Inledning Hornet Designparametrar Högtalarelement och filter Bygge av högtalarlådan Fotografier Beräkningar Info MDF-board Teknisk specifikation Elementspecifikation Tips!

Hornhögtalare är förmodligen den äldsta typen av högtalare och dess
historia går tillbaka till Edisons vaxcylindrar. På den tiden var de enda
apparaterna som gav ljudförstärkning och ända sedan dess har
forskare som Webster, Wilson, Voigt och Klipkich ägnat sig åt att
designa hornhögtalare. Även med dagens kraftfulla förstärkare är de
den enda lösningen när det gäller att fylla stora rum med tillräcklig
ljudvolym.
I hifi-installationer har emellertid hornen för länge sedan fått lämna
plats åt andra typer av högtalarkonstruktioner såsom basreflex,
transmissionslinjen och den slutna lådan. Hornhögtalare för hemmabruk
är dock inte död (tack och lov, web-red), även om den för en tynande
tillvaro, och detta av goda skäl: Den har en mycket hög verkningsgrad
och följaktligen ett stort dynamiskt område, bra impulsuppträdande
och låg distorsion. Å andra sidan är konstruktionen vanligtvis mycket
komplex och de högtalarelement som används är i allmänhet
(men inte alltid) ganska dyra. Dessutom tar den upp stor plats hemma.
Då det är mycket svårt att köpa en hornhögtalare så har den som
beskrivs här konstruerats av professionella högtalarbyggare.
Högtalarelementen och delningsfiltren kostar 600-700 kronor per
högtalare (1990). Själva bygget av lådan rekommenderas inte
nybörjare inom träarbete.

Upp

Ett horn är i grunden en akustisk transformator. Det transformerar en
liten membran-yta till en stor membranyta utan nackdelarna med ökad
massa, konresonans etc. Strålningaresistansen hos en stor membranyta
är betydligt högre än hos en mindre och på så sätt radieras betydligt
mer effekt för en given velocitet av luftvolym (ljudvelocitetet).
Grundkraven när det gäller att designa ett horn är maximal akustisk effekt,
stort frekvensområde och låg distorsion. När man väl har bestämt dessa
krav kan man specificera högtalarelement och från detta kan öppningarna
(halsen och munnen), formen och längden på hornet beräknas. Många horn
är av exponentiell typ (andra är koniska eller hyperboliska). Det exponentiella
uppträdandet hos ett horn ger bättre koppling mellan högtalarelementen
och luften och ökar verkningsgraden till närmare 50% vilket är en enorm
förbättring över de 1% som de flesta andra typerna har.

Figuren visar principen för hornhögtalare. 1. Bak-kammare 2. Högtalarelement (drivenheten) 3. Kompressionskammare 4. Hals 5. Mynning (halsen) På den här principskissen kan man se den karakteristiska hornkonturen. Hornet bildar en kurva som växer exponentiellt (matamatiskt beräknat).

De beräkningar som görs vid designen av ett horn är inte
lätta och var och en av de många typerna måste beräknas på
olika sätt. Ett modern högtalare består av ett högtalarelement
och ett horn såsom visas i figuren ovan. Högtalarelementet
belastas av luftvolymen i kompressionskammaren. Eftersom den
akustiska impedansen är omvänt proportionell till frekvensen
så bildar kompressionskammaren och halsen ett lågpassfilter.
Halsen ger kopplingen mellan högtalarelement samt
kompressionskammaren och hornet. Halsens yta är mycket viktig
för optimal koppling. Ytan på hornets mun bestämmer den
låga brytfrekvensen. En bra tumregel är att munnens omkrets
måste vara åtminstone lika med våglängden hos den lägsta
frekvensen som skall produceras. Beroende på hur många ytor
som hornet skall kopplas till så kan munnens yta minskas med
en faktor 2 (golv), 4 (golv plus vägg) eller 8 (hörnen i ett rum).
Hornets längd beror på en mängd olika faktorer, speciellt vilket
rippel i frekvenskurvan som är acceptabelt. För en bra låg-
frekvensåtergivning betyder detta flera meter och hornet viks
därför ett antal gånger. Dess totala volym ligger då inom de
gränser som kan accepteras för normalt hemmabruk.

Ofta belastas högtalarelement också från baksidan av ett
horn eller en sluten låda så att man skall få en lika stor akustisk
belastning på membranets båda sidor. Med backlastade horn,
såsom i den här konstruktionen, är detta inte möjligt eftersom
dessa måste radiera de höga frekvenserna direkt. Sådana horn,
inklusive detta här, används därför endast för att återge det
låga frekvensområdet.

I konstruktionen av det här hornhögtalarsystemet så var det viktigaste
kravet att munnens yta inte fick överskrida 0,125 m² för att hålla
dimensionerna inom rimliga gränser. Halsens öppning och den låga
brytfrekvensen, fc, måste också ha rimliga värden. Halsöppningen ges
normalt ett värde mellan 0,3 Ad och 1,0 Ad, där Ad är den effektiva
konytan hos bashögtalare. Eftersom halsöppningen och volymen i
kompressionskammaren bestämmer den akustiska belastningen, och
därmed bandbredden hos högtalarsystemet, har ett förhållande valts
0,73 (i enlighet med W.M Leach beräkningar).
Det är många som tror, när det gäller hornhögtalarsystem, att man
endast kan använda högtalarelement med mycket låg Qts, dvs
med en mycket stor magnet. Detta är emellertid inte alltid nödvändigt,
det beror på vilken bandbredd man förväntar sig att systemet skall
återge. Bandbredden hos ett backlastat horn, såsom det som används
här, är liten att ett högtalarelement med Qts på 0,35 är fullt tillräckligt.
Den låga brytfrekvensen är den frekvens där hornet inte längre är
belastat, dvs det producerar inte något ljud. Iden här konstruktionen
har denna satts till 40 Hz. Den egentliga -3 dB punkten ligger någonstans
mellan fc och den frekvens som bestäms av munöppningen. Förhållandet
mellan dessa två frekvenser får inte vara för stort för att undvika
oregelbundenheter i strålningsresistansen mellan hornet och rummet
och ojämna frekvensegenskaper. Tvärsnittsytan, Ax, hos ett
exponentiellt horn vid avståndet x från halsen ökar i enlighet med
följande ekvation:

A_x=A_te^2mx

där A är halsöppningens yta, e=2,718 och m, trattkonstanten, =2pf_c/c
där c är ljudhastigheten (ca 345 m/s).

Upp

När det gällde att välja högtalarelement var det viktigt, eftersom
större delen av frekvensområdet radieras direkt av högtalarelementen,
att hitta en kombination som är anpassad till hornets verkningsgrad.
Valet föll på McFarlow, typ T8-60 woofer och H25-90 tweeter (se figur).

Upp

Det mesta arbetet gäller byggandet av lådan. Det går naturligtvis att
lämna bort detta till en snickare men då ökar kostnaderna betydligt.
Här kan du se konstruktionsritning (153 Kb) och sprängskiss (15 Kb).
Lådan görs av 18 mm:s spånplatta eller plywood. Jag rekommenderar
19 mm:s MDF-board. Det går att använda tjockare trä men då
är det nödvändigt (och inte lätt) att anpassa hornet till de nya
dimensionerna. De flesta vinklarna har man försökt att ha 45 eller
95 grader. Jag rekommenderar att en trävaruhandlare sågar till bitarna
i enlighet med komponentlistan.
Börja med att limma ihop bakpanelen, locket, botten, frontpanelen och
ett av sidostyckena. Limma därefter de inre delarna en efter en.
Det är viktigt att avstånden hålls korrekta när det gäller dessa delar.
Blir det några öppningar mellan bitarna så skall ni fylla dessa med
silikon eller liknande. När limmet har torkat skall ni borra hål för
anslutningskablarna. Montera samtidigt in delningsfiltret. Detta skall
sitta i lådans botten, i den lilla trekantiga öppningen. Montera
därefter fast högtalarelementen och dra sedan kopplingstrådarna.
Fyll slutligen lådan med passande plastchips eller rockwool och
limma sedan fast det återstående sidostycket. Lådans utsida
kan sedan sprutlackeras eller förses med folie efter eget smak.

Här kan du se 8 stycken fotografier från högtalarbygget.

MDF är en medelhård träfiberskiva som tillverkas av fibrer
Pino Pinaster som binds samman med syntetisk harts i en
värme-press-härdningsprocess där man använder tekniken med
ångsprutning. Den Pino Pinaster, som är karaktärisk för avverknings-
området ger en MDF-board med mycket goda bearbetningsegenskaper.

All MDF-board kännetecknas av samma goda egenskaper: en perfekt
och jämn uthärdning av hartsen från mitten av skivan ut till ytorna
och en jämn fördelning av fukt genom skivan. En perfekt och jämn
uthärdning i skivans mittskikt ger stora fördelar. Den mest uppenbara
är möjligheten att arbeta med lägre snittdensitet, vilket ger bättre
bearbetningsegenskaper och därmed mindre verktygsslitage (slöa skär)
och lägre förädlingskostnader.
Den jämna fuktfördelningen ger en mycket stabil skiva, som bibehåller
sina goda egenskaper även efter bearbetning. De här karaktäriska
egenskaperna gör MFD-board till en idealisk skiva när det gäller att forma,
profilera och bearbeta, till en mycket låg kostnad.

Den höga densiteten, den utmärkta dimensions-stabiliteten, den jämna
ytan, de goda bearbetnings- och mekaniska egenskaperna gör att
MDF-board kan profileras och ytbehandlas i princip helt efter önskemål.
Den är perfekt för tillverkning av möbler, snickerier, högtalare m.m och
i många sammanhang ett utmärkt ersättningsmaterial till solitt trä.

Köp gärna färdigsågade MDF-skivor, det sparar mycket arbete och pengar.
Casco vitlim duger mycket bra till att limma MDF-boarden. Använd gärna
många träskruvar till sidostyckena samt toppstycket. Jag rekommenderar
att köpa grabber eller liknande. Kom ihåg att förborra innan ni drar
skruvarna. Använd lagom stor försänkare till skruvskallarna.
Om ni har tänkt att lacka högtalarna själv så spackla igen skruvhålen
med något hårt spackel. För bästa resultat rekommenderar jag att lämna
in högtalarna för sprutspackling och sprutlackering. Om du vill ha mera
dämpning i högtalarlådan så går det bra att stoppa in mineralull (Rockwool)
eller liknande. Det blir ett extra akustiskt filter för speciellt låga frekvenser.

Delningsfiltret går bra att bygga på en masonitbit eller liknande.
Använd gärna grova kablar mellan komponenterna. För externa terminaler
köp grova anslutningar som klarar minst 10 mm²:s area. Själv använder
jag mig av Infinitys terminaler.
För interna kablar använder jag Supra:s 2,5 mm² (Se tabell).

Till högtalarfötter rekomenderar jag SD-foten (SD Sonic Design). Dessa skumgummifötter är bättre än spikes. Spikes är som en akustisk diod,
man får ingen dämpning i lodrät riktning bl.a.