Så fungerar en högtalare

19 oktober, 2009 av admin Lämna en kommentar »

Här går jag igenom lite av teorierna bakom en högtalare. Det är skrivit på ett enkelt sätt och inte alltför teoretiskt, klicka in nedan på vad du vill läsa mer om.

Frekvensgång
Fasgång
Känslighet
Effekttålighet
Distorsion
Transientsvar
Högtalarlådor
Byggmaterial
Impedans
Branthet
Element

Frekvensgång
Målsättningen för bygget med en högtalare är att kunna återge ljudet med en så kallad rak kurva. D.v.s. att oavsett om man skickar in 100hz eller 2000hz vill man ha en t.ex. 0 db i nivå. Man kan framförallt notera hur de flesta återgivningarna ”går ner i källaren” vid runt 60hz. Detta eftersom det kräver ett rejält stort och välbyggt element för att kunna flytta de stora volymerna luft som krävs för att få fram 60hz toner.

Man brukar säga att basen går från 16hz-120hz. Mellanregister från 120hz- 5000hz och allt däröver är att betrakta som diskant.

Fasgång

Olika element återger olika frekvenser olika snabbt. Dessutom spelar delningsfilter, längd på inre kablage och placering av elementen roll på hur snabbt ljudet når lyssnaren. Har man t.ex. längre kablage och en diskant som sitter längre bak kommer man få en sämre fasgång. Dessutom kan ett slag från en bas, som ska röra mycket luft, t.ex. ta längre tid att genomföra än en snabb rörelse från diskanten. Ofta bygger man högtalare med en rak baffel (rak framsida) men det vore egentligen bättre om elementen sitter längre fram desto större de är. Membranet på en diskant går ju t.ex. i nästan samma höjd som baffeln, medan membranet längst in på basen sitter en bit in. Den klassiska DM-6, ” den havande pingvinen” är ett fint exempel på en högtalare som är fasjusterad.

Känslighet
Känsligheten beskriver hur stort ljudtryck som kan presteras av en watt(från en förstärkare). Desto högre känslighet desto mer ljud kan man få ut från en viss förstärkare. Man brukar prata om runt 90db/w/m. Eftersom decibel är en logaritmisk skala är det väldigt stor skillnad i mängden ljud man får ut från 80db/w/m i känslighet mot 100db/w/m i känslighet. 20db i skillnad uppfattas ungefär som en fyrdubbling av ljudet för det mänskliga örat. Det innebär att en förstärkare med en högtalare på 100db i känslighet kan leverera ett ljud som vi människor uppfattar ca 4 gånger högre än om högtalaren skulle varit på 80db. Precis som många andra siffror är det inte helt enkelt. Man måste även titta på motståndet eftersom ett högre motstånd innebär att förstärkaren måste skicka en högre spänning för att få en viss effekt. Så vid en viss volym på förstärkaren kommer du få ett högre ljud om du kopplar på en 4ohm, 90db/w/m högtalare än om du kopplar på en 8ohms 100db/w/m högtalare.

Effekttålighet

Kalle som är 14 och ska köpa en ny högtalare kräver att den ska vara på ”minst 300w” och för övrigt har han inga krav. Det här är ett vanligt sätt att resonera när man ska köpa högtalare och är ett sätt för marknadsförare att förenkla för Svensson att göra ett beslut. Idag har watten blivit lite av en standard och därför försöker alla pressa upp detta till extrema nivåer. Något som idag gör det ganska ointressant att titta just på watten om man vill ta reda på hur högt en högtalare kan spela. För det första pratar man om effekttålighet och inte hur mycket ljud en högtalare kan leverera. D.v.s. det är som att kräva att bilen ska dra minst 5L/mil och du får en lastbil när syftet egentligen är att du ska kunna köra i minst 200km/h och det är snarare än lätt golf som kanske drar 1l/mil du är ute efter.
Effekttåligheten anges ofta i ”musikeffekt”(peakeffekt) och sinuseffekt (kontinuerlig effekt). Musikeffekten är vad en högtalare tål under ett extremt kort intervall, alltså under en bråkdel av en sekund, medan sinus effekten är vad den tål kontinuerligt under en längre tid. Eftersom de flesta gärna lyssnar under mer än några millisekunder är det sinuseffekten som är den intressanta. Eftersom nu watten har blivit så viktiga läggs mycket jobb på att få upp siffrorna vilket görs i laboratoriemiljöer som är långt ifrån verkligheten. T.ex. kan en effekttålighet på 100W sinus innebära en kontinuerlig körning med en viss frekvens från en extremt ren förstärkare, något som också det är långt ifrån verkligheten. Oavsett vad ger effekttåligheten en hum om hur högt högtalaren kan spela, men man bör ställa detta i relation till känsligheten och inte minst i hur mycket effekt en förstärkare orkar lämna. Är syftet att få mycket ljud är det sämre att köpa en högtalare med 300W kontinuerlig effekttålighet och känsligheten 90db/w än en högtalare på 200W med 96db/w om din förstärkare ändå inte levererar mer än 100W.
Som tidigare nämndes är det också endast när talspolen ligger i magnetgapet som man får någon effekt av den ström som skickas in. Har man en väldigt lång slaglängd, men ett litet magnetgap kan man skapa en högtalare på 1 000W där alla watt över 50W i princip är meningslösa eftersom talspolen ändå jobbar  långt utanför magneten och därför inte bidrar med mer ljud.
I 9 av 10 fall när en högtalare går sönder så beror det inte på för stark förstärkare utan på för liten förstärkare. När man kräver att en förstärkare ska skicka ut mer effekt än vad den egentligen kan så kommer den nämligen skicka ut distorderade(övertoner) signaler. På grund av delningsfiltrets konstruktion går dessa gärna direkt upp i diskanten som då får alldeles för mycket energi och förstörs. Tyvärr finns där ingen indikation på en förstärkare när den belastas för mycket och det är svårt för amatören att höra de distorderade signalerna. En tumregel är att en förstärkares volym bör aldrig vara på mer än hälften av max, d.v.s. volymratten ska max peka rakt upp.
I ett försök att skruva upp wattnivåerna ännu mer ramlar man ibland över måttet ”PMPO” som är riktigt lågvatten. Ett system på 400W PMPO är ungefär lika kraftigt som ett annat på 40W RMS, så akta er för PMPO.

Distorsion

En högtalare som ska producera en viss frekvens får alltid övertoner. Om man skickar in t.ex. en 50hz sinusvåg så får man även toner, så kallade övertoner vid 100, 150, 200hz o.s.v. Dessa får alltså ses som ”biljud” som man egentligen inte vill ha.

Den relativa skillnaden mellan övertonerna och grundtonen kallas för harmonisk distorsion. Desto lägre distorsion desto mindre storlek på övertonerna i förhållande till grundtonen alltså får man ett renare och finare ljud. En pedagogisk förklaring är om du vill ha blå färg men någon hela tiden häller i gul färg. När mängden gul färg i förhållande till den blåa är tillräckligt liten (t.ex. en milliliter gul färg och en liter blå färg) så får vi i princip den färg vi vill ha (blå). Men om vi håller i lika mycket gul som blå så får vi något helt annat, nämligen grönt (Eller för HiFi – ett ljud vi inte vill ha).
En annan distorsion som uppstår är när många olika frekvenser spelas i samma element, vilket alltid sker. Skulle ett element spela precis alla frekvenser kommer elementet röra sig långt fram och tillbaka för basen samtidigt som den snabbt vibrerar för de mer högfrekventa signalerna. När konen rör sig mot lyssnaren (för att skapa basen) kommer då de högfrekventa tonerna att öka, medan när den rör sig från lyssnaren kommer de högfrekventa tonerna att minska. I detta hänseende är det bättre att ha många olika element där basen(lågfrekvent) återges i ett annat element än diskanten(högfrekvent).

Transientsvar

Ett transientsvar berör hur bra en snabb ljudinpuls återges. Detta kan t.ex. vara ett slag på en trumma eller anslaget på ett piano. Man brukar säga att en högtalare med många små element ger en snabbare bas, bättre talsvar, än endast en bas med lika stor totalyta. Detta menar man beror på att man lättar kan accelerera små element som även har en enskild lägre vikt än endast ett stort element. Detta är en sanning med modifikation och till sist beror det på hur vart och ett av elementen är konstruerade.

Högtalarlådor

Ett elements egenskaper styrs av var den är placerad. Om man sätter upp ett element fritt i luften och spelar på det får man ingen bra ljudåtergivning. Detta beror på att en del av ljudet ”kortsluts”. Helt enkelt dämpar ljudet som skapas på baksidan av elementet av det som skapas på framsidan. Detta undviker man genom oändliga bafflar (ett element placerad i en oändligt bred och oändligt hög vägg eller helt enkelt i vanliga högtalarlådor).
Följande konstruktioner stöter man ofta på:

-      Tryckkammare. Elementen sitter i en sluten låda. Innebär att det skapas undertryck som fort suger tillbaka basen. Man brukar säga att man får ett tightare ljud, nackdelen är att det blir svårare att producerar mycket ljud.

-      Basreflexhögtalare. Här har man gjort ett hål i högtalaren så att något undertryck inte uppstår. Ljudet blir slappare men man kan spela betydligt högre.

-      Slavbas. Egentligen en variant av basreflexlåda där man ersätter hålet i högtalaren med lätt membran utan spole som flyttar luft i ett motsatsförhållande till huvudbasen. Därigenom kommer huvudbasen att jobba mycket lättare än i en trycklåda och på ett sätt som påminner om konstruktionen av en vanlig basreflexhögtalare.

-      Hornhögtalare. Genom att bygga en låda med en invändigt trumpetliknande konstruktion kan man få ett element att låta väldigt stort i förhållande till sin storlek. En ofta väldigt uppskattad konstruktion eftersom man får lägre distorsion och tightare bas. Tyvärr är konstruktionen svårberäknad och dyr att producera.

-      Transmisisonline. Byggs ungefär som en hornhögtalare men med skillnaden att gapet inte ökar, utan det är en endast en lång slingrande kanal.

-      Oändlig baffel. När man sätter elementet i en oändlig vägg. Inga resonansfenomen kan uppstå vilket innebär att man får ett väldigt fint naturligt ljud som endast beror på elementets egenskap. En liten nackdel är att en enormt stor ”oändlig” vägg måste byggas. I verkligheten bygger man oftast väggar på några meter.

Konstorlek

Desto mer bas man vill ha desto större bör baselementet vara. Det är den totala ytan på alla baselement som är det intressanta och inte var för sig. T.ex. har två stycken 8” basar en konarea på 648cm2 medan en 10” bas har en konarea på 506cm2. Alltså borde de två 8” basarna kunna generera mer bas. Storleken på en bas är dock inte på något sätt en absolut sanning utan viktigt är även det man kallar för slaglängd. Desto längre ett element kan röra sig desto mer luft kan elementet flytta. Det finns t.ex. basar med 8″ element som kan spela högre än andra basar med 15″ element på grund av detta. Lite generella förslag:

-      6.5”: Litet rum och du får en vettig basåtergivning.

-      6.5”: Vanligt vardagsrum och då får du en låg basåtergivning.

-      8”: Vanligt vardagsrum med en vettig basåtergivning.

-      8”: Litet rum och du får en hög baståtergivning.

-      10”: Ger hög basåtergivning även för ett medelstort vardagsrum.

-      12-15”: Är för de mindre festerna och för danslokalen

-      18”: Är för stora danslokaler och festlokaler.

Byggmaterial

Du vill ha ett resonansfritt material och bland de bästa är sten och Betong. Betonghögtalare från Svenska Rauna har blivit lite av en klassiker just på grund av detta. Nackdelen är att det är betydligt dyrare att bygga. Vanligast är att bygga med vanlig spånplatta, men något bättre är MDF. Vill man bygga en riktigt bra högtalare själv väljer man MDF och bygger högtalaren med en yttre och inre vägg som separeras med väggar. Hålrummet fylls med sand som är väldigt bra på att ta upp resonanser genom dess friktion sandkornen emellan.

Delningsfilter

Som nämnts tidigare finns det stora fördelar med att ha element inriktad på att ta olika delar av frekvensen. För att detta ska fungera måste man ha ett delningsfilter som separerar vilka frekvenser som ska gå till vilket element.

Impedans

En högtalare brukar anges ha ett visst motstånd, vanligen 4 eller 8 ohm, detta är inte ekvivalent med en viss resistans. Motståndet i en högtalare varierar med frekvensen på grund av delningsfiltrets konstruktion(som beror på en uppbyggnad av spolar och kondensatorer), medan en resistans(uppbyggt av resistorer) är ett fast motstånd som är lika stort vid 100hz som vid 10 000hz.

En kondensator ökar sitt motstånd vid lägre frekvenser och skapar dessutom en 90 graders fördröjning. Medan en spoles motstånd ökar vid högre frekvenser och skapa -90 graders fördröjning, d.v.s. ligger 90 grader före.

Branthet på delningsfilter

Man vill gärna ha en hög branthet på delningsfilter. Brantheten beskriver hur kraftig dämpningen blir. Måttet är decibel/oktav. D.v.s. hur många decibel minskar man ljudtrycket med om man dubblar frekvensen. Om man har ett element som går upp till 500z och därefter tar ett annat element vid skulle man vilja ha oändligheten i branthet. Då kommer ingenting över 500hz från det första elementet släppas vidare utan endast mellanregistret spela. Använder man en första ordningens filter med 6db/oktav innebär det att vid 1000hz spelar fortfarande det första elementet, dock med en dämpning av 6db. Ett andra ordningens filter är på 12db/oktav och ett 3dje på 18db/oktav och ett fjärde på 24db/oktav.
Tyvärr går det alltså inte att producera oändligt branta filter och allt i närheten av det skulle bli extremt dyrt samtidigt som man får bieffekter som är dåliga. T.ex. med ett fjärde ordningens filter så har man mycket dåligt transientsvar och en dålig fasgång.

Läs även om högtalarelement

Annonser

2 kommentarer

  1. The authoritative point of view, cognitively..

Kommentera


4 * six =