Ud med alle resonanser!

13. December, 2018

Under arbejdet med konstruktion af delefilter til JERN14 højttaleren blev jeg bestyrket i overbevisningen om at resonanser skal undgås. Jeg konstaterede at kabinettet - støbt i gråjern – fjernede den sidste rest af kabinetsvibrationer man kender fra flertallet af almindelige højttalere. Det betød også, at resonanser fra højttalerenhederne og resultatet af arbejdet med delefilteret trådte tydeligere frem.

Deling mellem de to enheder medførte nødvendigheden af at anvende 12dB/okt. eller højere. Med deling af frekvensområdet tæt på diskantenhedens resonansfrekvens betyder at filteret ikke deler korrekt. Filterberegning er lig med lå kurve. Virkeligheden som konsekvens af diskantenhedens resonansfrekvens og impedansforløb er lig med rød kurve. Se billedet.

Da det ydermere viste sig nødvendigt at anvende et 24dB/okt. LINKWITZ RILEY delefilter for at opnå korrekt faseforløb og effektiv udnyttelse af enhedernes frekvensgang og belastningsevne blev det afgørende nødvendigt at delefilteret arbejdede med en frekvensuafhængig tilnærmet lineær impedans. Derfor måtte jeg indføre de beskrevne tiltag på tegningen nedenfor. Et Linkwitz Riley 24dB/okt. filter kræver impedanslinearitet for at fungere optimalt.

Refleksioner over resultatet

Alle efterfølgende forsøg med simplere filtre med og uden de impedanskorrigerende filtre blev forkastet i lyttetest.

For er der noget vores ører er gode til er det at udskille lyde og resonanser der skiller sig ud fra helheden. Et udrykningskøretøj. En bakalarm fra et køretøj. Stemmen fra en megafon og en solist i orkesteret for nu at nærme os hifi universet. ”Når lyden stikker ud”, som en rammende beskrivelse, når dele af anlægget er årsag. Det der gør gengivelsen uinteressant. Irriterende.

Resonanser er overalt og vil man på bedste måde gengive en musikoptagelse, som af gode grunde indeholder sine toner, resonanser og efterklang er man nødt til at forhindre der bliver tilført flere og mere.

Når man har fået styr på rummet, man lytter i, er et af stederne at fortsætte i højttalerne. Her er vi tvunget til at have højttalerenheder (transducere) til at omsætte strømmen til lydbølger (trykvariationer i det atmosfæriske tryk). Det øret og hjernen omdanner til lydene vi hører og musikoplevelsen vi har forventninger til.

Og da vi i langt de fleste tilfælde er nødt at anvende flere højttalerenheder for at dække det hørbare frekvensområde skal vi have fordelt strømmen mellem enhederne. Dertil anvendes der et delefilter bestående af spoler og kondensatorer. Deres elektriske værdier beregnes efter højttalerenhedernes impedans. Og her opstår problemerne. Højttalerenheder har ikke den samme impedans i hele deres arbejdsområde. Gældende for langt de fleste har de en mekanisk betinget resonansfrekvens og en stigende impedans som konsekvens af svingspolens induktans.

Allerede her kan vi se at delefilteret ikke kan fungere optimalt. Det kan det kun hvis impedansen er ens i det hørbare frekvensområde.

Vil vi have styr på problematikken er der to muligheder. Den ene er at dele frekvensområdet op og tilføre de opdelte områder til hver sin forstærker, tilsluttet de respektive højttalerenheder. Hvor langt de fleste dermed slår sig til tåls med at forstærkeren klarer resten. Det vender vi tilbage til.

Den anden mulighed er at udstyre delefilteret med impedans korrigerende filtre. Såkaldt Notch- og Zobelfilter. De udglatter højttalerenhedens impedanskurve til en frekvenslineær værdi. Derved at delefilteret fungere frekvensmæssigt og elektrisk optimalt. Enhedens tendens til selvsving på dens resonansfrekvens bliver lagt død med Notchfilteret og støj fra enhedens egen elektromotorisk genererede energi (støj og forvrængning) bliver lagt død med Zobelfilteret.

Her kommer så det vi skulle vende tilbage til. De to impedanskorrigerende filtre viser sig også at have betydning når man deler elektronisk med forstærkere tilsluttet enhederne. Det uanset man teoretisk anser det overflødigt, har det en tydelig effekt med Zobel og Notchfilter uanset koblingsmetoden. Reduktion af højttalernes bidrag til resonanser og lyd der ”stikker ud”.