Basbøvl 2 og en ubehagelig sandhed

Sidste afsnit sluttede af med et link til Scan Speak's beregningsprogram, der kan simulere en bashøjttalers gengivelse i et kabinet. Denne gang bruger vi noget mere avanceret software, der desværre viser os nogle ubehagelige sandheder ved højttalere.

9 liter. Det er det volumen, der er det mest ideelle for en 4 ohms Scan Speak 15WU bashøjttaler. Her opfører den sig mest ideelt med hensyn til vægtningen mellem step respons, effektivitet og dybbasegenskaber, synes jeg. Dertil skal lægges det volumen, som højttalerenheder, basrefleksrør og afstivninger m.m. fylder inde i kabinettet, så det reelle kabinetvolumen skal nok være på omkring 10,5 til 11 liter, for at komme til at passe. Tak til alle, der har bidraget med beregninger og kommentarer på bloggen. Det er lærerigt og jeg håber det fortsætter. Et større kabinet giver stort set ikke andet end en forringet step respons, mens et mindre kabinet giver dårligere dybbasegenskaber. Derfor er valget faldet på 9 liter til den version af Højttaler Q113, jeg kalder "Revolution". Jeg vil tilføje, at simuleringerne i dagens indlæg, ikke er den endelige afstemning. De bruges blot til at vise noget andet interessant.

Jeg skruer lige op for lyden

I dag holder vi blikket fast på basgengivelsen fra en Scan Speak 15 WU i et 9 liters kabinet og laver et par simuleringer, som man normalt ikke kan lave i almindelig software. Jeg tror, du vil finde det interessant. Jeg vil gerne understrege, at de forhold jeg kommer ind på nu, gælder for alle dynamiske højttalere, uanset konstruktionsmetode, størrelse, herkomst m.v. Jeg vil vise dig, hvad der sker med basgengivelsen, når man skruer op for volumen.

Hold øje med basgengivelsen

Simuleringen af Scan Speak 15 WU er nu flyttet over i programmet LEAP 5. Husk, at der er tale om en simulering, ikke en måling. Jeg vil bede dig om, at holde øje med højttalerens respons under 200 Hz, altså basgengivelsen. De første tre illustrationer er nogle relativt enkle simuleringer, foretaget på baggrund af Scan Speaks egne specifikationer på højttalerenhedens Qts, Fs og Vas. Der er regnet på tre forskellige kabinetstørrelser, på henholdsvis 9, 12 og 15 liter (rød, grøn og blå). Målepapiret viser 1 dB per målestreg.

Højttaleren sidder i en uendelig væg i et uendeligt stort rum

Simuleringer af denne her slags er, som oftest, lavet som en 2pi opstilling. Højttalerenheden sidder virtuelt på en uendelig stor plade med kabinettets volumen bagved. Producenter af højttalerenheder måler deres enheder efter en lignende metode. Det bedste man kan sige om metoden er, at det er en målestandard alle er enige om. Resultaterne ligger et pænt stykke fra det, du opnår med en højttaler i et kabinet og i en stue. Det er værd at vide. Mere om det senere. Der er ikke simuleret noget delefilter på højttaleren og "måleafstanden" til højttaleren er 1 meter.

1. illustration. Se på kurverne. Nederst, tilfører vi 1W, men øverst får højttaleren 50 W. Se hvordan forløbet ændrer sig under 100 Hz. (Klik for større billede. Brug browserens tilbageknap for at komme tilbage til dette blogindlæg)

1. illustration. Den simulerede basgengivelse

Den nederste kurve, viser højttalerens frekvensrespons med 1W (eller 2,83 V) tilført effekt. Svingspolens temperatur er 25 grader. Under ca. 70 Hz ser du forskellen på, et kabinetvolumen på 9,12 og 15 liter. Faktisk, ingen bemærkelsesværdig forskel, selv om det store kabinet spiller et par dB højere i den dybeste bas i dette tilfælde. Fra 200 Hz og nedefter bemærker du, at kurven ligner "en blød skulder" eller noget i den stil. Hér ligger noget af dagens pointe! Den øverste kurve på 1. illustration viser højttalerens frekvensrespons med 50W tilført. Højttaleren spiller nu højere og derfor befinder kurven sig højere på målebladet. LEAP 5 beregner at højttalerens svingspole nu er 85 grader varm. Alene af den årsag har højttalerens basgengivelse under 200 Hz forandret sig. Du ser, at den "bløde hængende skulder" er nærmest rettet op. Det er ikke helt forkert at konkludere, at en frekvensrespons målt ved 1W, ikke har meget med realiteterne at gøre, når højttaleren får tilført 50 W. Der er mere endnu.

2. illustration. Højttaleren får tilført 150W og svingspolen er 200 grader varm. Den samme højttaler måler nu helt anderledes.

2. illustration. Fuld power

Scan Speak oplyser på deres datablad, at 15 WU kan tåle at få tilført 150 W i en 100 timers test, og nu simulerer vi hvordan højttalerens frekvensrespons ser ud under de betingelser. Højttalerens svingspole er nu 200 grader varm og højttaleren spiller 105 dB i 1 meters afstand. Det er ret godt af sådan en lille højttaler, i øvrigt. Og læg så lige mærke til frekvensresponsen under 200 Hz! Der er rettet helt op på den bløde skulder og der er endda et lille overshoot. Sagt med andre ord: Højttaleren har forskellig basrespons, afhængig af hvor højt den spiller. Den har også forskellig basgengivelse, afhængig af hvor varm svingspolen er. En ting er sikker: En simulering, der viser højttalerens frekvensrespons med en 25 grader varm svingspole og en spænding på 2,83V, udgør ikke et retvisende billede af højttalerens basgengivelse i den virkelige verden.

3. illustration. Slaglængde. Ved lave frekvenser kan motorsystemet bevæge membranen helt op til +/- 9 mm. Det er vildt

3. illustration. Så meget bevæger svingspolen sig

Svingspolens og motorsystemets evne til at bevæge membranen, kan man delvist regne ud ved at trække magnetgabets højde fra svingspolens ditto. Det regnestykke giver +/- 6 mm for 15 WU's vedkommende. En svingspole kan dog bevæge sig længere, end det egentlige magnetfelt tilskriver, fordi der kan være masser af magnetkraft tilbage, lige udenfor selve magnetgabet. Her er producenter af højttalerenheder ikke rigtig blevet enige om en fælles standard, men Scan Speak opgør den lineære slaglængde ud til det punkt, hvor der er 85 % af motorsystemets kraftfaktor tilbage. Det punkt befinder sig, ifølge Scan Speak, 3 mm på hver sin side af kraftfeltet, hvilket lægger 6 mm til slaglængden. Det bringer den samlede slaglængde op på vanvittige +/- 9 mm! På nuværende tidspunkt, ved vi ikke noget om hvordan højttaleren lyder, men vi kan se at enhedens begrænsning ligger i den mekaniske opbygning og ikke den elektriske.

4. illustration. I LEAP 5 tegnes og placeres den virtuelle højttaler i et kabinet med et overraskende resultat.

5. illustration. Kabinettets dimensioner har større indflydelse på basgengivelsen end almindelige simuleringer viser. 5 dB dyk ved 190 Hz!

4. og 5. illustration. Overraskende diffraktionsanalyse

Indtil videre, er højttalerens basgengivelse simuleret ud fra en traditionel 2pi opstilling, der ikke minder meget om den virkelige verden. Derfor tegner vi nu et symbolsk kabinet (4. illustration) og flytter bashøjttaleren ud af den uendelige væg. Se på 5. illustration hvad det har medført! Omkring 190 Hz er der opstået et bredt dyk med en dybde på 5 dB, der alene relaterer sig til kabinettets dimensioner. Almindeligvis ville man som højttalerbygger arbejde med at få simuleringerne til at se gode ud, og derefter skynde sig at bygge et kabinet. Udfordringen er, at man sjældent kan lave målinger under 300 Hz, og at man derfor må tro på sine simuleringer. Eksemplet viser, at simuleringer der tager udgangspunkt i en uendelig væg, ikke fortæller hele historien om højttalerens basgengivelse. Kabinettets dimensioner skal med i regnestykket, så man bedre kan stole på det, man simulerer. Nuvel, nogle problemer forsvinder og andre opstår, når højttaleren placeres i en rigtig stue, men dette enkle eksempel viser at man skal orientere sig i mange retninger, for at gå fremad.

Konklusion indtil videre

Det er praktisk, at producenter af højttalerenheder oplyser de tekniske specifikationer ud fra en målestandard. Det giver en chance for at sammenligne højttalerenhederne. Du skal bare vide, at specifikationerne ændrer sig en del, når input overstiger 2,83 Volt. Det sker ved almindelig musiklytning og ingen kan vide præcist, hvor specifikationerne flytter sig hen. Du kan simulere højttalerens basgengivelse i et computerprogram, men hvad simulerer du i realiteten? Mange programmer simulerer ud fra et input på 2,83 Volt, hvor man går ud fra at bashøjttaleren sidder i en uendelig væg i et uendeligt rum. Det skaber en behagelig mulighed for at lege med en virtuel højttaler, men der er en blind vinkel i metoden, for hvilken højttaler arbejder under de betingelser? Ingen. Det ses tydeligt, når vores forsøgshøjttaler simuleres med et tilfældigt kabinet ... i et uendeligt stort rum, på en uendelig stor væg. Et dyk på 5 dB ved 190 Hz, der bl.a. opstår på grund af kabinettets facon, er ikke småting.
Det går ud på at indsætte viden i stedet for tilfældighed, for at bane vejen for bedre lyd, selv om den erhvervede viden kan være ubehagelig og irriterende, som her.
Mere næste gang, når vi simulerer et kabinet med udgangspunkt i de specifikationer, vi selv har udledt af 15 WU og kigger på hvad tilspilning gør ved højttaleren.