Her er du: Indsigtsartikler - Digital DIY korrektion af højtalere 20. august 2017 | 17:36   
Redaktionelt
Forsiden
Nyheder
Anmeldelser
Indsigtsartikler
Besøgsartikler
Arrangementer
Interaktivt
Køb, Salg & Bytte
Tilbudsavisen
Debat Forum
Services
Kontakt
Søgning


Digital DIY korrektion af højtalere
Af: Lars Boman  [26.09.2010] Print artikel
I denne artikel beskrives det hvordan man med lidt snilde og teknisk indsigt, selv kan lave sin egen digitale korrektion af højtalere, som også er bedre end de fleste etablerede løsninger!

Hvordan man opnår den bedste/mest naturlige lyd? Den vigtigste komponent i hi-fi anlægget er højttalerne. Hvordan får vi dem til at levere de korrekte tryksvingninger (lyd) ved ørerne? Der er rigtig mange måder, hvorpå de kan ændre/forvrænge det elektriske signal. Som regel er der nogenlunde styr på frekvensgangen, men forskellige former for forvrængning påvirker signalet i mere eller mindre grad.

Historie/baggrund:

Jeg er uddannet civilingeniør i akustik, og for mange år siden, før jeg fik børn, var jeg en ivrig hi-fi entusiast (AR3a og B&W DM6 højttalere), og bildte mig ind, at lyden hjemme hos mig var tæt på virkeligheden. Men så havde jeg er oplevelse, der åbnede mine øjne/ører. Jeg havde lige hørt de helt nye B&W 801 i importørens forretning på gågaden i Holbæk. Jeg var vildt imponeret, og gik ned ad gaden, mens jeg spekulerede på, hvordan jeg kunne skaffe alle de penge et sådan sæt kostede, da jeg pludselig hørte et orkester spille. Det var over 100 meter bag mig, men øjeblikkeligt kunne jeg høre, at det var rigtige musikinstrumenter der spillede, ikke en højttalergengivelse deraf. Det var altså ønsketænkning, at mine højttalere lød tæt på virkeligheden.

Denne oplevelse blev forstærket af, at jeg hos Brüel & Kjær, hvor jeg lavede målemikrofoner, hørte en optagelse med de nyudviklede studiemikrofoner, foretaget direkte på en Revox båndoptager, og afspillet gennem en ”state of the art” forstærker og B&W 801. Men det var stadigvæk langt fra virkeligheden. Hvis vi på en skala fra 0-10 skal bestemme, hvor naturtro lyden af et hi-fi anlæg er, roder vi rundt omkring 3-4 stykker - selv med de allerdyreste anlæg.

Jeg blev klar over, at jeg jagtede noget uopnåeligt, og de næste mange år var der kun små udskiftninger (og anskaffelse af en CD-afspiller).

Men så hørte jeg noget der “rykkede”, og jeg fornemmede, at det nu var lykkedes at komme et væsentligt skridt tættere på virkeligheden. Det var en Tact 2.2x rumkorrektionsenhed, og så rullede hi-fi entusiasmen igen.

Jeg “måtte” eje én sådan, men efter at have lyttet mange timer på den, blev jeg klar over, at ganske vist gjorde den mange ting bedre, men den introducerede sine egne fejl. Jeg måtte sortere mine cd’er i to bunker, de der lød godt, og de der ikke var til at holde ud at høre på.

Jeg vidste - fra den gang jeg udviklede højttalere hos Peerless - at uanset hvor dårlig en højttaler er, kan man altid finde nogle cd’er, der får den til at lyde godt/anstændigt. Det handler om et musikindhold, der skjuler højttalerens fejl mest muligt (der noget galt med ens anlæg, hvis der er mange cd’er, der ikke lyder godt).

Jeg overvejede, hvad jeg skulle stille op med Tact’en, men konkluderede, at fordelene var større end ulemperne. Jeg ville gerne prøve at forbedre lyden og mindske fejlene, ved at korrigere på en anden måde, og kom – via Tact User Group - i kontakt med en tysker, Dr. Ulrich Brueggemann (Uli), der også havde en Tact 2.2x. Han havde haft samme oplevelse som mig, og havde udviklet et program, der korrigerede anderledes/bedre. Jeg fik en kopi, og fik dermed større indflydelse på hvordan korrektionen blev. Jeg havde heller ikke tillid til den måde Tact 2.2x målte/beregnede delay mellem bas og mellemtone/diskant på, og kontaktede Uli igen. Han kom med forskellige forslag til forbedringer, og nævnte, at han havde solgt sin Tact 2.2x og lavet sit eget korrektionssystem, baseret på et digitalt lydkort, Brutefir og en Linux pc. Det havde ikke samme begrænsninger som Tact 2.2x. De næste par år konstruerede vi højttalere sammen, og jeg fulgte med i udviklingen af hans korrektionssystem, som senere kom til at hedde Acourate.

Da han havde lavet et større arbejde om faselineære digitale delefiltre (www.acourate.com/XOWhitePaper.pdf), som påviste, at det ikke er muligt at lave korrekt addition af signalet til to enheder uden at benytte denne type filtre, tog jeg til Tyskland for at besøge ham, og lytte til resultatet.

Resultatet var så overbevisende, at jeg solgte min 2.2x og gik i gang med Uli’s løsning. Og nu - efter 4 år, rigtig mange timers målinger/korrektion, samt passende udskiftninger af højttalere mm. - er jeg nået meget tættere på lyden af rigtige instrumenter, måske en 7-8 stykker (på 0-10 skalaen).


Hvordan opnår man en sådan forbedring? Der skal rigtig mange valg/løsninger til, og dem vil jeg forsøge at beskrive herunder.

Som nævnt i Uli's XO White Paper, er det ikke muligt at addere signalerne fra de forskellige højttalerenheder fase/tidsmæssigt korrekt med traditionelle analoge/digitale delefiltre, der skal faselineære digitale delefiltre til. Herunder er vist de væsentlige resultater.

I disse kurver/beregninger er der benyttet en Dirac puls. Den har værdien 0 i alle punkter undtaget et, hvor værdien er 1.


Dirac puls.

Fordelen ved den er, at den indeholder alle frekvenser, her er frekvensanalysen af den.


Frekvensanalyse af Dirac puls.

Hvis vi benytter et almindeligt 2. ordens(12 dB/oktav) Butterworth minimum fase delefiltre og et tre-vejs system med delefrekvenser 500 og 5000 Hz, vil en Dirac puls til de tre enheder (bas/mellemtone/diskant) se sådan ud.


Minimum fase bassignal.


Minimum fase mellemtonesignal.


Minimum fase diskantsignal.

Når vi adderer de tre signaler får vi følgende resultat.


Summen af signalerne fra bas, mellemtone og diskant.

Det ligner ikke det oprindelige signal – Dirac pulsen - ret meget. Det oprindelige elektriske signal er ”tværet” ud i tidsdomænet. Det er hvad jeg kalder tidsforvrængning.

Hvordan ser det så ud i frekvensdomænet? Herunder er de tre signaler og summen af dem.


Frekvensanalyse af signalerne og summen.

Hvorfor bliver de ikke lagt sammen, så sumkurven er ret? I følge teorien bør kurven jo være ret.

Det er pga. faseforholdene. Det vi ser på, er det elektriske signal til enhederne. Det akustiske output, hvor enhedernes respons indgår, er som regel noget anderledes. Det er så højttalerkonstruktørens opgave at tilpasse komponenterne, så amplituden bliver så jævn som muligt.

Hvis vi så ser på faselineære delefiltre, så ser det anderledes ud


Linear fase bassignal.


Linear fase mellemtonesignal.


Linear fase diskantsignal.

Når vi adderer de tre signaler får vi følgende resultat.


Summen af signalerne fra bas, mellemtone og diskant.

Det ses, at vi har genskabt den oprindelige Dirac puls, der er ingen tidsforvrængning. Igen er der tale om det elektriske signal, men det er et stort fremskridt, at der ikke er tidsforvrængning i det dette signal.

Hvordan ser summen så ud i frekvensdomænet?


Summen af faselineære delefiltre.

Her er der styr på fasen, så summen er perfekt. Det er dog ikke nok til sikre er god gengivelse. Som man siger ”det er en nødvendig, men ikke tilstrækkelig betingelse”.

Nu har vi styr på delefiltret, hvordan laver vi en højttaler, der giver de bedste betingelser for vores ”perfekte” signal. Der er nemlig også tidsforvrængning i højttalerenheder og kabinetter. Man kan godt lave en højttalerenhed med en ”pæn” frekvensgang i det benyttede frekvensområde, men hvordan opfører højttaleren sig i tidsdomænet? Hvis man tilfører en Dirac puls, hvordan ser det ud?

En måde at betragte det på er et såkaldt Waterfall Plot. Bagerst ser man frekvensgangen ved tiden 0, og hvad der sker når signalet stopper. På plottet nedenunder kan ses, at alle frekvenser ikke stopper  lige hurtigt, man kan se højderygge/resonanser – altså tidsforvrængning.

Målingen viser er komplet system. Jeg har desværre ikke en kurve for en højttalerenhed (af forskellige (gode) grunde offentliggør højttalerfabrikanterne sjældent den slags kurver). Men kabinettet giver også tidsforvrængning, både pga vibrationer af selve kabinettet, og på grund af det meget høje lydtryk inden i kabinettet, som transmitteres gennem membranen ud i rummet. Herunder er et waterfall plot af et kabinet, målt med accelerometer.

Det er svært at måle indflydelsen af det høje lydtryk inde i kabinettet, men jeg kan illustrere det med følgende. I min Peerless tid skulle jeg udvikle OEM højttalere. Nogle – især tyske kunder – ville absolut have en trevejs højttaler, og den skulle laves så billigt som muligt. Til det formål lavede Peerless en lukket mellemtoneenhed 821575. 

Den havde en nydelig frekvensgang:

Men det var helt umuligt at få den til at lyde godt, og det endte med, at jeg kun brugte den som ”filler” mellem bas og diskant - så kom det til at lyde anstændigt. Jeg var selvfølgelig også godt vant hjemmefra (mellemtonen i mine DM6 havde sit eget kammer på 35 liter). Jeg lavede et lytteforsøg med et elektronisk delefilter, 821575, Peerless ”top of line” lukkede mellemtoneenhed 821615, der havde et væsentlig større kammer, og en almindelig 5” enhed i et 5 l dæmpet kabinet. Der var ingen tvivl, større kabinet - bedre lyd.

Det er (desværre) således, at membranen sender lige meget lyd fremad og bagud. Den lyd der sendes bagud er uønsket, og skal helst ”bare forsvinde”. At der er andre end mig der tager det seriøst, kan ses hos B&W. Alle enheder i Nautilus er forsynet med omvendt horn med dæmpning, for at absorbere så meget af den bagudrettede lyd som muligt. Samme princip bliver også anvendt på mellemtone og diskant i de ”billigere” Nautilus modeller. Konklusion: Højttalerenheden og kabinettet giver (også) tidsforvrængning.

I starten med faselineære delefiltre brugte jeg lukkede kabinetter med B&W enheder samt Scan Speak ring radiator. Igen med 35 liter mellemtonekabinet. Men så fik jeg lejlighed til at låne/høre nogle ”hjemmelavede” båndhøjttalere (André og Eriek's projekt), og jeg måtte indrømme, at det lød ”klarere” end med mine eksisterende højttalere. Jeg købte er sæt og samtidigt kunne jeg reducere mit trevejsystem til et tovejs (jo færre delefrekvenser, jo færre ”problemer”). Hvad så med den lyd der bliver sendt udæmpet bagud?

Hvis der er tilstrækkelig plads i rummet, til at den bagudrettede lyd ankommer senere til øret, kan øret/hjernen til en vis grad adskille den direkte lyd fra den reflekterede. Stadigvæk er den bagudrettede lyd uønsket, og jeg lavede derfor et ”omvendt konisk horn” af dæmpemateriale bag båndene, for at absorbere så meget af den bagudrettede lyd som muligt. Det gav en klar forbedring, lyden blev endnu ”renere”.

Jeg ”vendte” rummet, så jeg nu spillede på den lange led, og lavede to lukkede hjørnebasser med hver to styk 10” Peerless basser, så skulle jeg ikke have problemer med forvrængning ved høje lydtryk (placeringen i hjørnet giver 18 dB ”forstærkning”). Den nye placering gav mulighed for større afstand til bagvæggen, altså yderligere forsinkelse af den bagudrettede lyd. Foruden at jeg fjernede en delefrekvens, fik jeg en højttaler med meget lav tidsforvrængning. Den lette membran, som gennem de to ledende bånd bliver kraftpåvirket på næsten hele arealet, starter og – især – stopper meget hurtigere en en ”normal” dynamisk enhed, samt at den er uden ”kabinetforvrængning”. Der blev også mindre differenstoneforvrængning pga. mindre selvinduktion og impedansulinearitet (impedanskurven er flad).

Men så lånte jeg et par gamle Quad ELS63 elektrostatiske højttalere – og så var jeg igen solgt. De har – via deres princip – endnu lavere forvrængning, og jeg kunne sænke delefrekvensen til under 100 Hz (det giver nogle utroligt ægte stemmer, næsten som de står i stuen). Nu har vi et ”perfekt” delefilter og nogen gode højttalerenheder, så kan vi vel ikke mangle mere? Jo det kan vi – og det er her Acourate rigtigt kommer i brug. Selv om jeg har nogle gode højttalerenheder, er de ikke perfekte, de har ikke en helt ret frekvensgang, og der er fasedrej/frekvensafhængig tidsforsinkelse. Endvidere påvirker rummet gengivelsen, især ved lave frekvenser og med hjørnebasser.

Med Acourate kan man måle og beregne korrektionskurver, så tryksvingningerne ved øret bliver så tæt på det oprindelige elektriske signal (CD'en) som muligt. Der er uendelig mange måder man kan korrigere på, afhængig af hvor meget korrektion/rumkorrektion man ønsker. Jeg laver kun rumkorrektion ved lave frekvenser - og højttalerkorrektion ved frekvenser derover. Ved lave frekvenser er der en vis ”integrationstid”, hvorimod den først ankomne/direkte lyd er ekstrem vigtig ved højere frekvenser.

Eksempel: Uanset i hvilke omgivelser man spiller på en violin, kan man altid høre, at det er en rigtig violin der spiller. Den lyder – på grund af akustikken/reflektionerne – forskelligt i forskellige omgivelser. Hvis vi skal gengive en violin så korrekt som muligt, er det nødvendigt, at den direkte lyd er så perfekt som muligt, vi må altså ikke korrigere den direkte lyd, for noget der sker senere i tidsdomænet (reflektionerne).

Sammen med korrektionen skal man bruge et targetkurve, altså den frekvensgang man ønsker for det samlede system. I starten var jeg selvfølgelig overbevist om, at targetkurven skulle være ret. Vi ønsker jo at gengive det oprindelige signal (CD'en) så præcis som muligt. Men vælger man en ret kurve, bliver lyden ”tynd, spids og agressiv” - hvorfor gør den det? Det tog mig lang tid for mig – mentalt - at overbevise mig om, at den ikke skulle være ret.

Hvorfor skulle den ikke være ret? Her vil jeg dele musikken op i to grupper, højttalermusik, altså musik der kun blive spillet gennem højttalere, hvad enten det er i hjemmet eller til koncert, eller akustisk musik, som kun i hjemmet bliver spillet via højttalere.

Hvis vi starter med højttalermusik, så bliver den til sidst mikset på nogle ”referencehøjttalere”, altså nogle der minder om de højttalere almindelige mennesker spiller på. De har normalt et hæv ved lave frekvenser (det er derfor basreflekshøjttalere er så populære), det giver en ”varm” lyd. Det resulterer i en miksning, der gengivet neutralt, lyder tynd. For at illustrere dette, vil jeg nævne, at da jeg første gang hos Peerless skulle afstemme en basrefleksport, lavede jeg en flad/neutral bas. Da kunden lyttede til dem, sagde han, at der var for lidt bas. Jeg afstemte porten højere, så der kom et 3 dB hæv ved 80 Hz, så var kunden meget tilfreds.

Det er umuligt at sælge en højttaler med neutral bas. Når man sammenligner med andre højttalere (med bashævning) lyder den tynd/bassvag, også selv om bassen går dybere ned.

Hvis vi tager akustisk musik (klassisk) bliver den normalt spillet i koncertsalen, eller i et rum der er væsentligt større end de stuer/rum vi forsøger at gengive musikken i. Det betyder blandt andet, at der er meget længere tid fra ankomsten af den direkte lyd, til de første refleksioner når øret (medmindre man sidder tæt væggen), og at der ikke er alle de stående bølger - i et meget hørbart område – som vi kender det fra rum af ”dagligstuestørrelsen”. Noget af det første der slår én, når man hører et symfoniorkester i en koncertsal, er lyden af kontrabasser og andre dybe instrumenter, sikke en kraft og fylde, slet ikke som derhjemme, der er ingen ”basproblemer”.

På grund af afstandene i koncertsalen er der er væsentlig dæmpning af de høje frekvenser i forhold til de dybe. Da jeg læste lidt om lyden i koncertsale, blev der nævnt noget om koncertsale med en varm lyd. Det var, når ”Tenor-oktaven” var fremtrædende. Jeg søgte på ”Tenor-oktaven” og fandt at det er fra 125 Hz til 250 Hz. Det vil sige det er vigtigt, at det område er uden for mange udfasninger.

Men CD'er med klassisk musik er ikke problemfrie, man anvender i høj grad ”støttemikrofoner” tæt på instrumenterne, og der er lyden/frekvensgangen ikke den samme som f.eks. på 6 række i koncertsalen, hvor afstandsdæmpningen har gjort sin indflydelse. Teknikerne gør det af en god mening, lyden bliver lidt mere levende, når den gengives med en almindeligt stereoanlæg, men kan være lidt af en plage på et ægte hi-fi anlæg. Så er det, at vi har brug for en god frekvensgang/targetkurve som kan ”genoprette” så meget af den oprindelige lyd som muligt.

I starten – når jeg forsøgte at bekæmpe ”tynd, spids og agressiv” lyd - forsøgte jeg med forskellig dæmpning af de høje frekvenser. Ganske vist hjalp det, lyden blev mere ægte/behagelig, men mindre "hi-fi" (alle de lækre detaljer forsvandt). Så forsøgte jeg med forskellige ”basreflekspukler”, fx 3 dB hæv ved 70-80 Hz. Det gav en bedre balance, men man blev hurtigt træt af bassen. Jeg kunne stadig ikke forstå, at frekvensgangen ikke skulle være (tilnærmelsesvis) ret. Så læste jeg lidt mere om gengivelse af klassisk musik, om hvor vigtigt det var at gengive grundtoner korrekt for at opnå den rigtige balance. Dette – sammen med lidt ”afstandsdæmpning” ved høje frekvenser – har ført frem til min nuværende targetkurve. Jeg er sikker på, at den ikke er perfekt/korrekt, men det er altså, hvor jeg er kommet til nu. Jeg er yderst tilfreds med balancen, lyden er meget ægte og varm, både ved højttalermusik og ved klassisk musik, så indtil jeg får ny inspiration, vil jeg fortsætte med den.

Hvordan lyder så et anlæg med lav tidsforvrængning? Det spiller RENT, alle detaljer, mikro- og maxitransienter er utroligt ægte, alle instrumenter og stemmer er placeret punktvist og præcist i rummet mellem højttalerne. Lyden ”kommer ud af højttalerne” på en meget livagtig måde. Jeg kan – med et par tryk på tastaturet - skifte mellem minimum fase og linear fase delefiltre, og forskellen er tydelig, minimum fase giver ”almindelig” højttalerlyd.

Man skal lige ”tilvænnes” lidt, der er ingen mening i at vurdere frekvengangen, den er som jeg har valgt med targetkurven. Man hører detaljer, man aldrig har hørt før, og instrumenterne gengives som om at de næsten står i rummet. Almindelige højttalere – uanset pris – lyder mudrede og udtværende ved siden af.

Andre artikler
Avanceret model for højttalere
17.06.2013
Tidsforvrængning?
07.03.2011
Sådan sætter du din pladespiller korrekt op!
13.02.2011
Streaming Audio Media
26.01.2010
Lyd & Højttalerbyg - 8. del
29.03.2009
Nye Besøgsartikler
Hifi & Surround 2016
29.10.2016
På besøg hos fleXvoX
08.04.2016
Hifi & Surround 2015
25.10.2015
München 2015
17.05.2015
Det danske hi-fi videns-samfund
17.04.2015
Seneste Nyheder
CD'en fylder 35 år!
10.08.2017
Ny hifi forhandler
10.08.2017
Hegel H90
10.08.2017
Bang & Olufsen Beolab 50
09.08.2017
Triangle Australe EZ
06.07.2017
Nye Anmeldelser
Thorhauge M. 70
13.08.2017
Audiovector QR 3
10.07.2017
Norma HS IPA1
19.06.2017
På med vinylen 13
22.05.2017
Dynaudio Contour 30
21.04.2017
Persondatapolitik  |  Copyright Copyright © 2017 HIFI4ALL.DK - Alle rettigheder forbeholdes