MFB oftewel “motional feedback”
Waar draait mfb nou allemaal om, en waarom zijn boxen met dit systeem nou zo bijzonder ? Een mooie uitleg staat hieronder. Het is gebaseerd op de eerste kennismaking met mfb in het jaar 1974. Destijds was de 22rh532 de eerste mfb box die met veel bombarie samen met bijbehorende stuurversterkers aan het publiek werd gepresenteerd. Een tweede nieuwtje destijds was quadrafonie. Daarover meer op een andere pagina.
De 60 Watt high-power Motional Feed Back luidsprekerbox 22RH532: een omwenteling in kwaliteitsgeluidsweergave vanaf 1974.
Inleiding
Een HiFi-geluidsinstallatie is opgebouwd uit een aantal elementen, die samen een keten vomen. De uiteindelijke geluidskwaliteit wordt bepaald door de zwakste schakel in deze keten. Hoewel de laatste jaren grote vorderingen gemaakt zijn op het gebied van kwaliteitsgeluidsweergave, mogen wij toch stellen dat de luideprekerbox nog altijd de zwakste schakel in de totale keten is. De luidspreker zelf is in feite een transducer (omvormer) die het electrische signaal, afkomstig van een signaalbron (plaat, band of radio) na versterking door de versterker omzet in akoestische trillingen. De conus in de luidspreker, die deze geluidstrillingen voortbrengt, is echter niet zo volgzaam als men wel zou wensen en produceert ook een aantal ongewenste trillingen oftewel vervorming. Deze vervorming treedt het sterkst op bij het weergeven van de lagere frequenties (trlllingen)‚ doch vooral in de buurt van de zgn. resonantiefrequentie van het box-systeem, waar de conus de grootste amplituden (uitwijkingen) moet maken. De resonantie-frequentie is die frequentie waarin een voorwerp bij voorkeur uittrilt. Naarmate men de luidspreker en daarmee de behuizing (box) groter maakt, kunnen wij een lagere resonantie-frequentie bereiken en daardoor ook lagere frequenties weergeven. Bovendien wordt de vervorming lager, aangezien een grotere conus voor hetzelfde geluidsniveau een kleinere amplitude hoeft te maken. We mogen hierhij echter niet uit het oog verliezen, dat voor het onverzwakt weergeven van frequenties van bijv. 35 a 40 Hz met kleine vervorming wij voor de huiskamer op onacceptabele afmetingen komen. Dit houdt tevens in, dat zelfs de grotere gangbare HiFi-boxen met een inhoud van 40 à 50 liter in feite toch nog te klein zijn om deze lage frequenties onverzwakt en met weinig vervorming te kunnen weergeven. Het probleem doet zich echter voor, dat de meeste huisbazen boxen van bovengenoemde afmetingen reeds veel te groot vinden en uit die overweging kleinere boxen aanschaffen, hetgeen een verder compromis is ten aanzien van de geluidskwaliteit.
Nieuwe mogelijkheden van de Motional Feedback luidsprekers
Gelukkig is het zo dat de techniek niet stil staat en dat met name het probleem lage-tonen-weergave in een kleine box principieel door Philips is opgelost. Op dit punt is men er na vele onderzoeken in de laboratoria in geslaagd de conusbewegingen te beheersen door deze bewegingen weer om te zetten in een electrisch signaal. Dit signaal nu wordt teruggevoerd naar de versterker en vergeleken met het originele signaal. Bij de geringste afwijking volgt onmiddellijk correctie. Hierdoor heeft Philips als het ware de akoestische gedragingen van de conus in de hand gekregen met de volgende enorme voordelen:
1. Ongewenste trillingen (vervorming) worden tegengegaan en de resonantiefrequentie wordt omlaag gebracht.
2. De lage tonen die men aan de luidspreker toevoert als gevolg van het correctiesignaal kunnen nu wel weergegeven worden.
Dit systeem nu is, analoog de werking, het Motional Feed Back systeem (bewegingstegenkoppeling) genoemd. Alvorens op de vele andere voordelen van dit systeem in te gaan, zullen wij eerst de werking eens wat nader bekijken.
Hoe werkt het?
Het originele signaal, afkomstig ven de geluidsbron, dat wij voor het gemak “Groen” zullen noemen (zie blokschema), gaat via de versterker naar de luidspreker. Tot zo ver gaat alles nog goed. Zoals in de inleiding beschreven, produceert de conus een aantal ongewenste trillingen, terwijl de lagere frequenties niet op de juiste sterkte‚ dit afhankelijk van de grootte van de box, worden weergegeven. In feite geeft de luidspreker zonder Motional Feed Back dus niet het originele ”groene” signaal weer, doch een afwijkend akoestisch signaal, dat wij “blauw.” zullen noemen. Dit “blauwe” signaal wordt bij het Motional Feed Back systeem door middel van een versnellings-opnemer – een soort pick-up element – die op de conus bevestigd zit, afgetast en omgezet in een elektrisch signaal, dat aan een z.g. “comparator” (vergelijker) wordt toegevoerd. Het “blauwe” en het “groene” signaal worden vergeleken, waarbij het verschil tussen de beide signalen opnieuw wordt toegevoerd aan de versterker. Dit signaal noemen wij ”Geel“. De Luidspreker krijgt dus in feite twee signalen toegevoerd:
a) het groene originele signaal
b) het gele gecorrigeerde signaal
Dit alles met het doel de luidspreker uiteindelijk het originele groene signaal te laten weergeven. Nu zult u wellicht zeggen, dat de luidspreker eerst iets fout moet weergeven alvorens tot correctie kan worden overgegaan. In feite is deze conclusie juist, echter de koppeling tussen het moment dat er iets mis gaat en de correctie die er op volgt is zo hecht en zo snel dat dit niet meer meetbaar of hoorbaar is. Men zou de koppeling kunnen vergelijken met een wip, waarbij als de ene kant van de wip naar beneden wordt gedrukt, de andere kant op hetzelfde moment omhoog gaat, resp. omhoog moet gaan. De feedback zorgt er voor, dat er steeds een evenwichtstoestand in het systeem heerst.
Hier is de lage tonenluidspreker te zien. De grootste luidspreker in de box, ook wel “woofer” genoemd. In het midden zit het “pxe” element wat zorgt voor de detectie van de conusbewegingen. Het woord motional zegt dus dat de beweging daadwerkelijk in een stuursignaal wordt omgezet.
Constructie van de MFB box
De inhoud van de box is slechts 15 liter met de uitwendige maten van: 28,5 x 38 x 22 cm. In het voorafgaande hebben wij gezien, dat de feed-back-schakeling‚ de comparator en de versterker samen met de luidspreker één systeem vormen. Uit deze overweging en nog een aantal andere, waarop wij later zullen ingaan, is het eigenlijk logisch, dat deze delen van het systeem in de box zelf zijn ondergebracht. Tot nu toe hebben wij alleen nog maar over de lage tonen gesproken‚ doch een box zal het hele frequentiegebied, dus ook het midden- en hoge-tonen-gebied moeten kunnen weergeven. Het voor de mens hoorbare frequentiegebied ligt tussen de 16 en 20.000 Hz. Het maken van een luidspreker, die over het gehele frequentiegebied een vlak verloop heeft (alle frequenties even sterk weergeeft) is uitermate moeilijk. Vandaar dat het frequentiegebied meestal opgedeeld wordt in een aantal stukken. Voor elk deel wordt een aparte luidspreker gebruikt, die speciaal ontworpen is om dat frequentiegebied uitstekend weer te geven. In de MFB-box zijn drie luidsprekers toegepast, t.w.: één 8-inch voor de lage tonen, één 5-inch voor de middentonen en een 1-inch luidspreker voor de hoge tonen, ook wel genoemd resp. woofer, squawker en tweeter. Teneinde tot een optimaal ontwerp te kunnen komen, hebben ook de midden- en hoge-tonenluidsprekers een versterker gekregen, die eveneens is ondergebracht in de box. In het volgende stuk zullen wij hierop nader ingaan. Gezien de toegepaste versterkers en andere elektronica moet de box alvorens te kunnen werken op het net worden aangesloten. Bij de hoeveelheid elektrische apparatuur en stopcontacten die vandaag in een normaal huis aanwezig zijn, kan dit nauwelijks een bezwaar zijn. Voor die situaties waar het aantal stopcontacten toch beperkt is, is er de mogelijkheid de ene box op de andere aan te sluiten, aangezien elke box, behalve een netaansluiting, ook nog een netuitgang heeft. In verband met veiligheidsvoorschriften is de box voorzien van een netschakelaar (zie achterzijde box).
Dit is de achterkant van de 22rh532 box.
In de praktijk zal deze echter niet bediend hoeven te worden, aangezien de box de uitgerust met een elektronische schakelaar, die automatisch inschakelt zodra de box een signaal uit een signaalbron ontvangt en na ongeveer twee minuten weer uitschakelt als er geen signaal meer aan de box wordt toegevoerd. De box komt dan in de zgn. “stand-by” positie. Deze automatische schakelaar is vooral bij toepassing van meerdere boxen, zoals bij 4-kanelenweergeve uit een oogpunt van bedieningscomfort min of meer noodzakelijk, aangezien van niemand verlangd kan worden dat bij het uit- of aanzetten van de Hifi-installatie ook nog eens een aantal boxen in de diverse hoeken van de kamer moeten worden geschakeld. Er bevinden zich op de achterzijde van de box nog twee schakelaars, namelijk één schakelaar voor de keuze: weergave linker kanaal of rechter kanaal (elke box krijgt dus het linker en rechter kanaal toegevoerd, dit is behalve bij stereo vooral van belang bij 4-kanalenweergeve, waarbij links of rechts wordt bepaald door de plaats vanwaar men luistert. Verder een schakelaar om de keuze te maken voor aansluiting van de box op een normale versterker (versterker, radio/versterker of combinatie-apparaat resp. voor aansluiting op apparatuur die niet is voorzien van een eindversterker, de zgn. voor-versterkers, tuner/voorversterkers of combinaties zonder eindversterker. De drie genoemde schakelaars behoeven bij installatie slechts éénmaal bediend te worden, al naargelang de soort Hifi-installatie en de opstelling van de boxen. Tenslotte bevinden zich op de achterzijde van de box nog twee aansluitbussen en wel één voor de toevoer van de signaalbron (linker en rechter kanaal) en één bus voor de doorvoer van dit signaal naar de tweede box. Het doorrijg-systeem heeft het voordeel dat het eenvoudig is qua installatie en verder dat de tweede box met een snoerlengte van bijv. 7 m op de dubbele afstand, dus op 14 m van het stuurapparaat kan worden geplaatst. Gezien de beschikbare snoerlengte is de opstelling van de boxen t.o.v. het stuurapparaat gemakkelijker geworden. Ter indicatie van het feit dat wij hier te doen hebben met een zeer speciale box met bijzondere eigenschappen is aan de voorzijde van de box het woord MFB/ELECTRONIC aangebracht, dat oplicht als een signaal wordt toegevoerd.
Installatie
Het zgn. doorrijg-systeem voor het signaal maakt het installeren van de boxen uiterst eenvoudig. Ook de netspanning voor de voeding van de boxen kan “doorgeregen” worden, indien geen tweede stopcontact aanwezig is op de plaats waar men de tweede box wil hebben. In verband met I.E.C.-veiligheidseisen mag de box die op het net is aangesloten slechts één andere voeden. In de praktijk is dit echter ruim voldoende. De keuze linker of rechter signaal bij een stereo-installatie volgt uiteraard direct uit de opstelling van de boxen. Bij 4-kanalenweergave hangt dit van de plaats af weer men zit resp. wat men als “vóór”- of “achter”-zijde wil beschouwen. Uiteraard dient er op gelet te worden, dat de achter kanalen en de voor kanalen in de overeenkomstige bussen op de versterker worden aangesloten.
Featuring
In dit deel zullen wij alle voordelen‚ zo nodig voorzien van technische uitleg, de revue laten passeren.
1. Echte lage-tonenweergave in een kleine 15 liter-box.
Met “Echte” wordt bedoeld dat de lagere frequenties‚ tot ongeveer 35 Hz nog op dezelfde sterkte als de hoger gelegen frequenties worden weergegeven. Bij conventionele boxen met een literinhoud van 50 a 70 l kan dit zelden worden bereikt. Om toch de indruk van veel lage tonen te wekken, wordt bij vele boxen het frequentiegebied tussen de 100 en 200 Hz (het zgn. “boven-laag”) opgehaald (zie frequentieverloop). Wij noemen dit “kleuring” van het geluid en beschouwen dit als vervorming, omdat het afwijkt van het originele signaal en als zodanig niets te maken heeft met HiFi-geluidsweergave of echte lage-tonenweergave. De MFB-box, zelfs al zou er een lage-tonenluidspreker van mindere kwaliteit zijn toegepast, wordt gecorrigeerd totdat het originele signaal weer bereikt is. De luidspreker in dus gewoon niet in staat het fout te doen. Bij vergelijking van een conventionele box met een MFB-box moet terdege worden opgelet, dat men een goede signaalbron kiest, waar dan ook werkelijk lage tonen in voorkomen, anders krijgen wij de situatie dat bij een niet goed gedimensioneerde conventionele box het meerdere voor HiFi-weergave ongewenste “boven-laag” wordt uitgelegd als meer basweergave, dus “betere” kwaliteit. Pas bij een signaalbron met goede lage tonen zal blijken, dat de MFB-box verder in het laag doorloopt‚ terwijl door afwezigheid van kleuring een veel grotere transparantie (doorzichtigheid) van de lage tonen en ook van de midden-tonen wordt verkregen.
2. Zeer geringe vervorming.
In de inleiding hebben wij reeds voldoende duidelijk gemaakt hoe de vervorming wordt bestreden.
3. 60 W High Power Boxen.
Behalve in de aanhef, hebben wij nog niet gesproken over het geweldige akoestische uitgangsvermogen dat deze kleine 15-liter box kan afgeven. Voor de lage tonen en de feed-back is de versterker van 40 W continue vermogen en voor midden- en hoge tonen een versterker van 20 W continue vermogen toegepast. In het algemeen kan men niet zonder meer vermogens optellen, doch in dit geval kunnen wij wel degelijk 60 W totaal aan elektrisch vermogen aan de luidsprekers toevoeren.
4. Kwaliteitsverbetering t.o.v. conventionele box en output-verhogende werking.
De in de box toegepaste versterkers zijn in de eerste plaats bedoeld om Motional Feed Back te kunnen toepassen, doch tegelijkertijd behouden deze hun functie als versterker-element. Dit geeft ons de mogelijkheid de MFB-box rechtstreeks aan te sluiten op een voorversterker, tuner/voorversterker of hoofdtelefoon-aansluiting (met een uitgangsspanning van 1 v). Dat wil echter niet zeggen, dat er bij aansluiting op een normale amplifier of tuner/amplifier geen voordelen zijn:
a) Een kwaliteitsvoordeel t.o.v. veel grotere conventionele boxen.
b) Nu kunnen alle versterkers en tuner/versterkers, die minder vermogen hebben dan de MFB-box qua uitgangsvermogen, verhoogd worden. Een tuner/versterker met 2 x 10 W kan zo dus door aansluiting op de MFB-boxen 2 x 60 W worden.
5. Multi-Output.
In het stukje over de constructie hebben wij uiteengezet dat de MFB-boxen zijn voorzien van twee aansluitbussen, één voor de toevoer van het signaal (linker plus rechter kanaal) en één bus voor de doorvoer van dit signaal naar een tweede box (bij stereo- en 4-kanalenweergave). Er is echter meer, want het signaal kan naar een derde en vierde box etc. worden doorgevoerd. Op deze manier kan men, uitgaande van het signaal afkomstig van een normale stereo-versterker met een uitgangsimpedantie van 4 ohm zeven boxen per kanaal aansluiten‚ oftewel veertien bij stereo. Bij een 4-kanalenversterker kan men achtentwintig boxen aansluiten met een totaal-output van 1.680 Watt. Deze mogelijkheid is vooral interessant als men de Hifi-installatie in huis verder wil uitbreiden en nog enkele andere ruimten van muziek wil voorzien. Het aantal conventionele boxen, dat men op een Hifi-installatie kan aansluiten is twee, of maximum vier indien het apparaat daarvoor geschikt is gemaakt, echter altijd met het nadeel dat het vermogen van de versterker verdeeld moet worden over die vier boxen. Bij de MFB-box krijgen wij steeds weer uit elke box het volle vermogen van 60 W. Bij aansluiting van de MFB-box op een voorversterker echter krijgen wij nog meer mogelijkheden, want in dat geval kunnen per kanaal zo‘n vijftien boxen worden aangesloten, hetgeen voor een 4-kanalen installatie neerkomt op een totaal vermogen van 3.600 Watt. Deze toepassing is vooral van belang bij grote geluidsprojecten, zoals warenhuizen, luchthavens, ziekenhuizen etc. Het grote voordeel hierbij is dat we verlost zijn van de enorme power-versterkers, die in verband met de professionele bedrijfszekerheid dan meestal nog dubbel moeten worden uitgevoerd. Met het MFB-systeem krijgen wij dus spreiding van het vermogen en niet te vergeten spreiding van de warmteontwikkeling en bovendien nog een uitstekende geluidsinstallatie voor zowel muziek als spraak en een grote bedrijfszekerheid.
6. Vlakke frequentie-karakteristiek.
Bij het ontwerp van de MFB-box is veel aandacht besteed aan een vlak en regelmatig verloop van de frequentie-karakteristiek. Deze is praktisch recht tussen 35 en 20.000 Hz (zie frequency-response).
Voor een natuurgetrouwe weergave is het bijzonder belangrijk dat het signaal van de signaalbron zo exact mogelijk wordt weergegeven en dat bepaalde delen van het frequentiebereik niet bevoordeeld of benadeeld worden. Zoals in het voorafgaande besproken, zijn in de MFB-box drie luidsprekers toegepast en is het frequentiegebied in drie stukken verdeeld. Over het algemeen kan men stellen dat het rendement (lees: uitgangsvermogen) van verschillende types luidsprekers meestal niet gelijk is. Uitgaande van het feit dat men een vlakke karakteristiek wil hebben, dan betekent dit dat bij een conventionele box het rendement van de andere luidsprekers gelijk gemaakt moet worden aan die luidspreker die het laagste rendement heeft (zie rendement correctie). Door het gebruik van gescheiden versterkers is het bij de MFB-box mogelijk aan de luidspreker met het laagste rendement extra elektrisch vermogen toe te voeren en op deze wijze aan te passen aan de luidspreker met het hoogste rendement. Rendement en geluidskwaliteit hebben echter niets met elkaar te maken. Dit feit is vooral bij vergelijking van twee boxen met verschillend rendement van belang. Indien men twee boxen met ongelijk rendement vergelijkt, komt men steevast tot de conclusie dat de box die het luidst klinkt, kwalitatief de beste lijkt. Deze conclusie kan echter heel onjuist zijn, vooral als slechts een gedeelte van het frequentiebereik een hoger rendement heeft. Alleen door de geluidsniveaus van twee boxen gelijk te maken, kan men tot een zinnige beoordeling komen.
Rendement-correctie: het rendement van de drie luidsprekers dient hier volgens de pijlen gecorrigeerd te worden zodat de luidsprekers een gelijkmatig klankbereik krijgen.
7. Optimale impedantie-aanpassing.
Bij een conventionele geluidsinstallatie, bestaande uit afzonderlijke versterker en luidspreker, is het noodzakelijk dat de impedantie van de toegepaste box overeen komt met de impedantie van de versterker. In geen geval mag de box een lagere impedantie hebben dan versterker, aangezien anders de versterker beschadigd kan worden. Bij een te hoge impedantie van de box ten opzichte van de versterker treedt verlies van vermogen op. In het MFB ontwerp zijn de versterker en de luidspreker qua impedantie optimaal aan elkaar aangepast en wordt de gebruiker niet met het bovenstaande probleem geconfronteerd.
8. Correcte belastbaarheid.
Bij een conventionele geluidsinstallatie is het van belang dat het vermogen van de versterker past bij de maximale belastbaarheid van de box, aangezien anders beschadiging van de box zou kunnen plaatsvinden. Daar versterker en luidsprekers van de MFB-box geheel op elkaar afgestemd zijn, kunnen problemen van genoemde aard zich niet voordoen.
9. Toepassing van bijzondere scheidingsfilters.
De drie frequentiegebieden van de drie luidsprekers moeten aan elkaar gekoppeld worden. Dit geschiedt door zgn. scheidingsfilters, die het bereik van de ene luidspreker langzaam laat afvallen en van de volgende luidspreker langzaam laat opkomen. Als dit op de goede manier geschiedt, verkrijgen wij een “vloeiende” overgang. Wij noemen dit punt het overnamepunt. Alweer door de toepassing van gescheiden versterkers in de MFB-box is men in staat de luidsprekers beter aan elkaar te koppelen‚ hetgeen resulteert in een nog vlakkere karakteristiek.
10. Goede serviceability.
Een elektronisch apparaat moet in feite zo geconstrueerd zijn, dat het inwendige in verband met eventuele servicewerkzaamheden gemakkelijk bereikbaar is. Voor een goede lagetonen-weergave moet een akoestische box echter luchtdicht afgesloten zijn. Dit nu is in strijd met het begrip gemakkelijke toegankelijkheid.
Bij de MFB-box zijn in verband hiermee de luidsprekers in een aparte akoestische ruimte ondergebracht, terwijl het elektronische gedeelte gemonteerd is op een losse metalen achterwand, die van scharnieren is voorzien en na het losmaken van enkele schroeven als een deur kan worden geopend. Deze metalen achterwand dient behalve als drager van het elektronische gedeelte tevens als koeloppervlak van de beide versterkers.
Het bovenstaande is slechts een beschrijving op papier van dit unieke ontwerp. Slechts door het luisteren zal blijken hoe goed het Motional Feed Back luidspreker systeem van Philips werkelijk is.
Dit was dus de visie van Philips in 1974. Inmiddels vele decennia later kunnen we stellen dat deze techniek zeer succesvol is geworden. Er zijn tussen 1974 en 1984 vele modellen op de markt verschenen. Dankzij mfbfreaks.nl kunnen we vandaag de dag nog steeds genieten van deze mooie luidsprekers omdat wij in de loop der jaren een zeer succesvol serviceplan hebben om de boxen, die toch al op leeftijd zijn, prima te herstellen.