Pengaruh Crossover Terhadap Dispersi Suara Loudspeaker 2012

Artikel ini akan membicarakan pengaruh crossover terhadap penyebaran suara sebuah loudspeaker. Artikel ini dibuat dari banyak pertanyaan yang sering saya jumpai menanyakan mengapa pada saat mendesain crossover, sering terjadi dip pada frequency response? Kemana pergi energi suara pada konfigurasi tersebut? Energi suara tidak pergi/hilang, tapi lobus suaranya bergeser. Crossover memberi perubahan fase terhadap respons tiap driver yang secara langsung menyebabkan pergeseran lobus/lobe suara. Jika pada frekuensi disekitar crossover lobus suara bergeser >20derajat ke arah atas, freq response pada on-axis mungkin akan mempunyai dip pada frekuensi itu. Mari kita ambil sebuah 2-way dengan woofer 12in (304,8mm) 8ohm dan sebuah tweeter 1,4in (35,56mm) 8ohm yang terpasang pada constant directivity horn kecil 90x60. Terlihat pada gambar disamping, jarak antara tengahtengah tweeter dan woofer adalah 15in atau 382,5mm. Mari kita ambil jarak pengukuran 4m dari depan loudspeaker ini, lurus pada satu titik tengah antara woofer dan tweeter. Jarak 4m diambil karena ini adalah jarak far-field (lebih dari 3 kali dimensi terpanjang loudspeaker). Karena tweeter terpasang pada horn, ada selisih letak kedalaman magnet (woofer dan tweeter) dari permukaan loudspeaker adalah sekitar 101mm. Mari kita perhatikan pengukuran sensitifitas tweeter dengan horn dan woofer dibawah ini. May 4 th 2012 by YP Hadi Sumoro Kristianto Page 1

Tweeter Woofer Pada dua gambar diatas, tiap komponen dijalankan tanpa adanya filter. Bagaimana jika kita jalankan semuanya (tanpa filter/crossover)? Mari kita lihat respons totalnya dibawah ini. May 4 th 2012 by YP Hadi Sumoro Kristianto Page 2

Wow..! Tidak ada dip yg dalam!! Penjumlahan terjadi dengan lumayan baik pada jarak 4m ini. Grafik diatas menggunakan smoothing sebesar 1/6 oktaf. Perhatikan pada daerah 1kHz. Sebelum 1kHz (sekitar 900Hz) dan setelah 1kHz (sekitar 1100Hz) terjadi comb filtering. Sebenarnya, apa yang terjadi? Apakah frekuensi 900Hz dan 1100Hz hilang? Bukan hilang, tapi lobus suaranya bergeser pada posisi on-axis itu. Silahkan lihat polar/balon dispersi suara pada daerah 900-1250Hz dibawah ini dan perhatikan daerah on-axis menunjukkan adanya cekungan/lembah pada balon. May 4 th 2012 by YP Hadi Sumoro Kristianto Page 3

900Hz 1000Hz May 4 th 2012 by YP Hadi Sumoro Kristianto Page 4

Mari kita gunakan crossover pada titik 1250Hz dengan tipe Linkwitz-Riley dan slope 24dB/oktaf (biamp). HF saya beri atenuasi sebanyak 6dB. Jumlah respons dapat pembaca amati dibawah ini. May 4 th 2012 by YP Hadi Sumoro Kristianto Page 6

Pada smoothing 1/6 oktaf, terlihat dua dip pada 800Hz dan 1100Hz. Mari kita amati grafik diatas dengan smoothing 1/24 oktaf untuk memastikan bahwa dip itu memang betul. Terlihat dip makin dalam dengan smoothing 1/24 oktaf. Dip ini dikarenakan kita mengambil data lurus 4m diantara tweeter dan woofer, dan ada perbedaan kedalaman antara tweeter dan woofer. Sebelum lanjut, mari kita amati balon dispersi suaranya menggunakan crossover LR24 ini. May 4 th 2012 by YP Hadi Sumoro Kristianto Page 7

1250Hz Terlihat lobus suara bercabang, dimana daerah on-axis malah tidak mendapatkan lobus suara yang signifikan. Karena kita tahu adanya perbedaan kedalaman 101mm antara magnet woofer dan tweeter, mari kita tambahkan delay pada woofer sebesar 0,29ms (masih biamp). Jumlah respons frekuensi dapat diamati dibawah ini. May 4 th 2012 by YP Hadi Sumoro Kristianto Page 10

Terlihat adanya dip pada 800Hz, namun perlu pembaca ingat dari halaman 2, respons woofer. Dip itu memang sudah ada dari woofer-nya. Dengan mengamati mulusnya antara 800Hz 2000Hz terlihat bahwa crossover LR24 membutuhkan time alignment. Bagaimana dengan balon penyebaran suaranya? 800Hz May 4 th 2012 by YP Hadi Sumoro Kristianto Page 11

1400Hz Ternyata memang lumayan walau 1000Hz, 1120Hz dan 1250Hz agak sempit. Yang pasti secara umum lobus suara jauh lebih baik dengan menggunakan delay. Baik dalam hal ini tidak bercabang atas/bawah, namun tersebar rata didepan loudspeaker. Melenceng sedikit dari topik utama, mari kita bandingkan respons frekuensi total dengan crossover Linkwitz-Riley 24dB/octave, Butterworth 24dB/oct dan Bessel 24dB/oct. May 4 th 2012 by YP Hadi Sumoro Kristianto Page 14

LR24 (grafik ini sama dengan grafik pada halaman 10) Butterworth 24dB/oct May 4 th 2012 by YP Hadi Sumoro Kristianto Page 15

Bessel 24dB/oct Walau sekilas terlihat sama responsnya, dispersi suara belum tentu 100% sama. Grafik polar tidak akan saya bandingkan disini, namun untuk pembaca mengerti pentingnya time alignment dan tipe crossover dalam mendesain sebuah loudspeaker. Untuk diamati: dengan menggunakan Butterworth 24dB/oct, dapat pembaca perhatikan bahwa sensitifitas sistem di 800-2000Hz meningkat 3dB. Silahkan pilih tipe crossover sesuai kebutuhan. Jika output tinggi diinginkan, BU24 mungkin lebih cocok untuk keperluan ini. Perbandingan slope antara Bessel, Linkwitz-Riley dan Butterworth 24dB/oct dapat pembaca lihat dibawah ini (dimana HPF saya pasang di 250Hz dan LPF pada 4000Hz). May 4 th 2012 by YP Hadi Sumoro Kristianto Page 16

Kembali ke topik utama, tentu saja biamp adalah penyelesaian yang mahal. Bagaimana caranya untuk menjadikan sistem ini pasif (tanpa delay) dengan penyebaran suara yang rata? Jawabannya adalah menggunakan crossover yang assimetrikal antara HPF dan LPF nya. Contoh: HPF tweeter menggunakan Butterworth 24dB/oct (atenuasi HF tetap 6dB) pada 1250Hz dengan polaritas yang dibalik dan LPF woofer menggunakan Bessel 24dB/oct pada 1000Hz. Dengan kombinasi ini, didapatkan jumlah respons dibawah ini. Respons frekuensi sangat bagus pada daerah crossover. Mari kita lihat polar-nya. May 4 th 2012 by YP Hadi Sumoro Kristianto Page 17

Dengan menggunakan kalkulator crossover, kita dapat mencari komponen crossover ini dengan mudah. LPF Bessel 24dB/oct 1000Hz HPF Butterworth 24dB/oct 1250Hz 6dB pad Komponen crossover diatas hanyalah contoh saja, diambil dari kalkulator yang dapat diperoleh secara online. Artikel ini menunjukkan bahwa pemilihan/setup crossover sangat mempunyai peranan penting terhadap pola penyebaran suara suatu loudspeaker. Sangat disarankan untuk menggunakan beberapa titik referensi pengukuran dalam proses meng-eset sebuah crossover loudspeaker (tidak hanya on-axis). Mohon maaf jika ada kesalahan karena artikel ini dibuat pada waktu senggang didepan computer saja saat break bekerja. Mudah-mudahan bermanfaat. May 4 th 2012 by YP Hadi Sumoro Kristianto Page 21