First-Order Crossovers: Panacea eller problem?

Jag har alltid uppmuntrat kritiska e-postmeddelanden från läsare eftersom det är bra att få feedback. Men ett par av e-postmeddelandena som svar på min recension av THIEL TT1 blev direkt otäcka. "Du är ingen audiofil!" en rasade som svar på min kommentar att TT1 är "…en mer mångsidig högtalare än någon Jim Thiel [den avlidne företagets grundare] designad och förmodligen ett bättre värde än något Jim designat…"

Jag blev påmind om detta när jag nyligen googlade lite information inför min kommande recension av THIELs nya SmartSub 1.12 subwoofer. Jag stötte på passionerade klagomål om företagets beslut att gå bort från de fassammanhängande designen och första ordningens crossovers som var ett kännetecken för Jim Thiels arbete. I en YouTube-video berömde en ljudentusiast Jim Thiels design som "ljusår före vad alla andra hade att erbjuda" och tog företaget på sig för att erbjuda en ny produkt som "verkar vara samma gamla skit som vi har sett i högtalarvärlden under de senaste 30, 40 eller 50 åren."

Ur affärsmässig synvinkel kan det diskuteras om det var klokt av THIEL Audio att överge Jim Thiels kärndesignkoncept eller inte, men jag förväntar mig att de flesta högtalardesigners skulle ha fattat samma beslut som de nya människorna på THIEL. Det är inte för att de är dumma. Det är inte för att det de gör är "skit" (jag ger inte ut femstjärniga prestandabetyg till skithögtalare). Det är inte för att de "inte är audiofiler". Det är för att de förstår att första ordningens crossovers introducerar ett överraskande antal avvägningar, en punkt som ingen av de kommentatorer som jag har sett lambasting THIEL Audio verkar ha brytt sig om att undersöka.

Jag har turen att ha tillbringat många timmar med att diskutera dessa frågor med Jim Thiel själv. Jag besökte honom två gånger på hans produktutvecklingslabb och fabrik, och han besökte min arbetsplats ett par gånger för att hjälpa mig att sätta upp högtalare eller för att prata om vad han hade på gång. Det kan vara förvånande för vissa att hans tillvägagångssätt var djupt rotat i vetenskap och no-nonsense ingenjörskonst. Såvitt jag vet ägnade han sig aldrig åt det mystiska ordspråket och svåra att stödja prestandapåståenden som är vanliga i high-end ljud, och i våra diskussioner avvisade han ofta tjusig ljudpraxis som inte var fast underbyggd av vetenskapliga bevis.

Först några grunder för dem som behöver dem. Crossover är ett elektriskt nätverk som delar upp ljudet i bas för basen och diskant för diskanthögtalaren (och ofta mellanregister för en mellanregisterdrivrutin). En tvåvägsfilter har två filter: ett som filtrerar bort diskanten ur bashögtalaren och ett som filtrerar bort basen ur diskanthögtalaren. (En trevägshögtalare lägger till filter som tar bort signalerna för djup bas och övre diskant från mellanregistret.) Dessa filter kännetecknas av den frekvens med vilken de börjar dämpa en signal och av lutningen på den dämpningen. Ett första ordningens filter dämpar vid -6 ​​dB per oktav, ett andra ordningens filter vid -12 dB per oktav, och så vidare. Dessa filter påverkar fasen för en ljudsignal och fördröjer vissa frekvenser något i förhållande till andra.

Fördelen med en första ordningens delningsfilter är att den bibehåller fasen för den ursprungliga signalen, så länge som högtalaren som den används i har de akustiska mittpunkterna för drivenheterna inriktade i vertikalplanet, ofta genom användning av en lutande främre baffel. Så länge ditt huvud är placerat så att dina öron är på samma avstånd från alla förare, bör fasen av det direkta ljudet som först når dina öron inte variera med mer än några grader. Det är därför THIEL och andra tillverkare hänvisar till detta som en faskoherent design.

Hur påverkar detta ljudet du hör? Jag har recenserat kanske 10 THIEL-högtalare sedan början av 1990-talet, liksom flera andra fassammanhängande konstruktioner. För mina öron är fördelen med faskoherent design att du får en mer omslutande ljudbild, mer lik vad du kan förvänta dig att höra från en panelhögtalare som en MartinLogan eller Magnepan – men med mer exakt bildåtergivning än en dipolär panelhögtalare kan producera. Det är ett fantastiskt ljud, som jag starkt rekommenderar alla ljudentusiaster att kolla in själva i ett väldesignat återförsäljarutställningsrum eller på en ljudshow.

Hur fint det faskoherenta ljudet än kan vara, det är inte "ljusår före" allt annat. Om fördelarna med faskoherent design vore så stora skulle fler högtalarföretag använda den, eftersom den i sin grundform också är den billigaste crossovern du kan bygga. För en tvåvägshögtalare kräver en första ordningens delningsfilter bara en kondensator, en induktor och ett motstånd. För varje tillagd beställning i ett passivt filter behöver du en extra kondensator eller induktor. Det är därför den vanligaste användningen av första ordningens delningsfilter inte är i audiofilhögtalare, utan i soundbars, trådlösa högtalare och hemmabiosystem. (För ordens skull var Jim Thiels crossovers otroligt komplexa, med många nätverk som lades till för att korrigera impedans- och frekvenssvarsavvikelser, men kärnfunktionaliteten tillhandahölls fortfarande av dessa tre grundläggande komponenter.)

Så vad är nackdelen med första ordningens crossovers? Det finns tre: distorsion, förarens livslängd och dispersion.

Som Jim Thiel berättade för mig, eftersom ett första ordningens filter inte dämpar lika abrupt som filter av hög ordning, måste en drivrutin som används med en första ordningens delningsfilter uppvisa bra prestanda två oktaver bortom den angivna delningspunkten – dvs. tvåvägshögtalare med 2,3 kHz delningspunkt, en diskanthögtalare måste klara signaler så låga som 575 Hz, och en bashögtalare måste klara signaler så höga som 9,2 kHz. Detta är särskilt svårt för en diskanthögtalare, ger distorsion vid hög volym och leder ibland till drivrutinsfel (tidiga Thiel-högtalare var ökända för att blåsa diskanthögtalare). Det kan också excitera bashögtalarens "breakup-lägen" eller distorsionsframkallande högfrekventa resonanser.

Jim Thiel erkände till fullo dessa problem, och han löste dem till stor del genom att utveckla diskanthögtalare med en ovanligt lång avvikelse på ungefär en kvartstum, och genom att använda en unik koncentrisk drivrutin med korrugerad membran som hanterade mellan- och toppnivåerna i hans nyare modeller. Dessa problem kan också minskas genom att gå till tre- eller fyrvägsdesign.

Det andra problemet med första ordningens crossovers är dispersion. Eftersom filtren är relativt grunda är båda drivrutinerna hörbara samtidigt när ljud är inom ungefär en oktav från delningsfrekvensen. Detta är inga problem om dina öron är på samma avstånd från förarna. Men om dina öron är närmare en förare – om du ställer dig upp, vilket sätter dina öron närmare diskanthögtalaren, eller sjunker ner, när du sätter öronen närmare baselementet – kommer ljuden från de två drivenheterna inte längre att vara i fas kl. alla frekvenser. De kommer att vara i fas på vissa frekvenser och ur fas på andra, vilket innebär att vissa frekvenser kommer att förstärkas och andra dämpas, och du kommer inte längre att få jämn frekvensrespons. (Högtalare med delningsfilter av högre ordning kan också ha detta problem, men i mycket mindre grad.)

Återigen, Jim Thiel ansträngde sig mycket för att fixa detta problem; det är därför som så många av hans konstruktioner använde ett koaxialt arrangemang, med diskanthögtalaren inuti en mellanregisterelement eller bashögtalare. Men de exotiska drivrutiner som han förlitade sig på tog år att utveckla, kostade mycket att tillverka och hindrade honom ibland från att få ut nya modeller så snabbt som hans affärspartners och återförsäljare kanske hade velat.

Jag hade turen att recensera både den allra sista högtalaren som Jim Thiel designade (CS1.7, visad ovan) och den allra första högtalaren som företaget designade efter att Jim gick bort (TT1, till höger). Skillnaden var dramatisk. CS1.7, liksom tidigare THIEL-tornhögtalare som jag hade recenserat, var något kinkig att placera och kunde inte röra basresponsen och dynamiken som många högtalare med liknande priser erbjuder; det var spektakulärt bra för puristiska audiofilinspelningar av akustiska instrument, men ett tveksamt val för tyngre rock- och popmusik eller för hemmabio. Samtidigt levererade TT1 massor av dynamik, var inte noga med placeringen och levererade i slutändan ett mer neutralt ljud som fungerade med alla typer av musik.

Naturligtvis kan fans av de gamla THIEL-högtalarna insistera på att det inte finns något speciellt med de nya högtalarna, att de inte skiljer sig alltför mycket från vad B&W, PSB och Revel producerar. Det är sant. Och naturligtvis föredrar många audiofiler en produkt med charmiga egenheter framför en som levererar objektivt överlägsen prestanda. Det är okej. Och naturligtvis kan vissa nu dras bort från THIEL och mot Vandersteen, ett annat företag känt för fassammanhängande design. Det är också bra.

Vad som inte är bra är att hävda att den faskoherenta högtalaren (eller, för den delen, nästan vilken annan ljudteknik som helst) är "ljusår före vad alla andra har att erbjuda." Precis som alla andra ljudprodukter som någonsin tillverkats, representerar faskoherenta högtalare en serie avvägningar. Genom att förstå dessa avvägningar kan vi fatta intelligenta köpbeslut. Vi kan inte fatta intelligenta köpbeslut om vi baserar dessa beslut på en kvasi-religiös vördnad för specifika teknologier, varumärken eller personligheter.