Hogyan mérd meg a hangfaladat: útmutató kezdőknek

Röviden: A számítás megmondja, hogyan kellene szólnia a hangfalnak. A mérés megmutatja, hogyan szól valójában. Elég hozzá egy nagyjából 100 eurós mérőmikrofon, egy számítógép és egy ingyenes program. A három legfontosabb mérés: minden hangszóró frekvenciamenete a kész hangdobozban, a kész hangfal impedanciája, és egy ellenőrzés a hangváltó bekötése után.

Miért érdemes egyáltalán mérni

Minden hangfaltervező program, a Loudsmith is, modellel dolgozik. A modell a hangszóró gyártói adataiból és fizikai képletekből indul ki. A valóság több okból is eltér tőle:

A hangszórók paraméterei szórnak. Ugyanannak a hangszórónak két példánya a rezonanciában és más paraméterekben is gyakran 10–20 %-kal eltér. A katalógusadatokat ráadásul gyakran másképp mérik, mint ahogy te használni fogod a hangszórót.
A hangdoboz nem ideális. A csillapítóanyag, a merevítések, a tömítetlen részek és a hangszórók által elfoglalt hely megváltoztatja a térfogatot és a hangolást.
Az élek és a hangdoboz alakja a magas- és középtartományban másképp változtatják meg a hangot, mint ahogy pontosan ki lehetne számolni.

Egy példa a gyakorlatból: Troels Gravesen dán tervező ugyanazt a basszreflexes hangdobozt csillapítás nélkül és sűrű kitöltéssel is megmérte. A hangolás 37 Hz-ről 33 Hz-re csökkent, csak a csillapítóanyag miatt. Az ő kész konstrukcióinál, amelyek általában bőségesen csillapítottak, a valódi hangolás átlagosan kb. 10 %-kal alacsonyabb, mint amit a puszta képlet ad. A SEAS készleteknél és a szokásos csillapítású konstrukcióknál a Loudsmith számítása néhány százalékon belül egyezik. A mérés megmutatja, hol tart a te hangfalad.

A jó hír: a mérés ma már se nem drága, se nem bonyolult.

Mire lesz szükséged

Eszköz	Mire való	Ár
USB-s mérőmikrofon, például miniDSP UMIK-1 vagy Dayton UMM-6	frekvenciamenet, kalibrációs fájllal	kb. 100 €
Számítógép a REW (Room EQ Wizard) programmal, vagy a Loudsmith hangfalmérés oldala	lejátssza és kiértékeli a teszthangot	ingyenes
Erősítő és kábelek	a hangszóró meghajtása mérés közben	már megvan
Mikrofonállvány	a mikrofon stabil helyzete	10–20 €
Impedanciamérő összeállítás: 100 Ω-os ellenállás és be- és kimenettel rendelkező hangkártya, vagy a kész Dayton DATS készülék	impedancia, a reflexcső hangolása, a hangszóró paraméterei	10–150 €

A telefon mikrofonja hangfal méréséhez nem elég. Főleg a basszusban és a magasakban pontatlan. A szoba különböző helyeinek durva összehasonlítására viszont használhatod a szobatervezőben.

Hogyan működik a frekvenciamenet mérése

A program a hangfalon keresztül egy emelkedő hangot játszik le a legmélyebb basszustól a legmagasabb hangokig. A mikrofon felveszi, a program pedig összeveti, amit lejátszott, azzal, amit hallott. Az eredmény egy görbe, amely megmutatja, milyen hangosan szólaltat meg a hangfal minden egyes hangot. Az ideális egy egyenes vonal lenne.

A gond az, hogy a mikrofon nemcsak a hangfalat hallja. Hallja a padlóról, a mennyezetről, a falakról és a bútorokról érkező visszaverődéseket is. Ezek a görbét csúcsok és bemélyedések fésűjévé szabdalják, aminek semmi köze a hangfalhoz.

A megoldás egy egyszerű trükk: az időablak. A hangfal közvetlen hangja érkezik meg elsőként a mikrofonhoz. A padlóról visszavert hang néhány milliszekundummal később jön, mert hosszabb utat tesz meg. A program csak a felvétel elejét használja, az első visszaverődés megérkezése előttről, a többit eldobja. Így olyan mérést kapsz, mintha egy nagy süketszobában mértél volna.

Ennek egy ára van. Minél rövidebb az ablak, annál rosszabbul rögzíti a mély hangokat. Nagyjából érvényes: a legalacsonyabb frekvencia, amelyet az ablak megbízhatóan rögzít, 1 osztva az ablak hosszával. Egy 5 ms-os ablak tehát kb. 200 Hz-től felfelé érvényes. Ezért a basszust másképp, közelről mérjük.

1. lépés: mérés távolról (közép- és magashang)

Állítsd a hangfalat a szoba közepére, a falaktól a lehető legtávolabb. A legjobb egy állványra vagy székre, hogy a magassugárzó kb. 1 m-es vagy nagyobb magasságban legyen.
A mikrofont tedd 50 cm és 1 m közötti távolságra, a magassugárzó magasságába vagy a hangszórók közé. Egyetlen hangszóró mérésekor annak a tengelyére.
A hangerőt úgy állítsd be, hogy a teszt tisztán, de ne kellemetlenül szóljon. Egy méteren ez nagyjából 80–85 dB.
Minden hangszórót külön mérj meg, és közben semmit ne mozdíts el. Sem a mikrofon, sem a hangfal nem mozdulhat el, különben nem stimmel a hangszórók közötti időbeli viszony, amelyre a hangváltónak szüksége van.
Ha alaposan tervezed a hangváltót, mérj a tengelyen kívül is: 15°, 30°, 45° és 60° oldalra. Ez megmutatja, hogyan szól a hangfal a szoba felé, nemcsak egyenesen rád.

A hangfalmérés oldal a megadott távolság és magasság alapján magától kiszámolja, mikor érkezik a padlóról visszavert hang, és milyen frekvenciától érvényes a mérés.

2. lépés: mérés közelről (basszus)

Ha a mikrofont egészen közel teszed a membránhoz, a hangja olyan erős, hogy a szoba visszaverődései elvesznek mellette. Így a basszus időablak nélkül mérhető.

A mikrofont helyezd 1–2 cm-re a mélysugárzó membránjának közepétől úgy, hogy ne érjen hozzá.
Vedd lejjebb a hangerőt. Közelről a hang nagyon erős, és a mikrofon túlvezérelődhet.
Basszreflexnél közelről mérd meg a reflexcső nyílását is, passzív sugárzónál a membránját.
A program a reflexcsövet és a hangszórót a felületük szerint adja össze. A nagyobb felület többet sugároz, ezért a reflexcsövet az összegzésnél a felületek arányával számolja át.

A közeli mérés nagyjából addig a frekvenciáig pontos, ahol a hullámhossz a membrán méretéhez hasonló. Egy 17 cm-es hangszórónál ez néhány száz hertz, ami elég, mert afelett már a távoli mérés érvényes.

3. lépés: a két mérés összefűzése

A közelről mért basszus és a távolról mért közép- és magashang egyetlen görbévé fűződik össze. Az összefűzés abban a tartományban történik, ahol mindkét mérés érvényes, jellemzően 200 és 400 Hz között. A közeli mérés nem érzékeli, hogy a távolabb lévő előlap már nem támasztja meg a basszust. Ezt hívják baffle stepnek, vagyis akár 6 dB-es basszusesésnek, amikor a hullámhossz nagyobb, mint a hangfal előlapja. Az összefűzésnél ezért a közelről mért basszust az előlap szélessége szerint korrigálják.

A Loudsmith ezt automatikusan elvégzi. Az eredményt FRD fájlként mented, ami frekvenciát, szintet és fázist tartalmazó szöveges fájl, és a VituixCAD, az XSim és a Loudsmith is be tudja olvasni.

4. lépés: impedancia és a reflexcső hangolása

Az impedancia megmutatja, mekkora ellenállást tanúsít a hangszóró a hangdobozban az áram ellen a különböző frekvenciákon. Első ránézésre száraz téma, de ez a legjobb ellenőrzése annak, hogy a hangdoboz a számítás szerint sikerült-e.

A zárt doboznak egy csúcsa van. Ennek a frekvenciája a hangszóró rezonanciája a dobozban, fc. Ha jóval magasabb, mint a számítás mutatja, a hangdoboz kisebb vagy kevésbé csillapított, mint gondolod.
A basszreflexnek két csúcsa van, köztük egy völgy. A völgy a reflexcső hangolása, fb. Ha magasabb, mint szeretted volna, hosszabbítsd meg a reflexcsövet. Ha alacsonyabb, rövidítsd meg. Tipp: készítsd a reflexcsövet először kicsit hosszabbra, és fokozatosan rövidítsd, ez egyszerűbb, mint a hosszabbítás.
A passzív sugárzó a basszreflexhez hasonlóan viselkedik. A hangolását a sugárzóra tett vagy onnan levett tömeggel változtatod meg.

Az impedanciát ZMA fájlként mented. Passzív hangváltónál nélkülözhetetlen, mert a hangváltó alkatrészei a hangszóró valódi impedanciájára reagálnak, nem a névleges 4 vagy 8 Ω-ra.

Az impedancia méréséhez elég egy egyszerű összeállítás: egy 100 Ω-os ellenállás sorba kötve a hangszóróval, és egy hangkártya, amely az ellenállás előtt és után méri a feszültséget. A lépésenkénti leírás megtalálható a REW útmutatójában. Kényelmesebb a kész Dayton DATS készülék, amely egyetlen gombnyomással megméri az impedanciát és a hangszóró paramétereit is.

5. lépés: a hangszóró paraméterei

Ha már a hangdoboz megépítése előtt biztosra akarsz menni, mérd meg magának a hangszórónak a Thiele-Small paramétereit. A hozzáadott tömeges módszer és a képletek a Hangszóróadatok forrásai című cikkben találhatók. Az új hangszórót előbb néhány órán át járasd basszussal, közepes hangerőn. A felfüggesztés kicsit fellazul, és a rezonancia csökken, ezért az új hangszórót csak bejáratás után mérjük meg.

6. lépés: a kész hangfal ellenőrzése

Ha a hangváltó be van kötve, mérd meg a teljes hangfalat távolról, a tengelyen és néhány szögben. Vesd össze a görbét a tervvel. Ha szélesebb sávban 1–2 dB-nél jobban eltér, valahol hiba van: rossz polaritással bekötött hangszóró, eltérő alkatrészérték vagy elcsúszott hangszórók.

A polaritást egyszerűen ellenőrizheted: a keresztezési frekvencián a hangszóróknak össze kell adódniuk. Ha ott mély bemélyedés van, valószínűleg az egyik hangszóró fordított polaritással van bekötve.

A leggyakoribb hibák

Túlvezérelt mikrofon vagy hangkártya. A görbe ilyenkor furcsán lapos, vagy tele van értelmetlen részekkel. Vedd lejjebb a hangerőt.
Hiányzó mikrofonkalibrációs fájl. Minden mérőmikrofonnak saját, a sorozatszámához tartozó fájlja van. Enélkül a magasak több dB-lel elcsúszhatnak.
Elmozdult mikrofon a hangszórók mérése között. A hangváltó ilyenkor rossz időzítéssel számol.
Túl hosszú ablak. A görbe a magas- és középtartományban fogazott a visszaverődésektől. Rövidítsd az ablakot.
A hangfal a földön vagy a fal mellett áll. A visszaverődés túl korán érkezik, és az ablaknak nagyon rövidnek kell lennie.
Zaj mérés közben. A hűtő, az ablak alatt elhaladó autó vagy a lépések a basszusban megjelennek. Csendben mérj.
Eltérően simított görbék összehasonlítása. Az 1/3 oktávos simítás elrejti, amit az 1/24 oktávos megmutat. Mindig azonosat azonossal hasonlíts össze.

Hogyan használja a méréseket a Loudsmith

A Hangszórók lépésben minden hangszóróhoz feltöltöd az FRD és ZMA fájlját. Az alkalmazás ezután a modell helyett a valódi méréssel számol.
A hangváltót a mért görbék alapján tervezi meg, a hangdoboz éleinél fellépő valódi viselkedéssel és a valódi impedanciával együtt.
Aktív osztásnál pontosan a te hangszóróidra készít DSP-szűrőket, például a Hypex FusionAmp számára.
Az impedanciamérésből kapott reflexcső-hangolást visszaírhatod a tervbe, és az alkalmazás újraszámolja a reflexcső hosszát.

Kis szótár

Frekvenciamenet: görbe arról, milyen hangosan szólaltatja meg a hangfal az egyes hangokat.
Időablak (gating): csak a felvétel elejét használjuk, a visszaverődések megérkezése előttről.
Mérés közelről (near-field): a mikrofon közvetlenül a membrán előtt van, hogy a szobának ne legyen hatása.
Impedancia: az az ellenállás, amelyet a hangfal az erősítővel szemben tanúsít, minden frekvencián más.
FRD és ZMA: szöveges fájlok a mért frekvenciamenettel és impedanciával.
Baffle step: akár 6 dB-es basszusesés, amikor a hangfal előlapja már nem irányítja előre a hangot.
A reflexcső hangolása (fb): az a frekvencia, amelyen a reflexcső a legtöbbet sugározza, a hangszóró pedig a legkevésbé mozog.
Kalibrációs fájl: a konkrét mikrofonpéldány eltéréseinek korrekciója.