ESL DIY-project 18 Als 19-jarige kocht ik ooit 2 Solo-Sound 4-elements elektrostaten met één centrale baskast. Dat was mijn eerste ervaring met elektrostatische luidsprekers, ook wel esl’s genoemd. Enige jaren later kocht ik twee JansZen Z-40 hybride esl’s welke na de nodige technische problemen ingeruild werden voor dynamische 3-weg luidsprekers van het merk Focal. Jaren later toch weer verlangend naar het elektrostatische geluid, tweedehands Quad ESL-63 luidsprekers gekocht en daar met veel plezier naar geluisterd. De afgelopen 12 jaar bezig geweest met de zelfbouw van esl’s. Een interessante maar tijdrovende hobby. Esl’s zelf bouwen of kopen: Zo’n 12 jaar geleden ontdekte ik het boek: “Elektrostatische luidsprekers zelf bouwen of zelf kopen” van Eddy Fikier. Het bleek een vlot geschreven boek vol informatie over commerciële esl’s, uitleg van de techniek en de mogelijkheden van zelfbouw. Dit boek is zeer de moeite waard om te lezen en tegenwoordig vrij te downloaden (zie esl-clubsite). Via internet kwam ik later in contact met zelfbouwers van esl’s, de ESL-club Nederland en Rob de Lugt uit Den Haag. Het bouwen van esl’s is beslist niet eenvoudig en vraagt om een gedegen voorbereiding, de beschikking over machines, technische vaardigheden en een flinke dosis vrije tijd. Is dit een geheel nieuwe materie voor u dan is mijn dringende advies om eerst het boek van E. Fikier te lezen en je goed te oriënteren op het internet, bij andere esl clubleden of commerciële eslfabrikanten. Er zijn ook kant-en-klaar gebouwde elektrostatische elementen te koop die je zelf in een frame kunt bouwen. Je hebt dan een prima element waarmee een goed resultaat verzekert is. Kijk eens bij: www.metrum-acoustics.nl of www.capaciti.eu hier vind je allerlei zaken te koop van prima kwaliteit. Verder ook veel informatie op de esl-clubsite: www.esl.hifi.nl Besef dat een esl met hoge spanningen werkt. Het aanraken van bepaalde delen van een actieve esl kan levensgevaarlijk zijn! Full-range ESL project 18: Hieronder volgt een korte beschrijving van mijn laatste DIY full-range project 18. Op de pagina’s daarna allerlei informatie over de toegepaste materialen, bouwwijze, metingen, tips, trucs en bouwervaringen. Er is geen bouwtekening beschikbaar van project 18. Je eigen keuzes m.b.t. de gewenste afmetingen, type esl en afwerking daarvan zijn daarvoor bepalend. Project 18 is een gesegmenteerde full-range draadstator esl met buitenafmetingen van 164 x 37 cm. De voorkant van de esl helt iets achterover waardoor deze goed blijft staan en het oor zich op een luisterafstand van zo’n 3 meter in het midden van de esl bevindt. Het houten frame is gemaakt van massief hardhout. De esl-draadstatoren zijn gemaakt van Trespa met de afmetingen van: 149 x 33 cm, de foliemaat is: 140 x 27 cm en de foliestatordraadafstand 2,6 mm. De onderlinge statordraad-hartafstand is 3 mm en de statordraad-openheid zo’n 50%. Per stator zijn 86 draden gebruikt welke 7-voudig zijn gesegmenteerd in de draadaantallen van: 22-12-6-6-6-12-22. De dikte van de Mylar®-folie is 4 mu en deze is gecoat met hoogohmige EC-coating van esl-clublid MartinJan uit Utrecht. Het statordraad is soepel, geïsoleerd PVC-draad van 0,5 mm² met een buitendiameter van 1,6 mm. De toegepaste step-up trafo is het type T-700 ( zie: www.audio4.nl). De HS-spanningsunit is een DIY Cockcroft-Walton HS-generator.
2-1-2002
Piet van Duijvenbode
pag. 1
ESL DIY-project 18 Statorframes van Trespa: Statorframes maak ik van het materiaal Trespa. In de meeste gevallen gebruik ik afvalstroken die bij kunststofleveranciers of bij www.markplaats.nl voor een redelijke prijs te koop worden aangeboden. Trespa bestaat uit thermohardende harsen, homogeen versterkt met houtvezels en vervaardigt onder hoge druk en temperatuur. Het is in vele maten, dikten en hardheden op de markt te koop. Het is stabiel, ongevoelig voor vocht en het isoleert elektrisch goed. Het is afhankelijk van de dikte, redelijk buigbaar zodat ook het maken van gebogen statorframes tot de mogelijkheden behoort. Met een fijn getand widia zaagblad kun je Trespa prima zagen. Let op dat je geen zwart of donkerblauw gespoten Trespa koopt of verwijder dit alvorens je daar statorframes van gaat maken. Mijn ervaring is dat deze kleur verf de HS-lading van de coating enigszins geleid en problemen kan geven.
Lijmmal voor statorframes: Voor het in elkaar lijmen van de Trespa statoronderdelen wordt een lijmmal gebruikt om de statorframes exact gelijk te krijgen. Het maken van een lijmmal kost wel tijd maar dit krijg je terug in de kwaliteit van de statorframes. Tijdens het lijmen van de statorframes wordt m.b.v. van afstandsstukjes op de lijmmal de gewenste hoogte verkregen voor de statordraaddragers. Op de hoeken van de statorframes worden verzonken m4-boutjes bevestigt ter versteviging van het Trespa frame. Als je voor de eerste keer het statorframe platdrukt met de strak gespannen statordraden, zijn de krachten op het frame erg groot en kan het Trespa mogelijk splijten en/of de lijmverbindingen scheuren.
2-1-2002
Piet van Duijvenbode
pag. 2
ESL DIY-project 18 Montage van statordraden in de statorframes: De statordraden worden voor deze statorframes in lengtes van 3 meter geknipt en als lus (aderpaar) door de bovenkant van het statorframe van buiten naar binnen gestoken door de vooraf geboorde gaatjes in het Trespa. Daarna worden de statordraden “gladgestreken” tussen de vingers om onregelmatigheden en kringels uit de draden te verwijderen. Daarna worden de draden door de geboorde gaatjes in de onderkant van het statorframe van binnen naar buiten gestoken. Omdat het Trespa statorframe iets buigbaar blijft kun je dit gebogen in b.v. een houten frame fixeren om daarna de statordraden strak aan te trekken en vast te solderen op b.v. een segmenteringsstrook van printmateriaal. Hierbij moet je al rekening houden met de gewenste verdeling van de statordraadsegmenten. Als alle statordraden zijn gesoldeerd wordt het statorframe omgekeerd in de mal geplaatst en voorzichtig in stapjes tegengesteld gebogen. Hierdoor worden de statordraden iets overstrekt waarna het statorframe van zichzelf recht blijft. Dit is afhankelijk van het aantal statordraden, de draadspanning en de veerkracht van het statorframe zelf. Let erop dat je de statordraden niet uitrekt, ze moeten wel gespannen blijven staan in het statorframe. Er zijn grenzen aan het spannen van de koperen statordraden omdat je deze dan simpelweg uitrekt of breekt. Ook het frame heeft afhankelijk van de constructie, beperkingen. Als de statordraden later aan de statordragers zijn vastgelijmd blijft het statorframe vlak. De grootste krachten van de statordraden bevinden zich dan binnenin het statorframe omdat de statordraden iets verdiept gemonteerd zijn. Je kunt de statordraden ook van massief koperdaad maken, dit heeft constructief en akoestisch een aantal voordelen t.o.v. soepele statorbedrading. Het statorframe zelf kun je dan ook anders en/of lichter construeren.
Bij project 18 worden de statordraden vastgesoldeerd op een strook printplaat met 2 koperbanen aan de onderkant van het statorframe. Deze strook en alle solderingen worden na alle werkzaamheden goed schoongemaakt en afgedekt met een laag Plastic-70 lak van het merk Contact. Dit isoleert goed en voorkomt oxidatie van de koperdraden en/of solderingen. Ook alle statordraden aan de binnenkant - en met name de plaats waar de statordraden door de gaatjes naar de buitenkant zijn gestoken - voorzien van een laag Plastic-70 lak. Dit geeft extra isolatie. Het segmenteren van de koperstroken op de printstrook kun je voor of na het solderen van de statordraden doen door het wegzagen van de betreffende koperspoortjes. Let op dat er geen koperzaagsel achterblijft bij de statordraden en/of gaatjes. Goed schoonspuiten met perslucht en isoleren met Plastic-70 lak is mijn advies. Type statordraad: Het gebruikte statordraad voor project 18 is soepel koperdraad van 0,5 mm2 met een buitendiameter van 1,6 mm. Het is te koop bij Farnell (artikelnr: 140350) per klos van 500 meter. Mijn ervaringen met dit koperdraad zijn prima. Je kunt dit draad goed spannen zonder dat het te snel uitrekt of breekt. Door Farnell word geleverd aan particulieren maar je moet dan wel voor minimaal € 50,- kopen en eerst de bestelling mailen en vooruit betalen.
2-1-2002
Piet van Duijvenbode
pag. 3
ESL DIY-project 18 Lijmmal voor statordraden: Voor het lijmen van de statordraden op de statordwarsdragers wordt een lijmmal gebruikt. Hierdoor krijg je de statordraadfolieafstand altijd keurig gelijk en komen alle statordraden mooi in één vlak naar de folie toe gericht te liggen. Kleine dikteverschillen in de statordraden zelf en/of toleranties van het Trespa frame worden op deze wijze ook geëlimineerd. Voor het vastlijmen van de statordraden wordt (bruine) PU-lijm gebruikt.
Tijdens het lijmen van de statordraden op de statordwarsdragers gebruik ik een haarföhn waardoor de PU-lijm door de warme lucht wat dunner wordt en daardoor beter tussen de statordraden invloeit. Overtollige lijm loopt vanzelf weg langs de statordwarsdragers. Niet de overtollige lijm op de statordraden wegvegen met een doek of je vingers. Op deze wijze krijg je mogelijk lijmresten op de statordraden. De lijm ook niet te heet maken met de haarföhn en deze op zo’n 10 cm afstand van de draden/lijm houden en constant blijven bewegen.
2-1-2002
Piet van Duijvenbode
pag. 4
ESL DIY-project 18 Membraamfolie spannen: Er zijn vele manieren om folie te spannen. Door mij worden plastic zakjes gebruikt gevuld met 1,5 kg zand. De folie wordt rondom vastgeplakt met DUC-tape op 5 cm brede stukjes Trespa. Als alle plaatjes zijn vastgeplakt aan de folie worden daar de zakjes zand aan opgehangen. Hierdoor wordt de folie mooi gelijkmatig en rondom aangespannen. Deze methode kun je gemakkelijk blijven herhalen zonder veel spanningsverschillen in de folie. Als onderlegger voor de folie wordt een 5 mm dikke MDF plaat gebruikt. Het vraagt wel wat experimenteren met het gewicht van de zakjes zand. Gebruik je dikkere folie of wil je de folie strakker spannen dan verhoog je simpelweg het gewicht van de zakjes zand met b.v. een 0,5 kg.
Membraam vastlijmen aan één statorframe: De folie wordt aan één statorframe vastgelijmd met (grijze) Bison PU-lijm, direct op het Trespa. Op deze manier kun je de beide statorframes altijd demonteren zonder dat de folie defect gaat. Zo blijft ook de gecoate kant van de folie en de HScontactstrook bereikbaar voor service en/of aanpassingen. Als het membraam is vastgelijmd op het Trespa statorframe kun je hier gemakkelijk gaatjes doorheen boren zonder dat je bang hoeft te zijn dat de folie scheurt. Voor het snijden van de folie gebruik ik een rolmes, hierdoor kan de folie niet haken of scheuren(zie foto onder) .
2-1-2002
Piet van Duijvenbode
pag. 5
ESL DIY-project 18 HS-aansluiting: Voor de HS-aansluiting met de gecoate kant van de folie gebruik ik geleidende 3M-Scoth koperTape (type: 1245). Dit is een dunne, zelfklevende koperfolietape met een wafelstructuur, leverbaar in diverse breedtes. Ik gebruik rollen van 16,5 m lengte en een breedte van 9 of 12 mm. Het is o.a. te koop bij Farnell en diverse hobbywinkels. De koperfolietape wordt rondom het statorframe geplakt zodat er een snelle oplading kan ontstaan van de hoogohmige coating. De kopertape plak ik op de hoeken over elkaar heen en pers de op elkaar geplakte stroken m.b.v. een waterpomptang op de hoeken stevig op elkaar om contact te verzekeren. Dwars door het kopertape en statorframe van Trespa heen, bevestig ik een verzonken m4-boutje dat functioneert als de HS aansluiting (zie foto’s).
Step-up trafo: In model 18 wordt gebruik gemaakt van T-700 step-up trafo’s van Rob de Lugt uit Den Haag. De hebben een step-up verhouding van 1:150. Mijn ervaringen met de T-700 step-up trafo’s zijn uitstekend! Je kunt meer info over de step-up trafo’s vinden op: www.audio4.nl. Rob wikkelt de trafo’s zelf en afwijkende step-up verhoudingen zijn mogelijk.
Mylar®-folie: Er is bij een aantal esl-clubleden folie te koop. Meestal gebruik ik tensilized Mylar®-folie van MartinJan uit Utrecht met een dikte van 4 mu en 80 cm breedte. Daarmee kun je in bijna alle gevallen wel twee esl-frames in één keer lijmen. Dit is de meest zekere methode om beide membramen op exact gelijke foliespanning te krijgen. De dikte van 4 mu “klinkt” neutraal maar vraagt wel extra voorzichtigheid tijdens het verwerken daarvan. De 6 mu folie is ook goed te gebruiken voor full-range esl’s. Dit is wat steviger, heeft meer rekkracht en kan daarom indien gewenst wat strakker gespannen worden. Hoogspanningsunit: Ik maak gebruik van een Cockcroft-Walton-hoogspannings cascadeschakeling en lijm daarvoor de betreffende condensatoren van 0,33 uF/600 Volt op een stuk Trespa m.b.v. siliconenkit. Daarna worden er 1N-4007 dioden direct aan de condensator aansluitingen vastgesoldeerd. Om de HS-spanning iets te kunnen regelen wordt er een verplaatsbaar (rood) draadje gebruikt. Er wordt tevens een weerstand van 10 kV/10MΩ toegepast tussen de HS-unit en esl-unit. Het is verstandig de HS-unit goed te lakken met Plastic-70 lak voor extra isolatie en het voorkomen van oxidatie.
2-1-2002
Piet van Duijvenbode
pag. 6
ESL DIY-project 18 Segmentatie van statordraden: Brede elementen zullen hogere frequenties sterk gebundeld uitstralen. Om de spreiding van hogere frequenties te bevorderen wordt in project 18 draadsegmentatie toegepast. In project 18 worden per statorframe 86 statordraden gebruikt. Deze zijn in 7 secties verdeeld van links naar rechts op het statorframe in de aantallen draden van: 22-12-6-6-6-12-22. Op de middelste 6 draden wordt het trafosignaal aangesloten. Op de onderstaande foto ziet u de segmentatiestrook van epoxy, de segmentatieweerstanden en de trafo-aansluiting. De weerstanden van links naar rechts zijn: 680 – 270 – 33 – trafo-aansluiting – 33 – 270 – 680kΏ.
Door esl-clublid Edo Hulsebos is enige tijd geleden een handig en vrij te downloaden programma esl_seg_ui gemaakt wat het mogelijk maakt om na invoer van de: esl hoogte; statorfolieafstand; draadhart-hartafstand; aantal draden per segment; segmentatieweerstanden; trafo step-up verhouding; statische spanning en luisterafstand, de onderstaande grafieken te genereren. Hieronder weergegeven de resultaten van project 18:
De oplopende hoogcurve wordt d.m.v. een RCL-filter aan de primaire zijde van de step-up trafo gecorrigeerd. Dit is niet in de bovenstaande berekeningen meegenomen en zichtbaar. De aflopende laagweergave wordt deels gecompenseerd door de invloed van het gebruikte dempingsmateriaal aan de achterzijde van de esl en deels door de invloed van de luisterruimte zelf. Ook dit is niet in de berekening meegenomen en kan in de praktijk pieken hebben tot zo’n +10 dB voor bepaalde lage frequenties.
2-1-2002
Piet van Duijvenbode
pag. 7
ESL DIY-project 18 Primair ingangsfilter: Enige tijd geleden is door Edo Hulsenbos de T-700 step-up trafo en het element van project 18 separaat gemeten en ingevoerd in het rekenprogramma MATLAB. Er is daarna een ingangsfilter berekent wat de frequentiekarakteristiek en de primaire impedantie een stuk verbetert. De invloed hiervan op de gehele geluidsweergave is duidelijk hoorbaar en zeker positief. Als u soortgelijke esl’s voornemens bent te gaan bouwen en gebruik gaat maken van de T-700 step-up trafo is het aan te bevelen dit ingangsfilter met bijbehoren RCL-waarden toe te passen. Links het filter voor project 18 getekend met de RCL-waarden van: weerstand A = 2,7 ohm; condensator B (bepalend voor geluidskwaliteit) = 1 uF; Spoel C = 2 mH en condensator D (samenstelling van MKP en bipolair) = 470 uF.
Hieronder vind u de berekende resultaten in het programma MATLAB van de T-700 trafo, het element van project 18 en het ingangsfilter (bron: Edo Hulsenbos):
Nog beter afstraalgedrag: Als je kiest voor een andere statordraadverdeling, segmenteringsweerstanden en folie-statordraadafstand wordt het afstraalgedrag van de esl in totaliteit beter. Het beste is om de 86 statordraden te verdelen in: 18-10-10-10-10-10-18; de segmenteringsweerstanden te wijzigen in: 1200-560-390-0-390-560-1200kΩ en voor het ingangsfilter de waarden: A = 3 ohm; B = 0,47uF; C = 0,56 mH; D = 470 uF te gebruiken en voor de statordraad-folieafstand 2 mm te kiezen. Zie de resultaten op de volgende pagina (berekening m.b.v. esl_seg_ui en MATLAB; bron: Edo Hulsenbos).
2-1-2002
Piet van Duijvenbode
pag. 8
ESL DIY-project 18
2-1-2002
Piet van Duijvenbode
pag. 9
ESL DIY-project 18 Frame voor esl statoren: Bevestig de statoren in een stevig houten of aluminium frame. Dit komt de weergavekwaliteit van de esl zeker ten goede. Ik maak meestal hardhouten frames en bevestig het Trespa statorframe m.b.v. 4 mm schroeven dwars door het Trespa frame heen in het hardhout. Indien gewenst kun je de schroeven isoleren t.o.v. het statorframe en folie door het toepassen van nylon-spacers of krimpkous. Dit voorkomt onaangename prikkels van de HS-lading bij het aanraken van de schroeven.
Demping van folie: Als je geen frequentie gecorrigeerde aansturing toepast van de esl’s is foliedemping aan de achterkant van de esl nodig om resonanties van de folie te elimineren. Je kunt daar allerlei dempingsmateriaal voor gebruiken zoals fleece-dekens, BAF-dempingsdoek, steen of glaswol. Alle materialen hebben zo hun eigen specifieke voor-en-nadelen en zekere invloed op de totale geluidsweergave. Zelf experimenteren is het advies. Op dit moment experimenteer ik met T-77 zeefdrukgaas geplakt met PVC-lijm op doorboorde Lexaan plaatjes van 8 mm dik. Deze plaatjes worden direct tegen de statordraden aan gemonteerd om reflectie te minimaliseren. Je kunt het T-77 gaas b.v. ook op staalgaas lijmen. Dit heeft voordelen t.o.v. Lexaan omdat de doorlaat daarvan groter is wat weer iets minder hardheid veroorzaakt in de midden/hoogweergave(lees: minder reflectie). Het nadeel hiervan is de slapheid en de lastige bevestiging van het T-77 gaas op het staal. Het zeefdrukgaas is o.a. te koop in Amsterdam bij de fa. Levant kunstenaars benodigdheden, zie: www.levant.nl . Zie ook diverse info op de esl-clubsite. PU-lijm: Voor het lijmen van alle Trespa onderdelen en de folie op het statorframe wordt (grijze) Bison PU-lijm gebruikt. Het voordeel is dat deze lijm na het mengen de structuur heeft van pindakaas waardoor het gemakkelijk verwerkt en niet wegloopt. De hechting en sterkte van de lijm is ook nog iets groter dan het bruine type PU-lijm van Bison. De bruine PU-lijm wordt gebruikt voor het lijmen van de statordraden op de statordwarsdragers. Deze lijm heeft na het mengen de structuur van stroop waardoor dit gemakkelijk onder de statordraden invloeit.
Toepassing van fixeerdots tussen folie en statordraad: Het gebruik van (dunne) 4 mu folie en de relatief brede overspanning van 27 cm in project 18 “vereist” het gebruik van fixeerdots tussen de folie en het statordraad. Er zijn totaal 7 fixeerdots gebruikt in project 18. Dit gaat iets ten koste van de totale bewegelijkheid van de folie maar daarentegen kun je de hoogspanning op het membraam verhogen en er luider mee spelen zonder dat de folie - bij heftige basweergave/resonantie - de statoren raakt. Ik maak fixeerdots van 2 laagjes supermontagetape en een laagje karton of kunststof op elkaar te plakken. De totale dikte van de fixeerdot wordt bepaald door de gewenste draadstator-folieafstand plus b.v. 2 mm extra om de folie tussen de fixeerdots in te kunnen klemmen als de statorframes op elkaar worden gemonteerd. De montagetape zelf is namelijk iets verend. De fixeerdots worden op beide frames op de statordraden vastgeplakt ter hoogte van de statordwarsdragers. In mijn geval dus niet aan de folie zelf omdat ik de frames demontabel wil houden. Als de folie op de stator is gelijmd en beide statorhelften op elkaar worden gemonteerd, wordt de folie tussen beide fixeerdots ingeklemd en de fixeerdots iets ingedrukt. Dit geeft het gehele statorframe meer stijfheid. Je kunt fixeerdots ook van dotjes siliconenkit maken tegelijk met het lijmen van de folie, dit isoleert het allerbeste!
2-1-2002
Piet van Duijvenbode
pag. 10
ESL DIY-project 18
Foliecoating: Je kunt je in het boek van E. Fikier oriënteren over allerlei soorten foliecoating. Ook op het internet of bij andere esl-bouwers is veel info te verkrijgen. Ik gebruik al jaren hoogohmige EC-coating van MartinJan uit Utrecht. Het is gemakkelijk verwerkbaar, niet giftig, stabiel en hecht goed aan de folie mits het op de juiste manier wordt aangebracht. Mijn ervaring is om de folie goed schoon te maken met zuivere alcohol m.b.v. een schone doek of keukenpapier. Daarna kun je de coating opbrengen met een fijne verfroller of langharige zachte (brede) kwast. De coating snel en gelijkmatig verdelen maar niet te dik opbrengen. Wel met kracht opbrengen op de folie, dat bevordert de hechting. Werk in een schone, liefst stofvrije omgeving waar de statorframes ook 24 uur kunnen drogen. Een doucheruimte is daar heel geschikt voor. Zijn er nog verbeteringen mogelijk: De hoogspanningsunit kan worden verbetert, daar moet ik mee aan de slag. Ik ben ook op zoek naar een betere lijmsoort om de folie op de Trespa statoren te lijmen. Daar gebruik ik nu (grijze) Bison PU-lijm voor maar de hechting daarvan op de folie is niet ideaal. Wie heeft de oplossing?
Heeft u nog vragen, ideën of opmerkingen? Ik hoor het graag:
[email protected]
Piet van Duijvenbode.
2-1-2002
Piet van Duijvenbode
pag. 11
