En høyttaler er et mekanisk system, en såkalt dynamisk transducer, som omdanner elektrisk energi til lydenergi (bevegelsesenergi). I prinsippet er den det stikk motsatte av en mikrofon. Høyttaleren setter luften i sving og skaper lydbølger som ørene dine fanger opp. Den ideelle høyttaleren omdanner det elektriske signalet til lyd så presist som overhodet mulig.
Høyttalere kommer i alle størrelser, former og farger. Men hvordan klarer de egentlig å forvandle elektrisk strøm til livlig musikk i dine ører? Vi gir deg en grunnleggende innføring i høyttalere i teori og praksis.
Lyd er bølger av energi
Lyd er et generelt uttrykk for akustiske svingninger. Disse akustiske svingningene – frekvensene – måles i Hertz (svingninger pr. sekund, forkortes Hz). Det menneskelige øret til en nyfødt kan fange opp lyder fra cirka 20 til 20.000 Hz, ofte kalt ”det hørbare området”. Evnen til å høre de høyeste diskantlydene svekkes naturlig med alderen, omtrent som evnen til å se skarpt på kort avstand. Mange dyr kan oppfatte både lavere og langt høyere frekvenser, velkjente eksempler er hunder og flaggermus.
Frekvenser over 20.000 Hz kalles ultralyd, og under 20 Hz kalles de infralyd. Basstoner og dype, buldrende lyder ligger i området 20-200 Hz, mens høyfrekvente lyder (diskant, f.eks. cymbaler og s-lyder) ligger i området mellem cirka 2.000 og 20.000 Hz (2 kHz-20 kHz, kilohertz). Mellom de høyfrekvente og lavfrekvente lydene finner du mellomtonen der vanlig tale hører hjemme. Det er også det området der det menneskelige øret er mest følsomt.
Høyttaleren forvandler strøm til bevegelse
Høyttaleren er den enheten som gjør om de elektriske svingningene fra lydanlegget til lydbølger i luften. Når høyttaleren blir forsynt med et elektrisk lydsignal, ledes dette inn i den såkalte svingspolen, som er plassert inni en kraftig magnet og er festet til selve høyttalermembranen. Svingspolens og magnetens magnetfelter påvirker hverandre og får høyttalermembranen til bevege seg i takt med det elektriske signalet. Dermed skapes det vibrasjoner i luften som fanges opp av trommehinnene dine i form av musikk.
Hi-fi-høyttaleren – en presis lydgjengiver
Høyttalere finnes i utallige størrelser, typer og materialer og til bruk innenfor mange forskjellige frekvensområder og sammenhenger. Den mest brukte høyttalertypen er den dynamiske ”Moving Coil”-høyttaleren, som er illustrert her. Høyttalere til hi-fi er typisk utstyrt med to eller flere høyttalerelementer for å kunne gjengi alle frekvenser presist. I små bordradioer, TV-er og lignende nøyer man seg ofte med ett lite fulltoneelement.
Seriøse høyttalerprodusenter innenfor hi-fi satser typisk på å produsere høyttalere som gjengir inngangssignalet så presist som overhodet mulig, gjerne ved alle lydstyrker og med en jevn spredning av lyden.
Dype og høye frekvenser sprer seg forskjellig
En av grunnene til å bruke flere elementer i en høyttaler er å sikre en god spredning av lyden over hele frekvensområdet. Lyden blir mer retningsbestemt jo høyere frekvensene blir, og derfor bruker man vanligvis høyttalerelementer som er tilpasset et spesifikt frekvensområde. Dermed kan man oppnå en jevn spredning av lyden og samtidig gjengi lyden nøyaktig. Eksempler på dette er DALIs hybriddiskanter og B&Ws FST-mellomtoner.
Høye frekvenser er veldig retningsbestemte, mens lave frekvenser har store bølgelengder som lett beveger seg gjennom forskjellige materialer. Det er blant annet derfor du har lettest for å høre bassen fra naboen, mens diskanten er umulig å høre.
Plassering av høyttaleren er viktig for lyden
Plasseringen av høyttaleren i rommet har meget stor innflytelse på lydkvaliteten. Du har kanskje opplevd at du får store mengder bass hvis du setter høyttalerne dine helt inntil veggen. Det er fordi overflaten på veggene reflekterer og forsterker lyden, og dette kan ha en drastisk effekt på lydkvaliteten. Prøv selv å snakke midt i rommet, og så gjør du det samme i et hjørne. Er det forskjell på lyden?
Som nevnt er de lave frekvensene mindre retningsbestemte. Bassen stråles ut i alle retninger, mens mellomtonen og diskanten er snevrere i utstrålingen. Dette betyr at du vanligvis vil ha flere refleksjoner fra rommet i bassen, noe som kan forringe lydopplevelsen. Mellomtone og diskant kan likevel også reflekteres, spesielt fra harde flater som tregulv, fliser eller tomme vegger.
Alle disse refleksjonene kan ødelegge høyttalerens timing, dybde og definisjon, noe man naturligvis helst vil unngå. Det er derfor man demper vegger og tak med lydabsorberende materialer i lydstudioer og kinoer. Da unngår man nemlig at refleksjonene fra rommet degraderer lyden fra høyttalerne.
En god plassering av høyttalerne vil typisk være med god avstand til bak- og sidevegger for å redusere refleksjonene i rommet. Noen høyttalere kan også med fordel vinkles inn mot lytteposisjonen, slik at man kan oppnå en jevnere frekvensrespons, bedre stereoperspektiv og færre tidlige refleksjoner fra sideveggene.
Alle rom har ulik akustikk, så det finnes dessverre ikke en fasit på hvor du bør plassere høyttalerne. Men du bør alltid ta deg tid til å lytte etter hvor høyttaleren låter best i rommet. Vi anbefaler også sterkt at du sjekker produsentens anbefalinger når det gjelder plassering og oppsett.
Hvis høyttalerne står i en hylle eller henger på veggen, er det mest optimalt å plassere dem i ørehøyde eller å vinkle dem inn mot lytteposisjonen. På den måten får man mest mulig ut av høyttalerne.
Høyttalerelementene – fra bunn til topp
De fleste høyttalere er utstyrt med to eller flere elementer for å dekke hele frekvensspekteret så nøyaktig som mulig. Elementene er vanligvis én av tre typer: bass, mellomtone eller diskant.
Arbeidsforholdene for de ulike typene elementer varierer avhengig av hvor de skal brukes. Man bruker for eksempel ikke et dedikert mellomtoneelement i en 2-veis høyttaler. Her ivaretas mellomtoneområdet av basselementet, mens man i en 3-veis konstruksjon har et eget element til dette området. Noen høyttalere har bare ett element som tar seg av hele frekvensområdet, derav navnet ”fulltoneelement”. Andre konstruksjoner har fire eller flere elementer, typisk for å gi en bedre spredning av lyden eller for å oppnå et høyere maksimalt lydtrykk.
“Et lite fun-fact er at de engelske betegnelsene ”woofer” og ”tweeter” faktisk er inspirert av dyreverdenen. Wooferen (bassen) refererer til hundens ”WOOF!”, mens tweeteren (diskanten) refererer til fuglens ”tweet, tweet”.
Subwooferen – en hilsen fra dypet
Subwooferen er en spesialhøyttaler som utelukkende tar seg av de aller dypeste frekvensene i det hørbare spekteret, typisk fra 200 Hz og ned for vanlige hjemmesystemer. Man vil vanligvis stille inn subwooferen til å ta over i det området der det primære basselementet (wooferen) mister pusten. Derav navnet subwoofer – den spiller ”under” wooferen.
Siden subwooferen bare skal håndtere et forholdsvis smalt område av frekvensspekteret, er den vanligvis en ganske enkel konstruksjon med én basshøyttaler i et kompakt kabinett. Noen modeller har to elementer, og det finnes også andre varianter. Det krever mye kraft og effekt å få et basselement til å spille dyp bass i et lite kabinett. Derfor er subwoofer-elementer veldig kraftig bygget, og subwooferen har vanligvis sin egen kraftige, innebygde forsterker med equalizer for å ha nok strøm til å gjengi selv de laveste frekvensene. Dette kalles en aktiv subwoofer.
Subwooferen er vanligst i hjemmekinosystemer, siden flerkanals filmlyd har et dedikert lydspor til bassen. Men den brukes også ofte i stereosystemer – vanligvis for å gi små høyttalere hjelp i den dype bassen. Subwooferen plasseres gjerne i et hjørne eller tett på veggen for å unngå resonanser og stående bølger fra rommet.
Basselementet – den seige arbeidshesten
Basselementet skal på samme måte som subwooferen gjengi de dypeste frekvensene i lydsignalet. Likevel går det høyere opp i frekvens enn subwooferen, siden det ikke er laget utelukkende for sub-bass, men for å dekke et bredere frekvensområde. Avhengig av størrelsen og typen ligger frekvensområdet for et basselement mellom ca 30 og 600 Hz før mellomtonen tar over.
I treveishøyttalere og større tar basselementet seg av kun de lave frekvensene, mens elementet i en toveiskonstruksjon også spiller mellomtone (dette kalles et bass/mellomtone-element). Et slikt element dekker vanligvis området fra omtrent 40 Hz til 4-5 kHz. Dette lar seg gjøre ved hjelp av et diskantelement som kan gå tilstrekkelig langt ned i frekvens til å avlaste basselementet slik at mellomtonen gjengis på riktig måte.
Et typisk basselement er større enn en mellomtone, siden bassen har en lengre bølgelengde og krever mer energi. Det må enkelt fortalt flyttes mer luft om gangen, og det kreves derfor et større membranareal og en større slaglengde på selve membranen.
Mellomtonen – stemmen i midten
Mellomtonen er det elementet som gjengir registeret mellom bassen og diskanten, typisk mellom 300 og 5000 Hz. Det er i mellomtonen at stemmer og instrumenter som f.eks. gitar, fiolin, skarptromme, cello og trompet har sine primære grunntoner.
Det er også i mellomtoneområdet at det menneskelige øret lettest oppfatter forvrengning og avvik fra den naturlige gjengivelsen. Derfor benytter man ofte et dedikert element som er utviklet for å utelukkende spille mellomtone med meget lav forvrengning. Et eksempel er B&Ws unike, ”kantløse” FST-element som du ser her.
Diskanten – luft og detaljer
Diskanten tar seg av de høyeste frekvensene i lydsignalet fra omkring 2 kHz til 20 kHz, og i de fleste tilfeller vesentlig høyere. I ekstreme tilfeller helt opp til rundt 70 kHz, som i B&Ws kostbare Diamond-diskanter. De mest brukte diskanttypene er domediskanter, der membranen er laget av enten et flettet materiale (soft-dome), som i DALIs høyttalere, eller av metall, som i mange B&W-modeller.
Oppbrytning og forvrengning – den rene lydens fiender
En domediskant skal ideelt fungere som et perfekt stempel som beveger seg frem og tilbake i sin helhet. Når elementet ikke lenger kan holde på formen sin, begynner det å bryte opp (flekse og bøye seg). Da har man nådd oppbrytningsfrekvensen til elementet, og dette skaper masse forvrengning, spesielt hvis oppbrytningen skjer tett på det hørbare området, dvs. i området 20 kHz-30 kHz.
Produsentene bruker mange forskjellige metoder for å forhindre oppbrytning. Noen domediskanter er spesielt avstivet (som B&W 600 S2-serie) eller er laget av eksotiske materialer som titan, beryllium eller diamant (som i B&Ws 800 D3-serie). Alt sammen for å flytte denne oppbrytningen og forvrengningen langt vekk fra det hørbare området og dermed oppnå en renere, mer presis og uforvrengt diskantgjengivelse.
En annen løsning, som f.eks. DALI benytter seg av, er hybriddiskanter, som består av en softdome i samspill med en bånddiskant. Bånddiskanten har den fordelen at den er uhyre lett å drive og er meget responsiv på svake signaler. Den kan også svinge meget raskt uten å forvrenge, og den beholder en stor spredning av lyden, selv om frekvensen stiger.
Nettopp spredningen av lyden er problematisk for en domediskant, fordi spredningen desverre blir dårligere i takt med at frekvensen stiger. Til gjengeld kan domediskanten typisk spille dypere ned i frekvensområdet enn en bånddiskant. Hybriddiskanter gir en lang rekke av fordelene fra begge verdener, men den samlede konstruksjonen blir naturligvis også mer kompleks enn med ett enkelt element.
Fulltone- og coaxiale elementer
Fulltoneelementer er designet for å dekke hele frekvensspekteret uten hjelp fra andre elementer. Disse elementene brukes ofte i små bordradioer eller TV-er, men er også meget populære blant noen hi-fi-entusiaster. Disse elementene kan fungere helt uten delefilter, men de er typisk svært små for å kunne spille diskant også, og dermed har de samtidig vanskelig for å spille dypbass og spille svært høyt.
Noen mener at man ved å unngå delefilteret kan få en mer dynamisk, homogen og uforvrengt lyd med denne typen elementer, samtidig som timing/fase blir lettere å kontrollere når det bare er ett element å ta hensyn til. Det finnes en lang rekke varianter av såkalte coaxial-konstruksjoner der bass, mellomtone og diskant på forskjellig vis er bygget sammen i ett element som kan ta seg av hele frekvensområdet. Disse høyttalerne finner du for eksempel innen den profesjonelle lydverdenen og bilstereo, men det blir for mye å gå inn på her.
Delefilteret fordeler lydsignalet
Delefilteret er den komponenten i høyttaleren som deler opp signalet fra forsterkeren og sender det ut til de enkelte høyttalerelementene. De dype frekvensene blir sendt til basselementet, de høye til diskanten, og så videre. Elementene er vanligvis begrenset til å spille innenfor et bestemt frekvensområde, og delefilteret sikrer at de ulike elementene bare får nøyaktig det frekvensområdet som er tiltenkt elementet. Resten blir filtrert bort, slik at elementene spiller optimalt.
Delefilteret består vanligvis av tre typer elektriske komponenter: spoler, kondensatorer og motstander. Spolen (L) lar de lave frekvensene passere og blokker høye frekvenser. Kondensatoren (C) lar de høye frekvensene passere og blokkerer lave frekvenser. Motstander (R) brukes til å styre impedansen (vekselstrømsmotstanden) og dempe signalet. Kombinasjonen av de forskjellige komponentene og deres innbyrdes verdier og typer utgjør delefilteret.
Det er en vitenskap i seg selv å utvikle et delefilter, siden både innbyrdes verdier, høyttalerelementene og til og med høyttalerkabelen påvirker filtreringen.
Kabinettet
I de aller fleste høyttalere er høyttalerelementene montert i et kabinett. I tillegg til å holde fast elementene og plassere dem i forhold til hverandre skal kabinettet også forhindre den utstrålede lyden fra baksiden av høyttalerelementene i å blande seg med lyden som stråles fremover. Dette kan nemlig føre til utfasing og dermed en drastisk negativ påvirkning av lydstyrken og kvaliteten på de lave frekvensene.
Lukket og bassrefleks – fordeler og ulemper
Det finnes mange former for høyttalerkabinetter. De mest brukte innen hi-fi er lukkede kabinetter og bassrefleks-konstruksjoner.
Det lukkede kabinettet er lett å konstruere og har den fordelen at avrullingen i bassområdet er nogenlunde omvendt proposjonal med bassforsterkningen i mange lytterum. Derfor kan man ofte få et lukket kabinet til å spille ordentlig godt når det er plassert helt inntil veggen, og man kan få små høyttalere til å spille bass selv om kabinettet er lite. Impulsresponsen i et lukket kabinett er vanligvis også veldig god. Minussiden er at en lukket konstruksjon ofte er lite effektiv og krever mer effekt fra forsterkeren.
I bassreflekskabinettet har man montert en port eller et rør i kassen sammen med elementene. Porten er avstemt – ”tunet” – til å resonnere ved en bestemt frekvens. På denne måten kan man få porten til å ”synge med” og enten forsterke et bestemt område i bassen eller hjelpe høyttaleren med å få en bedre bassrespons.
Porten kan også bidra til å avstemme elementene til kabinettet. Dette er en mer effektiv måte å konstruere et kabinett på og er også den mest brukte metoden. Bassrefleks har likevel den ulempen at hvis portens resonansfrekvens ligger tett på rommets, kan man få en kraftig og ukontrollert resonans som kan forringe lyden.
En annen ulempe med bassrefleks er at man ved høye lydtrykk kan få såkalt portstøy fra den passerende luftstrømmen i bassrefleksporten, nesten som når man blåser over en flaskehals. For å eliminere portstøy har B&W utviklet sin egen Flowport-teknologi som minsker luftmotstanden i porten og dermed skaper mindre turbulens.