Point Source høyttalerteknologi


Point Source høyttalerteknologi - Arena Akustikk

Hva betyr det når en høyttaler er av typen Point Source? Hva er point source for noe egentlig, og hvorfor er vi så opptatt av dette? Hva er fordelen med en point source høyttaler?

Teorien bak point source

Point source er når lydkilden er mindre enn bølgelengden til frekvensen den skal gjengi.

Forklaringen på Point source, er når lyden kommer fra et punkt og alle lydbølgene utstråler likt fra punktet i 360graders sirkel, som bølger i vannet når du slipper en stein ned i vannet. For å kunne gjengi alle frekvenser, må punktet være uendelig lite, for å sende alle de forskjellige bølgelengdene som frekvensene består av. Etter hvert som punktet lyden kommer fra blir større, vil båndbredden på frekvenser som stråler ut fra punktet likt i alle retninger, bli mindre.

Med point source har alle frekvensene lik virkningsgrad, likt dekningsområde og reduseres likt over avstand, målt i lydtrykk (SPL).

Utfordringen til dem som konstruerer høyttalere, er at lyden vi ønsker å forsterke spenner seg over flere oktaver, fra 20Hz til 20.000Hz. Omgjort i bølgelengde er det et spenn fra 17,2 meter for en komplett 20Hz sirkel til 17 millimeter for en komplett 20kHz sirkel. Det betyr at det som er et lite punkt for frekvenser i ene enden av frekvensskalaen vi ønsker å forsterke , er et kjempestort punkt for andre frekvenser, og vil i så måte ikke klare å utstråle lyden likt i alle retninger.

I praksis er det dette som skjer nå en hører bassfrekvenser over alt, siden punktet bassen stråler ut fra er lite sammenlignet med bølgelengden som gjengis. Diskanten er retningsbestemt fordi punktet er stort sammenlignet med bølgelengden den gjengir.

Point source i praksis

Med dagens teknologi innen høyttalerelementer, hvor det stort sett benyttes piston-drivers med membran og talespole, har vi en del utfordringer med hvordan å overføre elektrisk energi til lyd. For å kunne skape lave frekvenser ”effektivt” trenger vi store membranareal, og for høye frekvenser må membranarealet være lite for å kunne bevege seg fort nok. Løsningen blir som regel at en deler opp det totale frekvensområdet, som vi ønsker å forsterke opp, i mindre områder hvor vi tilpasser høyttalerelementets størrelse til bølgelengdegruppen vi ønsker å forsterke. Det er det vi kaller et flerveis høyttalersystem.

Link til forklaring på hvordan et høyttalerelement virker.

https://animagraffs.com/loudspeaker/

Et problem som oppstår ved bruk av flere høyttalerelementer, er at lyden da ikke lenger utstråler fra det samme punktet. Følgene av det er at lydbølgene ikke spres likt rundt seg og det oppstår feil i bølgene som brer seg utover fordi de forskjellige høyttalerelementene overlapper hverandre litt i arbeidsområde. Dette fordi punktene som utstråler lyd ikke har det samme utgangspunktet og vil være i forskjellig tid. Se for deg at du slipper to steiner samtidig ned i vannet litt ved siden av hverandre , en litt større stein enn den andre, så vil du se at det blir kaos i bølgeformasjonene.

Det er på grunn av dette at høyttalerprodusenter gjør så godt de kan for å konstruere høyttalere som oppfører seg som en samlet enhet, for størst mulig grad å unngå disse bieffektene, hvilket fører til at lyden høres ujevn ut på forskjellige steder avhengig av frekvens.

Hvordan har høyttalermerket Danley Sound Labs, som vi distribuerer i Norge, prøvd å løse disse problemene?

Først, så har Danley tenkt at det ikke er nødvendig å sende lyden ut alle 360gradene fra punktet. Det er i sjelden grad ønsket med forsterket lyd. Vi ønsker å sende lyden der hvor tilhørerne er. Måten Danley har gjort det på, er å sperre for lyden slik at den bare går i retningen av der hvor den er ønsket. Det har de gjort ved å lage en horntrakt foran høyttalerelementene.



Steg nummer to, var å få alle de forskjellige høyttalerelementene til å oppføre seg mest mulig som et høyttalerelement som spiller alle frekvensene. Teorien her sier at en tilnærming for dette, er om avstanden mellom høyttalerelementene er nærmere enn ¼ av bølgelengden hvor krysningspunktet mellom forskjellige høyttalerelementene er. Dette er for så vidt lett å få til ved de lave frekvensene hvor bølgelengdene er lange, men det er supervanskelig å få til høyere opp i frekvens når høyttalerelementene kan bli større enn bølgelengden som skal gjengis. Danley fant ut at det var lettere å få til dette når en plasserer høyttalerelementene på rekke utover i horntrakten. På denne måten var det også mulig å tilpasse antall høyttalerelementer slik at effektiviteten er den samme i hele det ønskede frekvensregisteret, hvilket gjør at høyttaleren som helhet kan spille like høyt uansett frekvens.


Etter at Danley hadde utforsket dette mer, så fant de flere fordeler med denne måten å konstruere høyttalere på. En horntrakt forsterker opp lyden ganske så mye, så det var noe en fikk gratis med på kjøpet. En Danley høyttaler kan erstatte flere vanlige høyttalere. De oppdaget at plasseringen av elementet i horntrakten førte til at det oppstår et bratt båndpassfilter i det frekvensområdet som høyttalerelementet skulle brukes i. Det resulterer i at det blir mindre overlapp mellom høyttalerelementene i hornet, og at harmoniske forvrenginger fra elementet ikke blir forsterket opp, men blir filtrert vekk i stedet. Beviset for at det fungerer er at en kan putte hodet sitt inn i horntrakten, en vil ikke klare å høre de individuelle høyttalerelementene i høyttaleren. Klarer en ikke høre de individuelle elementene på kort hold, så klarer en det ikke på lengre avstand heller. Det er derfor høyttalerne til Danley har den samme tonale balansen i hele dekningsområdet til horntrakten, som er det point source går ut på, når vi gikk igjennom teorien. Ved bruk av høyttalerne til Danley i felten, har vi oppdaget at når lyden kommer fra et punkt, vil lyden holde karakteristikken på lenger avstander, lyden vil bare bli svakere. Lyden fra høyttaleren blir mindre påvirket av vind i utendørssammenhenger, fordi vinden ikke klarer å ta tak i et lydsignal og mikse de inn i hverandre på grunn av tidsforskjeller, slik som lyden fra en høyttaler hvor det blir utstrålt flere lydsignaler, siden høyttalerelementene er plassert i forskjellig tid og sted i forhold til hverandre.

Det blir færre refleksjoner fra vegger i et rom når det bare er et signal som treffer veggen i stedet for flere. Det oppleves som om lyden blir klarere og lettere å forstå, selv på avstand.

Når en tenker over det, kommer alle lyder i naturen fra et enkel punkt. En måke som skriker, mennesket som snakker, lyden fra to ting som treffer hverandre osv. Og lyden høres lik ut selv om du hører den langt fra, bare svakere.



Oppsummering Point Source

  • Lyd fra et punkt som er fysisk mindre enn bølgelengdene den lager, sender ut frekvensene likt i alle retninger med likt nivå og effektivitet.
  • Lydtrykket fra et punkt blir lavere over avstand med et likt nivå ved alle frekvenser ( sett bort fra luftabsorbsjon)
  • Lyd fra et punkt blir lite påvirket av ytre påvirkninger som vind.
  • Ved å kanalisere lyden (horntrakt ) kan en få opp virkningsgraden til lydkilden.
  • Ved å kanalisere lyden ( horntrakt ) kan en sende lyden i ønsket retning.
  • Lyd fra et punkt lager færre refleksjoner i et rom enn lyd fra flere punkter.