De belangrijkste schakel in elke audioketen is de luidspreker. Samen met de kamerakoestiek en de opname zelf bepaalt de luidspreker het grootste gedeelte van de klank. Mechanisch en elektronisch gezien is een luidspreker eigenlijk simpel, maar tegelijk is het onmogelijk de ‘perfecte’ luidspreker te bouwen. Dat komt doordat een luidspreker een aantal dingen moet doen die elkaar tegenwerken. En omdat er mensen zijn (echt waar!) die er iets op tegen hebben luidsprekers met het formaat van een stevige koelkast in hun kamer te zetten. Hoewel grootte ook weer niet alles zegt… Hoe dan ook: luidsprekers dus. Omdat er nogal veel over te zeggen/schrijven valt wordt dit de eerste post in een serie van X (tot ik er geen meer in heb). In deze post wat theorie en natuurlijk plaatjes. Volgende ke(e)r(en) gaan we dieper.
Het doel van een luidspreker is om de elektrische spanning in een versterker om te zetten in bewegende lucht. Die lucht bereikt ons oor en wordt dan in onze grijze massa omgezet in nieuwe elektrische spanningen. Het zou dus veel efficiënter zijn rechtstreeks in te pluggen op een versterker, maar zo ver is de techniek nog niet. Tot die tijd moeten we het doen met het compromis dat ‘luidspreker’ heet.
Helaas kon ik geen Nederlandstalig plaatje vinden, dus we moeten het hier mee doen. Het principe is simpel: je hebt een vaste magneet, waar een ‘spreekstoel’ omheen ligt, een spoel van dun koperdraad. Als je daar een wisselspanning doorheen stuurt wordt die spoel magnetisch, een elektromagneet dus. Omdat de polariteit (+ of – ) van die elektromagneet continu verandert, wordt die spoel aangetrokken en weggeduwd door de vaste magneet. Daardoor gaat de conus bewegen, waardoor de lucht gaat trillen en voilá: er is geluid.
En dan beginnen de problemen. Geluid en muziek bestaan uit hoge en lage tonen. Hoe hoger de toon, hoe sneller de licht trilt. Dat wordt uitgedrukt in Hertz (Hz): trillingen per seconde. Het menselijk gehoor loopt van 20 tot 20.000 Hertz per seconde. Je moet je die trillingen voorstellen als een soort golven. De hoge tonen zijn hele kleine maar snelle golven, de lage tonen zijn trage maar hele grote golven.
Om zo’n grote golf te produceren moet een luidspreker dus veel lucht wegduwen. Dat kun je doen door een grote luidspreker te gebruiken, of door een luidspreker te gebruiken die een grote beweging (uitslag, of X-max in technische termen) kan maken. Technisch geen probleem, maar door het grote gewicht van zo’n luidspreker wordt het moeilijk die hele snelle trilling die nodig is voor hoge tonen te maken. Daar heb je juist weer een kleine, lichte luidspreker voor nodig. Maar die kan geen lage tonen produceren…
Dan gebruik je toch twee verschillende luidsprekers? Een grote voor de lage tonen en een kleine voor de hoge tonen. Of, als je toch bezig bent: ook nog een middelgrote voor de middentonen. Of nog een paar luidsprekers. Probleem opgelost. Ja.
Maar ook nee. Wat je nu moet doen is zorgen dat die verschillende luidspreker perfect op elkaar aansluiten. Ze moeten allemaal hun eigen frequentiebereik weergeven en naadloos aansluiten op hun collega-luidspreker. Maar ook het rendement (hoe hard gaan ze als je er 1 Watt in stopt) moet gelijk zijn. Het klinkt nergens naar als het hoog veel harder is dan het laag. Om dat te bereiken bouw je vóór de luidsprekers een wisselfilter, dat het muzieksignaal opdeelt in hoge en lage (en eventueel midden-) tonen. En dat ervoor zorgt dat alle luidsprekers even hard klinken. En dat is niet zo makkelijk als het klinkt. Een wisselfilter bestaat uit spoelen, condensatoren en weerstanden. En die hebben allemaal een beetje invloed op het geluid, wat je juist niet wil. Dus probeer je als fabrikant je filter zo simpel als mogelijk te houden (scheelt nog geld ook). Maar dat kan alleen als je luidsprekers al goed op elkaar aansluiten, en meestal is dat niet zo. Hoe meer je luidsprekers van elkaar verschillen, hoe meer correctie en dus onderdelen in het filter je nodig hebt. En hoe meer verschillende luidsprekers je gebruikt, hoe ingewikkelder het filter wordt. Lastig, lastig.
Het in tweeën (of meer) hakken van muziek heeft nog meer nadelen. Stel dat een zanger of zangeres een behoorlijk stembereik heeft. Dan wordt zijn of haar stem de ene keer door de lagetonenluidspreker (of woofer) weergegeven en de volgende seconde door de hogetonenluidspreker (tweeter). Dat levert zogenaamde faseverschillen of looptijdverandering op: het geluid van de tweeter komt net iets eerder of later aan bij ons oor dan de lage tonen. Hoewel het meestal om minimale verschillen gaat is ons oor daar toch gevoelig voor. Je kunt die faseverschillen op twee manieren oplossen: mechanisch of elektrisch. In het eerste geval zet je de ene luidspreker in de kast net iets verder naar voren dan de andere (zie het plaatje). Dat maakt de luidsprekerkast moeilijker te bouwen en dus duurder.
The sweet spot
De andere manier is (opnieuw) via het wisselfilter. Je bouwt dan als het ware een vertraging in (OK, er komt heel wat meer bij kijken, maar het is nog vroeg als ik dit schrijf en ik heb nog niet genoeg koffie op) zodat het faseverschil verdwijnt. Maar dan wordt het filter dus ingewikkelder, duurder en beïnvloedt het geluid (nog) meer.
En dat is nog maar een klein deel van het verhaal. Zo heeft de luidsprekerkast een grote invloed op de klank. En dan zijn er nog de elektrische eigenschappen van een luidspreker (belastbaarheid impedantie, rendement, EMK) die weer invloed hebben op de versterker. En er zijn ook andere soorten luidsprekers die heel anders werken. En actieve luidsprekers. En puntbronnen, en lijnbronnen. En de invloed van waar je je luidsprekers neerzet in je kamer op het geluid. Maar voor nu is het wel even genoeg. De conclusie voor vandaag is dat luidsprekers veel ingewikkelder zijn dan je op het eerste gezicht zou denken. En dat ik meer koffie nodig heb voor ik het over ingewikkelde zaken heb. Wordt vervolgd dus.
Origineel artikel : https://michielvanzaane.wordpress.com
Auteur : Michiel Van Zaane
Dit artikel is meer dan 6 jaar oud - waarschijnlijk is deze informatie niet meer relevant of van toepassing.