Hogyan terveznek hangfalat a tapasztalt tervezők

A jól szóló hangfal módszeres munka eredménye, nem a véletlené. A tapasztalt tervezők ízlése és kedvenc megoldásai különböznek, a munkamódszerük azonban feltűnően hasonló. Nézzük végig lépésről lépésre, és azt is, miről ismertek egyes szerzők, akiknek konstrukcióit megtalálod a Loudsmith projektkönyvtárában.

1. A követelmények a hangszórók előtt

A kezdő a kedvenc hangszórójával kezd. A tapasztalt tervező kérdésekkel: mekkora lehet a hangfal, hol fog állni, milyen hangosan és milyen mélyre kell szólnia. A doboz mérete, a basszus mélysége és az érzékenység között a Hoffman-törvényként ismert kompromisszum érvényes: a három tulajdonságból legfeljebb kettőt kaphatsz meg egyszerre. Ezért a követelmények többet döntenek, mint a hangszóró márkája.

A Loudsmithben: hatkérdéses varázsló és követelmények az első lépésben, amelyekből az alkalmazás levezeti a célokat és a hangszóróválasztást.

2. Hangszóróválasztás adatok, nem ár alapján

A mélyhangszórót a Thiele–Small-paraméterek alapján választják: az Fs rezonanciafrekvencia, a Qts teljes jósági tényező, a Vas ekvivalens térfogat és az Xmax kitérés szerint. Ezek határozzák meg, milyen dobozba illik, és mennyi basszust ad. A magassugárzónál az a döntő, milyen mélyen lehet keresztezni, a mélyhangszórónál pedig az, hogy hol kezd irányítottá válni, és hol kezd részrezgésekbe a membrán. A jó párosoknak van egy átfedési tartománya, ahol mindkét hangszóró tisztán és hasonló irányítottsággal szól.

A Loudsmithben: 1604 hangszóróból álló katalógus teljes paraméterekkel, a mélyhangszórók rangsora dobozszimuláció alapján, a magassugárzók pedig aszerint sorba rendezve, mennyire illenek a kiválasztott mélyhangszóróhoz.

3. Dobozszimuláció

Mielőtt az első lapot elvágnák, jön a szimuláció: zárt vagy basszreflexes doboz, mekkora térfogat és milyen reflexhangolás. A frekvenciamenet mellett figyelik a membránkitérést, a légsebességet a reflexnyílásban és a csoportkésleltetést is. Az a hangfal, amely a grafikonon mélyre lemegy, de normál hangerőn eléri az Xmax-ot, vagy sípol a reflexnyílás, rossz terv.

A Loudsmithben: egyszerre hét doboztípus, összehasonlítással és ajánlással.

4. Mérés, mérés, mérés

Itt válik el leginkább az amatőr és a tapasztalt tervező útja. A gyártói adatokat végtelen előlapon mérik. A valódi hangszóró a valódi dobozban az éldiffrakcióból eredő egyenetlenségeket, dobozrezonanciákat és példányonkénti eltéréseket mutat. Ezért a hangszórókat a kész dobozban mérik mikrofonnal (frekvenciamenet, FRD fájl) és impedanciamérő eszközzel (ZMA fájl). A hangváltót csak ezek alapján tervezik meg.

A Loudsmithben: az egyes hangszórók FRD és ZMA fájljai felváltják a modellt, és a hangváltó ezek alapján számolódik újra. Mérések nélkül az alkalmazás az előlap méreteiből becsüli a diffrakciót.

5. Hangváltó a valós terhelésre

A cél nem egy „2 kHz-es másodrendű szűrő”, hanem az akusztikai eredmény: hogy a hangszóró kimenete a saját frekvenciamenetével együtt kövesse a célgörbét, például egy negyedrendű Linkwitz–Riley görbét. Az elektromos szűrő csak eszköz. Ezért az alkatrészértékeket a mérésekre optimalizálják, passzív hangváltónál pedig a tekercsek veszteségeit is figyelembe veszik.

A Loudsmithben: automatikus tervezés akusztikai célra, kézi mód, szabad kapcsolásszerkesztő és aktív frekvenciaosztás DSP-vel.

6. Hallgatás és iteráció

A magassugárzó szintjének utolsó tizedeit vagy az átmenet alakját fülre hangolják, abban a helyiségben, ahol a hangfal szólni fog. A tapasztalt tervezők több hangváltóváltozatot készítenek, és összehasonlítják őket. Ebből az következik, hogy még a legjobb modell sem helyettesíti a mérést és a hallgatást.

Miről ismertek egyes szerzők

John Krutke – Zaph Audio

A Zaph Audio oldalon több tucat konstrukciót és összehasonlító hangszórómérést tett közzé. Tervei, például a ZD5 vagy a ZA-SR71, alapos méréseken és a mért adatokra tervezett passzív hangváltókon alapulnak. Minden konstrukciónál közzétette a grafikonokat, amelyekből látszik, hogyan ellenőrizte az eredményt. Sok házi hangfalépítő számára ma is ez a jól dokumentált projekt mintája.

Siegfried Linkwitz – Linkwitz Lab

Linkwitz a ma a legtöbb hangváltóban használt Linkwitz–Riley szűrő egyik megalkotója. Saját konstrukcióiban, például az ORION-ban vagy a PLUTO-ban, az aktív, hangszínszabályzással kiegészített frekvenciaosztást és a helyiséget kevésbé gerjesztő nyitott hangfalakat (dipólokat) képviselte. Sokat írt arról, hogyan változtatja meg a helyiség a hangérzékelést, és egyenlő oldalú sztereó háromszöget, valamint a falaktól való elegendő távolságot javasolt. Az ő eredményein alapul a Loudsmith helyiségmodellje is.

Martin J. King – quarter-wave.com

King a negyedhullámú konstrukciók – transzmissziós vonalak, TQWT és ML-TL – matematikai modelljeivel foglalkozott. Számításai megmutatták, hogy ezek a „titokzatos” dobozok pontosan szimulálhatók, ha figyelembe vesszük a csillapítóanyag eloszlását és a hangszóró helyzetét a vonalon.

Needle – Acoustic Design Magazin

A Needle keskeny, karcsú oszlophangfal szélessávú hangszóróval, TQWT dobozban. Megmutatja, hogy egy egyszerű, hangváltó nélküli konstrukció is meglepően jól szólhat, ha a hangszóró és a vonal jól össze van hangolva. A Loudsmith referenciaként használja összehasonlításhoz és hallgatáshoz.

A tanulságok

• Először a követelmények, aztán a hangszórók.
• A dobozt a membránkitéréssel és a reflexnyílás légsebességével együtt szimuláld, ne csak a frekvenciamenetet.
• A hangváltót akusztikai célra tervezd, ideális esetben a kész dobozban végzett mérések alapján.
• Számolj a helyiséggel, ahol a hangfal szólni fog.
• Kezdj egy bevált konstrukcióval, és tanulj belőle. A projektkönyvtárban egy kattintással megnyithatod őket.