Lär dig mer: Högtalare

Nästan alla högtalare vi använder idag består av en högtalarlåda, minst två högtalarelement och ett filter. De i hemmabiosammanhang mycket ovanliga undantagen är högtalare med öppen baffel (som inte har någon låda utan endast en framsida – en baffel – i vilken elementet/elementen sitter monterade) samt högtalarkonstruktioner med endast ett element, som då dessutom nästan alltid saknar filter.

Letar man går det att hitta ytterligare konstruktioner som inte passar in på varken min beskrivning eller undantag, men då är vi långt ifrån ”normala” högtalarkonstruktioner 2020.

Vanliga lådtyper

”Vanliga” högtalarlådor har nästan alltid separata kaviteter för de olika högtalarelementen, och det är framför allt i basområdet vi hittar olika konstruktioner, medan mellanregister och diskanter mycket sällan sitter i annat än slutna lådor.

För bashögtalare, som alltså återger de djupaste tonerna, används däremot flera olika lådtyper, och här är de vanligaste:

Sluten låda: Precis som det låter – en låda där luften i lådan inte har kontakt med yttervärlden, och med rätt storlek på lådan får vi en välkontrollerad basåtergivning tack vare att luften i lådan dämpar konrörelserna.

Basreflex: Ofta kallad portad låda. En låda med en öppning, ofta i form av ett rör eller en slits, som rätt beräknad kan ge mer djupbas.

Slavbas: Kallas ofta passiv radiator. En låda med en eller flera passiva radiatorer, tänk högtalarkoner utan någon egen motor. Även denna teknik används för att ge mer djupbas.

Bandpass: En bandpasslåda består av minst två lådor, en sluten låda som spelar ut i en portad låda. Även här kan man få extra djup bas, och dessutom inbyggd lågpassfiltrering.

Jag skrev att mellanregister och diskanter oftast sitter i slutna lådor, men med det sagt finns det diskanter som är helt slutna bakåt, och alltså inte behöver någon egen låda. Dessa element kan då monteras i samma låda som mellanregistret.

Dessutom finns det både diskanter och mellanregister (och basar) som sitter i lådor försedda med aperiodiska membran, av Dynaudio kallade variovent. Med en sådan låda gör man en lådvägg eller del av lådvägg ”halvöppen”, till exempel genom att pressa dämpull mellan två metallgaller. Man kan få flera trevliga effekter med denna konstruktionstyp, exempelvis en dämpning av tillbakastudsande ljudvågor i lådan och extremt små baslådor.

Lådbyggen

Det finns hur mycket som helst att bry sig om när det gäller själva lådorna.

En högtalarlåda som är byggd av någon form av trä/skogsprodukt är i normalfallet inte så fasligt dyr materialmässigt. Man använder ofta mdf (medium density fiberboard) eller hdf (som har ännu högre densitet), och på utsidan är det vanligt med någon form av vinylfilm (enklare lådor), lack (ofta grymt blank, men inte sällan läckert matt) eller fanér (ett tunt lager äkta trä) som oljas eller lackas. Mdf finns i massor av tjocklekar, och ofta gör tillverkarna så att de dubblerar tjockleken på baffeln.

Andra ofta använda material är spånskiva, ett riktigt billigt material, och plywood (sällan i högtalare för hemmabruk, men ofta för till exempel instrumentförstärkare och PA-högtalare).

Ett problem med dessa fiberprodukter är att materialet kan pulveriseras om du skruvar i och ur en skruv några gånger. Därför är det vanligt med någon form av gänginsats som fästs i lådan (för oss hobbypysslare är islagsmuttrar ofta det enklaste alternativet), för då kan man efterdra och även montera ur element utan risk för att förstöra fästet för skruven.

När lådor byggs av denna typ av material är det populärt att anstränga sig extra med stagning och i många fall undviker man också parallella lådväggar.  Rundade former används också ofta, även om det var vanligare för en del år sedan.

Man kan också tillverka högtalarlådor i plastkomposit, allt från enkla ABS-lådor till kolfibermonster, och vi ser mer och mer av gjutna kompositlådor av mycket hög kvalitet. Bland fördelarna är till exempel att man kan göra nästan vilka former man vill, och den främsta nackdelen är att dessa lådor tenderar att bli rätt dyra om de ska bli bra.

Oftast strävar man alltså efter resonansdöda lådor, och därför används i princip alltid intern stagning. Ett annat ”knep” är att limma ihop två mdf-skivor med ett viskoelastiskt lim, något som ger ett extremt resonansdött material.

Nämnas bör att resonansdöda lådor på intet sätt är någon garanti för välljudande högtalare, samt att det finns tillverkare som tvärt om vill använda lådresonanser som en del i högtalarkonstruktionen.

Så funkar ett element

När ljudsignalen kommer från förstärkaren till högtalaren går den först igenom filtret, och distribueras därifrån till de olika elementen. Ljudsignalen leds genom en spole som befinner sig i ett permanent magnetfält, och strömmen genom spolen ger ett magnetfält som varierar med signalen, så spolen rör sig i det permanenta magnetfältet.

På spolen har man fäst något slags membran, och detta membran kommer alltså att röra sig fram och tillbaka och återge musiken. Ungefär så. En bild säger mer än tusen ord, så kolla på den!

Den vanligaste elementtypen på hemmabiofronten är dynamiska konelement, utom diskanter som oftast är domar. Men framför allt diskanter ses ofta i andra varianter, antingen platta eller veckade band (så kallade AMT eller Heil-diskanter).

Hur många ”vägar”?

Man hör ofta att en högtalare är tvåvägs, trevägs, kanske till och med fyrvägs eller lite exotiskt 2,5- eller 3,5-vägs, men vad betyder det?

Det hela handlar om i hur många delar frekvensspektrat delas upp. En tvåvägskonstruktion har ett högtalarelement för bas/mellanregister och ett för diskanten. Trevägs delas nästan alltid upp i bas, mellanregister och diskant medan fyrvägs antingen delar upp diskanten eller basen i två delar.

2,5-vägare och andra ,5-varianter kan till exempel vara en högtalare med två bas/mellanregisterelement och en diskant, men där man begränsar det ena bas/mellanregisterelementet så att det endast spelar bas medan det andra spelar både bas och mellanregister.

Dela upp signalen

För att dela upp frekvensspektrat används filter som i huvudsak består av två typer av komponenter: Drosslar (spolar) och kondensatorer. Filter delas upp i högpassfilter (HP), bandpassfilter (BP) och lågpassfilter (LP). Som namnen antyder låter ett högpassfilter höga frekvenser passera, medan ett LP-filter låter låga frekvenser passera. Ett BP-filter är ett kombinerat LP/HP-filter, och dessa används ofta till mellanregister i trevägskonstruktioner, där man vill ta bort både bas och diskant från signalen.

En Drossel i serie med ett högtalarelement låter låga frekvenser passera, men blockerar högre frekvenser. En kondensator gör tvärt om, här blockeras låga frekvenser och höga kan passera obehindrat. Ett enkelt filter till ett baselement består därför av en drossel i serie med elementet. För en diskant kopplas i stället en kondensator i serie, och för mellanregister kopplas både en kondensator och en spole i serie med elementet. Ett filter av denna typ, som endast har en komponent i serie med elementet (två för ett BP-filter) kallas för ett 1:a ordningens filter.

Ett 1:a ordningens filter är flackt. Nivån över/under ingreppsfrekvensen sänks 6 dB per oktav. Om man vill skapa ett brantare filter, ett andra ordningens filter, kopplar man med på ett LP-filter en kondensator efter spolen och parallellt med elementet, och för HP blir det tvärt om: – efter kondensatorn kopplas en spole parallellt med elementet. Då får vi plötsligt en nivåsänkning med 12 dB per oktav!

Ett tredje ordningens filter lägger helt enkelt till ett första ordningens filter efter ett andra ordningens dito och ger 18 dB/oktav, medan ett fjärde ordningens filter är två andra ordningens filter på rad och ger 24 dB/oktav i nivåsänkning.

Vad händer egentligen?

Jag är ingen elektronikingenjör, så jag tänker inte ge mig på att försöka förklara exakt hur en spole eller en kondensator funkar, men här kommer en förklaring som förhoppningsvis gör det hela någorlunda begripligt:

En resistor, eller motstånd, har samma resistans oavsett frekvensen på den växelström som går igenom den. Därför kan man lätt klura ut att om man har ett 4-ohmselement och kopplar in en 4-ohmsresistor i serie med högtalaren kommer nivån på ljudet från elementet att sänkas, och det sänks typ 3 dB. Jag skriver ”typ” eftersom högtalarens växelströmsresistans (impedansen) varierar med frekvensen på inkommande signal, och eftersom det finns annat som kan påverka också.

Ok, om man då i stället kopplar in en kondensator i serie med ett högtalarelement beter sig kondensatorn som ett frekvensberoende motstånd. Vid höga frekvenser är motståndet försumbart, vid en viss frekvens (F-3dB) är kondensatorns motstånd lika stort som högtalarens uppgivna impedans och under denna frekvens ökar motståndet mer och mer ju lägre ner i frekvens man kommer.

Om man sedan tar en spole och kopplar in den efter kondensatorn, parallellt med högtalarelementet, får vi en ”genväg” för låga frekvenser. Eftersom spolen inte har något motstånd att räkna med vid låga frekvenser får signalen, som redan är försvagad av kondensatorns motstånd, en enklare väg än att behöva gå igenom elementet – den kan helt enkelt smita igenom spolen i stället. Minsta motståndets lag alltså! När motståndet ökar med ökande frekvens stängs gradvis genvägen, och det blir attraktivare för strömmen att ta vägen genom högtalaren.

Branthet på filter

Vad betyder då det där med branthet egentligen? Jo, det beskriver hur många dB signalen sänks per oktav, 6 dB per ”ordning”. En oktav är ett frekvensintervall inom vilket frekvensen dubbleras. Spelar du gitarr är det alla toner mellan till exempel ett G på 3:e band tjocka E-strängen och ett G på 5:e band på D-strängen, och spelar du piano är det tolv tangenter (inklusive de svarta…). Jag som fuskar med elbas känner mig mest hemma med en sån, och där den tjockaste strängen på en helt vanlig 4-strängad bas stämd till E vid 43 Hz. En oktav upp finns nästa E, denna gång vid 86 Hz.

Ett bra sätt att förstå oktaver är att lyssna på Kiss-låten I Was Made For Lovin’ You. I början är det en gitarr som ligger på samma ton hela tiden medan basen hoppar upp och ner, och de höga tonerna är en oktav över de låga.

DB, Decibel, är en enhet för ljudtryck, och ska man vara slarvig kan man säga att om du gör som din kompis säger och ”höjer lite” höjer du runt 3 dB, medan en höjning med 10 dB ska kännas som ”dubbelt så starkt”. För att nå en 3 dB höljning ökar man förstärkareffekten med det dubbla, 6 dB kräver 4 gånger så mycket effekt och 9 dB kräver 8 gånger så mycket effekt. Och det är därför känsligheten på högtalare ibland kan spela roll.

För filter brukar man prata om delningsfrekvens mellan två element, och dessutom då brantheten på filtret. Själva delningsfrekvensen är den punkt där respektive element sänkts 3 dB, och efter den punkten (uppåt i frekvens för en bas och nedåt i frekvens för en diskant) tappar högtalaren x antal dB per oktav. Om man hade ett 12 dB HP-filter på Kisslåtens elbas, och om delningsfrekvensen låg strax över den djupare tonen, skulle den ljusare tonen alltså upplevas som hälften så stark.

Känslighet

En högtalares känslighet mäts alltid vid frekvensen 1 kHz, och slarvigt uttryckt skickar man in 1 W i högtalaren och mäter ljudtrycket i dB 1 m ifrån högtalaren. Egentligen skickar man in 2,83 volt, vilket ger 1 W om högtalaren är på 8 ohm, men 2 W om det är en 4-ohmshögtalare. Man skriver ofta xx dB/2,83V/1m, fast vi skriver nästan alltid bara xx dB eftersom resten är så standardiserat idag.

Ju högre känslighet en högtalare har, desto mindre effekt går det åt för att nå ett visst ljudtryck. I praktiken är det oftast inget man behöver bry sig så mycket om, det är bara att vrida upp lite till om högtalaren har låg känslighet. Men det finns gånger då känsligheten blir viktig, till exempel om man har en effektsvag förstärkare eller om man vill kunna nå vissa ljudtryck.

Det finns självklart mycket mer att säga om högtalare, och vi tänker oss flera artiklar i detta ämne. Vill du läsa om något speciellt, kanske dela med dig av din kunskap eller bara kommentera, mejla oss!

Här har vi en högtalare som är intressant på flera sätt. För det första har KEF Q950 ett så kallat koaxialelement till mellanregister och diskant. Det betyder att diskanten sitter i mitten av det större mellanregisterelementet, och man får på så sätt en punktformig ljudkälla som ensam klarar av att återge större delen av frekvensspektrat. Och för det andra är det här en 2,5-vägskonstruktion, där koaxialhögtalaren tillåts spela hela vägen ner i basen och får extra stöd längst ner i frekvens av de tre nedre elementen.

Och för det tredje är Q950 en slavbaskonstruktion, där den mellersta basen är aktiv och elementen över och under är passiva.

En klassisk, sluten trevägshögtalare från ATC, som dock är lite speciell då den har ett dome-element även som mellanregister.

Här har vi en mycket kompakt trevägskonstruktion från Elac (Debut 5.2), och denna sprängskiss visar tydligt ur man gör för att styva upp även små lådor. Notera också koaxialelementet, samt basreflexporten som har vidgade ändar för att minska blåsljud.

Många högtalare är förberedda för bi- eller tri-wiring/amping. Bi/tri-wiring innebär att man använder 2/3 högtalarkablar med en förstärkarkanal, medan bi/tri-amping innebär att man använder en förstärkarkanal per register. I just detta fall kan man dessutom justera diskant. Och mellanregisternivå genom att använda kontakterna längst till höger. Detta ger en diskanthöjning på 2 dB och en mellanregistersänkning på lika mycket.

Högtalarfilter i en martin Loganhögtalare. De stora gula sakerna är kondensatorer, snurrorna av koppartråd är spolar och de kantiga vita grejerna är motstånd.

Här har vi ett annat exempel på möjlighet till bi-wiring/amping.

En helt normal tvåvägshögtalare från Q Acoustics.

Den absolut vanligaste typen av diskant är en softdome, mjuk kalott, i detta fall en Polk.

Med hjälp av Monitor Audios fina sprängskiss är det lättare att förstå hur en högtalarlåda är uppbyggd. Överst har vi diskant och mellanregister, och här är det värt att notera att den orange biten är själva lådan, medan det som vid en första påsikt skulle kunna tas för låda är stag (det är stora hål i ”lådväggarna”). Tittar du noga ser du också en metallpinne som går från baksidan av varje element, högtalarelementen sitter alltså inte skruvade i baffeln utan pressas mot baffeln med dessa fästskruvar, vilket stagar upp lådan ytterligare.

En AMT- eller Heildiskant, det veckade bandet rör sig som ett dragspel.

Den mest lättbegripliga bandpasslådan hittar vi i bilstereovärlden (Pyramid BNPS122), där man gärna visar upp lådans inre. Här har vi tre kaviteter där den mittersta (den vi ser in i) är sluten. På varje sida om denna sitter så en portad låda, och allt ljud kommer alltså ur de fyra hålen till höger och vänster.