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

Hangsugárzók terhelhetősége - mítoszcáfolat

Ökölszabály, hogy a hangsugárzó névleges terhelhetősége legyen nagyobb, mint az őt meghajtó erősítő szinuszos kimenőteljesítménye - olvashatjuk számos régi könyvben (Klinger, Csabai sorozatok stb.) ezt a baráti jótanácsot, de hogy mennyire lehet igaz, azt döntse el mindenki maga a cikk elolvasása után. Én csak egy dolgot hiányolok a fenti kijelentéssel kapcsolatban, mégpedig az indoklást! Egyetlen olyan előfordulásával sem találkoztam, ahol pontosan magyarázatot adtak volna, hogy miért is? És sajnos még ma is terjeng ez a városi legenda, sokszor konkrét számokkal is megtámogatva, mint pl. 20-30-50%, ami egy pl. 100W szinuszos kimenőteljesítményű erősítő esetén 120-130-150W névleges terhelhetőségű hangsugárzó ajánlását jelenti. Ebben a cikkben nem maradnak el az érvek, csak éppen arra vonatkozóan, hogy a fenti állítás nem racionális, mi több kifejezetten ellenjavallt! A valóságban ugyanis -a felnti állítással ellentétben- akkor szokott túlmelegedni -szerencsétlenebb esetben ebből fakadóan károsodni- egy hangszóró lengőcsévéje, ha az erősítőnek kevés a kimenőteljesítménye ahhoz, hogy klippelés, torzítás nélkül képességei határáig kivezérelje azt.

Ahhoz, hogy tisztán lássunk, három szemszögből kell alaposan megvizsgálni a dolgot: a teljesítményerősítő szemszögéből, a hangsugárzó szemszögéből, és a jelek (különösen műsorjelek) tulajdonságai szemszögéből. De előbb néhány fogalmat kell tisztázni.

Effektív érték (RMS), csúcsérték (Peak), és csúcstényező (Crest-factor)

Pillanatnyi teljesítmény

Egy adott időpillanatban jellemző teljesítmény. Követi a jel hullámalakjának változásait. (négyzetesen!) Lényegében egy sima teljesítmény-idő függvény: P(t)=U(t)²/R.

Csúcsteljesítmény

A pillanatnyi teljesítmény legnagyobb értéke. max(P(t))

Csúcsérték (feszültség vagy áram)

A pillanatnyi legnagyobb feszültség (vagy áram) értéke abszolút értékben. abs(max(U(t))) Lényegében a csúcsteljesítményhez tartozó áram- vagy feszültségérték. (Itt most eltekintve a reaktív jellegű terhelések esetétől, ahol ugyebár nem ilyen egyszerű a dolog)

Átlagteljesítmény (RMS teljesítmény)

Egy adott hosszabb időtartamra, vagy a jel periódusidejére átlagolt teljesítmény. Nem követi a jel hullámalakját, de változik pl. a jel amplitúdóváltozásai alatt. A hő formájában távozó energia az átlagteljesítménytől függ, azaz hiába nagy egy jel csúcsteljesítménye, ha az átlagteljesítmény kicsi, akkor kevesebb hőt termel[4]. (ld. pl. állandó amplitúdójú és frekvenciájú, de változtatható kitöltési tényezőjű aszimmetrikus négyszögjel, melyet gyakran használnak teljesítményszabályozásra) Olyan esetekben, amikor az energia hő formájában távozik, az átlagolás időállandója a hőtehetetlenségből fakadó termikus időállandó, mely hangszórók esetében néhány-tíz szekundum, mely igen hosszú idő[4], ebből fakadóan a hőmérséklet nagyon lomhán, másodperces változásokkal követi a teljesítményt. (nagy időállandóval átlagolja)

RMS (effektív) feszültség (vagy áram) érték

Adott RMS feszültségű jel ugyanannyi hosszú idejű átlagteljesítményt hoz létre, mint a vele megegyező értékű egyenáram. Úgy is fogalmazhatunk, hogy az átlagteljesítményhez tartozó feszültség vagy áramérték. Szinuszjel esetében alkalmazták előszőr, mellyel a váltóáram munkavégző képességének mérését, számszerűsítését igyekeztek összhangba hozni az egyenáraméval, így született meg az effektív érték. Pl. egy 230V-os 2kW-os hősugárzó akkor is 2kW-ot fűt, ha 230Veff váltófeszültség táplálja, és akkor is, ha 230V egyenáram. Azonban az a bizonyos 230Veff szinuszos váltófeszültség a szinuszhullám csúcsaiban 315V nagyságú! Az RMS elnevezés négyzetes középértéket jelent (Root mean square)[5], mely onnan ered, hogy a feszültség (vagy áram) négyzete arányos a teljesítménnyel (rezisztív fogyasztón). (P=U²/R=I²R) Az RMS és effektív lényegében ugyanazt jelenti, bár az effektív megnevezést inkább csak a szinuszjel esetében használják.

A fenti ábrán egy szinuszhullámon jelölve van a csúcs (Peak) csúcstól-csúcsig (Peak To Peak, PP) az RMS és az átlag (Average) értékek. Az átlagérték (Average) feszültség vagy áram átlag, és nem keverendő az RMS-el, mely négyzetes átlag! A teljesítménnyel csak az RMS négyzetes átlag arányos, a sima átlag nem.

Csúcstényező, vagy más néven Crest-factor

A jel csúcsértéke és RMS értékének hányadosa. Számszerűen azt mondja meg, hogy a csúcs hányszor nagyobb az RMS értéknél. (szinusz esetén ez a sokak által már ismert √2 szorzótényező, amit úgy is kifejezhetünk, hogy 3dB) Különféle jelalakoknak más-más a csúcstényezője, vagyis azonos csúcsértékek esetében nem egyformán „fűtenek”, vagy másképp nézve azonos RMS értékek esetén egyformán „fűtenek”, de különbözőek a csúcsértékek. (Van un. formatényező is, mely a jel csúcsértéke és (nem négyzetes) átlagértékének a hányadosa. Ne keverjük őket össze!)

Tipikus periódikus jelek csúcstényezőjét mutatja a következő táblázat[1]:

A táblázatban a hullámformák csúcsértékei mindnél 1. Az RMS value oszlopban azt mutatja, hogy a mekkora a jel RMS értéke csúcs=1 esetben. Kicsit sántít a táblázat, mert azt súgalja, hogy az RMS viszonyszám (mint a csúcstényező), pedig nem az, hanem konkrét feszültség- vagy áramérték! A csúcstényező oszlopban látjuk, hogy az RMS-nek hányszorosa a csúcs, ez már tényleg egy viszonyszám. Végül az utolsó oszlopban a csúcstényezőt dB-ben kifejezve látjuk. (az angol PAPR jelölés peak-to-average power ratio-t jelent.)

Az RMS és a csúcstényező rendkívül fontos jellemzők, a jelek teljesítménytartalmát fejezik ki! Óriási, több tízszeres (ill. több 10dB) különbségek fordulnak elő, így majd látni fogjuk, hogy ugyanaz az erősítő terhelhet a névleges kimenőteljesítménye kétszeresével, de akár a töredékével is a teljes (azaz klippelés határáig) történő kivezérlése esetén!

Klippelés jelensége, a szinuszlej vágása

Bármilyen elektronikus aktív egységet is nézünk (előerősítő, végfokozat), mindre jellemző, hogy a jelszinteknek adott feszültséghatárok közé kell esnie. Egyetlen előerősítőn, végfokon sem tud a jel pillanatértéke a tápfeszültség-tartományból kilépni. Ha akkora vezérlést kap egy erősítő, hogy a bemenőjelhez tartozó kimenője nagyobb csúcsamplitúdóval kellene hogy rendelkezzen, mint a tápfeszültség, akkor az erősítő megvágja a jel csúcsait, ezt nevezzük klippelésnek. (Pl. egy szinuszjelből könnyen formázható négyszögjel, ha túlvezéreljük az erősítőt)

Ennek hatására megváltozik a jel csúcstényezője és RMS értéke, nagyobb átlagos kimenőteljesítmény jön létre a vártnál. Az esetek igen csak túlnyomó részében a hangszórók leégésének oka, az erősítő torzításba vezérelése, klippelése!

Ahonnan a képet csórtam, pont erről írnak német nyelven. Sajnos éppen csak a címet és az idézetet értem... LINK

Erősítők kimenőteljesítménye

Az erősítők kimenőteljesítményét szinuszos jelekre határozzák meg effektív értéken számolva. Ezt a teljesítményt az erősítőnek alacsony torzítással (klippelés mentesen) hosszú ideig kell tudnia tartani. Mivel a szinusz jelet effektív (RMS) értéken számolták, így a hosszú időre átlagolt teljesítményt kapjuk eredményül. A szinuszjel csúcsokban √2-ször (3dB) nagyobb amplitúdót ad mint RMS-ben, ezért csúcsban kétszeres lesz a teljesítményleadás. Így, ha az erősítőt szinuszban 100W-ra specifikálták, az nem azt jelenti, hogy ennél több ki sem jöhet belőle, hanem hogy a 3dB csúcstényezőjű szinusz jellel 100W a hosszú időre átlagolt kimenőteljesítmény, de szinusz csúcsokban 200W pillanatnyi teljesítményt is lead. Teljes kivezérléskor tehát mindig 200W a csúcsteljesítmény, és csak a jel csúcstényezőjétől függ, mennyivel kevesebb az átlagos RMS teljesítményszint. Ha négyszögjellel vezéreljük az erősítőt (a valóságban ilyet sose tegyünk!), akkor a jel 0dB csúcstényezője következtében 200W lesz az RMS átlagteljesítmény is.

Megjegyzendő amúgy, hogy négyszögjellel az erősítő valószínűleg nem fogja tartósan leadni a 200W-ot, néhány másodperc után kicsit visszaesik a tápfesz a pufferein, és vele együtt a kivezérlési tartomány is. De ezután is jóval a szinuszos felett fog dolgozni, és ha jó táppal rendelkezik, akkor akár 170-190W-ot is gond nélkül lead. Vegyük figyelembe azt is, hogy ilyenkor drasztikusan lecsökken a végfok disszipációja, a kb 50% hatásfok felugrik kb 90%-ra, a 100W feletti kimenőteljesítmény egy része innen származik, az a teljesítmény, amit ekkor nem a végfognak kell elfűtenie. Ehhez csak kb 50-60%-ot kell a tápegységnek hozzáadnia.

Felmerülhet a költői kérdés: Miért is jó az nekünk, ha 20-50%-al nagyobb terhelhetőségű hangsugárzót használunk, mikor látjuk, hogy bármely erősítő képes RMS-ben hosszabb ideig leadni szinuszos kimenőteljesítményének akár kétszeresét is? De legalábbis bármilyen 3dB-nél kisebb csúcstényezőjű jel esetén garantáltan a névleges kimenőteljesítménye fölé vezérelhető. Itt szeretném előrebocsájtani, hogy normális zenei jelek RMS teljesítménye a fenti 100W-os erősítő teljes kivezérlésekor garantáltan 25W alatt van! (egy nagyon rossz esetet alapul véve 9dB csúcstényezővel számolva) De erre majd a jelek vizsgálatánál visszatérünk.

Mi történik, amikor szinuszjellel túlvezéreljük az erősítőt?

Érdemes megfigyelni a következő táblázat alapján a szinuszjel klippelésekor keletkező torzítást és RMS teljesítmény növekedést:

AoverPout (PN=100W)csúcstényezőTHDFTHDR
0 dB100 W3.01 dB0.0 %0.0 %
1 dB116 W2.38 dB4.6 %3.3 %
2 dB127 W1.97 dB9.2 %6.5 %
3 dB136 W1.67 dB13.4 %9.4 %
4 dB144 W1.43 dB17.1 %11.9 %
5 dB151 W1.23 dB20.3 %14.1 %
6 dB156 W1.07 dB23.2 %16.0 %
8 dB166 W0.82 dB28.2 %19.2 %
10 dB173 W0.63 dB32.1 %21.6 %
12 dB179 W0.49 dB35.4 %23.6 %
16 dB186 W0.30 dB40.0 %26.3 %
20 dB192 W0.18 dB43.3 %28.1 %
40 dB197 W0.07 dB46.4 %29.7 %
100 dB197 W0.07 dB46.4 %29.7 %
400 dB198 W0.03 dB47.4 %30.3 %
200 W0.00 dB48.3 %30.8 %

A táblázat adatit előállító SciLab szkript: cfoverSine.sce

Az első oszlop a túlvezérlés nagysága dB-ben, második a klippelő kimenőjel RMS teljesítménye. Látjuk, hogy a túlvezérlés növelésével monoton nő a kimenőjel teljesítménye is, felmegy a névleges 100W fölé, és a 200W határolja le, amikor elméletben végtelen erősítéssel tiszta négyszögjelet kapunk. A harmadik oszlopban látjuk az egyre négyszögesedő szinuszjel csúcstényezőjének esését. Itt ugyebár 3dB-ről esik 0dB-re, más magasabb csúcstényezőjű jelek esetében a jelnek megfelelő magasabb értekről fog ugyanilyen monoton esni. Az utolsó két oszlopban a szinuszjel THD torzítása látható, azonban ennek kétféle[6][7] értelmezése van: egyrészt a harmonikusokat viszonyíthatjuk az alapharmonikushoz (THDF), másrészt a teljes (alapharmonikus+felharmonikusok) jelhez (THDR). Erősítőknél általában az utóbbival számolnak, melynek kezdetben az volt az oka, hogy könnyebb analóg módon mérni. (Ma inkább az, hogy ugyanazt a harmonikus tartalmat kisebb, szebb számok írják le...)

Azért figyeljük meg, hogy néhány dB túlvezérlés milyen kis torzításnövekedést eredményez, és milyen keményen emeli a kimenőteljesítményt! És ez egy magas csúcstényezőjű zenei műsornál még veszélyesebb! (ld. később)

Hangszórók terhelhetősége

Hangszórók terhelhetőségéről kész népmeséket lehet olvasni, pedig a nálunk is bevezetett IEC 268-5 szabvány világosan definiálja a terhelhetőséget, és annak mérését is pontosan leírja, beleértve a mérőjelet és a mérési procedúrát is. Sokan mégis „fogyasztónak” nézik a hangszórókat, mint pl. egy vasalót vagy hősugárzót. Az IEC 268 szabványt több ország is átvette, így a magyar szabványban MSZ EN 60268-5, német szabványban a DIN 45573, vagy az USA szabványában EIA RS-426A is ez az iránymutató. Nincsenek népmesék!

IEC 268-5 névleges terhelhetőség

A szabvány 2-szeres (6dB) csúcstényezőjű és meghatározott frekvenciaspektrumú zajt ír elő mérőjelnek. A frekvenciaspektrum megadásával a valós jeleket próbálja közelíteni. Főleg a 30Hz alatti és a magastartományt csillapítja/vágja a mérőjelben. Ennek oka, hogy normális műsorjelek esetében ezek a jelek mindig kisebb amplitúdóval vannak jelen. Nincs pl. olyan műsorjel, ahol maximális amplitúdójú 10kHz-es magashang lenne! Amit most ebből figyelembe veszünk, az csak a +6dB csúcstényező, a frekvenciaspektrumot most hagyjuk!

Példánknál maradva 100W névleges terhelhetőség azt jelenti, hogy egy 100W szinuszos kimenőteljesítményre specifikált erősítőre ráadva a 6dB csúcstényezőjű mérőjelet (zajt) maximális kivezérlés mellett el kell viselnie ezt a terhelést a hangszórónak órákon keresztül. Ekkor csúcsokban 200W, átlagban 50W a tényleges kimenőteljesítmény. A hangszóró átlagban csak 50W-al van megterhelve, de nem 50W-ot fűt! Ennek oka, hogy a mérőjel szélessávú, a terhelés a frekvenciaspektrumban eloszlik, nem pedig egy frekvencián terhel. Egy ohmos ellenállású terhelésen ez nem jelentene semmit, de a hangszóró impedanciája frekvenciafüggő, és a frekvenciaspektrumban nagyobb részt van névleges érték fölött, mint alatt. Arról nem is beszélve, hogy meddő teljesítmény is keletkezik, ami visszaáramlik a végfokba és végül annak kell elfűtenie. A teljességhez még hozzátartozik, hogy a bevitt teljesítmény valós részét sem teljes egészében a csévének kell elfűtenie, egy része mechanikai munkavégzés következtében súrlódik el, de van olyan része is, ami pl. az örvényáramok miatt a vasban alakul hővé. Az oroszlánrész azonban még így is a csévén van.

Ha mondjuk szinuszjellel akarjuk megmérni a hangszóró terhelhetőségét (feltételezem az IEC szabvány előtt hasonlóan jártak el), akkor értelemszerűen azon a frekvencián kell mérni, ahol a csévének a legkisebb az impedanciája[4], ugyanis itt veszi fel a legnagyobb áramot így vele a legnagyobb teljesítményt. Ekkor biztosak lehetünk, hogy bármilyen más szinuszjellel is kibírja a hangszóró a terhelést. Ez általában valahol 200-800Hz között van[4], a rezonanciapúp felett, de még az induktív szakasz előtt. Ha megnézzük néhány hangszóró impedanciamenetét, akkor láthatjuk, hogy a legtöbb frekvencián névleges érték felett megy a görbe, és csak egy keskeny részen megy alá. Ha szélessávú jellel terheljük, az olyan, mintha sok-sok apró szinuszjelet kevernénk össze. (a fehérzaj fel is írható végtelen sok azonos amplitúdójú szinuszkomponensek összegére) Így a felvett átlagos áram sokkal kisebb mint szinuszjellel, akár fele akkora is lehet. Ezzel a tényleges elfűtött wattok tovább csökkennek, kb 25-30W-ra. Nagyjából ezt írhatnánk rá az IEC 268-5 szerint névleges 100W terhelhetőségű hangszóróra szinuszos terhelhetőségnek. (Ugye, itt már kezdjük látni, miért is írtak eleink olyan kis terhelhetőségi adatokat a hangszórókra!)

Készítettem ennek alátámasztására szimulációt, melyben a hangszóró induktív szakasza mérés alapján meglehetősen pontosan van modellezve. Ez is igazolta, hogy a keskenysávú szinuszos terhelés a legkritikusabb frekvencián 1.5-2-szer nagyobb teljesítményterhelést okoz, mint a szélessávú, frekvenciában eloszló. Nem kívánom itt elemezni, nem akarok túlzottan eltérni tárgytól, de letölthető és elemezhető.
Letöltés:IEC_terhelhetoseg.zip
Dokumentáció:dokumentáció.pdf

A fent elmondottakból az is következik, hogy hangszóró terhelhetőségénél nem a P=u·i (vagy nem rezisztív esetben P=u·i·cosφ) szorzat alapján számolunk, hanem P=u²/RN kifejezés szerint, ahol RN a hangszóró névleges impedanciája. Erről maga a szabvány is rendelkezik, de a józan ész is ezt diktálja, mivel a hangszóró terhelve van egy adott névleges kimenőteljesítményű forrás feszültségjelével, és ezt terhelést kell elviselnie. Hogy közben az impedanciamenetétől függően mennyi áramot vesz fel, mennyi teljesítményt fűt el valójában, az ebből az aspektusból teljesen lényegtelen. (P=u·i szorzat pl. remekül használható vasalónál, ahol tényleg az számít, hogy mennyit fűt... De a hangszóró nem fogyasztó, mint már mondtam.)

Szót kellene említeni a mérőjel szabvány által előírt frekvencia-spektrumáról is. Sajnos nem találtam hiteles forrást erről (bizonytalant igen), de a lényeg nagyjából az, hogy fehérzajból formálják ki szűrőkkel. A nagyon alacsony frekvenciákat kb 30Hz alatt vágják, mélytartományban lineáris (fehér), középtartományban 3dB/oktávos magasesése van (pink), majd magastartományban meredekebben esik. Ennek oka, mint már mondtam, hogy pl. a magas hangok sokkal kisebb energiával vannak jelen a jelben, és a szabvány ezt figyelembe is veszi. Egy másik előírás, hogy ezt a már megformázott mérőjelet tovább kell szűrni, hangszóró üzemi frekvencia-tartományának megfelelően 12dB/oktávos meredekséggel. Egy mélyközép esetében ez lehet pl. 40-4000Hz, vagy egy magashangszórónál pl. 2-20kHz. Így a magashangszórónál a mérőjel nagyobb amplitúdójú része már nem jut rá ténylegesen a hangszóróra, de ez egy hangváltó közbeiktatásakor is így van, ez sem csalás a szabvány részéről. Ma, ha egy magashangszóróra ráírnak pl. 100W névleges IEC268-5 szerinti terhelhetőséget, az azt jelenti, hogy ilyen összterhelhetőségű rendszerbe lehet beépíteni. Ezzel megszűnik az a káosz, amikor még egy 20W-os (szinusz) hangsugárzóban 15W (szinusz) mélyközép és 5W (szinusz) magashangszóró csücsült. Nem kell most azon gondolkodni, hogy adott mélyközéphez milyen terhelhetőségű magashangszórót merjünk használni, ez a része ezzel egységesítve lett.

Megj.: Ha sikerül pontosabb, hiteles infót szereznem, akkor a fenti bekezdésben foglaltakat pontosítani fogom.

Ugyanakkor a magashangszórók terhelhetősége rendszerbe építés után nagyban függ a hangváltótól is. Ha pl. van előtte csillapítás (L-pad), akkor azt teljesítmészosztónak is tekinthetjük, így pl. egy 3dB-es csillapítás megduplázza a terhelhetőségét (És milyen érdekes, hogy többnyire elég a 4-5W-os ellenállások használata, amik nem égnek el, annak ellenére, hogy a magastartomány teljesítményének jórészét most ezek az alkatrészek fűtik el!) Függ a magashangszóró terhelhetősége a váltási keresztezési frekvenciától és a vágás meredekségétől is. Pl. néha azért kell 3 utasra tervezni egy nagyterhelhetőségű hangsugárzót, mert kétutas esetben a túl alacsony keresztezési frekvencia miatt nem lesz elég jó a magashangszóró terhelhetősége, míg háromutasban akár csak egy oktávval magasabban váltva már többszörösére nő.

Termikus- és mechanikai terhelhetőség

Egy másik lényeges dolog a hangszórók terhelhetőségével kapcsolatban, hogy különbséget tegyünk termikus és mechanikai terhelhetőség között. A termikus terhelhetőség az, amiről eddig beszéltünk; az a hosszú idejű átlagteljesítmény (RMS), ami csévét túlhevíti. Ez felel a leégésekért. Mechanikai terhelhetőségen pedig azt a maximális bemenőteljesítményt értjük, amivel a hangszórót meghajtva, az még a mechanikai határain belüli amplitúdóval működik. Ennek túllépése mechanikai károsodáshoz vezethet. Nem nehéz kitalálni, hogy ez nem az átlagteljesítménnyel, hanem a jel csúcsaival van összefüggésben. Az IEC névleges terhelhetőség mérésekor nem foglalkozik a mechanikai terhelhetőséggel, csak a csévében keletkező túlmelegedésre koncentrál. Normális esetben a mechanikai terhelhetőséget a megfelelő dobozméretezéssel állítjuk be, mivel a doboz akusztikai impedanciája jelentős hatással van a membránkitérésre.

Megjegyezném, hogy a membránkitérés a teljesítmény négyzetével arányos, azaz kétszeres teljesítmény esetén csak √2-szeres a kitérésnövekedés. Ezt főleg akkor jó észben tartani, amikor tervezzük a hangdobozt, modellezzük az alacsony frekvenciás viselkedést!

Az IEC amúgy definiál egy zenei terhelhetőséget is 9dB csúcstényezőjű zajjal, és itt már beleszámítják a mechanikai terhelhetőséget is. A cikk végén még szót ejtek a termikus és mechanikai terhelhetőségről, ugyanis ez lesz a végső csapás a bevezetőben idézett ökölszabályra.

Mérőjelek és műsorjelek tulajdonságai, csúcstényezője

A csúcstényező mindig azt mondja meg, hogy a csúcs hányszor nagyobb az RMS értéknél. Azonban az erősítők adott csúcsértékig vezérelhetők ki, ezért itt fordítva kell nézni a dolgot: a csúcs lesz adott, és a csúcstényező alapján kapunk eltérő RMS értéket. Mivel az erősítőt szinusz jel RMS értéke szerint specifikálják, így hozzá kell még venni, hogy az erősítő csúcsteljesítménye mindig a szinuszos kétszerese. A mi példánkban a 100W-os erősítőt 200W csúcsig vezérelhetjük, és ehhez a 200W-hoz kell számolni csúcstényező alapján a jelek átlagos teljesítményét:

jelformacsúcstényezőátlagos kimenőtelj PN=100W erősítő esetén
négyszög0 dB200 W (csúcsteljesítmény)
szinusz3 dB100 W (szinuszos kienőteljesítmény)
szabványos mérőzaj*6 dB50 W
természetes zaj*10 dB20 W
zenei műsor[3]20 dB2 W

* Zajok csúcstényezője az amplitúdó-eloszlásuktól függ. A természetes zajok amplitúdó eloszlása haranggörbe függvényt mutat, vagyis az egyre nagyobb pillantértékek egyre kisebb valószínűséggel fordulnak elő a mintában. A frekvenciaspektrumnak (azaz hogy a kérdéses zaj milyen színű) nincs hatása a csúcstényezőre.

A PN=100W választás most azért is szerencsés, mert százalékban is nézhetjük a számértékeket!

Ebből látjuk igazán, mennyire nem mindegy, hogy milyen villamos jelet vezetünk a hangszóróba! A táblázat szerint, zenével egy 100W-os erősítő csupán 2W-ot ad le átlagban klippelés határáig kivezérelve. A zenei műsor 20dB csúcstényezője több irodalomban is előforduló adat, az egyik általam használt forrásban[3] is, ahol nem mellesleg egy 500W-os erősítővel mutatják be ugyanezt a történetet kicsit szebb ábrával. Véleményem szerint ennyire azért nem rózsás a helyzet, ez valószínűleg túl régi kutatás eredménye, a régi zenék ugyanis nagy dinamikatartománnyal rendelkeztek, kellően levegősek, ritkák voltak. Ezekre a műsoranyagokra igaz lehet a fenti 20dB érték, de a mai agyonkomprimált tömör főleg elektronikus (bár sokszor akusztikus is) zenékre már biztosan nem. Megvizsgáltam néhány zeneszám csúcstényezőjét és 100W szinuszos kimenőteljesítményű erősítőn keresztül maximális kivezérléskor leadott átlagteljesítményét, melyet -a teljesség igénya nélkül- a következő táblázat foglal össze:

The Miracels - Love machine (refrénben)csúcstényezőÁtlagtelj. (PN=100W erősítővel)
széles sáv17.88 dB3.26 W
Mély (1 kHz alatt)19.62 dB2.18 W
Közép (1-6 kHz)25.31 dB0.59 W
Magas (6 kHz fölött)28.96 dB0.25 W
Rihanna - Umbrella (refrénben)
széles sáv9.47 dB22.59 W
Mély (1 kHz alatt)10.66 dB17.18 W
Közép (1-6 kHz)17.58 dB3.49 W
Magas (6 kHz fölött)23.29 dB0.94 W
Rihanna - Umbrella (versszakban)
széles sáv11.55 dB13.99 W
Mély (1 kHz alatt)12.58 dB11.04 W
Közép (1-6 kHz)20.55 dB1.76 W
Magas (6 kHz fölött)25.11 dB0.62 W
dj Shog - Comeback (original mix, 4.32-4.43)
széles sáv9.29 dB23.56 W
Mély (1 kHz alatt)10.34 dB18.50 W
Közép (1-6 kHz)17.83 dB3.29 W
Magas (6 kHz fölött)23.70 dB0.85 W

A mérést végző SciLab script: cfwav.sce. Részletek a fájlban!

A táblázatban az első dal egy 70-es évekbeli régi zeneszám elég hangsúlyos lábcsinnel. Ennek ellenére a zene szélessávban kb 18dB crest-faktorú, ami közel áll a 20dB-es értékhez. Ráadásul ez egy refrénben vett néhány másodperces minta, és hát refrénben minden zene több egy kicsit, mint versszakokban. A 100W-os erősítőn keresztül a terhelésen csak 3.26W átlagos terljesítménnyel terhel, ami valós hangszórón ennek kb a felére is csökkenhet, a korábban említett frekevciafüggés miatt. A második és harmadik mintában modern, de dallamosabb zeneszám szerepel. Itt már jól látjuk az erős kompressziót, a zenében minden egyforma hangosan szól, nincs levegője, dinamikája. (konzervzene) Széles sávban mért crest-faktora refrénben 9.5dB körüli mely 22.59W-ot fűt egy rezisztív műterhelésen (hangszórón kevesebbet), versszakban 11.5dB ami 13.99W. A harmadik mintában egy trance zenét vettem, amire végig jellemző egyfajta tömörség, sűrűség, és igen csak felharmonikus-gazdag hangzásvilága van. (mint általában a trance zenéknek) Szinte mindegy is volt, hogy honnan veszek mintát, mert a kiállásokon kívül mindenütt azonosan tömör volt. Szélessávú crest-faktora 9.3dB mely 23.56W-ot jelent.

Ha abból indulunk ki, hogy egy IEC 268-5 szerint specifikált 100W névleges terhelhetőségű hangszórónak szélessávban 50W átlagteljesítményt kell elviselnie, akkor kijelenthető, hogy egyik fent említett zeneszám sem jut még a közelébe se ennek a határnak. Az IEC határa 6dB, de a zenék készítői figyelnek arra, hogy 9-10dB-nél kisebb crest-faktorú ne legyen a műsor. A fenti minták tudatosan főleg mai komprimált zenék, amik bulik alkalmával nagy hangerőn gyakran (vagy kizárólagosan) műsoron szerepelnek. Nyugisabb (pl. jazz) zenékkel az első mintához hasonló értékeket kapunk, a legrosszabb amit mértem, 13dB volt teljes sávban refrénben.

A vizsgálat során arra is kerestem a választ, hogy van-e, és mennyi alapja, hogy az IEC engedékeny a magastartományban a mérőjel csillapításával. Ez a mérés ugyan nem reprezentatív, de azért mégis igazolni látszik, hogy a zeneszámok magastartományban sokkal kevesebb energiát/teljesítményt tartalmaznak, mint az alsóbb regiszterekben. A teljes sávú zenei mintát 12dB/oktáv meredekségű butterworth szűrőkkel vágtam el három felé 1 és 6kHz-es frekvenciákon. A csúcs minden esetben az egész (szélessávú) jelhez van viszonyítva, a darabolással hangváltó hatását szeretném modellezni (pl. hogy az egészből mennyi jut a magasra). Látjuk, hogy a 6kHz feletti szegmensben végig legalább kb 10dB-el kisebb RMS jellel, 1/10-nél kisebb átlagteljesítménnyel számolhatunk. Itt láthatjuk számokkal annak okát, hogy a magashangszórókban miért nem kellenek óriási tekercsek, és nem kell őket feleslegesen irreálisan nagy terhelhetőségre felkészíteni. A 100W-ból töredék, kevesebb mint 1W jutott a magashangszórókra minden mintánál. (Persze, ha jön a klippelésből eredő torz négyszögjel, az többnyire a kényesebb, kisebb tekercsű magas- és középhangszórókkal végez gyorsabban)

UPDATE: 2016.12.13. Közben némi szabadidőm lévén készítettem C nyelven egy számolót, mely a 10s-os időállandót nem egy 10 mp-es blokk átlagaként számolja, hanem folytonos függvényt hoz létre a cséve hőmérsékletváltozásával analóg, az egytárolós jelátviteli elem (PT1) karakterisztikájának megfelelően. Igen látványos eredményt sikerült produkálni vele: A képen a négyszög, a szinusz, és a háromszög alapjelek úgymond Long Term Power féle hosszú idejű termikus terhelését mutatja. Itt most azt is látjuk, hogy alaphelyzetből nem azonnal érjük el a hosszúidejű átlagot, hanem van egy szép felfutási görbéje, mely a PT1 átmeneti függvényének megfelelően T időállandónál (azaz 10s-nál) eléri a következő állandósult állapot 63%-át. Az alapjelek 2 perc idejűek, de a szinusz jelet további két perc nullajellel kiegészítettem, így ezen a szakaszon a függvény visszafutását is láthatjuk (azt, hogy a cséve hogy veszíti el a hőt). Az alapjeleken kívül két zenei mintát is felvettem a grafikonba; a korábban már szereplő Dj Shog trance zeneszámot és a Youtube-ról ismert Bass I love you bassztesz zenei anyagot. És ami a meglepő, az a szintek közti különbségek! A zenei minták mélyen a négyszög terhelési szintje alatt, 10-20-szeresen alatta húzódnak! Na ez a nem mindegy! Másfelöl a Bass I love you anyag esetében az ember azt feltételezné, hogy ez odaken a rendszernek, megterheli rendesen, de igazából kevésbé terhel, mint Dj Shog trance száma: (Más kérdés, hogy mechanikailag viszont az erőteljes 10,20Hz-es komponensei hamar túlterhelnek egyes erre kényes -pl reflex- hangsugárzókat. Tipikusan az a hanganyag, amivel mechanikailag szét tudsz verni egy hangszórót úgy, hogy a cséve még talán langyosra se melegszik tőle)

UPDATE2: Időközben felkerült és letölthető a progi. Betettem a zip-be néhány zeneszám kimeneti eredményét is, és két érdekességre mindjárt rá is mutatnák: Az egyik a Metallica - Nothing Else Matters című szám, mely annak ellenére, hogy metál zene és üvöltve éneklik a refrénjét, meglepően alacsony terhelést jelent a maga 8.03W long term értékével. A másik érdekes zeneszám Péterfy Bori - Hajolj bele a hajamba, mely viszont pont ellenkezőleg; meglepően magas terhelést produkál, különösen a nóta végén. A szerzők nagy előszeretettel használnak torzító effektust, még az énekhangon is, ami amúgy tényleg marha jól szól. Azonban a sok torzítás crest-faktor csökkentő és teljesítménynövelő következménye jól látszik a mérésen is, a zeneszám vége csúcsban alig emelkedik egy kicsit (talán ha 1dB-t) azonban a long term terhelés határozottan egyre felfelé tart, és meg sem áll 30 Wattig! Itt most nem az a pláne, hogy megjelenik benne a torzító, hanem hogy sok hangszeren, énekhangon, szinte majdnem mindenen. A metál és rock zenékben is sok a torzító, de csak a gitáron. A teljes zenei anyag így összességében nem feltétlenül lesz alacsony crest-faktorú, de pl. próbán, fellépésen a gitárkombó előfordul, hogy túlterhelődik. (Láttam régen egy Youtube videót, ahol egy zenekar fellépése közben a gitártorzító bekapcsolása után pár másodperccel szép gyűrűalakú füstöt pöffentett ki a kombó, miközben elnémult a gitár a zenében, de sajnos nem találom...)

Mi történik, amikor zenével túlvezéreljük az erősítőt?

Azt már korábban láttuk, hogy egy szinusz jel túlvezérlésekor hogyan esik a csúcstényező és nő a jel teljesítmény-tartalma. A következőkben az imént vizsgált konkrét zenei minték túlvezérlését vizsgáljuk meg. Itt most nincs értelme konkrét THD értéket megadni, mivel nen harmonikus jelről van szó, így a táblázat csak a túlvezérlés nagyságát, ennek hatására létrejövő RMS kimenőteljesítményt, és a klippeléstől megváltozott csúcstényezőt mutatja

The MiracelsRihanna (refrén)Rihanna (versszak)dj Shog
AOverPRMSCFPRMSCFPRMSCFPRMSCF
0 dB3.26 W17.9 dB22.59 W9.5 dB13.99 W11.6 dB23.56 W9.3 dB
1 dB4.10 W16.9 dB27.93 W8.5 dB17.26 W10.6 dB29.46 W8.3 dB
2 dB5.17 W15.9 dB33.94 W7.7 dB20.85 W9.8 dB36.42 W7.4 dB
3 dB6.50 W14.9 dB40.76 W6.9 dB24.90 W9.0 dB44.33 W6.5 dB
4 dB8.17 W13.9 dB48.36 W6.2 dB29.46 W8.3 dB52.98 W5.8 dB
6 dB12.80 W11.9 dB65.57 W4.8 dB40.28 W7.0 dB71.69 W4.5 dB
8 dB19.63 W10.1 dB84.39 W3.7 dB53.48 W5.7 dB90.88 W3.4 dB
10 dB29.14 W8.4 dB103.05 W2.9 dB68.69 W4.6 dB109.06 W2.6 dB
12 dB41.40 W6.8 dB120.20 W2.2 dB85.05 W3.7 dB125.32 W2.0 dB
16 dB72.00 W4.4 dB147.74 W1.3 dB116.60 W2.3 dB151.05 W1.2 dB
20 dB104.57 W2.8 dB 166.52 W0.8 dB 142.73 W1.5 dB 168.61 W0.7 dB

A táblázat adatit előállító SciLab szkript: cfoverMusic.sce

A táblázat első adatsora ugyanazt mutatja, mint amit az előző táblázatban is láttunk, a többi sor egészen 20dB-ig mutatja a túlvezérlés különböző szintjeinél a kimenőjel RMS teljesítményét (100W-os erősítőn) és a klippelő jel megváltozott csúcstényezőjét (CF). Ami szembetűnő, hogy a klippelés határát elhagyva tovább nővelve a jelszintet, majdnem olyan ütemben nő tovább az RMS teljesítmény, mintha egy nagyobb teljesítményű erősítővel csinálnánk ugyanezt, még a klippelési határ alatt. Pl a +3dB túlvezérlésnél majdnem megvan a kétszeres, a +6dB-nél igaz nincs meg a négyszeres, de egy háromszoros teljesítmény megvan. Ez azért történhet meg, mert a jel sűrűje alacsony amplitúdószinten van, és csak a zenei csúcsoknál emelkedik meg a csúcsérték közelébe. Ezek a csúcsok lesznek megvágva, miközben a zene sűrűje még a klippelés határa alatt marad, így nem is torzul hallhatóan a hang. Pontosan ez az a torzítás, amit nem is olyan könnyű meghallani, mivel inkább csak komprimáltabbnak tűnik, mintsem grízes torznak. Amikor már grízesedik a hang, akkor már valójában nagyon torz, és nagyon nagy a túlvezérlés, az eredeti csúcstényezőtől függően 6-10dB feletti túlvezérléskor kezd hallható lenni. (kb. amikor a megváltozott csúcstényező 6dB alá esik)

Érdemes próbálgatni ezt, pl. az Audacity programmal megnyitni egy mp3 számot, és az Effekt/Erősítés menüponttal túlvezéreltetni 6-8-10 stb dB-nyit, majd lejátszani, hogy milyennek halljuk. (Persze szigorúan kis hangerővel, azzal nem okozunk még kárt az audio rendszerünkben!)

Ami amúgy még érdekes, hogy kb 3-4dB túlvezérléstől minden minta még az IEC szerinti specifikáción belül marad, ami itt most 50W szélessávú terhelhetőség. Ezért egy kicsit azért túl lehet vezérelni az erősítőt, vagyis ha csak éppen bepislákol a clipp LED néha-néha, abból nagy baj még nem lesz.

Összefoglalva

Végül a fentiek ismeretében vezessük végig, miért is baromság a bevezetőben írt „ökölszabály”?

Van egy szinuszban 100W-os erősítőnk. Ez képes négyszögjellel vezérelve 200W átlagteljesítményt is leadni. Van egy 100W IEC 268-5 névleges terhelhetőségű hangszórónk. Ez a fentiek értelmében 50W átlagteljesítményt képes kezelni szélessávú jellel, keskenysávú jellel (szinusz) csupán 25-30W átlagteljesítményt. Zenével hajtva nem jut rá több 20-23W-nál szélessávban, amiből ugye 50-ig terhelhető. Tehát zenével igen csak túlterhelhető a hangsugárzó. (Több, mint kétszeresen!) Mire megyünk 20-50%-okkal, mikor csak a műsorjelek átlagos teljesítményértékei között simán többszörös különbségek vannak? Egyáltalán mit ér +50%, ha +100%-os kimenőteljesítményt képes produkálni bármelyik végfok? Bár most már tudjuk, nemezen áll a dolog igazi lényege, de már ezzel is megbuktatható maga az állítás. Igazából egy teljes kivezérlésű szinuszjellel is többszörösen túlterheljük a hangszórót, nem kell ehhez klippelés. Akár egy szinuszjeles mérés is végzetes lehet, szinusszal legfeljebb a névleges terhelhetőség negyedéig terheljük a hangszórót! (Ez magas- és középhangszóróra már nem vonatkozik, azokat legfeljebb néhány wattig szabad csak terhelni szinusszal!)

Természetesen felmerülhet a kérdés, hogy mi van akkor, amikor elfogy a hangszóró kitérése? Nos hát ez jogos kérdés, csak hogy éppen a cséve melegedéséhez nem sok köze van. (leszámítva, hogy ventilációt okoz, ami csak a javunkra válik) A kitérés nem az RMS szinttől függ, hanem a csúcstól. Normális (rendeltetésszerű) magas crest-faktorú jellel a túlterhelt hangszóró legfeljebb mechanikailag sérül, de nem ég le! Ugyanakkor ez a határ könnyen észlelhető használat közben, a mechanikai erőlködés (kompresszió, mechanikai/akusztikai torzítások, végső stádiumban felütköző lengőrendszer) jól hallható. Ha meg valaki ilyenkor is csak felfelé tudja tekerni a hangerőt ahelyett, hogy visszavenné, az vessen magára...

Mikor túlterhelhetetlen a hangsugárzó?

Most próbáljunk igazolást állítani a bevezetőben idézett ökölszabályra: mekkora erősítőt használhatunk a 100W névleges terhelhetőségű hangszóróhoz, hogy biztos ne tudjuk tönkretenni? A hangszóró keskenysávban kb 25-30W-ig terhelhető (szinuszjellel) Ez 25-30W-os szinuszos kimenőteljesítményű erősítőt jelentene, azonban ekkor csak szinuszjellel lesz túlterhelhetetlen. Ha azt nézzük, hogy ez az erősítő is vezérelhető négyszögjellel (torzításba is vezérelhető), és úgy 50-60W is kijön belőle, akkor oda jutunk, ahonnan indultunk, vagyis ezt is le kell felezni! 12-15W-os erősítővel talán már nem fog elfüstölni a 100W-os hangszórónk semmilyen extrém meghajtás mellett sem. Azonban gondolkodjunk el egy kicsit: azért használjak 12W-os (vagy kisebb) erősítőt, hogy négyszögjelbiztos legyen a rendszerem? Pedig zenével kényelmesen rá lehet bízni 100W-ot, sőt még többet is! Még érdekesebb, ha 100W erősítőhöz keresünk hasonló szemlélet mellett hangszórót: 800W alatt ne is próbálkozzunk... (és akkor most is mondhatnánk, hogy az pedig már akár 800-1000W-nyi zenével is elbírna...) Magashangszóróknál is ez a jellemző, bár azokat hangszínszabályzóval valóban meg lehet ölni torzításmentes jellel is. Egy 12dB-es magasemelés 16-szoros teljesítményerősítés, a 20dB (régi hifi-k) már 100-szoros! És itt az erősítő sokkal nagyobb jelet ad -csúcsban és RMS-ben egyaránt-, mint amit a hangszóró elviselne. Ez ellen úgy védekezhetünk, hogy ésszel használjuk hangszínszabályzót, vagy sehogy. Mellesleg ilyenkor miért nem mondják, az ökölszabály megszállottjai, hogy mi van olyankor, ha a szinuszban csak néhány wattos magashangszórónak 100W-nyi szín tiszta szinuszjelet tálalunk? Mennyi az a biztonságos túlméretezés, ami a nagyságrendekkel kisebb RMS terhelhetőségű magashangszórót megvédi attól az erősítőtől, ami magas frekvenciákon ugyan azt a teljesítményt és amplitúdót tudja szolgáltatni, mint a mély hangoknál? Magashangszórókkal is rendelkező többutas hangsugárzók esetén már nem igaz az előbbi számszerű gondolatmenet, ebben az esetben azt lehet mondani, hogy kb 1-2W-os erősítővel lesz túlterhelhetetlen a hangsugárzónk. Igaz, ez a váltótól és a magastartomány L-pad-el történő csillapításától is nagyban függ. És milyen ironikus, gyakran pont a kisebb terhelhetőségű hangsugárzó magashangszórója lesz jobban terhelhető! Ugyanis egy kisebb méretű mélyközéppel rendelkező dobozban gyakran kisebb az átlagérzékenység is, ezért többet kell csillapítani a magashangszóró jeléből. Van, hogy a váltási frekvencia is magasabb, mert a kis kónuszátmérőjű mélyközép magasabbra is fel tud menni jó hangminőségben. Na akkor hogy van ez most? Gyakorlatilag értelmes határokon belül nincs olyan, hogy a hangszóró túlterhelhetetlen! Minden erősítővel lehet lengőtekercset égetni, mindez csak a kezelő személyén múlik.

Konklúzió

Nagyon fontos tanulság, hogy mindig a mechanikai határ legyen előbb elérve, miközben még van elektromos tartalék, és torzításmentes a villamos jel! Ez kizárólag valamivel nagyobb, 30-50%-al (de lehet kicsit több is) erősítő alkalmazásakor lehetséges csak. Ilyenkor van a legnagyobb biztonságban a hangszóró és a legkisebb az esély a termikus meghibásodásra. Figyelni kell azonban a mechanikaira. A kitérést látjuk/halljuk, de a cséve hőmérsékletét nem!

A mítosz szerint javasolt 20-50%-os hangsugárzó túlméretezés azt jelenti, hogy 66-83%-ban alulméretezett az erősítő. Ez a lehető legrosszabb eset, ugyanis itt jó eséllyel nem fogjuk elérni a hangszóró mechanikai korlátait, és ez csak egy hajszálon fog múlni. Ezzel a legnagyobb RMS terhelést tudjuk rázúdítani a hangszóróra úgy, hogy nem látjuk túlhajtás jelét a mechanikai viselkedésén. Ennél is kisebb teljesítményű erősítővel egy kicsit javul ugyan a helyzet, de alapjaiban nem változik: Termikus határ átlépése mechanikai előjelek nélkül. Ilyenkor csak annyi a különbség, hogy nagyobb torzítási szint elérésekor következik be a túlterhelés. Ez sem ajánlott! Természetesen gyakorlott hifista észreveszi, ha torz a villamos jel (feltéve, hogy még elég józan a bulin ehhez), de átlagfelhasználó nem biztos hogy idejében. Viszont a tapasztaltabb is könnyebben és biztosabban észleli a mechanikai túlterhelést, mint a villamos jel torzítását.

A hangszórók, hangsugárzók helyes használata

Eszetlen EQ-zás, hangszínszabályozás nélkül addig tekerjük a hangerőt, amíg a hangszóró mechanikailag nem erőlködik. Ilyen egyszerű. Közben persze figyelni kell, hogy a villamos jel ne legyen torz, ehhez kell a kellően nagy kimenőteljesítményű erősítő, ami nyugodtan lehet a hangszóró névleges terhelhetőségének akár 1,5-2-szerese is, de legalább 1,2-1,5-szerese. Azt kell biztosítani, hogy amikor elfogy a hangszóró (mechanikailag) akkor az erősítőben még legyen tartalék, ne torzítson. Torzításba vezérléskor ugyanis a jel RMS értéke ill átlagos teljesítménytartalma nagyobb meredekséggel növekszik, mint azt gondolnánk! Nem arányos a hangerőszabályzó forgatásával, vagy a fülünk által érzékelt torzítással.

Összetettebb, több komponensből álló (lejátszó, mikrofonok, keverő, végfokozat) hangrendszer esetén feltétlenül figyelni kell arra is, hogy valamelyik végfok előtti fokozat se legyen túlvezérelve, pl. a keverőnél ez nagyon könnyen megeshet, de egyes számítógépek hangkártyáinál is van, hogy ha minden csúszka teljesen fel van tolva, akkor torz, túlvezérelt jel jön ki a számítógépből. Mikrofonok gerjedéséből fakadó néhány kHz-es erős szinuszjel is káros lehet, különösen, ha ez már a magashangszóró tartományába esik!

Védőáramkörök

Végül megemlíteném, hogy vannak különféle hangszóró/hangsugárzó védő áramkörök. Ezek sem csodaszerek, de javíthatók vele az esélyek. A clip LED jelzi, ha az erősítő klippel, de nem avatkozik be. (ez a kezelőre vár) A limiter be is avatkozik, de ez is csak csúcsjelet detektál, nem RMS-t. Ez azt jelenti, hogy ha a végerősítő előtt történik a torzítás, crest-faktor esés, az ellen nem védi meg a hangsugárzót. Ráadásul nem tesznek különbséget mély-közép-magas szekció között, nem veszik figyelembe, hogy a magashangszórók kisebb RMS terhelést bírnak. Hangsugárzókba épített védelmek sem mindig úgy működnek, ahogy kell. De akármilyen primitívek is, néha leváltanak, és megakadályozzák a bajt, de nem védenek minden bajtól, nem lehet maradéktalanul csak a védelemre hagyatkozni!

Az irodalomjegyzékben is szereplő BEAG-féle túlterhelésvédő áramkör azonban egy igen jó konstrukció, csak sajnos az alkalmazott TI40 közvetett fűtésű termisztor (mely a lelke) már nem kapható, de hasonló alkatrész sem. Ez az áramkör nagyon átgondoltan működik, nem csúcs, hanem átlagos teljesítményt mér, és a lengőtekercs termikus időállandójával összhangban magas időállandóval átlagol. Figyelembe veszi azt is, hogy a magashangszóró kisebb terhelést bír. Szöget ütött a fejembe ez a megoldás, az alapötletet felhasználva készíthető olyan védőáramkör, mely a hangsugárzó doboza helyett a végfokban (vagy külön dobozban) kapna helyet, és a TI40 termisztor funkcióját (lényegében az átlagteljesítmény nagy időállandós mérését látja el) elektronikus vagy digitális úton lehetne megoldani. (pl. analóg szorzó és egy RC integrátor, vagy PIC-el A/D konverterrel, digitális jelfeldolgozással, ill. ebben az esetben a logikai működés -kijelzések, relé vezérlése- is programozott lenne)

UPDATE:2017.01.30: A mikrovezérlős megoldáson már egy ideje dolgozom, igaz nem PIC, hanem AVR alapon, de egy előzetes verzió már működik itt mellettem...

Hamarosan publikálni is fogom*1, akár a félkész állapotában is. Jelen változat 51kHz-en 9bit felbontásban mintavételez, kicsit overclock módban hajtva az ATmega8 A/D konverterét. (A legnagyobb fejtörést-problémát a mikrovezérlő játék ADC-je okozza, egyszerűen nem is értem, hogy a mai világban, amikor egy 500Ft-os hangkártyát el lehet látni 2x48kHz/16bit vagy sokszor még jobb konverterekkel, akkor mit keres egy mikrovezérlőben egy ilyen őskövület áramkör?) A végleges verzió terveim szerint egy jobb külső ADC-t fog tartalmazni és időmultiplexeléssel 2 vagy 4 csatornát fog egyidejűleg mérni. (A mikrovezérlő számítási kapacitása kb 4 párhuzamos mérésig terjed 50kHz körüli mintavét mellett, de senki nem mondta, hogy AVR-ből csak egyet szabad felhasználni...) A kijelzés LCD kijelzőn történik, a csúcsértéket 10 mp csúcstartással jelzi, a Long Term Power hosszú idejű átlagolást pedig egy valósidejű szoftveres IIR szűrő számolja, 10s időállandójú PT1 aluláteresztő karakterisztikájú analóg elemet utánozva. Még lesz benne crest-faktor kijelzés, és talán valamilyen szabály szerinti beavatkozó védelem is. (pl. hangsugárzót leválasztó relé, vagy végfok bemenőjelét leszabályzó limiter) A bemenőjelet a végfok kimenetéről fogja kapni (feszültségosztás és védődiódák közbeiktatásával), de lényegében bármilyen illesztés megvalósítható. A szoftver teljes egészében assembly kód, a mintavételezés, abszolútértékképző, négyzetszorzó, az IIR szűrő, és a decimális ASCII átkódolás is. A crest-faktor számításhoz se fogok C-t használni, osztórutin így is kellett bele, a log10 függvényt meg táblázatból fogja kiolvasni. A jelenlegi V0.2-es forráskód itt tölthető le, akit esetleg már most érdekel. (Megj.: a képen már egy fejlettebb vátozat látható, a letölthetőben még nincs zeroblanking a decimális kijelzésnél)

*1 Publikálva AVR-es blogomban: LINK

Egy alternatív ökölszabály

Számok helyett talán a leghasznosabb szabály az, hogy észnél legyen a berendezés kezelője, és érzékkel kezelje a technikát. Ha ez megvan, akkor már szinte teljesen mindegy is, hogy történetesen a hangsugárzó a nagyobb terhelhetőségű, vagy a végfokozat kimenőteljesítménye a nagyobb. Ha statisztikát készítenénk azokról az esetekről, amikor meghibásodott a hangszóró, akkor ez sokkal inkább hangtechnika kezelésére alkalmatlan személyeket hozna ki eredményül, mint ilyen, vagy olyan teljesítmény-terhelhetőség viszonyokat. A helyes ökölszabály ez lehetne: olyan ember kezelje a technikát, aki alkalmas is erre a feladatra, aki pedig nem, az a közelébe se menjen!

Nekem volt olyan gyerekkori ismerősöm, aki még akkor is felfelé tekerte a hangerőt a 2x15W-os Tesla lemezjátszóján, mikor a torzítástól már felismerhetetlen volt a nóta. Büszkén mutogatta is, hogy 60-80W terhelhetőségű VT és Orion hangsugárzóban hány csévét égetett el vele. Eközben nálam soha és azóta se égett meg egyetlen cséve sem, pedig nálam nagyon sokszor volt, hogy 3-4-szeresen is eltért a két adat vagy az egyik, vagy a másik irányba. És ha kellett, én is a maximumon járattam a rendszert, már ami érzésből a maximum, és nem a hangerőszabályzó állásából következik.

De ami a legjobb ajánlás, az az, hogy a hangrendszer (végfok(ok) és hangsugárzók) legyen túlméretezve az igényeken, hogy semmit ne kelljen csúcson járatni! Egy gyakorlott hangosító, DJ is előbb felméri a helyszínt, ahol dolgoznia kell, és ennek megfelelően dönti el, hogy mit visz magával, mire lesz szüksége úgy, hogy kb 50% kivezérlés mellett (ez 25% teljesítmény) teljesíteni tudja a hangosítási feladatot. És semmi nem lesz túlhajtva, semmi nem erőlködik, melegszik, nem növeli indokolatlanul a meghibásodás valószínüségét (nem nyúzza a felszerelését) stb. Vagy ha már úgy alakult, hogy azzal hangoskosunk, amink van, akkor se kell feltétlen nyélen hajtani a rendszert. Ha meg így kevés, akkor fejleszteni/cserélni kell.

Irodalom:

  1. Crest Factor - Wikipedia
  2. THE LOUDSPEAKER SPEC SHEET GAME - 2005 Revision by Jon M. Risch, Senior Project Engineer, Peavey Electronics Corporation
  3. The Nuances Of Crest Factor - Pat Brown, prosoundweb.com
  4. Túlterhelés védő és kijelző áramkör, különösen hangsugárzókhoz - szabadalmi leírás (164736) - Huszty Dénes, Seszták Emil (BEAG) - Letöltés:164736.pdf
  5. Root_mean_square - Wikipedia
  6. Total harmonic distortion - Wikipedia
  7. Váltakozó áram - Wikipédia