Hangfaltervezés elmélet

Régi barátomat, Fagyit idézve: Jó hangfalat építeni - szerencse kérdése.
Én azért, mérnök lévén, hiszek a tudományban. :-)

Hol is kezdjem? Próbálok rövid maradni, ezért nem írom le, mik a Thiele-Small paraméterek, mi is az a keresztváltó, hogyan is működik a basszreflex hangdoboz. Mindezekről remek olvasnivalók találhatók a neten - aki elköveti azt a hibát, hogy hangfalépítésre adja a fejét, minimum ezekkel legyen tisztában. ;-) A legátfogóbb oldal, amit találtam a témában, az az Elliott Sound Products. Itt megvan minden, pl. aki esetleg kételkedne a lent emlegetett biampling elméleti előnyeiben, feltétlenül olvassa el az alig 30 oldalas :-) "Bi-Amping - Not quite magic, but close" című cikket. Meggyőző... A gyakorlati dolgokról átfogó leírást ad a DIY subwoofers oldal. Az aktív keresztváltókra is találhatók szép példák. Aki a "hangminőség mindenáron" filozófia szerint akar hifit építeni, nézze meg a nyílt hangfalakra vonatkozó elméleti és gyakorlati leírásokat Siegfried Linkwitz weboldalán. Ilyen projektet többet is taálhatunk a neten. Halk megjegyzés: írtam Rod Elliotnak és Siegfried Linkwitznek is hifivel kapcsolatban. Mindketten e-mail fordultával válaszoltak. Ezúton is szeretném megköszönni pozitív hozzáállásukat.

Elliott Sound Products ESP biamping cikk DIY subwoofers Aktív keresztváltó Siegfried Linkwitz weboldala Diatone dipólus hangfal

Ha mindez megvolt, akkor következő lépésként érdemes letölteni a WinISD nevű programot, ami villámgyorsan számolja a legtöbb lehetséges paramétert, de sajnos például a membránkitérést nem. Ehhez érdemes letölteni a DOSBOX nevű programocskát (némi kutatást igényel a neten), és a WinISD-vel kapott eredményt ezen ellenőrizni, mielőtt nekiállunk bevásárolni. Kínos meglepetések érhetnek ugyanis az 5 mm alatti xmax-szal rendelkező, látszólag nagy terhelhetőségű hangszórók esetében... A kép a reflexládába épített hangszórók tipikus membránkitérés görbéjét mutatja a frekvencia függvényében. Jól látható (lokális) maximum van 50 Hz környékén, arra mindenképp figyelni kell, hogy ez a határérték alatt maradjon. Végül is éppen ez az a tartomány, ahol a ládának szólni (ütni :-))) kell...

WinISD

Végül a következő konfiguráció mellett döntöttem: (1) mélyhangszóró basszreflex dobozban, (2) középsugárzó zárt dobozban (3) magassugárzó (mivel ez általában hátul zárt, a doboz mindegy), (4) aktív negyedrendű Linkwitz-Riley keresztváltó a mély és a közép+magas között, (5) bi-amping (két erősítő oldalanként). Pénzügyi okok miatt :-/ az eredetileg tervezett Visaton kombináció helyett egy három gyártótól összeszedett készlet került a dobozokba: Somogyi AHX-2530 mélyhangszóró, illetve a Conrad kínálatából a Raveland WHX-108, mint közép, és a Tonsil GTC-11/100, mint dóm. Hogy miért is?

Visaton hangszórók Somogyi weboldal Conrad weboldal

(1) A basszreflex változatot azért választottam, mert a karakterisztikája mélyebb frekvenciákig lemegy az átvitel csökkenése nélkül. Igazából "emberi" körülmények között 20 Hz-es -3dB-s határfrekvenciát elérni nem lehet (nem is beszélve arról, hogy úgysem lehet hallani...). Akinek ez mégis sikerül, az
(i) nagyon drága hangszórót vett,
(ii) többszáz literes hangládát épített,
(iii) csalt. :-)
(Ha őszinte vagyok, az is belejátszott a dologba, hogy megláttam egy tekintélyt parancsoló kinézetű reflexcsövet, és azonnal tudtam: nekem ilyen kell... :-)

Kicsit leegyszerűsítve a képet, és a teljesség igénye nélkül, nagyjából a következő fő mélyhangszóró-beépítések lehetségesek (előnyökkel és hátrányokkal):
- nyílt (dipólus) hangfal. Előnyei: a legjobb hangminőség, dobozrezonanciától teljesen mentes (mivel nincs doboz :-)), az iránykarakterisztika kevésbé szórt, így a reflexiók kevésbé rontják a minőséget. Hátrányai: nagy méret, nagy membránfelület és igen nagy membránkitérés szükséges a kellő hangnyomás eléréséhez.
- zárt hangdoboz. Előnyei: jó tranziens viselkedés, kisméretű doboz, méretezési hibákra kevésbé érzékeny. Hátrányai: magasabb alsó határfrekvencia, gyengébb basszus.
- zárt hangdoboz ELF meghajtással. Az ELF (Extended Low Frequency) lényege, hogy a hangszórót a szokásos esetben nem használt frekvenciatartományban, a rezonancia alatt használjuk, és a karakterisztikát erősítéssel korrigáljuk. Előnyei: kontrollált viselkedés, rezonanciától mentes basszus, kis méret. Hátrányai: brutális erősítőteljesítményt igényel, és még így is csak kb. 1 oktávban használható.
- basszreflex hangdoboz. Előnyei: erőteljes basszus, a membránkitérés a normál tartományban visszafogott, a doboz nagy hangnyomást produkál. Hátrányai: méretezésre érzékeny, nagyobb doboz szükséges, alacsony frekvenciákon "elszabadulhat" a membrán.
- bandpass hangdoboz. Ez az a változat, amikor "a dobozon nem látszik a hangszóró, csak lyuk" :-). Előnyei: mint a basszreflexnél, de általában kisebb dobozban. Hátrányai: méretezésre érzékeny, gyengébb a hangminőség.
- transmission line (TL) hangdoboz. Előnyei: alacsony alsó határfrekvencia érhető el. Hátrányai: a karakterisztika fésűs, ezt kompenzálni kell (belső Helmholtz-rezonátor, csillapítóanyag alkalmas elhelyezése).
- tölcséres hangdoboz. Előnyei: nagyon magas hatásfok, egészen más hangzás. Hátrányai: alacsony alsó határfrekvenciához nagyon nagy tölcsér kell, felépítés bonyolult, méretezési problémáknál torzításra hajlamos nagy hangerőn.

Elég sok hangszóró paramétereit megnézve szerintem a reálisan megcélozható -3dB-s határ a 30 Hz, de már 35 Hz alatt vérrel és verejtékkel kell küzdeni a további hertzekért. Tipikusan a 0.35..0.45 közötti Qts értékkel rendelkező hangszórók tűnnek jónak (nagyobb Qts-nél túl nagy lesz a láda, kisebb Qts-nél hiába alacsony a hangszóró sajátfrekvenciája, a dobozé nem lesz az). Ekkora Qts értéknél egy 36 Hz vagy azalatti fs-sel rendelkező hangszóró már szóba jöhet. Az ábra mutatja, miért is akartam eredetileg egy mindössze 17 cm-es Visaton mélysugárzót.

(2) Az, hogy zárt dobozos középsugárzót szeretnék, több dologból adódik:
(i) Ugyan egy kis mélyközép sugárzó frekvenciamenete laposabb basszreflex dobozban, mint zártban, viszont a kisméretű basszreflex doboz méretezése és megépítése sokkal kritikusabb. Itt jön még a doboz kitöltése csillapító vattával, illetve az ezáltal okozott relatív térfogatnövekedés. Reflexládánál ez bizony könnyen elhangolhatja az átvitelt, míg a kérdéses Raveland hangszóró a relatív magas 0.76-os Qts miatt "meg sem érzi" az ebből adódó térfogatváltozást - a doboz Qtc-je gyakorlatilag változatlan marad (0.82, audiofilek, lehet fújolni... ;-) de teljesen felesleges, mert a bi-amping miatt a középsugárzó csak a lineáris tartományban működik, jóval a rezonancia fölött.)
(ii) Egy zárt hátú középsugárzó rezonanciája leginkább 500-1000 Hz körül van.

(3) Én viszont az alsó keresztezési frekit - áttanulmányozva az ESP oldal javaslatait - 300 Hz környékére akartam tenni. A felső keresztezési frekvenciára egyszerűen nincs optimális megoldás. 2 kHz alá nem nagyon lehet levinni, mert elég drága lesz az a dóm, ami ezt kibírja... Ilyet hallottam a Klangbau nevű német cégnél (1800 Hz-en vált 6 dB/oktávval (!!!)), gyönyörűen szólt. Egy kónuszos magassugárzó elbírná, de akkor kellene még egy keresztezés 5-6 kHz körül, ott viszont nehézkes fizikailag elég közel pakolni egymáshoz a két hangszórót, hogy ne legyen a tengelyből már kis szöggel elmozdulva is interferencia. A 2..4 kHz ugye a fül érzékeny tartománya, a 4 kHz fölötti váltást viszont a középsugárzó fogja nyűgösen fogadni. Végül is - megnézve a tweeter karakterisztikáját, ami szinte gyönyörű :-), úgy döntöttem, hogy 3 kHz körül váltok, annyira lenyomva a keresztezési frekit, amennyire csak lehet. Így mindegyik hangszóró kb. egy 1:10 frekvenciatartományt, azaz alig több, mint 3 oktávot fog át. (Bocs a képminőségért: eredeti copyright Conrad data sheet... :-)))

Klangbau weboldal

(4) A Linkwitz-Riley keresztváltó előnyeit rengeteg oldal taglalja az interneten, ezért én meg sem próbálom. Röviden a főbb jellemzők: 24 dB/oktáv meredekség, a keresztezési frekvencián nincs amplitúdóhiba. És különben is: a finn fogorvosok is ezt ajánlják. ;-)))

(5) Ha már lúd, legyen kövér. :-) A biampling előnyei: nagyobb "virtuális" teljesítmény, kézben tartható(bb) frekimenet, a rendszer kevésbé érzékeny a hangszórók impedanciamenetére, kisebb veszteséggel nagyobb meredekség és pontosabb váltás érhető el, mint passzív keresztváltónál, nincs szükség túlméretes induktivitásokra. Cserébe mit kap az ember: kétszer annyi erősítőt, duplázott hangszóróvédelmet, kábelsalátát az erősítő és a hangfal között. Valamit valamiért... 50W lesz mélyre és közép + magasra, ami ugye totálban 200W-ot jelent a két oldalon. Az erősítőkapcsolás egyébként Sass Péter műve. Ezúton is szeretnék neki köszönetet mondani azért a hihetetlen sok segítségért, amit a témában nyújtott.

Sass Péter

Nos, a hangfalak után másfél évvel elkészült az erősítő és a keresztváltó is. Let's rock! :-)

A cikk utoljára frissítve: 2006.11.

Vissza a lap tetejére | Vissza a nyitóoldalra