Helt nya principer

WAVELIT DIREKT_1

Utgångspunkten i konstruktionsarbetet har varit att skapa en högtalare för musikälskaren som värdesätter realism, naturlig dynamik och precision i ljudbilden.
Vår lyssnare värdesätter troligtvis dynamiken i en hornkonstruktion med ett bredbandselement utrustad med papperskon och alnicomagnet, men är otillfreds med den höga distorsionen och frånvaron av precision. Samma lyssnare uppskattar förmodligen upplösningen och detaljrikedomen från en liten exklusiv tvåvägshögtalare, men är missnöjd med dess förmåga att åstadkomma basprecision och höga ljudtryck. Vår lyssnare gillar antagligen även trycket och den pådrivande känslan från ett väl injusterat stort PA-system, men saknar här tydlig ljudbild och naturlighet i de övre oktaverna.

Med DIREKT får lyssnaren tillgång till högsta möjliga upplösning och detaljrikedom samtidigt som de kraftfulla dynamiska resurserna driver på med hög precision och musikalisk realism. Alla hörbara frekvenser kan återges med mycket hög kontinuerlig ljudnivå. Detta med osedvanligt låg distorsion och utan att vare sig den inbyggda förstärkaren, högtalarelementen eller basreflexportarna belastas nära sina respektive linjära gränser.

Med DIREKT blir den musikaliska upplevelsen känslosam och omtumlande, oavsett om den musikaliska underhållningen levereras i form av Opus3 masterrullband, Bud Powell på Blue Note-vinyl, digital 24-bitars Rachmaninoff eller ATMOS på CD.

Bakgrund

Under hela utvecklingsarbetet har fokus legat på att optimera förmågan att skapa en verklighetstrogen ljudbild. Alla normala konstruktionsprinciper har omvärderats till förmån för detta.

Ideala högtalare och idealt lyssningsrum

För att uppnå högsta möjliga precision i ljudbilden bör musik avnjutas med ideala högtalare i ett idealt lyssningsrum.

  • En ideal högtalare är en mycket liten punktkälla som har samma polära utstrålningskaraktäristik över alla frekvenser. Dvs vågutbredningen har samma karaktär för alla frekvenser.
  • Det ideala lyssningsrummet har samma dämpnings- och reflexionskaraktäristik över alla frekvenser.

Tyvärr finns inte tekniken idag för att tillverka en mycket liten punktformig ljudkälla som kan generera alla hörbara frekvenser med en rimlig ljudtrycksnivå. Det krävs omfattande modifieringar av lyssningsrummet för att ens komma i närheten av idealet.

Nya principer

DIREKT är konstruerad enligt helt nya principer som gör att högtalarna skapar en mycket verklighetstrogen ljudbild, även i normala lyssningsrum.
För att frambringa detta är DIREKT konstruerad med största hänsyn tagen till följande:

  1. Hörselsinnets frekvensberoende sätt att bearbeta information för att bestämma riktning till ljudkällor.
  2. Högtalarnas frekvensberoende interaktion med rumsakustiken i normala rum.

Hörselsinnet

WAVELIT DIREKT_2

Vårt hörselsinne är fantastiskt.
Vi kan bestämma riktningen till en ljudkälla framför oss med en precision av 1°.
Det innebär att vi kan placera en ljudkälla med en noggrannhet på 5 cm om avståndet till ljudkällan är 3 m. Nedan följer en kortfattad och förenklad beskrivning av hur vi lokaliserar ljudkällor framför oss som befinner sig i normala rum, och som ej befinner sig i rörelse. En viss förståelse av detta ämne är nödvändig för att förstå konstruktionsidéerna bakom DIREKT.

Lokalisering av ljudkällor

Genom att analysera subtila skillnader i ljudet som anländer till höger respektive vänster öra, kan vi positionera ljudkällor.
Skillnader i ankomsttid, fas, ljudintensitet och frekvenssammansättning analyseras av hjärnan och ger oss information som vi behöver för lokaliseringen.[1][2] Processen kan beskrivas som en tredimensionell positionering där vi bestämmer riktning i form av vertikal och horisontell vinkel samt avstånd.[3] Avståndet bestäms främst genom att jämföra förhållandet mellan direktljud och reflekterat ljud. Även bortfall i ljudnivå och förluster av höga frekvenser inverkar.[3]
Vinkeln till ljudkällan bestäms främst av skillnader i ankomsttid, fas och ljudnivå.
Vi blir till viss del även hjälpta av skillnader i frekvenssammansättning pga asymmetriska reflexioner från kroppsdelar som bröstkorg, axlar och ytteröra.[3]
Beroende på var ljudkällan befinner sig, fungerar vårt huvud likt en barriär som förändrar klangfärg, intensitet och frekvenssammansättning av ljudet. Hjärnan utnyttjar det faktum att ett öra delvis eller helt hamnar i ljudskugga.[2]

Frekvensberoende lokaliseringsförmåga

WAVELIT DIREKT_3

För att avgöra riktningen till en ljudkälla, använder hörselsinnet olika principer för olika frekvensområden.
Vid låga frekvenser är det fas- och tidsskillnader som hjärnan analyserar.
För höga frekvenser är det skillnader i ljudnivå och frekvenssammansättning.
Mellan låga och höga frekvenser finns ett övergångsområde där båda principerna används. Vg observera att nedan angivna frekvenser ej ska ses som tydliga absoluta gränser utan som ungefärliga riktvärden.

Under ca 100 Hz
Riktigt låga frekvenser har vi svårt att riktningsbestämma eftersom långa våglängder ger små fasskillnader.

Från ca 100 Hz till ca 800 Hz
Frekvenser inom detta område riktningsbestäms av fas- och tidsskillnader. I det övre området av dessa frekvenser, har vi mycket god förmåga att lokalisera ljudkällor.

Mellan ca 800 Hz till ca 2000 Hz
I övergångsområdet som sträcker sig från ca 800 Hz till ca 2000 Hz, analyseras skillnader i tid och fas men även differenser i nivå och frekvenssammansättning. Vi har mindre god förmåga att riktningsbestämma inom detta frekvensområde.

Över 2000 Hz
I detta område baseras analysen på nivåskillnader och frekvenssammansättning. Här har vi relativt god förmåga att lokalisera ljudkällor.

Utstrålningskaraktäristik – DIREKT

WAVELIT DIREKT_4

För att förklara utstrålningskaraktäristiken från DIREKT måste det beaktas hur två högtalare, dvs ett stereopar interagerar med ett normalt lyssningsrum.

Under ca 100 Hz – Plan utbredning
Vi har svårt att riktningsbestämma lågfrekventa ljud. Vanligtvis ligger all lågfrekvent ljudinformation på stereoinspelningar monomixad, dvs de lägsta frekvenserna  spelas upp av både höger och vänster högtalare med samma ljudnivå. På vinyl graveras alla produktioner i mono under ca 150 Hz. Även på digitala produktioner ligger normalt all information under 100 Hz monomixad redan vid inspelningen. DIREKT utnyttjar detta faktum på bästa sätt genom att använda en konstruktionslösning som ger en mycket god överföringsförmåga av energi från högtalarna till rummet. Tack vare högtalarnas storlek samt basreflexportarnas och baselementens placering utnyttjas väggar, golv och tak som symmetriska reflexionsytor för de allra lägsta frekvenserna. Vid stereobruk i normala rum, ger högtalarna därför en nära nog plan vågutbredning för dessa frekvenser.

Plan

Förenklat går det att beskriva som att hela väggen bakom högtalarna upplevs som en enda stor lågbashögtalare. Detta innebär att högsta möjliga lågbasdynamik och precision säkerställs och att t ex rumsakustiken och efterklangen från stora konsertsalar återges med bibehållen naturlighet och rymd. Den plana vågutbredningen bidrar även till att minska lyssningsrummets negativa påverkan och förvrängning av ljudet. Ljudenergin blir mer jämnt fördelad i rummet och effekten av stående vågor minimeras. Notera även att de sex baselementen i varje högtalare har en större total effektiv yta än ett 18-tums baselement. Alla dessa faktorer skapar de bästa förutsättningarna för transparent lågbasåtergivningen vid alla ljudnivåer, vilket är grunden för en korrekt återgivning av inspelningsrummet.

Från ca 100 Hz till ca 800 Hz – Cylindrisk
Inom detta frekvensområde har vi god förmåga att riktningsbestämma ljudkällor. Frekvenser inom detta frekvensområde bör därför återges med högsta möjliga separation av höger och vänster kanal för att skapa en tydlig ljudbild. Från ca 100 Hz skapar de sex baselementen i varje högtalare en cylindrisk vågutbredning från varje högtalare.

Cylindrisk

Med cylindrisk vågutbredning avtar ljudnivån med endast 3 dB för varje avståndsfördubbling. Med en normal sfärisk utbredning blir minskningen 6 dB.
Med cylindrisk vågutbredning minskar rummets påverkan dramatiskt. Anledningen är att andelen direktljud som når lyssnaren är markant större än reflekterat ljud. Riktverkan hos den cylindriska vågutbredningen gör också att reflexioner från golv och tak minimeras. Det skapar utmärkta förutsättningar för högsta möjliga kanalseparation och ger därmed utmärkt precision i ljudbilden.

Från ca 800 Hz till ca 2000 Hz – Konisk
Inom detta område har vi mindre god förmåga att riktningsbestämma ljud.

Konisk

Strax under 800 Hz frångår varje baselement att vara rundstrålande och den totala vågutbredningen övergår till att bli mer konisk i horisontalplanet och vid delningsfrekvensen 1100 Hz, sammanfaller baselementens horisontella utbredningskaraktäristik med diskantelementets. Diskantelementets membran har en unikt stor effektiv ljudalstrande area och vid delningsfrekvensen är utbredningen konisk med vinklarna 80° x 80°.

Över ca 2000 Hz – Konisk till direkt

Konisk_direkt

Diskantelementet sitter monterat i en waveguide som ger god kontroll över riktverkan. Från att ha varit konisk, sker en gradvis och väl avvägd övergång till att bli mer direktstrålande vid de allra högsta frekvenserna. Allt för högsta precision i ljudbilden men samtidigt balanserat för att vidga  ”sweet spot”.

 

 

 

Balanserade övergångar
Alla övergångar och förändringar i systemets totala utbredningskaraktäristik över frekvensomfånget – från plan, till cylindrisk, till konisk, till mer direktstrålande – är noggrant balanserade och välavvägda. Dels för att minimera lyssningsrummets påverkan men framförallt är de anpassade till hur vårt hörselsinne fungerar över frekvensomfånget.
Vid stereobruk i normala rum ger därför högtalarna en mycket verklighetstrogen och tydlig ljudbild.

Dynamik och dynamisk balans

WAVELIT DIREKT Detalj_1

För att kunna återge en hel symfoniorkester som lägger ett slutackord i fortefortissimo, måste ett  ljudsystem kunna leverara ett högt ljudtryckt med god precision, bra impulssvar och låg distorsion. DIREKT gör det med bravur.
Kombinationen av ett slutsteg som levererar upp till 1000 W momentant, och en högtalarsektion med en känslighet på 98 dB, ger dynamik i toppklass.
Diskantelement och baselement har generellt olika förmåga att återge dynamiska förlopp. Höga frekvenser, dvs kortare våglängder kräver en mindre rörelse av högtalarmembranet jämfört med längre våglängder. Det är en stor utmaning att konstruera en högtalare som balanserar bas- och diskantelementens olika förmåga att återge dynamiska förlopp. Tack vare den unika konstruktionen har DIREKT utmärkt balans i den dynamiska förmågan över hela frekvensomfånget. Resultatet medför naturlig återgivning av komplexa transienter med stort frekvensomfång.

Rumskompensering med Dirac Live®

Utstrålningskaraktäristiken i kombination med de dynamiska resurserna, skapar de bästa förutsättningarna för att göra digital rumskompensering med Dirac Live Room Correction Suite® från Dirac.se. Med Dirac Live® kan en ljudanläggning kalibreras för maximal prestanda i ett specifikt lyssningsrum. För bästa musikupplevelse rekommenderar vi att Dirac Live® användas i signalkedjan. Besök www.dirac.se för mer information.

Högtalarkabinettet

WAVELIT DIREKT Detalj_2

En högtalarlåda ska vara fri från vibrationer – endast högtalarelementen och basreflexportarna ska alstra ljud. Därför består varje DIREKT av tre separata moduler – två basmoduler och en diskantmodul. Dessa moduler sitter ihop med hjälp av vibrationsisolerande bultförband som gör att vibrationer från en modul inte leds vidare till nästa. Basmodulerna består av två skikt, en inre och en yttre låda, vilka även de är mekaniskt isolerade från varandra. Diskantelementet inklusive waveguide väger hela 4 kg och är monterat i en upphängningsanordning som är helt frikopplad från resten av högtalarkabinettet. På så vis säkerställs att vibrationer inte letar sig fram till det känsliga diskantmembranet.

WAVELIT DIREKT Detalj_3

Högtalarens fundament har en fjädrande och avdämpande upphängning som ger högtalaren en resonansfrekvens på 7 Hz mot golvet. DIREKT är frikopplad från oönskade vibrationer på bästa vis.

 

 

 

Förstärkardel

DIREKT är i grunden en tvåvägskonstruktion med traditionella analoga delningsfilter i högtalarsektionen. Dessa filter är optimerade för att ge bästa möjliga ljudåtergivning tillsammans med det inbyggda slutsteget. I varje högtalare sitter ett monoslutsteg som ger upp till 1000 W momentant och som bygger på en patenterad teknologi utvecklad i Sverige – Adaptive Pole Control (APC).
Konstruktionen ger stor bandbredd, mycket lågt brus och låg utimpedans i hela audiobandet. Verkningsgraden vid full effekt är 85% och systemet generar ytterst lite värme. Förstärkardelen är mycket stabil med inbyggda skyddskretsar för övertemperatur, kortslutning samt överspänning på nätspänningen. Kärnan i teknologin är en globalmodulerad, självsvängande och analog klass D-teknologi. Modulatorn har en första ordningens överföringsfunktion småsignalsmässigt, vilket ger stora fördelar eftersom det behövs ytterligare reglerloopar kring den. Modulatorn i sig har nämligen inte tillräckligt låg distorsion för att kunna kallas transparent och därför behövs ytterligare en adderad integrerad loop kring den för att öka linjäriteten. Det finns en risk att den adderade loopen börjar reglera på utgångsfiltrets resonansfrekvens som uppträder på utgången under hård klippning, vid strömgräns samt under uppstart. För att förhindra detta finns ytterligare en krets som övervakar hur stor korrigeringssignal som den extra loopen genererar och som hindrar den från att generara korrigeringssignal vid utgångsfiltrets resonansfrekvens. Konstruktionen medger därför 12 dB extra återkoppling ända upp till 20 kHz, utan att riskera instabilitet i något läge.
Den totala kretsen uppvisar låg utgångsimpedans (1 mΩ vid 20 Hz och <100 mΩ vid 20 kHz), låg distorsion i hela audiobandet, högt PSRR samt en låg Switching Residual på utgången. Detta med en väldigt okomplicerad krets baserad på ovanligt få komponenter i signalvägen.

DIREKT_2

Referenser

  1. Blauert, J.: Spatial hearing: the psychophysics of human sound localization; MIT Press; Cambridge, Massachusetts (1983)
  2. Thompson, Daniel M. Understanding Audio: Getting the Most out of Your Project or Professional Recording Studio. Boston, MA: Berklee, 2005. Print.
  3. Roads, Curtis. The Computer Music Tutorial. Cambridge, MA: MIT, 2007. Print.