Blog

Høyttalere og integrering i rommet

Forholdet høyttalere og rom

Hvordan høyttalere fungerer i et rom er essensielt for hvordan det lydmessige resultatet blir. Ofte blir dette delvis oversett og mange har i større grad fokusert på elektronikk, kabler, strømrensere osv. I denne undervisningen skal vi se på forholdet høyttaler og rom.

Spredning:
I bassområdet så bli frekvensene rundstrålene. I et mindre rom så er bølgelengdene større enn avstandene mellom flatene, og da oppstår det stående bølger (også kalt rommoder) uavhengig av høyttaler konstruksjon. Enten det er en høyttaler med baffel/kasse, dipol, kardioide eller horn så får man stående bølger i et mindre rom da spredningskontroll uansett blir oppslukt av rommodene. Dette innebærer at man får mer nivå i noen frekvenser og mindre nivå i andre. Musikken får for lite fundament og trøkk eller den blir boomete med en bass som dominerer over andre frekvenser. Man kan se for seg bølger på havet.

standing_waves

Dette vil variere ulike steder i rommet og plassering foruten basstiltak er viktig for å oppnå jevnest mulig bassrespons. Ulike bass prinsipper kan derimot trigge ulike rommoder, men antallet stående bølger er ifølge studier det samme så sant man optimaliserer plassering for alle. Det kan leses om løsninger på bassproblemer her. I denne undervisningen kommer vi til å fokusere på spredningen over bassområdet.

Spredningen eller direktivitet fra en høyttaler over bassområdet forteller oss i hvilke retninger lyden sendes. Når man befinner seg i et mindre rom, så hører man svært mye reflektert lyd ifra flatene. Det er blitt sagt at så mye som 80% eller mer av den lyden man lytter på kommer via tak, gulv og vegger. Altså bare ca. 20% kommer direkte fra høyttalerne. Da sier det seg selv at den reflekterte lyden spiller en stor rolle.

roomacoustics1a

Høyttalere har ulik spredning. Både spredningen vertikalt og horisontalt er ulik fra høyttaler til høyttaler. Det finnes ulike teorier hva som er den beste spredningen i mindre rom. Her har vi alt ifra rundstrålende høyttalere som sender lyden i alle retninger horisontalt til horn eller elektrostater som kan i noen tilfeller sender lyden mer som nærmest en stråle. Hva som er den optimale spredningen kommer ann på bruksområde og type lyd man ønsker, men det som er sikkert er at det er viktig at spredningen er noenlunde konstant i ulike frekvenser. Mer om det i neste avsnitt.

Uniform spredning:
Som nevnt så kan det diskuteres hvorvidt en spredning skal være bred eller smal. Derimot er det udiskutabelt at lyden bør spres rimelig konstant i hele frekvensområde. Dersom en høyttaler sprer ujevnt i frekvensene med f.eks bred spredning et sted, smal et annet og slik fortsetter det med ujevnheter, så vil det bli stor forskjell i direktelyd og reflektert lyd. I noen frekvenser får man da mye mindre reflektert energi, mens i andre mer. Og dermed blir total resultatet veldig farget med utstikkende frekvenser og for lite nivå i andre. Dette kan riktig nok minimeres mye med akustiske tiltak, men det er alltid en fordel å begynne med en konstant spredning fra en høyttaler. Den reflekterte lyden bør være mest mulig lik direktelyden for at vi skal bevare korrekt tonalitet.

Hvor uniform/konstant spredning har typiske kommersielle høyttalere?
Og da blir det naturlig spørsmålet hvor konstant spredning har egentlig høyttalere. Svaret her er at det varierer mye, men at de aller fleste konvensjonelle høyttalere har en veldig ujevn spredning. 

Såkalte dynamiske høyttalere har blitt det rådende på markedet. Altså tradisjonelle frontfyrende kasse-høyttalere.
dynamic-speaker

De kombinerer en brukbar følsomhet som kan spille relativt høyt, bredt frekvensområde og med en størrelse som ikke blir så stor. Men ulempen med tradisjonelle dynamiske høyttalere er at spredningen er i stor grad veldig ujevn. Enten er de det vertikalt eller som oftest både horisontalt og vertikalt. Resultatet er en høyttaler som er vanskelig å integrere godt i et en typisk stue. Lyden som kommer fra flatene vil farge det man hører i lytteposisjonen eller andre steder i rommet mye.

Høyttalere med små horn kan ha en uniform spredning i hornets virkeområde dersom hornet er et konstant direktivitets horn.
rp-280f-angle-ebony-custom

Problemet med slike høyttalere at denne spredningen kun finnes i et begrenset frekvensområde. Små horn bevarer sjelden spredningen lenger ned enn til rundt 1500-1000 Hz. Under dette blir spredningen gradvis bredere. Dermed får man mindre reflektert lyd fra diskant og eventuelt øvre mellomtone og mye mer reflektert energi i resten av frekvensområde. Dette er veldig lite ideelt. Dersom en hornhøyttaler skal bevare spredningen lenger ned i frekvens, så blir hornet veldig stort. Vår mening er at en slik type høyttaler bør ha uniform spredning ned til minst 500 Hz horisontalt for og virkelig låte bra. Dette er derimot veldig lite stue -og WAF vennlig p.g.a. størrelsen som kreves og få produsenter selger derfor slike høyttalere.

En del litt større kommersielle horn på markedet har heller ikke nødvendigvis spesielt uniform spredning.
100308-trio-standard

De fleste runde horn har en spredning som blir smalere og smalere jo høyere i frekvens man kommer. Resultatet er ikke bare at øverste diskant dekker et veldig lite lytteområde, men igjen får man utfordringer med at den reflekterte energien fargelegges i stor grad. En noe smalere spredning i øverste diskant er for så vidt naturlig og også tilsvarende spredning til mange instrumenter, men mange runde horn overdriver det og blir for smale (som nærmest en stråle) og ikke minst for tidlig i frekvens. Slike kommersielle horn har dessuten en vertikal spredning med relativ stor lobeproblematikk som dermed skaper vertikale problemer i rommet og noen ganger også innenfor lyttevinduet.

Elektrostater er ikke helt ulike runde horn.
slab

De blir som regel også smalere og smalere jo høyere i frekvens man kommer. Det kaller man beaming og gir denne stråleeffekten. Resultatet er blant annet at elektrostater kan ofte låte noe mørkt fordi man får mindre reflektert energi oppover i frekvens. Men andre ord et tonalt avvik. Skal også nevnes at elektrostater sender like mye lyd bakover som fremover. Dette fører til et stort bidrag fra frontvegg. Allikevel skal det sies at dersom man har mulighet til å plassere høyttalerne med god avstand til frontvegg, så er ofte elektrostater mye enklere å integrere i rommet enn veldig mange andre høyttalere. De skaper langt færre refleksjoner både horisontalt og vertikalt. Optimal sweetspot er derimot liten p.g.a. stråleeffekten og elektrostater har begrenset dynamiske egenskaper.

Rundstrålende høyttalere kan ha en veldig konstant spredning horisontalt.
mbl

Dette varierer riktig nok mye fra rundstrålende til rundstrålende, men de beste konstruksjonene holder en veldig uniform spredning i det horisontale planet. Vertikalt har de derimot lobeproblematikk med en ujevn spredning. Rundstrålende høyttalere sprer som nevnt lyden i alle retninger. Dette skaper igjen veldig mye refleksjoner. Dersom spredningen er konstant, så vil den allikevel kunne bevare en noenlunde korrekt tonalitet i mange rom, ser vi vekk ifra det vertikale bidraget. Allikevel vil alle refleksjonene den skaper gå utover andre områder og lydbildet kan fort blir for diffust. Flere opplever rundstrålende vanskelig å plassere optimalt i en stue p.g.a. alle refleksjonene den skaper.

Tradisjonelle linjekilder har ord på seg å unngå vertikale problemer i et rom.
gen

Men dette stemmer bare delvis. Selv om en linjekilde vil minimere gulv og takrefleksjoner, så er ikke spredningen konstant. Den endrer seg relativt mye i de ulike frekvensene og i tillegg på ulike avstander. Tradisjonelle linjekilder fungerer helt klart best på veldig store avstander plassert høyt over bakken, altså utendørs. Spredningen til en typisk linjekilde plassert på gulvet kan sees under og det er tydelig den er svært varierende og kaotisk.

polar-linjekilde

Konstant direktivets høyttalere:
Det finnes høyttalere med en mer konstant direktivitet og et spredningsmønster som lar seg enklere integrere i mindre rom. I ulik grad vel og merke. Noen har det kun horisontalt, mens andre har det også vertikalt. Selve størrelsen på spredningen kan variere mye mellom eksemplene under.

helsinki-1

jubilee-3

cbt-1-custom

bang-olufsen-beolab-90-beovision-avant-85-9547-custom

Vi kommer derimot ikke til å gå mer i dybden på konstant direktivitets høyttalere her da det emnet er veldig stort. Det som kan nevnes er at høyttalere med veldig uniform spredning er mer komplekse å konstruere og kan være en årsak til at få av de finnes på markedet. En del konstruksjoner, som nevnte horn, blir også veldig store.

I alle høyttalerkonstruksjoner som lyd & akustikk vil tilby i årene fremover, så vil spredning og uniformitet legges stor vekt på.

Bred eller smal spredning i mindre rom?
Vi har snakket om viktigheten av at høyttalernes direktivet er uniform og ikke endrer seg mye i de ulike frekvensene. Men vi har ikke vært så mye innom hvorvidt spredningen bør smal eller bred, og det skal vi se litt på her.

Fra pykoakustiske undersøkelser så vet vi at vertikale refleksjoner i små rom med lav takhøyde ikke bidrar til noe positivt. Derfor er det ønskelig at høyttalerne unngår refleksjoner fra taket og gulv så mye som mulig.

Derimot er det mer komplekst når det kommer til horisontal spredning. For det første vil dette være avhengig av hvor stort lytteområde man ønsker. For det andre er det et spørsmål om man ønsker et mest mulig presist og korrekt lydbilde med optimal innsikt i kildemateriale eller en bredere og større scene. Disse to kolliderer nemlig til en viss grad, man får ikke 100% av begge deler. Både bruksområde, preferanser og bredden på rommet er områder som spiller inn på ønsket direktivitet fra en høyttaler.

Dersom man har en veldig bred stue eller kanskje til og med åpning til andre rom og det er ønskelig med god lyd overalt, så trenger høyttalerne også og ha en tilstrekkelig bred spredning. Og tilsvarende dersom man ønsker at det skal være et bidrag fra sideveggene (gjerne diffusert) for å skape et bredt og stort lydbilde. Det kan riktig nok også oppnås med diffusjon på bakvegg i rommet, men ikke alle har den muligheten. Det som derimot er essensielt dersom man vil at sideveggene skal bidra er at rommet har tilstrekkelig bredde slik at disse refleksjonene/diffusert energi kommer 12-15 ms etter direktelyden.

For de som ønsker et kritisk lytteoppsett med mest mulig korrekthet og svært god klarhet, tydelig, lokalisering osv. og kun lytter et sted, så vil det være en fordel med høyttalere som sprer lite til sidene. På den måten får man mest mulig direktelyd.

Trenger man akustiske tiltak dersom man har høyttalere med konstant spredning?
Høyttalere med en uniform spredning vil bevare mye bedre tonalitet. Den reflekterte energien er da langt mer lik lyden som kommer direkte fra høyttalerne. Og et godt utgangspunkt er alltid en fordel.

Det betyr derimot ikke at behovet for akustiske tiltak faller helt vekk. For det første vil ujevne flater, vinduer eller asymmetri i rommet fortsatt skape endringer. Og for det andre, selv om konstant direktivitet bevarer tonalitet i større grad, så vil refleksjoner fortsatt gå utover områder som klarhet, tydelighet og lokalisering av lydbilde. For å oppnå den høyeste grad av oppløsning og innsikt i kildemateriale, så må refleksjonene minimeres. Dette gjelder spesielt de refleksjonene som kommer tidligst etter direktelyden. Men også senere refleksjoner har en innvirkning. Flutter-ekko er et annet akustisk problem som må løses for god lyd.

Måter å behandle refleksjoner og fluttere-ekko på er med absorpsjon eller diffusjon. Avhengig av avstand til flatene og preferanser.
med-tiltak
Bassproblemer oppstår som vi har vært inne på uavhengig av bassprinsipp (dipol, kasse, kardioide, horn) og effektive bassfeller er nødvendige.

1

Les mer om akustiske tiltak til små rom her.

Hvilke målinger viser høyttaler spredning?
Dersom man skal kunne se hvordan en høyttaler sprer lyden, så krevers det såkalte off-axis målinger. Dvs. målinger som er gjort i ulike grader til sidene og vertikalt i forhold til høyttalernes akse. lyd & akustikk mener at alle høyttaler produsenter burde publisere slike målinger (både horisontalt og vertikalt) siden det er har stor innvirkning på hvordan høyttaleren integreres i rommet. Dessverre er det veldig får produsenter som publiserer det. Det skyldes trolig enten at det ikke er etterspørres av markedet og vi mistenker at også mange produsentene kvier seg for å avdekke spredningsproblemer. Vi har selv opplevd flere ganger at produsenter av svært kostbare høyttalere ikke vil dele slike målinger selv om man spør om det. Dette til tross for at de ikke avslører noe om selve designet, men viser kun resultatet.

Det er flere metoder å vise en høyttalernes spredning på. Man kan vise den som grafen under, hvor man viser måling on-axis (direktelyden) og målinger i ulike grader. Eksemplene under viser kun horsiontalt.
off-axis-1

off-axis-2

En annen metode er å vise nivå og grader på en sirkel (noen ganger bare halvsirkel).
polar-sirkel

En bedre metode er derimot en sonogram som viser det mer grafisk. Slike pollarrespons målinger gi et mer nøyaktig bilde. En slik fremstilling må vises separat for horisontalt og vertikalt. De to første eksemplene under er horsontale og siste er vertikal.
sonogram-1

sonogram-3-custom

sonogram-vertikalt-custom

En forklaring av slike målinger og svakheter med annen metode finnes på denne siden.

Man kan også vise direktivitets målinger som en 3D ballong som da fremstiller horisontalt og vertikalt samtidig.

3d-balloon-2-custom

Polaresponsmålinger vises vanligvis med 1/3 glatting, det er dagens standard.