En højtaler er et mekanisk system, en såkaldt dynamisk transducer, som omdanner elektrisk energi til lydenergi (bevægelig energi). I princippet det direkte modsatte af en mikrofon. Højtaleren sætter luften i svingninger og skaber lydbølger, som dine ører opfanger. Den ideelle højtaler omdanner det elektriske signal til lyd så præcist, som overhovedet muligt.
Højtalere kommer i alle størrelser, former og farver. Men hvordan bærer de sig egentlig ad med at forvandle elektrisk strøm til liflig musik i dine ører? Vi giver dig en grundlæggende introduktion til højtalerens teori og praksis.
Lyd er bølger af energi
Lyd er et generelt udtryk for akustiske svingninger. Disse akustiske svingninger – frekvenser – måles i Hertz (svingninger pr. sekund, forkortes Hz), hvoraf den menneskelige hørelse for en nyfødt kan opfange området fra cirka 20-20.000 Hz, ofte kaldet ”det hørbare område”. Evnen til at høre de højeste diskanttoner svækkes naturligt med alderen, lidt ligesom evnen til at se skarpt på kort afstand. Mange dyr kan opfatte både lavere og langt højere frekvenser, velkendte eksempler er hunde og flagermus.
Frekvenser over 20.000 Hz kaldes ultralyd, under 20 Hz kaldes de infralyd. Bastoner og dybe buldrende lyde ligger i området 20-200 Hz, mens højfrekvente lyde (diskant, f.eks. bækkener og s-lyde) ligger i området mellem cirka 2.000 og 20.000 Hz (2 kHz-20 kHz, kilohertz). Imellem de højfrekvente og lavfrekvente lyde finder du mellemtonerne, hvor almindelig tale hører hjemme. Det er også det område, hvor det menneskelige øre er mest følsomt.
Højtaleren forvandler strøm til bevægelse
Højtaleren er den enhed, som omsætter de elektriske svingninger fra audiosystemet til lydbølger i luften. Når højtaleren får tilført et elektrisk audiosignal, ledes dette ind i den såkaldte svingspole, som er placeret inde i en kraftig magnet og er fastgjort til selve højtalermembranen. Svingspolens og magnetens magnetfelter påvirker hinanden og får højtalermembranen til at bevæge sig i takt til det elektriske signal. Herved skabes der vibrationer i luften, som opfanges af dine trommehinder i form af musik.
Hi-fi-højtaleren – den præcise lydgengiver
Højtalere findes i utallige størrelser, typer og materialer og til brug inden for mange forskellige frekvensområder og sammenhænge. Den mest benyttede højtalertype er den dynamiske ”Moving Coil”-højtaler, som ses herover. Højtalere til hi-fi er typisk bestykket med to eller flere enheder for at kunne gengive alle frekvenser præcist. I små bordradioer, TV og lignende nøjes man ofte med én lille fuldtone-enhed.
Seriøse højtalerproducenter inden for hi-fi går typisk efter at producere højtalere, som gengiver indgangssignalet så præcist som overhovedet muligt, gerne ved alle lydstyrker og med en jævn spredning af lyden.
Dybe og høje toner spredes forskelligt
En af grundene til at bruge flere enheder i en højtaler er at sørge for en god spredning af lyden over hele frekvensområdet. Lyden bliver mere retningsbestemt, når frekvensen stiger, og derfor bruger man typisk højtalerenheder, som er tilpasset det specifikke frekvensområde. Herved kan man opnå en jævn en spredning af lyden og samtidig gengive lyden præcist. Eksempler på dette er DALIs hybrid-diskanter og B&W’s FST-mellemtoner.
Høje toner er meget retningsbestemte, mens dybe toner (lave frekvenser) har store bølgelængder, som nemt bevæger sig gennem forskellige materialer. Det er blandt andet derfor, at du altid kun kan høre bassen fra naboen, mens diskanten er umulig at høre.
Højtalerens placering er vigtig for lyden
Højtalerens placering i rummet har meget stor indflydelse på lydkvaliteten. Du har måske oplevet, at du får rigtig meget bas, hvis du stiller dine højtalere direkte op af væggen. Det er fordi, væggenes overflader reflekterer og forstærker lyden, og dette kan have drastisk indflydelse på lydkvaliteten. Prøv selv at tale ude midt i rummet, og gør så bagefter det samme i et hjørne. Er der forskel på lyden?
Som nævnt er de dybe frekvenser mindre retningsbestemte. Bas bliver rundstrålet i alle retninger, mens mellemtone og diskant er mere direkte udstrålet. Det betyder, at du typisk vil have flere reflektioner fra rummet i basområdet, som kan forringe lydoplevelsen. Mellemtone og diskant kan dog også blive reflekteret, især fra hårde overflader som trægulve, klinker eller tomme vægge.
Alle disse refleksioner kan ødelægge højtalerens timing, dybde og definition, hvilket man naturligvis helst skal undgå. Det er derfor, at man i lydstudier og biografer polstrer vægge og lofter med lydabsorberende overflader. Så undgår man nemlig, at rummets refleksioner forringer lyden fra højtalerne.
En god placering af højtalerne vil typisk være med god afstand til bag- og sidevægge for at mindske refleksionerne i rummet. Nogle højtalere kan man endda vinkle ind mod lyttepositionen for at få en mere jævn frekvensrespons, bedre stereoperspektiv og færre tidlige refleksioner fra sidevægge.
Alle rum har forskellig akustik, så der er desværre ikke en fast opskrift på, hvor du skal placere dine højtalere. Men du bør altid tage dig tid til at lytte efter, hvor højtaleren lyder bedst i rummet. Vi anbefaler også kraftigt, at du tjekker producentens anvisninger omkring placering og opsætning.
Hvis højtalerne står i en reol eller er vægmonterede, er det mest optimalt at placere højtaleren i ørehøjde eller vinkle højtaleren mod lyttepositionen for at få mest muligt ud af højtaleren.
Højtalerenhederne – fra bund til top
De fleste højtalere er bestykket med to eller flere enheder for at dække hele frekvensspektret så præcist som muligt. Enhederne består typisk af tre typer: bas-, mellemtone- og diskantenheder.
Arbejdsbetingelserne for de forskellige typer enheder varierer efter, hvor de skal benyttes. Man bruger for eksempel ikke en dedikeret mellemtone-enhed i en 2-vejs højtaler. Her varetages mellemtoneområdet af basenheden, mens man i en 3-vejs konstruktion har en separat enhed til dette område. Nogle højtalere har kun én enhed, som tager sig af hele frekvensområdet, af denne grund kaldet en fuldtoneenhed. Andre konstruktioner har fire eller flere enheder, typisk for at give en bedre spredning af lyden eller for at opnå et højere maksimalt lydtryk.
“De engelske betegnelser ”woofer” og ”tweeter” er faktisk inspireret af dyreverdenen. Wooferen (bassen) refererer til hundens ”WOOF!”, mens tweeteren (diskanten) refererer til fuglens ”tweet, tweet”.
Subwooferen – en hilsen fra dybet
Subwooferen er en specialhøjtaler, som udelukkende skal varetage de allerdybeste frekvenser af det hørbare spektrum, typisk fra 200 Hz og ned for almindelige konsum-systemer. Man vil typisk indstille subwooferen til kun at hjælpe til i det område, hvor ens primære basenhed (woofer) mister pusten. Deraf navnet subwoofer – den spiller ”under” wooferen.
Da subwooferen kun skal håndtere et forholdsvist lille område af frekvensspektret, er det typisk en ret simpel konstruktion med en enkelt basenhed i et kompakt kabinet. Nogle modeller har dog to enheder, og der findes også andre variationer. Det kræver særdeles meget råstyrke og effekt at få en basenhed til at spille dybbas i et lille kabinet. Derfor er subwoofer-enheder meget kraftigt bygget, og subwooferen har som regel sin egen kraftige, indbyggede forstærker med equalizer for at have effekt nok til at gengive de dybeste frekvenser. Dette kaldes en aktiv subwoofer.
Subwooferen bruges typisk i hjemmebiografer, da multikanals filmlyd inkluderer et dedikeret lydspor til bassen. Men den bruges også tit i stereosystemer, som regel for at give mindre højtalere et tilskud i den dybe bas. Subwooferen placeres gerne i et hjørne eller tæt på væggen for at undgå resonanser og stående bølger fra rummet.
Basenheden – den seje arbejdshest
Basenheden skal ligesom subwooferen gengive de dybeste toner i lydsignalet. Dog går den højere op i frekvens end subwooferen, da den ikke udelukkende er designet til sub-bas, men skal dække et større frekvensområde. Alt efter størrelsen og typen ligger frekvensområdet for en basenhed mellem cirka 30-600 Hz, inden mellemtonen tager over.
I trevejs-højtalere og derover tager basenheden sig kun af de dybe frekvenser, hvor man i en tovejs-højtaler også lader basenheden spille mellemtone (kaldet en bas/mellemtone-enhed). En sådan enhed dækker typisk området fra cirka 40 Hz til 4-5 kHz. Dette kan lade sig gøre ved at benytte en diskant, som kan gå tilstrækkeligt langt ned i frekvens til at ”blande” med basenheden, så mellemtonen bliver gengivet korrekt.
Den typiske basenhed er større end mellemtonen, da bas har en længere bølgelængde og kræver mere energi. Der skal kort sagt flyttes mere luft ad gangen, og det kræver et større membranareal og en større vandring på selve membranen.
Mellemtonen – stemmen i midten
Mellemtonen er den enhed, som gengiver registeret mellem bassen og diskanten, typisk imellem 300-5000 Hz. Det er i mellemtonen, at stemmer og instrumenter som f.eks. guitar, violin, lilletromme, cello og trompet har deres primære grundtoner.
Det er i mellemtoneområdet, at det menneskelige øre lettest opfatter forvrængning og afvigelser fra den naturlige gengivelse. Derfor benytter man ofte en dedikeret enhed, som er udviklet til udelukkende at spille mellemtone med meget lav forvrængning. Et eksempel er B&W’s unikke, ”kantløse” FST-enhed, som du ser her.
Diskanten – luft og detaljer
Diskanten tager sig af de højeste frekvenser i lydsignalet fra omkring 2 kHz til 20 kHz, i de fleste tilfælde væsentligt højere. I ekstreme tilfælde helt op til omkring 70 kHz, som i B&W’s kostbare Diamond-diskanter. De mest benyttede diskanttyper er dome-diskanter, hvor membranen er lavet enten af stof (soft-dome) som i DALIs højtalere eller af metal, som i mange B&W-modeller.
Opbrydning og forvrængning – fjender af den rene lyd
En domediskant skal ideelt fungere som et perfekt stempel, der bevæger sig frem og tilbage i sin helhed. Når enheden ikke længere kan holde sin form, begynder den at lave opbrydning (flekse og bøje). Så har man nået enhedens opbrydningsfrekvens, og dette skaber en masse forvrængning, især hvis opbrydningen sker tæt på det hørbare område, dvs. i området 20 kHz-30 kHz.
Producenterne bruger mange forskellige metoder til at forhindre opbrydning. Nogle domediskanter er specielt afstivet (som B&W 600 S2-serien) eller er lavet af eksotiske materialer som titanium, beryllium eller diamant (som i B&W’s 800 D3-serie). Altsammen for at flytte denne opbrydning og forvrængning langt væk fra det hørbare område og derved opnå en renere, mere præcis og uforvrænget diskantgengivelse.
En anden løsning, som f.eks. DALI benytter sig af, er hybrid-diskanter, som består af en softdome i sammenspil med en bånddiskant. Bånddiskanten har den fordel, at den er uhyre nem at drive og er meget responsiv på svage signaler. Den kan også svinge meget hurtigt uden at forvrænge, og den beholder en stor spredning af lyden, selvom frekvensen stiger.
Netop spredningen af lyden er problematisk for en domediskant, fordi spredningen desværre bliver dårligere i takt med, at frekvensen stiger. Til gengæld kan domediskanten typisk spille dybere ned i frekvensområdet end en bånddiskant. Hybrid-diskanter giver en lang række af fordelene fra begge typer, men den samlede konstruktion bliver naturligvis også mere kompleks end med én enkelt enhed.
Fuldtone- og coaxiale enheder
Fuldtone-enheder er designet til at dække hele frekvensspekteret uden hjælp fra andre enheder. Disse enheder benyttes ofte i små bordradioer eller TV, men er også meget populære blandt nogle hi-fi entusiaster. Disse enheder kan fungere helt uden delefilter, dog er de typisk meget små for også at kunne spille diskant, og af denne grund har de samtidig svært ved at spille dybbas og spille rigtig højt.
Nogle mener, at man ved at undgå delefilteret kan få en mere dynamisk, homogen og uforvrænget lyd ved brug af disse typer enheder, ligesom timing/fase også bliver nemmere at styre, når der kun er én enhed at tage hensyn til. Der findes en lang række såkaldte coaxial-konstruktioner, hvor bas, mellemtone og diskant på forskellig vis er bygget sammen i én enhed, som kan varetage hele frekvensområdet. Disse høttalere finder du for eksempel inden for den professionelle lydverden og bilstereo, men det vil føre for vidt at komme ind på her.
Delefilteret fordeler lydsignalet
Delefilteret er den enhed i højtaleren, som opdeler signalet fra forstærkeren og sender det ud til de enkelte enheder. De dybe toner sendes til basenheden, de høje til diskanten osv. Enhederne er normalt begrænset til at spille et bestemt frekvensområde, og delefilteret sørger for, at de forskellige enheder kun får præcis det frekvensområde, der er tiltænkt enheden. Resten filtreres fra, så enhederne spiller optimalt.
Delefilteret består typisk af tre typer elektriske komponenter: spoler, kondensatorer og modstande. Spolen (L) lader de dybe frekvenser passere og blokerer for høje frekvenser. Kondensatoren (C) lader de høje frekvenser passere og blokerer for dybe frekvenser. Modstande (R) benyttes til at styre impedansen (vekselstrømsmodstanden) og dæmpe signalet. Kombinationen af de forskellige komponenter og deres indbyrdes værdier og typer udgør delefilteret.
Det er en videnskab i sig selv at udvikle et delefilter, da både de indbyrdes værdier, højtalerenhederne og selv højtalerkabler har indflydelse på filterets virkning.
Kabinettet
I langt de fleste højtalere er højtalerenhederne monteret i et kabinet. Ud over at holde enhederne fast og placere dem i forhold til hinanden, skal kabinettet også forhindre den udstrålede lyd fra bagsiden af højtalerenhederne i at blande sig med den lyd, der bliver strålet fremad. Dette kan nemlig betyde udfasning og dermed en drastisk negativ påvirkning af lydstyrken og kvaliteten af de nedre frekvenser.
Dæmpning og udformning
Lydtrykket er lige så højt inde i højtalerkabinettet som udenfor, og meget af denne indvendige lyd bliver reflekteret inde i kassen. Dette kan medføre, at kabinettet ”synger med” og forvrænger lyden. Den reflekterede lyd kan også blive udstrålet tilbage ud igennem højtalermembranen, hvilket i høj grad kan forvrænge lyden.
Al denne forvrængning kan reduceres ved at dæmpe indersiden af kabinettet med skum eller andet lydabsorberende materiale. Man kan også på forskellig vis afstive og udforme kabinettet i specielle former, som reducerer interne reflektioner. Dette ser du f.eks. på nogle af B&W’s store modeller:
Lukket og basrefleks – fordele og ulemper
Der findes mange former for højtalerkabinetter. De mest brugte inden for hi-fi er lukkede kabinetter og basrefleks-konstruktioner.
Det lukkede kabinet er nemt at konstruere og har den fordel, at afrulningen i basområdet er nogenlunde den omvendte kurve i forhold til det boost, som mange lytterum giver i basområdet. Derfor kan man ofte få et lukket kabinet til at spille rigtig godt placeret helt op ad væggen, og man kan få små højtalere til at spille bas, selvom kabinettet er lille. Impulsresponsen i et lukket kabinet er typisk også rigtig god. På minussiden er en lukket konstruktion ofte ret ineffektiv og kræver mere effekt fra forstærkeren.
I basrefleks-kabinettet har man monteret en port eller et rør i kassen sammen med enhederne. Porten er afstemt – ”tunet” – til at resonere ved en bestemt frekvens. På denne måde kan man få porten til at ”synge med” og enten booste et bestemt område i bassen eller hjælpe højtaleren med at få en bedre basrespons.
Porten kan også hjælpe med at afstemme enhederne til kabinettet. Dette er en mere effektiv måde at lave et kabinet på og er også den mest benyttede metode. Basrefleks har dog den ulempe, at hvis portens resonansfrekvens ligger tæt på rummets, kan man få en kraftig og ukontrollabel resonans, som kan forringe lyden.
En anden ulempe ved basrefleks er, at man ved høje lydtryk kan få såkaldt portstøj fra den passerende luftstrøm i basrefleksporten, lidt som når du puster hen over en flaskehals. For at eliminere portstøj har B&W udviklet deres Flowport-teknologi, som mindsker luftmodstanden i porten og derved skaber mindre turbulens.