Akustisk Lobing

Af Arne Rodahl

Akustisk lobing refererer til strålingsmønstre ved bestemte frekvenser i fler-vejs højttalersystemer. Lobing fænomenet kan observeres for drivere anbragte i det lodrette plan og for drivere anbragte i det vandrette plan.

I de fleste fler-vejs højttalersystemer er det ved delefrekvensen, at lobing hovedsagelig optræder, ligesom lobing er afgørende for, hvor godt højttaleren bevarer tonaliteten af det oprindelige optagne signal.

I praksis og i vid udstrækning vil rumpåvirkninger medføre, at den ideelle højttaler ikke er praktisk muligt. En højttaler der har den mest homogene spredning ved alle frekvenser (især omkring delefrekvenserne) vil have den mindste farvning af lyden.

Således har den ideelle højttaler ingen lobes ved nogen frekvenser, - med andre ord den vil fungere som en punktkilde udstrålende omni-retningsbestemt ved alle frekvenser. I praksis er dette ikke være muligt for højttalere med separate drivere, der udviser en vis mængde af lobing ved overgangsfrekvensen. Den primære årsag til dette er den fysiske afstand mellem driverne og drivernes effektive diametre relateret til frekvensen.

Lobing opfattes som en kamfiltreret respons (dvs. områder med toppe og dyk) og opfattes i lyttepositionen som varierende lodret eller vandret i den nominelle on-axis position. Da en ægte sfærisk bølgefront ikke kan opnås i praksis, forsøger konstruktører at gøre lobes så brede som muligt ved delefrekvenserne, således at højttaleren er omni-direktional i typiske lyttepositioner.

                                   Tovejs med vertikale lobes (separate drivere)

__________________________________________________________________________

                                            Soundbar med horisontale lobes (separate drivere)

Soundbars er typisk bestykket med mange drivere, hvorfor lobing er uundgåligt, - ligesom målinger af frekvensrespons forståligt nok ikke offentliggøres.

__________________________________________________________________________

                                            Tovejs  KEF uden Lobes (coaxial driver) 

Lobing-effekten optræder ikke ved brug af ”point source systemer” d.v.s. anvendelse af fullrange- og coaxialdrivere.

Det kan derfor ikke overraske, at man ser en tendens blandt high-end højttalersystemer som f.eks. KEF Blade, Vienna Acoustic, TAD Reference One, Elac FS509 m.fl. anvende coaxial-drivere til gengivelse af mellemtone og diskant.

__________________________________________________________________________

Lobe formation

For enkelthedens skyld antages følgende to punktkilder adskilt med en afstand d vertikalt ‡ , både udstråling til halvrum på en bestemt frekvens f . Således kan vi udtrykke lobing som en funktion af d og dens forhold til bølgelængden λ . Som d bliver signifikant (eller større) sammenlignet med λ, den akustiske bølgefront begynder at blive smallere eller flere direktiv.

Følgende billede viser en forenklet gengivelse af, hvordan to ikke sammenfaldende drivere udviser lobing (forskellen mellem de lobing mønstre er stærkt overdrevet for at demonstrere effekten):

Den store sort prik, er den lodrette lytteposition relateret til centeret på den viste, vandrette afstand fra højttaleren. For bølgelængder der er meget større end d , er bølgefronten næsten sfærisk (cirkulære set fra siden) og lydniveauet er konstant for en række sådanne lyttepositioner. ”Off-axis” respons fra højttaleren er næsten retningsuafhængig. Da afstanden d tilgange λ / 4 , begynder bølgefronten, at bliver smallere. På lyttepositionen, er lydniveauet ikke det samme som det ville have været, hvis det havde været nøjagtig halvvejs mellem driverne. Det område, hvor lydniveauet er konstant for en given række af lodrette positioner (og fast lytte afstand) betegnes lobe. Uden for lobe`n, er lydniveauet meget mindre, hvilket forårsager ulinearitet af højttalerens tonalitet ved ændringer af lyttehøjden relateret til højttaleren.

Bemærk: Ved en individuel driver er denne effekt kendt som direktivitet, og det observeres i både lodrette og vandrette planer, og ”d” er nu driverens diameter i forhold til bølgelængden, mens lobing-mønstret på grund af to eller flere drivere primært er en effekt i det lodrette plan og som et resultat af afstanden mellem de to drivere

Den fysiske årsag til en lobe, er det faktum, at ethvert punkt som er i en ulige position fra begge drivere ved visse frekvenser (dvs. bølgelængder) og afhængig af d og den relative forskel mellem afstandene til lyttepositionen, vil bølgefronterne fra hver driver forstyrre konstruktivt eller destruktivt. Denne konstruktive eller destruktive interferens sker på grund af de relative faser af bølger fra hver driver når de når lyttepositionen.

Således for en given frekvens, vil der være en minimumsafstand fra højttaleren under hvilken, der vil være radikale ændringer i lydtryksniveau som lyttepositionen ændrer vertikalt. Og denne afstand bliver større, når afstanden mellem driverne stiger. Således kan det bedste kompromis opnås med faktiske lytteafstande, såfremt man kan vælge drivere, der er store nok til at dække så meget i lydbåndet som muligt, men samtidig små nok, så der kan blive så lille indbyrdes afstand som muligt til at fremstå som en punktkilde for enhver faktisk lytning afstand.