Her er du: Indsigtsartikler - Tidsforvrængning? 22. juli 2017 | 06:36   
Redaktionelt
Forsiden
Nyheder
Anmeldelser
Indsigtsartikler
Besøgsartikler
Arrangementer
Interaktivt
Køb, Salg & Bytte
Tilbudsavisen
Debat Forum
Services
Kontakt
Søgning


Tidsforvrængning?
Af: Lars Boman  [07.03.2011] Print artikel
For at en højttaler kan gengive det indspillede signal nøjagtigt, er det ikke nok med en ret frekvensgang. Faseforløbet og afstanden fra lyttepositionen til de enkelte højttalerenheders akustiske centrum betyder også noget.

Ganske vist er der lavet adskillige lyttetest, der påviser at det menneskelige øre ikke kan opfatte fasefejl, og konkluderer derfor, at fasefejl ikke betyder noget for lydgengivelsen. Det er jeg ikke enig i, og nyere undersøgelser indikerer, at måske er fasefejl hørbare. 
 
Derudover er der andre fænomener i tidsdomænet, som kan påvirke det gengivne signal.

Hvad betyder fase/tidsfejl for gengivelsen? Det betyder, at dele af lyden er forsinket i forhold til andre, fx. at en impuls ikke bliver gengivet præcist, det bliver ”tværet ud” i tidsdomænet.

Disse fejl foretrækker jeg at kalde tidsforvrængning, der sker jo en forvrængning af signalet i tidsdomænet.

På almindelige højttalere bliver signalet som regel gengivet pænt  – når det er ”svinget ind”, men når det ændrer sig, og det gør musik hele tiden, sker der tidsforvrængning. For at illustrere hvordan en tidsforvrængning kan se ud, kan man benytte et stepresponse.

Et stepresponse viser, hvordan højttaleren reagerer når signalet momentant ændrer sig fra værdien 0 til værdien 1 (fra et dc niveau til et andet), et sådan signal indeholder alle frekvenser, dvs. for at kunne gengive det korrekt, skal højttaleren kunne gengive alle frekvenser (inklusiv dc) uden fasefejl.

Hvis højttaleren var perfekt, ville responsen se sådan ud:

Herunder viser jeg det målte stepresponse af Mach1 DM-10 Signature højttaler, målt af Stereophile i 2004. Den fik fremragende kritik (www.stereophile.com/floorloudspeakers/194mach/index.html), især dens evne til at gengive musik naturligt blev fremhævet, et sæt kostede ca. $10.000. Når jeg har valgt den, er det fordi målingerne er tilgængelige, og viser en typisk 3-vejs konstruktion.

Det er temmelig langt fra et perfekt response. Først kommer lyden fra diskanten – med omvendt polaritet – dernæst lyden fra mellemtonen, og til sidst, lyden fra bashøjttaleren.

Hvordan kan det gøres bedre?

Først må man kassere de almindelige delefiltre, de såkaldte minimum fase delefiltre, det gælder hvad enten de er analoge/traditionelle eller digitale. Løsningen er faselineære digitale delefiltre.

Men det er ikke tilstrækkeligt, man skal også – digitalt – kompensere for højttalerenhedernes fasekarakteristik, og for enhedernes forskellige akustiske afstand til lyttepositionen.

Da vi jo ikke har ideelle højttalerenheder, vil vi aldrig kunne gengive et stepresponse perfekt. Fx vil vil aldrig kunne holde niveauet på 1 i ret lang tid, da det kræver, at højttaleren kan gengive 0 Hz, altså kunne ændre barometerstanden i rummet.

Herunder et stepresponse fra mit system:

Det er tydeligt at se, at tidsforvrængningen er væsentlig reduceret.

Men udover delefilter, fasefejl og delay mellem enhederne, er der andre fænomener der giver/kan give tidsforvrængning.

Der er højttalerenhederne og kabinettet.

Dynamiske højttalerenheders frekvensrespons kan normalt opdeles i tre områder, resonansområdet, stempelområdet og opbrydningsområdet.

I resonansområdet – området omkring enhedens egenresonans -  bevæger membranen sig som et stempel, og frekvens/fasegang er – som i andre svingende systemer – er bestemt af masse, fjeder og dæmpning.

I stempelområdet bevæger membranen sig som et stempel, med en flad frekvensgang.

Når frekvensen stiger bryder kantophænget op (tit omkring 1000 Hz), dvs det begynder at svinge i forhold til membranen. Det kan dæmpes på forskellige måder, men ikke fjernes. Ved frekvenser derover begynder selve membranen at bryde op, hvilken giver en ujævn frekvensgang. Afhængig af membranmateriale og dæmpning, samt konstruktørens dygtighed/held/budget, kan denne være mere eller mindre ujævn. Men i praksis er der også tale om et resonansområde.

Når vi taler om tidsforvrængning, kan vi ikke lide resonanser. Resonanser er oplagring af energi, som ”klinger ud”, mere eller mindre hurtigt, afhængig af dæmpningen.

En målemetoder der kan afsløre det, er et såkaldt Waterfall plot. Bagerst ser man frekvensresponse med konstant signal. Ved tiden 0 bliver signalet stoppet, og plottet viser, hvordan lyden stopper/klinger ud.

En perfekt højttaler vil have er flad frekvensresponse, og alle frekvenser vil falde hurtigt til 0, når signalet stopper. ”Højderygge” vil afsløre eventuelle resonanser, og deres oplagrede energi.

Her er et eksempel på en højttaler med to fremtrædende højderygge:

Kabinettet kan giver tidsforvrængning på flere forskellige måder.

Kabinettets vægge kan bidrage med resonanssvingninger, exciteret af højttalerenhederne/lydtrykket i kabinettet. Se nedenstående waterfall plot, målt med accelerometer på kabinettet.



 

En anden form for tidsforvrængning er, at det meget høje lydtryk inde i kabinettet, transmitteres gennem højttalermembranen og ”blander sig” i den ønskede lyd fra forsiden af membranen.

Det er svært at måle, men let at høre. Jo større kabinettet er, jo lavere lydtryk inde i kabinettet og dermed renere lyd. Faktisk burde kabinettet være uendelig stort!

Da det er svært at lave i praksis, er det næstbedste et åbent kabinet. Et åbent kabinet sender den uønskede lyd bagud, hvor den bliver reflekteret fra bagvæggen. Men hvis bagvæggen er tilstrækkelig langt bagved, bliver refleksionerne forsinket så meget, at øret kan skelne mellem den direkte lyd og refleksionerne, og de blander sig med de øvrige refleksioner fra rummet. En tommelfingerregel siger minimum 1 m.

Jeg er så heldig at have et lytterum, hvor jeg har ca. 2.5 m til bagvæggen, men skal vi optimere lyden, må vi prøve at absorbere så meget af den bagudstrålende lyd som muligt. Jeg anvender passende mængder mineraluld mm. i forsøget derpå.

Et basreflekskabinet giver yderligere to bidrag til tidsforvrængning. Først selve bassen fra porten, som er forsinket en periode i forhold til lyden fra forsiden af membranen. Hvis porten er afstemt til 50 Hz og man spiller med en grundtone på 50 Hz, vil 2. og højere harmoniske ankomme til lyttepositionen ”til tiden” mens grundtonen vil være forsinket med 20 ms. Når tonen stopper vil først de harmoniske stoppe, og 20 ms senere grundtonen. Basreflekssystemet er et resonanssystem med en fjeder (luften i kabinettet) og en masse (massen af luften i røret) og ikke megen dæmpning.

Basreflekssystemet er velegnet til at levere høje lydtryk ved lave frekvenser, men har problemer med at stoppe, når signalet gør det. Et andet overset fænomen er, at udover den ønskede bas vil det høje lydtryk ved højere frekvenser inde i kabinettet transmitteres gennem porten, og ”blande” sig i lyden.

Almindelige højttalere lider i større og mindre grad af tidsforvrængning, dvs. de ude af stand til at gengive musikinstrumenter, som de virkeligt lyder. Det er pærenemt, at høre forskel på et akustisk instrument, og en højttalergengivelse af det. For at kompensere for det, benytter pladestudierne, højttalerkonstruktørerne og hifi-entusiasterne forskellige kneb. Pladestudierne anvender nærmikrofonoptagelser, hvor lyden er helt anderledes end i almindelig lytteafstand, der anvendes også en del tonekontroller. Begge dele giver overtonerne større vægt end grundtonerne, hvorfor ”lydbilledet” på en almindelig højttaler bliver mere ”opløst”, altså et forsøg på at komme tættere på lyden af rigtige instrumenter. Højttalerkonstruktørerne (og højttalerkøberne) nedprioriterer grund/mellemtoneområdet for at opnå ”større opløsning”. Hifi- entusiaster køber rørforstærkere, der genererer ørevenlig lige harmonisk forvrængning, som giver ”større opløsning”.  

Hvad sker der, hvis vi mindsker/fjerner tidsforvrængningen? Er det ulejligheden værd, eller er det ”at skyde gråspurve med kanoner”? 

Hvordan lyder et system med lav tidsforvrængning?

Det lyder RENT, og man kan høre detaljer i musikken, man aldrig har hørt før. Man behøver ikke at spille højt for at ”høre” transienterne (men det er svært at lade være).

Det hele lyder mere naturligt, man kan gengive en violin og andre akustiske instrumenter meget tættere på virkeligheden end med normale højttalere.

Jeg vil vove den påstand, at normale højttalere er ude af stand til at gengive en violin på tilfredsstillende måde. Alle de lækre lyde/detaljer bliver tidsforvrænget bort. 

Hvad så med den manipulation der er på optagelserne, med nærmikrofonoptagelser, og med tonekontroller? Den er jo overflødig, når tidsforvrængningen er lav.

Det har taget mig nogen tid at finde er acceptabel løsning på det, men løsningen er ret enkel.

Grundtoneområdet skal være er anelse højere en resten af mellemtonen, og så skal der være et passende fald mod højere frekvenser, svarende til den naturlige afstandsdæmpning af høje frekvenser.  

 

Andre artikler
Avanceret model for højttalere
17.06.2013
Sådan sætter du din pladespiller korrekt op!
13.02.2011
Digital DIY korrektion af højtalere
26.09.2010
Streaming Audio Media
26.01.2010
Lyd & Højttalerbyg - 8. del
29.03.2009
Nye Besøgsartikler
Hifi & Surround 2016
29.10.2016
På besøg hos fleXvoX
08.04.2016
Hifi & Surround 2015
25.10.2015
München 2015
17.05.2015
Det danske hi-fi videns-samfund
17.04.2015
Seneste Nyheder
Triangle Australe EZ
06.07.2017
Stenheim
04.07.2017
Dynavoice
29.06.2017
PS Audio Stellar
29.06.2017
SOtM SMS-200 Ultra
13.06.2017
Nye Anmeldelser
Audiovector QR 3
10.07.2017
Norma HS IPA1
19.06.2017
På med vinylen 13
22.05.2017
Dynaudio Contour 30
21.04.2017
På med vinylen 12
05.03.2017
Persondatapolitik  |  Copyright Copyright © 2017 HIFI4ALL.DK - Alle rettigheder forbeholdes