Selv om der er sket betydelige fremskridt inden for både højttalerdesign og -fremstilling, har de grundlæggende elementer i højttalerdriverteknologien ikke ændret sig i næsten 100 år: Edward Kellogg og Chester Rices dynamiske driver fra 1925 er stadig grundlaget for praktisk talt alle højttalere på markedet i dag, lige fra den i din telefon til dem i dit hjemmebiografsystem.
Men hvordan fungerer højttalere? Lad os starte med det grundlæggende.
Redaktørens note: Denne artikel blev opdateret den 12. marts 2021 for at inkludere flere tekniske oplysninger.
Hvordan højttalere fungerer: det grundlæggende
En højttalerdriver er den rå elektroakustiske komponent, der får en højttaler til at fungere. Som transducer er dens funktion at omdanne energi fra en form til en anden. Mere specifikt omdanner denne transducer de forstærkede elektriske bølger fra din afspilningsenhed, hvad enten det er din telefon eller pladespillerens patron, til lydtryksbølger i luften, som dine ører kan registrere.
Wikipedia
Højttalerdriveren: en simpel, men genial elektromagnetisk motor
En forstærker sender et signal til to terminaler på bagsiden af en højttaler. Disse terminaler sender strømmen ind i en cylindrisk trådspole, som er ophængt i det cirkulære mellemrum mellem polerne på en permanentmagnet. Denne spole bevæger sig frem og tilbage i magnetfeltet, mens den strøm, der passerer gennem den, skifter retning med det påførte signal, i henhold til Faradays lov. Højttalerkonens centrum er fastgjort til den ene ende, som drives frem og tilbage af den bevægelige spole. Denne kegle holdes i kanterne af en lufttæt ophængning eller surround. Når keglen bevæger sig, skubber og trækker den den omgivende luft; derved skaber den trykbølger i luften, kaldet lyd.
Sådan fungerer højttalerdriveren altså, men hvorfor synes de altid at være monteret i kasser? Hvis driveren skaber lyd af sig selv, hvad er kassen så til? Og hvad med porthuller og de andre småting?
Hvorfor er højttalere placeret i kasser?
Hver Fluance Ai40 reolhøjttaler har en 1″ diskanthøjttaler og en 5″ driver.
Når en højttalerdriver bevæger sig, skaber den en trykbølge fra både for- og bagsiden. Når den bevæger sig mod dig, skubber den luften og skaber et positivt tryk, trækker den samtidig luften bag sig og skaber et negativt tryk. Hvis den bølgelængde, der svarer til frekvensen af det gengivne signal, er stor i forhold til driverens størrelse, vil det tryk, der genereres af de to sider af driveren, effektivt ophæve hinanden. Så ved enhver brugbar afstand bliver de lave frekvenser (bas) uhørlige. Hvis du vil prøve dette derhjemme, kan du fjerne en driver fra sit kabinet. Du vil bemærke en “tinny” lydkvalitet i forhold til, hvordan højttaleren lød, da den var monteret.
For at en højttaler skal fungere godt ved alle frekvenser, skal vi forhindre, at den trykbølge, der skabes af højttalerkonens bagside, ophæver den bølge, der skabes af konens forside. Hvis man monterede driveren i et stort, stift stykke materiale (en baffel), kunne man opnå den samme effekt. En baffle skal være stor for at forhindre annullering af lave frekvenser, så det er upraktisk i de fleste anvendelser. Lukkede bokse giver mulighed for en mere praktisk måde at gøre dette på.
Det er ikke alle højttalerbokse, der er boksformede…
En kombination af driverens mekaniske egenskaber og boksens størrelse definerer den lavfrekvente opførsel af et monteret lukket boks-højttalersystem. Uden at blive super teknisk, virker luften i boksen som en fjeder, som konen skubber og trækker imod, og dette system har en resonansfrekvens, under hvilken dets output falder betydeligt.
Højttalere skal være lufttætte: utætheder i boksen muliggør den annullering, som vi ønsker at undgå.
Hvorfor har nogle højttalere huller i dem?
Du har måske bemærket, at mange højttalerbokse har cirkulære huller, eller nogle gange slidser, som regel foran eller bagpå. Det, du ser, er porte eller udluftningsåbninger, og dette identificerer det, der er kendt som et basreflekskabinet.
Et basreflekskabinet fungerer stort set på samme måde, som når du blæser luft over en åben ølflaske, og en tone lyder. Noten ændrer sig med mængden af væske i flasken, fordi luftmængden i flasken ændrer sig. Hvis du var i stand til at strække glashalsen på flasken, ville det også ændre tonen. Det er et resonanssystem, der kan indstilles ved at justere portdimensionerne (flaskehalsen) eller kabinettets (flaske) volumen.
Denne basreflekshøjttaler har en bagudrettet basport.
Hvis den er indstillet korrekt, skaber den en resonans lige under det punkt, hvor højttalerens respons normalt ville aftage, hvilket effektivt udvider systemets basydelse. For at dette kan fungere korrekt, beregnes porttuningen for den specifikke driver i det specifikke kabinet. Hvis du udskifter driveren med en anden type, selv om den har samme keglediameter, vil kasse- og portafstemningen ikke længere være passende, og det vil ikke lyde rigtigt.
Højttalere, der anvender passive radiatorer, fungerer efter det samme grundprincip, men med en massebelastet, ikke-powered højttalerkegle, der skaber basresonansen med den indesluttede luftmængde.
Tweetere og woofere
Nu har du måske bemærket, at du i de fleste højttalere, især når de bliver større end små bærbare boomboxe, kan du se mere end én højttalerdriver – som regel en med mindre diameter oven på en større.
Disse højttalere har to størrelser af højttalerdrivere: diskanthøjttalere over og bashøjttalere under
Der er flere grunde til, at højttalere bruger flere drivere i forskellige størrelser. Selv om det er rigtigt, at en enkelt driver kan dække næsten hele det hørbare spektrum i sig selv, er der en række begrænsninger, som den støder på. Hvis driveren er lille, kan den ikke flytte meget luft og vil have svært ved at generere bas på et brugbart niveau.
Læs mere: Større drivere kan flytte mere luft, men problemet er, at højttalere bliver mere retningsbestemt, efterhånden som de frekvenser, de gengiver, stiger. Dette kaldes beaming.
Da frekvensen stiger, falder den tilhørende bølgelængde; højttalerdrivere begynder normalt at beame ved en frekvens med en bølgelængde, der er lig med diameteren af den udstrålende kegle. Det betyder, at du kun kan høre de højere frekvenser, hvis du befinder dig lige i akse med højttaleren. Det giver ikke en afbalanceret lyd eller en god højttaler. Den enkle løsning er at bruge drivere i forskellige størrelser, som hver især er skræddersyet til at gengive et bestemt frekvensområde – forskellige dele af det hørbare spektrum (bas og diskant eller bas, mellemtone, diskant).
Woofere og diskanter og porte, oh my!
Dette koncept fungerer sammen med et frekvensopdelingsnetværk i højttalerboksen, der kaldes en crossover. En crossover uddelegerer det rigtige frekvensområde til hver drivertype: diskanthøjttalere til de høje toner og woofere til de lave toner.
Hvorfor det er værd at vide, hvordan højttalere fungerer
Du behøver ikke at kende videnskaben bag højttalere for at kunne lytte til og nyde dem. Men hvis du har til hensigt at bruge seriøse penge på lydudstyr, er det altid en god idé først at udstyre dig selv med en vis viden. En lille grundviden vil hjælpe dig med at forstå, hvorfor visse designbeslutninger blev truffet, hvordan de påvirker lyden, og hjælpe dig med at identificere slangeoliesælgere.