Vorstellung: Zwei kompakte Festivalboxen mit DSP und Bluetooth!

Hallo Leute,

als bisher eher stiller Mitleser möchte auch ich euch mal meine kleine Festivalbox vorstellen. Das Projekt startete während des Lockdowns im Frühjahr - in zarter Hoffnung dass Festivals im Sommer stattfinden könnten. Nachdem diesbezüglich der Fall mit den Tagen und Wochen immer klarer wurde, habe ich die Box erstmal auf Eis gelegt. Während der Semesterferien fand ich dann doch wieder Motivation weiterzubauen.





Zum Einstieg einmal die wichtigsten Eigenschaften der Festivalbox

Eckdaten mechanisch
Abmessungen:HxBxT 400x224x270mm
Gewicht: ca. 7,5kg (ohne Akku)
Gehäusematerial: Multiplex Birke
Oberfläche:Strukturlack Warnex Schwarz

Eckdaten elektrisch
Stromversorgung:Blei-Vlies-Akku 12V 8,4Ah
Wandler: 12V->24V (Verstärker); 12V->5V (DSP Board);
Akku wechselbar:ja
Verstärkerleistung:ca. 2x50W
Ruhestrom:ca. 230mA, Bluetooth aktiv
Absicherung:Feinsicherung 10AT
Akkulaufzeit:Leerlauf, nicht gemessen, rechnerisch ca. 24h
Bei Zimmerlautstärke ca. 20h
Bei sehr hoher Lautstärke je nach Modus 5-8h

Eckdaten System
Bauform: Bassreflexgehäuse, 12,5l netto
Abstimmungsfrequenz:64Hz (-3dB)
Lautsprecherchassis:Tiefmitteltöner Monacor SP6-100Pro; Hochtonkalotte Monacor DT-300 mit Waveguide WG-300
Verstärker: Wondom JAB-2 mit Wondom DSP-Board
Eingänge: wahlweise Bluetooth, Aux-In (3,5mm Klinke, geschaltet)
Ausgänge:ja, Aux-Out (lautstärkegeregelt, 3,5mm Klinke)

Planung
Im Vordergrund standen ein subjektiv guter Klang bei möglichst hohem Wirkungsgrad, und das ganze relativ klein und leicht, damit man sich auf dem Weg vom Park- zum Zeltplatz auch ohne Bollerwagen o.ä. nicht gleich am ersten Tag lange Arme und Blasen an den Händen holt. Weitere Ziele waren möglichst große Flexibilität bei der Stromversorgung (wechselbare Akkus), möglichst lange Akkulaufzeit, mechanische Stabilität sowie Unempfindlichkeit gegenüber Hitze, Feuchtigkeit und Schmutz.

Zur Planung habe ich diverse bestehende Konzepte, Google SketchUp und WinISD genutzt.

Chassisauswahl und Abstimmung des Gehäuses
Es kommen bekannte Chassis von Monacor zum Einsatz, und zwar der SP6-100Pro (4 Ohm-Version) in Kombination mit dem DT-300, der auf dem Waveguide WG-300 sitzt. Der Tiefmitteltöner spielt in einem kleinen Bassreflexgehäuse mit 12,5 Litern Nettovolumen, abgestimmt auf 64Hz (-3dB). Als Bassreflexrohre kommen zwei entsprechend abgelängte 50mm (innen 48mm)-Wasserrohre zum Einsatz.
Die Trennfrequenz zum Hochtöner liegt bei 2,5kHz.



Gehäuse

Beim Gehäusebau selbst habe ich keine extra Bilder gemacht, ich hoffe ich kann ihn aber verständlich beschreiben.

Das Gehäuse besteht komplett aus Birken-Multiplex. Seitenteile und Front haben 12mm Stärke. Deckel, Boden und Rückwand bestehen aus je zwei verleimten 6,5mm Platten. Auf diese Weise können die Anbauteile eingelassen montiert werden (habe keine Oberfräse, daher so gemacht).





Die Schallwand ist um 20mm eingelassen, um Platz für Schutzgitter und Schaumstoff zu schaffen. Aus akustischer Sicht ist die eingelassene Schallwand sicher nicht die beste Lösung, vereinfacht aber den Schutz der Chassis enorm. Zur Abstützung des Schutzgitters habe ich auf ihr einige Holzklötzchen aufgesetzt, die gegen Klappergeräusche mit Filz beklebt sind.





Die Einzelteile des Gehäuses sind wasserfest verleimt und zusätzlich mit eingeschlagenen Holzdübeln (6x30mm, Möbelbau) verbunden. Unterhalb der Bassreflexrohre ist das Gehäuse längs verstrebt. Im Inneren sind in den Kanten zudem Holzklötzchen eingeklebt. Die Außenkanten und -ecken sind mit Feile und Schleifpapier abgerundet. Die Köpfe der Holzdübel sind ca. 1mm eingelassen, die daraus folgenden Vertiefungen habe ich mit angemischtem "Spachtel" aus Leim und Sägemehl aufgefüllt. Nach der Schleifarbeit ging es ans Lackieren, verwendet habe ich Warnex-Strukturlack, den ich in zwei dicken Schichten mit einer Schaumstoffrolle aufgetragen habe. Lautsprecherchassis, Griff und Bedienfeld sind mit schwarz beschichteten M4-Maschinenschrauben und Einschraubmuffen befestigt. Alle Einbauteile sind mit Schaumstoff abgedichtet. Die Bassreflexrohre sind eingeklebt und ebenfalls schwarz lackiert. Die Box steht auf vier Adam-Hall Gummifüßen.



Schutzgitter
Dieses besteht aus einem U-förmig abgewinkelten Lochblech (hexagonal HV6-6,7) aus Aluminium in 1,5mm Stärke. Beklebt (Adam Hall Sprühkleber, klare Empfehlung) ist es mit 10mm starkem Boxenschaum. Befestigt ist das Gitter mithilfe von vier Alu-Riegeln 40x10x3mm, in die ich Gewinde geschnitten habe. Seitlich des Gehäuses können diese mithilfe von eingelassenen M4-Schrauben verspannt werden. Im Gitter selbst sind entsprechende Ausschnitte vorhanden.





Bedienfeld und Elektronik
Das Bedienfeld ist ein unbearbeitetes Anschlussterminal für Lautsprecher mit Platinenhaltern. Es bietet mit 95x145mm Fläche genug Platz für alle von mir angedachten Bedienelemente. Sämtliche Elektronik der Box befindet sich auf diesem Bedienfeld bzw. auf einer Alu-Montageplatte, die hinten auf die Platinenhalter aufgesetzt ist.



Vorerst die Bedienelemente:
Oben links befindet sich der Schalter für die Stromversorgung. Rechts daneben die grüne Power-LED. Unterhalb des Schalters befinden sich ein optionaler Ein- und Ausgang. Bei Einstecken eines Steckers in den Aux-In wird von dem Standardbetrieb Bluetooth automatisch auf die externe Quelle umgeschaltet. Der Aux-Out gibt das lautstärkegeregelte und sonst unbearbeitete Eingangssignal aus, unabhängig von der gerade aktiven Quelle. Dieser Ausgang ist zum Beispiel für einen aktiven Subwoofer oder einen zweiten aktiven Lautsprecher gedacht. Oben mittig befindet sich der dreistufige Umschalter für die verschiedenen Betriebsmodi. In Mittelstellung (Fullrange) läuft das Standardprogramm für den Betrieb in geschlossenen Räumen und für hohe Lautstärken. In linker Stellung (Eco/Top) gibt es einen Low-Cut bei 70Hz. Gedacht ist das Low-Cut-Programm einerseits als eine Art Stromsparmodus durch Reduzieren des Membranhubs und damit des Energiebedarfs des Tiefmitteltöners. Andererseits ist der Modus für den Betrieb eines externen Subwoofers am Aux-Out nutzbar. Die rechte Stellung aktiviert zusätzlich zum Fullrange-Modus die psychoakustische Bassanhebung (SuperBass), sinnvoll bei geringeren Lautstärken im Freien. Rechts neben dem Schalter befinden sich die entsprechenden Kontroll-LEDs für die drei Modi. Unterhalb des Schalters ist der Lautstärkeregler zu sehen. Ganz rechts ist eine Balkenanzeige zum Überprüfen des Akku-Ladezustands, diese wird durch Drücken des Tasters aktiv. Dabei entspricht die unterste, rote LED einer Akkuspannung von 10,8V. Der für die Balkenanzeige verwendete IC ist der LM3914, bekannt z.B. aus LED-VU-Metern. Hier die Batterieanzeige in Betrieb:



Ich gehe jetzt zu den auf der Montageplatte verbauten Teilen über.



Die grüne Platine ist ein Tiefentladeschutz. Man kann die gewünschte Abschaltspannung über den Trimmer stufenlos einstellen. Die Platine ist ein günstiger Bausatz, funktioniert sehr zuverlässig und ist mit einem Eigenstromverbrauch von 1,2mA/V (also bei 12V ca. 14,4mA) auch noch sehr genügsam.
Unterhalb des Tiefentladeschutzes ist ein weißer Schrumpfschlauch zu erkennen, in dem sich ein kleiner Step-Down-Wandler zur Erzeugung der 5V für das DSP-Board befindet. Die Lüsterklemme rechts dient dem Anschluss des Akkus. Auf der Innenseite ist der DSP zu erkennen.



Der große silberne Kühlkörper ist der Aufwärtswandler für die 24V Betriebsspannung des Verstärkers. Dieser ist mit theoretisch 20A Dauerstrombelastbarkeit deutlich überdimensioniert. Ich habe bei diesen China-Teilen die Erfahrung gemacht, dass es sinnvoll ist sie großzügig auszulegen.



Diese günstigen Aufwärtswandler bringen allerdings oft Probleme mit sich, weil die Ausgangsspannung prinzipbedingt nicht „sauber“ ist. Sie ist überlagert von einer Fülle hochfrequenter Störungen. Das führt bei der Versorgung von Audioelektronik meistens, so auch bei mir, zu untragbaren Störgeräuschen (Surren, Pfeifen, Rauschen). Das Problem ist mit einem LC-Glied zwischen Wandler und Verstärker (Kleine Platine mit dem roten Kondensator oberhalb des Wandlers) zu 99% behoben (Die Spannungsfestigkeit des C´s ist ja ETWAS überzogen, ich hatte gerade nur den). Ein ganz leises Pfeifen ist unmittelbar nach dem Einschalten weiterhin zu hören, allerdings muss man mit dem Ohr sehr nah an den Hochtöner.







Nach Lösen der sechs Schrauben der Platinenhalter können die beiden Teile des Bedienfelds wie ein Buch aufgeklappt werden. Zu sehen sind auf der Montageplatte das DSP-Board links und der Verstärker (Wondom JAB-2) rechts. Das Lautsprecherkabel wird vor dem Einbau ins Gehäuse durch das Loch rechts oben geführt. Die kleine Platine oberhalb des DSP dient der Signalverteilung bzw. der Montage der verwendeten Flachkabel. Die Rückseite des Bedienfeldes sieht zugegebenermaßen etwas wüst aus, hier folgt die Form der Funktion . Links oben hier die beiden Buchsen Aux-In und Aux-Out, eingepackt in Isolierband und Heißkleber. Ebenfalls in Heißkleber ertränkt ist der Hauptschalter. Das heiße Bad war leider notwendig, weil sonst bei Bässen Luft durch die Bauteile nach außen pfeift, was zu Strömungsgeräuschen führt. Neben dem Lautstärkepoti und seiner Verbindung zum DSP-Board (hellblau) ist die Bluetooth-Antenne und rechts davon die Batterieanzeige zu erkennen. Wie man sieht habe ich die Schaltung rund um den LM3914 einfach auf einer kleinen Lochrasterplatine aufgebaut, sind ja nur ein paar Bauteile.
Der Umschalter für die Betriebsmodi und die dazugehörigen LEDs sowie der Lautstärkeregler teilen sich eine gemeinsame Masseleitung (weiß).

Stromversorgung



Aus Kostengründen und der Einfachheit halber beruht die Stromversorgung auf einem klassischen 12V 8,4Ah Blei-Vlies-Akku , von denen ich einige liegen habe. Die Verbindung zur Box erfolgt über eine dreipolige XLR-Verbindung. Entsprechend habe ich die Akkus mit passenden abgewinkelten Steckern ausgestattet.





Der Akku wird hinten ins Akkufach eingesetzt. Die Breite des Fachs ist so ausgelegt, dass der Akku mit leichtem Druck eingesetzt werden muss und beim Kippen der Box nicht herausfällt. Durch leichtes Ziehen kann er wieder entfernt werden. Geschützt wird der Akku durch eine Abdeckplatte, die durch vier im Boxengehäuse eingelassenen Neodymmagneten und kleinen Schrauben in ihren Ecken gehalten wird. Das runde Loch dient als Griff, wenn man die Platte abnehmen will. Der Tausch des Akkus dauert so nur wenige Sekunden. Selbstverständlich kann auch jede andere ausreichend leistungsfähige 12V-Quelle genutzt werden, dafür hab ich einen Adapter angefertigt. Das System ist intern mit einer trägen 10A-Feinsicherung abgesichert.

DSP und DSP-Programm
In der Box kommt das bekannte Wondom DSP-Board mit dem ADAU1701 zum Einsatz. Das Programm besteht im Wesentlichen aus einer aktiven 2-Wege-Frequenzweiche, einem Equalizer (Abstimmung), Subsonic-Filter, Bassanhebung sowie den Ansteuerungen der GPIO-Pins für den Lautstärkeregler, die Schalter und LEDs.





Ich habe mir einen Adapter auf D-Sub 9-Pol gebastelt, um die Box während des laufenden Betriebs abzustimmen. Das 10 Meter lange "Verlängerungskabel" hab ich dabei durch eins der Bassreflexrohre herausgeführt.





Soviel dazu. Ich bin auf jeden Fall zufrieden mit dem Ergebnis. Ich finde, klanglich braucht sie sich nicht verstecken, aber das ist ja immer subjektiv Laut genug für die Beschallung des Pavillions ist sie definitiv . Bei Fragen und Kritik stehe ich zur Verfügung

Hoffen wir dass wir unsere Festivalboxen 2021 zur Höchstform auflaufen lassen können

Schönen Abend euch,
Stephan