Ground Zero GZHW 16-D2

6-Zoll Extrem-Subwoofer aus dem Car-HiFi-Bereich

Im Car-HiFi-Bereich laufen die Uhren deutlich anders als im Home-HiFi-Bereich, denn im Car-HiFi-Bereich sind für einen "ungestörten Hörgenuss" während der Fahrt wegen der deutlich höheren "Hintergrundgeräusche" (Motor, Straße, Wind) höhere Schalldruckpegel nötig. Da Platz bzw. Einbauraum nur sehr begrenzt verfügbar ist werden kompakte Tieftöner benötigt, die dafür hohen Hub machen müssen.

Im Fahrzeug ist zwar viel Strom verfügbar, aber nur begrenzt Spannung (12 Volt), daher kommen bevorzugt niederohmige Chassis zum Einsatz (z.B. Doppelschwingspulen-Tieftöner mit jeweils 2 Ohm, die dann auf 1 Ohm parallelgeschaltet werden können). Entsprechend dick fallen dann die Strom- und Lautsprecherkabel aus (da macht das dann auch Sinn).

Einen typischen Vertreter dieser Spezies hat uns unser Abonnent daVinci zukommen lassen - den GROUND ZERO GZHW 16-D2 aus der HYDROGEN-Serie. Der Nenndurchmesser beträgt nur 16 cm (daher kommt die 16 in der Typenbezeichnung) und die Doppelschwingspule (daher kommt das D in der Typenbezeichnung) hat eine Nennimpedanz von jeweils 2 Ohm (daher kommt die 2 in der Typenbezeichnung). Die relativ geringe Membranfläche wird durch die große Auslenkung von +/- 15 mm kompensiert. Die bewegte Masse wird mit 96.6 Gramm und der Wirkungsgrad 81 dB angegeben, das Kampfgewicht beträgt stattliche 4.5 kg!

Ob dieses Chassis auch als Problemlöser im Wohnzimmer taugt und wie man ihn dort am besten einsetzt klärt unser ausführliches Datenblatt . . .

Chassis-Datenblatt © www.hifi-selbstbau.de So werden Lautsprecherchassis von HiFi-Selbstbau gemessen
Hersteller: GROUND ZERO	Typ: GZHW 16-D2, 2+2 Ohm	Datenblatt des Herstellers

Foto des Chassis

Der äußere Eindruck:

Der Car-HiFi-Subwoofer GROUND ZERO GZHW 16-D2 aus der HYPDROGEN-Serie sieht von vorne noch relativ normal aus: Alu-Druckgusskorb, beschichtete Papiermembran, nicht übermäßig breite Gummisicke. Ungewöhnlich ist die 68 mm durchmessende Staubschutzkalotte aus Karbon mit Firmenlogo und die Vernähung der Sicke mit der Membran mit einem roten Faden - ein erster Hinweis darauf, dass hier hohe Kräfte wirken. Diesen Eindruck vermitteln auch die immerhin 8 Befestigungsschrauben des Korbes.

Von hinten strotzt der GZHW 16-D2 nur so vor Kraft! Der 133 mm durchmessende und insgesamt 37 mm hohe Ferritmagnet zieht alle Blicke auf sich und verdeckt fast schon die 12 filigranen Stege zwischen Korb und Aufnahmeplattform des Magneten. Auch die hinterlüftete Zentrierspinne ist kaum zu sehen, da sie (zum Magneten hin) mit einem feinmaschigen Drahtgitter abgedeckt ist. Die Anschlussklemmen für die 2 Schwingspulenpaare befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten, das garantiert, dass das Chassis auch bei hohen Auslenkungen nicht ins Taumeln gerät. Die Zuleitungen zur Schwingspule sind mit der Zentrierspinne verwoben und können so auch bei hohen Auslenkungen keine Störgeräusche erzeugen.

Die 50 mm durchmessende Schwingspule ist laut Hersteller mit 500 Watt RMS belastbar, in Spitzen mit 1000 Watt. Damit könnten bei einem Wirkungsgrad von 81 dB/W/m 111 dB Spitzenschalldruck erzeugt werden - Respekt! Eine 23 mm durchmessende Polkernbohrung dürfte dabei helfen, dass die Schwingspule nicht zu heiß wird . . .

Hinweis: es wurde leider nur 1 Chassis zur Verfügung gestellt, welches ausschließlich in Reihenschaltung (Nennwiderstand 4 Ohm) vermessen wurde.

Die TSP:

Die gemessene Resonanzfrequenz liegt mit 64.21 Hz deutlich über der Herstellerangabe von 51 Hz -> dies liegt vor Allem an der deutlich steiferen Aufhängung. Würde die Aufhängung 30% weicher sein wäre die Resonanzfrequenz Fs* zwar 53.7 Hz (+5.3%) und das Äquivalentvolumen Vas* 2.37 Liter (-15.3%), aber die Gesamtgüte läge mit 0.392 immerhin 14.7% zu niedrig. Das liegt an der geringeren mechanischen Güte Qms (6.003 statt 7.87) und dem stärkeren Antrieb (BL ist 16.87 statt 15.8) trotz geringerem Gleichstromwiderstand (3.66 statt 3.9 Ohm):

Im Impedanzverlauf sind keine Störungen erkennbar, der Impedanzanstieg mit der Frequenz ist allerdings sehr hoch.
Die Resonanzfrequenz Fs ändert sich um 8.8%, wenn man den Anregungspegel von -18 dB auf +6 dB (und damit die Eingangsleistung um den Faktor 256) erhöht. Qts ändert sich um 11.5% (Fs geht linear ein) und Vas um -18.8% (Fs geht mit 1/X² ein).

Lasip empfiehlt ein 2.9 Liter großes Bassreflexgehäuse, abgestimmt auf 55 Hz (grüne Kurve) - dann geht es aber auch nur bis 50 Hz runter. Spendiert man 4.5 Liter und stimmt auf 45 Hz ab, dann verliert man unter 100 Hz ca. 1.5 dB Wirkungsgrad, dafür geht es dann aber auch bis 40 Hz runter (blau gestrichelte Kurve). In diesem Gehäuse ergäbe sich mit den Herstellerdaten ein sehr ähnliches Ergebnis (gelbe Kurve).
In einem nur 1.3 Liter großen, geschlossenen Gehäuse ginge es nur bis 97 Hz runter (rote Kurve) - aber wer will das schon?

Simuliert man diese 3 Gehäuseabstimmungen mit WinISD V0.7, so ergeben sich folgende Kennwerte (gleiche Farben wie bei LASIP):

Relativer Frequenzgang [dB]	Maximaler Schalldruck [dB/1m]	Dafür benötigte Leistung [W]
Impedanz [Ohm]	Auslenkung bei 500 Watt [mm]	Strömungsgeschwindigkeit im BR-Rohr [m/s]

- die "blaue" Box (BR 4.5 l, 45 Hz) kann bis hinunter zu 40 Hz laut Simulation bis zu 105 dB Schalldruck produzieren - Respekt!
- bei einem BR-Rohr-Durchmesser von 4.7 cm wären die Rohre allerdings 53.5 cm (blau) bzw. 55.7 cm (grün) lang und würden bei 500 Watt um 40 bzw. 50 Hz extrem viel Strömungsgeräusche erzeugen (> 68 m/s = 20% Schallgeschwindigkeit, ab 17 m/s wird es kritisch)

Der Frequenzgang:

. . . verläuft eigentlich nur zwischen 85 und 150 Hz weitgehend linear (Mittelwert 83.65 dB, Standardabweichung +/- 0.29 dB): darunter fällt er wegen seiner Resonanzfrequenz von 64 Hz und seiner Gesamtgüte von 0.47 mit 12 dB/Oktave ab, darüber wegen seiner hohen Schwingspuleninduktivität von ca. 1.5 mH mit 6 dB/Oktave. Um 800 Hz gibt es eine Membranresonanz gefolgt von einem schmalbandigen Einbruch um 1.1 kHz.
Der winkelgewichtete Schalldruck und der Bündelungsgrad sind für einen 17 cm durchmessenden Subwoofer nicht relevant.

Sprungantwort/Pegellinearität

Die Sprungantwort zeigt nur eine größere Störung nach ca. 1 ms - das dürfte die Membranresonanz um 800 Hz sein.
Das periodenskalierte Zerfallspektrum zeigt ein leicht verzögertes Ausschwingen um 800 Hz.

Sprungantwort (Chassis 1, 20 cm, 0°)

Zerfallspektrum (Chassis 1, 20 cm, 0°)

Die Pegellinearität:

Bei einem Schalldruck von 85 bis 105 dB (das entspricht einer Anregung mit 3.3 bis 33 Volt bzw. 3 bis 300 Watt) zeigen sich zwischen 22 und 100 Hz kaum Farbänderungen - das Chassis wird also pro 1 dB mehr zugeführter Leistung auch 1 dB lauter (so wie es sein soll). Oberhalb von 100 Hz beginnen Nichtlinearitäten > 0.5 dB bei etwa 85 + 13 = 98 dB. Ab +18 dB (ca. 180 Watt) macht unser Verstärker zwischen 100 und 180 Hz schlapp, hier liegt die Impedanz unter 6 Ohm. Die erhöhten Nichtlinearitäten um 800 Hz gehen auf das Konto der dortigen Membranresonanz.

Der Klirrfaktor:

Die Klirrkomponente K2 verläuft bis 400 Hz weitgehend linear (mit leicht abfallender Tendenz) und steigt moderat mit dem Anregungspegel an. Der unharmonische K3 steigt zu tiefen Frequenzen an (weil der Grundpegel K1 abfällt), dies gilt auch für die höheren Klirrkomponenten. Um 1.1 kHz gibt es ein Klirrmaximum bei allen Klirrkomponenten - aber nur, weil der Grundpegel K1 dort ein ausgeprägtes Minimum hat. Bei 105 dB war wegen fehlender Verstärkerleistung kein Klirrfaktor mehr messbar.

Bei einem mittleren Schalldruckpegel von 85 / 90 / 95 / 100 dB liegt K2 zwischen 40 und 200 Hz im Mittel bei 0.812 / 1.608 / 2.913 / 5.190%. Für K3 gilt in diesem Bereich ein Mittelwert von 0.831 / 0.906 / 0.911 / 1.148%.

Nach unseren Untersuchungen (Klirrfaktor - wie viel ist zu viel?) lägen alle Klirrkomponenten bis 90/95/100 dB unter 38/42/42 Hz oberhalb der Wahrnehmbarkeitsschwelle. Bis 237 Hz lägen dann alle Klirrkomponenten unterhalb der Wahrnehmbarkeitsschwelle.

Klirrfaktor bei 85 bis 100dB/1m (Halbraum, 20cm)

HiFi-Selbstbau-Fazit:

Der GROUND ZERO GZHW 16-D2 ist ein kleiner Kraftprotz: trotz einer bewegten Masse von 98 Gramm (das ist ca. 6x schwerer als ein "normaler" 17 cm Tief-/Mitteltöner!!) schafft sein kräftiger Antrieb mit einem Kraftfaktor von 16.9 N/A (das ist ca. 3x so viel wie ein "normaler" 17 cm Tief-/Mitteltöner mit 4 Ohm Nennimpedanz!!) doch noch einen Wirkungsgrad von 81.3 dB/W/m. Dank seiner hohen Belastbarkeit von 500 Watt RMS sind damit theoretisch Schalldruckpegel von 108.3 dB in 1 m Abstand möglich. Mit seinem linearen Hub von +/- 15 mm (Herstellerangabe) könnte er in einem 4.5 Liter großen und auf 45 Hz abgestimmten Bassreflexgehäuse oberhalb von 40 Hz mindestens 105 dB Schalldruckpegel erzeugen - wenn da nicht das unhandlich lange Bassreflexrohr wäre . . .

Auf jeden Fall braucht man eine Menge Verstärkerleistung um die lineare Auslenkung von +/- 15 mm auszureizen - aber dafür bekommt man viel verschobene Luft und kann sich über ein kleines Gehäuse freuen. In Anbetracht der Materialschlacht (4.5 kg Kampfgewicht) geht der Straßenpreis von 179 € voll in Ordnung - ggf. kommt noch 1 oder 2 Passivstrahler hinzu (z.B. 2x SB ACOUSTICS SB15SFCR-00).

Kompletter Datensatz von 1 Chassis (Impedanz, Schalldruck im OCT-Format, Klirrfaktor und komplexer Frequenzgang als TXT-Datei, ZIP, 54 kB)