Den värld vi lever i är uppbyggd för ljud. Om du inte bor på toppen av ett berg (tur för dig) är chansen stor att du upplever att ljudet kommer från en mängd olika högtalare när du går omkring i vardagen.

Mobiltelefoner. Tv-apparater. Hissar. Bluetooth-högtalaren på tunnelbanan som spelar skit som du inte vill höra.

Och kanske viktigast av allt för oss musiker är att högtalarna gör det möjligt för oss att höra våra verk i perfekt detaljrikedom.

Men hur fungerar egentligen högtalare? Även om du inte är nyfiken på hur ljudkorven skapas är det en bra idé att ha en grundläggande förståelse för högtalarteknik om du planerar att tillbringa ditt liv i en studio.

Grunderna i ljud

Innan vi går in på högtalare ska vi ta en kort repetition av hur ljud fungerar.

Ljud är i grunden mekanisk energi i form av vågor som rör sig genom ett medium - vare sig det är luft, vätska eller fast material.

Denna rörelse orsakar lokala tryckförändringar beroende på vågformens form, ungefär som de krusningar som skapas när du släpper en sten (eller din telefon) i vatten.

I bilden nedan ser du en sinusvåg på 1 kHz. Ser du hur ljudtrycksnivån ökar, följt av en minskning, i förhållande till det omgivande trycket? Det är ljud i rörelse.

I våra öron reagerar tusentals små hårceller på dessa tryckförändringar och omvandlar dem till en elektrisk signal som våra hjärnor kan tolka som Nickelback. Eller vad som helst.

En analog ljudsignal är ljud i form av elektrisk energi, representerad som en spänningsvågform. Här är samma ljudvåg representerad som en elektrisk signal:

Digitalt ljud är en avbildning av en lagrad analog signal i binärt format.

En ljudsignal, oavsett om den är analog eller digital, måste omvandlas tillbaka till en ljudvåg (mekanisk energi) för att våra öron ska kunna uppfatta den.

Gå in i högtalaren.

Hur högtalare fungerar: Grunderna

Innan vi går in på de olika högtalarkomponenterna och hur de fungerar, kan vi ge en snabb överblick över vad en högtalare gör för att återskapa ljud.

En förstärkt ljudsignal skickas till en metallspole av tråd. Denna spole reagerar på den elektriska ström som flödar genom den, interagerar med en magnet inuti högtalaren och får ett membran att vibrera.

Membranet flyttar luft och skapar ljudvågor som är en exakt kopia av den ursprungliga ljudsignalen. Et voila! Du kan höra din mamma prata med dig från andra sidan landet.

Självklart är det en vild förenkling. Men nu när vi känner till Cliffs Notes-versionen av hur talare gör sina affärer, låt oss bryta ner saker och ting.

Vad finns inuti en högtalare?

Låt oss ta en titt på alla de högtalardelar som skapar magin...

Högtalarelementet

Högtalarelementet ansvarar för att omvandla den elektriska signalen till ljudvågor. Det är den motor som driver högtalarens ljudåtergivning.

Inifrån och ut är de komponenter som utgör en högtalare:

• Stolpe
• Bakre platta
• Magnet
• Topplatta
• Talspole
• Korg
• Spindel
• Kona och omkrets
• Dammskydd

Stolpe, bakre och övre platta

Polstycket i en högtalare är som en dirigentpinne som håller ljudorkestern som strömmar genom högtalaren synkroniserad. Det är den centrala axel som hela det magnetiska systemet är baserat på.

Den bakre plattan sitter bakom stolpen, och inte helt oväntat sitter den övre plattan ovanför.

Magnet

Permanentmagneten omges av poler och plattor för att fokusera sitt magnetfält och är fäst vid högtalarkorgen.

Den kallas permanentmagnet eftersom den alltid är en magnet.

Talspolen å andra sidan blir en magnet (eller rättare sagt en elektromagnet) först när den matas med elektrisk ström.

Talspole

Talspolen är en tråd som är tätt lindad runt en liten cylinder, ibland kallad bobin. Den ser ut ungefär som en jojo.

När en elektrisk signal går genom spolen blir den en elektromagnet som interagerar med den permanenta magneten.

Om du minns dina naturvetenskapliga lektioner kommer du säkert ihåg att lika krafter stöter bort varandra och motsatta krafter drar till sig varandra. Detta samspel mellan magnetiska krafter skapar den rörelse som driver spolen runt och i slutändan skapar ljudvågor.

Spindel och surround

Spindeln är en korrugerad bit material som stöder talspolen. Den håller spolen på plats samtidigt som den kan röra sig fritt fram och tillbaka.

Det låter som en motsägelse, men det är det inte. Spindelns huvudsakliga uppgift är att låta talspolen röra sig i endast en riktning, nämligen upp och ner. Utan spindeln skulle talspolen röra sig lite hur som helst i högtalarhuset.

Infattningen har en liknande funktion som spindeln, förutom att den håller konen på plats i korgens topp.

Konen

Högtalarkonen, även kallad membranet, är en av de få delar som du kan se på en högtalare.

Konen rör sig fram och tillbaka som svar på de magnetiska pulserna från talspolen. Konens rörelse skapar tryckvågor i luften som omger den, vilket ger upphov till de ljud du hör.

Dammskydd

Den här lilla rackaren hindrar damm och smutspartiklar från att komma in i högtalarenheten och ställa till det.

Korg

Är bara en finare benämning på det hölje som håller ihop alla högtalardelar. Det ser faktiskt lite ut som en korg.

Det här är alltså allt som utgör en faktisk talare. Men i vardagsspråket när vi pratar om talare menar vi hela paketet.

Så vad mer behövs för att få högtalarna att fungera?

Elektriska komponenter

För att få talspolen att pumpa med din jam måste du skicka en elektrisk signal till den. Detta görs med högtalarterminaler och en flätad tråd.

Terminalerna är metallflikar eller anslutningsportar som ansluter en ljudkabel till högtalaren.

Ansluten till dessa terminaler är den flätade kabeln som är fäst vid talspolen och ger den det bränsle den behöver.

Bostäder

En högtalare behöver ett hölje, ofta kallat kabinett, för att fungera korrekt av flera skäl.

För det första ger den en förseglad miljö som skyddar de olika komponenterna i drivrutinen från damm, smuts och hundhår.

För det andra motverkar den fasannullering. När ett högtalarmembran rör sig skapas ljudvågor i båda riktningarna. Utan höljet skulle dessa vågor ta ut varandra.

Slutligen påverkar kabinettet hur ljudet fördelas. Ljudet kan riktas i en viss riktning och låga frekvenser kan stämmas av på rätt sätt.

Höljet är tillverkat av ett tjockt material som inte är särskilt flexibelt. Trä eller MDF med medelhög densitet är vanligt, men plast används också.

Förstärkning

Allt detta är gott och väl, men en högtalare i sig kommer inte att ge ifrån sig något användbart.

Högtalare finns i en mängd olika former och storlekar, men de har alla samma krav: en ljudsignal som är starkare än den signal på linjenivå som skickas ut av uppspelningsenheter, t.ex. en TV eller ett ljudgränssnitt.

En effektförstärkare används för att förstärka signalen från linjenivå till högtalarnivå. Beroende på vilka högtalare du har kan detta vara en extern enhet eller inbyggd i själva högtalarhuset.

Aktiva högtalare

Aktiva högtalare har en inbyggd förstärkare Yamaha HS5 är populära aktiva högtalare för studioövervakning.

Passiva högtalare

Passiva högtalare kräver en extern effektförstärkare för att generera ljudvågor från ljudsignalen.

JBL PRX412 är ett robust exempel på en passiv högtalare som kräver en extern effektförstärkare för att ge den tillräckligt med ljudkraft.

Hur producerar högtalare olika frekvenser?

Hittills har vi tittat på hur högtalare omvandlar elektrisk energi (en signal) till tryckvågor i luften och därmed till ljud.

Men alla frekvenser är inte lika bra, och en enda högtalare som försöker täcka alla behov (ursäkta ordvitsen) blir verkligen en dålig högtalare.

Det är därför du ser enorma högtalarstaplar på spelningar. Vissa täcker basfrekvenserna (subwoofers och woofers), andra mellanregistret och de små diskanthögtalarna tar hand om alla höga frekvensområden.

Alla dessa högtalare är byggda på olika sätt för att hantera de olika frekvenser som de ska hantera.

Men det är inte alla som vill ha en jättelik hög med högtalare i studion (eller vardagsrummet), för att inte tala om alla effektförstärkare och delningsfilter.

Nu kommer högtalaren med flera drivrutiner.

Högtalare med flera förare

I högtalare med flera element används 2, 3 eller till och med 4 element av varierande storlek för att hantera olika frekvenser. Den vanligaste av dessa är högtalare med dubbla drivelement, ibland kallade 2-vägshögtalare.

I ett 2-vägs högtalarkabinett finns ett delningsfilter som skickar alla höga frekvenser till diskanten och mellanregistret och lågfrekvensområdet till woofern, med hjälp av ett högpass- och lågpassfilter.

Genom att använda ett delningsfilter på det här sättet får högtalaren ett fullt frekvensomfång, samtidigt som ljudkvaliteten bibehålls på ett sätt som ett enda element inte skulle kunna åstadkomma.

Om du gör musik i din hemmastudio är chansen stor att du använder en 2-vägshögtalare för monitorering, som Yamaha HS5 som nämns ovan, eller KRK Rokit 5 G4, som visas på bilden nedan.

Högtalare med dubbla drivrutiner är bra för inspelning och mixning i din egen studio. Men när det gäller mastering (oavsett om du använder en onlinetjänst som eMastered eller låter en riktig person göra det) vill du ha lite mer detaljer, så 3- eller 4-vägshögtalare passar bättre.

Samma sak gäller för kommersiella inspelningsstudior. De kanske använder ett par aktiva monitorhögtalare för inspelning och monitorering, men när det kommer till mixning slår de på de stora högtalarna.

Vad är högtalarimpedans?

Högtalarimpedans är i huvudsak ett sätt att mäta det totala motståndet för flödet av elektrisk ström i högtalaren.

Mätt i ohm kommer impedansen från både resistansen från talspolekabeln och induktansen som orsakas av att kabeln lindas till en spole. Induktans skiljer sig från resistans eftersom den ändras med frekvensen - så kallad induktiv reaktans.

På grund av denna variabel skiljer sig impedans från "normalt" motstånd och beräknas med hjälp av en komplicerad formel som musiker aldrig ska behöva förstå.

Istället ska du veta att det är viktigt att matcha impedansen hos dina högtalare och din förstärkare. Felaktig impedans kan leda till försämrad ljudkvalitet, överhettning och i extrema fall skador på utrustningen.

Kom ihåg, barn, att alltid koppla ihop dina högtalare med kompatibla förstärkare.

Högtalareffekt kontra högtalarkänslighet

Större är lika med bättre, eller hur?

Inte alltid. De flesta som jämför högtalare tillskriver en högre effekt (i watt) en högre volym. Men kommer du i praktiken att kunna utnyttja den effekten fullt ut?

Ett bättre sätt att jämföra högtalare är att titta på högtalarkänsligheten. Den mäts i decibel och anger hur effektivt en högtalare omvandlar elektrisk ström till ljud.

En högre känslighetsklassificering innebär att högtalaren kan producera mer ljud för en given mängd ström. Med andra ord är den mer effektiv när det gäller att omvandla elektricitet till ljudvågor.

Mätning av högtalarkänslighet jämnar ut spelplanen när det gäller att jämföra högtalares effektivitet och effekt.

Det är dock fortfarande viktigt att ta hänsyn till högtalarens förmåga att hantera ström om du använder en extern förstärkare. Måttet anger hur mycket elektrisk effekt högtalaren kan hantera utan att skadas, så det är viktigt att se till att förstärkaren har en uteffekt som är lika stor som högtalarens.

Om du väljer hög- eller lågkänsliga högtalare beror på vilka krav som ställs i din anläggning. Om strömeffektivitet är viktigt (t.ex. i bärbara högtalare eller bilstereoanläggningar) är hög känslighet bäst, medan du i en professionell ljudanläggning kanske vill ha högtalare med högre effektkapacitet

Frekvenssvar

När vi talar om en högtalares frekvensomfång talar vi om dess förmåga att återge ljud över ett frekvensområde.

Ingen högtalare är perfekt, så ett frekvenssvarsdiagram hjälper oss att se var det kan finnas toppar eller dalar i frekvenserna där den förstärker eller underpresterar.

Det finns flera anledningar till att frekvensomfånget för en viss högtalare eller vissa högtalare är viktigt.

För det första är det till hjälp när man utformar ett system med flera högtalare och var man ska ställa in delningsfiltren.

För det andra hjälper det dig att välja de bästa högtalarna för det speciella ljudjobb du har i åtanke.

Medan många högtalare i konsumentklass har ett litet "leende" i frekvenssvaret för att göra ljudet mjukare, vill du som musikproducent ha ett par högtalare med ett platt frekvenssvar.

På så sätt kommer inga instrument eller samplingar att maskeras av en nedgång i de producerade frekvenserna eller låta högre än de egentligen är på grund av en topp i diagrammet.

En platt frekvensåtergivning i högtalarna säkerställer att allt du hör är så nära verkligheten som möjligt.

Hur är det med hörlurar?

Hörlurar använder samma teknik för högtalarelement som högtalare. De är i själva verket pyttesmå högtalare som sitter över (eller i) öronen.

Hur fungerar stereohögtalare?

En enda högtalare överför (i allmänhet) ljud i mono. För att få ett stereoljudfält behöver du två monohögtalare som matar in vänster respektive höger ljudsignal, placerade på lämpligt sätt.

Men har du någonsin tittat på en soundbar och undrat hur stereofältet skapas?

Enskilda högtalarenheter som är konstruerade för att producera en stereobild har flera högtalarelement placerade i hela enheten.

Stereosignalen delas upp i en vänster- och en högerkanal och skickas i varierande mängd till varje drivdon för att få en fullständig stereobild.

Högtalare som dessa brukar levereras med en extra högtalare - en subwoofer - för att hantera låga frekvenser och Batmans röst.

Vem uppfann högtalaren?

Som med många andra uppfinningar runt sekelskiftet 1900 är det svårt att exakt fastställa vem som uppfann högtalaren. Den växte fram med tiden när forskare och uppfinnare började förstå mer om ljudvågor och elektrisk ström.

Alexander Graham Bell (känd för sin telefonuppfinning) gjorde betydande insatser inom ljudrelaterad teknik, bland annat genom att utveckla en tidig version av högtalaren i slutet av 1800-talet.

Precis i slutet av det århundradet kom Oliver Lodge på den första högtalaren med rörlig spole. År 1915 fick den danske ingenjören Peter L. Jensen och Edward Pridham patent för sin uppfinning av en elektrodynamisk högtalarkonstruktion med en trådspole fäst vid ett membran placerat i ett magnetfält.

På andra sidan Atlanten konstruerade Edward W. Kellogg och Chester W. Rice 1925 en dynamisk högtalare med kon som så småningom licensierades till RCA. Den här konstruktionen innehöll många aspekter som anses ligga till grund för modern högtalarteknik.

Det krävs en hel by och allt det där. Det räcker med att säga att massor av koner har lagt ner otaliga timmar för att se till att du kan njuta av Nickelback-konserter med full trovärdighet idag.

Framtiden för högtalare

Tekniken blir hela tiden mindre och billigare. Det vet vi alla. Men när det gäller högtalare har grunderna bakom tekniken inte förändrats särskilt mycket sedan de uppfanns.

Faktum är att högtalare är en av de mest ineffektiva tekniker vi använder idag. Över 99 % av den energi som går in i en högtalare genererar något annat än ljud. Det mesta omvandlas till värme.

Det är lite förvånande att EPA inte har förbjudit användningen av högtalare på grund av deras dåliga energiprestanda.

Men tack vare ett nytt material som upptäcktes 2004 kan framtidens högtalare bli annorlunda.

Grafen är ett extremt lätt material, vilket innebär att det krävs mycket mindre energi för att röra sig fram och tillbaka och skapa en tryckvåg. Goda nyheter om du är en diskanthögtalare.

Om forskarna kan räkna ut hur man framgångsrikt kan genomföra storskalig produktion av grafen och integrera det i kommersiella tillämpningar, kan framtidens högtalare bli lättare och mycket mer energieffektiva.

Fram till dess får vi nöja oss med minivärmare som skapar förändringar i lufttrycket på grund av elektriska signaler, även kallat högtalare.

Gå nu ut och lyssna på musiken!