Hvad kan med rimelighed kaldes en revolution indenfor en teknologi, der har eksisteret i årtier? Det har Q113 Revolution et bud på. Vi træder ud, hvor vi måske ikke kan bunde, i forsøget på at opdage noget nyt og med risikoen for at fejle.

Gennemskåret. Det er tydeligt, at konstruktionen er optimeret, så store mængder af luft kan passere smidigt og uhindret mellem bagsiden af membranen og kabinettets indre.

Når sandheden skal frem, er der væsentlige detaljer i denne konstruktion vi ikke har helt styr på. Det skyldes ikke inkompetence hos de ingeniører, der er involveret i processen eller det udstyr og software, der er anvendt. Det er alt sammen Best in Class, men vi er ude i et hjørne af teknologien, hvor den praktiske erfaring er meget begrænset. Samtidigt kan computerprogrammerne ikke simulere præcist, hvordan tingene arbejder i denne form for konstruktion, så vi gætter lidt efter bedste evne. Det er naturligvis også derfor det er spændende. Her i 1. del gennemgår jeg de ting, vi er sikre på og i 2. del kan du læse om de mere usikre elementer.

Et kort tilbageblik

I begyndelsen af 00’erne præsenterede System Audio A/S en kompakthøjttaler, som vi kaldte SA2K. Den blev dengang kendt blandt lyd- og musikelskere, som en af de bedste små højttalere der fandtes på markedet, og selve konstruktionen præsenterede en række nye idéer for første gang. Det er alt sammen fortid og projektet Højttaler Q113 går ud på at skabe en efterfølger for den gamle mester. Jeg har valgt, at udvikle to efterfølgere til at begynde med. De skabes ud fra to forskellige tankesæt og de skal konkurrere mod hinanden på et senere tidspunkt. Vi kalder dem Evolution og Revolution. Hele udviklingsprocessen lægges frem på ing.dk, hvor læsernes meninger, erfaringer og praktiske hjælp bruges aktivt i processen. Dagens emne er bashøjttaleren til Q113 Revolution. Højttaleren, der skal forsøge at nytænke den kompakte HiFi højttaler og ruske lidt op i traditionerne.

Kostbar bashøjttaler, made in Denmark

Bashøjttaleren til Q113 Revolution tager udgangspunkt i danske Scan Speaks 15WU Illuminator, der alene i standardversionen er e

n af de mest kostbare 5½ tommer højttalerenheder der findes. Ingeniørerne har lavet forskellige ændringer i konstruktionen, så den lille bashøjttaler nu er tilpasset præcis til vores formål. Hør de vilde detaljer her.

Motoren kan dårligt være stærkere

Magneten i selve motorsystemet er lavet af neodymium, det stærkeste og dyreste materiale der findes til magneter i højttalere. Normalt anvender man ferritmagneter, men denne magnet skal være så kraftig, at det næppe ville være forsvarligt at anvende ferrit. Magneten skal nemlig også være lille, så luften kan bevæge sig frit mellem bagsiden af membranen og kabinettets indre. Der må ikke opstå kompression, og neodymium har den perfekte kombination af stor magnetisk styrke og lille størrelse. Læg dertil, at der er behov for denne kraftige motor, fordi højttalerens svingspole drives på en lidt ineffektiv måde. Den er nemlig underhængt.

Forskellen på overhængt og underhængt. Til venstre, den overhængte svingspole, der er det mest almindelige.

En høj og relativt tung spole i et smalt magnetfelt. Den underhængte spole er lige omvendt. Spolen er lav og let, men den befinder sig i et bredt magnetfelt.

Let spole i stort magnetfelt

For at en højttalermembran skal kunne bevæge sig og dermed skabe lyd, skal den svingspole, som musiksignalet løber i gennem, befinde sig i et magnetfelt. Her findes der, kort fortalt, to måder at dimensionere magnet og svingspole i forhold til hinanden. Man kan have en høj og relativt tung spole i et smalt magnetfelt. Det er langt det mest udbredte princip og her siger man, at motorsystemet er “overhængt”, fordi der er svingspoleviklinger udenfor magnetfeltet. Det underhængte princip følger nærmest den omvendte opskrift, for her befinder en smal og let spole sig i et bredt magnetfelt. Fordelen ved det underhængte princip er, at svingspolen er godt omsluttet af magnetisme, uanset hvor i magnetgabet den befinder sig. Det giver en lineær motorstyrke og dermed lav forvrængning. Omvendt, kræver den underhængte motor en meget kraftig magnet, fordi der hele tiden skal stå et stort potentiale af motorkraft klar til brug. Muskler koster i en højttaler. Motorkraften bruges til at minimere forvrængningen, men der er også brug for et bevægeligt system, der har lyst til at bevæge sig. Sådan et har vi!

Adskilt. Øverst fra højre: støvhætte, membran, centreringsskive, chassis, svingspole, tætningsring og nederst til venstre: magnetsystemet.

Titanium holder styr på mekanikken

Svingspolens bevægelser skal føres effektivt videre til membranen via den cylindriske form, spolen er viklet på. I forbindelse med Q113 Evolution var jeg inde på hvordan svingspoleformen ikke må kunne induceres, fordi det virker som en bremse for membranens bevægelser og dermed en begrænsning for musikkens dynamik. Her blev problematikken løst med glasfiber, men i bashøjttaleren på Revolution er der brug for et materiale, der både er umagnetisk og meget stærkt, for det skal gøres så tyndt, at magnetgabet ikke fyldes unødigt med materiale. Her er valget faldet på titanium, der er lige så stærkt som stål, men vejer omkring 40 % mindre. Der er grund til at tro, at selv den mindste bevægelse af svingspolen, vil blive videreført til membranen og blive til lyd.

To tynde membraner i sandwich

Den perfekte højttalermembran er uendeligt let, stiv og fri for egenresonanser. Og mens vi er ved det, må den også gerne være billig og miljørigtig. Lige præcis det sidste punkt udgjorde den første beslutning truffet af læserne, her på Q113. Vi fik mulighed for at lave højttalermembraner i beryllium og jeg spurgte ingeniørerne om deres mening. Det kom der en meget spændende samtale ud af, men beryllium blev droppet. Du kan gense debatten her. Uden beryllium kan vi nu alligevel lave en spændende bashøjttaler. I udgangspunktet er Scan Speaks membran en opfindsom sandwich, idet den består af to meget tynde og stive membraner, der er sat sammen. Hver membran er præget med et mønster, der mest af alt ligner et trekløver. Prægningen udgør en forhøjning på membranens overflade og ved at dreje den ene membran 60 grader i forhold til den anden, opstår der et ganske lille og veldefineret mellemrum mellem de to membraner. I dette mellemrum påfører Scan Speak en slags dæmpende materiale. De fortæller ikke hvilken substans, der anvendes til at hæfte de to membraner sammen, men det er ikke nogen hemmelighed hvad de ønsker at opnå.

Den originale Scan Speak 15WU i 8 ohm. En pæn frekvensrespons, hvor man umiddelbart kan blive over urolig over det kraftige peak ved 5-6 kHz. Vi tager det som et godt tegn på en stiv membran.

Et kompromis mellem stivhed og dæmpning

En relativt blød og veldæmpet membran udgør enhver højttalerbyggers vådeste drøm, for den giver en rigtig glat frekvensrespons og det er, alt andet lige, lettere at få et delefilter til at fungere, når dets kredsløb ikke skal være alt for komplekst. En relativt blød og veldæmpet membran har dog også ulemper. Højttalerens evne til at gengive musikkens fine detaljer og nuancer reduceres, når membranen er blød. Vi dæmper godt nok resonanser i membranen, men vi sovser også musikken ind i en behagelig og lækker tåge, der forhindrer artisterne i at fremstå levende i din stue.

Her udgør den stive membran et anderledes kompromis. Så længe en membran bevæger sig som et stempel er stivhed langt at foretrække. Selv de allermindste bevægelser fra svingspolen medfører bevægelse af membranen, og en stivere membran gengiver flere af musikkens detaljer. Det er det, vi ønsker at optimere, men stivheden har også en pris. Ved et givent punkt, vil membranen ophøre med at bevæge sig som et stempel, der er kontrolleret af svingspolen. Den vil begynde at svinge af sig selv, de såkaldte egenresonanser, og i den del af toneområdet er højttaleren ubrugelig.

Du ser på målingen af bashøjttaleren, at ved cirka 5 kHz står der et peak på omkring 10 dB. Det er membranmaterialets egenresonans. Det fortæller, at membranen er rimeligt stiv og at den med stor sandsynlighed arbejder som det stempel vi ønsker os, op til omkring 2-3 kHz. Det er en god nyhed, hvis vi altså formår at tæmme resonansen ved 5 kHz med højttalerens delefilter. Og lige en sidste ting. Vi har ret gode erfaringer med lyden fra træfibermembraner, så det prøver vi naturligvis også i Q113 Revolution. Det er der ingen der har prøvet før på disse bashøjttalere, fortæller Scan Speak, og det øger bare spændingen.

Den modificerede bashøjttaler til Q113 Revolution. Nu med 4 ohms svingspole, 20 % stivere centreringsskive og træfibermembran. Dykket over 1 kHz er væk, men peaket ved 5 kHz er mere markant.

Bashøjttaleren bruger vores egen centreringsskive

Ligesom på bashøjttaleren til Q113 Evolution har Scan Speak en ret unik centreringsskive, som ingeniørerne har leget videre med, så den lige passer til Q113 Revolution. Scan Speaks design går ud på, at centreringsskiven ikke må fungere som bremse, når musiksignalet kræver at membranen virkelig skal bevæge sig. Mange bashøjttalere bliver beskyttet af deres centreringsskive, som gradvist bremser membranen, jo kraftigere musiksignalet bliver og det kommer til at virke som en begrænser for musikkens dynamik. Scan Speak har reduceret bremsevirkningen ved at gøre centreringsskivens bølger gradvist højere og bredere. I forhold til standardudgaven er centreringsskiven på bashøjttaleren til Q113 Revolution 20 % stivere, hvilket giver en lidt højere resonansfrekvens og et Qts på 0,32. Du kan se specifikationerne nederst til venstre på Scan Speaks måling. Motivationen for at lave denne ændring stammer dels fra den interessante samtale, der opstod i kommentarfelterne efter dette blogindlæg. Derudover har ingeniørerne valgt at tænke højttalerens basgengivelse som en helhed, fordi det hurtigt stod klart, at den ikke bare kunne anvendes i et basreflekskabinet, men der skal etableres et samarbejde mellem bashøjttaleren og to passive enheder. Mere om den hovedpine i næste afsnit. Til sidst får du lige en fornemmelse af, hvad der er i vente.

Åbenhed. Der findes ingen små lukkede celler, hvor luften kan stå og blive komprimeret og virke som en bremse, når de bevægelige dele rigtig flytter sig. Det er et godt syn for en højttalerbygger.

En slaglængde på vanvittige +/- 9 mm!

I en almindelig god bashøjttaler har membranen en lineær slaglængde på +/- 3 mm. Bashøjttaleren til Q113 Evolution leverer +/- 6,5 mm via sit store overhængte motorsystem. Denne bashøjttaler til Q113 Revolution har et underhængt motorsystem, en svingspole med en diameter på 42 mm og en slaglængde på hele +/- 9 mm. Det er der formentlig ingen anden 15 cm højttalerenhed, der er i stand til at præstere. Det skal retfærdigvis siges, at producenter af højttalerenheder ikke har en standard for hvordan slaglængde skal opgøres. Scan Speak opgører den her til det punkt, hvor magneten har 85 % af sin styrke tilbage. Næste gang handler det om resultatet af en ingeniørpræstation, hvor vi træder ud på det dybe vand. Det handler om de passive enheder, der skal assistere bashøjttaleren med at gengive den dybeste bas.