu verwenden. Sollte jemand die FR10/8 bereits besitzen, bietet es sich definitiv an, das „Upgrade“ mit dem Piezo zu je 1,90 Euro vorzunehmen.

Penny Stock Bau und Bedämpfungsplan (Vergößern –> rechte Maustaste –> Grafik anzeigen)

 

Um eventuellen Strömungsgeräuschen vorzubeugen, habe ich den Port ein wenig modifiziert. Nachdem er auf die korrekte Länge gekürzt war, habe ich das innere Ende mit einem Feuerzeug erwärmt und eine leichte Trompete geformt.

Port mit improvisierter Trompetenkontur

 

Zugegeben, schön ist das nicht, aber schlechter wird das Ergebnis durch diese Maßnahme nicht. Es ist aber unbedingt darauf zu achten, dass die Trompete nicht über das Maß der Einbauöffnung und des Befestigungsflanschs hinaus geht.

Die Weichen- und Baupläne sind für private Nutzung freigegeben. Jegliche Form der gewerblichen Nutzung oder Verbreitung ohne vorherige Absprache ist untersagt und wird strafrechtlich verfolgt.

Kommen wir nun zu den weiter oben erwähnten Modififationsmöglichkeiten. Der Hochtonbereich lässt sich durch Variation nur eines Bauteils sehr schön dosieren. Es kommen insgesamt 3 Bauteile als Stellschraube infrage, die an unterschiedlichen Punkten zu Veränderungen führen.

  1. Variation des Parallelwiderstandes vor dem Hochtöner (original 6,8 Ohm)
  2. Variation des Parallelkondensators vor dem Hochtöner (original 3,3µF)
  3. Variation des Reihenwiderstands vor dem Hochtöner (original 10 Ohm)

 

Beginnen wir, mit der Verkleinerung des Parallelwiderstands. Der Wert wird auf den übernächsten in der E12 Reihe auf 4,7 Ohm verkleinert. Es wurde der übernächste Wert gewählt, weil dies einen etwaigen Verlauf beim nächstkleineren Wert zwischen den beiden Kurven vorstellbar macht. So wird auch bei den weiteren Beispielen mit kleineren bzw. größeren Werten verfahren.

Parallelwiderstand original 6,8 Ohm (rosé) vs. 4,7 Ohm (rot)

 

Parallelwiderstand original 6,8 Ohm (rosé) vs. 10 Ohm (rot)

 

Die Veränderung des Parallelwiderstands beziehen sich auf den gesamten Arbeitsbereich des Hochtöners und erfolgt recht linear.

Die folgenden Beispiele zeigen die Veränderung durch Variation des Parallelkondensators, dessen Wert im Original 3,3µF beträgt.

Parallelkondensator original 3,3µF (rosé) vs. 2,2µF (rot)

 

Parallelkondensator original 3,3µF (rosé) vs. 4,7µF (rot)

 

Die Verkleinerng des Parallelkondensators hat zur Folge, dass der Bereich um 5 kHz etwas abgesenkt wird. Oberhalb von 10 kHz wird es dafür etwas lauter. Vergrößert man den Kondensator, verhält es sich exakt umgekehrt.

Die dritte Modifikation bezieht sich auf den Reihenwiderstand, dessen Wert im Original 10 Ohm berägt.

Reihenwiderstand original 10 Ohm (rosé) vs. 6,8 Ohm (rot)

 

Reihenwiderstand original 10 Ohm (rosé) vs. 15 Ohm (rot)

 

Die Variation des Reihenwiderstandes ähnelt der des Parallelwiderstandes, wobei der Reihenwiderstand im Bereich um 6 kHz ein wenig mehr Einfluß nimmt, als der Parallelwiderstand.

Das Resultat dieser durchaus verrückt anmutenden Kombination ist ein vollkommen und im positiven Sinne unspektakulär klingender Lautsprecher. Sogar die durchaus schwierig wiederzugebenden Stimmen unserer üblichen Teststücke, wie z. B. Hilary James bei „Storm Warning“ oder Sara K. bei „Water Falls“ klingen natürlich. Erstaunlicherweise zischelt nichts. Der Bass ist erwartungsgemäß nicht sehr tief. Dafür dröhnt es auch nicht bei wandnaher Aufstellung, die man bei den möglichen Einsatzorten für einen solchen Lautsprecher vielleicht im Auge hat. Wie bereits erwähnt, ein ordentlicher kleiner Allrounder für viele Zwecke. Das Ding macht Laune…

 

FB Gruppenmitglied Stefan M. schreibt:

Die LS klingen im besten Wortsinn unauffällig. Erstaunlich viel Bass, schöne Stimmen, genügend gut auflösende Höhen. Alles da, alles gut. Geht’s besser? Klar! Aber für die Größe und den Preis wohl eher nicht. Das sind so „Set and forget“ Lautsprecher. Aufstellen, Musik drauf und nicht drüber nachdenken aber um so mehr die Musik genießen.
Toller Lautsprecher! Tolle Entwicklung! Danke Alex

 

Nada R. S. schreibt in unserer FB Gruppe:

Die Pennys sind fertig. Ich bin sehr positiv überrascht vom Klang. Hut ab.

 

Richard N. schreibt per e-Mail

Die Penny Stock hat im Baufortschritt die Modipo überholt. Ich habe mich sehr über das Klangbild der kleinen günstigen LS gefreut. Ein schönes Projekt, um einfach mit dem Selbstbau zu beginnen. Vielen Dank für Ihren Messaufwand und den Bauvorschlag.

14 Kommentare

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    • Frank Peters auf 23. Dezember 2020 bei 12:12

    Hallo Alex,

    da ich die Neuigkeiten auf deiner Site relativ regelmäßig verfolge, ist mir natürlich auch die „Penny Stock“ nicht entgangen… Es reizt mich natürlich auch diese nachzubauen, da mich brennend interessiert, was man mit einer gescheiten Beschaltung aus dem sehr preiswerten Keramikhochtönern herausholen kann – allein mir fehlt allmählich der Platz, da bald ja auch die „Winter Blues“ einen Platz beanspruchen werden 🙂 … Nur interessehalber: Wie würdest Du sagen schlägt sich die Penny Stock im Vergleich zu Deiner Yps?

    Viele Grüße und ein frohes Fest,

    Frank

    • admin auf 23. Dezember 2020 bei 13:44
      Autor

    Hallo Frank,

    toll, dass du dich für die Penny Stock interessierst. Der Vergleich zur Yps ist schwierig. Breitbänder gegen 2-Weger halt. Ich habe sie nicht gegeneinander gehört. Tonal ausgewogen sind beide.

    Viele Grüße, ein frohes Fest und einen guten Rutsch,

    Alex

    • Stefan Moeller auf 27. Dezember 2020 bei 19:51

    Hi Alex,
    in der Zeichnung ist ein 10 Ohm Widerstand (R3) im HT Zweig eingezeichnet. Dieser ist nicht im Quint-Warenkorb PDF von Dir enthalten.
    Ist das Absicht oder Versehen? – Oder gehört er an der Stelle nicht in die Weiche?

    …und ja, die Teile werde ich nachbauen! Das will ich selbst hören!

    VG,
    Stefan

    • admin auf 28. Dezember 2020 bei 10:05
      Autor

    Hallo Stefan,

    vielen Dank für den Hinweis. Der Widerstand muss da auf jeden Fall hin. Den Warenkorb habe ich bereits aktualisiert.

    Viel Spaß beim Aufbau und liebe Grüße

    Alex

    • Peter auf 30. Juli 2021 bei 07:42

    Wow echt cool, wird mein nächstes Projekt 🙂 mal sehen ob ich das hin bekomme. Vielen Dank dafür und beste Grüße

    • admin auf 30. Juli 2021 bei 09:25
      Autor

    Ja, das ist halt ein kleines preiswertes Konzept, welches erstaunlich gut spielt. Es ist recht einfach aufzubauen. Nur Mut…

    Viele Grüße, Alex

    • Holger auf 18. September 2021 bei 18:48

    Sehr Interessantes Projekt.
    Für mich vor allem deshalb, weil meine Wohnzimmerboxen seit 25 Jahren etwa die selben sind: Ein umgebauter Eigenbausperrmüllfund dem ich damals aufgrund meines jugendlichen Geldmangels und Optischem Anspruch gleich 4 von den Piezos spendiert habe, denn die „brauchen ja keine Frequenzweiche“…

    Natürlich ist das im Parallelbetrieb unmöglich zu betreiben, darum sind jeweils 2 in Reihe geschaltet. Nun habe ich mal den Rest der Box (einen 15“ Lightning Audio Car HiFi Tieftöner und 2 Visaton MR130) in Boxsim simuliert und die damals nur berechnete Frequenzweiche entsprechend der Simulation umgebaut, da ich auf einen Verstärker ohne Loudness umgesteigen bin, mit dem das ganze auf einmal garnicht mal so gut klang.

    Danach waren die Piezos aber einfach viel zu laut. Da ich nicht die Möglichkeit habe etwas zu messen, hab ich nur mit Vorwiderständen experimentiert und bei 240 Ohm! klingt das ganze erstmal ziemlich gut. Wie es tatsächlich aussieht, weiß ich natürlich nicht.

    Kannst du vielleicht Daten angeben, mit denen man die Piezos in Boxsim darstellen kann? Genial wäre natürlich, 2 in Reihe, wie die Beschaltung gerade ist. Vielleicht überraschen die Dinger in dieser Konstellation auch nochmal.

    • admin auf 19. September 2021 bei 11:01
      Autor

    Hallo Holger,

    vielen Dank für dein Interesse. Um eine brauchbare Simulation mit Boxsim oder vergleichbaren Programmen durchführen zu können, müssen Messungen der jeweilig verwendeten Chassis im originalen Gehäuse angefertigt werden. Diese werden sodann in ein Simulationsprogramm importiert, so dass eine Simulation angefertigt werden kann. Anders ist eine sinnvolle Simulation leider nicht möglich.

    Viele Grüße, Alex

    • Holger auf 19. September 2021 bei 20:46

    Hi Alex.

    Das Chassis ist ja das Horn das du hier für die Penny Stock verwendet hast. Aufgrund dessen, dass es das ist was es ist, hatte ich die Hoffung, dass das Gehäuse eher vernachlässigbar ist ist und du mir mit ein paar Daten weiterhelfen kannst, die etwa das wiedergeben würden was du gemessen hast.

    • admin auf 20. September 2021 bei 08:23
      Autor

    Hallo Holger,

    Messungen eines Chassis gelten immer nur für die Schallwand, in der die Messung vorgenommen wurde. In einer Schallwand mit abweichenden Dimensionen misst sich ein Chassis anders. Du kannst das in Boxsim einfach probieren, indem du einen im Programm hinterlegten Hochtöner auf einer von Dir dimensionierten Schallwand positionierst. Wenn du die Maße der Schallwand und/oder die Position des Hochtöners veränderst, verändert sich auch der Frequenzgang.

    Viele Grüße, Alex

    • Holger auf 20. September 2021 bei 19:46

    Hallo Alex.

    Ja, das ist so weit klar, ich hatte gehofft, dass du brauchbare Daten hast um den billo Piezo quasi in Boxsim hinterlegen zu können um genau das machen zu können. Irgendwie hast du die Dinger ja für die Penny Stock simuliert bekommen und das was du hast sieht so ziemlich aus wie das was ich meine ich auf dem Karton gesehen habe.
    Ich hatte die Hoffung, dass du mir Zahlen geben kannst, mit denen ich die Dinger in Boxsim bekomme, wie du sie in dein Programm bekommen hast.

    • admin auf 22. September 2021 bei 13:00
      Autor

    Ok, ich erkläre es nochmal. Ich habe die Piezos IM VORGESEHENEN GEHÄUSE gemessen und diese Messung in Boxsim importiert. Mit diesen Daten kannst du aber nichts anfangen, weil die NUR UND AUSSCHLIEßLICH für diese Gehäuseabmessungen gelten. In einem anderen Gehäuse verhält es sich anders…

    Gruß Alex

    • Wolfgang Teuber auf 13. Oktober 2021 bei 11:20

    Hallo Alex

    im Weichenplan der Penny Stock ist als C2 und C3 ein Kondensater mit 3,3 uF eingezeichnet.
    Auf welche Position kommt der in der Stückliste verzeichnete 33uF Kondensator?

    MFG Wolfgang Teuber

    • admin auf 13. Oktober 2021 bei 12:09
      Autor

    Hallo Wolfgang,

    ich kann leider nicht folgen. Weder im Schaltplan noch im Warenkorb befindet sich ein Kondensator mit dem Wert 33µF.

    Viele Grüße,

    Alex

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