Hvordan fungerer en hornhøyttaler?

En hornhøyttaler har den egenskapen at den kan spille høyere med lavere forvrengning enn en konvensjonell, såkalt dynamisk høyttaler. Dette er mulig fordi en hornladet høyttalermembran mer effektivt kan overføre bevegelsen til luften. Jo høyere virkningsgrad, desto lavere blir forvrengningen, fordi membranets bevegelse blir svært liten. Dette innebærer også at en hornladet høyttaler kan spille høyere med samme inngangseffekt fra forsterkeren. Et horn øker dessuten elementets effektive utstrålingsareal. Den relativt lille membranen får samme effekt som størrelsen på hornmunningen. En annen av hornprinsippets mange fordeler er evnen til å skape en presis og homogen delekarakteristikk. Dette gjør det mulig for konstruktøren å kontrollere lydspredningen i større grad.

Vil hornprinsippet bli gammeldags?
Å, nei! Horn var en av de første og tidligste metodene for å skape lyd, blant annet i megafonen og Thomas Edisons tidlige fonografer. Gjennom utviklingen fra Edisons ikke-elektroniske fonografer til epoken med elektroniske forsterkere har hornet vært en viktig faktor når det gjelder å gjengi lyd naturlig. De tidligste forsterkerne var mono og ikke spesielt kraftige. Med dagens standard med transistorforsterkere og klasse D-teknologi, som kan levere tusenvis av Watt, er det lett å glemme at de første forsterkerne bare kunne levere noen få Watt. Ville man skape realistiske lydnivåer, var hornet med sin høye virkningsgrad det naturlige valget.
Horn har også spilt en viktig rolle i filmindustriens overgang fra stumfilm. På drive-in-kinoer ble det for eksempel brukt tre meter brede hornhøyttalere. Også i dag brukes horn i de fleste profesjonelle sammenhenger, som kinoer, studioer og konserter. Med dagens digitale utvikling, der vi kan lagre eller streame musikk og film med forbedret dynamisk omfang, stilles det enda høyere krav til systemets lydgjengivelse. Det gjør at hornprinsippet igjen føles som et naturlig valg!

Hva er en kompresjonsdriver?
I et hornsystem driver forsterkerens utgang en liten og lett membran, selve hjertet i konstruksjonen. Bevegelsen og den lave vekten bidrar til presis respons på forsterkerens impulser. Lydbølgene som skapes av membranen presses gjennom en faseplugg, som sitter foran selve membranen. Fasepluggen fungerer som en kompressor, øker trykket mot membranen og er et første steg i å gi bedre kobling til luften.
Ved å koble kompresjonsdriveren til et horn får man en bevegelse som samsvarer bedre med hornmunningen, samt forbedret akustisk belastning. Resultatet er bedre delekarakteristikk, bedre transientegenskaper og lavere forvrengning.
En større del av forsterkereffekten som mates inn i hornet omdannes til akustisk energi, mens en mindre del utvikles som varme i talespolen og driversystemet. Utvikling av for mye varme i en talespole er en viktig årsak til at en høyttaler låter dårligere. Med et hornsystem får man en høyttaler som er mer pålitelig og driftssikker.

Amerikanske Klipsch er en av de større aktørene i verden når det gjelder produksjon av førsteklasses høyttalere, og selskapet har siden starten på 1940-tallet satset på hornladede konstruksjoner. Grunnleggeren Paul W. Klipsch etablerte en filosofi som var basert på fysikk og tok hensyn til egenskapene til det menneskelige øret. Pauls arv lever videre, og Klipschs ingeniører arbeider kontinuerlig med å forbedre høyttalernes gjengivelse. De oppdaterer komponenter og bruker de nyeste og beste materialene – men fysikkens lover forandrer seg aldri, og dermed heller ikke Klipschs grunnleggende filosofi.
De fire grunnpilarene er:

- Høy virkningsgrad gir lav forvrengning. Mer akustisk utgangseffekt med mindre inngangseffekt og mindre membranbevegelse.
- Kontrollert spredning minimerer romrefleksjoner
- Et større dynamisk omfang oppnås med forsterkerens tilgjengelige kapasitet
- En jevnere frekvensgang oppleves i lytteposisjonen som følge av den kontrollerte spredningen

Hva innebærer høy virkningsgrad?
Høy virkningsgrad (også kalt følsomhet) innebærer at man har en mer effektiv konstruksjon som bedre omdanner forsterkereffekten til akustisk energi. Dette resulterer i lavere nivåer av forvrengning og et større dynamisk omfang, noe som igjen gir høyttaleren bedre kapasitet til å skape større realisme i et konsertopptak eller i det nyeste filmlydsporet. For å illustrere effektivitet og retningskontroll på en enkel måte konstruerte Klipsch-ingeniørene på 90-tallet et mer konvensjonelt 4" element som ble montert i et kabinett, der driveren kunne kjøres både med og uten hornlading. Ved begge tilfellene ble det tilført like mye forsterkereffekt.
Før hornladingen ble lagt til, hadde elementet en følsomhet på 85 dB med 1 Watt inngående forsterkereffekt. Da elementet ble koblet til et horn, økte følsomheten til 100 dB, altså en forbedring på 15 dB. En tilsvarende økning i volum med en forsterker innebærer at man trenger 32 ganger så mye forsterkereffekt!


I dagens digitale tidsalder, med mer høyoppløselige lydformater, stilles det større krav til anleggets evne til å gjengi det dynamiske omfanget. I en hjemmekino kan det ene øyeblikket gjengis en svak hvisking, mens en eksplosjon i neste øyeblikk kan få hele rommet til å riste.

For å kunne gjengi de kraftigste dynamiske toppene i et THX Ultra 2-sertifisert filmlydspor på 120 dB, trenger en hornladet høyttaler (avhengig av følsomheten) ikke mer enn drøyt 30 til 200 Watt fra forsterkeren. En mer konvensjonell høyttaler, som i gjennomsnitt har en følsomhet på mellom 87 og 90 dB, kan på sin side trenge opptil et par tusen Watt. Da spiller altså de to systemene på nøyaktig samme lydnivå!
Diagrammet til venstre viser hvordan følsomheten er relatert til
effektbehovet, helt avhengig av det dynamiske omfanget som skal oppnås.



Hva er kontrollert spredning?
Evnen til å fokusere den akustiske energien og spredningsmønsteret mot lytteposisjonen kalles kontrollert spredning. Når en større del av lydenergien spres direkte mot lytteposisjonen uten først å bli reflektert i vegger, tak eller gulv, får man en jevnere frekvensgang og bedre fasestabilitet i de ulike frekvensområdene. Lyd som reflekteres i rommet blir forsinket sammenlignet med den direkte lyden, og selv om vi snakker om millisekunder, er hjernen vår et skarpt analyseverktøy, og vi vil oppleve dårligere fokus i lydbildet.

Når en større del av lydenergien spres direkte mot lytteposisjonen uten først å bli reflektert i vegger, tak eller gulv, får man en opplevd jevnere frekvensgang og bedre fasestabilitet i de ulike frekvensområdene. Reflektert lyd blir forsinket sammenlignet med den direkte lyden, og selv om vi snakker om millisekunder, er hjernen vår et skarpt analyseverktøy, og vi vil miste fokus i lydbildet.

Bildet til venstre viser hornhøyttalerens mer kontrollerte spredningsmønster, som minimerer refleksjoner i rommet. Tenk deg et hjemmekinooppsett med minst fem høyttalere rundt deg. Med den kontrollerte spredningen kan man mer effektivt lokalisere alle effektene i surroundlyden.
Med et Klipsch-system er det lite som kan gå galt!

Tractrix-hornet
Det finnes ulike typer horn, der den geometriske formen på hornets vegger mellom halsen og munningen skiller dem fra hverandre. De mest kjente typene er eksponentialhornet, det koniske hornet og det hyperbolske hornet. Den 5. oktober 1927 fikk P.G.A. Voigt et britisk patent (nr. 278.078) på et horn basert på Tractrix-prinsippet. Tractrix er utformet for å produsere en halvkuleformet bølgefront med mindre farging enn andre horn. Kort oppsummert kan man oppnå bedre retningskontroll, et bedre impedansforløp og en jevnere frekvenskurve.