Component - för entusiaster av ljud och bild.

Shaken not stirred - basfakta!

Bas är väl det som fascinerar mest när man lyssnar eller talar med någon om ljud – det finns väl knappast något som benämns med så många synonymer – fet bas, fläskig bas, torr, snabb, låg, djup, bred osv. Om jag skulle skriva alla olika synonymer så skulle artikeln förmodligen fyllas rätt snart. Det finns dessutom undersökningar som visar att hur väl en låt slår är mycket beroende på hur trummor samt bas låter. Jag har dessutom sällan träffat någon som inte tycker om att känna det där sköna trycket i den lägsta oktaven.

Vad är då bas egentligen?
Den lägsta frekvens som en människa kan höra, i motsats till att känna, är ungefär 20 Hz – när frekvensen sjunker lägre än så återstår mestadels vibrationer. Det är naturligtvis ingen skarp gräns utan, men mycket förenklat så kan man säga att detta är en praktisk gräns för människan. Vi känner naturligtvis frekvenser över 20 Hz också, men då överlappar vi både känsloförnimmelsen (vibrationerna) av bas med att vi faktiskt kan urskilja tonen som sådan, även vid "normala" lyssningsnivåer.

Hur högt går då basen?
Antingen kan man välja ur musikalisk synpunkt eller från teknisk ståndpunkt. Tekniken är rätt väldefinierad då THX har satt gränsen hårt till 80 Hz och de flesta förstärkare rullar av subutgången vid runt 120 Hz - Rent musikaliskt blir det lite svårare eftersom instrument inte alltid kan hantera speciellt breda register - men om man tar ett piano och tar tonen som ligger en oktav under mitten C så hamnar du på ca 130 Hz.

I Hifi sammanhang brukar man säga att basen sträcker sig upp till 200 Hz.


Ungefärliga frekvensområden för grundtonerna hos olika instrument, till dem kommer övertoner som är mycket viktiga för klangkaraktären, men som sällan innehåller särskilt mycket energi.

Varför rullar förstärkare av vid 120 Hz då?
Jo vid runt 130 Hz börjar man kunna riktningsbestämma basen, men under 120 Hz så omsluter basen istället lyssnaren och kan inte riktningsbestämmas. Detta är själva grundprincipen för hur man akustiskt kan "lura" öronen och kroppen att ett rum/konsertsal är större än det faktiskt är.

Musik behöver bas (ner till och under 20Hz) av flera anledningar. För det första så bidrar basen till att återskapa känslan av att vara i en större akustisk miljö än du faktiskt är. Detta beror på att stora rum har basresonanser vid mycket låga frekvenser och en korrekt återgivning av dessa frekvenser kommer då också att "återskapa" känslan av detta rum.

För det andra så kommer basfrekvenserna i ditt lyssningsrum vara direkt beroende av något som kallas fasrespons. Detta innebär att om basen inte klarar av att gå djupt så kommer det att vara beroende på fasskiftningar högre upp i frekvensregistret. Om man har otur så går dessa fasskiftningar ända upp i de frekvenser där öronen är mycket känsliga för just fasskiftningar, i motsats till amplitudskiftningar - hängde du inte med på den svängen så läs artikeln ” Vad är ljud, egentligen”. Jag kommer att ge praktiska tips om detta med fasskiftningar längre fram i artikeln så häng med.

Nåväl - Även om människan kan höra toner ner till 20 Hz så är det inte så mycket av musiken som ligger på den nivån - om man talar om akustiska instrument dvs. – när det gäller elektroniska instrument så är det ju en annan femma.

Hur djupt går då olika instrument?
Bastuba och kontrabas/elbas går ner runt 40 Hz, en cello till 65 Hz, en konsert harpa fixar 32 Hz men där hör man mest övertoner. En konsertflygel fixar ända ner till 27 Hz (låga A) men det mesta du hör där är också övertoner, dvs. det finns inte speciellt mycket energi, eller "tryck" i de tonerna. Detta förmedlas istället av över/undertoner.


Graf över grundton (grön), överton (blå) och resulterande frekvens (röd).

En intressant företeelse är det faktum att när en ton spelas vid t ex 440 Hz, 660 Hz, och 880 Hz så kommer samtidigt övertoner (eller undertoner) att skapas vid 220 Hz, även fast ingen energi har spelats vid den frekvensen!!! Detta är ett psykoakustik fenomen, och öronen fyller helt enkelt på med information som inte finns där. Detta förklarar också hur t ex ett relativt litet piano kan producera toner som faktiskt ljuder ner till runt 27Hz – även om pianot i sig själv inte producerar speciellt mycket energi i de registret.

Hur känsliga är människan för bastoner då?
Inte speciellt känsliga alls faktiskt - som jämförelse så måste en 25 Hz ton spelas vid en ljudnivå om 70 dB (mätt som absolut nivå) medans en 4000 Hz (4 kHz) ton kan spelas vid 0 dB för att uppfattas på motsvarande sätt. Ett annat sätt att se på saken är att det behövs 10 000 000 ggr mer energi för att uppfatta en 25 Hz ton vid samma styrka som en 4 kHz ton.

Men detta innebär också att en liten höjning för en 25 Hz ton på t ex 5 dB från 80 - 85 dB i absoluta tal kommer att medföra en ökning motsvarande 10 dB i höga mellanregistret!! Alltså, när bas väl blir hörbart så kommer en mycket liten höjning av energin att resultera i en mycket högre upplevd nivå än för mellanregistret.

Detta är en anledning till att man aldrig bör/skall ställa in subbas genom att brusa dem och endast uppskatta nivåer med öronen - de hamnar då i princip alltid runt 10 dB eller mer över den balanserade nivån som du har ställt in dina andra högtalare. Helst skall du alltid mäta med en ljudtrycksmätare, annars kommer du att få oproportionerligt mycket bas och ett mer odistinkt ljud än du skulle behöva ha.

Basfrekvenser
Vad gäller att våglängder måste ”få plats” för att höras så är det helt fel. En basvåglängd behöver inte få plats för att höras/upplevas. Ett exempel (inte helt jämställt, men ändå) är att man kan höra klart lägre toner än 34kHz i ett par hörlurar som sitter bara 10mm från örat.

Om du har läst ” Vad är ljud, egentligen” tidigare så vet du att frekvens räknas ut genom att ta ljudets hastighet (340 m/s) och dela med frekvensen. Detta innebär att de är en otrolig skillnad på frekvenser runt 20 Hz (17 meter) och 2 kHz (17 cm) eller upp emot 20 kHz (17 mm) - här är en lista på några fler våglängder på basfrekvenser:
20 Hz - 17 meter
30 Hz - 11.3 meter
40 Hz - 8.5 meter
50 Hz - 6.8 meter
60 Hz - 5.6 meter
70 Hz - 4.8 meter
80 Hz - 4.25 meter
90 Hz - 3.7 meter
100 Hz - 3.4 meter
110 Hz - 3.1 meter
120 Hz - 2.8 meter

Den relativt mycket längre våglängden för bas får naturligtvis konsekvenser för hur den faktiskt beter sig i ett rum.

Enkelt beskrivet så kommer ljudet att när det lämnar högtalarna att studsa omkring som ljus i lustiga husets spegelrum.... Efter ett tag så kommer reflektionerna att bli så många och så slumpmässiga i riktning att det kommer att bildas diffusa ljudfält som blandar sig med både direkt ljud och tidiga direkta reflektioner – en liten varning utfärdas dock för den sista liknelsen.



Många tror att allt ljud studsar som ljus, men det är långt ifrån sant – när det gäller bas så beter den sig mer som en gas, dvs. den smiter in i alla håligheter och fyller ut ALLT tomrum som finns. Ett annat intressant fall är då frekvenserna är så låga att våglängden blir längre än rummet i sig - då kommer dessa inte det att reflekteras i någon större utsträckning, men istället så kommer "trycket" att öka eller minska i hela rummet mer eller mindre samtidigt.

Ett viktigt fenomen vid ljudreflektioner är att längden på de låga frekvenserna jämfört med de högre gör att de högre frekvenserna har ”studsat” flera gånger mellan väggarna i lyssningsrummet, men eftersom ljudets hastighet är konstant så innebär det att de lägra frekvenserna har hamnat i ofas med de högre eftersom deras studsar sker mer sällan.

Detta kan märkas på många sätt men ett sätt som jag brukar identifiera det på är att många tycker att det är häftig när soffan skakar vid en explosion eller tågurspårning – men de tycker det känns trist när musikerna känns lite slöa, och musiken inte svänger. Vad som kan vara orsaken i dessa fall är att basen kan uppfattas som ett odistinkt muller. Det handlar om detaljupplösning och detta är det svårt att uppnå om man inte har balanserat nivå/fas och delningsfrekvens för basen på ett riktigt sätt.

Den vanligaste reaktionen som brukar uppstå vid dessa tillfällen är t ex att – ”jag behöver köpa en ny subbas, en snabb en...”

Bästa och kanske enda sättet att få en snabb subwoofer är att sätta den i bilen.

Men tyvärr - det finns inget som heter ”snabb” bas - om det upplevs på det sättet handlar det mer om att basen är välintegrerad (rätt i både fas och nivå) mot dina fronthögtalare. Allt ljud har ju som bekant exakt samma hastighet, hastighet har alltså inget med saken att göra.

Det som man ”normalt” brukar mena i dessa fall är dock distinkt eller liknande. Just den "tonala" framtoningen har mycket mer att göra med graden av övertoner samt hur subbasen integrerar mot högre frekvenser.

Ett enkelt test för att man skall förstå vad jag menar är att helt enkelt leta upp den mest distinkta sub man kan tänka sig och ställa den i det rum där man har problem och kalibrera den till dess att man har uppnått det mest distinkta ljud som går att uppnå. När man har uppnått detta kopplar man bort alla högtalare och prövar att köra subben ensam.

Notera nu hur allt det som nyss var distinkt är som bortblåst. Förmodligen kommer det nu endast att finnas ett dovt muller. Koppla in frontarna på nytt och helt plötsligt har du ditt distinkta ljud tillbaka - tål att tänka på, eller hur?

När det gäller uttryck som snabb bas, fet bas eller djup bas så finns det gott om myter - i de flesta fall handlar det om val av integration mot rum/tid/nivå snarare än hur en viss subbas presterar. Det är inte lätt med bas. Det enda man kan vara säker på att är att man i regel inte kan generalisera.

Det finns dock några problem som är svårare än andra. Ett vanligt problem är när flera signaler hamnar i fas och förstärker varandra - då uppstår en stående våg - Detta kan avhjälpas på lite olika sätt, men det återkommer jag till senare.


18 tumare eller 1 tummare?
Stora högtalare går djupare ner i basen! – Vilken stor subbas, den måste spela djupt! Hur många känner igen sig i de beskrivningarna?

Något som är viktigt att förstå är att högtalare drivs – det är inte egenresonansen som styr vilka frekvenser de kommer att spela. När folk snackar om att bas bara är att ”flytta luft” så är de faktiskt lite ute och cyklar. T ex så är energin i luften för 70dB vid 20 Hz exakt densamma som för 70 dB vid 10 kHz – luften kräver exakt samma energi för att flyttas i bägge fallen. Detta innebär faktiskt att även förhållandevis små element, som t ex en 1 tummare, kan spela 20 Hz toner likaväl som en 18 tummare!?!



Men vad nu – vänta lite – varför finns det då stora högtalare?
Ja, alltså – om du spelar en 20 Hz ton genom en 1 tummare i en liten låda så kommer den att skicka ut 20 Hz, men inte så mycket – faktiskt mycket lite. Men, den kommer fortfarande att spela 20 Hz men mesta energin kommer att gå åt till att ”fladdra” med elementet.

Att det behövs en stor högtalare för att flytta tillräckligt mycket luft för att kunna uppfatta bas är det inget snack om, men att även små högtalare kunde spela djup bas var det kanske inte så många som har tänkt på – i detta sammanhang är det bra att känna till de fenomen som jag just beskrev.

Hur fungerar det då?
En klassisk liknelse i dessa sammanhang är följande:
Tänk dig att du försöker skapa en våg i en diskho med en liten tesked – dra den framåt en gång och du kommer att se att det mesta vattnet kommer att passera på varsin sida om skeden, och det blir inte speciellt mycket till våg, eller hur?

Men om du drar skeden framåt och bakåt med en väldig fart så börjar en liten våg att byggas upp, fast med en väldigt kort våglängd. På samma sätt fungerar det med 1 tummaren vid 20 Hz – då kommer den mesta luften att passera på sidan om elementet, men vid 10 kHz så kommer den att komprimera luften på samma sätt som skeden han piska upp mer vatten om den viftades fram och tillbaka snabbt.

Om du tar en stor slev och drar den fram och tillbaka så uppstår ett annat fenomen. En mycket större våg byggs upp och på samma sätt så byggs en stor våg upp ju snabbare du drar sleven – men tänk också på hur mycket mer energi du behöver använda för att bygga upp den stora vågen....


Var det fel att påstå att storleken inte spelar någon roll samtidigt som det gör det?
Ja, allting handlar om hur väl högtalarelementet kopplar mot luften, vilket i sin tur påverkas av våglängdens storlek jämförd mot högtalarelementet. Detta fungerar på ett bra sätt så länge som våglängden är en liten multipel av radien av högtalarelementet, men vid lägre frekvenser så blir kopplingen sämre och sämre.

I lågfrekvensområdet har det gått så långt att det inte finns ett direkt förhållande mellan elementets effektiva area och högtalarens verkningsgrad. T.ex. så kan ett element med stor area i en liten låda p.g.a. den stora luftfjäderstyvheten (eller luftmotståndet) ge lägre verkningsgrad för låga frekvenser än ett med mindre area, även om allt annat lika. Över ett par hundra Hz när luftfjädern inte längre påverkar resultatet på samma sätt är det dock så att en större area ger högre verkningsgrad.

Detta innebär också att ju mindre en bashögtalare blir, ju snabbare måste den röra sig och ju mer energi, och ju större förstärkare krävs för att producera ett givet ljudtryck. Tänk på liknelsen med teskeden och sleven – man behöver rejält mycket mer energi för att hantera sleven!

Det finns tillverkare som har utnyttjat ytterligare en möjlighet – att göra basen långslagig – dvs. att den kommer att röra sig mycket snabbt och mycket långt vilket naturligtvis påverkar slutresultatet positivt om man vill ha mer bas. Det är detta som gör att t om mycket små subbasar kan producera mycket låg bas.

I praktiken krävs element med ganska stora areor för att producera höga ljudtryck vid låga frekvenser Dock så har akustiskt ineffektiva konstruktioner med stora element i små lådor har blivit allt mer populärt på senare år, p.g.a. den snabba utvecklingen av förstärkare med mycket hög effekt - och den mindre lådan som i allmänhet får högre WAF (Wife Acceptance Factor).

Här kompenseras alltså den låga effektiviteten med en hög ineffektivitet, något som fungerar ganska bra så länge som elementet inte behöver generera höga kontinuerliga ljudtryck.


Avslutande ord
Nu har du förhoppningsvis lärt dig lite mer om vad bas är. Du kanske t om har fått något att tänka på när det gäller problem som du har förnärvarande när det gäller bas – vad vet jag.

Mycket av det som jag har skrivit är hämtat från egna erfarenheter, annat från olika läroböcker och ”white papers” skrivna i ämnet – Det man ganska lätt kan säga är att denna artikel är långt ifrån heltäckande, men den bör åtminstone en rätt god genomgång i ämnet bas.

Det är alltid kul att lära sig mer om sin hobby – och därför kommer vi att fortsätta med ytterligare artiklar om bas – Härnäst om hur bas fungerar, hur man räknar ut vart subbasen bäst placeras och tips på hur man praktiskt ställer in subbasen. Detta i artikeln Basfakta del 2.


Skriven av:
Pär Hörnell

Publicerad: 2003-07-27
Uppdaterad: 2007-04-24

Övrigt: