Az akusztikai rövidzárlatról
Cikkünkben a burkolatlan hangszórók esetén fellépő, elülső és hátsó hanghullámok egymásra gyakorolt kedvezőtlen hatását, az akusztikai rövidzár fogalmát járjuk körbe, és megpróbálunk megoldási javaslatokat tenni ennek kiküszöbölésére.

 

Amikor dinamikus hangszórókkal ellátott rendszereket használunk, melyek elektromos jeleket mechanikai rezgéshullámokká, hanggá alakítanak, gyakran szembesülünk azzal, hogy a hangkeltő sugárzási karakterisztikája, így végső soron a hangzás minősége erősen függ a beépítés és az elhelyezés módjától, azaz az úgynevezett „akusztikai környezettől”. Ezt szem előtt tartva kell például a hangszóró méretét, beépítésének módját és a komplett kialakítást megválasztani, mert akusztikai szempontból máshogyan viselkedik egy szabadon álló (pl. konyharádió), egy változó helyzetű (pl. telefon), illetve egy fix elhelyezésű (pl. lift telefon) rendszer.

A jelenség

A gyakorlatban megfigyelhető, hogy a dinamikus hangszóró rendszerek általunk érzékelt hangminősége jelentősen eltér különböző elhelyezések esetén, illetve attól függően, hogy más mechanikai hatásoknak (pl. ráhelyezett tárgy) ki van-e téve az eszköz. A tervezés és gyártás során a hangszórókat a lehető legjobb hangvisszaadási képességgel ruházzák fel a gyártók, mind az átviteli frekvencia, mind az elérhető maximális hangnyomás szint tekintetében, ahhoz hogy összetett jelek, mint a beszédhang vagy a zene élvezhető minőségben legyen reprodukálható.

 

 

Bármelyik hangszórót is nézzük, a rá jellemző frekvenciaátviteli tartomány csak részhalmaza lesz az emberi fül által hallható komplett spektrumnak, mely általában az oszcillátor rendszer rezonáns sajátfrekvenciától egy meghatározott maximális felső frekvenciaértékig terjed (kHz tartomány). Természetesen a szélsőértékek alatti és feletti frekvenciákon is fog sugározni a hangszóró, de itt a hang erőssége szignifikánsan alacsonyabb lesz, mint az átviteli tartományban.

A gyakorlatban ez a működési frekvencia-tartomány sokkal szűkebb, ha a hangszórót önállóan, szabadon állva használjuk, például egy asztalon, mintha beépítenénk a végső helyére. Ha a hangszóró zenét sugároz, kevésbé gazdag, inkább vékony, szegényes, fátyolos hangzás jellemzi.  A rendszer drámai változáson megy keresztül mihelyst a hangszórót „dobozoljuk”, a hangzás hirtelen terjedelmessé, teljessé válik.

Háttér és magyarázat

Vajon miért történik ez? A megértéshez emlékeztetnünk kell az olvasót, hogy a hang nem más, mint „légmozgás”, a levegő periodikus előre és hátra mozgása. Hasonlóan a meteorológiában tapasztaltakhoz, a hangszóró membránja előre mozdulásakor keltett léghullámok a kónusz előtt nagy nyomású, háta mögött pedig kis nyomású zónát hoznak létre.

Mivel a valóságban a membrán nagy frekvenciával előre és hátra is mozog, a teljes hangszórót dinamikus rendszerként kell tekinteni, mely minden időpillanatban a nyomáskülönbségek kiegyenlítésére törekszik. A membrán előre mozgásakor keletkező sűrített levegő kiegyenlíteni igyekszik a hátul keletkező alacsony nyomású vákuumszerű légréteget. A jelenséget a meteorológia szélként definiálja, ugyanez a helyzet az akusztikában is. Ne feledjük, itt is légmozgásról van szó, még ha az intenzitása sokkal kisebb is!

  • A hanghullám (mozgó levegő) mindig a legrövidebben bejárható utat teszi meg ahhoz, hogy a nyomáskülönbséget kompenzálni tudja, ez pedig a membrán szélének közvetlen megkerülésével valósítható meg legegyszerűbben szabadon használt hangszóró esetén. A keletkező szél károsan befolyásolja a hangminőséget, mert a visszafelé áramló levegőhullámok elnyomják a membrán keltette hanghullámok egy részét. Ahhoz, hogy a hatást csökkentsük, az utat növelni kell, ehhez pedig érdemes először is lezárni a membrán élei és a kosár közötti rést egy hab, impregnált szövet, hullámpapír vagy gumi tömítőgyűrűvel, ami mechanikai támogatást is nyújt a rugalmas felfüggesztés számára. A lezárás alakja és anyaga jelentősen befolyásolja a hangminőséget. Minden anyagnak vannak előnyös és hátrányos tulajdonságai, a poliészter hab például könnyű és olcsó, de az ózonra, UV sugárzásra, a páratartalomra és a magas hőmérsékletre érzékeny.
  • A hatás erőssége függ a hullámhossztól, így végsősoron a membrán frekvenciájától, alacsonyabb frekvencián jelentősebb, mint magas frekvenciákon.
  • Szélessávú átvitel (beszéd vagy zene) esetén elsősorban az mély hangok (basszus) nyomódnak el az akusztikus szél hatására. Egyidejűleg a középhangoknál kevésbé, a magas hangok esetén egyáltalán nem érzékelhető a negatív hatás.

A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy az eredeti zene mély-magas hangaránya eltolódik, a hangzás vékonyabb, szegényesebb lesz. Fontos megjegyezni, hogy magával a hangszóróval nincs semmi baj, az éllezárás önmagában nem oldja meg a problémát, azt majd a beépítés során kell orvosolni, a hangszóró nem hibás és nem is rossz.

Ahhoz, hogy ideális módon lehessen mérni az akusztikai jellemzőket a gyártók adatlapjaikban specifikálják a rekonstruálható mérési elrendezéseket, a beépítés pontos módját. Összefoglalva tehát a fentieket membrán mögötti hullámok részben kioltják a membrán előtti alacsony frekvenciás hanghullámokat, lévén azok ellenfázisúak (180). Magasabb frekvenciákon a jelenség nem okoz gondot.

Lehetséges megoldások

Az egyik lehetséges megoldás a hanghullámok hosszabb útra terelése mielőtt a nyomásszintek kiegyenlítődnének. Egy érdekes kísérlettel bemutatható ennek a hatása. A dinamikus hangszóró, mely membránjának éle természetesen gyárilag le van zárva, tehát önmagában tökéletes eszköz, egy hosszú lukakkal ellátott csőbe van szorosan építve (lásd ábra).

 

 

Amennyiben zenét játszunk le rajta keresztül a hangzás szegényes lesz. A membrán előtti nagyobb légnyomás és a hangszóró mögötti kisebb légnyomás a lyukakon keresztüli rövid úton áramló akusztikus szelet kelt, ami igyekszik kiegyenlíteni a nyomáskülönbséget. Ahhoz, hogy ezt az utat megnöveljük a lyukakat egy a csőre húzott papírtekerccsel lezárjuk, ezzel a szelet a cső hátsó végén lévő nyílás felé irányítjuk, a hangminőség azonnal javul, sokkal teltebb hangzás tapasztalható.

 

 

Ki kell emelni, hogy a sikeres nyomás-kompenzálás hangenergia veszteséggel jár, emiatt a hasznos (hallható) hang gyengébb minőségű (kisebb intenzitású a basszus). Másik megoldás a hangszóró szélének szorosabb zárása a gyártáskor, mint ahogy azt már írtuk előbb is. Használhatók az említett tömítőgyűrűk, de néha teljes lezárást is alkalmaznak a gyártók, például ragasztással.

Gyakorlati segítség

A fent említett módszerek gyakorlati alkalmazásával a membrán éle mentén fellépő közvetlen nyomáskompenzáció nemkívánt hatása hatásosan csökkenthető. A beépítés nyújtotta lehetőség szerint a hang a lehető legrövidebb lehetséges úton igyekszik kiegyenlíteni a nyomásváltozást, ennek az útnak a hossza a legközelebbi nyílás távolságától függ. Ha ezt a távolságot a tervezés során növelni tudjuk, a basszus hangokat fel tudjuk erősíteni.

A tervezőknek különböző beépítési módokat ajánlanak a gyártók, ezek közül veszünk sorra néhányat az alábbiakban. A hangszóró élei körüli lezárás tehát a hang útját növeli a hangszóró háta mögé, ezzel javítva a basszus hangok erősségét. A legkézenfekvőbb, és legkönnyebb eljárás az akusztikai rövidzár elkerülésére a hangszóró nagyméretű, egy helyen kilyukasztott panelbe való építése (A).

Még ennél is hosszabb utat tudunk kialakítani, ha a fal éleit is lehajtjuk (B), így a negatív hatást még inkább megszüntetjük. Ilyen elrendezést találunk egy sor olyan végerősítőben, ahol a hűtés miatt a hátoldal teljesen nyitott, vagy lyuggatott lemezzel zárt (pl. egyes gitárerősítők).

A teljesen zárt és a hangszórók élei mentén megfelelően hangszigetelt dobozok sokszor a legegyszerűbb és legjobb megoldást kínálják (C és E), de subwoofer rendszerekhez nem alkalmasak, mert a veszteségek túl nagyok és a hatásfok jelentősen csökken.

Egy, a teljesen zárt dobozból származtatott megoldás lehet a bass-reflex tokozás (D), ahol a háznak van még egy nyílása és egy hangcsatornája a panel elején, közel a hangszóróhoz. A rendszert oly módon kell megtervezni, hogy a dobozban kialakuló légpárna rezonátorként működjön. A hangolástól függő sajátfrekvencia környékén gerjesztve a hangfalat nagyobb hangnyomás szint érhető el. Ez alatt a frekvencia alatt az akusztikus rövidzár miatt a kimenet csillapított, felette pedig nincs jelentősége a problémának. Ezzel a módszerrel a hangfal sávszélessége egy oktávval is növelhető.

 

 

A hangszóró éleinek leghatásosabb lezárása mellett van még egy gyárilag kivitelezhető megoldás az akusztikai rövidzár negatív hatásának kiküszöbölésére, mégpedig a hangszóró teljesen zárt miniatűr dobozba való gyári tokozása). A hangfal így gyakorlatilag teljesen vissza van hajtva és le van zárva, így a nemkívánt nyomás-kompenzálás, az akusztikai rövidzár nem is lehetséges. Az Endrich kínálatában ezek a gyári tokozású hangszórók is megtalálhatóak.

 

Cikkünk az Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH közreműködésével készült. Szerzője Kiss Zoltán Kelet-Európai értékesítési vezető, kiemelt nemzetközi ipari kapcsolatokért felelős vezető, és Fred Kubert okl. villamosmérnök, akusztika-termékmenedzser.
 
Értékesítési iroda: H-1188 Budapest, Kölcsey u. 102/A.
 
E-mail: z.kiss@endrich.com
 
Web: www.endrich.com
 
További konzultációért és mintákért, adatlapokért keresse Kiss Zoltánt!

 

Technikai támogatásnak álcázzák
A Microsoft globális Tech Support Scam kutatása szerint az elmúlt egy évben világszerte öt internethasználóból három már találkozott technikai támogatásnak álcázott kibertámadással (tech scam), közülük legalább egynek pedig a pénze is bánta ezt.
Szintet léphet a magyar autóipar
Az eddigi évek egyik legsikeresebb járműipari kiállításcsokra ért véget október 19-én: az Automotive Hungary Nemzetközi járműipari beszállítói szakkiállítás és az Autótechnika-AutoDiga Nemzetközi járműfenntartó-ipari szakkiállításon 255 kiállító vett részt.
Elektromos autókkal suhanunk a jövőbe vezető úton
A Bloomberg 2018-as Electric Vehicle Outlook jelentése szerint 2040-re az újautó-értékesítések 55 százalékát, illetve a teljes járműállomány 33 százalékát elektromos autók adják majd.
Az űrtechnológia szolgálatában
Lampoldshausen a székhelye a Német Légi és Űrrepülési Központ (DLR) rakétameghajtással foglalkozó tesztüzemének, ahol számos európai űrtechnológia fejlesztését is végzik.
Digitális platformot fejleszt a Knorr-Bremse
A projekt célja olyan IoT megoldás fejlesztése és üzemeltetése, amelynek segítségével a gyártóvállalatok sikeresen megvalósíthatják folyamataik vertikális és horizontális integrációját.