Linært frekvens response er ikke alt
Hvorledes ser energiresponset ud - det er det der giver lydindtrykket når du er udenfor nærfeltet og "sweet spot"?
Hvad med time response mellem bas og diskant - inkl delefiltre?
Så tæt er vi på at høre Q113 for første gang
Alle delene er bygget, men der kommer stadig ingen lyd ud af vores højttalere. Det får du en forklaring på her. Dette er en opdatering på projektets status, samt et kig ind de kommende udfordringer. Men først et lille kig tilbage.
Det er en varm sommerdag i begyndelsen af juli. Jeg har netop modtaget de første prøver af diskanthøjttalerne til Højttaler Q113 Revolution og har monteret alle de specialudviklede dele i prøvekabinetterne. Højttalernes dele er i større eller mindre omfang konstrueret og bygget af Ingeniørens læsere, men jeg glæder mig over at få lov at samle de første prøver, selvom højttalerne skal hurtigt videre. En time efter den sidste skrue er monteret, står jeg på parkeringspladsen ved Kulturhuset på Islands Brygge. Prototyperne på Q113, både Evolution og Revolution, ligger i bilens baggagerum og jeg skal mødes med den ingeniør, som skal bruge noget af sommeren på at lave akustiske og elektriske målinger på prototyperne.
Det begynder at ligne højttalere
Udviklingen af de to højttalere er skredet frem efter en rimeligt klar plan, der blev fastlagt få dage efter projektets begyndelse. Det har handlet om beregninger, computersimuleringer og målinger. Men det har også i den grad handlet om holdninger og erfaringer, der har løbet i en lind strøm hen over skærmen på ing.dk. I løbet af processen, er de mange beregninger langsomt blevet omsat til fysiske dele og det er endelig begyndt at ligne højttalere. Vi er kommet til et punkt i planen, der handler om akustiske målinger. Vi skal for første gang til at kigge på samspillet mellem de dele, vi har bygget. Og spørgsmålet er om det hele fungerer, som vi har set det i forudsigelserne.
Jazzfolk er mere kræsne
Som nævnt, står jeg på parkeringspladsen ved Kulturhuset på Islands Brygge i København med to par Q113 højttalere i bagagerummet. Der er Copenhagen Jazz Festival og inde i Kulturhuset skal der være koncert i aften. Der er livlig aktivitet omkring bygningen og bilen ved siden af, er ved at blive tømt for trommer og forskellige slags percussioninstrumenter. Jeg hygger mig lidt ved tanken om hvordan musikinstrumenterne først får et musikalsk liv, når der tilføres en vis portion menneskelig know-how, og her på parkeringspladsen lyder instrumenternes raslen og kaotiske "kling-klang-crash-bong", når de bæres ind, overhovedet ikke som musik. Der er brug for mennesker og på den måde minder instrumenter faktisk om at bygge højttalere. Det er i høj grad menneskellige ressourcer, der afgør resultatet. Jeg mødes nu med den ingeniør, der skal stå for målingerne på Q113. Han har lidt travlt, for han skal stå for lyden til aftenens koncert, hvilket står i nogen kontrast til mit besøg på Roskilde Festival, hvor en sværm af folk med hjælme brugte adskillige dage på at stille livelyden op. Det er unægtelig to forskellige verdener og to meget forskellige publikummer. "Folk går hjem, hvis det lyder dårligt", fortæller ingeniøren, og han underbygger det med en historie om, at jazzfolk kommer til koncert for at opleve kunstnerne sådan som de lyder. "Jeg har hørt om publikummer, som krævede deres penge tilbage, fordi koncertlyden skuffede dem", siger ingeniøren, mens Q113 højttalerne læsses fra den ene bil til den anden. "Det sker ikke på Roskilde Festival" slutter han, og vi aftaler nu det kommende forløb for Q113. Ingeniøren skal stå for en række akustiske og elektriske målinger, der skal vise om samarbejdet mellem de forskellige dele, vi har konstrueret, fungerer i den virkelige verden. Det er et afgørende øjeblik.
Kan ikke løse den mest simple opgave
Mennesker, der ikke interesserer sig for god lyd kan have svært ved at fange den begejstring, som højttalerbyggere og lydfreaks føler for gode højttalere. På sin vis er det måske ikke så mærkeligt, for når man ser på den teknologiske udvikling, der på få år har givet os streaming af millioner af musiknumre fra nettet via trådløse enheder, for ikke at glemme HD-lyd med potentielt bedre lyd end CD'en, så kan det være svært at tro på, at højttaleren ikke har flyttet sig med samme hastighed som resten af den teknologiske verden. Men det har den altså ikke. Sandheden er, at en højttaler ikke kan løse selv den mest simple opgave. Hvis du tilfører en højttaler et elektrisk signal indeholdende alle hørbare toner med samme lydstyrke, vil højttaleren give dig alt andet end det tilbage! I en verden hvor mennesket for længst har gået på månen kan du ikke tilføre et elektrisk signal til en højttaler og forvente at få det samme signal ud igen i akustisk form. Den teknologiske udvikling har skabt mange nye muligheder for højttalere, også flere end Højttaler Q113 kommer til at berøre, men der er discipliner som teknologien ikke kan klare smertefrit og bekvemt for os. Det er selve håndværket. Her tænker jeg på det akustiske, såvel som det elektriske, og ikke mindst den proces, vi stadig har foran os: lytteprøverne, trimningen af klangen og hele den del, hvor teknikken bliver til musik. Der findes ikke en kur, der kan mindske behovet for omhu og viden, når man skal lave en virkelig god højttaler. Der er simpelthen ikke nogen substitut for at gøre tingene ordentligt på den gammeldags måde. Følg bare med her.
Det har ingeniøren målt
De indledende målinger skal vise om henholdsvis Q113 Evolution og Q113 Revolution opfører sig ordentligt. Vi er klar over, at der ligger visse udfordringer foran, hvilket er beskrevet i flere tidligere indlæg. Vi ved også at de komponenter, vi har udviklet, bygger på noget af verdens bedste know-how og vi har brugt industriens bedste software til at simulere vores konstruktioner. Nu skal vi se, om vi er på rette spor. Målingerne i dette afsnit er helt grundlæggende. De er foretaget 1 meter ret foran højttaleren og målesignalet er et såkaldt "chirp", hvor måleudstyret udleder højttalerens frekvensrespons efter en FFT-analyse (Fast Fourier Transformation) af et særligt impulssignal. Inputsignalet er på 2,83 Volt og frekvensmålingerne er valide fra omkring 300 Hz og opefter. Under 50 Hz er målingerne tail-corrected, altså skåret væk, da vi ikke kan måle højttalerens basrespons i denne opstilling. Det er værd at bemærke, at målingerne er lavet med nøjagtighed på 1 dB per målestreg og der er ikke foretaget smoothing, altså udglatning af knaster. Det er med andre ord den barske sandhed, der vises på kurverne og ikke bare et komfortabelt glansbillede.
Derfor er der ikke lyd endnu
Det kan virke spøjst, at vi ikke har lyd på endnu, når vi både har bygget bashøjttalere og diskanthøjttalere i verdensklasse. Der er bygget kabinetter og tilmed simuleret hvordan delene kommer til at fungere med hinanden. Men vi mangler en meget væsentlig hovedingrediens i begge vores Q113 højttalere. Det såkaldte delefilter. Delefiltret er et elektronisk kredsløb, der sidder i enhver højttaler. Det kan designes i henhold til et hav af principper, men grundlæggende er delefiltrets opgave at opdele musiksignalet, så det strømmer ud til de respektive højttalerenheder. Derudover skal delefiltret varetage en ret væsentlig tilretning af signalet, så det tilpasses den enkelte højttalerenhed. Det er ikke muligt, at påbegynde udviklingen af delefiltret, før der findes en prototype af den færdige højttaler. Man kan ikke nøjes med at beregne hvordan et delefilter skal konstrueres, og man kan på ingen måde bruge et delefilter fra en helt anden højttaler. Derfor må vi vente med at bedømme lyden, til der findes nogle rimelige bud på et par delefiltre. Men hvad siger da målingerne?
Måling 1. Frekvensrespons uden delefilter, Q113 Revolution. Rød kurve viser bashøjttalerens bidrag, mens den grønne kurve viser diskanthøjttaleren.
Måling 1. Q113 Revolution, uden delefilter
Den røde kurve viser bashøjttalerens frekvensrespons, målt 1 meter ret foran højttaleren. Den grønne kurve viser frekvensresponsen for vores specielle diskanthøjttaler med DXT linse. Jeg har tegnet en vandret sort streg hen over målingen, for at vise hvordan højttaleren ideelt set burde ende med at måle, hvilket naturligvis er en uopnåelig utopi. Den sorte streg tjener også som indikator for den kommende højttalers følsomhed (eller drifteffekt). Du kan se, at jeg har valgt at lægge højttalerens følsomhed på lige omkring 87 dB, hvilket svarer til bashøjttalerens følsomhed ved 2-400 Hz. Den givne konstruktion kan ikke opnå en følsomhed højere end 87 dB, hvis den endelige frekvensrespons skal ende med at blive rimeligt lineær, altså ligesom den sorte streg. Alt hvad der stikker over 87 dB skal dæmpes, samtidig med at bas- og diskanthøjttaleren skal tage sig af hver deres toneområde. Det er dog en stor fordel, at diskanthøjttaleren har fuldt output ned til omkring 500 Hz. Det er bestemt ikke alle diskanthøjttalere der kan det. Bashøjttalerens stigende tendens op til peaket omkring 5000 Hz har jeg tidligere omtalt med en lille skepsis her på bloggen, og peaket genfindes da også på disse målinger. Det er ganske enkelt en opgave, der skal løses. Det er de to peaks ved 1000 og 2000 Hz i øvrigt også, men dem vender jeg tilbage til.
Måling 2. Impedansrespons, Q113 Revolution. Systemresonansen ved 48 Hz viser at simuleringen af de passive enheder virker!
Måling 2. Q113 Revolution, impedans
Den røde kurve viser impedansforløbet for bashøjttaleren i dens 10 liters kabinet med de to passive enheder. Den grønne kurve viser impedansforløbet for diskanthøjttaleren med DXT linse. Det hakkede forløb studser vi over, men vi kender ingen forklaring på det. Forslag til en forklaring er velkommen. I udgangspunktet ser du, at impedanskurvens minimum befinder sig omkring 200 Hz og at niveauet overalt er over 4 ohm. Det er fint. Du ser, at systemresonansen for bassystemet befinder sig omkring 48 Hz, og at de to impedanspukler er relativt høje. Dette indikerer en stor magnetstyrke (BxL) i højttalerens motorsystem. De to pukler er ikke lige høje, men det er for tidligt at have nogen mening om vigtigheden af dette. Diskanthøjttalerens meget lave impedans vil senere blive rettet op, da enheden spiller adskillige dB for højt i udgangspunktet og derfor skal dæmpes med en eller flere modstande i delefiltret.
Måling 3. Frekvensrespons uden delefilter, Q113 Evolution. Bashøjttaleren (rød) og diskanthøjttaleren (grøn) har begge fuldt niveau ud over 3½ oktav. Det lover godt for det kommende delefilter.
Måling 3. Q113 Evolution, uden delefilter
Frekvensresponsen for bashøjttaleren til Q113 Evolution viser, ligesom på Revolution, en bashøjttaler der er meget villig til at gengive de højere frekvenser, mens højttalerenhedens følsomhed, samlet set, skal trimmes ned til omkring 87 dB, for at højttaleren får en lineær respons. Diskanthøjttaleren arbejder meget dybt, selvom den ikke arbejder helt så dybt som diskanthøjttaleren til Q113 Revolution. Omkring 16 kHz falder responsen en smule, hvilket dog ikke giver anledning til den store hovedpine.
Måling 4. Impedansrespons, Q113 Evolution. Rød kurve viser et problemfrit impedansforløb, men den grønne kurve viser diskanthøjttalerens impedans med egenresonansen på omkring 500 Hz.
Måling 4. Q113 Evolution, impedans
Systemresonansen ligger ved 50 Hz, når højttalerens 10 liters basreflekskabinet afstemmes, som ingeniørerne har fundet frem til. Det er nogle få Hz højere, end den oprindelige SA2K, men den lidt højere afstemning skal forsøge at imødekomme nogle af de problemer som SA2K kunne komme ud i, når den skulle spille virkelig højt. Den kunne nemlig spille sig selv i smadder, hvis uheldet virkelig var ude, Hvis du vil friskes op på målingerne af SA2K kan du kigge tilbage her. Bemærk, at de to impedanspukler er perfekt lige høje. Det er godt arbejde.
Det er ingeniørarbejde i høj klasse
Man skal huske på, at disse målinger er rå og blottet for enhver sminke. Her ser du højttalerens respons med mikroskop, og enhver lille knast og unøjagtighed kommer frem i dagens lys. Kønt ser det ikke ud, når frekvensresponsen farer op og ned som den gør på disse målinger, men tro mig, det er virkelig flot arbejde, der giver håb om et fremragende resultat. Der er bare lige en enkelt ting.
Der er noget galt
Kig engang på Måling 1 af Q113 Revolution, og se nærmere ved 1000 Hz og 2000 Hz. Bemærk puklerne på frekvensresponsen. Både bas- og diskanthøjttaleren har en pukkel ved 2000 Hz, mens bashøjttaleren slår en lille krølle ved 1000 Hz. De to uregelmæssigheder har overrasket holdet bag Q113, for de burde ikke være der. De fleste af de små uregelmæssigheder kender vi, men de her er nye, og derfor må de være opstået som funktion af, at højttalerenhederne er kommet ind i et kabinet. Det underlige er imidlertid, at vi udover at udvikle vores egne højttalerenheder også har simuleret hvordan kabinettet skal udformes, og hvor højttalerenhederne skal placeres, for at undgå overraskelser som denne. Lidt hovedregning på hvor lange bølgelængderne er på toner ved 1000 Hz og 2000 Hz, fortæller lige pludselig hvad der foregår. Det her er en fejl forårsaget af kabinettets geometri eller højttalerenhedernes indbyrdes placering.
Design på vej. Parallelt med ingeniørarbejdet, er Q113 Revolution begyndt at få et design. Det arbejde skal gøres om igen.
Det er jo ikke verdensklasse!
Man kan sige meget om luftigheden af begrebet "verdensklasse", men det er ikke overbevisende at begå en simpel fejl, når så mange avancerede ting er gået så godt. Det viser sig nemlig, at vi har simuleret den rigtige akustik og vi har lavet de rigtige tegninger, men ved en banal uopmærksomhed er det de forkerte kabinettegninger, der er givet videre til kabinetbyggeren. Vi har opdaget fejlen takket være de afslørende målinger, men der er ikke meget at stille op. Der skal bygges nogle andre kabinetter. Man kunne måske redde fejlen, ved at bruge nogle komponenter i delefiltret til at rette tingene ind. Men det går jo ikke. Det er ikke verdensklasse, at lave fejl der kunne være rettet fra begyndelsen. Det er dårlig stil. Lad mig i den forbindelse sige noget om digital signalbehandling, som mange ser som løsningen mod småfejl. Dette og lignende problemer kan ikke fjernes med en teknologisk løsning. Jo, digital signalbehandling kan med stor nøjagtighed fjerne puklerne på frekvensresponsen, men det hører med til resonanser som disse, at de står og "ringer" i længere tid, og det kan selv digital signalbehandling ikke udbedre. Teknologi er ikke altid den magiske kur, der fixer fremskridt. Pointen med at kunne sit håndværk og gøre tingene ordentligt, er godt at blive mindet om, når man lige er kørt i grøften, som Q113 Revolution er. For anden gang! For dælen da ....
Virtuelt delefilter. Delefilter bygges på computeren og softwaren beregner sig frem til komponentværdierne i henhold til den ønskede frekvensrespons. Du kan se komponentværdierne ved at forstørre billedet.
Simulering af delefilter. De røde kurver viser den ønskede filterfunktion, mens de grønne kurver er en simulering af højttalerenhedernes frekvensrespons i forbindelse med det beregnede delefilter. Kurverne er meget flotte. Bemærk, at softwaren har et bud på en udbedring af det lidt svage niveau over 16 kHz!
Et kig på simulering af delefilter til Q113 Evolution
Der er nu også lyspunkter, for lad mig hurtigt vise dig hvordan vi finder frem til indledningen for de kommende delefiltre. Først bygger vi et virtuelt delefilter med et diagram, der virker som et fornuftigt udgangspunkt. Derpå angiver vi den ønskede filterfunktion, hvilket i dette tilfælde er et 24 dB/okt filter med en delefrekvens på omkring 2 kHz. Vi kalder det vores "target". Derpå loader vi højttalerenhedernes frekvensrespons ind og beder softwaren foreslå komponentværdier til delefiltret, der får den samlede respons til at lande så tæt på det ønskede target som muligt. Her viser det sig, at Q113 Evolution er meget samarbejdsvillig. Den nuværende status er derfor, at Revolution sandsynligvis skal have nye kabinetter, mens Evolution nærmer sig en prøvelytning.
Ole
Witthøft
bygger en lille HiFi-højttaler i verdensklasse sammen med Ingeniørens læsere. Deltag i projektet ved at skrive en mail til ole@system-audio.com med "Q113" i emnefeltet.
Kommentarer (14)