Verden vi lever i, er skapt for lyd. Med mindre du bor på toppen av et fjell (heldiggris), er sjansen stor for at du opplever lyd fra en rekke forskjellige høyttalere i løpet av dagen.

Mobiltelefoner. TV-er. Heiser. Bluetooth-høyttaleren på T-banen som spiller dritt du ikke vil høre.

Og kanskje viktigst av alt for oss musikere er at høyttalerne lar oss høre arbeidet vårt i uberørte detaljer.

Men hvordan fungerer egentlig høyttalere? Selv om du ikke er nysgjerrig på hvordan lydpølsen lages, er det lurt å ha en grunnleggende forståelse av høyttalerteknologi hvis du planlegger å tilbringe livet ditt i et studio.

Grunnleggende om lyd

Før vi ser på høyttalerne, la oss ta en kort oppfriskning av hvordan selve lyden fungerer.

Lyd er i bunn og grunn mekanisk energi i form av bølger som beveger seg gjennom et medium - det være seg luft, væske eller fast stoff.

Denne bevegelsen fører til lokale trykkendringer i henhold til bølgeformen, omtrent som krusningene som oppstår når du slipper en småstein (eller telefonen din) i vann.

På bildet nedenfor ser du en sinusbølge på 1 kHz. Ser du hvordan lydtrykknivået øker, etterfulgt av en reduksjon, i forhold til omgivelsestrykket? Det er lyd i bevegelse.

Inne i ørene våre reagerer tusenvis av små hårceller på disse trykkendringene, og omdanner dem til et elektrisk signal som hjernen vår kan tolke som Nickelback. Eller hva som helst.

Et analogt lydsignal er lyd i form av elektrisk energi, representert som en spenningsbølgeform. Her er den samme lydbølgen representert som et elektrisk signal:

Digital lyd er en avbildning av et lagret analogt signal i binært format.

Et lydsignal, enten det er analogt eller digitalt, må konverteres tilbake til en lydbølge (mekanisk energi) for at ørene våre skal kunne oppfatte det.

Gå inn i høyttaleren.

Hvordan høyttalere fungerer: Det grunnleggende

Før vi går nærmere inn på høyttalerkomponentene og hvordan de fungerer, skal vi ta en rask gjennomgang av hva en høyttaler gjør for å gjenskape lyd.

Et forsterket lydsignal sendes til en metallspole av tråd. Denne spolen reagerer på den elektriske strømmen som flyter gjennom den, samvirker med en magnet inne i høyttaleren og får en membran til å vibrere.

Membranen beveger luft og skaper lydbølger som er en nøyaktig kopi av det opprinnelige lydsignalet. Et voila! Du kan høre moren din snakke til deg fra den andre siden av landet.

Det er selvsagt en voldsom forenkling. Men nå som vi vet hvordan høyttalerne jobber, kan vi gå mer detaljert til verks.

Hva er inne i en høyttaler?

La oss ta en titt på alle høyttalerdelene som skaper magien...

Høyttalerdriveren

Høyttalerdriveren er ansvarlig for å omdanne det elektriske signalet til lydbølger. Det er motoren som driver høyttalerens lydgjengivelse.

Fra innsiden og ut er komponentene som utgjør en høyttaler:

• Stolpe
• Bakre plate
• Magnet
• Topplate
• Voice coil
• Kurv
• Edderkopp
• Konus og surround
• Støvhette

Stolpe, bakre og øvre plate

Polstykket i en høyttaler er som en dirigentstokk som holder orkesteret av lyd som strømmer gjennom høyttaleren, synkronisert. Det er den sentrale aksen som hele det magnetiske systemet er basert rundt.

Den bakre platen sitter bak stolpen, og ikke overraskende sitter topplaten over.

Magnet

Den permanente magneten er omgitt av polen og platene for å fokusere magnetfeltet, og er festet til høyttalerkurven.

Den kalles en permanent magnet fordi den alltid er en magnet.

Talespolen blir derimot først til en magnet (eller rettere sagt en elektromagnet) når den mates med elektrisk strøm.

Voice Coil

Talespolen er en tråd som er kveilet tett rundt en liten sylinder, noen ganger kalt en spole. Den ser ut som en jojo.

Når et elektrisk signal går gjennom spolen, blir den til en elektromagnet som interagerer med den permanente magneten.

Hvis du husker naturfagstimene dine, vil du huske at like krefter frastøter hverandre, mens motsatte krefter tiltrekker hverandre. Dette samspillet mellom magnetiske krefter skaper bevegelsen som skyver spolen rundt og til slutt skaper lydbølger.

Edderkopp og surround

Edderkoppen er et korrugert stykke materiale som støtter svingspolen. Den holder spolen på plass samtidig som den kan bevege seg fritt frem og tilbake.

Selv om dette høres ut som en selvmotsigelse, er det ikke det. Edderkoppens hovedoppgave er å sørge for at svingspolen kun beveger seg i én retning, nemlig opp og ned. Uten edderkoppen ville svingspolen beveget seg rundt på måfå inne i høyttalerhuset.

Omrammingen har samme funksjon som edderkoppen, bortsett fra at den holder kjeglen på plass på toppen av kurven.

Kjeglen

Høyttalermembranen, også kjent som membranen, er en av de få delene du kan se på en høyttaler.

Membranen beveger seg frem og tilbake som respons på de magnetiske impulsene fra svingspolen. Konusens bevegelse skaper trykkbølger i luften rundt den, noe som skaper lydene du hører.

Støvhette

Denne lille fyren hindrer støv og smusspartikler i å komme inn i høyttalerenheten og ødelegge alt.

Kurv

Er bare en fancy betegnelse på huset som holder alle høyttalerdelene sammen. Det ser faktisk litt ut som en kurv.

Dette er altså alt det som utgjør en faktisk høyttaler. Men når vi snakker om høyttalere i dagligspråket, mener vi hele pakka.

Så hva mer trengs for å få høyttalere til å fungere?

Elektriske komponenter

For å få svingspolen til å pumpe med syltetøyet ditt må du sende den et elektrisk signal. Dette gjøres med høyttalerterminaler og en flettet ledning.

Terminalene er metallfliker eller tilkoblingsporter som kobler en lydkabel til høyttaleren.

Til disse terminalene er den flettede ledningen koblet til svingspolen, slik at den får det drivstoffet den trenger.

Bolig

En høyttaler trenger et kabinett, ofte kalt et kabinett, for å fungere skikkelig av flere grunner.

For det første gir den et forseglet miljø som beskytter de ulike komponentene som driveren består av, mot støv, skitt og hundehår.

For det andre reduserer den fasekansellering. Når en høyttalermembran beveger seg, skaper den lydbølger i begge retninger. Uten huset ville disse bølgene opphevet hverandre.

Til slutt påvirker kabinettet hvordan lyden distribueres. Lyden kan rettes i en bestemt retning, og lave frekvenser kan stemmes riktig.

Kabinettet er laget av et tykt materiale som ikke er særlig fleksibelt. Tre eller MDF med middels tetthet er vanlig, selv om plast også brukes.

Forsterkning

Alt dette er vel og bra, men en høyttaler alene kommer ikke til å gi noe nyttig.

Selv om høyttalere finnes i en rekke ulike former og størrelser, har de alle det samme kravet: et lydsignal som er sterkere enn linjenivåsignalet som sendes ut av avspillingsenheter, for eksempel en TV eller et lydgrensesnitt.

En effektforsterker brukes til å forsterke signalet fra linjenivå til høyttalernivå. Avhengig av høyttalerne dine kan dette være en ekstern enhet, eller innebygd i selve høyttalerhuset.

Aktive høyttalere

Aktive høyttalere har en innebygd forsterker Yamaha HS5 er populære aktive høyttalere for studioovervåking.

Passive høyttalere

Passive høyttalere krever en ekstern effektforsterker for å generere lydbølger fra lydsignalet.

JBL PRX412 er et solid eksempel på en passiv høyttaler som krever en ekstern effektforsterker for å gi den nok støykraft.

Hvordan produserer høyttalere ulike frekvenser?

Så langt har vi sett på hvordan høyttalere omdanner elektrisk energi (et signal) til trykkbølger i luften, og dermed til lyd.

Men ikke alle frekvenser er skapt like, og en enkelt høyttaler som prøver å dekke alle baser (unnskyld ordspillet), vil være en dårlig høyttaler.

Det er derfor du ser store stabler med høyttalere på konserter. Noen dekker bassfrekvensene (subwoofere og woofere), andre mellomtoneområdet, og de små diskanthøyttalerne tar seg av alle de høye frekvensområdene.

Disse høyttalerne er alle bygget på forskjellige måter for å håndtere de ulike frekvensene de skal håndtere.

Men det er ikke alle som ønsker å ha en gigantisk stabel med høyttalere i studioet (eller stuen), for ikke å snakke om alt rotet med effektforsterkere og delefiltre.

Inn med flerdriverhøyttaleren.

Høyttalere med flere drivere

Multidriverhøyttalere bruker 2, 3 eller til og med 4 drivere av varierende størrelse for å håndtere ulike frekvenser. Den vanligste av disse er høyttalere med to drivere, også kalt 2-veis høyttalere.

Inne i et 2-veis høyttalerkabinett er det et delefilter som sender alle høye frekvenser til diskanthøyttaleren, og mellomtone- og lavfrekvensområdet til basshøyttaleren, ved hjelp av et høypass- og lavpassfilter.

Ved å bruke et delefilter på denne måten kan høyttaleren produsere et fullt frekvensområde, samtidig som den opprettholder en lydkvalitet som en enkelt driver alene ikke kan oppnå.

Hvis du lager musikk i hjemmestudioet ditt, er sjansen stor for at du bruker en 2-veis høyttaler til monitorering, som Yamaha HS5 som er nevnt ovenfor, eller KRK Rokit 5 G4, som er avbildet nedenfor.

Dual driver-høyttalere er fine for innspilling og miksing i ditt eget studio. Men når det kommer til mastering (enten du bruker en nettbasert tjeneste som eMastered, eller overlater det til en ekte person), vil du ha litt flere detaljer, så 3- eller 4-veis høyttalere vil tjene deg bedre.

Det samme gjelder for kommersielle innspillingsstudioer. De bruker kanskje et par aktive monitorhøyttalere til innspilling og monitorering, men når det kommer til nedmiksing, slår de på de tøffe gutta.

Hva er høyttalerimpedans?

Høyttalerimpedans er i hovedsak en måte å måle den totale motstanden i den elektriske strømmen i høyttaleren.

Impedansen måles i ohm, og kommer fra både motstanden fra talespoletråden og induktansen som oppstår når denne tråden vikles til en spole. Induktansen skiller seg fra resistansen ved at den endrer seg med frekvensen - dette kalles induktiv reaktans.

På grunn av denne variabelen er impedans forskjellig fra "normal" motstand, og beregnes ved hjelp av en komplisert formel som musikere aldri skal behøve å forstå.

I stedet er det viktig at impedansen til høyttalerne og forsterkeren er tilpasset hverandre. Feiltilpasset impedans kan føre til redusert lydkvalitet, overoppheting og i ekstreme tilfeller skade på utstyret.

Husk at høyttalerne alltid må kobles til kompatible forsterkere.

Høyttalereffekt kontra høyttalerfølsomhet

Større betyr bedre, ikke sant?

Ikke alltid. De fleste som sammenligner høyttalere, tilskriver en høyere effekt (i watt) et høyere volum. Men kommer du i praksis til å kunne utnytte den effekten fullt ut?

En bedre måte å sammenligne høyttalere på er å se på høyttalerens følsomhet. Denne måles i desibel og kvantifiserer hvor effektivt en høyttaler omdanner elektrisk kraft til lyd.

En høyere følsomhet betyr at høyttaleren kan produsere mer lyd med en gitt mengde strøm. Den er med andre ord mer effektiv når det gjelder å omdanne elektrisitet til lydbølger.

Måling av høyttalerfølsomhet gjør det enklere å sammenligne effektiviteten og effekten til høyttalere.

Det er likevel viktig å ta hensyn til høyttalerens evne til å håndtere strøm hvis du bruker en ekstern forsterker. Målingen representerer hvor mye strøm høyttaleren kan håndtere uten å ta skade, så det er viktig å sørge for at forsterkeren har en utgangseffekt som tilsvarer høyttalerens.

Om du velger høyttalere med høy eller lav følsomhet, avhenger av kravene til oppsettet ditt. Hvis strømeffektivitet er viktig (for eksempel i bærbare høyttalere eller bilstereoanlegg), er høy følsomhet det beste, mens du i et profesjonelt lydanlegg kanskje vil ha høyttalere med høyere effektkapasitet.

Frekvensrespons

Når vi snakker om frekvensresponsen til en høyttaler, snakker vi om dens evne til å gjengi lyd over et bestemt frekvensområde.

Ingen høyttaler er perfekt, så en frekvensresponsgraf hjelper oss med å se hvor det kan være topper eller bunner i frekvenser der den fremhever eller underpresterer.

Det er flere grunner til at frekvensresponsen til en eller flere høyttalere er viktig.

For det første er det til hjelp når du skal designe et system med flere høyttalere og finne ut hvor delefiltrene skal plasseres.

For det andre er det til hjelp når du skal velge de beste høyttalerne for den spesielle lydjobben du har i tankene.

Mens mange høyttalere i forbrukerklassen har et lite "smil" i frekvensresponsen for å gjøre lyden søtere, ønsker du som musikkprodusent et par høyttalere med en flat frekvensrespons.

På denne måten vil ingen instrumenter eller samplinger bli maskert av en nedgang i frekvensene som produseres, eller høres høyere ut enn de egentlig er på grunn av en topp i grafen.

En flat frekvensrespons i høyttalerne vil sikre at alt du hører, er så nært opp til virkeligheten som mulig.

Hva med hodetelefoner?

Hodetelefoner bruker samme høyttalerdriverteknologi som høyttalere. De er i realiteten bittesmå høyttalere som sitter over (eller i) ørene dine.

Hvordan fungerer stereohøyttalere?

En enkelt høyttaler overfører (vanligvis) lyd i mono. For å få et stereolydfelt trenger du to monohøyttalere som sender ut henholdsvis venstre og høyre lydsignal, og som er plassert på riktig måte.

Men har du noen gang sett på en lydplanke og lurt på hvordan stereofeltet skapes?

Høyttalerenheter som er konstruert for å produsere et stereobilde, har flere drivere plassert i hele enheten.

Stereosignalet deles opp i venstre og høyre kanal og sendes i varierende mengder til hver driver for å få et fullstendig stereobilde.

Slike høyttalere leveres gjerne med en ekstra høyttaler - en subwoofer - for å håndtere lave frekvenser og Batmans stemme.

Hvem oppfant høyttaleren?

Som med mange andre oppfinnelser rundt århundreskiftet, er det vanskelig å fastslå nøyaktig hvem som oppfant høyttaleren. Den vokste frem etter hvert som forskere og oppfinnere begynte å forstå mer om lydbølger og elektrisk strøm.

Alexander Graham Bell (han som oppfant telefonen) bidro betydelig til lydrelatert teknologi, blant annet ved å utvikle en tidlig versjon av høyttaleren på slutten av 1800-tallet.

Helt på slutten av århundret kom Oliver Lodge med den første høyttaleren med bevegelig spole. I 1915 fikk den danske ingeniøren Peter L. Jensen og Edward Pridham patent på sin oppfinnelse av en elektrodynamisk høyttalerkonstruksjon med en trådspole festet til en membran plassert i et magnetfelt.

På den andre siden av dammen, i 1925, designet Edward W. Kellogg og Chester W. Rice en dynamisk høyttaler med membran som til slutt ble lisensiert til RCA. Denne designen inneholdt mange aspekter som regnes som grunnlaget for moderne høyttalerteknologi.

Det kreves en hel landsby og alt det der. Det er nok å si at mange keglehoder har lagt ned utallige timer med hodebry for å sikre at du i dag kan nyte Nickelback-konserter i full gjengivelse.

Fremtiden for høyttalere

Teknologien blir stadig mindre og billigere. Det vet vi alle. Men når det gjelder høyttalere, har ikke det grunnleggende bak teknologien endret seg mye siden de ble oppfunnet.

Høyttalere er faktisk en av de mest ineffektive teknologiene vi bruker i dag. Over 99 % av energien som går inn i høyttaleren, genererer noe annet enn lyd. Mesteparten av den blir til varme.

Det er litt overraskende at EPA ikke har forbudt bruken av høyttalere på grunn av deres dårlige energiytelse.

Men takket være et nytt materiale som ble oppdaget i 2004, kan fremtidens høyttalere bli annerledes.

Grafen er et ekstremt lett materiale, noe som betyr at det trenger mye mindre energi for å bevege seg frem og tilbake for å skape en trykkbølge. Utmerkede nyheter hvis du er en diskanthøyttaler.

Hvis forskerne finner ut hvordan de kan lykkes med å produsere grafen i stor skala og integrere det i kommersielle applikasjoner, kan fremtidens høyttalere bli lettere og mye mer energieffektive.

Inntil den dagen må vi klare oss med mini-varmere som skaper endringer i lufttrykket på grunn av elektriske signaler, også kjent som høyttaleren.

Gå nå ut og lytt til musikken!