A hangdobozok működésének alapelve
Hány utas hangdobozt építsünk szobai használatra?
A hangváltó
A hangdobozok két alapvető típusa
A hangszóró működése
A hangszóró polaritása
A hangszórók legfontosabb paraméterei
Frekvencia-hangnyomás diagram
Érzékenység/dobozméret/mély hang kompromisszum
Érzékenység, hangnyomás, teljesítmény
Milyen hangszórót válasszunk?
Fontosabb követelmények kétutas hangdoboz esetén
Néhány hangszórótípus áttekintése
Tesla ARN-150-03/8 és SAL (Somogyi) DTF 12
SAL DTF 10
SAL SBX 1620 BK és SBX 1320 BK
Peerless XT25BG60-04 ring radiator
Dayton Audio RST28F-4 dómsugárzó
SB Acoustics SB29RDC-C000-4 ring magassugárzó
SB Acoustics SB17NBAC35-8
Dayton Audio RS150P-4A
SB Acoustics SB16PFCR25-4
MarkAudio CHN 110
Hangdoboz tervezése
A hangváltó megvalósítása
Alkatrészek
Azonos impedanciájú hangszórók esete
Zobel korrekció
A keresztezési frekvencia megválasztása
A hangszórók eltérő érzékenysége miatti korrekció
Teendők eltérő hangszóró-impedancia esetén
Egyutas hangdoboz készítése
MarkAudio CHN 110
Diffrakciókiegyenlítés
A zenehallgatásról
iFi Audio Zen Air DAC
Halk zenehallgatás
A HiFi hangzásról
Hogyan kerüljük el a kudarcot?
Népszerű dolog az emberek körében a hangdobozépítés. Ez azonban ingoványos terület, nagyon sokszor kudarc kíséri. Írásom azért született, hogy némileg segítsek elkerülni a kudarcot, és megmutassam azt, hogy hogyan készíthetünk magunknak otthoni, például egy lakótelepi lakás nappalijában (20-25 négyzetméter) történő zenehallgatáshoz viszonylag egyszerűen, jól szóló hangdobozt. Ez nem mindenre kiterjedő írás szeretne lenni, hanem azt a részt szeretném leginkább kiemelni, amely lehetővé teszi ezt. Az alapfogalmakról, a doboztervezésről, a dobozépítésről csak néhány mondatban szólok, mert az interneten bőven találhatunk információt.
Kétféle hangdobozról írok. az egyik kétutas (magas- és mélysugárzót is tartalmazó), a másik egyutas, amely csak egy széles sávú hangszórót tartalmaz. A kétféle doboz egymástól eltérő, de mindkettő jól szólhat.
A kétutas hangdoboznál a kudarc leginkább a hangváltó elkészítésekor szokott bekövetkezni. Elmondom, hogy milyen hangdobozt tudunk otthon (esetleg kezdőként is) megvalósítani, illetve milyen hangváltót készítsünk hozzá, amit úgy meg tudunk házilagos eszközökkel valósítani, hogy eredményül nagyszerűen szóló hangdobozt kaphatunk (ha jól csináltunk mindent). Itt nem egy konkrét hangdoboz komplett leírását találja az Olvasó, hanem elmondom, hogy milyen hangdoboztípust készítsünk, milyen szempontok szerint kell megtervezni az ismertetett hangdobozt, milyen hangváltót készítsünk hozzá, hogyan válasszuk ki a hangszórókat, hogyan számoljuk ki a hangváltó egyes elemeinek értékét, hogyan valósítsuk meg a hangváltót, hogyan állítsuk be (hangoljuk) a hangváltót. Mindezt a kudarc valószínű elkerülésével, nagyobb felszereltség nélkül. Természetesen magát a dobozt meg kell tudnunk csinálni, de a hangváltóhoz csak forrasztási lehetőségre van szükségünk, még egy multiméter sem feltétlenül szükséges. A kudarc elkerülése szempontjából fontos, hogy ne vállaljuk túl magunkat. A következő lépésekre lesz szükség:
1. A megfelelő hangszórók kiválasztása, doboztervezés
2. A doboz tervének finomítása, a doboz megépítése
3. A hangváltó elemeinek számítása, a hangváltó megépítése
4. A magassugárzó hangerejének beállítása
Egyutas hangdoboznál csak az első két lépést kell megtenni, ezért annak elkészítése egyszerűbb, olcsóbb. Az egyutas hangdobozokról a kétutas után szólok. Amit a kétutas hangdoboz mélysugárzójáról (mélyközép hangszóró) írok a továbbiakban, annak nagy része igaz az egyutas hangdobozba szánt széles sávú hangszórókra is. Talán csak annyi eltérést kell figyelembe venni, hogy a széles sávú hangszórónak a teljes hallható frekvenciatartományt kell lesugároznia, minél laposabb frekvenciamenettel.
Az írás végén röviden írok egyéb témákról is.
A hangdobozok működésének alapelve
Az emberi fül 20 Hz és 20 kHz közötti frekvenciájú hangok érzékelésére képes. A zenei alaphangok 20 Hz-től körülbelül 4000 Hz-ig terjednek, azonban megjelennek az alaphangok többszörösei (úgynevezett felharmonikusai) is, amelyek hozzájárulnak a hang hangszínének, finomságának, árnyalatainak érzékeléséhez, tehát ezeket is meg kell szólaltatnia a hangdoboznak.
Készíthető egy hangszóróval is hangdoboz, amikor egy széles sávú hangszóró a teljes hallható tartományban sugároz. Ekkor csak egy jól megtervezett dobozra, és megfelelő széles sávú hangszóróra lesz szükségünk. Megfontolandó lehet az egyutas hangdoboz elkészítése. Sokan kedvelik ezt, sőt vannak, akik jobbnak tartják a többutasnál.
Több hangszóró esetén az ember által hallható frekvenciatartományt több tartományra osztják, mert egy hangszóró egy kisebb frekvenciatartományt jobb minőségben képes megszólaltatni, ezért a hangdobozok több hangszórót tartalmazhatnak. A nagyobb hangszórók az alacsonyabb frekvenciájú hangok átvitelére alkalmasabbak, a kisebb hangszórók a magasabb hangok átvitelére szolgálnak. Több hangszóró esetén az általunk tárgyalt, passzív hangdobozok tartalmaznak egy hangváltót, amelynek az a szerepe, hogy a teljes hangfrekvenciás tartományt több részre válassza szét úgy, hogy mindegyik hangszóróra csak olyan frekvenciatartományt engedjen, amelynek lesugárzására az képes. A hangváltó szűrőket tartalmaz, amelyek megvalósítják a hangfrekvenciás tartomány több tartományra történő szétválasztását. Egy magassugárzó nem képes a mély hangok (pl. a basszusgitár hangjának) visszaadására, sőt ha azt kellő intenzitással ráengedjük, akkor tönkremegy (leég a tekercse), ezért a mély hangokat távol kell tartani tőle. A hangváltó feladata megoldani azt, hogy a magas sugárzóra ne juthassanak nagy amplitúdójú (nagy "erősségű") mély hangok, és ehhez hasonlóan a mélysugárzótól is távol kell tartani a magas frekvenciákat.
A fenti (idealizált) ábrán láthatunk egy két hangszórót tartalmazó (kétutas) hangdoboz hangváltójának elektromos frekvenciamenetét. A zöld vonal ábrázolja a mélysugárzóra jutó jelet, amely 1000 Hz-től csökkenni kezd, és a frekvencia növekedésével egyre inkább csökken. A kék vonal mutatja a magassugárzóra jutó jel nagyságát a frekvencia függvényében, amely a frekvencia növekedésével egyre növekszik. A két görbe 5000 Hz-nél keresztezi egymást, ezt a frekvenciát nevezzük keresztezési frekvenciának. Ezen a frekvencián elvileg mindkét hangszóróra ugyanakkora jel jut. Láthatjuk, hogy a mélysugárzó a keresztezési frekvencia felett is sugároz, bár egyre inkább csökkenő intenzitással, és ehhez hasonlóan a magassugárzó is sugároz a keresztezési frekvenciánál alacsonyabb frekvenciákon is. A piros görbe a két hangszóróra jutó elektromos jel eredő frekvenciamenetét mutatja, amely elvileg egyenes lesz.
Ebben az írásban passzív elemeket, vagyis ellenállásokat, kondenzátorokat, és induktivitásokat tartalmazó passzív hangváltóról lesz szó.
A hang a levegő rezgése. A levegőt valamilyen hangkeltő eszköz megrezegteti, amelynek eredménye a levegőnek a rezegtetés frekvenciája szerinti nyomásingadozása, amelynek jellemző értéke az úgynevezett hangnyomás. A nyomásingadozás megrezegteti a dobhártyánkat, ezáltal érzékelni fogjuk a hangot. A hangnyomás azt mondja meg, hogy az adott rezgés milyen nagyságú "átlagos" hangnyomásváltozást képes létrehozni egy adott helyen. Ha nagyobb a hangnyomás, akkor hangosabbnak érzékeljük a hangot. Fülünk karakterisztikája nem lineáris, azaz kétszer nagyobb hangnyomást nem kétszer olyan hangosnak érzékelünk, hanem csak egy kicsivel hangosabbnak. Fülünk karakterisztikája logaritmikus. A logaritmikus karakterisztika miatt vezették be a decibel (dB) mértékegységet.
A decibel többfajta célra használatos logaritmikus mértékegység. A decibelt alapvetően mennyiségek eltéréseinek (különbségeinek) kifejezésére használjuk például az akusztikában és az elektronikában. Tehát "relatív" mértékegység, viszonyszámot eredményez. Azonban a hangnyomás abszolút értékét is így fejezzük ki. Bizonyos módon definiálták a hallásküszöböt 0 dB-nek, és ehhez képest határozták meg, hogy például egy porszívó 1 m-ről körülbelül 80 dB hangnyomást kelt. Lényegében itt is a definiált hallásküszöbhöz képesti relatív értékekről van szó. Ehhez hasonlóan az elektronikában is alkalmazzuk, amikor például bizonyos feszültségszintek vagy teljesítményszintek eltéréseiről beszélünk. Például egy hangszóró frekvencia-hangnyomás diagramját nézve azt mondjuk, hogy a hangszóró frekvenciamenete 2000 Hz és 8000 Hz között +/-3 dB-en belül egyenes. Ez azt jelenti, hogy a 2000-8000 Hz tartományban a grafikon legmagasabb és legalacsonyabb pontja között legfeljebb 6 dB az eltérés. Vagy a hangváltóban lévő szűrő frekvenciamenetét nézve láthatjuk, hogy milyen meredekséggel csökken az elektromos jel szintje decibel/oktávban kifejezve.
Hány utas hangdobozt építsünk szobai használatra?
Ha ránézünk egy több hangszórót tartalmazó hangdobozra, akkor a legtöbb esetben az annyi "utas", amennyi egymástól különböző hangszóró található benne. Más szóval a hangdoboz annyi "utas", ahány sávra bontjuk a teljes hangfrekvenciás tartományt a hangváltóval.
A fenti ábrán a Spendor Classic 2/3 hangdoboz előlapját láthatjuk. Felül látható a dóm magassugárzó, alatta a nagy (21 cm átmérőjű) hangszóró a mélysugárzó, legalul pedig a reflexnyílás található. Tehát ez egy basszusreflex működési elvű doboz. Megállapíthatjuk, hogy ez a hangdoboz kétutas, mert két különböző hangszóró található benne, és a hangváltó által két részre van bontva a teljes hangfrekvenciás tartomány: mélyebb hangokra és magasabb hangokra.
Egy kétutas hangdoboz nagyszerűen szólhat. Ezt annál is inkább le merem írni, mert például anno a HiFi magazin referencia (legjobban szóló, etalonnak tekintett) hangdoboza egy kétutas Spendor volt.
Úgy gondolom, hogy házilag, (főleg kezdőként) nem szabad belebonyolódni a kettőnél több utas hangdoboz megvalósításába, illetve egyszerű módon csak kétutas vagy egyutas hangdoboz valósítható meg, ezért írásomban is ezekkel foglalkozom.
A hangváltó
Kétutas hangdobozunk egyik központi eleme a hangváltó. Egy olyan ismert, azonban eléggé elfeledett hangváltóról írok, amely megteremti annak lehetőségét, hogy egyszerű eszközökkel nagyon jól szóló hangdobozt készíthessünk. Kétutas, soros kapcsolású, elsőfokú szűrőt tartalmazó hangváltóról van szó. Ha a három kitétel ("kétutas", "soros", "elsőfokú") bármelyikét megváltoztatjuk (a kétutast persze nem egyutasra, hanem háromutasra változtatjuk), elbúcsúzhatunk az egyszerűen megvalósítható hangdoboztól, mert csak ilyet tudunk úgy elkészíteni, hogy az nagy biztonsággal jól is fog működni, és problémamentes lesz. A kétutas, párhuzamos kapcsolású, elsőfokú szűrőt tartalmazó hangváltó a végeredményt tekintve hasonlóan jó lehet. A különbség az, hogy amíg a soros hangváltós hangdobozt meg tudjuk csinálni akár mérési lehetőség nélkül is, addig párhuzamos hangváltó esetén ez nem lehetséges. A soros kapcsolás csak elsőfokú hangváltónak alkalmas úgy, hogy azt problémamentesen meg lehessen építeni. Másodfokúnak nem alkalmas, mert az nagyon érzékeny lenne minden változtatásra, és emiatt nem tartható kézben. A megfelelő hangszórókkal, jól megtervezett és kivitelezett dobozban az elsőfokú, soros hangváltóval elkészített doboz meglepően jól szólhat.
A soros kapcsolású, elsőfokú szűrőt tartalmazó, kétutas hangváltóról például John Broskie "Series Vs Parallel Crossovers" (A soros és a párhuzamos hangváltók összehasonlítása) című írásában olvashatunk itt:
https://www.tubecad.com/2017/11/blog0402.htm
vagy például Rod Elliott "6dB/ Octave Passive Crossovers" ( 6 dB/oktáv meredekségű passzív hangváltók) címmel megjelent írásában, amely az alábbi linken található:
https://sound-au.com/articles/6db-xover.htm
John Broskie arról ír, hogy "Körülbelül 30 évvel ezelőtt ismertem egy stanfordi PhD-s villamosmérnököt, akinek doktori disszertációja az elektronikus szűrőkről szólt; nyugdíjba vonult a Hewlett Packardtól, és hangváltókkal kezdett el foglalkozni. Elmondta, hogy évekig tartó elemzés és kísérletezés után megállapította, hogy egyetlen hangváltó – akármennyire kidolgozott és bonyolult volt – sem tudta legyőzni az egyszerű, soros, elsőfokú hangváltót."
Rod Elliott pedig arról ír, hogy kétutas rendszerben, amennyiben elegendő a csatornánkénti legfeljebb 30 W teljesítmény, akkor ne a szokásos másodfokú (12 dB/oktáv) párhuzamos hangváltót alkalmazzuk, mert sokkal jobb az elsőfokú (6 dB-oktáv) soros hangváltó. Tehát ezt a hangváltót csak kis teljesítményű rendszerekhez, csak kétutas hangdobozokhoz érdemes elkészíteni. Mi pedig pontosan ilyen hangdobozt szeretnénk készíteni. A soros elsőfokú hangváltó nagy előnye, hogy jelentős mértékben önkorrigáló, az átvitele elektromosan mindig lapos lesz, nem érzékeny a hangszórók impedanciájának változásaira, és a tranziens átvitele a lehető legjobb. A lapos átvitel azt jelenti, hogy az eredő elektromos frekvenciaátvitel gyakorlatilag vízszintes egyenes lesz, mentes a kiemelkedésektől és a beszakadásoktól. A felsorolt tulajdonságai teszik lehetővé, hogy egyszerű módon, nagy biztonsággal készíthessünk jól működő hangváltót.
A fenti ábrán az első-, másod-, illetve harmadfokú szűrővel megvalósított kétutas hangváltó elméleti átvitelét láthatjuk. Bal oldalon a 0 dB-től kiindulva a mélysugárzóra jutó jel nagyságát láthatjuk decibelben, amely már a 400 Hz-es keresztezési frekvencia előtt elkezd csökkenni. Legmeredekebben a harmadfokú szűrőnél csökken, a keresztezési frekvencia felett elég hamar megszűnik a mélyhangszóró sugárzása. Jobbra a magassugárzóra jutó jelet láthatjuk. Harmadfokú szűrőnél a keresztezési frekvencia alatt meredeken csökken a magassugárzóra jutó jel nagysága is. A leglaposabb az elsőfokú szűrő átvitele. Elsőfokú szűrő esetén a keresztezési frekvencia környékén csak 6 dB/oktáv meredekséggel csökken az átvitel, amely azt eredményezi, hogy a magassugárzó jóval a keresztezési frekvencia alatt is sugároz, és a mélyhangszóró jóval afelett is. Tehát a hangszórók széles frekvenciasávban szólnak. Ez az oka a már említett teljesítménykorlátnak is. Emiatt nem mindegy az sem, hogy milyen hangszórókat választunk az elsőfokú szűrőhöz.
Hiába lapos a hangváltó elektromos frekvenciaátvitele, ha a nem elég jó hangszórók miatt az akusztikus átvitel nem lesz jó. Azt is mondhatjuk, hogy a hangszóróknak olyan jóknak kell lenniük, hogy a lapos elektromos frekvenciaátvitel eredményeként akusztikusan is lapos legyen az átvitel. A hangszórók ne (nagyon) rontsák el a hangváltó lapos frekvenciamenetét. A teljesítménykorláton kívül hátránya ennek a hangváltónak, hogy a hangszórókkal szemben nagyobb igényeket támaszt. Nagyon fontos, hogy megfelelő hangszórókat válasszunk.
Azért lesz egyszerűen megvalósítható hangdobozunk, mert a hangváltó biztosítja a lapos elektromos átvitelt, és a hangszórók hibáit, frekvenciamenetét nem fogjuk korrigálni. Ehhez olyan hangszórókat kell választunk, amelyeknek korrekció nélkül is elég jó a frekvenciaátvitele. Ha korrigálnunk kellene, akkor már szó sem lehetne egyszerű hangdobozkészítésről.
Látszólag kis teljesítmény is problémát okozhat a magassugárzónál. Elsőfokú hangváltó és 3000 Hz keresztezési frekvencia esetén, ha a 8 ohmos hangdobozt 50 W-tal hajtjuk meg, akkor a magassugárzóra 300 Hz-es frekvencián nagyjából 0,5 W körüli teljesítmény juthat. Azonban közel sem biztos, hogy a magassugárzó képes ezen a frekvencián ezt a teljesítményt elviselni. Nem erre lett tervezve. Ehhez a hangváltóhoz megfelelő, kellő teljesítményt elviselni képes hangszóró esetén azonban ez egyáltalán nem lesz probléma.
Egy oktávnyi eltérés fele, illetve kétszeres frekvenciát jelent. Például a 3000 Hz-hez képest egy oktávval nagyobb frekvencia 6000 Hz lesz. A 6 dB/oktáv meredekség megfelel 20 dB/dekád meredekségnek, ahol egy dekád eltérés tized akkora, illetve tízszeres frekvenciát jelent. Például a 3000 Hz-hez képest 300 Hz az egy dekáddal kisebb frekvencia.
A mélyközép hangszóró megfelelő kiválasztásával, a teljesítmény (a mélysugárzó membránkitérése) korlátozásával az intermodulációs torzítás megfelelő határok között tartható. Intermodulációs torzításra nagy membránkitérés esetén számíthatunk, és a mélysugárzó széles frekvenciasávban történő működése miatt léphet fel.
Hátránya még a nagyobb irányítottság, ennek is a hangszórók széles frekvenciatartományban történő működése az oka (főleg a magassugárzó). A magassugárzó hangja irányítottabb, mint a mélysugárzóé, és széles frekvenciasávban sugároz, ezáltal szélesebb frekvenciasávban lesz a hang irányítottabb ahhoz képest, mintha a magassugárzó keskenyebb sávban sugározna, azaz nem menne olyan mélyre.
A párhuzamos és a soros elsőfokú hangváltó alapkapcsolását az alábbi ábrán tekinthetjük meg.
Párhuzamos kapcsolásnál egymással párhuzamosan a bemenetre kapcsolódik a magas és a mélyhangszóró áramköre, míg soros kapcsolásnál sorba vannak kapcsolva, és úgy csatlakoznak a hangdoboz bemenetéhez. Mindkettőben az "L" jelű induktivitás (tekercs) választja le a magas hangokat a mélysugárzóról, illetve a "C" jelű kondenzátor a mély hangokat a magassugárzóról. A hangszórók impedanciája "R", amely mindkét hangszórónál ugyanolyan érték, de ez nem feltétlenül betartandó követelmény. A soros hangváltónak a párhuzamos kapcsoláshoz képest sokkal jobb viselkedését a kapcsolástechnikája adja. Nagy jelentősége van, hogy a mélyhangszóróval sorba kapcsolt induktivitás egyúttal párhuzamosan van kapcsolva a magassugárzóval, illetve a magassugárzóval sorba kapcsolt kondenzátor egyúttal párhuzamosan van kapcsolva a mélysugárzóval.
A fenti ábrán jobb oldalon a soros hangváltó alapkapcsolását láthatjuk, amelyet a gyakorlatban még ki kell egészítenünk néhány elemmel, ha igazán jó hangdobozt szeretnénk eredményül kapni.
A hangváltó gyakorlati megvalósításával kissé később foglalkozunk, előtte még szólnom kell néhány fontos dologról.
A hangdobozok két alapvető típusa
Egy hangdoboz lehet zárt, vagy reflexcsővel hangolt basszusreflex doboz. Más, bonyolultabb típusok is léteznek, de azokkal nem foglalkozom. A két típus közötti választást leegyszerűsíti (és el is dönti) az a tény, hogy a napjainkban árusított mélyközép hangszórók többsége basszusreflex dobozhoz tervezettek, és ezzel a dobozzal alacsonyabb alsó határfrekvencia érhető el. Tehát kizárólag basszusreflex dobozzal foglalkozunk a továbbiakban.
A hangszóró működése
Röviden nézzük meg a napjainkban leggyakrabban használt dinamikus hangszóró működését.
A membrán (9) rezgése kelti a hangot. A membrán közepén portakaró (1) található, amely megakadályozza, hogy por kerülhessen a légrésbe. A membrán szélénél valamilyen lágy anyagot találunk, amely lehetővé teszi, hogy a membrán elmozdulhasson, rezeghessen. A zöld nyíl jelzi a membrán előre-hátra történő rezgését. A hangszóróban egy erős mágnesgyűrű található (2). A mágnesnek két pólusa van, északi és déli, ezek között jön létre a mágneses tér. Az egyik (az ábrán balra látható) pólust egy vasból készült henger (5) vezeti a légréshez (4). A másik (az ábrán jobbra látható) pólust egy vasból készült gyűrű (3) vezeti ugyanoda. A légrés (4) a henger és a gyűrű között keletkezik. A légrésben erős mágneses tér jön létre. A légrésben helyezkedik el a lengőtekercs (6) úgy, hogy ne érhessen hozzá se a hengerhez, se a gyűrűhöz. Az a jó, ha minél kisebb a légrés, mert annál "erősebb" a mágneses tér. A lengőtekercs a membránhoz van ragasztva. A lengőtekercs csévéje napjainkban leggyakrabban alumíniumból készül, amely jó hővezető. A lengőtekercsnél is találunk egy felfüggesztést (7), amelynek célja a lengőtekercs központosítása és a porvédelem. Ha áramot vezetünk a tekercsbe, akkor a tekercs által keltett mágneses tér miatt a tekercs a hangszóró eleje vagy háta felé elmozdul, elmozdítva ezzel a membránt is. Ha az erősítőből hangjelet vezetünk a tekercsbe, akkor a membrán mozgása többé-kevésbé követi a hangjel változását. A napjainkban használatos dóm magassugárzók is ugyanígy működnek, azonban nincs nagy membránjuk, hanem csak a lengőtekercs elejéhez rögzített kis félgömbszerű membrán sugározza a magas hangokat.
A hangszóró polaritása
A hangszórók és a hangdobozok polaritással rendelkeznek, tehát nem mindegy, hogyan csatlakoztatjuk a hangszórót a hangváltó alkatrészeihez, valamint a hangdobozt az erősítőhöz. A hangszórónak pozitív (+) és negatív (-) pólusa van. A pozitív pólust a gyártó általában pirossal meg is jelöli. Ez jól látszik az alábbi ábrán. A piros ponthoz közelebbi kivezetés a pozitív pólus.
Ha nincs jelölés a hangszórón, akkor is könnyen megállapíthatjuk a hangszóró polaritását. Ehhez egy ceruzaelemre vagy egy ceruza NiMH akkura van szükségünk. 1,5 V-nál nagyobb feszültségű elemet ne használjunk. Az elemet (óvatosságból esetleg egy néhány ohmos ellenállással sorba kötve) egy pillanatra érintsük hozzá a hangszóró kivezetéseihez, majd azonnal bontsuk is az áramkört. Közben figyeljük meg, hogy amikor hozzáérintettük, akkor a membrán előrefelé, a hangszóró eleje felé mozdult-e el, vagy hátrafelé. Ha előre mozdult a membrán, akkor az a hangszóró pozitív pólusa, amelyhez az elem pozitív pólusát érintettük, ha hátrafelé mozdult a membrán, akkor az a pozitív pólus, amelyhez az elem negatív pólusát érintettük. Magassugárzóknál hasonlóan járhatunk el. Utána jelöljük meg piros jelölőtollal vagy "+" jellel a hangszóró pozitív pólusát.
Az erősítők hátoldalán általában piros és fekete színű hangdoboz csatlakozókat találunk. A piros színűhöz kell csatlakoztatni a hangdoboz pozitív pólusát. A hangdoboz kábelének egyik vezetékén hosszirányban egy piros csík található, a másikon nincs csík, vagy az egyik ér teljes egészében piros, és a másik fekete. A piros jelű a hangdoboz pozitív pólusa, azt kell az erősítő piros csatlakozójához csatlakoztatni. Ha véletlenül fordítva csatlakoztatjuk az egyik hangdobozt, azt könnyű észrevenni, mert a hangkép széteső, mélyhang-hiányos lesz.
A hangszórók legfontosabb paraméterei
A gyártók napjainkban a mélyközép hangszórókhoz sokféle paramétert megadnak (Thiele-Small paraméterek). Ha nem találunk az interneten (leginkább a gyártó weboldalán) ilyen paramétereket és frekvencia-hangnyomás diagramot, akkor ne vásároljuk meg a hangszórót, mert nem fogunk tudni dobozt tervezni hozzá. A komolynak tekinthető gyártók mindig megadják ezeket. De attól, hogy ezek a paraméterek léteznek, még nem biztos, hogy a gyártó komolynak tekinthető.
A mélysugárzó átmérője: Azt gondolhatnánk, hogy minél nagyobb, annál jobb, mert annál jobb lehet a mély hangok sugárzása. Ez azonban a mi szempontunkból tévedés. A mélyközép hangszóró széles frekvenciasávban sugároz, és ezt a kiválasztásnál figyelembe kell venni. Számunkra talán a 13-18 cm körüli külső átmérőjű mélyhangszóró lehet a legjobb. Nem véletlenül árusítanak számtalan ilyen átmérőjű hangszórót. Miért ne legyen ennél nagyobb? Egyrészt azért, mert a magasabb hangok sugárzására kisebb átmérőjű membránra van szükség, és 3000 Hz körüli keresztezési frekvencia esetén már a 15 cm-es külső átmérőjű hangszóró is kompromisszum. Másrészt a nagyobb hangszórók membránjának tömege sokszor túl nagy, ezért a felső határfrekvencia (ameddig használható a hangszóró), túl alacsony, például csak 2000-2500 Hz, és ez inkább háromutas rendszert igényel, mint kétutasat. Nekünk inkább 5000-6000 Hz feletti felső határfrekvencia lenne kívánatos, és ehhez jobb a kisebb hangszóró. Ha túl kis átmérőjű hangszórót választunk, akkor nagyobb lesz a membrán kitérése a mély hangoknál, amely intermodulációs torzítást okozhat, és ez korlátozhatja a hallgatási hangerőt. Emiatt, és a nem elegendő mennyiségű mély hang miatt túl kis átmérőjű hangszórót sem választhatunk.
Felmerülhet, hogy a viszonylag kis hangszórónak nincs elég mély hangja. Ez azonban nincs így. Ha megfelelő hangszórót választunk, és jól tervezzük meg a dobozt, akkor elég mély hangunk lesz egy lakótelepi nappali szobában. Természetesen ebben is kompromisszumot kell kötnünk, azonban elérhető, hogy akár 40 Hz-ig megfelelően sugározzon hangdobozunk.
A hangszóró névleges impedanciája (váltóáramú ellenállása) (Z): Leggyakrabban 4 vagy 8 ohm, magassugárzóknál 6 ohm is előfordul.
A hangszóró érzékenysége (SPL): Az a hangnyomás dB-ben, amelyet a hangszóró adott bemenő jel hatására bizonyos távolságban, a hangszóró tengelyében mérve kelteni képes. Egyszerűen fogalmazva ez azt mondja meg, hogy a hangszóró adott bemenő jellel (vagy adott teljesítménnyel) meghajtva, bizonyos távolságról hallgatva milyen hangosan szól. Az érzékenységet az adott hangszóró működése szempontjából lényeges frekvenciasávra vonatkoztatva állapítják meg. A nagyobb érzékenységű hangszóró ugyanolyan elektromos teljesítmény hatására, ugyanolyan távolságból hallgatva hangosabban szól, mint a kisebb érzékenységű. Általában 1 watt vagy 2,83 voltos bemeneti jelre adják meg, 1 méter távolságban mérve. Ezzel nagyon vigyázni kell! Tekintsük át, hogy mit jelent ez a gyakorlatban.
A magas- és mélysugárzó érzékenységét össze kell tudnunk hasonlítani egymással, mert úgy kell választanunk hangszórót, hogy a magassugárzó érzékenysége legyen nagyobb. Erre azért van szükség, mert a gyártók által megadott érzékenységértékek bizonyos tűréssel rendelkeznek, és ennek ellenére biztosítani kell, hogy a végső hangolásnál a magassugárzó teljesítményét kelljen csökkenteni, és ne a mélysugárzóét. A hangszóró érzékenységét 1 W/1 m-re, vagy 2,83 V/1 m-re vonatkoztatva adják meg a gyártók.
Ha az érzékenység 1 W/1 m-re vonatkozik, akkor azt jelenti, hogy a hangszórót 1 W teljesítménnyel hajtjuk meg, és a mérőmikrofont a hangszóró tengelyében, a hangszórótól 1 m-re elhelyezve mérünk.
Ha az érzékenység 2,83 V/1 m-re vonatkozik, akkor azt jelenti, hogy a hangszórót 2,83 V-nyi feszültséggel hajtjuk meg, és a mérőmikrofont a hangszóró tengelyében, a hangszórótól 1 m-re elhelyezve mérünk.
Ha a 2,83 V/1 m-ben megadott érzékenységet átszámítjuk 1 W/1 m-re vonatkoztatott érzékenységre, akkor az érzékenység értékei egymással összehasonlíthatókká válnak.
Ha egy hangszórót kétszer akkora elektromos teljesítménnyel hajtunk meg, akkor ugyanolyan távolságban mérve az általa keltett hangnyomás körülbelül 3 dB-lel nő, és ez fordítva is igaz. Ha a távolságot kétszeresére növeljük, akkor a hangnyomás körülbelül 6 dB-lel csökken, és ez fordítva is igaz.
8 ohmos hangszóró 2,83 V-nyi feszültséggel történő meghajtása tulajdonképpen 1 W teljesítménnyel történő meghajtást jelent. Tehát a 2,83 V/1 m-ben megadott érzékenység egyúttal az 1 W/1 m-ben megadott érzékenységet is jelenti, tehát nem kell átszámolni semmit.
4 ohmos hangszóró esetén a 2,83 V-tal történő meghajtás 2 W teljesítménnyel történő meghajtást jelent, amely kétszerese az 1 W-nak. Kétszeres teljesítmény azonos távolságban mérve 3 dB-lel növeli a hangnyomást. Tehát 4 ohmos hangszóró esetén a 2,83 V/1 m szerint megadott érzékenységből akkor kapjuk meg körülbelül az 1 W/1 m szerinti értéket, ha levonunk belőle 3 dB-t. Például ha egy 4 ohmos magassugárzó 2,83 V/1 m szerint megadott érzékenysége 92 dB, akkor 1 W/1 m szerinti érzékenysége körülbelül 89 dB.
Ha a hangszóró 6 ohmos, akkor a 2,83 V-os feszültséggel történő meghajtás 1,335 W-tal történő meghajtást jelent. 6 ohmos hangszóró esetén akkor kapjuk meg körülbelül a 2,83 V/1 m-ben megadott érzékenységből az 1 W/1 m szerinti érzékenységet, ha levonunk belőle 1,25 dB-t.
A hangszóró szabadban mért rezonanciafrekvenciája (Fs): Minden hangszóró rendelkezik rezonanciafrekvenciával. Mélysugárzóknál ez jelentősen befolyásolhatja a hangdoboz mélyhang-átvitelét. A rezonanciafrekvencia értékének 40-50 Hz közöttinek, vagy ennél is alacsonyabbnak kell lennie ahhoz, hogy jó mélyhang-átvitelre számíthassunk. A négy húros, hagyományosan hangolt basszusgitár legmélyebb hangja körülbelül 40 Hz-es, ezért zenehallgatásra a 40-50 Hz-es alsó határfrekvenciát tekintem megfelelőnek. Kevés hangszernek van 40 Hz-nél mélyebb hangja (pl. orgona, zongora legmélyebb hangjai), de például a házi mozi hangeffektusai, és az elektronikus zene is igen mély hangokat tartalmazhat. Az utóbbiak lesugárzására célszerű szubládát alkalmazni, mert az általunk készítendő hangdoboz nem erre való. A később ismertetendő Tesla hangszóróval (rezonanciafrekvenciája 45 Hz) általam megvalósított hangdobozt normál szobahangerőn (nem túl hangosan) hallgatva 35 Hz táján "tűnik el" (már nem hallható) a hang, 40 Hz-en még nagyon jól szól. Azt azonban tudnunk kell, hogy az alacsony rezonanciafrekvencia önmagában nem elég ahhoz, hogy jó mélyhang-átvitelt kapjunk, egyéb tényezők is befolyásolják az eredményt. A hangszóró konstrukciója is döntően befolyásolja, hogy mekkora dobozt tudunk vele építeni, és milyen alsó határfrekvenciára számíthatunk. Ez is indokolja azt, hogy mindenképpen tervezőprogramot kell alkalmaznunk, hogy láthassuk a hangszóró viselkedését alacsony frekvencián.
A magassugárzónak is van rezonanciafrekvenciája. Az a jó, ha az minél távolabb van a hangváltó keresztezési frekvenciájától. A SAL DTF 12 rezonanciafrekvenciája 1008 Hz, amely még elég alacsonynak számít. Az én hangdobozomnál elvileg ennek háromszorosa a 3000 Hz-es keresztezési frekvencia. A ferrofluid és az érzékenység csökkentése céljából a hangszóróval párhuzamosan kapcsolt ellenállás jótékony hatású a rezonancia csillapítása tekintetében is. Az általam elkészített hangdoboznál a DTF 12 rezonanciája nem érzékelhető.
A mélysugárzó teljes jósági tényezője (Qts): Ennek értékétől függ, hogy a hangszóró inkább zárt, vagy inkább basszusreflex dobozba való-e. Ha értéke 0,4 vagy ennél kisebb, akkor inkább basszusreflex, ha 0,4-0,7 tartományba esik, akkor inkább zárt dobozba való. Kis eltérés esetén (kb. 0,45-ig) sokszor még jól tervezhető basszusreflex doboz. Tehát ennyi eltérés még "belefér", ezt a gyakorlat is igazolja. Nagyobb eltérés esetén azonban nem érdemes a hangszórót basszusreflex dobozba erőltetni.
Talán érdemes még megnéznünk a Bl (más néven Bxl) paramétert, amely a légrésindukciónak és a lengőtekercs mágneses térben lévő részén lévő huzal hosszának a szorzata. Minél nagyobb az értéke, annál nagyobb az az erő, amely a membrán mozgatása céljából a lengőtekercsen átfolyó bizonyos áramerősség hatására keletkezik (annál erősebb a "motor").
Mélysugárzók esetén a mozgó tömeg és a levegő okozta akusztikus terhelés összege (Mms):: Minél nagyobb a mozgatandó tömeg (Mms paraméter), annál nagyobb erő szükséges a mozgatásához, illetve mozgásának lefékezéséhez. Célszerű olyan mélyhangszórót választani, amelynek kicsi a mozgó tömege. Az biztos, hogy az a jó, ha a "motor" ereje és a mozgó tömeg összhangban van. Nagy mozgó tömeghez nem túl jó a gyenge "motor".
Maximális lineáris kitérés (Xmax): Főleg a mélysugárzónál fontos paraméter a maximális lineáris kitérés, amely megmondja, hogy hány mm a membrán kitérése előre illetve hátrafelé úgy, hogy még a lineáris tartományban maradjon (max. 10% torzítás mellett). A nyugalmi helyzetből legalább 4 mm kitérés megfelelő lehet, amely azt jelenti, hogy a nyugalmi helyzetből előre illetve hátrafelé egyaránt 4 mm a lineáris kitérés. Ha itt csak 1 mm-es, vagy még kisebb adatot találunk, akkor az a hangszóró nem alkalmas mélysugárzónak. Ha a specifikációban azt írják, hogy Xmax értéke 8 mm csúcstól csúcsig, akkor ezt felezve kapjuk meg az egyik irányú maximális lineáris kitérést, tehát Xmax értéke 4 mm. Van hogy egyszerűen a hangszóró mechanikai méreteiből számítják ki Xmax értékét, de a pontosabb értéket úgy kapják, ha a 10% torzításhoz tartozó Xmax értéket mérik meg. Ez utóbbi esetben sem használható valójában ilyen kitérésig a hangszóró, mert a 10% torzítás már túl sok (a fülnek).
A membrán mozgó részének vetített felülete (Sd): Általában a membrán átmérőjét, valamint a körülötte lévő gyűrű szélességének egyharmadát-felét veszik figyelembe, és ennek a körnek számítják ki a területét. A membrán körül széles gyűrűvel rendelkező típusoknak kisebb lehet az Sd értéke, mint a hasonló külső átmérőjű hagyományos hangszóróknak. Például az alábbiakban ismertetett Tesla ARN-150-03/8 típusú hangszóró széles gyűrűvel rendelkezik a membrán körül: külső átmérője 150 mm, membránjának átmérője csak 90 mm, Sd értéke pedig 72,38 négyzetcentiméter. Tehát az Sd értékét négyzetcentméterben adják meg.
Névleges frekvenciatartomány: A gyártó által ajánlott frekvenciatartomány, amelyen belül célszerű működtetni a hangszórót. Hasznos tájékoztató adat.
A hangszóró teljesítménye: Gyakran két teljesítményértéket adnak meg, egy "RMS" és egy "zenei" (vagy "csúcs") értéket. A csúcsértéket általában az RMS érték kétszereseként adják meg. A teljesítménnyel hőtani (melegedési) és mechanikai szempontból érdemes foglalkozni. Használat során a lengőtekercs melegszik. A hangszórók hatásfoka általában 2% alatt van, ezért majdnem a teljes belé vezetett energia a lengőtekercset melegíti. A melegedés szempontjából addig a teljesítményig használható a hangszóró, amíg valamilyen károsodás be nem következik (a tekercs szigetelése megolvad, elenged a ragasztó, a hő hatására deformálódik valamely alkatrész, a tekercs leég). A teljesítmény mechanikai határértékéről alacsony frekvenciák esetén beszélhetünk, ahol nagy a membrán kitérése, és ha túllépjük a határértéket, az mechanikai károsodással jár (pl. a túl nagy kitéréstől a lengőcséve nekiütközik valamely alkatrésznek). Egy olyan mélysugárzó, amely 200 Hz-en hőtechnikailag akár 200 W-ot is képes elviselni, alacsony frekvencián (10 Hz-en) akár néhány W teljesítménytől is tönkremehet mechanikailag. Általában a hőtechnikai terhelhetőséget adják meg a gyártók olyan szabványos zajjelekkel tesztelve, amelyből kiszűrik az alacsony frekvenciákat. A mélyhangszóró megengedett mechanikai terhelhetősége lényegesen függ a doboztól, amelybe beépítjük. Ebben az értelemben a mélysugárzó csak addig terhelhető, amíg az Xmax értékét el nem érjük. Nagyobb teljesítménynek nincs értelme, illetve meghibásodást okozhat. Tehát a teljesítményt vagy a hőterhelés, vagy az Xmax határolja.
Természetesen a fentieken kívül a többi paraméter is lényeges. A mélysugárzó paramétereit a hangdoboztervező programban kell alkalmaznunk.
Frekvencia-hangnyomás diagram
Kicsit foglalkozzunk a hangszóró frekvenciaátvitelével (frekvencia-hangnyomás diagram). Az alábbi ábrán nézzük meg a Tesla ARN-150-03/8 típusú mélyközép hangszóró frekvencia-hangnyomás diagramját.
A vízszintes tengelyen a frekvencia Hz-ben, a függőlegesen a hangnyomás dB-ben van feltüntetve.
A frekvencia-hangnyomás diagramot nem mindig ugyanazt a módszert (szabványt) alkalmazva veszik fel a gyártók, legyünk óvatosak. Például egy szabványos méretű lap közepére szerelik fel a hangszórót, annak pontosan a tengelyében, tőle 1 m-re helyezik el a mérőmikrofont, a hangszórót pontosan 1 W-os vagy 2,83 V-os jellel hajtják meg, és a mérőmikrofon segítségével a teljes hangfrekvenciás sávban megmérik a hangnyomást, és azt diagramon ábrázolják. Ekkor határozzák meg a hangszóró érzékenységét is, amely azt mondja meg, hogy a mérés körülményei között egy bizonyos frekvenciasávban átlagosan milyen hangnyomást kelt a hangszóró. A gyakorlatban egyes gyártók mindent elkövetnek, hogy minél szebb diagramot kapjanak. Vannak, akik közel, akár 30 cm-re teszik a mikrofont a hangszóróhoz, mások hangdobozba szerelve mérnek stb.
A fenti diagram szépnek, egyenletesnek tűnik, azonban ez csak a látszat, és a jobb eladhatóság miatt van. Azért ilyen szép, mert a gyártók a grafikon rajzolásakor "átlagolást" alkalmaztak, amikor is a kis frekvenciatartományt érintő "helyi" egyenetlenségek "kiegyenlítődnek", azaz eltűnnek. Minél szélesebb tartományokat átlagolnak, annál simábbnak tűnik a grafikon. A valóságban közel sem ilyen ideális a helyzet. A hangszórók közel sem ideálisak. Természetesen nemcsak ennél a hangszórónál átlagolnak, hanem mindegyiknél ezt teszik.
Bal oldalon a gyári specifikációban megadott görbe látható, a jobb oldalon egy hangdobozkészítő által felvett, kevésbé átlagolt valóság, ugyanarról a hangszóróról. A jobb oldali ábrán a helyi ingadozások sokkal nagyobbak.
A mérőlapos mérési módszer nem teszi lehetővé a mélyközép hangszóró 300-400 Hz alatti viselkedésének megítélését, ezzel ne is foglalkozzunk. A hangszóró 300-400 Hz feletti viselkedését viszont jól láthatjuk. A hangszórók megvásárlása előtt "kötelező" a mélyhangszóróhoz dobozt tervezni valamilyen tervező alkalmazással (pl. winisd), hogy megnézhessük, milyen mélyhang-átvitelre számíthatunk, egyáltalán lehet-e jó mélyhang-átvitelű dobozt tervezni az adott hangszóróhoz. A doboztervezés a mély hangokról szól. Csak akkor vegyük meg a hangszórót, ha mindent rendben találtunk a tervezés során is.
Lentebb láthatjuk, hogy a gyártók a magassugárzókhoz is biztosítják a hangnyomás-frekvencia diagramot.
Érzékenység/dobozméret/mély hang kompromisszum
Itt kell szólnom a mélyhangszóró tekintetében a nagy érzékenység/kis dobozméret/jó mély hang-átvitel kompromisszumról. Ez arról szól, hogy ez a három elvárás egyszerre nem teljesíthető, csak a háromból valamelyik kettő. Ha nagy a hangszóró érzékenysége és kis dobozba tesszük, akkor kevés lesz a mély hang. Jó mélyhang-átvitelt csak nagy dobozzal érhetnénk el. Ha kicsi a hangszóró érzékenysége, és kis dobozba tesszük, akkor elvileg jó mélyhang-átvitelt kaphatunk. A már említett Tesla hangszóró ez utóbbi eset. Léteznek már hasonló méretben 90 dB körüli érzékenységű hangszórók is, a Tesla viszont csak 84 dB-es. Cserébe viszont kis dobozban jó mélyhang-átvitelt kapunk. A gyakorlatban körülbelül 13,2-13,5 literes dobozban elvileg 40 Hz körüli F3 pontot (ez a -3 dB-es pont az átvitelben) érhetünk el. Viszont az érzékenység kicsi lesz, tehát a nagyobb érzékenységű hangszóróhoz képest nagyobb erősítőteljesítményt igényel ugyanakkora hangerőhöz. Ez a 3 dB-es hangnyomáscsökkenés azt jelenti, hogy csak éppen egy kicsivel halljuk halkabbnak a hangot a magasabb frekvenciákhoz (például 50 vagy 60 Hz-hez) képest. A valóságban nagyon jól hallható a hagyományosan hangolt négyhúros basszusgitár legmélyebb hangja is, a különbség gyakorlatilag észrevehetetlen.
Érzékenység, hangnyomás, teljesítmény
Arra kell gondolnunk, hogy a hangszóróban a belé vezetett energia mindössze 0,02-2 százaléka alakul hanggá, a többi (tehát majdnem az egész) hővé alakul, azaz fűti a lengőtekercset. A keletkező hőt azonban valahogy el kell tudni vezetni onnan, ellenkező esetben a hangszóró tönkremegy, a tekercs leég.
Az szokott dilemmát jelenteni, hogy hány watt teljesítményű erősítővel lehet biztonságosan használni egy adott hangszórót. Erről bővebben nem írok, témánk szempontjából nem fontos, mert ha elég nagy terhelhetőségű mélysugárzót választunk, a hangváltó miatt úgysem tudjuk azt kihasználni. Inkább a magassugárzó kényesebb ebből a szempontból
Miután kis teljesítményű hangdobozt építünk, egy névlegesen legalább 40-60 W-os mélyhangszóró minden bizonnyal megfelelő lesz, valamivel érzékenyebb, hasonló teljesítményű magassugárzóval párosítva. Például az általam készített hangdobozban a 60/100 W-os Tesla hangszóró és az 50/100 W-os DTF 12 mindenképpen jó párosítás, megengedett teljesítményük meghaladja a szükséges szintet, és az érzékenység szempontjából is megfelelők(1 W/1 m szerint a magas 91 dB, a mély 84 dB).
Vizsgáljuk meg egy kicsit a hangszórók hangteljesítményét. Ezt az adatot a gyártók nem adják meg, legfeljebb a teljesítményből és az érzékenységéből lehet következtetni rá. Első közelítésben azt mondhatjuk, hogy a hangszóró teljesítményétől és az érzékenységétől függ a hangszóró hangteljesítménye (akusztikai teljesítménye). Ha azonos elektromos teljesítménnyel hajtunk meg egy nagyobb és egy kisebb érzékenységű hangszórót, akkor a hangszórótól azonos távolságban a nagyobb érzékenységű hangszóró akár lényegesen nagyobb hangnyomást képes kelteni. Nézzük meg, mire elég ez a nagyobb hangnyomás.
Ha 3 dB-lel növekszik a hangnyomás, akkor azt egy kicsit hangosabbnak halljuk. A lényeg az, hogy nem sokkal halljuk hangosabbnak, hanem már egyértelműen meg tudjuk állapítani, hogy az egy kicsit hangosabb. A 3 dB-lel nagyobb hangnyomás eléréséhez kétszeres erősítőteljesítmény szükséges. Más szóval a kétszeres erősítőteljesítményt nem kétszer olyan hangosnak érzékeljük, hanem csak egy kicsivel hangosabbnak. Ahhoz, hogy a 3 dB-lel nagyobb hangnyomáshoz képest még egy kicsivel hangosabbnak halljuk, ismét 3 dB-lel kell növelni a hangnyomást, amelyhez ismét kétszeres, azaz összesen már négyszeres erősítőteljesítmény szükséges. Ahhoz, hogy kétszer olyan hangosnak érzékeljük a hangnyomás növekedését, körülbelül 10 dB növelés szükséges, amelynek elérése tízszeres erősítőteljesítménnyel lehetséges. Itt lép be a hangszóró érzékenysége. Ha 10 dB-lel nagyobb a hangszóró érzékenysége, akkor tized akkora erősítőteljesítmény is elég ugyanakkora hangnyomás keltéséhez, amely a lengőtekercs sokkal kisebb melegedésével jár. Tehát tévhit az, hogy a kétszeres hangerőhöz kétszeres erősítőteljesítmény szükséges, a valóság az, hogy tízszeres kell. Nagyon könnyen eljutunk a nagy teljesítményű erősítő szükségességéhez, főleg ha alacsonyabb érzékenységű hangszórót használunk, és nagy hangnyomást szeretnénk elérni.
Meg kell még említenünk egy fontos tényezőt, amely befolyásolhatja az elérhető hangteljesítményt. Ez pedig nem más, mint az adott hangdobozban, adott erősítőteljesítmény hatására a mélysugárzó maximális lineáris membránkitérése (Xmax). Az alábbi ábrán láthatjuk a WinISD tervezőprogramban az általam épített hangdoboz Tesla ARN-150-03/8 mélysugárzójának maximális membránkitérését.
A doboz belső térfogata körülbelül nettó 13,3 liter. Az ábrán láthatjuk, hogy a hangszóróra kapcsolt teljesítmény 13 W (1). Az átvitel -3 dB-es pontja körülbelül 40 Hz-nél van, ez alatt meredeken esik az átvitel. A hangszóró működési tartományán belül (40 Hz felett) a membrán kitérésének maximuma (2 és 3) 61 Hz-nél van, értéke 4,15 mm (4). Ennél a hangszórónál a lineáris kitérés határa 4,25 mm, tehát ebben a dobozban már 13 W teljesítménynél majdnem eléri ezt az értéket a membrán kitérése, és ha kissé nagyobb teljesítménnyel hajtjuk meg, akkor meg is haladja azt, és a hangszóró torzítása nagyobb lesz. Tehát ezt a határt nem szabad átlépni. Ezt a teljesítményt pedig minden bizonnyal elviseli ez a 60/100 W-os hangszóró. Ráadásul a szomszédokra tekintettel még ez a teljesítmény sem használható ki, mert ez a hangdoboz még tisztán szól akkor is, amikor már zavaróan hangos a szobában (az persze relatív, hogy ki mit tart zavaróan hangosnak). A tervezőprogram szerint ha 13 W-tal hajtjuk meg a hangszórót, akkor 1 m távolságban 96 dB hangnyomás keltésére képes. 90 dB-es hangnyomást kelt egy kamion 1 méterről, vagy egy vízesés robaja, 100 dB hangnyomást kelt egy légkalapács 2 m-ről, vagy ennyi a hangnyomás egy diszkó belsejében. A 100 dB hangnyomást kétszer olyan hangosnak érzékeljük, mint a 90 dB-eset. A hangdoboz 96 dB hangnyomása a kettő között helyezkedik el, amely egyáltalán nem tekinthető halknak.
Tehát a membrán kitérésével is foglalkozni kell a tervezés során, mert korlátozhatja a hangszóróra kapcsolható elektromos teljesítményt. Sok esetben valóban korlátozza is.
A következő részben a megvalósítandó hangváltóhoz alkalmas hangszórók kiválasztásához próbálok némi támpontot adni. Nagyon nem mindegy ugyanis, hogy milyen hangszórót választunk ehhez a hangváltóhoz.
Milyen hangszórót válasszunk?
Ebben a részben elsősorban a kétutas rendszer hangszóróinak kiválasztásáról írok, azonban a végén írok egy szélessávú hangszóról is, amely állítólag nagyon jó egyutas hangdobozban is. Részletesebben az egyutas hangdobozokról szóló részben írok az egyutas hangdobozokhoz kapcsolódó hangszóróválasztásról. Az itt leírtak részben vonatkoznak az egyutas hangdobozok hangszóróira is. A hangszóró kiválasztása az egyik legfogósabb kérdés. Le kell szögezni, hogy jó hangdoboz csak jó hangszórókból építhető. Mit nevezek jó hangszórónak? Nem feltétlenül drága hangszórót, hanem (jelen esetben) olyan hangszórót, amelyből jó áron, egyszerű módon, jó hangú hangdoboz építhető. Emiatt lehetőleg bevált, jó hangú, problémamentes típust kell választani. Azonban nem mindegy, hogy milyen körülmények között vált be. Egy másodfokú szűrővel rendelkező hangdobozban jól teljesítő mélysugárzó nem biztos, hogy jó lesz az elsőfokú szűrővel rendelkező hangdobozban is, és ez ugyanúgy vonatkozik a magassugárzóra is. Fontos, hogy megbízható gyártótól vásároljunk, a termék minősége megfelelő legyen, és főleg az a fontos, hogy a hangszóró viselkedése összhangban legyen a gyártó által megadott paraméterekkel. Ha a gyártó hamis adatokat ad meg a specifikációban, akkor esélyünk sem lesz mérés nélkül jó dobozt tervezni a hangszóróhoz. Mindenképpen olyan hangszórót kell próbálnunk választani, amelynek frekvenciaátvitelében nincsenek nagy kiemelkedések és nagy beszakadások, szép egyenletes a frekvenciaátvitelük, a mélysugárzó felső határfrekvenciája közelében ne legyen nagy kiemelkedés. Ha olyan hangszórót választunk, amelynek feltétlenül kezelendő anomáliái vannak, már le is mondhatunk az egyszerű hangdobozkészítésről. A megfelelő hangszórók kiválasztása tehát nagyon fontos.
Fontosabb követelmények kétutas hangdoboz esetén
Mielőtt belemerülünk a tervezésbe, foglaljuk össze röviden a hangváltó jellegéből is adódó fontosabb speciális követelményeket a hangszórókkal kapcsolatban:
1. A legfontosabb dolog, hogy a hangszórók tisztán, kiegyenlítetten, kellemesen szóljanak. Ez nem látható semmilyen diagramon, csak meghallgatva dönthetjük el, hogy tetszik-e az adott hangszóró hangja vagy nem. Erre azonban nem nagyon van lehetőségünk vásárlás előtt. Nincs más lehetőségünk, mint mások tapasztalatára, vagy tesztekre hagyatkozni, és az interneten tájékozódni. Nagyon nem mindegy azonban, hogy kinek a véleményét vesszük figyelembe.
2. Válasszunk mélysugárzót (mélyközép hangszórót) nagyobb problémáktól mentes frekvenciamenettel, legfeljebb 40-50 Hz közötti rezonanciafrekvenciával. Érzékenysége kisebb legyen a magassugárzó érzékenységénél. Az elsőfokú hangváltó miatt fontos, hogy a választott keresztezési frekvencia felett még egy darabig ne legyenek nagyobb kiemelkedések és beszakadások a frekvenciamenetben, azaz lapos és egyenletes legyen, a végén egyenletes eséssel.
3. Legyünk óvatosak a fémből készült membránokkal, mert az ilyen hangszóróknál különféle rezonanciák léphetnek fel, amelyet nem egyszerű házilag a hangváltóban kezelni, ezekhez komolyabb felkészültség kell. Csak akkor vásároljunk ilyen hangszórót, ha meggyőződtünk arról, hogy nincsenek olyan problémái, amelyet külön kezelnünk kellene. Lentebb láthatunk egy fémből készült membránú, problémamentesnek tűnő szélessávú hangszórót. Talán papírmembrános (vagy ahhoz hasonló, könnyű anyagból készült) hangszóróval lesz a legkönnyebb dolgunk, de ez nem feltétlenül biztos.
4. Válasszunk egyenletes (lapos) frekvenciamenetű textildóm magassugárzót megfelelő teljesítménnyel, alacsony (legfeljebb 1000-1200 Hz körüli) rezonanciafrekvenciával, ferrofluid kivitelben, mert így jobban csillapított lesz a rezonanciafrekvencián, és jobban bírja a terhelést. A ring vagy ring radiator kialakítás előnyös, mert a magasabb frekvenciák felé szélesebb frekvenciasávban sugároz egyenletesen. Semmiképpen se vásároljunk kis teljesítményű magassugárzót, mert az elsőfokú szűrő miatt a keresztezési frekvencia alatt is jelentősebb teljesítmény juthat rá.
5. A magassugárzó érzékenysége legalább 2-3 decibellel nagyobb legyen, mint a mélysugárzóé. A magassugárzó érzékenységét csökkenthetjük a hangváltóban, a mélysugárzóét nem ajánlatos, mert elrontja a mély hangokat. Mély hangok ugyan lesznek, azonban kevésbé lesznek csillapítottak, rosszabbul fog szólni a doboz a csillapítatlan mély hangok miatt. Akkor nem lesznek problémáink, ha a magassugárzó valóban a specifikáció szerinti érzékenységű, és nem lényegesen kisebb annál.
6. Lehetőleg azonos impedanciájú mély- és magassugárzót válasszunk, például legyen mindkettő 8 ohmos, mert így könnyebb lesz a helyzetünk. Ez azonban nem feltétlenül betartandó követelmény, sokszor nem is tudjuk betartani. Később megmutatom, hogy mit kell tennünk eltérő hangszóró impedancia esetén.
7. Olyan hangszórókat kell választani, amelyekhez könnyen tudunk keresztezési frekvenciát választani.
Természetesen ezek csak ajánlások, mindenki olyat válasszon, amilyet szeretne. A választáskor azonban arra figyeljünk, hogy olyan hangszórókat kell választanunk, amelyek hibáit nem kell utólag korrigálnunk.
Néhány hangszórótípus áttekintése
Áttekintünk néhány hangszórót, lesz köztük jobb és kevésbé jó, mert a problémákat is szeretném bemutatni. Talán sikerül megmutatnom, hogy hogyan tekintsünk át egy hangszórót, amikor találkozunk vele egy webáruházban. Megpróbálom áttekinteni azokat a szempontokat, amelyek segítségével hangváltónkhoz megfelelő hangszórót találhatunk. Ne feledjük, a hangszórók meglehetősen tökéletlen eszközök, emiatt általában kompromisszumra kényszerülünk. "Tökéleteset" nem fogunk találni a drágább típusok között sem. Azt se feledjük, hogy a mélysugárzóhoz vásárlás előtt dobozt kell terveznünk, mert csak így láthatjuk, hogy mit várhatunk a mély hangok tekintetében. Az itt leírtak semmiképpen sem tekinthetők ajánlásnak, mindenkinek egyénileg kell mérlegelni minden körülményt, mielőtt elhatározza a vásárlást. A választás mindenkinek a saját döntése kell, hogy legyen. De ettől még elmondom a véleményem, azonban részemről az esetleges tévedés sem kizárt, így azért felelősséget sem vállalok. A hangszóró meghallgatását semmi sem pótolhatja, azonban nem volt alkalmam meghallgatni ezeket a hangszórókat, még csak nem is láttam őket közelről (a Tesla ARN-150-03/8 a SAL (Somogyi) DTF 12, és a DTF 10 kivételével). Csak azt tudom bemutatni, ami látszik a diagramokról, és a paraméterekből. A meghallgatást azonban ez nem helyettesítheti. A mondás szerint a puding próbája az evés, és ez itt is igaz.
Igyekszem elfogadható árú, "normális" minőségű termékeket mutatni, bóvlikkal nem foglalkozom. A Dayton Audio, az SB Acoustics, a MarkAudio, és a Peerless termékei elérhetők nálunk, és ezek a cégek jó áron jó minőségű termékeket kínálnak, jó az ár/érték arányuk. Ez nem felső kategóriát jelent, de igen jó minőségű terméket kaphatunk. Ezekkel ellentétben például a Monacor hangszórók diagramjai gyanúsan szépek, akár a nevesebb gyártók diagramjaihoz képest is, valószínűleg nincsenek összhangban a valósággal, én ilyen, és ehhez hasonló hangszórót emiatt nem vennék. A Monacor elég olcsó hangszórókat árul, és az nonszensz, hogy szinte mindegyik hangszórójának az átvitele ilyen szép, szebb, mint a jóval nevesebb gyártóké. Valószínűleg a megadott paraméterek sem pontosak.
Fontos a mélyhangszóró megfelelő mélyhang-átvitele. Több olyan hangdobozom volt (egy részüket magam készítettem, de volt "gyári" is), amelyek elég rosszul szóltak, nyúlós, nem megfogott (nem jól csillapított), mély hangjai voltak. Jól csillapított mély hangokra kell törekedni, amely azt jelenti, hogy ha hirtelen megszűnik a mély hang, akkor a hangszóró membránja is mielőbb szűnjön meg rezegni. Akkor keletkeznek a nyúlós mély hangok, ha a membrán a hang megszűnése után is tovább leng. A brummogó, nehezen lecsengő, összemosódott mély hangok nem jók. A mély tartományban is ugyanúgy hallanunk kellene az egyes hangokat, mint a magasabb tartományban. A csillapítatlan mély hangokat megfelelő hangszóró választásával, és helyesen tervezett dobozzal kerülhetjük el. Az helytelen stratégia, hogy veszünk valamilyen mélysugárzót azzal a szándékkal, hogy majd csak csinálunk hozzá valamilyen dobozt. A végén nagy eséllyel kellemetlen meglepetés érhet bennünket amiatt, hogy esetleg nem fogunk tudni hozzá megfelelő dobozt tervezni. Előre kell átgondolni mindent, és lehetőleg el kell olvasni a vásárolni kívánt hangszóróval készített hangdobozt hallgatók véleményét.
Alapvetően kétféle koncepció mentén gondolkodhatunk: az egyik szerint legfeljebb 1000-1100 Hz rezonanciafrekvenciájú magassugárzót keresünk, és ehhez választunk mélysugárzót körülbelül 3000 Hz keresztezési frekvenciával, a másik esetben alacsony rezonanciafrekvenciájú és alacsony alsó határfrekvenciájú magassugárzót választunk, és körülbelül 2000-2500 Hz keresztezési frekvenciát alkalmazunk.
A hangszórókról részletesebb információt a gyártó vagy a forgalmazó weboldalán találhatunk, például itt:
https://www.products-peerless.com
Tesla ARN-150-03/8 és SAL (Somogyi) DTF 12
A HiFi hangdobozok tervezésével foglalkozó Huszti Zsolt a 90-es években a Hang & Technika magazinban foglalkozott ezzel a két hangszóróval, komplett hangdoboztervet ismertetett. Mindkét hangszórónak 8 ohm az impedanciája. A Tesla hangszóró hangját kifejezetten szépnek találta. Ennek hatására vásároltam belőle akkortájt két darabot (2700 Ft/db áron), valamint magassugárzónak két darab SAL DTF 10 hangszórót is. Akkoriban készítettem ezekkel a hangszórókkal egy hangdobozpárt, amelyet a közelmúltban alakítottam át az itt ismertetett hangváltó segítségével. Az átalakítás során a DTF 10-et kicseréltem DTF 12-re. Lentebb példaképpen arról írok, mintha Tesla ARN-150-03/8 és SAL DTF 12 hangszórókkal szeretnénk hangdobozt készíteni, és közben igyekszem sok olyan szempontról írni, amelyet meg kell fontolnunk, bármilyen hangszóróval is készítünk hangdobozt.
Nézzük meg a Tesla ARN-150-03/8 típusú, már nem megvásárolható hangszórót az alábbi ábrán. A hangszórónak papírmembránja van, amelyet valamilyen anyaggal bevontak.
Nézzük meg a fontosabb paramétereit:
A hangszóró érzékenysége mindössze 84 dB, ez is hozzájárul ahhoz, hogy kis dobozban jó mélyhang-átvitel érhető el. Rezonanciafrekvenciája 45 Hz, a Qts értéke 0,441. Ez kissé meghaladja a 0,4-es határt. A lineáris kitérés maximális értéke 4,25 mm, amely megfelelő, a hangszóró alkalmas mélysugárzónak. A 60/100 W teljesítmény is bőven elegendő.
Nézzük meg ismét a frekvencia-hangnyomás diagramját:
A hangszóró 300-400 Hz alatti viselkedését nem tudjuk a grafikon alapján megítélni, azt a hangdoboztervezéskor láthatjuk. A 200-5000 Hz tartomány +2 és -4 dB-en belül egyenletes, amely lehetővé teszi a 3000 Hz-es keresztezési frekvencia választását. 6000 Hz-nél van egy kb. 10 dB-es kiemelés (csúcs) a diagramon, ami nem kedvező. Emiatt kedvezőbb lenne alacsonyabb keresztezési frekvenciát választani, azt viszont esetemben a magassugárzó nem teszi lehetővé. 3000 Hz körüli keresztezési frekvencia esetén hanggenerátorral vizsgálva hallható 6000 Hz-nél egy kisebb kiemelés, azonban zenét hallgatva nem észrevehető. Azért nincs nagyobb hatása, mert 6000 Hz-en már nem a mélysugárzó, hanem a magas dominál.
Bár ebben az esetben nem szükséges a kiemelést korrigálni, a teljesség kedvéért az alábbi ábrán láthatjuk, hogy ezt a kiemelést elvileg hogyan korrigálhatnánk.
Úgy lehetne korrigálni, hogy a hangváltó frekvenciamenetében az ábrán piros vonallal jelölt beszakadást hoznánk létre, mert ez kompenzálná a kiemelést. Ehhez a "szokásos" (másodfokú, párhuzamos) hangváltóknál azonban elkerülhetetlen a mérés. Leginkább azonban másodfokú szűrővel, és kellően alacsony keresztezési frekvencia választásával előzik meg a kiemelés hatását. Mi azonban nem fogunk ilyen és ehhez hasonló korrekciókat végrehajtani, mert olyan hangszórót igyekszünk választani, amelynél korrekcióra nincs szükség.
Foglalkozzunk a Somogyi Elektronic (SAL) által forgalmazott DTF 12 hagyományos kialakítású textildóm magassugárzóval is, amely az alábbi ábrán látható. Ez a hangszóró ferrofluid csillapítású, olcsó, de elég jó textildóm magassugárzó. Ugyan semmi extrát nem nyújt, de nincs zavaró hibája sem. És ez utóbbi nagyon fontos, ha egyszerűen megvalósítható hangdobozt szeretnénk készíteni. Jelenleg kb. 2700 Ft az ára, tehát nagyszerű az ár/érték aránya. Vásároltam belőle két darabot, mert már korábban is használtam ilyet, jók voltak vele a tapasztalataim, és szükség volt rájuk a hangdobozok átalakításához.
Nézzük meg a paramétereit is.
A rezonanciafrekvencia 1008 Hz, amely lehetővé teszi a 3000 Hz-es keresztezési frekvenciát. A 91 dB-es érzékenység megfelelő, mert nagyobb a Tesla hangszóró érzékenységénél, nem is kevéssel. Az 50/100 W teljesítményadat is megfelelő lesz, ennek csak töredékével fog üzemelni a hangszóró. Az alábbi ábrán láthatjuk a frekvencia-hangnyomás diagramot.
Ezt a diagramot a Somogyi Elektronic már nem hozza nyilvánosságra, régebben elérhető volt, az itt látható diagram még abból az időből származik. Megfigyelhető, hogy körülbelül 2000 Hz-től 11-12 kHz-ig a 91 dB-hez képest +/-1-2 decibelen belül elég egyenletes az átvitel, efölött van egy mindössze kb. 3 dB-es "gödör", majd visszatér a szint 90 dB-re majdnem 20 kHz-ig. Megfigyelhetjük azonban azt is, hogy a szint már 2000 Hz-től jelentősen elkezd esni az alacsonyabb frekvenciák felé (1000 Hz-en már 5 dB az esés). Ez nem előnyös, jobb lenne, ha legalább 1000 Hz-ig egyenletes lenne az átvitel, és emiatt nem ajánlatos 3000 Hz-nél kisebb keresztezési frekvenciát választani. A valóságban a 3000 Hz sem pontosan annyi lesz, lehetséges, hogy valamivel kevesebb vagy több lesz, úgyhogy kell némi ráhagyás (ezt majd a hangváltó megvalósításánál fogjuk látni). A hangszórónak meglehetősen jó, kellemes, tisztességes hangja van.
Az általunk alkalmazandó hangváltóban lévő szűrők lapos elektromos átvitelt eredményeznek. Az akusztikus átvitel azonban csak akkor lenne lapos, ha a hangszórók széles frekvenciasávban lapos akusztikus átvitellel rendelkeznének. A hangszórók átviteli hibái, kiemelései, beszakadásai rossz esetben elronthatják az akusztikus átvitelt. A hangváltó elektromos átvitele és a hangszórók akusztikus átvitele együttesen alakítja ki az eredő akusztikus átvitelt. Nézzük meg a gyakorlatban az akusztikus átvitel jellemzőit ezeknél hangszóróknál. Megfigyelhetjük, hogy a hangváltó elektromos átvitele miatt a 3000 Hz-es keresztezési frekvencia alatt egyre inkább csökkenő elektromos jel jut a magassugárzóra, ezért az egyre csökkenő hangerővel szól. Ehhez a hangváltó okozta hangerőcsökkenéshez hozzáadódik a hangszóró hangnyomás-frekvencia diagramján látható, 2800 Hz-től kezdődően az alacsonyabb frekvenciák felé történő szintcsökkenés, ezért 2800 Hz alatt a magashangszóró sugárzása (hangereje) még gyorsabban csökken, mint az a hangváltó karakterisztikájából következne. Ez a hangszóró tulajdonsága által okozott plusz hangerőcsökkenés érezhető lesz az átvitelben, azonban minél távolabb vagyunk a keresztezési frekvenciától, annál kisebb mértékben, mert ezeknél a frekvenciáknál a magassugárzó már halkabban szól, és ezért a hangzásban inkább a mélysugárzó dominál. Tehát az akusztikus frekvenciamenetet a hangváltóban lévő szűrő karakterisztikája, és a hangszóró frekvencia-hangnyomás görbéjén látható viselkedése együttesen alakítja ki. A mélysugárzónál csak a 300-400 Hz feletti tartomány jelenik meg a valóságnak megfelelően a diagramon. A hangváltó szűrője miatt 3000 Hz felett egyre inkább csökken a mélysugárzóra jutó elektromos jel, és körülbelül 5000 Hz-ig csökken is a hangszóró hangereje. Ehhez a kisebb szinthez adódik hozzá az ehhez a kisebb szinthez képest körülbelül 10 dB-es csúcsú kiemelés 5000 és 6000 Hz között, és ez adódik hozzá a magassugárzó nagyobb szinten történő sugárzásához. Tehát az eredő akusztikus átvitelben nem 10 dB-es kiemelést okoz, hanem kisebbet, amely kiemelés hanggenerátorral vizsgálva hallható is. Ha ez a kiemelkedés távolabb, magasabb frekvenciánál lenne, például 8000 és 9000 Hz között, akkor az eredő akusztikus átvitelben még kisebb kiemelést okozna, mert ebben a frekvenciatartományban a hangváltó miatt a mélysugárzó már kisebb hangerővel szólna. A "hangosan" szóló magassugárzó által keltett hangnyomást a halkan szóló mélysugárzó hangerejében bekövetkező hangerő-változás csak kevéssé befolyásolja. Minél halkabban szól a mélysugárzó a magassugárzóhoz képest, annál kisebb változást okoznak a mélysugárzó hangerő-változásai az eredő akusztikus átvitelben. A hangváltó szűrőjének adott keresztezési frekvenciához tartozó elektromos átvitelét figyelembe véve a frekvencia-hangnyomás diagramok segítségével ehhez hasonlóan tekinthetjük át, hogy a hangdoboztól milyen eredő akusztikus frekvenciamenetre számíthatunk. Esetünkben a hangváltó eredő elektromos frekvenciaátvitelét laposnak (vízszintes egyenesnek) tekinthetjük. Tehát akkor számíthatunk lapos akusztikus átvitelre, ha a hangszórók is minél inkább lapos akusztikus átvitelűek.
Már ezekkel a hangszórókkal is meglepően jól, tisztán szól a hangdoboz. Jobb hangszórókkal még jobb eredményre számíthatunk. A lentebb ismertetett magassugárzók mindegyike (és sok egyéb típus is) jobb a DTF 12-nél.
SAL DTF 10
Azzal kezdem, hogy ezt és ehhez hasonló kivitelű magassugárzókat semmiképpen sem javaslom az általunk megvalósítandó hangdobozba, mert nem abba valók. Én is kicseréltem DTF 12-re. Már nem forgalmazzák ezt a típust, de hasonló kivitelű magassugárzóval még találkozhatunk. Az alábbi ábrán láthatjuk.
A DTF 10 elején a műanyag előlapból kialakítva egy tölcsérszerű rész található, amely rányomja a bélyegét az átvitelre. Emiatt nem alkalmas a mi céljainkra az ilyen hangszóró. Ilyen kivitelűt ne vásároljunk. A frekvencia-hangnyomás diagramját az alábbi ábrán láthatjuk.
A fekete vastag görbét kell nézni. Nincs egy egyenest megközelítő része sem a görbének, egyáltalán nem lapos az átvitel. Egy nagy púp van egészen 9000 Hz-ig, majd egy újabb púp következik. Ilyen frekvenciaátvitellel semmire se megyünk.
SAL SBX 1620 BK és SBX 1320 BK
Ezek a hangszórók kedvező áruk és tetszetős kivitelük miatt is nagyon vonzóak. A Qts paraméterük azonban nem teszi lehetővé jól szóló basszusreflex doboz építését. Az SBX 1620-szal anno megpróbáltam, de természetesen nem sikerült. Inkább zárt dobozba valók. Sajnos egyáltalán nem tűnnek jó választásnak a mi szempontunkból.
Folytassuk a magassugárzókkal, mégpedig ferrofluidos, textildóm (hagyományos, ring, ring radiator) típusokkal, amelyek általában kellemes hangúak.
Peerless XT25BG60-04 ring radiator
Kezdjük a 25000 forintba kerülő ring radiator magassugárzóval. Az alábbi képen látható.
Nézzük meg a paramétereit is.
Impedanciája 4 ohm, érzékenysége 1 W/1 m esetén 88,6 dB, 2,83 V/1 m szerint 92,26 dB. Az "ajánlott frekvenciatartomány" valójában tesztelt frekvenciatartomány, amely 500-20000 Hz. Rezonanciafrekvenciája 589 Hz. Az 100 W teljesítmény céljainkra bőven elég. Az alábbi ábrán láthatjuk a frekvencia-hangnyomás diagramot, amelyen a 2,83 V/1 m szerinti, 92,26 dB érzékenységhez tartozó görbéket látjuk.
A felső, barna görbét kell nézni, mert az mutatja a hangszóró tengelyében mért hangnyomást. Általánosan is igaz az, hogy mindig a hangszóró tengelyében mért görbe látható legfelül a diagramokon. Hangnyomásszintje nagyon egyenletes, 1000 Hz és 20000 Hz között +/-2-3 dB-en belül egyenletes az átvitel. A keresztezési frekvencia akár 2000 Hz is lehet.
Dayton Audio RST28F-4 dómsugárzó
Ennek ára jelenleg 19000 Ft.
Nézzük meg a paramétereit is.
Impedanciája 4 ohm, érzékenysége 2,83 V/1 m esetén 93,5 dB (1 W/1 m szerint kb. 90 dB), ajánlott frekvenciatartománya 1400-20000 Hz (a gyártó szerint +/-3 dB-en belül), rezonanciafrekvenciája 710 Hz. A 80 W teljesítmény céljainkra bőven elég. Az alábbi ábrán láthatjuk a frekvencia-hangnyomás diagramot.
A grafikon szerint egészen 700 Hz-ig 93 dB körüli a hangnyomás, csak az alatt kezd el csökkenni. Körülbelül 5000 Hz-ig alacsonyabban halad a görbe, majd hirtelen megemelkedik 2,5-3 dB-lel, és ezen a szinten halad körülbelül 18000 Hz-ig. Ez a megemelkedés nem tűnik kedvezőnek, azonban a 3 dB-es hangnyomás-emelkedést csak egy kicsivel halljuk hangosabbnak. Ránézésre úgy tűnik, hogy ez a hangszóró az általunk készítendő hangváltóval minden bizonnyal alkalmas 3000 Hz-nél alacsonyabb keresztezési frekvenciára, valószínűleg 2000 Hz körülire is.
SB Acoustics SB29RDC-C000-4 ring magassugárzó
Jelenleg 23000 forintért vásárolható meg.
Nézzük meg a paramétereit is.
Impedanciája 4 ohm, érzékenysége 2,83 V/1 m esetén 93 dB (1 W/1 m-nél kb. 89,5-90 dB), rezonanciafrekvenciája 600 Hz. A 100 W teljesítmény céljainkra bőven elég. Ennek a hangszórónak nagyobb a membránátmérője (29 mm), mint az előző hangszóróé (25,4 mm), amely nagyobb membránfelületet jelent, Az Xmax értéke 0,25 mm. Az alábbi ábrán láthatjuk a frekvencia-hangnyomás diagramot.
Mindössze 600 Hz-től egészen 22000 Hz-ig nagyon egyenletes a frekvenciaátvitel, a 93 dB-hez képest bőven +/-2 dB-en belül marad, a végén is egyenletesen esik. A 600 Hz-es alsó határfrekvencia nagyon kedvező. Azért kedvező, mert kellően távol lehet még a 2000 Hz-es keresztezési frekvenciától is, amely minden bizonnyal megfelelő lehet. A gyártó cég 2600 Hz keresztezési frekvencia és 12 dB/oktáv szűrő esetére adja meg a 100 W teljesítményt. Mi azonban ennek töredékével szeretnénk meghajtani a hangszórót, amely így minden bizonnyal jól fog működni alacsonyabb frekvenciákon is. 2000 Hz keresztezési frekvencia választása esetén mindössze 600 Hz-cel alkalmazunk kisebb keresztezési frekvenciát, mint amilyen frekvenciát a gyártó a teljesítmény mérése során alkalmazott.
Miért kell foglalkoznunk az alacsony keresztezési frekvenciával? Az alacsonyabb keresztezési frekvenciát bizonyos esetekben a mélyhangszóró magasabb frekvenciákon történő kiemelései, anomáliái indokolják, mert ha alacsonyabb a keresztezési frekvencia, akkor a ezek hatása kevésbé érvényesül, mert távolabb esnek a keresztezési frekvenciától.
Most foglalkozzunk néhány mélysugárzóval.
SB Acoustics SB17NBAC35-8
Ennek a hangszórónak a membránja alumíniumból készült, ára jelenleg 38000 forint, átmérője 170 mm. Azért mutatom be, mert nem alkalmas hangdobozunkhoz. Már korábban is írtam, hogy ne alumíniumból készült, hanem papírból készült membránú hangszórót válasszunk, az alábbi ábrán láthatjuk is, hogy miért.
A fenti ábrán a hangszóró frekvencia-hangnyomás diagramját láthatjuk. A kék színű görbét kell nézni. A problémát a 7000 Hz feletti, 15 dB nagyságú kiemelés jelenti. Ez elsőfokú szűrőnél mindenképpen éreztetni fogja hatását a hangban. Olyan hangszórót célszerű választani, amelynél ezen a szakaszon nem kiemelés, hanem egyenletes esés tapasztalható. Tehát ehhez hasonló frekvenciamenetű típust semmiképpen sem ajánlatos vásárolni, akármiből is van a membránja. Nem az ártól függ, hogy egy hangszóró alkalmas-e az általunk elkészítendő hangdobozhoz, a drága hangszóró is lehet alkalmatlan. Fémből készült membránnal is lehet aránylag problémamentes mélyhangszórót készíteni, erre lentebb látunk is egy példát.
Lehetőleg olyan hangszórót se válasszunk, amelynek folyamatosan emelkedő a frekvenciaátvitele, mert az sem a mi hangdobozunkba való.
Dayton Audio RS150P-4A
Ennek a hangszórónak az ára jelenleg 60 EUR körül van. Létezik 8 ohmos változatban is, itt azonban a 4 ohmos változatról lesz szó. Membránja papírból készült.
Nézzük meg a paramétereit is.
Impedanciája 4 ohm, érzékenysége 2,83 V/1 m szerint 90,3 dB (1 W/1 m-re kb. 87,3 dB). A 40 W teljesítmény céljainkra elegendő. Ajánlott frekvenciatartománya 45-10000 Hz.
Az fenti ábrán láthatjuk a frekvencia-hangnyomás diagramot. Egészen 10000 Hz-ig az átvitel szinte a teljes tartományban a 90,3 dB-hez viszonyítva +/-2 dB-en belül marad, de mindenütt belefér a +/- 3 dB-be. Inkább felfelé tér el, mint lefelé. Mindezt elsősorban egy 7 dB-es kiemelés zavarja 5000-6000 Hz között. Ezt a csúcsot figyelembe véve legfeljebb 2500 Hz környékén célszerű keresztezési frekvenciát választani, magasabban nem.
A fent ismertetett magassugárzók közül a Dayton Audio RST28F-4, és az SB Acoustics SB29RDC-C000-4 típusú 4 ohmos hangszórók tűnnek legalkalmasabbnak, mert kellő érzékenységtartalékkal rendelkeznek.
Az alábbi ábrán látható ezzel a hangszóróval tervezett, 12 liter nettó belső térfogatú hangdoboz átvitele.
Az F3 pont 48 Hz-nél van, 10 W teljesítménynél keltett hangnyomás 1 m távolságnál meghaladja a 96 dB-t, 10 W-nál a membrán maximális kitérése 3,2 mm, 4,7 cm átmérőjű, 14,58 cm hosszú reflexcső és 10 W esetén a levegőáramlás maximális sebessége nem éri el a 15 m/s-ot, amely megfelelő. Nagyobb dobozt nem tudunk tervezni ehhez a hangszóróhoz, arra nem alkalmas. Az alsó határfrekvencia lehetne alacsonyabb is. Ezek a hátrányok.
SB Acoustics SB16PFCR25-4
Ennek a hangszórónak az ára 14000 forint. Létezik 8 ohmos változatban is, itt a 4 ohmos változatról lesz szó. Speciális anyagból készült membránja van.
Nézzük meg a paramétereit is.
Impedanciája 4 ohm, érzékenysége 2,83 V/1 m szerint 89,5 dB (1 W/1 m-re kb. 86,5 dB). A 40 W teljesítmény céljainkra elég.
Frekvenciaátvitele egészen 4000 Hz-ig +/-4 dB-en belül van. 4800 Hz körül találunk egy 7 dB körüli magas csúcsot. Ez a csúcs véleményem szerint legfeljebb 2500 Hz keresztezési frekvenciát tesz lehetővé. A fent ismertetett magassugárzók közül a Dayton Audio RST28F-4, és az SB Acoustics SB29RDC-C000-4 típusú 4 ohmos hangszórók tűnnek legalkalmasabbnak, mert kellő érzékenységtartalékkal rendelkeznek, és minden bizonnyal alkalmasak 2000 Hz keresztezési frekvenciára is.
Az alábbi ábrán látható ezzel a hangszóróval tervezett, 22 liter nettó belső térfogatú hangdoboz átvitele.
Az F3 pont 40 Hz-nél van, 10 W teljesítménynél keltett hangnyomás 1 m távolságnál meghaladja a 97 dB-t, 10 W-nál a membrán maximális kitérése 3,52 mm, 5 cm belső átmérőjű, 13,03 cm hosszúságú reflexcső és 10 W esetén a levegőáramlás maximális sebessége kissé meghaladja a 16 m/s-ot, amely megfelelő. A mindössze 40 Hz-es alsó határfrekvencia nagyon jó. Ehhez a hangszóróhoz könnyen tudunk dobozt tervezni.
MarkAudio CHN 110
Ennek a hangszórónak az ára körülbelül 25000 forint. Magnéziumötvözetből készült membránja van. A gyártó széles sávú hangszóróként kínálja, erről később, az egyutas hangdobozok kapcsán még lesz szó. Alkalmas azonban kétutas rendszerben mélyközép hangszóróként is.
Nézzük meg a paramétereit is.
Impedanciája 8 ohm, érzékenysége 1 W/1 m szerint 88,4 dB. Rezonanciafrekvenciája 44 Hz. A 45 W teljesítmény céljainkra elég.
Frekvenciaátvitele nem annyira egyenletes, mint az előző hangszóróké (ez a szélessávú hangszórók sajátossága), azonban nagyon széles sávban szól, nincsenek nagy beszakadások és kiemelések, a görbe egyenletes lefutású, a végén eső szakasszal. A tesztelőknek korrekciók nélkül is meglehetősen tetszett a hangja, és ez nagyon fontos szempont, főleg ha egyutas hangdobozt szeretnénk vele készíteni. Keresztezési frekvenciát elég széles sávban választhatunk, én körülbelül 2000-3000 Hz közöttit választanék. 3000 Hz-es keresztezési frekvenciával problémamentes lehet a 8 ohmos SAL DTF 12 magassugárzóval is, illetve akár alacsonyabb keresztezési frekvenciával a fentiek közül még a Dayton Audio RST28F-4, és az SB Acoustics SB29RDC-C000-4 típusú 4 ohmos hangszórók tűnnek alkalmasnak.
Az alábbi ábrán látható ezzel a hangszóróval tervezett, 28 liter nettó belső térfogatú hangdoboz átvitele.
Az F3 pont 40 Hz-nél van, 20 W teljesítménynél keltett hangnyomás 1 m távolságnál meghaladja a 101 dB-t, ugyanekkor a membrán maximális kitérése 6 mm, 66 mm belső átmérőjű, 15,5 cm hosszúságú reflexcső és 20 W esetén a levegőáramlás maximális sebessége 16 m/s, amely megfelelő. A mindössze 40 Hz-es alsó határfrekvencia nagyon jó. Ehhez a hangszóróhoz könnyen tudunk dobozt tervezni. 22 literes doboz 43 Hz-re hangolva (6 cm belső átmérőjű, 16,4 cm hosszú cső) 44 Hz-es F3 pontot eredményez, 18 literes doboz 39 Hz-re hangolva (5 cm belső átmérőjű, 17,8 cm hosszú cső) pedig 52 Hz-es F3 pontot.
Az alábbi ábrán a SAL KAH 303 típusú, 66 mm belső átmérőjű, 125 mm és 250 mm között állítható hosszúságú reflexcsövet láthatjuk, amelyből egy párnak az ára 1500 forint körüli.
Ne tévesszen meg senkit, a jó tervezhetőség nem jelenti azt, hogy bármekkora dobozt lehet tervezni az adott hangszóróhoz. Minden hangszóróhoz egy bizonyos térfogattartományon belül lehet dobozt tervezni. Ez a hangszóró például nagyobb térfogatú dobozokba való, valójában a 18 literes doboz már az alsó határ környékén van. A jó tervezhetőség azt jelenti, hogy jól megvalósítható méretek adódnak a doboz térfogata és a reflexcső tekintetében, és jól be lehet állítani a doboz hangolásával a lapos frekvenciamenetet úgy, hogy bizonyos teljesítményig a membrán kitérése, illetve a reflexcsőben a levegő áramlásának sebessége elfogadható értékű marad.
Több mélysugárzót szerettem volna bemutatni, azonban több hangszóró is kiesett amiatt, mert nem lehetett hozzá "normális" basszusreflex dobozt tervezni. Válasszunk körültekintően. Nagyon sok a látszólag szép, de nem igazán jó termék, ráadásul több gyártó túlárazott hangszórókat forgalmaz, amelyek szépek, de nem érnek annyit, mint amennyibe kerülnek. Sokszor nem jobbak a Somogyi hangszóróknál, de az áruk háromszoros.
Hangdoboz tervezése
Basszusreflex dobozt kell terveznünk a mélysugárzóhoz (vagy a széles sávú hangszóróhoz). A doboz helyes megtervezése a mély hangok sugárzása szempontjából fontos, a doboz és a hangszóró együttesen határozza meg, hogy milyen jó lesz a mély hangok átvitele, csillapítása, feszessége. A tervezőprogramban ennek megfelelően csak a hangdoboz 500 Hz alatti viselkedését láthatjuk. Nem minden hangszóróhoz lehet a megfelelő, kívánt térfogatú basszusreflex dobozt tervezni, ebbe bele kell nyugodnunk. A megfelelő hangszóró kiválasztásával ezt a problémát elkerülhetjük.
A hangdoboz tervezéséhez a mélysugárzó Thiele - Small (T/S) paramétereire van szükség, amelyeket általában megtalálhatunk a gyártó weboldaláról PDF formátumban is letölthető adatlapon.
Az interneten számtalan leírást találunk a hangdoboz tervezésétől a megvalósításáig, az mindenesetre fontos, hogy jó dobozt készítsünk, mert ez alapvető fontosságú ahhoz, hogy a hangdoboz jól szóljon. Rosszul tervezett és/vagy rosszul kivitelezett hangdoboz nem fog jól szólni. Az adott hangszóróhoz való kész doboztervet is találhatunk, sokszor a hangszóró gyártójának weboldalán is.
Én magam a WinISD nevű, Windows operációs rendszeren (Wine segítségével Linuxon is) futtatható, szabadon használható programmal terveztem meg hangdobozaimat. Itt nem lesz szó a program ismertetéséről, használatáról, inkább csak néhány tervezési szempontot említek meg.
A dobozt legalább 18-22 mm vastag MDF lapból vagy bútorlapból készítsük. Az MDF jobb, mert tömörebb. Én az átalakított hangdobozomat anno 8 mm-es MDF lapból készítettem, de az nem lett elég merev.
A hangdobozt a reflexcsővel hangolhatjuk a szükséges frekvenciára. A reflexcső keresztmetszete és hosszúsága számít, az alakja nem. A reflexcső nincs nagy mechanikai igénybevételnek kitéve, így szinte bármiből készíthető, de készen is vásárolható. A reflexcsőben a levegő áramlásának sebessége annál nagyobb, minél kisebb a keresztmetszete. Ha túl kicsi a reflexcső keresztmetszete, annak kellemetlen hanghatás (a reflexcsőből) lesz a következménye.
A reflexcső számos esetben nem a hangdoboz elején, hanem a hátoldalán vagy néha az oldalán található. Ha hátul van, akkor nem helyezhetjük a dobozt túl közel falhoz, mert a háta mögött szabad teret kell biztosítani. Ilyenkor szóba kerülhet valamilyen állványra helyezés is (a falaktól távolabb). Ekkor azonban számíthatunk arra, hogy esetleg szükség lesz diffrakciókiegyenlítésre. Erről lentebb írok.
Tehát a levegő áramlásának a sebességével foglalkoznunk kell a tervezés során. A WinISD szerzői szerint állítsunk be a programban olyan teljesítményt, amelynél a membrán kitérése 10%-kal meghaladja a maximális lineáris kitérést, és ennél a teljesítménynél nézzük meg a levegő áramlásának sebességét. Ha ez nem haladja meg a 17 m/s-ot, az megfelelő lehet. Az alábbi ábrán ez utóbbit láthatjuk 15 W hangszóróra kapcsolt teljesítménynél.
Megkerestem a maximum értéket, és a jobb felső sarokban látható, hogy 40,69 Hz-nél van a maximum, mégpedig 20,710 m/s. Mint már fentebb láthattuk, 15 W teljesítménynél a membrán kitérése már kissé meghaladja a lineáris tartományt, azonban ennél kisebb teljesítménnyel fog szólni a hangdoboz, ezért ez a 20 m/s elfogadható érték. De jobb lenne, ha nagyobb lenne a cső átmérője, azonban akkor túlságosan hosszú csőre lenne szükség, amely nem férne be a dobozba.
A hangdobozom eredetileg 48 Hz-re volt hangolva, amelynek frekvenciamenete az alábbi ábrán látható:
Látható 50 Hz körül egy kisebb kiemelés, amely nem tűnik nagy problémának, azonban valójában probléma. Ha itt nem lapos a frekvenciamenet, akkor elromlik a mély hangoknál az impulzusátvitel, azaz tovább rezeg a membrán, mint kellene. Minél hamarabb csillapodik a membrán rezgése, annál jobb. Kiszámoltam pontosabban a doboz nettó belső térfogatát, a belső térfogatból minden olyan dolognak a térfogatát levontam, amely a doboz belsejének térfogatát csökkenti, majd átterveztem a dobozt lapos frekvenciamenetűre. Az új terv szerint doboz nettó belső térfogata 13,3 liter körüli lett, és a doboz elvileg 44,4 Hz-re lett hangolva. Ehhez 15,6 cm hosszú reflexcső szükséges. A 11,5 cm-es reflexcsövet meg kellett körülbelül 4 cm-rel hosszabbítani. A tervezéskor figyelni kell arra, hogy a cső elférjen a hangdoboz belsejében úgy, hogy mögötte is legyen megfelelő méretű hely. Ha ennél a doboznál 6,8 cm átmérőjű reflexcsövet szeretnénk használni (hasonló átmérőjűt lehet vásárolni is), az ugyan a levegőáramlás sebessége szempontjából sokkal jobb lenne, azonban így 36,5 cm csőhossz adódna, amely nem fér el a dobozban. Elvileg használhatnánk flexibilis csövet is, amely bizonyos esetben megoldást jelenthet, egyszerűbb azonban az egyenes csőnél maradni. Az áttervezett doboz frekvenciamenete az alábbi ábrán látható:
A módosított dobozt meghallgatva azt tapasztalhattam, hogy jobb lett a hangja az eredeti hangoláshoz képest. Tehát semmiképpen se legyen kiemelés a mély hangoknál, hanem lapos frekvenciamenetet valósítsunk meg a doboz hangolásával, ha lehetséges. Mint láthatjuk, kis korrekcióval jobb eredményt érhetünk el, ezért gondos munkát végezzünk.
A doboz belsejének kitöltésével kapcsolatban erősen megoszlanak a vélemények, mindenki válassza a számára megfelelő megoldást. Sokféle javasolt anyaggal találkozhatunk. Én 3 cm vastag vatelint használtam, de nem állítom, hogy biztosan ez a legjobb.
A hangdoboz belsejét lazán kitöltöttem 3 cm vastag vatelinnal. A vatelin napjainkban nagyon vékony poliészter szálból készül, kabátok béléséhez, és egyéb hasonló célra használják. A hangdobozba való vatelint a hangtechnikai szaküzletek méregdrágán árulják, egy kis darabért is elkérnek néhány ezer forintot, ne ilyet használjunk. Inkább méteráruként szerezzük be, bár nem sok helyen árulnak ilyen vastagot. Én a https://takoy.hu webáruházban vásároltam, a 3 cm vastag, 160 cm széles vatelin métere 2000 Ft volt. Vásároltam egy métert, azt hosszában kettévágtam, így kaptam két 160 cm hosszú, 50 cm széles csíkot. Az egyiket ismét hosszában kettévágtam, így 25 cm széles csíkokat kaptam, ennek a szélessége éppen megfelelő az általam készített hangdobozhoz. Egy hangdobozba egy ilyen csíkot tettem, mégpedig harmonikaszerűen összehajtva, a végéből mindössze 10-15 cm-t kellett levágni. Az alábbi ábrán az összehajtogatott vatelincsíkot láthatjuk. Összesen öt réteg keletkezett az összehajtogatás során.
A harmonikaszerűen összehajtogatott vatelint tehát lazán kell elhelyezni a hangdobozban. Az első három rétegbe a reflexcső helyén kis nyílást vágtam, hogy rá tudjam húzni a csőre.
Az utolsó két rétegnek a reflexcsőnél levágtam a sarkát, hogy a reflexcső vége szabadon legyen, mögötte már ne legyen vatelin. A vatelin ily módon nagyjából ki is töltötte a doboz belsejét.
A doboz csak a reflexcsőnél szellőzzön, az esetleges lyukakat vagy réseket szüntessük meg.
Kiemeltem néhány szempontot, amellyel foglalkozni kell a doboz tervezésekor. Egyéb szempontok is nagyon fontosak, azokkal is foglalkozni kell, ezekről sok információ olvasható az interneten, videók találhatók a youtube-on. Gondosan járjunk el. Biztosra ritkán lehet menni. Csak a meghallgatás mutatja meg igazán, hogy hogyan szól a hangszóró a dobozban.
A hallgatási környezet is jelentősen beleszól abba, hogy mit hallunk valójában. A falakról és egyéb berendezési tárgyakról mindig visszaverődik a hang, interferenciák keletkeznek, vagy a túl kicsi szobába egyszerűen nem "fér bele" a túl mély hang, hiába tudná azt a hangdoboz reprodukálni. Az sem mindegy, hogy a hangdobozt a falak közelébe, vagy azoktól távolabb helyezzük el.
A következő részben a hangváltó megvalósításáról és beállításáról szólok részletesebben.
A hangváltó megvalósítása
A fentebbi ábrán látható kapcsolás csak a hangváltó alapkapcsolása volt, azt még ki kell egészítenünk járulékos elemekkel a jobb eredmény elérése érdekében. Ehhez segítségül hívhatjuk az ezen az oldalon
https://subvoice.hu/hangdobozepites/elmelet/hangvalto2/
található kalkulátorokat. De hasonlókat máshol is találhatunk.
Alkatrészek
Az alábbi ábrán is látható, fehér színű, kerámia külsejű huzalellenállásokat kell használni a hangváltóban. Mivel nem nagy teljesítményű hangdobozt készítünk, az 5 W terhelhetőségű ellenállás bőven elég. Ezek az ellenállások 5% pontosságúak (az alábbi ábrán az ellenállás feliratában a "J" betű jelenti ezt), tehát az 5%-os ellenállássor értékei állnak rendelkezésünkre. Ha van multiméterünk, akkor megtehetjük, hogy a szükségesnél több darabot vásárolunk, és pontosabban összeválogatjuk a két hangdobozba építendő ellenállásokat.
A hangváltóban a kondenzátorok feltétlenül polipropilén dielektrikumúak legyenek, és elég, ha 100 V feszültséget elviselnek. Én magam 400 V-os polipropilén kondenzátorokat használtam, mert jóval olcsóbbak voltak. Az alábbi ábrán láthatunk egy 400 V-os polipropilén kondenzátort.
Nagyon fontos, hogy légmagos induktivitást vegyünk, olyat, amelynek nagyon kicsi, 0,2 ohm körüli az egyenáramú ellenállása. Sajnos ezen nem nagyon szabad spórolni, mert hallható lesz az eredményen. Én az alábbi ábrán látható, 1,4 mm átmérőjű rézhuzalból készített induktivitást vásároltam:
Az induktivitás nem túl könnyű, ezért a doboz belsejében a doboz aljához ragasztottam 100 fokos ragasztópisztollyal, mert ezt a hőmérsékletet a huzal zománcszigetelése elviseli, majd elég vastag hangszóróvezetékkel csatlakoztattam a többi alkatrészhez. A többi alkatrészt egyszerűen a hangszórók kivezetéseihez forrasztottam, panelt nem készítettem, mert feleslegesnek tartottam.
Azonos impedanciájú hangszórók esete
Először bemutatom a szükséges lépéseket úgy, mintha a Tesla ARN-150-03/8 és a SAL DTF 12 típusú, 8 ohmos hangszórókkal készítenénk el a hangdobozt. Tehát mindkét hangszóró 8 ohmos. Azt, hogy mit kell másként csinálni, ha a hangszórók impedanciája eltérő, később mutatom meg.
Zobel korrekció
A Tesla ARN-150-03/8 hangszóró impedanciáját a frekvencia függvényében az alábbi ábrán láthatjuk.
Ilyen grafikont minden gyártó mellékel a specifikációhoz. A fekete grafikonvonal mutatja a hangszóró impedanciáját. A frekvencia növekedésével a hangszóró impedanciája igen jelentősen növekszik, ez minden hasonló hangszóró esetében így van, és a lengőtekercs induktivitása okozza. A fenti ábrán láthatjuk, hogy 3000 Hz-en 17 ohm, 5000 Hz-en 21 ohm az impedancia, amely nagyon eltér a névleges 8 ohmtól. Tehát a hangszóró impedanciája nagyon változik a frekvencia függvényében. A hangváltó jobb működése érdekében ezt ajánlatos korrigálni úgy, hogy a rezonanciacsúcstól jobbra egy közel vízszintes görbét kapjunk, azaz ne nagyon változzon a frekvencia függvényében az impedancia. A piros vonal szerinti korrekció lenne kívánatos. Ennek megvalósítására szolgál a Zobel korrekció.
Az általunk elkészítendő hangváltó szinte egyáltalán nem érzékeny a hangszórók impedanciájának megváltozására, annak meglehetősen szélsőséges megváltozásakor is az elektromos átvitel egyenes (lapos) marad, ezért a Zobel korrekciót (az alábbi ábrán az R3-at és C2-t) elhagyhatjuk a hangváltóból, és a hangszórók névleges impedanciájával számíthatjuk ki a keresztezési frekvenciát megvalósító elemeket (L és C). Az átvitel ugyan lapos marad, azonban a keresztezési frekvencia a hangszóró impedanciájának megváltozásakor megváltozik, eltolódik, amely nem kedvező. Zobel korrekcióval viszont legfeljebb csak kisebb mértékben változik a keresztezési frekvencia környékén a mélysugárzó impedanciája, ezért sokkal jobb, ha megvalósítjuk azt az alábbi három lehetőség valamelyikével.
Zobel korrekciónál egy sorba kapcsolt ellenállást és kondenzátort kapcsolunk párhuzamosan a mélyhangszóróval. A magassugárzónál jelen esetben (ennél a hangváltónál) nincs szükség korrekcióra. A fenti ábrán az R3 és C2 alkotja a Zobel korrekció elemeit.
Első lehetőségként a subvoice.hu oldalon található kalkulátort használhatjuk az R3 és C2 értékének megállapítására. Az én esetemben a Tesla hangszóró egyenáramú ellenállása a gyártó szerint 7,753 ohm, induktivitása 0,59 mH.
R3 = 9,691 ohm, azaz gyakorlatilag 10 ohm.
C2 = 6,282 mikrofarad, amelyet egy 5,6 mikrofarados és egy 680 nF-os kondenzátor párhuzamos kapcsolásával állíthatunk elő.
A Zobel korrekció alkatrészeinek értékét egyéb módszerrel is meghatározhatjuk, például ezen az oldalon található alternatív képletet is használhatjuk. Itt ezt találjuk:
R3 = 1,25 × Re, ahol Re a mélysugárzó egyenáramú ellenállása.
C2 = Le / (R32), ahol Le a mélysugárzóó lengőtekercsének induktivitása.
A Tesla hangszóró egyenáramú ellenállása a gyártó szerint 7,753 ohm, induktivitása 0,59 mH, azaz 0,00059 H.
R3 = 1,25 × 7,753 = 9,69 ohm
C2 = 0,00059 / (9,692) = 0,0000063 F = 6,3 mikrofarad
Ez ugyanazt az eredményt adta, mint az online kalkulátor, azonban lehet arról olvasni az interneten, hogy ez kissé alacsony értékű C2-t eredményez, ezért én a saját hangdobozomban megnöveltem C2 értékét 8 mikrofaradra (4,7+3,3 mikrofarad párhuzamosan).
Létezik egy pontosabb módszer is. Eszerint először ki kell számolni azt a frekvenciát (f0), amelynél a lengőtekercs induktivitása által képviselt impedanciája azonos a lengőtekercs egyenáramú ellenállásával:
f0 = Re/(2×π×Le), ahol Re a lengőtekercs egyenáramú ellenállása, Le az induktivitása.
Ebből már számítható C2 értéke:
C2 = 1/(2×π×f0×Re)
R3 = Re (megegyezik a lengőtekercs egyenáramú ellenállásával)
A Tesla hangszóró esetén (Re = 7,753 ohm, Le = 0,00059 H):
f0 = 7,753/(6,28 x 0,00059) = 2092 Hz
C2 = 1/(6,28 × 2092 × 7,753) = 9,818 mikrofarad
R3 = 7,753 ohm
A gyakorlatban C2 egy 6,8 és egy 3,3 mikrofarados kondenzátor lehet párhuzamosan kapcsolva, az R3 7,5 ohmos ellenállás lehet.
Ezen módszerek valamelyikét választhatjuk a Zobel korrekció elemeinek meghatározására. Bármelyiket is választjuk, sokkal kevésbé fog változni a mélyhangszóró impedanciája ahhoz képest, mintha nem alkalmaznánk korrekciót.
A keresztezési frekvencia megválasztása
A következő lépés a keresztezési frekvencia megválasztása. Mivel elsőfokú szűrőt alkalmazunk, túl alacsony keresztezési frekvenciát nem választhatunk a DTF 12 magassugárzó fentebb már említett tulajdonságai miatt. A Tesla ARN-150-03/8 hangszóró esetén túl magas keresztezési frekvenciát sem választhatunk a hangszóró 6000 Hz környékén tapasztalható erős kiemelése miatt. Válasszunk 3000 Hz-et, amely megfelelő lehet meg akkor is, ha esetleg némi eltolódás bekövetkezik.
Akár alkalmaztunk Zobel korrekciót, akár nem, a keresztezési frekvenciát meghatározó C és L értékének kiszámításakor alkalmazhatjuk a hangszórók névleges impedanciáját. Itt ismét kihasználjuk ennek a hangváltónak azt a jó tulajdonságát, hogy a hangszórók impedanciájának jelentős megváltozását is nagyon jól tolerálja. Ebből az következik, hogy a keresztezési frekvencia a valóságban nem pontosan a választott érték lesz, el fog térni attól, ezzel azonban nem érdemes foglalkoznunk (főleg Zobel korrekció alkalmazása esetén). Az elektromos átvitel azonban a keresztezési frekvencia eltolódása ellenére lapos lesz. A példánkban szereplő két hangszórónál a 2800 Hz és 3200 Hz közötti keresztezési frekvencia megfelelő lehet, ezért 3000 Hz-re számítottam ki a C és az L értékét.
A C és az L értékét az alábbi képletek segítségével számíthatjuk ki (Z a hangszórók névleges impedanciája, f a keresztezési frekvencia):
C = 1/(2×π×f×Z), ahol Z a magassugárzó névleges impedanciája
L = Z/(2×π×f), ahol Z a mélysugárzó névleges impedanciája
Az f = 3000 Hz, és Z = 8 ohm értékre a következőket kapjuk:
C = 1/(2×π×f×Z) = 1/(6,28×3000×8) = 0,000006635 F, azaz 6,6 mikrofarad.
L = Z/(2×π×f) = 8/(6,28×3000) = 0,000424 H, azaz 0,424 mH. Helyette 0,420 mH értékű induktivitást tudunk vásárolni.
Tehát C = 6,6 mikrofarad (5,6 + 1 mikrofarad párhuzamosan), L = 0,420 mH.
A hangszórók eltérő érzékenysége miatti korrekció
A következő lépés a mélysugárzó és a magassugárzó eltérő érzékenysége miatti korrekció. Mivel a példánkban a magassugárzó jóval érzékenyebb, ezért korrekció nélkül túl hangosan szólna a mélysugárzóhoz képest. Ezt ellenállásosztóval korrigálhatjuk. Bár sok helyen lehet olvasni, hogy elég egy, a hangszóróval sorba kapcsolt ellenállás a korrekcióhoz, ne így csináljuk. Ha jó eredményt szeretnénk elérni, akkor a magassugárzó megfelelő impedanciáját két ellenállásból kialakított feszültségosztóval kell biztosítanunk. A megfelelő impedancia a keresztezési frekvencia eltolódása szempontjából fontos. Mindenképpen két ellenállásból álló osztót alkalmazzunk.
A fenti ábrán a hangváltó teljes kapcsolási rajzát láthatjuk. A két hangszóró impedanciája továbbra is 8 ohm. Az R1 és R2 ellenállás alkotja az ellenállásosztót. Legegyszerűbb, ha a már említett oldalon található kalkulátort használjuk az ellenállások értékének megállapítására. A kívánt csillapítás elméleti értékét megkaphatjuk, ha a magassugárzó érzékenységéből levonjuk a mélysugárzó érzékenységét, példánkban 91 dB - 84 dB = 7 dB, a hangszóró impedanciájaként használjuk a névleges értéket, a 8 ohmot.
Amennyiben soros ellenállást alkalmaznánk, akkor az R2 ellenállás elmaradna, és az R1 ellenállás értéke a kalkulátor szerint 9,91 ohm (gyakorlatilag 10 ohm) lenne.
Mi azonban nem soros ellenállást alkalmazunk, hanem feszültségosztót. A kalkulátor szerint R1 értéke 4,427 ohm, R2 értéke pedig 6,458 ohm. Ez azt eredményezi, hogy R1, R2 és az R2-vel párhuzamosan kapcsolt magassugárzó impedanciájának eredője elvileg 8 ohm lesz. Az 5%-os ellenállássor legközelebbi értékei 4,3 ohm és 6,2 ohm. Kezdetnek ezeket az értékeket alkalmazhatjuk. Arra azonban számítanunk kell, hogy ezt a feszültségosztót finomítani kell, hogy összehangoljuk a magassugárzó és a mélysugárzó hangerejét. Ez rendkívül kulcsfontosságú az eredmény szempontjából.
Ha eddig eljutottunk, akkor hallgassuk meg a hangdobozt. Hogy mivel hallgassuk meg, azt pontosan nem tudom megmondani. Mindenképpen jó minőségű hangfelvétellel, amelyek leginkább az utóbbi évtizedekben készültek. A youtube-on is találhatunk hangdoboz tesztelésére alkalmas, jó minőségű összeállításokat, például az alábbi linkeken:
https://www.youtube.com/watch?v=G70Uov7BFsQ
https://www.youtube.com/watch?v=7aEUakKMLBs
Sok hasonlót találhatunk ezeken kívül is a youtube-on.
Én a nagy Sony fejhallgatómmal is meghallgattam tesztelés közben a zenét, mert így valamelyest hasonlítani tudtam a fejhallgató és a hangdoboz hangját, főleg a magas- és a mély hangok aránya szempontjából.
A hangképnek kiegyenlítettnek kell lennie, megfelelő mély hangoknak, és kellő magas hangoknak egyaránt jelen kell lenniük (ha a zene ezeket tartalmazza). A hangdoboz hibáit csak többféle, jó minőségű zenével történő meghallgatással állapíthatjuk meg. Végül eljuthatunk egy olyan pontra, amikor már megállapíthatjuk, hogy jól szól a hangdoboz, hangja kiegyensúlyozott, nem fárasztó hallgatni, hanem kellemes, nagyon tisztán szól, és ha változtatnánk rajta, akkor az inkább rontana rajta, mint javítana. Ekkor mondhatjuk, hogy a hangdoboz kész.
A kalkulált R1 és R2 ellenállásértékekkel például kevés lehet a magas hang, amely azt jelenti, hogy a magassugárzó túl halkan szól. Ilyenkor el kell kezdeni kísérletezni az R1 ellenállás értékének csökkentésével azért, hogy a magassugárzóra nagyobb feszültség jusson, ezért hangosabban szóljon. Végül nagyjából jónak tűnik majd az R1 értéke. Ekkor meg kell nézni, hogy hány ohmmal kellett csökkenteni (vagy ha túl sok volt a magas hang, akkor növelni) az R1 értékét. Ha legfeljebb 1 ohmmal kellett változtatni, és teljesen jól szól, akkor késznek nyilváníthatjuk a hangdobozt. Ha többel kellett változtatni, és jobb eredményt szeretnénk elérni, akkor nem szabad lustának lennünk újrakalkulálni az osztót. Erre amiatt van szükség, mert a C és L értékének számításánál 8 ohmos hangszóró impedanciákkal számoltunk, és előnyös, ha nem túl nagyon térünk el ettől. Példánk szerint megbecsülhetjük, hogy a 7 dB korrekció helyett elég körülbelül 5 dB-lel csökkenteni a magassugárzóra jutó jelet. A kalkulátorba a hangszóró névleges impedanciáját, a 8 ohmot írjuk be, és az 5 dB-t.
A kalkuláció az R1 értékére 3,5 ohmot, R2 értékére 10,28 ohmot adott. Folytassuk a kísérletezést, R2-ként szabványos, 10 ohmos ellenállást alkalmazzunk a magassugárzóval párhuzamosan kötve, a 3,5 ohm helyett R1-ként két darab párhuzamosan kapcsolt 6,8 ohmos ellenállást alkalmazhatunk, ez utóbbi eredője 3,4 ohm, kissé kevesebb a kalkuláltnál. Ha meghallgatjuk, és még mindig túl sok a magas hang, akkor a két párhuzamosan kapcsolt 6,8 ohmos ellenállással sorba kell kötni például egy 0,5 ohmos ellenállást, így az R1 helyén (3,4 + 0,5), azaz 3,9 ohm lesz. Ha jobb lett a hangdoboz hangja, de még mindig sok a magas hang, akkor kicsit még mindig csökkenteni kellene a magas hangok hangerején. Ennek érdekében a 0,5 ohmos ellenállást kicserélhetjük 1 ohmos ellenállásra, miáltal R1 értéke összességében (3,4 + 1), vagyis 4,4 ohm lesz. Tegyük fel, hogy így meghallgatva nagyon jól szól. Így már elég közel van a 8 ohmhoz az eredő impedancia, csak a hozzáadott 1 ohmos ellenállás növelte meg. Ekkor késznek nyilváníthatjuk a hangdobozt. Ehhez hasonlóan tudjuk a fülünket használva finomhangolni a dobozt. A már jónak ítélt saját hangdobozomnál kipróbáltam még azt is, hogy R1 értékét 0,3 ohmmal növeltem, de így már túl kevés magas hang lett, ez nem vált be. Mivel a túl sok magas hang felől közelítettem az optimum felé, és a 0,3 ohmos növeléssel már túlmentem az optimumon, biztos lehettem benne, hogy az utólag hozzáadott 0,3 ohm nélküli állapotban szól körülbelül a legjobban a hangdoboz.
Le lehet vonni a következtetést, hogy a magassugárzó hangerejének beállításánál tized ohmos eltérések is számítanak, 0,3 ohm eltérés hatása egyértelműen hallható volt. A finomhangoláshoz ellenállásokat kell vásárolnunk, amelyekkel kikísérletezhetjük a legjobb hangzást. Ezt nem lehet megspórolni. Pusztán számítással gyakorlatilag lehetetlen eltalálni a legjobb hangzást.
Teendők eltérő hangszóró-impedancia esetén
Ez akkor fordulhat elő, ha valamilyen okból eltérő impedanciájú hangszórókat voltunk kénytelenek választani. Úgy kell választani, hogy a magassugárzó impedanciája legyen kisebb. Tehát az a kérdés, hogy például mit tudunk tenni 8 ohmos mélysugárzó és 4 ohmos magassugárzó jó együttműködése érdekében?
Zóbel korrekciót ugyanúgy alkalmazzunk a mélysugárzónál, ahogyan fentebb leírtam. Ebben semmilyen különbség nincs.
Eltérő hangszóró-impedanciák esetén véleményem szerint ne feszültségosztóval állítsuk be a magassugárzó hangerejét, hanem soros ellenállással. Ennek az az oka, hogy így a magassugárzó és a soros ellenállás impedanciája nagyobb lesz, és a hangdoboz az erősítő irányába nagyobb impedanciát fog mutatni. Ez azt jelenti, hogy a fenti kapcsolási rajzon az R2 ellenállásra nincs szükség, csak az R1-re, amely sorba van kapcsolva a hangszóróval. Az online kalkulátorban is a "Soros ellenállás"-nál kapott értéket kell figyelembe venni. A módosított kapcsolási rajz az alábbi ábrán látható.
Például legyen a 8 ohmos mélysugárzó érzékenysége 1 W/1 m (azaz 2,83 V/1 m) szerint mérve 89 dB, a 4 ohmos magassugárzó 2,83 V/1 m (azaz 2 W/1 m) szerint megadott érzékenysége pedig 93,5 dB. Tehát ha ugyanakkora feszültséget kapcsolunk mindkét hangszóró kapcsaira, az a magassugárzó szempontjából kétszeres teljesítményt jelent.
Vegyük észre, hogy ha nem csökkentjük a magassugárzó érzékenységét ellenállással a hangváltóban, akkor ez a magassugárzó 93,5 dB érzékenységűként fog viselkedni, szükség esetén ezt ki is használhatjuk. Ezzel a 4 ohmos magassugárzóval 1,66 ohmos ellenállást kell sorba kötni, hogy 2,83 V hatására 1 W teljesítményt vegyen fel 2 W helyett. Ezzel le is csökkentettük az érzékenységét körülbelül 3 dB-lel, körülbelül 90,5 dB-re. Példánkban azonban 89 dB-re, azaz összesen 4,5 dB-lel kell csökkenteni a magassugárzó 93,5 dB-es érzékenységét. Az online kalkulátor szerint ehhez 2,715 ohmos ellenállást kell sorba kötni a magassugárzóval. A hangszóró és az ellenállás eredő impedanciája 6,715 ohm lesz. A kisebb impedanciájú magassugárzó alkalmazásának az impedancia lecsökkenése az ára. Sohasem lesz a magassugárzó impedanciája a soros ellenállással együtt sem 8 ohm, hanem kisebb lesz. Ilyenkor mindig gondoljuk át, hogy mennyire engedhető meg, hogy kissé jobban megterheljük az erősítőt a 8 ohmnál kisebb impedanciával. Általában ez a kis, jelen esetben legfeljebb 20-25% körüli plusz áramterhelés semmi problémát sem szokott okozni főleg úgy, hogy a magas hangok szintje a zenében akár jelentősen is alacsonyabb, és hangdobozunkat úgysem hajthatjuk túl nagy teljesítménnyel. De az adott körülmények figyelembe vételével mindenkinek saját magának kell döntenie, mindenki gondolja át a saját erősítője, magassugárzója tekintetében.
Ha van egy 4 és 8 ohmos hangdobozokhoz egyaránt alkalmas erősítőnk, akkor ezzel a problémával egyáltalán nem kell foglalkoznunk. Ha van egy 8 ohmos hangdobozokhoz alkalmas 2x40 W-os sztereo erősítőnk, amelyet legfeljebb csak 2x10-15 W teljesítményen hallgatunk, akkor sem okozhat problémát az alacsonyabb impedanciájú magassugárzó. A napjainkban használt erősítők többsége már többféle védelemmel is rendelkezik, és ha saját erősítőnk is ilyen, akkor sem kell foglalkoznunk az impedanciaeltéréssel. Csak akkor lehet probléma, ha az erősítőben nincs "áramtartalék", a meghibásodás határán üzemel már 8 ohmos hangdobozokkal is, és nincs benne túlterhelésvédelem.
Tehát a magassugárzó és a vele sorba kapcsolt ellenállás együttesen 6,715 ohm impedanciát képviselnek. Úgy kell kiszámolnunk a keresztezési frekvenciához a C kondenzátor értékét, mintha a hangszórónk impedanciája 6,715 ohm lenne, míg az L értékét a mélysugárzó 8 ohmosnak tekintett impedanciájával. Ebben tulajdonképpen semmi újdonság nincs, az L meghatározására szolgáló képletbe eddig is a mélysugárzó impedanciáját, a C értékének meghatározására szolgáló képletbe eddig is a magassugárzó impedanciáját kellett behelyettesítenünk, csak most ez a két impedancia eltérő.
Számítsuk is ki ebben a konkrét esetben 2000 Hz keresztezési frekvencia esetén a C és L értékét.
C = 1/(2×π×f×Z) = 1/(6,28×2000×6,715) = 0,000011857 F, azaz 11,857 mikrofarad.
L = Z/(2×π×f) = 8/(6,28×2000) = 0,000637 H, azaz 0,637 mH
A nagy értékű kondenzátor ne tántorítson el bennünket attól, hogy polipropilén kondenzátort alkalmazzunk és ne unipoláris elkót. Például 11,857 mikrofarad helyett egy 6,8 és egy 4,7 mikrofarados kondenzátort párhuzamosan kapcsolhatunk (eredője 11,5 mikrofarad lesz). Van olyan magyarországi webáruház, ahol 400 V-os 6,8 mikorfarados polipropilén kondenzátor már 250 forintért kapható. Ezen nem szabad spórolnunk.
A magas- és mélysugárzó hangerejét az R1 (2,7 ohm) ellenállás értékének változtatásával hangoljuk össze. Az emiatt bekövetkező impedanciaváltozást a hangváltó kompenzálja.
Végül a megvalósításról és a kapott eredményről írok néhány szót. Nekem egyáltalán nem járt kínlódással ennek a hangváltónak a megvalósítása. Egyedül a magassugárzó hangerejét beállító feszültségosztón kellett változtatgatnom a beállítás során. Minden más "automatikusan" jó lett.
A hangdobozt természetesen mások is meghallgatták (több fül többet hall), de mindenkinek az volt a véleménye, hogy a magas hangok rendben vannak, nem kellene sem növelni, sem csökkenteni azokat, a hangdoboz nagyon tisztán, kiegyensúlyozottan szól, és bőven elég mély hangja is van. Egy lakótelepi nappaliban teljesen elég. Én magam sem gondoltam, hogy ilyen jó mély hangokat sikerül elérni. Hangereje pedig több, mint elég, ki sem lehet használni. Én leginkább rockzenét hallgatok, de a "csendesebb" zenékkel is jól szól a hangdoboz. Azt azonban ne feledjük, hogy nem szuper-HiFi hangdobozt készítettünk, csak egy általános zenehallgatásra kiválóan megfelelőt.
Aki már próbált hagyományos, párhuzamos hangváltót készíteni, az bizonyára értékelni fogja, hogy lényegében kínlódás nélkül meg lehet csinálni a soros hangváltót.
A hangdobozt az alábbi weboldalon található hanggenerátorral is meghallgathatjuk:
https://www.szynalski.com/tone-generator/
A csúszkát végig lehet húzni a teljes hangfrekvenciás tartományon, és hallhatjuk a hibákat. Az én esetemben 250-260 Hz körül egy határozott rezonancia tapasztalható, és csak kissé észlelhető a mélyhangszóró 6000 Hz körüli kiemelése. A magassugárzó elvileg 1008 Hz-es rezonanciája egyáltalán nem hallható.
Ismét leírom, hogy nagy teljesítményű hangdobozt így nem tudunk készíteni, mert az elsőfokú (6 dB/oktávos) szűrő miatt a magassugárzóra alacsonyabb frekvenciákon is jelentősebb jel jut. Ha ilyen hangváltóval készített hangdobozt túl nagy teljesítménnyel hajtunk meg, akkor a magassugárzó tönkremegy, leég. Csatornánként legfeljebb 30 W teljesítményt kapcsolhatunk a hangdobozra. Egy lakótelepi lakás nappalijában azonban ez bőven elég, sőt túl sok is, ha nem akarjuk a szomszédokat magunkra haragítani. Az általam készített hangdoboz a gyakorlatban még olyan hangerőnél is tisztán szól, amilyen hangerővel nem merem hallgatni a szomszédok miatt. Nagyobb érzékenységű mélysugárzóval esetleg még hangosabban szólna. Bőven elég normál hangerejű zenehallgatáshoz. És ez volt a célunk.
Egyutas hangdoboz készítése
Az egyutas hangdobozban csak egy hangszóró található, ezért hangváltót és magassugárzót nem tartalmaz. Mivel egy hangszóró sugározza le a teljes hangfrekvenciás sávot, ezért széles sávú hangszóróra lesz szükségünk, és meg kell barátkoznunk az esetlegesen kevésbé egyenletes átvitellel. Bizonyos problémákkal együtt kell élnünk, ha ilyen hangdobozt építünk. Valaki azt hozta fel példaként, hogy talán a kristálypohár nem annyira szépen cseng, mint a valóságban. Minden a kompromisszumokról szól. Azonban nem arról van szó, hogy jól megválasztott hangszóróval az egyutas hangdoboz rosszul szólna, hanem ellenkezőleg, jó hangja lehet. Vannak, akik az egyutas hangdoboz hangját kifejezetten jobban szeretik, mint a többutas hangdobozokét. Előnye, hogy csak egy hangforrás van, egy helyről szól minden hang. Valószínűleg ez okozza szerethetőségét a hibái ellenére. Több utas hangdoboznál a különböző frekvenciájú hangok különböző helyről szólnak. Ez mélységben is igaz, mert a mélysugárzó lengőtekercse általában mélyebben helyezkedik el, mint a magassugárzóé. Ráadásul a frekvenciatartomány jelentős részén két hangszóró együtt szól. Az egy pontból sugárzás csökkenti az interferenciákat. Látjuk, hogy kevésbé jó tulajdonságai mellett számos jó tulajdonsága is van. Az egyutas hangdoboznak feltétlenül létjogosultsága van, és nem szabad valamiféle másodlagos megoldásként tekinteni rá, csak úgy, mint egy másfajta hangdobozra. Le kell szögeznünk, hogy kevés olyan széles sávú hangszóró van, amelynek korrekció nélkül is egyenletes az átvitele. Az anomáliák, nagy szintugrások jól láthatók a frekvencia-hangnyomás diagramon is, könnyű észrevenni azokat. Ha korrekció szükséges, akkor csak nagyobb felkészültséggel érdemes belevágni az elkészítésébe. Többnyire mérésre (pl. frekvencia-hangnyomás görbe előállítására) is szükség lehet.
A széles sávú hangszóró kiválasztása hasonló kritériumok szerint történhet, mint a mélyközép sugárzó kiválasztása, az egyetlen lényegi különbség, hogy legalább 15-20 kilohertzig nagyjából egyenletesen kell sugároznia, ne legyenek nagy kiemelések és beszakadások, és a magas tartomány végén egyenletesen eső frekvenciamenet legyen (ne nagy kiemelés).
A széles sávú hangszóróhoz ugyanúgy kell dobozt terveznünk, mint bármely egyéb mélysugárzóhoz, hangváltóra és magassugárzóra nincs szükség, és a hangszórót közvetlenül csatlakoztatjuk az erősítő kimenetéhez.
MarkAudio CHN 110
Példaként a MarkAudio CHN 110 széles sávú hangszórót említem meg, amelynek magnéziumötvözetből készült a membránja, és ára jelenleg 25000 Ft. Fentebb, a hangszórók kiválasztásánál már részletesebben foglalkoztunk vele. Ez a hangszóró egyaránt alkalmas kétutas hangdobozba mélyközépsugárzóként, és egyutas rendszerbe széles sávú hangszóróként. Itt a széles sávú hangszóróként történő használatról lesz szó. Fentebb, a hangszórók kiválasztásánál ehhez a hangszóróhoz alkalmas, többféle méretű dobozról is szóltam. Ez a hangszóró állítólag mindenféle korrekció nélkül is jól szól, van, aki szerint jobban, mint bármelyik kétutas hangdoboz, de ez talán elfogult vélemény. A dobozba csak a MarkAudio CHN 110 hangszórót kell beszerelni, valamint a reflexcsövet, és a csillapítóanyagot. A hangszóró kivezetéseit közvetlenül ki kell vezetni a hangdoboz hátán lévő hangszóró-csatlakozóra.
A gyártó weboldaláról olyan adatlapot is letölthetünk a CHN 110 hangszóróhoz, amely négyféle egyutas hangdoboztervet is tartalmaz. Az első egy 18 literes basszusreflex hangdoboz, 46 Hz-es F3 ponttal, a második egy 24 literes basszusreflex doboz 40 Hz-es F3 ponttal, a harmadik egy 30 literes basszusreflex doboz 36 Hz-es F3 ponttal, a negyedik egy érdekes kivitelű basszusreflex doboz ferde előlappal, és 37 Hz-es F3 ponttal. A reflexcső mindegyiknél a doboz hátoldalán van, hogy kevesebb legyen az előre sugárzott zaj. Bármelyik dobozzal megtehetjük, hogy nyílást vágunk a magassugárzó részére, és hangváltóval kétutassá alakítjuk a dobozt. De ez véleményem szerint nem éri meg, mert a fórumokon azt olvashatjuk, hogy ez a hangszóró egyutas hangdobozban is nagyon jól szól.
Ismét nézzük meg a paramétereit is.
A frekvencia-hangnyomás diagramját.
Sok széles sávú hangszóró átvitele nem olyan szép, mint a MarkAudio CHN 110 átvitele, és hirtelen induló, erős kiemeléseket tartalmazhatnak, amelyek mindenképpen korrekcióra szorulnak. Erre figyeljünk, és kezdőként ne olyan hangszórót vásároljunk, amelyet korrigálni kell.
Egyutas hangdoboz és kis kimeneti impedanciájú erősítő esetén nem szükséges Zobel korrekciót alkalmazni, mert semmi hatása sincs. Ritkább esetben, ha nagyobb az erősítő kimeneti impedanciája (például elektroncsöves erősítőknél) szükséges lehet Zobel korrekció.
Diffrakciókiegyenlítés
Ennek szükségességével akkor kell számolnunk, ha a falaktól és egyéb berendezési tárgyaktól távol, állványon helyezzük el hangdobozainkat. A magas hangok sugárzása irányított, ezért előrefelé történik. A mély hangok sugárzása a hangdoboz előlapján történő elhajlás miatt nemcsak előre történik, hanem hátrafelé is. A hangenergia jobban szétoszlik a térben, ezért előre irányba kevesebb hangenergia jut. Ez okozza azt, hogy ilyen hangdoboz elrendezés esetén a mély hangok intenzitása csökken, amely kompenzációt igényel(het).
A kompenzáció nem a mély hangok szintjének emelésével történik, hanem a magas hangok szintjét csökkentjük bizonyos frekvenciától kezdve a mély hangok szintjére. Ez a bizonyos frekvencia a hangdoboz előlapjának szélességétől függ, a szükséges kompenzáció mértéke pedig a környezettől és az előlap kialakításától (pl. le van-e kerekítve a széle stb.) is függ.
Az alábbi linken Joseph Crowe írását láthatjuk, amelyben a Markaudio CHR 120 hangszórót tesztelte 28 literes, 40 Hz-re hangolt basszusreflex dobozban. A doboz előlapjának szélessége 23 cm volt, és az előlap nem volt lekerekítve. A hangdoboz a falaktól távol, állványon volt. Az alábbi három ábra forrásául ez az oldal szolgált.
https://josephcrowe.com/blogs/news/markaudio-chr120
A fenti ábrán pirossal a doboz kompenzálatlan frekvenciamenete látható, és szürke vonallal láthatjuk a membrán rezonanciáját 7500 Hz-en 3 dB-lel csökkentő korrekciót is. Ez nem diffrakciókompenzáció, hanem a hangszóró hibájának (kiemelésének) korrigálása. 500 Hz alatt láthatjuk a mély hangok diffrakció miatti csökkenését.
A fenti ábrán az előző ábrához képest szintén szürke vonallal még hozzájön a diffrakció miatti kompenzáció. Láthatjuk, hogy a magasabb hangok szintje csökkent, hozzáigazodva a mély hangok szintjéhez.
A fenti ábrán csak a korrigált frekvenciamenetet láthatjuk, a korrekció nélkülit nem.
A diffrakciókompezáció angol neve baffle step compensation, és többek között az alábbi oldalon olvashatunk a megvalósításáról:
https://sound-au.com/bafflestep.htm
A zenehallgatásról
iFi Audio Zen Air DAC
Bármilyen hangdoboz csak jó minőségű hangforrással szólhat jól. Azt hinnénk, hogy napjaink digitális technikájának eredményeképpen minden lejátszó eszköz egyformán jól szól. Ez talán elvárás lehetne, azonban a valóságban ha ugyanazt a jó minőségű hanganyagot telefonnal, tablettel, asztali számítógéppel, komolyabb hangkártyán keresztül meghallgatjuk, mindegyik másképpen fog szólni. Ennek talán egyik fő oka az eltérő minőségű digitális-analóg átalakító. A készülékek hangja annyira különbözik egymástól, hogy az ember azt se tudja, hogy melyiket tekintse jónak. Emiatt beszereztem egy iFi Audio Zen Air DAC nevű készüléket, amelyben egy Burr-Brown digitális-analóg átalakító chip található, és amely valóban jó minőségű zenehallgatást tesz lehetővé. Tartalmaz egy fejhallgató-erősítőt, és természetesen csatlakoztatható erősítőhöz is RCA kábel segítségével.
Az iFi Audio Zen Air DAC ára jelenleg körülbelül 40000 Ft. Ez nem csúcsminőségű, hanem belépő szintű készülék, azonban nagyon tisztességesen szól. A csúcsminőségű készülékek ára elérheti a millió forintot is.
A készülék USB 2.0 csatlakozáson kapcsolódik a számítógéphez, ezen kapja a digitális hangot, és ezen kaphatja a tápellátást is, azonban az nem elég kis zajú a legjobb minőségű hang eléréséhez. Szükség van hozzá egy kis zajú, +5V-os tápegységre is. Ilyet a gyártója is ajánl hozzá. Az iFi Audio által ajánlott drágább tápegység zajfeszültsége mindössze 1 mikrovolt.
Azok kedvéért akik szeretnének kis zajú tápegységet készíteni hozzá, írok néhány mondatot róla. A mai olcsóbb feszültségszabályzó IC-k sokkal zajosabbak a szükségesnél (például a 7805 zajfeszültsége elérheti a 200 mikrovoltot is). Kis zajú tápegységet legolcsóbban a μA723 (más néven LM723) típusú feszültségszabályzóval készíthetünk. Ez ugyan régi fejlesztésű IC, azonban 2,5 mikrovolt alatti zajfeszültséget érhetünk el. Ehhez az IC referenciafeszültség kimenetét (Vref, 100 mikrofaraddal), és a nem-invertáló bemenetét (NI, 100 mikrofarad + 20 mikrofarad tantál + 100 nF kerámia) kondenzátorokkal szűrni kell, és olyan kapcsolást kell megvalósítani, amelyben PNP áteresztőtranzisztor van (hűtőbordán). A tápegységben hálózati trafónak kell lennie, hídegyenirányítóval és nagy kapacitású pufferelkókkal (kapcsolóüzemű tápegység a nagy zaj miatt nem jó, csak a trafós!).
A fenti ábrán a tápegység általam megvalósított kapcsolási rajzát láthatjuk. A bemeneti feszültséget egy régi, ZX 81-es számítógép trafós tápegységéből kapja, amelynek terhelhetősége 1,8 A, és üresjárási feszültsége 13,5 V. A potméterrel a kimeneti feszültséget pontosan 5 V-ra kell állítani. A tranzisztort megfelelő méretű hűtőbordára kell szerelni, mert kedvezőtlen esetben (a bemeneti feszültségtől is függően) akár 5 W-nál nagyobb teljesítmény is melegítheti.
Halk zenehallgatás
Először nézzük meg az emberi fül hallásgörbéit az alábbi ábrán. A hallásgörbék fülünk hangnyomástól (hangerősségtől) függő frekvenciamenetéről (frekvenciafüggő érzékenységéről, más szóval spektrális érzékenységéről) szólnak. Fletcher és Munson vették fel elsőként ezeket a görbéket, mások később felülvizsgálták, némileg eltérő, de hasonló jellegű görbéket kaptak. Ez látható az ábrán.
A vonatkoztatási frekvencia 1000 Hz, az 1000 Hz-es hang hallásküszöbe a 0 dB. A legalsó görbe a különböző frekvenciák hallásküszöbeit mutatja az 1000 Hz-es hang hallásküszöbéhez viszonyítva. A többi görbe 1000 Hz-nél 10 dB-es lépésekkel növekvő intenzitás mellett mutatja a többi frekvencián azt az intenzitást, amelyet azonosan hangosnak ítélünk meg az 1000 Hz-es hangnál észlelt intenzitáshoz képest. Tehát az egyes görbék az azonosnak ítélt intenzitásértékeket mutatják.
Nézzük meg az ábrán középen például az 1000 Hz-es hang 60 dB-es hangnyomásszintjének esetét. A 60 dB-es hangnyomás egy átlagos beszélgetés hangerejének felel meg, és ilyen hangos zenehallgatás elképzelhető. Azt láthatjuk, hogy ahhoz, hogy a 30 Hz-es hangot ugyanolyan hangosnak halljuk, mint az 1000 Hz-es hangot, a 30 Hz-es hang hangnyomásának több, mint 20 dB-lel nagyobbnak kell lennie, mint az 1000 Hz-esnek, azaz elég erősen emelni kell a mély hangok hangerejét. Más szavakkal azt mondhatjuk, hogy ha a 30-Hz-es hang ugyanúgy 60 dB hangnyomással szól, mint az 1000 Hz-es, akkor a zene mélyhang-hiányos lesz. Mindez amiatt van, mert hallásunk frekvenciaátvitele erősen függ a hangerőtől, minél kisebb a hangnyomás, a mély hangok egyre halkabbak lesznek, egyre inkább "eltűnnek". A diagramon láthatjuk, hogy ha 100 dB hangnyomással hallgatnánk a zenét, akkor nem észlelnénk ezt a problémát, mert ugyanolyan hangosnak észlelnénk a mély hangokat, mint az 1000 Hz-es hangot (mert ezen a szakaszon a görbe egy vízszintes egyenes).
A fentiekből következik, hogy a zenét igen halkan hallgatva "eltűnnek" a mély hangjai (az erősítő lineáris frekvenciaátvitele mellett). A mély hangok a valóságban megvannak, azonban hallásunk fenti diagramon látható tulajdonságai miatt alig érzékeljük azokat. Ha felhangosítjuk a zenét, akkor egyre inkább megjelennek a mély hangok is. Nem véletlen, hogy a rockkoncerteken nagy a hangerő.
Körülbelül 100 dB hangnyomásszint van a diszkókban. Otthon azonban nem 100 dB hangnyomás mellett hallgatjuk a zenét. Ezt nem is tehetjük meg társasházakban, mert a szomszédok és családtagjaink számára ez elviselhetetlen lenne. Sokszor ennél sokkal halkabban szól a zene. Ennek az lesz a következménye, hogy mély hangokban szegény lesz. Ezt kompenzálhatjuk a mély hangok szintjének emelésével. Az erősítők hagyományos hangszínszabályzója erre a célra alkalmatlan, mert már 1000 Hz-től kezdődően emeli a mély hangok szintjét. Esetünkben alacsonyabb frekvenciától kezdve kell emelni a mély hangokat. Ha megnézzük a 60 dB-es görbét, akkor azt láthatjuk, hogy 500 Hz-től kezdődően kell emelni, ha ennél hangosabban hallgatjuk, akkor ennél is alacsonyabb frekvenciától.
A mély hangok emelésének eredménye közel sem lesz tökéletes, nem lesz azonos a hangosabb zenehallgatással, csak nagyjából lesz hasonló. Azonban kellemesebb lesz úgy hallgatni a zenét, mint mélyhang-hiányosan. Legegyszerűbb a szoftveres megoldás. Ha a zenét számítógépen játsszuk le, akkor léteznek olyan zenelejátszó szoftverek, amelyekben többsávos hangszínszabályzó (ekvalizer) található. Ilyen például az alábbi ábrán látható Audacious lejátszó is.
Beállításainkat előbeállításként elmenthetjük, és a későbbiekben egyszerűen alkalmazhatjuk. Az ábrán láthatjuk, hogy az 500 Hz alatti hangok kerülnek kiemelésre. A 31 Hz-es hangokat nem emeltem ki, mert úgy nem kellemes a hangzás (hangdobozom úgysem alkalmas 31 Hz-es hangok átvitelére, ezeket felesleges kiemelni). Az ábrán látható beállítás körülbelül egy beszélgetés hangerejénél kicsit hangosabb zenehallgatáshoz szükséges. Szokás kissé emelni a magas hangokat is, sokan kellemesebbnek találják így a hangzást.
A HiFi hangzásról
Néhány szót szólok arról, hogy a 70-es, 80-as évek táján meglehetősen népszerű volt a HiFi, azaz a nagy hanghűségű (élethű) zenehallgatás. Napjainkban is szép számban vannak hívei. Annak idején azt tűzték ki célul, hogy ha egy nagyzenekart, és esetleg énekeseket hallgatnak lemezről, akkor az ugyanúgy szóljon, mintha a zenekart és az énekeseket élőben hallgatnák.
Napjainkban azonban el lehet gondolkodni néhány dolgon az élethűség kapcsán. Például azon, hogy egy elektromos hangszerekkel zenélő rockzenekarnál mit tekinthetünk eredeti hangzásnak. Ha élőben hallgatjuk a zenekart, akkor is elektronikusan jelentősen befolyásolt hangzást hallhatunk, azt tekinthetjük "eredeti hangzásnak"? Nyilvánvalóan nem. Napjaink keveréstechnikája is számos kérdést vet fel a HiFi szempontjából, olyannyira, hogy már talán nincs is értelme HiFi-ről beszélni.
Napjainkban a keverés egy külön tudomány, és manipulációk tömkelegéről szól. A rockzenekar bizonyos hangszerei (gitárok, fuvola, stb.) monó hangszerek, és ezeket keveréskor helyezik el a hangtérben. Az ekvalizert nagyon intenzíven használják, például azért, mert az 50 Hz-es kiemelés a lábdobhoz teltségérzetet ad, a 400 Hz-en történő vágás csökkenti a dobozhangot stb., a különféle doboknál, cintányéroknál rengetegféle beavatkozást láthatunk; vagy például ha a basszusgitár hangja nagyon elveszik, akkor a 200-600 Hz-es tartományban keresnek olyan frekvenciákat, amelyeket kiemelhetnek, és ha kis méretű hangszórókon nem hallható eléggé a basszus, akkor is emelik ezeket a frekvenciákat stb,; ehhez hasonlóan számtalan manipulációt használnak a gitároknál, billentyűs hangszereknél, vonós hangszereknél, fúvós hangszereknél, azaz mindenféle hangszernél, és az éneknél is. Mindezt természetesen a jobb hangzás érdekében teszik. Nincs is ezzel bajom, csak felmerül a kérdés, hogy hol beszélhetünk itt élethű hangzásról. Szerintem sehol. És nem is az a cél. Tehát hagyományos értelemben HiFi-ről a hangfelvételeknél (CD-knél) már nem beszélhetünk. Ha valaki azt hiszi, hogy igen, az valószínűleg becsapja önmagát. Hogy ez baj vagy sem, azt én nem fogom általánosságban eldönteni, csak a saját véleményem írom le: szerintem nem baj.
Sok hifistát zavar, ha a saját erősítője NE5532 típusú IC-t tartalmaz. Ez az IC olcsó, nagyon kis zajú, és nagyon kis torzítású. Azt lehet olvasni az interneten, hogy nagyon sokan szinte ellenségei ennek az IC-nek, és a saját (vagy tesztelt) HiFi berendezésükben hallani vélik a "sajátos", nemkívánatos hangját, és csak azt tartják elfogadhatónak, ha a HiFi erősítő csak diszkrét elemekből épül fel (ilyen IC nem kerül a hang útjába). A valóság azonban az, hogy ezt az IC-t rendkívül jó minősége és olcsó ára miatt tömegesen alkalmazzák a profi berendezésekben, így keverőkben is. Érdekes módon az nem zavarja őket, hogy mire kezükbe vesznek egy CD-t, addig a rajta található hang rengeteg NE5532-n átment már (akár száznál is többön). Csak pont az az 1-2 példány NE5532 hangja zavarja őket, amely az éppen hallgatott (vagy tesztelt) erősítőben van. Ez sokkal inkább pszichológia, mint valóság. Ha valamit hallani akar az ember, azt hallani fogja akkor is, ha valójában nem is létezik.
Véleményem szerint a zenét kell élvezni, az okozhat igazi örömet. Nem technikai részletekkel kell foglalkozni, nem azzal, hogy van-e egy kicsi különbség a hangzásban ahhoz képest, mintha a szimfonikus zenekart élőben hallanánk. Nem azzal kell foglalkozni, hogy ha a szomszédban bekapcsolnak egy villanyvasalót, attól mennyivel szól rosszabbul saját HiFi berendezésünk, a hangszóróvezeték mennyire rontja a hangminőséget, és milyen rossz a hang, mert az erősítőben NE5532 típusú IC szól stb. Ezek valójában nem valós, hanem csak vélt (képzelt) dolgok. Nem ezek vizsgálatáról, "teszteléséről" kell szólnia a zenehallgatásnak. Az azonban nem baj, ha jó minőségű berendezéssel hallgatjuk a zenét, mert úgy szebben szól. Ehhez kívánok jó szórakozást minden Olvasómnak.