Du må udskylde, at dette bliver et langt svar - men jeg blev ligesom "grebet", da jeg først gik i gang. Min eneste "undskyldning" er, at det er mit første indlæg på sitet - så må jeg da være undskyldt....
Lyd i en højttaler opstår, fordi en masse (membranmassen) svinger i en fjeder (membranophænget), samtidig med at udsvinget efterhånden dæmpes pga. tab i højttaleren (mekaniske og elektriske tab). Men sådan et fjedersystem kender man mange steder fra - bilens afjedringssystem virker eksempelvis på samme måde.
Et af problemerne med sådan et fjedersystem er, at det har det med at svinge videre, når det skal stoppe. Hvis højttaleren er meget dæmpet (store tab svarende til at enheden har en lav Qt-værdi) stopper svingningerne hurtigt - vi siger højttaleren er veldæmpet. Omvendt hvis dæmpningen er lille - så står højttaleren og svinger længe efter påvirkningen er stoppet (høj Qt værdi). Det er ikke så forskelligt fra en 2CV - den gynger også lidt rigeligt, i forhold til en sportsvogn med et "stramt" affjedringssystem.
Hvis man nu stopper højttalerenheden i et lukket kabinet, vil der dels ske det, at det samlede højttalersystem får en egenresonansfrekvens der er højere end enhedens egenresonansfrekvens (den frekvens, hvor enheden ville være lettest at få til at svinge, hvis der ikke var tab/dæmpning). Men hvad måske ikke så mange ved er, at systemets Qt værdi også øges - der vil altså være en tendens til, at det er sværere at stoppe bevægelserne i højttalersystemet igen. Jo mindre kabinettet er, jo mere øges Qt-værdien, så et større kabinet tilbyder både mulighed for dybere bas, men også en mere velkontrolleret bas. Hvis kabinettes volumen eksempelvis er 1/3-del af enhedens ækvivalente volumen (VAS-værdien), øges enhedens Qt-værdi til det dobbelte i kabinettet.
Egentligt er det jo lidt mærkeligt, at man kan tale om en enheds VAS-værdi. Men det skyldes, at når man regner på sådan nogle "fjedersystemer" (eller resonanssystemer, som fagfolk måske hellere vil kalde det), kan man omregne mekaniske systemer til elektriske og omvendt. VAS-værdien er et eksempel på sådan en omregning. Men det er ikke det eneste der er lidt mystisk ved sådan nogle resonanssystemer....
Det at systemets Qt værdi ændrer sig, kan ses på højttalerens frekvensgang. En frekvensgang der i begyndelsen "ruller langsomt af" (altså, hvor frekvensgangen i starten dykker langsomt) har en lav Qt-værdi. Hvis der derimod er en forøgelse af lydstyrken, lige inden frekvensgangen begynder at falde, er det et sikkert tegn på, at det lukkede højttalersystem har en høj Qt-værdi. Man kan altså "oversætte" frekvensgangen for sådan et lukket højttalersystem til en beskrivelse af, hvor god højttaleren er til at stoppe lyden igen. Her er nogle tip:
Qt = 0.707 Dette giver den mest "flade" frekvensgang - højttalerens frekvensgang er lineær ("lige"), indtil den ret hurtigt begynder at falde af med 12 dB/oktav. En sådan højttaler har en relativt god impulsgengivelse (en lille "gruppeforsinkelse"), dvs. det er ret veldæmpet. Mange af de bedre lukkede højttalersystemer tilstræber et Qt på ca 0.7 - teknisk kalder man denne frekvensgang et Anden Ordens Butterworth filter (Butterworth siger det er en maksimalt flad frekvensgang, Anden Ordens siger frekvenskurven falder med 12 dB/oktav ved lave frekvenser).
Qt = 0.5 Dette giver den bedste impulsgengivelse. Men frekvensgangen er begyndt at falde svagt, før faldet tager fart omkring systemets resonansfrekvens. Der er altså ikke så højt basniveau omkring resonansfrekvensen, som ved Qt=0.707 - frekvensgangen er ikke nær så "flad". Til gengæld giver dette filtersystem den bedste impulsgengivelse. Man kalder denne frekvensgang for et Anden Ordens Bessel filter (ligesom Butterworth altid betyder mest "flade" frekvensgang, giver Bessel filteret altid bedst impulsgengivelse, eller mindst gruppeforsinkelse). Nogle High-End lukkede højttalersystemer har et Qt på ca. 0.5 - korrekt impulsgengivelse er altså prioriteret fremfor flad frekvensgang.
Qt > 0.707 Her kommer der en bashævning før højttaleren begynder at falde af. Dette benyttes i en del billigere højttalersystemer, fordi det lyder imponerende med den kraftigere bas. Prisen er en dårligere impulsgengivelse - i længden bliver de fleste sikkert trætte af det, hvis Qt værdien ligger for højt. En Qt værdi over 1 lyder efter min ringe mening ikke godt!
Qt < 0.5 Her er systemet overdæmpet. Bassen ruller alt for tidligt af, og impulsgengivelsen er alligevel dårligere end ved Bessel frekvensgangen (Qt = 0.5). Problemet med impulsgengivelsen er ikke længere, at højttaleren ikke vil holde op med at spille, men at den ikke er til at "sparke igang". Det er meget svært at forestille sig, hvilke fordele man skulle opnå ved at vælge et Qt under 0.5 i en lukket højttaler.
Basreflekshøjttalere: En mekanisk analogi til et basreflekssystem kunne være to fjedersystemer sat efter hinanden. Hvis man sætter det "øverste" fjerdersystem i bevægelse, vil bevægelsen forplante sig ned i det nederste fjedersystem. Designet rigtigt, kan man opnår at fjedersystemet opfører sig bedre overfor bestemte påvirkninger - men det tager tid for bevægelsen at forplante sig det til nederste fjedersystem - systemet bliver sværere at stoppe. Så man kan allerede fornemme, at basreflekssystemer har sværere ved at stoppe igen - de har større gruppeforsinkelse og dårligere impulsgengivelse.
Fordelen ved et basreflekssystem er, at man kan få porten til at "svinge" med - man kan altså få et højere lydtryk ved nogle dybere frekvenser. Men der er nu to, i stedet for en, resonansfrekvenser - en for enheden i kabinettet og en for porten i kabinettet med højttaleren. Så når frekvensgangen begynder at falde, sker det hurtigere, fordi der nu er to systemer der er kommet under deres resonansfrekvens - nu falder frekvensgangen ved lave frekvenser med 24 dB/oktav.
Vi kan altså forstå basreflekshøjttalerens frekvensgang på to måder - den ene er, at først skal enheden stoppe/starte - bagefter skal det forplante sig til porten der også skal stoppe/starte. Det tager længere tid (læs: dårligere impulsgengivelse/større gruppeforsinkelse). Den anden måde at forstå det på, er at se på det med de filterteoretiske øjne - et 24 dB/oktav filter er stejlere end et 12 dB/oktav filter, og stejlere ændringer i frekvensgangen betyder større gruppehastighedsforskelle => dårligere impulsgengivelse.
Man kan naturligvis også lave forskellige 4. Ordens filterkarakteristikker. Butterworth og Bessel karakteristikkerne kender vi jo allerede fra 2. ordens filteret - de giver den fladeste frekvensgang henholdsvis den bedste impulsgengivelse. Men i begge tilfælde gælder det, at impulsgengivelsen er dårligere end ved det tilsvarende 2. Ordens filter. Omvendt har et 4.Ordens Besselfilter en bedre impulsgengivelse end et 2. Ordens Butterworth filter - hvis basreflekshøjttaleren er designet til at give god impulsgengivelse, lykkes det også. Men en Bessel karakteristik i et basrefleks, betyder, at enheden ikke får så meget hjælp af porten, som i eksempelvis Butterworth karakteristikken - det kan man næsten forstå, da det jo betyder, at porten er designet til at stoppe hurtigt, snarere end at give kraftigt lydtryk.
Mange Basreflekssystemer er designet til at give maksimal flad frekvensgang. Hvis det skal være en Butterworthkarakteristik, betyder det en bestemt Qt værdi for enheden (lidt afhængig af, hvor store kabinettabene er - store tab/ stor dæmpning af kabinettet kan til en vis grad kompensere for dårlig dæmpning i højttalerenheden). Har enheden en højere Qt værdi betyder det et større kabinet, mere hjælp fra porten, dårligere impulsgengivelse og "ripple" på frekvensgangen (frekvensgangen går lidt op og ned). Større ripple end ca. 1 dB giver efter min mening dårlig impulsgengivelse.
Jeg håber dette har givet dig en ide om, hvorfor det at vælge frekvensgang på sin højttaler bl.a. er et kompromis mellem hvilken frekvensgang man ønsker sig, og hvilken impulsgengivelse man kan acceptere. Højttalerdesign er kompromissernes kunst - hvilket er noget af det fascinerende i processen.....
Lytterum, lyttested og højttalerens placering:
Rummets egenresonanser og højttalerens placering: Sandsynligvis ved du, at man kan få mere bas ud af sin bashøjttaler, ved at sætte den ned i hjørnet. Hvis du har prøvet, ved du også, at det ikke er noget man kan holde ud at lytte til i længden. Hvad er det egentligt der går galt?
Til en begyndelse kan man opfatte lytterummet som en slags tredimensionel guitarstreng. Guitarstrengen svinger ikke i enderne (her er den jo sat fast). Derimod kan den svinge på midten. Når man anslår en tone på guitaren, vil der være en grundtone (hvor guitarstrengen svinger maksimalt på midten) og forkellige overtoner. Overtonerne er karakteriseret ved, at guitarstrengen ikke kun står stille i enderne, men også i en række "knudepunkter" mellem endepunkterne.
Du ved naturligvis, at man kan forlænge/forkorte strengen ved at fiksere strengen med en finger - herved ændres tonehøjden, hvilket vil sige, at der er længere/kortere mellem knudepunkterne. Der er en direkte sammenhæng mellem afstanden mellem knudepunkterne og bølgelængden af tonerne der anslås.
Hvad i alverden har det med rumakustik at gøre? Lad os se nærmere på muligheden for overtoner i strengen. Det første vi kan gøre er, at have et knudepunkt midtvejs på guitarstrengen. Så er bølgelængden den halve (fordi der kun er halvt så langt mellem punkterne hvor strengen står stille). Den første overtone har altså den dobbelte frekvens af grundtonen - og i denne forsimplede model, kan der ikke eksistere nogen toner, derimellem.
Lad os sammenligne det med den 5'te overtone (med 5 knudepunkter mellem strengens endepunkter). Her er frekvensen 5 gange grundtonen. Den næste grundtone har 6 knudepunkter - frekvensen er altså 6 gange højere end grundtonen. Det betyder, at mellem grundtonen og første overtone er der en frekvensforøgelse på 100% - men mellem 5'te og 6'te overtone, er der kun en frekvensforøgelse på 20%. Relativt kommer overtonerne altså tættere på hinanden, jo længere vi er over grundtonen.
I en simplificeret model af lytterummet, er hjørnet et tre-dimensionelt knudepunkt. Her får lyden ikke luftens molekyler til at bevæge sig - til gengæld er lydtrykket højt. Luftmolekylerne kan naturligvis ikke bevæge sig her, for så ville der jo blive lufttomt inde i hjørnet. Så ligesom guitarstrengen er nødt til at ligge stille i enderne, er lufthastigheden 0 i lytterummets hjørner. I princippet skal højttalermembramen altså ikke bevæge sig i hjørnet, fordi lufthastigheden den skal sætte igang er 0.
I virkeligheden ligger guitarstrengen ikke helt stille i endepunkterne (det rykker lidt i hele konstruktionen). Og i virkeligheden er væggene i lytterummet ikke helt "stive", så højttalermembramen skal alligevel bevæge sig. De små bevægelser i enderne af guitarstrengen og i hjørnet dæmper lydtrykket i luften - lyden bliver dæmpet. Men vi ved allerede, at dæmpning også betyder en lavere Q-værdi. Her betyder det, at det ikke kun er lydene der har noget med længderne af lytterummet der kan anslås - men også frekvenserne deromkring. Jo mere dæmpet rummet er, jo mere jævnt kan frekvenserne anslås i basområdet, fordi rummets egenfrekvensers Q-værdi bliver mindre.
Men altså - nede i sit hjørne kan højttaleren anslå de frekvenser man kan få frem ved at lægge knudepunkter ind langs rummets vægge. Hvis vi leger rummet har dimensionerne 3*4*5 meter, er den længste bølgelængde rummet i princippet kan gengive 10 meter (fordi "grundtonen" langs den længste væg har en halv bølgelængde på væggens længde, nemlig 5 meter). Det svarer til en frekvens på ca. 34 Hz (fordi lyd bevæger sig med ca 340 m/s). Vi kan nu begynde at ane et problem - Vi kan ikke gengive alle bastoner i et lille lytterum!!!!
Det kan vi gøre to ting ved: Vi kan dæmpe lytterummet mere. Så skal vi skrue højere op for lyden, men rummets egenresonanser får lavere Q-værdi (de bliver frekvensmæssigt bredere). Men vi kan også flytte højttaleren væk fra hjørnet. Hvorfor virker det?
Væk fra væggene er lufthastigheden pga. lyden større (ligesom guitarstrengen svinger mest mellem knudepunkterne). Højttalermembramen skal altså bevæge sig mere, for at give det samme lydtryk. Hvis det er en almindelig laveffektiv højttaler med en følsomhed på mindre end 10% (det gælder for alle højttalere, undtagen de allermest effektive hornkonstruktioner), giver højttalermembramen sig bare ikke til at bevæge sig mere, fordi vi flytter den væk fra hjørnet. I stedet gengives tonerne lidt svagere, fordi de nu ikke længere anslås i knudepunkterne.
Dvs. for de høje toner gør det ingen forskel, for der er jo ikke særligt langt mellem deres knudepunkter, så der vil altid være nogle af dem der anslås maksimalt, og andre der ikke gør - højttaleren fylder jo noget. Det er i bassen det gør en forskel at flytte højttaleren - for her er der langt mellem knudepunkterne.
At flytte højttaleren væk fra hjørnet dæmper altså bassen - men hov: Dæmpning var jo lig med lavere Q - og bredere egenfrekvenser. Basgengivelsen bliver altså mere jævn, hvis vi flytter højttaleren væk fra hjørnet. Til gengæld mister vi basniveau - det er de høje peak-værdier i bassen der dæmpes, når vi flytter højttaleren væk. Fordelen er mere jævn frekvensgang og mindre "stejle" egenresonanser = bedre impulsgengivelse!
Lytteposition: Lytterummets basniveau afhænger altså af placeringen i rummet. Hvis vi flytter øret ned i hjørnet er vi der, hvor bassens lydtryk er størst - og øret er følsom overfor lydtryk, ikke lufthastighed. Nede i hjørnet vil vi altså høre den kraftigste bas - men også basresonanser med de højeste Q-værdier. Så det er også i hjørnet bassen har den dårligste impulsgengivelse! Ligesom højttaleren skal flyttes væk fra hjørnet, skal lyttepositionen altså også væk fra hjørnet, hvis vi vil have den bedste basgengivelse (jævn frekvensgang og god impulsgengivelse). Det giver forøvrigt også andre fordele end lige basgengivelsen at flytte højttaler og lytteposition væk fra væggene, men det vil komme forvidt at forklare dette. Men dybdepersektiv og stereopersektiv har det også bedre, hvis der er lidt tidsforskel mellem den direkte lyd fra højttalerne og de refleksioner der kommer fra væggene - altså højttaler og lytteposition væk fra væggene! Så lyder det bare bedst!
Subwooferens placering: Nu har vi så valgt lyttepositionen og højttalernes placering, sådan at vi ikke anslår rumresonanserne for kraftigt, men alligevel kan leve med møbleringen. Måske har vi endnu en joker i ærmet - en subwoofer! Det siger sig selv, at placeringen af denne er utrolig vigtig for bassens kvalitet - med placeringen kan vi vælge mellem bassens niveau og bassens "kvalitet". I et stort lytterum er bassen selvsagt bedre end i et lille (fordi der er flere egenresonanser i basområdet i et stort lytterum). Så jo mindre lytterummet er, jo vigtigere bliver det at forstå sammenhængen mellem subwoofer og baslyd - I en stor biograf som Imperial er det bare lettere at få en god bas, fordi lytterummet er så dejligt stort!
Her kommer en vigtig sætning os til hjælp: reciprocitets sætningen. Den siger kort fortalt, at hvis man bytter om på subwoofer og lytteposition, vil bassen lyde på samme måde. Så når lyttepositionen er valgt, sætter man subwooferen op i ørehøjde på favoritpladsen, hvorefter man bevæger sig rundt i rummet. Der hvor bassen er bedst, skal subwooferen i princippet stå - så får man den bedste baslyd på lyttepositionen. Det kan godt være man må lytte lidt til konens hånende kommentarer, men det er altså måden at undersøge sit lytterums basegenskaber på 
Der kan dog stadig være problemer med faseforskelle mellem sidehøjttalere og subwoofer - så må man håbe, man har valgt et system, hvor der er mulighed for at styre enten tidsforsinkelsen til subwooferen, eller alternativt at justere fasen på subwooferen....
Ja, det blev jo en ordentlig smøre - til gengæld håber jeg du lidt har en fornemmelse af, hvorfor basreflekshøjttalere ofte har en dårligere impulsgengivelse, samt hvorfor det er frekvensgangen "ved øret" der styrer impulsgengivelsen - at flytte højttaler eller lytteposition kan i dramatisk grad ændre på basgengivelsen - både når vi taler om frekvensgang og når vi taler om impulsgengivelse.
Sammenhængen mellem frekvensgang og impulsgengivelse er entydig og kan ikke snydes - hvis man i to forskellige lytterum opnår præcis samme frekvensgang på lyttepositionen, vil impulsgengivelsen også være fuldstændigt den samme - uanset om det ene er et anlæg i millionklassen i et superlækkert lytterum, medens det andet er et Bilka anlæg i en lille intermistisk stue. Heldigvis kan man som regel opnå store forbedringen ved at flytte rundt på tingene - så hvis man er utilfreds med, at vennernes bras lyder bedre end ens eget dyre grej, skyldes det sandsynligvis, at man har været et fjols da man stillede "guldet" op!
__________________
Med venlig hilsen Stig
NAVIGATION
Hjælp
Chat
Aktive emner
Brugere
Søg
Opret ny bruger
Log ind
Emne: Groupdelay og bashøjtalerprojekt!
Emne lukket)
