annons
annons
annons

Nyheter

Aktiva högtalare gör det omöjliga möjligt

Är det svart magi eller bara sunt förnuft och rätt i tiden att fylla högtalarna med digital elektronik?

annons

Ända sedan hifins barndom har en stereo bestått av en eller flera signalkällor, en förstärkare och ett högtalarpar. Men det receptet håller på att ändras. Fler och fler flyttar in förstärkaren i högtalaren, så att den blir aktiv.
Övergången från passiva högtalare till aktiva har pågått i inspelningsstudior och scenutrustning i många år och nu för tiden dominerar de aktiva monitorerna den professionella världen. Men det är först de senaste åren som samma sak har hänt inom hemma-hifi.
Och nu är högtalarna inte bara aktiva. Nu ska allting vara digitalt, vilket ger nya möjligheter – samt ett par filosofiska frågor. För kan man utan vidare rucka på naturlagarna med hjälp av datorkraft?
En aktiv högtalare skiljer sig som sagt från sina passiva släktingar genom att förstärkaren är inbyggd. Eller rättare sagt: förstärkarna. I äkta aktiva högtalare siter det nämligen en förstärkare till varje högtalarelement, och uppdelningen till bas, diskant och eventuellt mellanregister görs också på aktivt sätt. Om flera element i en aktiv högtalare täcker samma frekvensområde kan de mycket väl samsas om en förstärkare.

Moores lag för högtalare
En av förutsättningarna för att högtalarna nu – och inte förrän nu – tagit steget till att bli aktiva, är den så kallade Moores lag, alltså konstaterandet att elektroniska kretsars komplexitet och processorkraft fördubblas var 18:e månad. Den utvecklingen har i dag gett oss datorer som betraktades som science fiction för 10 eller 20 år sedan. Den har också gjort det möjligt att fylla högtalare med avancerad, och framför allt billig, elektronik.
Första steget mot att göra aktiva högtalare utbredda är tillgången på kraftfulla förstärkare med hög verkningsgrad. I de allra flesta fall innebär det klass D-förstärkare.
”Själva teorin bakom de aktiva högtalarna man bygger i dag fanns faktiskt redan på 1960-talet. Men det är först nu som tekniken finns för att bygga dem”, säger Jan Abildgaard Pedersen.
Jan är teknisk chef på Dynaudio och har tidigare haft ledande ingenjörsposter på Lyngdorf och B&O, samt varit ordförande för det ansedda Audio Engineering Society, den internationella sammanslutningen för ljudingenjörer. Den första av Jans många fjädrar i hatten var BeoLab 5, som var hans sista studieprojekt.

Nyckeln är många watt utan förluster
Det har byggts högtalare med inbyggda förstärkare förut. Men värmen i kabinettet är ett problem. En typisk klass AB-förstärkare har i bästa fall en effektivitet på 50 procent, vilket innebär att den avger minst lika mycket effekt i form av värme som den skickar ut som en användbar utsignal till högtalaren. Det kan orsaka allvarliga kylningsproblem i ett slutet kabinett med flera hundra watts förstärkareffekt ombord. Ett särskilt dåligt exempel är Stig Carlssons första högtalare, ”Kolboxen”, som hade inbyggd rörförstärkare. Rent tekniskt var Carlsson flera årtionden före sin tid. Men värmen från rören hade dålig inverkan på högtalarelementens livslängd – och själva förstärkarens.

Sunfires ”True Subwoofer” – en 30 centimeters kub som återgav 20 Hz med ljudtryck över 100 dB tack vare en inbyggd förstärkare på 2 200 watt.

Sunfires ”True Subwoofer” – en 30 centimeters kub som återgav 20 Hz med ljudtryck över 100 dB tack vare en inbyggd förstärkare på 2 200 watt.

I en modern klass D-förstärkare är effektiviteten däremot 90 procent eller ännu högre. Det gör det möjligt för tillverkarna att gå loss med wattarna på allvar. Jan Abildgaards första aktiva högtalare, BeoLab 5, har 2,5 kilowatt förstärkareffekt inbyggt. Det var otroliga siffror när den lanserades 2003. Nu för tiden har vi tack vare klass D vant oss vid fyrsiffriga effektspecifikationer. BeoLab 90, som vi testade tidigare i år, kan skryta med 8 200 watt per högtalare!

Tre saker på en gång
De många wattarna i nya förstärkare innebär att det har blivit möjligt att manipulera gamla grundläggande sanningar inom högtalarkonstruktion. En gammal tumregel säger att du som högtalarkonstruktör måste välja mellan djup bas, kompakt kabinett eller högt ljudtryck.  Alla egenskaperna är önskvärda – men du kan bara välja max två av dem! Den ”naturlagen” bryts med aktiva, digitala högtalare. Genom att stoppa i tillräckligt med effekt och krydda med digital frekvenskorrigering längst ned i frekvensregistret kan man mycket väl få ut djup bas ur ett stort element i ett litet kabinett – och till och med spela högt. En av de första högtalare som bröt reglerna på det sättet var Sunfires ”True Subwoofer” – en 30 centimeters kub som återgav 20 Hz med ljudtryck över 100 dB tack vare en inbyggd förstärkare på 2 200 watt.

Digital signalbehandling
På samma gång som billiga, effektiva förstärkare gör det möjligt att stoppa in oanat kraftfulla förstärkare i högtalarna innebär utvecklingen av datorkraft en möjlighet att manipulera högtalarelementens grundläggande egenskaper. Svaret är digital signalbehandling – DSP. Alltså processorer som är speciellt utformade för att räkna med digitala ljudsignaler. Och precis som processorkraften i din skrivbordsdator har växt tusen gånger på ett årtionde har ljudprocessorerna blivit så kraftfulla och billiga att de enkelt kan konkurrera med passiva filterkomponenter och konventionella högtalare.

Är högtalare med DSP ”fusk”?
Med en digital signalprocessor och fiffig programmering kan man få en högtalare att göra saker som annars skulle ha varit omöjligt. Men är inte det att ta en genväg? Finns det något pris man måste betala för att bryta mot naturlagarna på det här sättet?

Det omfattande delningsfiltret i Rogers LS3/5A är i själva verket en passiv equalizer.

Det omfattande delningsfiltret i Rogers LS3/5A är i själva verket en passiv equalizer.

”Det finns inte något onaturligt eller fel alls i det vi gör med våra aktiva högtalare”, säger Jan Abildgaard, som anser att det är ett misstag att skilja mellan den fysiska världen och den elektroniska. ”Högtalarens beteende kan beskrivas som formler och ren matematik. Oavsett om det är en passiv högtalare eller en aktiv. Men med DSP:n kan vi få formlerna att passa, även om kabinettet och elementen har en del fysiska begränsningar.”
Den största fördelen med att arbeta med digital elektronik i stället för passiva högtalare med förstärkare, är att komponenternas toleranser blir irrelevanta. Komponenterna som används i ett passivt delningsfilter kan lätt variera 10 till 20 procent från de nominella värden som står tryckta på dem. Själva elementens data kan också variera mycket. Det gör det svårt att bygga delningsfilter med branta övergångar. Och praktiskt taget omöjligt om brantheten ska vara 24 dB/oktav. Bra delningsfilterkomponenter är dessutom kostsamma.
”I ett digitalt filter är komponenterna bara matematiska modeller och siffror. Man kan göra dem på vilket sätt som helst. Och justera dem tills de passar”, säger Jan Abildgaard.

Passiv justering kostar effekt
Högtalare behöver inte nödvändigtvis vara aktiva för att kunna korrigera för felaktigheter. Men med passiv teknik kan man bara reglera nedåt. Så om basen ska höjas, måste man dämpa högtalarens känslighet i resten av frekvensområdet. Ett klassiskt exempel är ”BBC-monitorn” Rogers LS3/5A, som har en ovanligt bra bas för ett så litet kabinett, men som i gengäld är nästan omöjlig att driva. Det omfattande delningsfiltret är i själva verket en passiv equalizer. Och även i mindre extrema konstruktioner är det fortfarande det minst effektiva elementet som bestämmer takten.
I en aktiv högtalare, där varje element har sin egen förstärkare, försvinner sådana problem. De extra förstärkarna kostar en del, men i gengäld är delningsfiltret billigare. En enda bra luftspole i ett passivt delningsfilter kan kosta mer än en komplett klass D-förstärkare av rimlig kvalitet. Och korrigeringar av frekvensgången är enkla att göra. I synnerhet när man tar steget från analog till digital.

Fritt val i de digitala hyllorna
I ett analogt delningsfilter, passivt eller aktivt, innebär filtreringen en fasförskjutning. Det behöver den inte göra i ett digitalt filter (även om det är en möjlighet om filtret byggs för att efterlikna ett traditionellt analogt filter). Här kan man arbeta med tid och ljudnivå helt oberoende av varandra. Signalen till varje enskilt element kan också tidsfördröjas för att korrigera för elementens placering inbördes – i stället för att rent fysiskt flytta på elementen på baffeln. Man kan också korrigera för mindre idealisk placering av högtalarna.

Analog highend
Även om passiva, analoga högtalare enligt Jan Abildgaard har brister och fel som man slipper i den digitala världen, konstrueras det fortfarande lyckade passiva högtalare. Faktum är att majoriteten av highend-konstruktionerna (inklusive flera av Dynaudios egna toppmodeller) är passiva. Är inte det ett bevis på att analogt fortfarande är bäst?
”Visst kan man göra bra passiva högtalare. Det är bara svårare, och kräver dyrare komponenter med hysteriska låga toleranser. Och resultatet skulle bli ännu bättre om man använde samma kvalitet på komponenterna i en aktiv, digital konstruktion”, säger Jan Abildgaard.

Elefanten i rummet
De mest fanatiska audiofilerna älskar att mixtra med utrustning för att locka fram nya detaljer – att tweaka. En exotisk signalkabel eller ett speciellt radiorör som hittats på ett obskyrt ryskt lager kan ge anläggningen den avgörande ”kryddan”. Det är något man får säga adjö till när det mesta av anläggningen flyttar in i högtalaren och analoga signalkablar ersätts av trådlös överföring. Det är en problemställning som Jan Abildgaard tycker är lika irrelevant som den är felaktig:
”För det första bygger vi högtalare för de som hellre vill lägga tid på att lyssna på musik än att pilla med teknik. Och för det andra finns det en faktor som påverkar ljudet mer än allt annat tillsammans, och som tweakning inte ändrar på, och det är lyssningsrummet!”
”När man ställer ett högtalarpar i vardagsrummet och sätter på musiken påverkas det man hör mer av rummets akustik än av hifi-utrustningen eller inspelningen.”
Reflektioner från golv, tak och väggar gör stereoperspektivet oklart och stående vågor får frekvensgången från ultralinjära högtalare att likna ett bergslandskap. Och det kan man inte göra mycket åt i en analog anläggning med passiva högtalare.
”Rumsakustiken är området där aktiva, digitala högtalare verkligen kan göra skillnad. Med en mikrofon kan man mäta rummets inverkan på lyssningsplatsen och rätta till problem digitalt. Tekniken är vanlig i hemmabioutrustning och på väg in i seriös hifi nu”, säger Jan Abildgaard.

annons
annons
annons
annons