A mobil nézet még fejlesztés alatt!
>> váltás asztali nézetre <<

A hangdobozépítés lépései

Oldalamon több cikk is megjelent, melyek a hangdobozok tervezésének egy-egy fontos részéhez nyújtanak információt. Nem készítettem azonban mindeddig olyan írást, mely azt részletezné, hogy a nulláról indulva hogyan kell egy hangdobozt megtervezni, milyen lépéseknek kell követniük egymást.

Szerencse kérdése?

Mielőtt belekezdenék rendezzünk pár gondolatot! Sokan vélik úgy, hogy hangdobozt építeni szerencse kérdése. Kétségtelen, hogy szükséges hozzá némi szerencse is, mint mindenhez az életben. A legnagyobb körültekintéssel készült hangdoboz, erősítő stb. is okozhat csalódást a meghallgatások során, és van, hogy egy félválravett hanyag tervezésű audió eszköz meg kellemes meglepetéssel szolgál zenehallgatás alatt. Tulajdonképpen semmi mágia vagy woodoo nincs a dologban, egyszerűen csak tudomásul kell venni, hogy a műszaki tervezés, a mérhető-tervezhető jellemzők csak egy részét fedik le a valóságnak, mindig maradnak elhanyagolt ismert, vagy még fel sem tárt tényezők, amik képesek olyakor (többnyire csalókán) pozitívan, de sajnos leginkább negatívan befolyásolni a végeredményt. (Bár azért azt mindenképp meg kell jegyzni, hogy a jó tervezés a működés vázát igen jól leírja!) Gondoljunk csak arra, hogy a csöves erősítők korszakában a harmonikus torzitással jellemezték egy erősítő hangminőségét: amelyik erősítő kevesebb harmonikus torzitást termelt, az mindig jobban is szólt. Szentül hitték a mérnökök, hogy ez a mérés kiválóan alkalmazható a készülékek hangminőségének jellemzésére, egészen addig, míg meg nem jelentek a korai germánium-tranzisztoros erősítők, legalább egy nagyságrenddel jobb THD-vel és csapnivalóan rossz hanggal. Sőt, az egyes tranyós erősítők között sem lehetett sokszor egyértelműen dönteni THD alapján, volt ugyanis, hogy pont a kisebb torzítású tranzisztoros szólt rosszabbul! Nem kis zavart okozott ez a mérnökök és a szakma életében, és kutatni kezdték az okokat, melynek során rájöttek, hogy nagyon sokféle jellemző mérésére lenne még szükség, és az, hogy a csöveseknél elég volt csak a THD-t nézni pusztán véletlen. Később így már mértek harmonikus intermodulációs torzítást, tranziens intermodulációs torzítást (TIM), un. keresztezési torzítást, de a THD-t is elkezdték harmonikusonként elemezni, így pl. hamar kiderült, hogy a páros harmonikusok, különösen a második felelős az un. meleg hangzásvilágért, míg a páratlan felharmonikusok túlsúlya okozza a hűvös (néha „sterilnek” jellemzett) hangzást. Vizsgálni kezdték továbbá a tranzisztorok hőstabilitását, és még felsorolni is hosszú lenne, hogy még mi-mindent. (Találhatunk ilyen irányú olvasmányokat még a régebbi Rátiótechnika újságokban is - pl. Sipos Gy., Piret E. stb. foglalkoztak a témával leginkább) Én azt mondom tehát, hogy szükséges egy kis szerencse, de ennek szerepe a minél alaposabb ismeretek birtokában, minél alaposabb tervezés során minimalizálható. Ugyanakkor pedig egy teljesen hasraütésre készített dobozhoz már nem csupán szerencse, hanem vakszerencse kell! Pl. egy hasra méretezett doboz esetén sokszor azért szurkol az ember, hogy legyen értékelhető basszusa a doboznak, míg T/S paraméterek szerint tervezett doboz esetén ez nem kérdés. Az viszont igen, hogy a hangszóró egyes a T/S modell álltal figyelmen kívül hagyott jellemzői hogyan alakulank! Tegyük fel például, hogy van egy hangszórónk magas Qts paraméterrel, és ez alapján zárt dobozt méretezünk neki. Az elkészült dobozban azonban puffogósan, tompán, erőtlenül szól. Némi kocsmafizikával úgy gondoljuk/érezzük, hogy kellene ide egy reflexcső, hogy levegőhöz jusson az a szerencsétlen hangszóró. És mi történik; a hibás hangzás megszűnik! Igaz ugyan, hogy a modellezés által jósolt ilyenkor többnyire rezonáns basszuskiemelés ott lesz, de mégis így halljuk kevbésbé rossznak, vagy fordítva nézve a dolgot így jobban szól. Ilyenkor gyakori, hogy a hangszóró felfüggersztő elemei nem elég jó minőségűek ahhoz, hogy nagy kitérések mellett is jó linearitással működjenek, ezért nem várt kitérésfüggő torzításféleségek jelentek meg a rendszerben, de lehet még a porvédő és/vagy pille alatt komprimáló levegő által okozott torzítás is a hallott rossz hang oka. (És még véletlen se az, hogy nem kapott levegőt...) Amikor bass-reflex dobozban próbáljuk meg a hangszórót, akkor a doboz jelentős kitérés-visszafogó hatása érvényesül, ráadásul úgy, hogy a csövön keresztül rezgő levegő jelentős hangnyomást produkál. (A hangszóró helyett a cső szól, a hangszóró problémái nélkül, pont ezért, a basszus-reflex dobozok szinte majdnem mindig kisebb torzítással képesek működni!) Amikor tehát a tervezett/modellezett doboz nem úgy szól, mint ahogy várnánk, vagy egy rosszabbnak modellezett esetben szól jobban, akkor nem a modellezéssel van a probléma, hanem valamilyen elhanyagolt jellemző rondított bele a dolgunkba. Mindig van oka, ha valami nem úgy szól, ahogy kell, csak nem biztos, hogy tudjuk/rájövünk hogy mi az! A modellezés pedig sosem azt mondja meg, hogy „hogy fog szólni” az a berendezés, hanem azt, hogy műszakilag milyen viselkedés várható. A tervezés tehát szükséges, egyrészt, hogy minél kevésbé a véletlen (vagy szerencse) határozza meg a végeredményt, másrészt pedig, hogy műszakilag szakszerűen tervezett és ellenőrzött legyen az elkészült készülék, mert nem csak a hangját ronthatjuk el a dobozunknak, de bizony a nem megfelelő, hibás műszaki működés bajt is okozhat! Nem megfelelően tervezett mechanikai terhelhetőség esetén (a túlzott membránkitélrés miatt mechanikailag) meghibásodhat a hangszóró, vagy egy rossz hangváltóval valamilyen morbid impedanciamenetet kreálva a végerősítő is lehet a szenvedő alany!

„Hangreprodukciós”, vagy „effekt” hangsugárzót?

Kétféle megközelítés van a kívánt hang kapcsán: 1. hangreprodukciós, azaz minél jobban közelítse meg, hűen közvetítse az eredeti műsort, vagy 2. valamilyen speciális (hatásvadász) hangzás, hanghatás, effekt elérése. Első csoportba lényegében a klasszikus értelembe vett HiFi vagy mai értelmezésben audiofil hangsugárzókat vesszük. Ennél a megközelítésnél igaz az, hogy minél jobban közelítik a műszaki paraméterek az ideálist, vagy mondhatnám úgy is, hogy minél kevésbé mutat torz, hibás jelleget (pl. egyeletlen frekvenciamenet, magas torzítás, rossz impulzus-válasz stb) annál inkább várhatjuk, hogy a kívánt hang jobban fogja közelíti a valós hangreprodukciót. A második esetben viszont pont valamilyen hanghatást várunk el, ami valamilyen az ideálistól eltérő műszaki jellemzővel érhető el. Példaként legjobban a mozis szubok esete hozható, ahol inkább cél az erős, brutális mély(effekt), mintsem a hű hangvisszaadás. Az ilyen hangsugárzóknál tehát a műszaki paraméterekkel kell a kívánt hatást elérni, ami nem is mindig olyan egyszerű, mint gondolnánk, tudni kell, hogy az hogyan, milyen műszaki viselkedéssel érhető el. Pl. valaki mellkasonverő basszusra vágyik, akkor kb 100Hz-en kell rezonáns kiemelés, ha gyomorbavágós mélyeket akar, akkor inkább 60-70Hz-en emeljen ki a rendszer, ha pedig morajlós, mennydörgős mélyet akar, akkor 30-40Hz-en legyen jól elkent pocsék impulzus-válaszú rezonáns kiemelés. Az se mindegy, hogy mennyit emel ki ilyenkor a hangsugárzó, és az sem, hogy milyen Q-val, milyen széles a kiemelés a frekitartományban, és mennyire rezonál? Sokszor bassz-reflex dobozoknál két rezonancia is keletkezik, melyek egymásra keveredve más, tömörebb hanghatást ad. Vagy egy másik példa a különféle hifi erősítőkön található hangszínszabályzó áramkörök esete. Ahány hifi, ahány hangszínszabályzó, annyi féle karakterisztika, és mind máshogyan szól. Furcsa pl. hogy sok zenész ismerősöm hogy rá tud feszülni egy-egy erősítő vagy keverő hangszínszabályzójára, kicsit megtekergeti, és azonnal véleményezi. Pedig ugye mind ugyanazt a funkciót tölti be; kiemeli, vagy vágja a sávszéleket. De ezt annyi féle módon, vándolró és fix töréspontokkal, változó, vagy állandó meredekségekkel, különféle keresztezési töréspontok mellett, hogy végül ég és föld lesz a különbség a hangjuk között. Lényegében tehát azt kell hogy mondjam, hogy míg audiofil esetben egyszerű a recept, de nehéz a megvalósítás, addig effektes hangsugárzó esetében nehéz a recept, de ha az megvan, utána már könnyű a megvalósítás.

Előkészület

Mielőtt megkezdenénk egy hangdoboz tervezését-építését, először mindig az igényeinket és lehetőségeinket mérjük fel. Itt dől el, hogy milyen hangszórót választunk és azt hol szerezzük be. Az igények felmérése nagyjából annyit tesz, hogy meghatározzuk, hogy mit is szeretnénk: milyen felhasználási célra, mekkora méret, milyen mélyátvitel, milyen erősítőhöz, milyen lehallgató helyiségben használjuk majd(ld. 4. pont), milyen kvalitásoknak tegyen eleget (pl. kitűnő zenei hangminőség, vagy elég, ha csak jó hangos) stb. A lehetőségek alatt pedig értelemszerűen a hozzáférhető, beszerezhető hangszórók és anyagok valamint azok árcéduláját értem. Lényegében ezt a két dolgot kell jól egyeztetni. Fontos, hogy óvatosan kezeljük a gyári marketingszagú adatokat, a kiszemelt hangszórók valós adatairól próbáljunk meg informálódni fórumokon, keressünk DIY méréseket! (persze ezek sem mindig 100%-ban pontosak, de legalább nem a marketing beszél a számokból) A hangszórók beszerzésénél sokszor már tudni kell, hogy az egyes hangszóróktól reálisan mit lehet várni, hány utasra kell majd tervezni a rendszert, nagyjából milyen hangváltó konstrukció lesz majd jó stb. Olyan hangszórókkal érdemes tehát dolgozni, amiket már többen használtak, és van róluk valós, megbízható adat a neten, vagy eleve megbízható forrásból származik, ahol még fontosnak érzik, hogy korrekt, pontos terméktámogatást kapjon a vevő.

A tervezés sarokpontjai

Én kezdetben három sarokpontban határoztam meg a hangdoboz-tervezés menetét, mely később (saját káromon tanulva) kiegészült egy negyedikkel:

  1. Dobozméretezés és a Thiele-Small modell
  2. Állóhullámok és az előlap hatásai
  3. Hangváltó tervezés
  4. Környezet hatása, szobaakusztika

Nézzük őket sorban:

1. Dobozméretezés és a Thiele-Small modell

Ebben a pontban a rendszer alacsony-frekvenciás viselkedését tudjuk előretervezni, nagyjából a 2-300Hz alatti tartományt érinti szorosan. Ebben a tartományban olyan nagy a hang hullámhossza, hogy a doboz pontszerűnek tűnik hozzá képest. A hangdobozt elhagyó hullámfront gömb karakterisztikájú, a tér minden irányába terjed. A dobozon belül a különféle jellemzők változása homogén, így pl. a dobozbéli nyomásváltozás is a doboz belsejének bármely pontján azonos, nem jön létre a dobozban hullám, csak nyomásváltozás. A doboz levegőtartalma koncentrált rugóként viselkedik, a reflexcső légdugója pedig koncentrált tömegként. A rendszer koncentrált paraméterű lineáris rendszermodellel írható le, mely nagyon jól használható a műszaki életben, így a hangdoboz is kitűnően, pontosan modellezhető.

Gyakorlati szempontból a T-S paraméterek körül, itt dől el a rendszer hármas-aránya, hogy milyen mélyre megy, mekkora lesz a doboz, és milyen érzékenység várható. Ez a T-S paraméterekből következő érzékenység is csak 2-300Hz alatt érvényes, de az egész hangsugárzó tonális egyensúlyát tekintve ezt az értéket kell tartani a teljes frekvenciatartományban: ha a mély/mélyközép hangszóró középtartományban hangosabb, kicsit felfelé húz, akkor a hangváltóval ezt korrigálni célszerű. A közép/magas szekciót is erre az értékre kell csillapítani, már amennyiben (és többnyire) érzékenyebbek a mélyszekciónál. (megj.: később látni fogjuk, hogy a Baffle-step jelenség miatt nem ilyen egyszerű, és főleg nem ilyen kedvező a helyzet!)

Fontos, hogy figyeljünk a hangszóró mechanikai viselkedésére, hisz alacsony-frekvencián jelentős a membránkitérés. A tervezés fontos része, hogy határértéken belül maradjon, a jobb hangdoboz-modellező szoftverek ezért grafikonban fel is rajzolják. Itt is fontos tudni, hogy kb. mik a hangszóró valós képességei, a marketing adatlapok sokszor a kitérést is alaposan eltúlozzák! A membránkitérés az alacsonyabb frekvenciák felé tartva jelentősen nő, alapesetben oktávonként a négyszeresére. Így tapasztaljuk is a dobozmodellezéskor, hogy amikor nagyobb hangdobozzal mélyebbre akarunk menni (feltéve, hogy a hangszóró T/S paraméterei engedik), akkor már kis f3 javulásért is milyen sokat kell fizetnünk membránkitérésben! Nem mindig könnyű meghozni a jó kompromisszumot!

Fontos, hogy a rendszer dinamikus viselkedése is rendben legyen, a nagyon lengedezős, rezonáns viselkedés búgóssá teszi a dobozt. A rendszer impulzusválaszának romlását jól mutatja a csoportfutás grafikonon megjelenő egy- vagy több csúcs, ezeken a frekvenciákon keletkeznek az impulzusválasz belengései.

Sokféle módon lehet méretezni a hangdobozt, vannak jó és rossz megoldások is. Az un. tankönyvi képleteket itt is (mint annyi sok helyen) gyorsan el kell felejteni! Ezek olyan mennyiségben hanyagolják el a lényeges részleteket, hogy gyakorlatilag teljesen használhatatlan eredményt adnak. Nem veszik figyelembe sem a mechanikai viselkedést, sem a különféle veszteségeket. Általában szűrőanalógiákra visszavezethető elmélet áll mögöttük, melynek alapja a hangszóró villamos helyettesítő képének egy csonka változata. Sokkal jobb eredményt kapunk, ha hangdoboz tervező/modellező szoftvert használunk. Számos ilyen áll rendelkezésre (pl. WinISD, BassBox, stb.), de fontos, hogy helyesen, tudatosan használjuk őket! Ezek a szoftverek maguktól is képesek dobozméretet és hangolást számolni, de a beépített függvények primitívek, és sok elhanyagolással működnek. (Nem nagyon érnek többet az előbb említett tankönyvi képletektől.) Nem javasolt tehát a szoftverek automatikus számolószkriptjeire vakon hagyatkozni! A tényleges rendszerelmélet alapú modellezésben, különféle grafikonok (SPL, membránkitérés, csoportfutás, stb.) felrajzolásában viszont már igen pontosak, erre kell tehát használni őket. A program helyes használata így abból áll, hogy a szabad jellemzők (dobozméret, reflexcső hangolási frekvencia, doboz akusztikai csillapítása stb.) folyamatos változtatásaival keressük azt a hangolást, ami a grafikonok alapján megfelelő számunkra, beleértve a megfelelő műszaki viselkedést, a kívánt akusztikai tulajdonságokat, és az egyéni kívánalmainkat is figyelembe véve. Egyéni kívánalom alatt olyasmiket kell érteni, mint pl. pontos de visszafogott, vagy erős, de pontatlan mély a fontosabb? Vagy jól megfogott membránkitérés és jó mechanikai terhelhetőség, vagy inkább jó alsó határfrekvencia a terhelhetőség kárára? Ez egy kompromisszum, melyet csakis ember tud mérlegelni és meghozni, se képlet, se program nem képes rá! A grafikonok elemzése közben nézni kell a frekvenciamenetet, csoportfutást (ez a dinamikus viselkedésről, rezonáns/lengő viselkedésről, pontosságról árulkodik), és membránkitérést is. Mivel a modell letisztult és bőven elég pontos (lineáris, koncentrált paraméterű), így a szimuláció is nagyon pontos, én azt szoktam mondani, hogy legalább olyan 95-98%-ban az! (Ezt úgy is nézhetjük, hogy legfeljebb olyan 2-5%-ot csal) A szimuláció hibája, pontatlansága legtöbb esetben csupán a különféle veszteségek, csillapítások eltérő figyelembevétele miatt történik, ill. ez okozza, hogy a különféle programok sem mindig hajszálra ugyanazt az eredményt hozzák. Ezeket a veszteségeket, csillapításokat becsléssel kell meghatározni, melyben néhány hangdoboztervező szoftver segítséget is nyújt. Pl. a Bassbox nevű progranál négy fokozatban megadható a csillapítóanyaggal való kitömés mértéke, és ennek megfelelőn gyakorlati mérésekből származó becsléssel beállítja a Qa és Qp jóságokat, de van olyan szoftver (pl. WinISD), ahol ezekbe a változókba nekünk kell hasraütésre beírni számokat.

A T/S szimuláció pontosságát demonstrálja ez a mérési összahasonlítás, mely egy boltban kapható gyári -amúgy elég gyenge képességű, gagyi- amatőr félprofi (partihangsugárzó) modellezett és mért basszustartományú átvitelét mutatja egymáson. Az ábrán a piros a BassBoxPro által modellezett, a kék a valós visszamért görbe. A mérés dobozon belüli mikrofonelhelyezéssel készült, így a doboz méreteiből adódó állóhullámok okozta hatások is terhelik, ezért 200Hz környékén az első negyedhullámú kioltás miatt lyukba téved a mért görbe, majd abból felmászik az első félhullámú kiemelésre, ami 400Hz körül lenne, csak ezt már nem mutatja a grafikon. A mérés így csak mintegy 100-120Hz alatt ad értékelhető eredményt, de ott amint az látható, szinte tökéléletes az együttfutás a mért valós, és a szimulált görbe között. (A narancssárga görbe azt mutatja, hogy betömött reflexnyílással hogyan alakulna az átvitel, itt most nem lényeges) Hasonló összehasonlító mérésekkel különféle fórumokon is találkozunk, legtöbb esetben -egyszerűsége végett- a mért és modellezett impedanciákat szokták egymásra rajzoltatni, ebből ugyanis következtetéseket lehet levonni, hogy a rendszer úgy viselkedik-e, ahogy a modellezés szerint várnánk. A veszteségek valós alakulását ilyenkor is látni, ha pl. a második púp nagyobbra mutatkozik a mérésen, akkor nincs akkora abszorpció, mint amit feltételezett a szimuláció, és ezen a frekvenciatartományon a valós SPL görbe is kicsit magasabban jár, ugyanis az impedanciapúpok valójában a visszatranszfolmált sebesség következménye, vagyis ahol a mérésen nagyobb, ott a membránsebesség -és vele a hangnyomás is- nagyobb a szimuláltnál. Megjegyezném még, hogy ilyenkor célszerű belőni a szimulációban a különféle csillapításokat, Q-tényezőket úgy, hogy egyezés legyen a valósággal (impedancia tekintetében) ugyanis ekkor biztosak lehetünk benne, hogy amit most mutat a szimuláció, az a valóságban is pont olyan. Megvallom, hogy a példaként hozott szimuláció is így lett pontosítva a valósághoz.

Saját cikkeim közül a következő foglalkozik behatóan ezzel a ponttal:

2. Állóhullámok és az előlap hatásai

Amíg az előző pont csak a doboz térfogatával foglalkozik, addig ebben a pontban dől el a doboz geometriai formája és az előlap kialakítása, a hangszórók elrendezése. A 200-300Hz fölötti frekvenciatartományt átlépve a hang hullámhossza olyan kicsire csökken, hogy összemérhetővé válik a doboz geometriai kiterjedésével. A rendszer itt már nem tekinthető pontszerűnek, koncentráltnak. A pontos határt akkor lépjük túl, amikor a doboz két legtávolabbi pontjának távolsága megegyezik az adott frekvenciájú hang hullámhosszának negyedével. A következő akusztikai jelenségekkel kell számolni:

  • állóhullámok a doboz belsejében
  • előlapi hatások (baffle-step és diffrakciók)
  • több hangszóró esetén azok interferenciája, nyalábolt iránykarakterisztika a hangszórók vonalában

Állóhullámok

A dobozban a párhuzamos oldalfalak között hullámverés jön létre. Ez az állóhullám rezonancia. Két párhuzamos oldalfalat tekintve az első állóhullám a két fal távolságának megfelelő félhullámhosszon jön létre, majd ennek egész számú többszörösein megjelennek a felharmonikusai. Ahogy lépünk felharmonikusról-felharmonikusra, az egyre magasabb felharmonikus rezonancia amplitúdója egyre kisebb. Vagyis az alapharmonikus lesz a legarrogánsabb, aztán a felharmonikusok egyre kevesebb zűrt okoznak. Úgy a 6-8.-ik felharmonikus után már szinte nem is kell foglalkozni a jelenséggel, egészen gyengék lesznek a rezonanciák. Azt is vegyük figyelembe, hogy az adott kamrába háttal besugárzó hangszóró meddig szól. Csak azok az állóhullámok lényegesek, amik gerjesztve is vannak. Kb fél-egy oktávval az fx fölött már nem kell foglalkozni velük. Két oldalfal közötti állóhullám frekvenciája közelítőleg: f=172/s ahol s a távolság méterben. Ennek felharmonikusait pedig úgy kapjuk, hogy ezt a frekvenciát rendre megszorozzuk az egész számok sorozatával 2,3,4,stb.-vel. Az állóhullámok károsan hatnak a hangképre. Egyrészt az oldalfalaknál nyomásmaximum pontok képződnek, melyek rezegtetni próbálják a dobozfalat, másrészt a rezonancia frekvenciákon megváltozik a doboz belső akusztikai impedanciája, ami visszahat a membrán rezgésére. Ilyenkor egy rippli keletkezik az átvitelen, és egy éles lecsengés lesz látható a vízesés diagramon. (Ezen az oldalon nagyon szép méréseket láthatunk az állóhullám okozta bajokról!) A hangdoboz reflexcsöve sem marad ki a rosszból, mert az abban lévő levegőtömegre (hasonlóan ahogy a membránra) is visszahat az állóhullám, a csövön így ki fognak hallatszani a rezonanciák. Mivel a csőnek vannak saját rezonanciái, így külön veszélyes az olyan eset, amikor a cső egyik rezonanciája megegyezik valamelyik belső állóhullámmal. Látható tehát, hogy nagyon sok dologra kell figyelni itt, ennek ellenére sajnos még nem találkoztam olyan szoftverrel, ami a tervezésnek ezt részét korrekten modellezné. Egyszerű frekvenciasorozatokat szoktak csak számolni, és közben arra figyelünk, hogy a doboz három oldalfal-párjának egyes rezonancia-felharmonikusai ne essenek egybe, mert akkor erősítik egymást. Úgy is fogalmazhatok, hogy a rezonanciák és felharmonikusai szép egyenletesen szóródjanak szét a frekvenciatengelyen. Ezt a megfelelő belső oldalarány kiszámításával érjük el. Sok egyedi számolóprogram, Excel táblázat létezik erre, de írni is lehet egyet bármikor. Én is ezt a módszert használom, de mellette már figyelek a reflexcső rezonanciáira és az elemek elhelyezésére (nyomás vagy sebességmaximum ponton érnek-e hozzá az állóhullámhoz) is, és néhány előreláthatóan problémásabb rezonanciára jobban koncentrálok.

Az állóhullámok jól csillapíthatóak a doboz belsejébe tett csillapítóanyagokkal. Ilyen célra leggyakrabban vatelint használnak, az egyik legrosszabb pedig a sok helyen kapható szivacs! Fontos tudni, hogy állóhullámot csakis sebességmaximum ponton lehet csillapítani, mivel ott rezegnek a levegőrészecskék! A nyomásmaximum ponton a részecskék egyhelyben állnak, és csak a nyomás (a köztük lévő szoros távolság, mondhatni a gáz sűrűsége) változik. Elég könnyű belátni, hogy olyan anyaggal, mely sebességgel bíró mozgó részecskéket fékez, itt nem sokra megyünk! A doboz oldalfalainál mindig nyomásmaximum pontok alakulnak ki, így az oldalfalra (pláne vékonyan) felragasztott csillapítás az állóhullámnak kb mint halottnak a csók...(Tény ugyan, hogy magasabb, több kHz-es frekvencián van némi hatása, de kb 300Hz-3kHz közötti ebből a szempontból kritikus tartományban mit sem ér!) A legjobb többnyire a doboz laza feltöltése, ez nagyjából minden állóhullát csillapít, de ha van olyan állóhullám, ami különösen zavaró, akkor kiszámíthatjuk, hogy annak hol vannak a sebességmaximum pontjai, és oda koncentrálható a csillapítás nagyobb része.

Érdemes szót ejteni a hosszúkás kialakítású állódobozokról. Ezek különösen veszélyes dobozkonstrukciók, azonban ha ésszel tervezzük őket, akár hasznunkra is válhat ez a forma. Kezdjük azzal, hogy minden olyan esetben, amikor a doboz kezd csőszerűvé alakulni, pláne úgy, hogy a cső keresztmetszete kezdi közelíteni a hangszóró sugárzó felületét, fokozottan felerősödnek a doboz hosszanti irányban keletkező állóhullámai. Ez a forma ugyanis kedvező csatolást ad a hangszóró és a csőszerű doboz között. (Ezt használják ki a TL és tölcsér hangdobozok esetében!). Egy ilyen doboznál fokozottan figyelni kell hosszanti rezonanciákra, és biztosra vehető, hogy nagyon nem mindegy, hogy a dobozba hova kerül elhelyezésre a csillapítóanyag, valamint hol lesz a reflexcső és a hangszóró elhelyezve! A csillapítóanyagot sebességmaximum pontokra kell tenni, a reflexcső ne kerüljön nyomásmaximum pontra, mert az berezegteti a csőben a légdugót, és erősen kihallatszik a rezonancia. Ugyanakkor ha tudatos tervezéssel sikerül kordában tartani a hosszanti rezonanciákat, akkor az oldalfalak rezonanciáival már könnyebb dolgunk lesz. Egyrészt ezek az állóhullámok már elég magas frekvencián jelentkeznek (a kis oldalfaltávolságok miatti rövid hullámhossz miatt), ami már közel van, ne adj Isten, már túl is ment a hangszóró által lesugárzott legmagasabb frekvencián (keresztfreki fölé). Másrészt ennek a két falnak az első állóhulláma a hosszanti állóhullámok sokadik felharmonikusával kezdenek összetalálkozni, melyek már jelentősen csillapítottak. Igazából sokszor elég ilyenkor csak a két oldalfalra koncentrálni a rezonanciák jó frekvencia-eloszlását, melyre az 1:√2 belső oldalarány elég jó. (Pl. a belső szélesség 1.41-szerese legyen a belső mélység)

Baffle-step

A doboz belső méreteivel együtt szükséges vizsgálni az előlap akusztikai hatását is. Azok a hanghullámok, melyek a fél hullámhossza kisebb mint az előlap mérete (szélessége/magassága), már nem nagyon indulnak hátrafelé, a sugárzás előre felé kezd irányított lenni. A besugárzott tér így már nem egész, csak féltér. Ennek hatására a szemből mért hangnyomás elméletileg kétszeresére, azaz 6dB-el megnő. Ez a Baffle- step hatás. A gyakorlatban hangszórók érzékenység adatát féltérre adják meg, így pont fordítva szoktuk nézni a dolgot: azt mondjuk, hogy egy bizonyos frekvencia alatt elméletileg 6dB-el esik a hangnyomás. Persze ez csak nyílt terepen igaz, de még ott is nagyon magasra feltett hangsugárzóknál (a talaj/padlóhatása is felezi a teret) Szobában sokmindentől függ ez, pl. milyen messze van a dobozok mögötti fal, milyen messze vannak az oldalfalak, ha sarokban van a doboz, akkor már mélytöbblet keletkezik. Egy igényes Hi-Fi kedvelő azonban nem teszi a sarokba a dobozait, sőt a falra se tolja rá. Sokkal szebb a szubjektív észlelhető térhatás, ha sarkoktól/falaktól el van húzva a doboz. Ilyenkor a gyakorlatban kb. 2-4dB mélyhang esésre lehet számítani. Ezt általában a hangváltóban szokták kikompenzálni. Azért megjegyzem, hogy vannak ellenzői is a dolognak, akik nem tartják helyesnek az ilyen kompenzációkat. Én tiszteletben tartom a véleményüket, de a saját dobozaimnál tipikusan úgy 2dB-t (néha többet) szoktam kompenzálni. Ez gyakran úgy valósul meg, hogy a T-S paraméterekből számolt mélytartománybeli féltérben érvényes un. normálérzékenységből levonom a kompenzáció nagyságát, és erre a szintre hozom ki a közép-magas tartományt, saját szobámban mérve minél egyenletesebben. (saját mérésben a baffle-step hatás is benne van, de nem túl pontosan, a szoba állóhullámai miatt) Pl. 89dB a T-S szerinti normálérzékenység mellett 2dB BS kompenzációval 87dB-re hozom ki a közép-magas tartomány érzékenységét.

Csak a tisztánlátás érdekében: Normálérzékenység az, ami a T/S paraméterekből számítható. Átlagérzékenység pedig az a szélessávú érzékenység, mely a hangsugárzó teljes frekvenciatartományában mérhető, vagyis ennek a görbének az átlaga. Én ez utóbbit szélessávú érzékenységnek is szoktam mondani, de sokszor úgy értem, hogy a BS töréspontja (kb 5-800Hz) feletti érzékenység. Ez nagyjából helyesnek is mondható, mivel a mélytartomány érzékenysége igen csak elhelyezésfüggő, de a közép-magas tartomány, a fent említett kb 5-800 Hz felett elég stabilan tartja az értékét.

Diffrakciók

A másik előlapi hatás a diffrakció. A doboz élein leválik a hullámfront, és másodlagos sugárzás jön létre. (Hasonlóan mint egy reflexió.)

kép

Ezek a másodlagos (szekunder) hullámok hozzáadódnak az elsődleges (primer) hullámhoz, és előjelhelyesen (fázishelyesen) összegezve alakítja az eredőt; vagy ráerősít pár dB-t, vagy csillapít belőle. Ez úgy jön létre, hogy a másodlagos hullám mindig hosszabb utat jár be, mint az elsődleges, és ezen a holtidős késés következtében elcsúszik a fázisa. Fél hullámhossznyi késés esetében pont ellenfázisban lesz, valamint ennek páratlan többszörösein is. Egész hullámhosznyi késés esetében valamitnt ennek egész számú többszörösein fázisban lesz. Így előbbinél kioltási pontok keletkeznek (lyukak), utóbbinál pedig erősítési pontok (kiemelések). Ezek a lyukak és kiemelések sorozata hullámossá teszik az átvitelt. Szerencsére erre több szimulációs szoftver is van, pl. a Baffle Edge vagy a SoundEasy diffrakciót számoló komponense.

A jelenség csökken, ha a doboz éleit lekerekítjük, vagy rézsútosan lemarjuk. Még jobb, ha szakítani tudunk a klasszikus éleket hordozó szögletes (téglatest) sobozgeometrától, és valami extrémebb dobozformát valósítunk meg. Legjobb ebből a szempontból a gömb, ami sajnos nem egyszerű eset a hangdobozépítésben, de azért akadnak DIY gömbdobozok. A következő ábra a HFM Hogyan csináljunk rossz hangsugárzót c. cikkből származik, és a különféle dobozgeometriák átvitelének hullámosságát mutatja be:

kép

Érdemes megfigyelni, hogy ami még a kockánál is rosszabb, az a henger. És mégis időnként belefutok olyan magukat szerénytelenül audiofil gyártónak nevező jóemberek munkájába, ahol ilyen formát készítenek a szögletes doboz tetején pont a magashangszóró részére (többnyire valamilyen PVC vagy préselt papír csőből). Azt is látjuk, hogy a gömb forma gyakorlatilag diffrakciómentes, csupán a baffle-step hatást hordozza.

Hangszórók előlapon történő kedvező elhelyezésével szintén csökkenthető a diffrakció káros hatása, nagyjából úgy optimalizálható a hatás, mint a doboz oldalarányaival a belső állóhullámok. Ezt téglatest dobozoknál mindenképpen számításba kell vennünk, de az előbb említett dobozgeometriák esetén is érdemes számolni vele. Ha a hangszóró az őt körülvevő élektől eltérő (és jó arányú) távolságra van, akkor az egyes élek frekvenciamentet zavaró (kiemelő vagy lyukasztó) hatása jól eloszlik a frekvenciaspektrumban. A legrosszabb a középen tengelyvonalban elhelyezett hangszóró elhelyezés, ilyenkor a bal- és jobboldali él pontosan ugyanazon a frekvencián okoz csúcsot és lyukat. Ennél csak az rosszabb, amikor a hangszóró a doboz tetejétől is olyan távolságra van, mint az oldalaktól, mert ekkor már három él hatásai összegződnek. A következő ábrán láthatjuk milyen frekvenciamenet romboló hatása van egy ilyen rossz elhelyezésnek:

kép

Az ábrán egy 20 cm széles 40 cm magas hangdobozon elhelyezett magashangszóró modellezett diffrakcióját látjuk, amikor is a hangszóró a két oldalsó és a felső éltől 10cm-re van. A görbe azt mutatja, milyen frekvenciamenet torzulást ad hozzá az előlap a hangszóró saját frekvenciamenetéhez. Ugyanebben a dobozban, de nem azonos távolságot választva a határoló élektől:

kép

Először is látjuk, hogy a magastaromány szempontjából lényeges sáv linearizálódott, kb 2.5kHz-től felfelé. Bár a púp 1-2kHz között így sem tűnt el, de ez már a váltó megfelelő méretezésével korrigálható. (A valós hangdoboz méréskor is meg fog jelenni ez a kb 2-3dB-es púp!). jól mutatja az ábra a baffle-step hatást is. Alacsonyfrekvencián 0dB-en indul, majd 6dB/oktáb meredekségre felfelé tart, végül magastartományban +6dB-en állandósul. (Ez az amit a gyakorlatban fordítva szoktunk értelmezni, a fenti görbét 6dB-el lejjebb kellene tolni!)

Fontos megjegyezni, hogy diffrakció nem csak a doboz élein jön létre, hanem az előlapon bármilyen élen, kiemelkedésen, amiben a hanghullám meg tud botlani. Így a hangszórók kiálló keretein, élein, az esetleges előlapi háló keretének élén stb., ezkre is figyelni kell. Így célszerű minden fölösleges élt, szintugrást mellőzni a doboz előlapján, és célszerű a hangszórókat szintbe süllyeszteni az előlappal. Erre a feladatra felsőmarót használunk, de szükség lesz egy pontos körvezetőre is, a gyárilag mellékelt (már ha adnak hozzá) elég vacak szokott lenni, még egy drágább gép esetében is.

Felhívnám azonban a figyelmet, hogy a felsőmaró egy igen veszélyes szerszám, a nagy fordulaton eltörő marószerszám -asztalos ismerősöm idézve- puskagolyóként repül ki. A szerszám (kés) munka közben nagyon gyorsan melegszik, a magas hőmérséklet pedig nem kedvez neki. Fontos tudni, hogy a kés nagyon gyorsan kopik, így csak arra szabad használni, amire feltétlen kell. A műanyagbevonatos laminált pozdorjalapok marására nem javasolt, akár egyetlen nagyobb hangdobozpár készítésekor is leamortizálsz egy 2000Ft-os marókést, ez személyes tapasztalat!

Hangszrókók interferenciája

Bár többutas rendszerben a hangszórók nem azonos frekvenciatartományban sugároznak, de mégis szokott lenni egy szűk tartomány a váltási frekvencia környezetében, ahol többé-kevésbé pár dB különbséggel ugyan, de átfedik egymást. Ilyenkor ahogy a HFM szerzői is fogalmaztak két dudás szól egy csárdában. Ha pedig ugyanarra a frekvenciatartományra több hangszórót használunk (pl. duplázzuk valamelyik tartomány hangszóróját, leggyakoribb esetben a mély/mélyközép utat), akkor még fokozottabban kell ügyelni erre a jelenségre. A hangszórók interferenciája a hangszórók elhelyezkedési irányában jön létre, azaz egymás fölé szerelt hangszóróknál függőlegesen, egymás mellé szerelt hangszóróknál pedig vízszintesen. Az interferencia oka, hogy a hangszórók egy adott irányban nem egyforma messze vannak az észlelési ponttól, így az egyik hangszóró hanghulláma többet fog késni, így a fázisuk sem lesz azonos. Az iránykarakterisztikában ez erősítési és kioltási irányokat fog létrehozni

kép

Ennek következménye, hogy egy virágszirom szerű nyalábolás alakul ki a hangszórók elhelyezési egyenesével párhuzamos sugárzási síkban.

kép

Itt rögtön látjuk, miért nem szerencsés vízszintesen egymás mellé szerelni hangszórókat, ekkor ugyanis a nyaláboltság vízszintes irányban jön létre, melyet sokkal könnyebben meghallunk, mint az egymás fölé szerelt hangszórók esetében a függőlegeset. Ráadásul a lehallgatási tér legalább egy kanapé szélességű, míg csak néhány 10 centi magas, az ülő ember fülmagassága környezetében. Ezért a vízszintes iránykarakterisztikának szélesebb irányban, nagyobb szögben zavartalannak kell tervezni, mint a függőlegeset. Alapesetben mindig egymás fölé célszerű elhelyezni a hangszórókat, és az egymás fölé szerelt hangszórók esetében sem célszerű néhány centinél többet eltolni őket. (Értem ezalatt, hogy pl. a magas hangszórót el szoktuk kicsit tolni a doboz széle felé, a kedvezőbb diffrakciós eset érdekében)

Ezzel a témával foglalkozó cikkem: A függőleges iránykarakterisztika és buktatói

3. Hangváltó tervezés

Már az állóhullámos és diffrakciós részben is láttuk, hogy a modellezhetőség nehezedik, pláne a pontos modellezhetőség. Közép- és magastartományban ez még tovább bonyolódik. Ahhoz, hogy olyan szinten modellezni lehessen, mint a mélytartományt, magának a membránnak a parciális rezgéseit kellene modellezni, és egy sor alkatrész saját-rezonanciáját! (pl. pille, membránszél) A kónusz ugyanis csak egy adott frekvenciáig képes merev testként viselkedni, egy frekvencián túl, külön rezgő részekre szakad, mely részek amplitúdóban és fázisban eltérően rezegnek. Ezt illusztrálni is lehet; fogj meg egy hosszú (30cm-es) vonalzót egyik végénél és kezd el lassan lapjára merőlegesen bemozgatni. Egy bizonyos rezgésszám felett a vonalzó vége már nem úgy mozog, mint a kezed, egy ponton azt veszed észre, hogy nagyobb amplitúdóval és fáziskéséssel mozog, sőt rezeg a vége, miközben érezhetően vissza is hat a kezedre, kicsit nehezebben rángatható (megnő a mechanikai impedancia). Ez az első rezonancia, ami a vonalzón létrejön. Frekvenciája a vonalzó hajlékonyságától és tömegétől függ, ami a két szükséges ellentétes értelmű energiatárolója. (rugó/tömeg) Ha most arra gondolsz, hogy de nem a hosszátol és benne lévő hullámterjedési sebbességtől, akkor jól gondolod, viszont a hullámterjedési sebesség visszavezethető magára a közeg rugalmasságára és tömegére, vagyis inkább sűrűségére. Hasonlóan a hangszóró membránjának is van egy ilyen határfrekvenciája, amit break-up frekvenciának neveznek. Ekkor a kónusz külső része már ott sem úgy rezeg, mint belül a csévénél. Ha tovább nő a frekvencia, akkor a membrán gyakorlatilag önálló életet kezd élni, egy adott frekvencián túl meg a porvédő is hasonló anomáliákat kezd produkálni. És az előbbi vonalzós példa csak vonali alakzat, a membrán síkbeli-térbeli! De hogy végképp feladjuk ennek a tartománynak a matematikai modellezésének maradék reményét is, gondoljunk csak bele, hogy olyan paramétereket kellene már minimálisan is megadni, mint a membrán hajlékonysága, sűrűsége, vastagsága, a tölcsér alkotója, a porvédő hasonló tulajdonságai, az impregnálás csillapító hatása, és még ki tudja mi mindent… Mindenesetre nem kell pánikolni, ugyanis ezen elég ha a hangszórót fejlesztő emberkéknek fáj a fejük! Nekünk csak annyi a dolgunk, hogy megmérjük, hogy pontosan mit is csinálnak, és ez alapján modellezünk a mért karakterisztikákkal, ezt nevezzük black-box modellezésnek.

A Thiele-Small modell un. White-box modellt alkalmaz, pontosan tudjuk, hogy miből áll a rendszer, tudjuk az egyes rendszerelemek viselkedését, és ismert matematikai összefüggéseket tudunk alkalmazni. Pl. matematikai modellezéssel (differenciál egyenlet megoldással) impulzus-válasz és frekvenciafüggvényt tudunk meghatározni és alkalmazni. Lényegében ki tudjuk számolni a működést. Ezzel szemben a Black-box modellnél nem tudjuk hogyan működik a rendszer, de a számunkra fontos tulajdonságait, -amiket a white-box modellnél matematikai úton határoztunk meg- itt ki tudjuk mérni, és ezekkel a karakterisztikákkal helyettesítjük be a modellbe. Vagyis, itt a működést nem kiszámoljuk, hanem kimérjük. (Impulzus-válasz, frekvenciafüggvény) Pontosan erről szól a hangváltó tervezés is, ott maga a hangváltó, az RLC hálózat white-box, de vannak benne black-box elemek is; esetünkben a hangszórók.

Ha az előző két sarokponton túlvagyunk, akkor tudjuk, hogy mekkora és milyen formájú doboz kell, sőt, azt is, hogy a hangszórókat hogyan helyezzük majd el benne. Ekkor a doboz már elkészíthető, a hangszórók beépíthetőek. Következhet a váltótervezéshez szükséges mérések elvégzése. Feltétlenül szükséges minden hangszóró végleges helyén mért villamos impedancia és akusztikai frekvenciaátvitele, ebből dolgozik a hangváltó modellező szoftver. Lényeges, hogy mind az impedancia, mind az akusztikus frekvenciaátvitel fázisával legyen mérve! Információgyűjtő méréseket is célszerű készíteni; torzítás, dinamikus viselkedés, iránykarakterisztika, melyek plusz információt nyújtanak a megfelelő váltó kigondolásához. A különféle tankönyvi képletek itt is felejtősek! Ezekkel nem csak rossz, de garantáltan káros váltót fogunk tervezni, mivel ohmos lezárással számolnak, a hangszórónak meg komplex impedanciája van! A szűrőnek mindig része a terhelése, ha az nem annyi amennyi, akkor a szűrő hibásan működik. Nem csak akusztikusan lehet rossz egy váltó, hanem villamosan is, mivel jelentősen képes formálni a villamos impedanciamenetet. Nagyon könnyen összehozható fx környékén lyukas impedanciamenet, és ez nagy áram leadására kényszeríti a végfokot az adott frekvencián! Veszélyes az is, ha a villamos terhelés túlságosan reaktív, mert ilyenkor a feszültség és áram között jelentős fáziskülönbség jön létre: Akkor kell az erősítőnek nagy áramot leadnia (vagy éppen felvennie, mivel a hálózat -hangsugárzó- visszatáplálja) amikor kicsi a pillanatnyi kimeneti feszültség és így nagy a tranzisztorokon eső maradék-feszültség. A rossz impedanciamenetű hangsugárzó hatására a végfok a kelleténél jobban melegszik, gerjedékennyé válik, romlik mind a mérhető paraméterei, mind a szubjektív hallható hangminősége. A reaktivitás mértékéről az impedanciamenet fázisa árulkodik. Tiszta rezisztív (Ohmos) impedanciamenet fázisa végig a teljes frekvenciasávban 0°, a energia nem tárolódik, hanem eltűnik (távozik a rendszerből, többnyire hővé alakul). Ha ettől eltérő, akkor az energia egy része tárolódik, és visszatáplálódik a végfogba. Szélsőséges esetben a fázis ±90°, ilyenkor az áram fázisa 90°-ban eltér a feszültségétől. Amikor a feszültség csúcsértéken van, akkor nem folyik áram, pedig az végfokot úgy tervezték, hogy ilyenkor adja le a nagy áramot, mivel ekkor a legkisebb a kimenőtranzisztorokon eső feszültség. Amikor pedig 0V a pillanatnyi kimenőfeszültség, akkor folyik a legnagyobb pillanatnyi áram, pedig ha valahol, akkor ezen a feszültségszinten biztosan nem élvezi a végfok a nagy áramerősséget, hisz ekkor esik a tranzisztorokon a legnagyobb feszültség, ezért itt a tervezettnek akár a többszörös teljesítményét kell elviselnie, a vele járó jelentős létrejövő hővel! Ilyen arrogáns terhelést egy kondenzátor vagy egy tekercs tudna csak produkálni, hangváltónak ilyen nagy fázistolása nem lesz, de 50-60°-ot azért össze lehet hozni, ha nem figyelünk! Ugyanakkor azt is nézni kell, hogy a fázistolás helyén mekkora az impedancia. Ha nagy fázistolás mellett alacsony, vagy nem sokkal több a névlegestől, az nagyon veszélyes tud lenni! (Lehet készíteni olyan számítást, ami kiszámolja a terhelés meddő áramát, és azt, hogy ez mekkora nemkívánt plusz hőt hoz létre az erősítőben) Boltban kapható univerzális hangváltókkal sem sokkal jobb a helyzet, ezeket hol tankönyvi képletekkel méretezik, de van hogy azzal hirdetik, hogy valódi terhelésre tervezve. Csak hát ahány hangszóró, annyiféle terhelés, ebből következik, hogy annyiféle szűrő. És akkor ez csak a villamosan rendezett működés lenne, jön még az akusztikai is! Ilyen tehát, hogy univerzális hangváltó nem létezik, fikció! Ezt a kreténséget a kereskedők hívták életre, mert igény generálódott rá a boltokban. Ahelyett persze, hogy elmondták volna a vevőknek, hogy ez nem így megy, ez így nem jó, mit csinál a jó kereskedő/marketinges: megoldja! A helyes út a saját- és pontos mérésből megfelelő szoftverrel modellezett egyedi hangváltó tervezése. Váltótervezéskor sokszor több műszakilag jó változattal is elő tudunk állni. Van hogy pl. elsőrendű szűrővel is kijön a lineáris frekvenciamenet, és másodrendűvel is. Van hogy magasabb, vagy alacsonyabb fx-el is jónak tűnő eredményre jutunk. De melyik verzió legyen a befutó? Nos, ilyenkor nagyon egyszerűen meg kell hallgatni, és szubjektív vizsgálattal dönteni. Itt már sokszor az egyéni ízlés is jelentősen beleszól a döntésbe.

Javasolt szoftverek:

  • LspLAB - mérés és modellezés, fizetős
  • LspCAD - mérés és modellezés, fizetős
  • Loudspeaker Crossover Simulator (ld. Letöltés) - csak modellezésre, ingyenes

Mérésre használhatjuk még az ARTA szoftvert, mely igen egyszerű, ugyanakkor nagyon jó minőségű, megbízható szoftver. Modellezéshez pedig használhatunk általános célú villamos szimulációs szoftvert is, amennyiben be tudjuk importálni a méréseket, és megfelelően fel is tudjuk használni. Erre egy példát is be tudok mutatni, mely a Qucs áramkörszimulációs szoftverben futtatható.

A Qucs szimuláció a mintaadatait a Loudspeaker Crossover Simulator demójából vettem ki. Az frd/zma fájlokat s-paraméter fájlokká kell alakítani, mely csupán a fejléc átírását jelenti (ld. a példában), valamint a kiterjesztést célszerű .s1p-re változtatni. A Qucs modellezés részletes leírásától ebben a cikkben eltekintek, egy rövid doksi viszont található a letöltött zip-ben.

További kapcsolódó írásaim hangváltó tervezéshez:

4. Környezet hatása, szobaakusztika

Az előző három pont szekvenciaként egymás után végrehajtandó. Ez a 4. pont bár az utolsó, mégsem a dolog végén vár ránk, hanem már az elején, az igények felmérésénél számolni kell vele, és gyakorlatilag végigkísér minket a teljes tervezés folyamán. A helység akusztikai tulajdonságai hatással van a hallott hangra és visszahat a hangsugárzóra is. Ha elméleti szemszögből közelítjük, akkor azt mondhatjuk, hogy a hangsugárzó egy akusztikai generátor, a szoba pedig annak akusztikai terhelése. Ez a két elem valamilyen szorosabb/lazább csatolásba kerül egymással, kölcsönhatásban lesznek. Ahogy a villamos hálózatok összekapcsolásánál is lényeges az impedanciaillesztés, úgy itt sincs ez másként. Maga a hangsugárzó egy hullámzó kimeneti impedanciát valósít meg; egyes frekvenciákon megnő, máshol beszakad az akusztikai impedanciája. Ezek a frekvenciapontok a doboztól, hangszórótól és a különféle rezonanciafrekvenciáktól függ. A szoba terhelőimpedanciája is tele van lyukakkal és csúcsokkal. Itt viszont tudni lehet, hogy ahol állóhullám (½λ és többszörösei) keletkezik, ott a szoba akusztikai impedanciája megnő, a köztes helyeken (¼λ és páratlan számú többszörösei) pedig lyukas. Én úgy vélem, hogy a néha előforduló szerencsétlen hangdoboz-szoba kölcsönhatás okai itt keresendők! Nem mindegy, hogy ez a két impedancia hogyan találkozik. Alapesetben úgy kell ezt nézni, mint a villamos hálózatoknál az áramgenerátoros meghajtást. Ott feltétel, hogy a terhelés impedanciája mindig legyen sokkal kisebb, mint a generátoré. Akusztikailag a légtér impedanciája tehát legyen kisebb (mondhatni puhább, könnyebb), mint a doboz akusztikus generátorimpedanciája. Egyrészt ez magyarázatot ad, miért nehezebb boldogulni a nagyobb méretű dobozokkal, ugyanis azoknak az akusztikai impedanciája kisebb, mint a kisebb méretű társaiké. (közelebb lesz egymáshoz generátor- és terhelés impedanciája) Igaz, hogy maga a dobozméret csak egyetlen eleme a teljes rendszernek (a dobozba zárt levegő hajlékonyságának impedanciáját határozza csak meg), de a rendszer többi eleme is hasonlóan alakul, ha a különféle rezonanciapontok értelmes frekvenciapontokon vannak. Így tehát a nagyobb dobozra készített mondjuk 30-40Hz környékén hangolt reflexcső akusztikai tömege biztosan kisebb, mint egy kisebb doboznál ugyanolyan hangolás mellett. Hasonlóan alakulnak a hangszóró mechanikai elemeinek akusztikai oldalra transzformált impedanciája is. (Ha a hangszóró mechanikai mozgó tömegét elosztjuk Sd²-el, akkor a akusztikai oldalról látható akusztikai tömegét kapjuk. Nagyobb hangszóróknál ez gyakran kisebb, még akkor is ha amúgy nehezebb/vastagabb anyagokat használnak a membránhoz.) Erre tesz még rá egy lapáttal az impedanciák hullámos, csipkés mivolta. Feltétel, hogy adott frekvenciát tekintve, a doboz legyen sokkal nagyobb impedanciájú, mint a szoba légtere. De mi van akkor, ha ezen az adott frekvencián, a doboz impedanciája éppen lyukas, a szobáé pedig csúcsos? Jelenleg én is keresem még az idevágó pontos választ, így sajnos nem tudok még konkrétummal szolgálni. Gyakorlati tapasztalatból viszont két javaslatot mindenképpen teszek:

  1. a doboz f3 alsó határfrekvenciáját célszerű kicsivel magasabbra tervezni, mint a szoba első nagy kiemelése (első nagy állóhullám rezonancia)
  2. a reflexdoboz fb hangolási frekvenciája lehetőleg ne essen egybe a szoba első nagy rezonanciájának frekvenciájával (különösen, nagyobb doboz esetén!)

Újabban kezdem úgy vélni, hogy a hangsugárzó fb hangolási frekvenciája ne csak hogy ne essen egybe a szoba első nagy rezonanciájával, de inkább felette legyen, mint alatta!

Jó gyakorlati példa a házunk egyik szobája. Elég kedvezőtlen méretarányú: 4.2×4.4 méter. Ez szinte már négyzet alapterület, ami nagyon rossz akusztikát eredményez, mivel az oldalfalak állóhullámai és kioltásai egymást erősítik. A szoba 40Hz-en erősen kiemel, ez az első állóhullám rezonancia. További kiemelések vannak 80, 120 stb. Hz-en, de ezek egyre kisebbek. A lyukak 20, 60, 90 Hz-en vannak. A 20Hz-es lyuk környékén gyakorlatilag süket a szoba, a többi viszont már egyre kevésbé lyukas. A 20Hz-es lyuk erősen elterül, annyira, hogy még a 30Hz sem nagyon akar megszólalni a szobában. Korábban volt egy f3=50Hz alsó határfrekvenciájú reflexdobozom, ami fülre olyan 36-37Hz-en már megszólalt. Egyszerűen a 40Hz-es kiemelés ott emelt rá, ahol a doboz átvitele már meredeken esni kezdett. Később egy f3=32Hz alsó határfrekvenciájú dobozzal próbáltam meg együtt élni. Nem igazán azt éreztem, hogy mélyebbről indulna, inkább azt, hogy sokkal vadabbul felkavarja a szoba 40Hz-es állóhullámát, viszont kb 36Hz alatt ugyanúgy meredeken csökkent a hangnyomás. Hiába adta le a hangdoboz a 36-37Hz alatti frekvenciákat, a szoba elnyelte. A két doboz hasonló érzékenységgel rendelkezett, mindkettő 91dB. Méretben viszont az utóbbi 120 literes szekrény, míg az előző csupán 35 liter! Ez a kis történet talán elgondolkodtató, nem kell hajszolni a minél alacsonyabb f3 pontot, egyszerűen ésszel kell megválasztani. Én azóta sem használok 45-50Hz-nél kisebb f3-al rendelkező hangsugárzót ebben a helyiségben, és így legalább nem is kínoz 40Hz-es agykocsonyásító élménnyel. Szükséges tehát felmérni a helység akusztikai viszonyait, kis helységben alacsony f3-al rendelkező hangsugárzót nem érdemes használni, legalábbis ha a jó zenei élmény és a lineáris közeli kontrollált basszus a lényeg. Tudomásul kell venni, hogy a szobának is van egyfajta alsó határfrekvenciája, ami alatt nincs értelme dolgoztatni egy hangsugárzót, mert lehetetlen jóminőségű hangreprodukciót elérni! (Más kérdés persze a búgó-morajló-mennydörgő mozis szubok esete, ahol pont az a cél, hogy az állóhullám bontsa le a falakról a vakolatot, mert a tévhitekkel ellentétben, ez nem a hangsugárzó „ereje”! A hinta se azért megy magasra, mert az óvodás kisgyerek olyan erős, hogy saját súlyával együtt képes 2-3 méter magasra fellőni, és a hasonlat igen találó, ugyanis a falbontó állóhullám nem más, mint a behintáztatott levegőtömeg.)

A szobának amúgy van egy fontos és jó tulajdonsága, mégpedig az elhelyezéssel történő hangolhatóság. Nagyon nem mindegy, hogy a hangsugárzók végső helye hol lesz, ahogy a hallgatási pont sem. Mélytartomány szempontjából a következő tétel nagyon fontos: állóhullám csakis nyomásmaximum pontban gerjeszthető! Vagyis, ha egy állóhullám nyomásmaximum pontjába helyezzük a hangsugárzót, akkor ez az állóhullám rezegni fog, és kiemelés lesz. Ugyanez a hallgatási pozícióra is igaz: állóhullám rezonanciája csakis nyomásmaximum pontján hallható. A falak és sarkok helyén mindig nyomásmaximum pontok lesznek, ezért ott feldúsul a basszus, bár ehhez a fal-sarok térfelező/ térnegyedelő hatása is hozzájárul. Az állóhullám rezonanciát annak sebességmaximum pontján sem gerjeszteni, sem hallani nem lehet. Az első állóhullámnak (λ/2) pont középen van sebességmaximuma, így ez a frekvencia a szoba közepén nem hallható, ill. fordítva, a szoba közepén felállított hangdoboznak nem lesz hangja ezen a frekvencián. Második hullámot a szoba ¼ és ¾ szakaszaiban nem lehet hallani ill. gerjeszteni. Nálam ez pl. azt jelenti, hogy a szoba második harmonikusát, a 80Hz-es kiemelését le tudom küzdeni, ha a hangdobozokat kb 1 méterrel elhúzom (a kb 4 méternek itt lesz a negyede) a faltól, ill a hallgatási pozíciót is 1 méterrel elhozom a szemközti faltól. Sőt, ekkor gyakorlatilag nem hogy nem lesz kiemelés, hanem szabályosan lyukas lesz a hangkép 80Hz-en. Egyszer papíron kiszámoltam, és bejelölgettem, az állóhullámok sebesség- és nyomásmaximum pontjait, és ennek alapján kerestem helyet azoknak a 32Hz-es alsó határfrekvenciájú monstrumoknak. Kb 20 perc alatt olyan egyenletes basszust sikerült elérnem a szobában, amit hosszú évek fülre hangolgatásával, dobozok tologatásával addig soha! Nagyon is lényeges tehát a szobaakusztika vizsgálata és nagyon is sajnálatos, hogy pont ebben nem talál az ember profi irodalmat.

Összefoglalás

Végiggondolva és összefoglalva tehát a következő szekvenciával írhatnánk le a tervezési folyamatot:

  1. Igények- és lehetőségek felmérése-egyeztetése
  2. Hangszórók kiválasztása
  3. Hangszórók beszerzése
  4. Hangszórók mérése. Ha itt kiderül, hogy az adott hangszórók valamelyike nem felel meg az elvárásainknak, vagy úgy néz ki, hogy nem válthatók össze, akkor vissza a 2. pontra
  5. Dobozkészítés: tervezés, elkészítés, hangszórók beépítése, mélytartomány behangolása
  6. Mérések készítése váltótervezéshez: villamos impedancia, akusztikus frekvenciamenet
  7. Hangváltó tervezése (lehet több változat is)
  8. Hangváltó alkatrészeinek beszerzése (minden változatnak megfelelően)
  9. Hangváltó elkészítése és ellenőrző visszamérése. Ha nem jó valami, akkor vissza a 7. pontra
  10. Szubjektív vizsgálat. Ha nem szól jól, akkor vissza a 7. pontra, súlyosabb esetben a 2. pontig is visszakényszerűlhetünk

Láthatjuk, hogy minimum két anyagbeszerzési pont van (kivastagított pontok). A második sajnos függ az előtte lévő pontoktól, így nem lehet egy menetben mindent megvásárolni. Ha rendeljük az anyagokat, akkor ez minimum két szállítási költséget jelent, még akkor is, ha egy helyről tudnánk beszerezni mindent! És sajnos többnyire rendelni kell, nincs mese! A boltok és kiskereskedők nagy részét (különösen a vidékieket) kb elfelejthetjük, azok a két kínai importőr cégünk ügynökségei, ott jó és főleg jó ár/érték arányú dolgokat nem nagyon kapunk. Nekem még csavarból is sikerül olyan bóvlit vennem, hogy ha 2-szer megfordult benne a csavarhúzó, akkor nem sok maradt a kereszthoronyból, míg az olcsóbban rendelt hazait még akkus csavarbehajtóval sem lehet kinyírni! Az első rendelési csomagban a hangszórók mellett viszont a reflexcsövet, csatlakozókat és egyéb dolgokat meg tudjuk venni.

Azért a fenti 10 lépés még véletlen sem 10 parancsolat, több ponton el lehet térni tőle. Előfordulhat pl. olyan eset, hogy azért nem találjuk a jó hangot, (hiába is módosítgatjuk a váltót,) mert valamelyik hangszóró nem az igazi, vagy egyszerűen nem akarnak jól együttműködni. Pl. ha egy alacsonyabb váltás nem tetszik a magasnak, egy magasabb fx pedig a mélyközép hibáit domborítja ki jobban. Ilyenkor lehet, hogy újra kell gondolni a hangszórókészletet, és valamelyiket cserélni. (Többnyire a magasat és/vagy közepet, mert a mély/mélyközép cseréje új dobozt is jelent, ami gyakorlatilag új projekt…)