Høgtalarar

Opne bilete i eit nytt vindauge

CC BY-SA

Bilete: Andy List

Øyret vårt kan registrere svingingar med frekvens mellom 20–20 000 Hz (hertz). Jobben til ein høgtalar er å kunne gi att lydar i dette frekvensområdet, basert på vekselstraumsignalet han får frå ein forsterkar. Høgtalaren går i forhold til desse signala og skaper lydbølgjer som vi kan høyre.

Sjå ein enkel animasjon av lydbølgjene som oppstår (edumedia-sciences.com).

Det finst mange ulike typar høgtalarar, tilpassa for alle bruksområde. Nokre høgtalarar baserer seg på funksjonalitet, det vil seie dei har som oppgåve å gi eit signal eller ein alarm. Du finn gjerne desse i vekkjarklokker, mikrobølgjeomnar og liknande. Vi har ein eigen kategori for PA-høgtalarar (PA = Public Address). Desse blir brukte til konsertar og dessutan på andre store område der ein skal gi opplysningar, til dømes på ein togstasjon. Det mest spennande området for mange er stereo- og surroundhøgtalarar, altså høgtalarar som er laga for å skape god lyd til musikk og film. Fagfeltet for akustikk er veldig stort og interessant og kan vere vel verdt å fordjupe seg i.

Opne bilete i eit nytt vindauge

CC0

Bilete: Ukjent

Her kan du sjå eit basselement som er konstruert for bruk i bil. Bassen har ein særs kraftig magnet for å gi rikeleg med "trøkk" i dei låge frekvensane. Denne modellen speler rundt 25–55 Hz, avhengig av dimensjon. Jo større elementet er, jo lågare frekvensar speler det.

Sjølve høgtalarprinsippet er likt for mange høgtalarar. Bakarst på elementet står magneten, det er sjølve motoren på høgtalaren. Han er topola (både nord og sør) og har eit holrom i midten. På sida finn vi terminalane (pluss og minus). Herfrå går det leidningar til ein spole som er plassert i holrommet i magneten. Denne spolen er festa til membranen, ei "plate" i fronten av høgtalaren. Når høgtalaren får signal frå forsterkaren gjennom terminalane, så vil spolen gå fram og tilbake inne i magneten (Faradays lov), som igjen rører membranen. På kraftige basselement har membranen mykje slaglengde (inn- og utrørsle) som gjer at membranen kan rakne. For å unngå dette blir konstruert han med eit membranoppheng av mjuk gummi. Alle delane blir monterte saman i eit chassis av metall.

Animasjon om korleis lufta blir sett i rørsle rundt ein høgtalar (micro.magnet.fsu.edu)

Det er ikkje så vanskeleg å sjå for seg at høgtalarar med stor diameter skaper store (lange) bølgjer. Lange bølgjer har låg frekvens, og øyret oppfattar slik lyd som mørke, djupe tonar. Vi kallar slike tonar basstonar eller berre bass. Lange bølgjer spreier seg meir enn korte og er derfor lettast å høyre i omgivnadene. Derfor kan vi ha basskassa i bagasjerommet eller ha ho plassert nesten kvar som helst i stova når vi vil ha ei god filmoppleving.

For høgtalarar med liten diameter blir det sjølvsagt omvendt. Vi kallar tonar med kort bølgjelengde og høg frekvens for diskant. Desse høgtalarane er langt meir retningsbestemde og må peike rett mot lyttaren.

Vi bruker òg omgrepet høgtalar om ei kasse med fleire høgtalarar i. Du ser eit døme på biletet øvst på sida. Kvar høgtalar i kassa blir kalla eit høgtalarelement.

Eitt og same høgtalarelement kan ikkje gi att alle lydfrekvensar like godt, og det er derfor vanleg å setje saman fleire høgtalarelement med ulike eigenskapar i éi kasse for å oppnå best mogleg lydattgiving.

Dei djupe og mørke basstonane har låge frekvensar og lange bølgjelengder. Til dømes har ein rein 100 Hz-tone bølgjelengd på cirka 3,4 meter. Då ser du kanskje at ein godt kunne ønskje seg ein stor membran for å skape slike lange bølgjer.

På den andre sida vil ein slik stor bassmembran måtte svinge cirka 100 gonger fram og tilbake per sekund (ved 100 Hz), og det set nokre fysiske avgrensingar for kor stor det er praktisk å lage han.

Dei høge, lyse tonane blir kalla diskant. Ein rein tone på 10 000 Hz (10 KHz) har ei bølgjelengde på cirka 340 ⁄ 10 000 = 0,034 meter = 3,4 centimeter. Samanlikna med bølgjelengda på ein basstone ser du at han er særs kort, og vi kan derfor greie oss med ein membran på berre nokon centimeter i diameter.

Motsett av bassmembranen vil diskanten svinge særs hurtig, opp mot 20 000 (20 KHz) svingingar i sekundet. Diskantelementet må vere lite og lett for å henge med i slike hastigheiter.

Diskanthøgtalarar som gir att spesielt høge diskanttonar, kallar vi òg tweeter.

Når ein høgtalarmembran svingar framover, oppstår det ei trykkauke føre han og ei trykkminking bak. Vi ønskjer at overtrykket på framsida skal forplante seg rett framover, men noko av dette trykket vil i staden bli jamna ut direkte til baksida av membranen der det er lågt trykk og dermed svekkje utbreiinga av lydbølgja drastisk. Dette kallar vi akustisk kortslutning.

Det bør derfor vere eit fysisk skilje mellom for- og baksida av ein høgtalarmembran. Vi kan oppnå dette ved å setje høgtalaren inn i eit hol i ein uendeleg stor vegg!

I praksis ønskjer vi ikkje altfor store frontplater (baffel) på høgtalarar, men vi ønskjer ein storleik på minst ei halv bølgjelengde av den lågaste frekvensen høgtalaren skal gi att.

For å unngå akustisk kortslutning blir høgtalarelementa sette inn i kassar eller kabinett.

Høgtalarar med tette kasser kallar vi trykkammarhøgtalarar. Ei tett kasse fører til at lufta inne i kassa blir komprimert når membranen gjer store svingingar innover, og at det oppstår undertrykk når membranen svingar utover. Dette dempar utsvinget, spesielt på dei lågaste frekvensane.

For å unngå dempinga ved over- eller undertrykk har ein utvikla bassreflekshøgtalarar. Desse høgtalarkassane har ein nøye tilpassa kanal som munnar ut i eit hol. Trykkendringane inne i kassa kan derfor jamnast ut, men kanalen fram til holet er utforma slik at trykkutjamninga blir forseinka og akustisk kortslutning blir då unngått.

Opne bilete i eit nytt vindauge

CC BY-NC-SA

Bilete: Wigwam Jones

Du har kanskje høyrt omgrepa tovegs og trevegs i samband med høgtalarar. Det er ikkje talet på element i eit kabinett som definerer dette. Det er delefilteret som definer om lydsignalet blir delt i to eller tre område.

Eit typisk eksempel på tovegs- høgtalarar er bokhyllehøgtalarar, der delefilteret deler lydsignalet i eit diskantområde og eit mellomtoneområde. Dersom vi i tillegg legg til bassområdet, får vi eit trevegs delefilter, noko vi typisk finn i golvståande høgtalarar. Det blir kravd minimum eitt dedikert høgtalarelement for kvar deling, det kan òg vere fleire.

Delefilter består av kondensatorar, mostandar og spolar. Dei blir kopla ulikt utifrå kva frekvensområde høgtalarelementa skal ha, og kva frekvensar som skal filtrerast vekk. I bassområdet skal vi til dømes ha ein spole i serie med høgtalaren, medan ein diskant skal ha ein kondensator i serie. Grunnideen er at delefilter skal ha så få og så gode komponentar som mogleg.

Dei siste åra har det vorte meir og meir vanleg med surroundanlegg til heimebruk.

Surround sound kan vi omsetje til "lyd som omfamnar oss" i positiv forstand. Eit surroundanlegg si oppgåve er å gi oss meir innleving i filmen og få oss til å føle at vi er tilstades i det som går føre seg på skjermen.

• Senterkanalen er antakeleg den viktigaste høgtalaren. Han skal vere plassert så nær biletet som mogleg, då alt av dialog blir spelt av han.
• Fronthøgtalarane gir oss eit inntrykk av omgivnadene handlinga går føre seg i.
• Bakhøgtalarar gir oss eit inntrykk av handlinga som går føre seg bak oss.
• Subwoofer gir djupbass i heftige actionscener.

Det å gjere om det elektriske lydsignalet til ei fysisk membranrørsle kan gjerast på mange ulike måtar. Vi kan dele inn høgtalarar etter kva prinsipp som er brukt, og du vil då få følgjande fire hovudgrupper:

1. elektrodynamiske
2. elektrostatiske
3. elektromagnetiske
4. piezoelektriske

Dei to første gruppene ovanfor er mest brukte, og av dei igjen er nok elektrodynamiske høgtalarar aller mest utbreidd. Vi går ikkje nærare inn på detaljert verkemåte for alle desse prinsippa i Vg1.

Det å byggje høgtalarar kan vere spennande og ikkje minst lærerikt. Det gir deg ein god sjanse til å lære deg om frekvensar, ulike konstruksjonar og prinsipp. Du kan til dømes ta utgangspunkt i eit byggjesett og tilpasse det etter ønskje. Dersom du har ein ven med snikkarevner, kan de gjere det som eit samarbeidsprosjekt. Viss jobben blir godt utført, vil du ha ein velspelande høgtalar til ein langt lågare pris enn frå ein produsent. Det ligg mykje stoltheit i å byggje høgtalarar du kan ha glede av i mange år framover. Kanskje du kan byggje høgtalarar for andre òg.

Forslag til høgtalarbyggjesett (Seas)

Norsk importør av høgtalarelement og tilbehøyr (Monacor)