Elektroakusztikai rendszerek problémái

Tartalom

Elektroakusztikai rendszerek térleképzési problémái

Mikrofonozás-technikai és pszihoakusztikai korlátok

A rezgéscsillapítás szerepe audió készülékekben

Rezgéscsillapító anyagok és rezgéscsillapító szerkezetek

A készülékek rezgéscsökkentése

Állványok, asztalok, polcok, padlózat

Forgó hanglemezek rezgéscsökkentése

A hangsugárzók és hangváltók fázis problémáiról

Fáziskülönbségek észlelése, vizsgálata

Dinamikus hangszórók és hangváltók kapcsolata

A dinamikus sugárzók fázisingadozás csökkentése

Alisca Orange impregnáló és felületbevonó eljárások, anyagok

Az aktív és passzív váltók összehasonlítása

Alisca Orange első rendű fázislineáris hangváltó

A hálózati táplálás hatásai audió készülékekben

Hálózati transzformátoros készülékek

Kapcsolóüzemű tápegységgel működő készülékek

A zavarjelek szűrése, távoltartása

Csatlakozók, elosztók, kismegszakítók

Milyen mértékű hangzási eredmény várható az audió rendszer hálózati táplálásának befolyásolásától?

A hangfrekvenciás teljesítményerősítőkről

Általános kapcsolástechnikai megközelítés

Elektroakusztikai rendszerek térleképzési problémái

Mi a feltétele annak, hogy a hangvisszaadási helységben kialakuló teljes hangkép a forráshelyben uralkodó eredeti hangképnek feleljen meg?
A hanghullámoknak minden pillanatban, a helyiség bármely pontjában, meg kell egyezniük intenzitás, fázis és frekvencia összetétel szempontjából a forráshelység megfelelő pontjában észlelhető hanghullámokkal. Ebben az esetben van teljes mértékben biztosítva, hogy a reprodukáló helyen tartózkodó megfigyelő az eredeti forrásnak megfelelő természetes hangképet halljon és az egyes hangforrások helyéről a valóságnak megfelelő akusztikai benyomást nyerjen. Ez a kívánalom az eredeti forráshellyel azonos méretű és kidolgozású helyiséget igényelne, valamint végtelenül sokcsatornás átvitelt.
Kétdimenziós megoldásra egyszerűsítve a feladatot egyetlen keresztmetszetben olyan hangnyomás eloszlást létesíthetünk, amely a hanghullámok terjedési viszonyai folytán az egész helyiség hullámeloszlására nagymértékben hasonlít, de még így is végtelen sok csatornára lenne szükség. A gyakorlatban azonban csak korlátozott számú csatorna megvalósítására van lehetőség.

Egy és többcsatornás leképzés

Kezdetben egyetlen csatornát alkalmaztak, melyben a forráskörnyezet nem jelenik meg, sőt az alkalmazástól függően zavaró is lenne a környezeti hangok jelenléte. (Pl.:telefon) A teremhangok visszaverődéseinek hozzákeverése az egyes csatornákhoz az ambiofóniának nevezett effektust okozza. Ezen a módon az egycsatornás rendszerben is föl lehet kelteni a térhatás illúzióját. Ez azonban a forrás közvetlen hangjai észlelhetőségének csökkenésével jár. Az egycsatornás fejhallgatós változatot monaurális, a hangszóróst monofónikus átvitelnek nevezzük.
A kétfülű hallás mintájára alakították ki a kétcsatornás műfejes-fejhallgatós binaurális rendszert. A fej árnyékoló hatását szimuláló felvevőmódszer csak fejhallgatóval ad elégséges térélményt.
Két- vagy háromcsatornás hangszórókon közvetített térhatású hangot sztereofónikusnak nevezzük. A sztereofónikus rendszer a hangforrást és az a körüli teret viszi át az észlelő környezetébe. A lényeges különbség a binaurális hangközvetítéssel szemben, hogy mindkét fülre hatnak a csatornák, s hogy az észlelés helyének a környezete visszahat a hangképre. A két- vagy hárommikrofonos módszerrel elsősorban a források geometriai lokalizációját lehet biztosítani. A sztereofónikus rendszer a mozgó forrásokat gyengén tudja leképezni, legjobban a megfigyelőre merőleges mozgás érzékelhető. Kétcsatornás rendszerben a háromcsatornáshoz viszonyítva - térhatás szempontjából - leginkább a hangkép közepe bizonytalan. A hangforrás keresztirányú mozgása nem hallatszik egyenletesen, középen a sebesség nagy, a szélek felé csökken, és mintha körív mentén mozogna. Távolodás és közeledés gyengén nyilvánul meg. Ezen a problémán az egy pontban rögzített egymáshoz képest 90 vagy 180 fokban elforgatott, irányított karakterisztikájú (nyolcas vagy vese) mikrofonozással próbálnak javítani. Ezzel a módszerrel azonban intenzitáskülönbségre redukálódik a leképzés. A gyakorlatban a mikrofonok által közvetített hangtér szelet eléggé meggyőzően hat, hiszen a megfigyelő nem mozog a visszahallgatáskor és ez kitűnő illúziót, kelthet.
Ha a térhatást minden irányban lényegesen növelni szeretnénk, további térkoordináták átvitele szükséges. A négycsatornás kvadrofon rendszer vagy a négy csatornánál több surround rendszerrel a térhatás elvileg lényegesen fokozható. Azonban az elektroakusztikai átalakítók minden paraméterének szükségszerűen egyre jobbnak kellene lenni a korrekt leképzés érdekében a magasabb csatornaszámú rendszerekben. Pl.: a teremhangok helyes visszaverődéseinek a leképzéséhez a teljes rendszernek a hangfrekvenciás sávban nem lehet számottevő fázistorzítása. Ezzel szemben a mai átalakítókban alkalmazott megoldások sok tekintetben a kétcsatornás átvitel követelményeinek sem felelnek meg, nemhogy a 4- vagy többcsatornásénak.

Mikrofonozás-technikai és pszihoakusztikai korlátok

Hasonlítsuk össze a közvetlen fiziológiai érzékelést a hangrögzítés és visszaadás problémájával. Az első esetben megfigyelő vagy megfigyelők fizikai jelenléte ugyan akár jelentékeny módon befolyásolja az eredeti hangteret, a megváltozott forrástér hanghullámai a megfigyelő(k) számára továbbra is autentikus marad. Az érzékelés és feldolgozás e közvetlen módja a pszichoakusztikai korlátaival együtt teljes értékű, hiszen az észlelhető tartományon kívüli információk érdektelenek számunkra. A hangvevő kiterjedéssel bíró tárgynak semleges akusztikai környezettel kell(ene) rendelkezni a felvétel helyén, mert az elektroakusztikai átalakító optimális működéséhez hozzátartozik.
A valóságban sem érzékeljük a tér minden részét egyformán - a fül térbeli leképzése is korlátozott. Ezért nincs is feltétlenül szükség az összes téri információ átvitelére teljesítésére, de mindenképpen figyelembe kell venni, mert manapság hajlamosak elfelejtkezni a szakemberek a felvételi korlátokról és valódi háromdimenziós leképzésről beszélnek. Általában igaz, hogy a mikrofonozás technika megválasztása a legproblematikusabb hangmérnöki munka. Továbbá a hangmérnök feladata, hogy az alternatív teremakusztikai és felvétel-technikai lehetőségek közül a hangzásesztétikai optimum alapján döntse el a rögzítés módozatait.

Optimális reprodukciós tér

Nehéz feladatot okoz a lehallgató tér optimalizálása is. A mikrofonozás jellege dönti el, hogy milyen méretű és akusztikai tulajdonságú helyiség felel meg a célnak. Amennyiben a mikrofonozással a közeltér leképzése volt az elsődleges, úgy elvben a forráshely méretét és akusztikai sajátosságait kellene előállítani a reprodukcióhoz. Ha a forrás teremhangjai is jelen vannak a felvételen úgy hangelnyelő felületekkel borított hallgató tér lenne optimális a reprodukcióhoz, mert egyébként a felvétel téri információihoz hozzákeveredik a hallgató helyiség térakusztikai sajátossága.

Virtuális hangforrások

Virtuális hangforrások sokcsatornás megjelenítéséhez nem szükséges valódi térleképzés szimulálása. Az elektroakusztikus zenénél a térhatás elemeinek megválasztása teljesen önkényes lehet. A virtuális téreffektus a kompozíció része. A surround rendszer is elsősorban hangeffektek és virtuális tér lesugárzására alkalmas.

A rezgéscsillapítás szerepe audió rendszerekben

Általános tapasztalatok

Az audió berendezések érzékenyek mind a belső, mind a külső forrásból származó rezgésekre. Legfeltűnőbb példaként az analóg lemezjátszókat és a hangsugárzókat említhetjük. Az elektroakusztikai átalakítók működéséből természetesen adódik a rezgésekre való nagyfokú érzékenység.
Meglepő módon semlegesnek tűnő elemekre is (pl.: erősítők, CD játszók) hatással vannak a rezgések. A nagy erősítésű fokozatok (különösen az elektroncsövesek) hajlamosak lehetnek mikrofóniára, ami végerősítő fokozatoknál már nehezen képzelhető el. A CD játszóknál pedig, amíg a rájuk ható rezgések nem befolyásolják az adatkiolvasás pontosságát, igencsak érthetetlennek tűnik, hogy mégis pozitív hatást érhetünk el rezgéscsillapító elemek alkalmazásával. Megállapíthatjuk, hogy az audió rendszerek minden elemére hatnak a különböző forrásból származó rezgések, melyek jól észlelhetően befolyásolják az eredő hangzásminőséget.
A hallgató teret úgy is lehet tekinteni, mint a reprodukciós rendszer utolsó elemét. E tér akusztikai sajátosságai jelentékenyen befolyásolják az eredő hangminőséget.

A rezgések forrásai

Az audió készülékekben üzemszerű működésük közben kialakulhatnak saját- és/vagy külső rezgésforrások. Saját rezgéseket transzformátorok, forgató motorok és a hangszórók keltik. Külső hatás elsősorban a hangsugárzókból és épületrezgésekből éri a készüléket. A források rezgési energiájának mértéke nagyságrendekkel különböző és terjedési közegük is nagyon eltérő lehet.

Rezgéscsillapító anyagok és rezgéscsillapító szerkezetek

Az audió készülékeket a gerjesztő rezgések ellen ún. rezgéscsillapító anyagokkal és szerkezetekkel lehet védeni. A csillapítandó rezgések terjedési közegüktől függően lég- ill. testhangként jelennek meg a készülékekben, ennek megfelelően más-más hatásmechanizmusú csillapító anyagot alkalmaznak. A rezgéscsillapító szerkezetek a léghangokat geometriai felépítésükből adódóan, a testhangokat merev struktúra alkalmazásával gátolják. A továbbiakban részletesebben tárgyaljuk a csillapító anyagokat és szerkezeteket.

Léghangcsillapító anyagok

A pórusos hangelnyelő anyagokban a külső súrlódás (a hangterjedési közeg rezgő részecskéi és a pórusos anyag vázelemei közötti felületi súrlódás) révén alakul át hővé a rezgések egy része. Erre a célra mesterséges (üveg és ásványszálakat, nyíltcellás műanyaghabokat) valamint természetes (növényi szál és állati szőrzet) anyagokat alkalmaznak. A pórusos/szálas csillapítóknál az anyagjellemzőkön kívül a felület is befolyásolja a hatásfokot és frekvenciafüggést. A szálas/pórusos hangelnyelők elnyelési foka elérheti a 80-90%-ot is, de a hangfrekvenciás sávban nagyon erős frekvenciafüggést mutatnak.

Léghangcsillapító szerkezetek

A csillapítók egyik csoportját a léghangnyelő üreg rezonátorok alkotják. Két típusuk van: az egyedi Helmholtz- és a csatolt üreg rezonátorok. Közös jellemzőjük a térfogatuk által meghatározott rezonanciafrekvencia, elnyelési mechanizmusuk a veszteséges elektromos rezgőkörök analógiájával közelíthető. Ezek a rezonátorok az elnyelt hangenergia egy részét diffúz módon visszasugározzák a térbe. A hangsugárzó dobozok az üregrezonátorok speciális alkalmazásai.
A laprezonátor speciális "kétdimenziós" léghangcsillapításra alkalmas eszköz. E hajlékony lemezek a hangenergia hatására rezgésbe jönnek, aminek következtében a fölvett energia egy része a hajlítási rezgés okozta belső súrlódás folyamán hővé alakul. (mint másodlagos hangforrás a felharmonikusain sugározhat)

Testhangcsillapító anyagok

A tömör testhangcsillapító anyagokban a belső súrlódás (az anyag képlékeny deformációja) révén alakul ki csillapítás. Erre a célra a műanyagoktól a különféle kompozitokon át a fémötvözetekig sokféle anyagot használnak. Az egynemű fémek közül az ólomnak van számottevő csillapító hatása.
A gyakorlatban a tömör csillapító anyagok hatásfokát, frekvenciafüggését az anyagjellemzőik határozzák meg. A tömör csillapítóanyagok elnyelési foka 10-30% között mozog viszonylag széles frekvencia tartományban. A gumik a műanyagok és az ipari csillapító anyagok a hangfrekvenciás sávban nem egyenletes csillapításúak.

Testhanggátló szerkezetek

Statikailag minél merevebb egy geometriai struktúra, annál nagyobb esély van arra, hogy a rezonanciái egyre magasabb frekvenciatartományba kerüljenek, esetleg kikerülhetnek a hallható tartományból. A gyakorlatban testhangcsillapító anyagokkal együtt célszerű alkalmazni. A testhanggátló szerkezetek lehetnek önállóak vagy részegységek.

A készülékek rezgéscsökkentése

Az audió készülékek mindegyikét célszerű a belső és külső rezgésektől védeni. A védekezés több lépcsőben, különféle megoldásokkal lehetséges.

A készülékeken belül, testhanggátló mechanikai konstrukcióval és rezgéscsillapító anyagokkal.
A készülékeken kívül, különféle készüléktartó alátámasztásokon keresztül rezgéscsillapító eszközökkel.
A készülékeken kívül, különféle burkolati rezgéscsillapító eszközökkel.
A készülékeken kívüli forgó elemek rezgéscsökkentése rezgéscsillapító eszközökkel.

A csillapító anyag akkor képes az elnyelendő rezgést hatékonyan csökkenteni, ha megközelíti a terjedési közeg fajlagos akusztikai impedanciáját a csillapító anyag fajlagos akusztikai impedanciája.) A gyakorlatban az tapasztalható, hogy adott helyen az indokolt csillapítás mértéke és módszere sok esetben nem optimális, az alkalmazott csillapító anyagok tekintetében pedig többnyire előnytelen anyagokra esik a választás. E megállapítás bizonyítására röviden bemutatjuk a csillapító anyagokat és szerkezeteket.

Készüléklábak

Célszerű minden készüléket szilárd pozícióba helyezni vagy rögzíteni. Ehhez a készüléklábak nyújtanak segítséget. Kétféle típussal találkozhatunk: rugalmas és a merev alátámasztásos elvűvel. Készüléklábként általában műanyag vagy műanyag-filc kombinációt alkalmaznak - rugalmas fölfüggesztés esetén gumi vagy acélrugó betéttel. A rugalmas alátámasztás elsősorban az épületrezgések ellen hatásos. E megoldás hátránya: minden rugóra függesztett rendszernek van egy olyan rezonanciafrekvenciája, (felharmonikusaival együtt), ahol nem képes csillapítani. Ezt ugyan lehet javítani a rugó ún. jósági tényezőjének csökkentésével, de szinte lehetetlen egyenletes frekvencia független csillapítást elérni.
A merev lábtípus azonban testhang vezetéssel jár, ezért valahol szükséges csillapító közegről is gondoskodni. A készülékek alátámasztása akkor a leghatékonyabb, ha a stabil mechanikus helyzetbe állításán kívül biztosítja a készülék akusztikai csillapítását oly módon, hogy a nem kívánt rezgéseket valamilyen erre a célra alkalmas csillapító közegbe vezeti át.
Ha az alátámasztó felület jó csillapító képességű, akkor optimális lehet a módszer.
A gyatra minőségű készüléklábak arra ösztönöztek egyes gyártókat, hogy számtalan kivitelezésű, formájú rezgéscsillapító lábat hozzanak forgalomba kiegészítőként.
Méréseink szerint a szokásos merev alátámasztások átmérőjüket lényegesen meghaladó hosszuk következtében a terhelés előfeszítő hatására fokozottan rezonáns elemekként viselkednek. Fordított arányú geometriai alakzatból készült tárgy, amely a hosszát jóval meghaladó átmérővel rendelkezik mentes ettől a hibától. A tompaszögű kúpok jól közelítik a feladat optimális megoldását.(termékismertető)

Állványok, asztalok, polcok, padlózat

A manapság elterjedt készüléktartó állványok, asztalok, polcok szokásos felépítése: acélvázra, tüskékre felfekvő fahelyettesítő anyagból vagy üvegből készült lemez. Számottevő akusztikai csillapító hatással ezek a megoldások nem rendelkeznek. Két okból:

a lapok rezgés abszorbeáló képessége nagyon csekély*
a lapokon elhelyezett készülékek rossz akusztikai csatolása nem teszi lehetővé a laprezonátor működési mechanizmust, ha mégis kialakulna ez a működési mód, akkor a lap kisugározza a hallgató térbe a rezgések egy részét, és az, mint zavaró hangforrás jelenik meg.

*Összehasonlításul a vas és üveg elnyelési foka 0,1% körül van, a faanyagok 1-2% körüliek. Az Alisca Orange Modul asztallap eredő elnyelési foka 5-10% körüli és közel egyenletes a teljes hangfrekvenciás sávban.

Szobaakusztikai elemek

A reprodukció helyszínén a hangsugárzó optimális működését (irányítatlan sugárzási karakterisztika és lineáris frekvenciamenet) semleges akusztikai környezet biztosítja. Erre használatos eszközök: Helmholtz üregek, paravánok, szőnyegek, függönyök.
Légüreg - hangolt, lap kettős hatás

Hangdobozok

A hangsugárzó keret vagy doboz mozgásának akadályozása a térben rezgéscsillapítási feladat. A hangsugárzók állórészeinek merev rögzítése, vagyis elmozdulásának akadályozása szintén rezgéscsillapítási feladat.

Forgó hanglemezek rezgéscsökkentése

Az analóg lemezjátszók tányérjára a lemez stabil fölfekvése érdekében általában valamilyen alátétanyagot alkalmaznak. Ez a megoldás a hanglemez és a tányér csillapítását is szolgálja, különösen fémtányér esetén hasznos. Az igényesebb lemezjátszókhoz adott filcpárna önmagában nem képes teljesíteni a megfelelő csillapítást, mert elsősorban léghang csillapító tulajdonságú. Az általánosan elterjed gumipárna, a rugalmas felfüggesztés hátrányaival rendelkezik.
Mivel könnyen cserélhető a lemezjátszók csillapító párnája, érdemes alkalmasabb anyagból készült eszközt vásárolni. Az egyik legjobb megoldás a kevlár szálakból szőtt vékony lemez, melyre flokkolással kevlár pelyheket visznek fel. Magas ára miatt csak High-End lemezjátszókon szokás alkalmazni. Lényegesen kedvezőbb árú az impregnált filcből készült korong, melynek csillapító hatása az előbbi megoldással egyenrangú. Az analóg játszókra célszerű még leszorítót is helyezni, mert az így létrejövő előfeszítő erő növeli a csillapító hatást. Ha a leszorító önmagában is csillapító hatással rendelkezik, akkor a csapágyzajt is képes csökkenteni.

A CD játszókban a hanglemezek az esetek döntő többségében kis alátámasztási felületen kapcsolódnak a forgató motorhoz. Viszonylag kis merevségük következtében rezgések keletkeznek bennük, ami a kiolvasás minőségét rontja. Ezt a tányéros rendszerű kiolvasók elvileg megoldják, de a gyártók ugyanazokat a szempontokat hanyagolják el, mint az analóg játszók esetén. A forgó CD lemez fölé helyezett vékony, alacsony fajsúlyú, de rendkívül merev lemez (rátét) képes csillapítani a rezgéseit. A jelenlegi high-tech anyagok közül az optimumot a szénszálszövetből készült adja. E rátét tömege (5gr) kb. harmada a CD lemeznek, rugalmassági modulusa legalább egy nagyságrenddel nagyobb, mint a korongé. (Alisca Orange termék)

A hangsugárzók és hangváltók fázis problémáiról

A fázishűség

Az időbeli alakhű jelátvitel és hangsugárzás egyik feltétele a hallható tartományon belüli nulla fáziseltolódás.

Fáziskülönbségek észlelése, vizsgálata

pszichoakusztikai vizsgálatok azt bizonyítják, hogy egy összetett zenei jelben az egyes összetevők fázisát nem tudjuk megkülönböztetni, de a térbeli hallás sajátosságai, különösen az egy fülre vonatkozóan, feltáratlanok. Ezért feltételezhetjük azt is, hogy a vizsgálatok jelenlegi módszerei éppen bizonyos fázis különbségek érzékelésének feltárására a legkevésbé alkalmasak. A különféle eredetű fáziseltolódást egymástól függetlenítve szokás tárgyalni. Ez azt eredményezi, hogy bizonyos egymásra hatást nem vesznek figyelembe ill. kizárnak, de az is lehet, hogy föl sem vetik a lehetséges jó megoldások lehetőségét.

A sugárzók karakterisztikái

Nullad rendű sugárzónak tekintjük a lélegző gömböt és a végtelen hangfalban rezgő dugattyút. E két típus gömbhullámokat kelt. Ezek elvi akusztikai modellek, a gyakorlatban a hangszórók sőt a hangszerek is magasabb rendű sugárzók. Az ideális gömbsugárzástól való eltérés irányítási hatást eredményez:
a frekvencia függvényében változó sugárzás jellemzésére az iránykarakterisztikának nevezett felület és a középpontból síkokkal meghatározható metszésvonalai az iránydiagramok.
A nullad rendű gömbsugárzók a tér minden irányába egyenletesen sugároznak. Iránykarakterisztikájuk gömb, iránydiagramjuk kör alakú. A tér egyik irányába oszcilláló gömb az elsőrendű gömbsugárzók modellje. Két, szorosan egymás melletti egyenlő amplitúdóval, ellenfázisban rezgő nullad rendű gömbsugárzó elsőrendű sugárzót eredményez. Az elsőrendű sugárzókat nyolcas alakú iránydiagramjuk miatt dipólus sugárzóknak nevezik. Egy nullad rendű és egy elsőrendű sugárzó eredője vese- vagy kardioid alakú iránydiagram lesz. Ezek az iránydiagramok a hangtérben fáziskülönbségek miatt interferencia útján alakulnak ki.
A műszakilag megvalósítható sugárzók közül a dugattyúszerűen rezgő lemez vagy membrán a legjelentősebb. A hullámhossznál sokkal kisebb átmérőjű dugattyú végtelen hangfalban gömbhullámokat sugároz ki a fél térbe, végtelen hosszú csőben síkhullámokat kelt. Azokon a magasabb frekvenciákon, amelyekre nem teljesül a D? ? feltétel, fokozatosan irányítottá válik a sugárzás. A magasabb rendű sugárzóktól elvileg az várható, hogy sugárzásuk sokkal kedvezőtlenebb, mint az elsőrendű sugárzóké, mert a különböző zónákból elinduló hullámok a tér különböző pontjaiban kioltják egymást. Azonban a sugárzó felület különböző pontjai más-más sebességgel rezegnek. Például kör alakú membránnál előfordulhat, hogy több koncentrikus zónában tengely szimmetrikusan rezeg és emiatt az irány jelleggörbe szélesebb lesz. Ha egy rezgő test nem végtelenül merev, különböző pontjai nem rezegnek azonos fázisban. A rezgő felületet csomóvonalak osztják több zónára. A szomszédos zónák rezgése ellenkező fázisú. Az ilyen sugárzók osztályozása a csomóvonalak száma szerint történik.
(n csomóvonal esetében n-ed rendűnek nevezzük a sugárzót.)

Sugárzási impedancia

A levegőben terjedő hang bizonyos mértékben ellenáll a hangforrás rezgő mozgásának, amit le kell győznie a hangkeltőnek. Ez a hang kisugárzására jellemző mennyiség a sugárzási impedancia, mely a frekvenciától és a sugárzó felülettől függ. A hangszórók alapvető akusztikai tulajdonságait a gerjesztő erő és a rugalmas rezgő rendszer mechanikai paramétereivel együtt határozza meg.

Dinamikus hangszórók és hangváltók kapcsolata

A passzív hangváltók helyes illesztése elvileg ohmos lezárás esetén azonos akusztikus síkban levő azonos hangnyomású és méretű hangszórókra jön létre. Sajnos egyik feltétel sem teljesül. A hangszórók bonyolult komplex impedanciájúak, és a hangváltás mindig eltérő méretű hangszórókkal történik. Bár a hangnyomásuk lehet egyforma a váltás frekvenciáján, az impulzusátvitelük bizonyosan eltérő.
Az 1.rendűnél magasabb fokszámú (meredekebb vágású) váltóknál nem valósul meg a fázishűség. Ennek szükségszerű velejárója a fázismenet nagymértékű ingadozása.
A hangszórók fázismenete csak a harmadik, lineáris sugárzási (bár szűkebb) tartományában egyenletes. E hangszórók negyedik, a határfrekvencia fölötti sugárzási tartományában merev membránra számítva a hangnyomás oktávonként 6 dB-lel esik. A legtöbb esetben azonban erős hullámzással csökken az amplitúdó.

A dinamikus sugárzók fázisingadozás csökkentése

A gyakorlatban mindig megmaradó hullámzás még mindig nagy fázisingadozást okoz. Bár ez a tartomány a hangváltó alkalmazása miatt a záró tartományba kerül, megakadályozhatja a lineáris fázisú hangváltás megvalósítását. Az ingadozás ellen három módon védekezhetünk:

Növeljük a membrán belső súrlódását (pl.: műgyanta + töltőanyag kötésű membránszövet; töltött polimermembrán; nagy csillapítású felületi bevonatok alkalmazása).
Növeljük a membrán merevségét (pl.: magas rugalmassági modulusú műszaki anyagok használata; szendvics szerkezet; impregnálás).
Mindkét elv egyidejű optimalizált alkalmazása.

Alisca Orange impregnáló és felületbevonó eljárások, anyagok

Különféle membrántípusok utólagos kezelésére kifejlesztettünk impregnáló és felületbevonó anyagokat.
Példa:
Poli-tetrametil-pentén-1 p=0,83 g/cm sűrűségű, E=0,15 N/m2 rugalmassági modulusú impregnálóanyagot (gyártó: MITSUI, Japán, kereskedelmi elnevezése: "TPX") szobahőmérséklet fölött, kb. 60 C hőmérsékleten tetraklóretilénben feloldunk. Feloldás után az oldatba p=0,5 g/cm sűrűségű, E=0,005-0,008 N/m2 rugalmassági modulusú hangszóró membránpapírt merítünk és azt zárt térben impregnáljuk, amivel az oldószer párolgási sebességét olyan nagy mértékben lelassítjuk, hogy biztosítjuk az impregnálóanyag teljes kristályosodási hajlamát. Ezt követően a membránon akusztikai méréseket végzünk, és nem kielégítő eredmény esetén az impregnálást a kívánt paraméterek eléréséig megismételjük. Az eredményül kapott akusztikai membrán E/p hányadosa a hagyományos hangszóró membránpapír E/p = 0,17 értékéhez képest egy nagyságrenddel nő, a sűrűség csupán ugyanakkor 10-20 %-kal növekedik. A nagyságrendnyi növekedést azért tudjuk elérni, mert a kristályos állagú impregnálóanyag rugalmassági modulusa, az oldatba vitt kiinduló amorf halmazállapotú granulátumhoz képest megsokszorozódik, valamint a membránpapír elemi cellulózrostjai több, mint egy nagyságrenddel merevebbek a membránpapírnál.

Példa:
A kitűzött feladatot ezen túlmenően olyan eljárással oldottuk meg, amelynek során a tetszőleges anyagú hangszóró membrán mindkét oldalát teljes felületén nagy belső súrlódású műanyag molekulákból álló, nagy tapadási képességű bevonattal látjuk el. Ennek az előnye, hogy - szemben az eddig alkalmazott lokális egyoldalú bevonatokhoz képest - többszörös eredő csillapítás jön létre, hiszen a csillapító anyag a membrán felületével kétszer nagyobb felületen érintkezik és a bevonat és a membrán eltérő fajlagos akusztikai impedanciája is jobb transzformációval kapcsolódik össze. Az eljárás megvalósítása során bevonatként például etilén - polivinil - acetát kopolimereket alkalmazhatunk.

A frekvenciaváltás

A több utas hangdobozok felépítésére vonatkozó kérdések között szinte mindig a frekvenciaváltó foglalja el az első helyet, akár szakemberek, akár a szakmán kívüliek számára. Ennek az érdekes egybeesésnek az lehet az egyik oka, hogy a hangváltás környezetében olyan hangzási anomáliák érzékelhetőek, amelyek a hallás pszihoakusztikai mérésekből megállapított tényeinél differenciáltabb észlelési képességet mutatnak.
A frekvenciaváltónak az a feladata, hogy a több utas hangsugárzó számára a frekvenciatartományt felossza és lehetőség szerinti fázishiba és csoportfutási idő különbség nélkül, azokat továbbítsa a hangszórók felé. Ha arra az ideális megoldásra törekszünk, amit hallórendszerük feltehetően igényel, akkor csak a legkisebb meredekségű, 6dB/oktávos váltót választhatjuk. Ez viszont széles tartományban lineáris hangszórót kíván, ami „rákényszeríti” a hangdoboz építőt a különösen jó minőségű sugárzók használatára.

A fázislineáris hangváltás feltételei

A műszaki szempontból ideálisnak tekinthető 1. rendű 6dB/oktáv meredekségű váltó (lineáris amplitúdó és fázismenet, 0 csoportfutás időkülönbség) előnyei csak különleges feltételek mellett használhatók ki:
1. a záró tartományban is alacsony torzítású (szélessávú) hangszórókat alkalmazása;
2. ugyanezen hangszórók kompenzált impedancia ill. fázismenete.
A második feltételt nem tudja kielégíteni a szokásos hangváltó méretezés. Minden hangszórót elvileg egyedi módon kellene méretezni, speciális mérések után. Egyrészt maga a méréstechnika sem megoldott erre a feladatra, másrészt a méretezéshez szükséges akusztikai modell is hiányos.

Passzív frekvenciaváltók

A frekvenciaváltóval először az amerikai Bell telefontársaság mérnökei: G.A.Campbell és O.J.Zobel foglalkoztak. Az első publikációt a Metro-Goldwyn-Mayer szakemberei 1936-ban tették közzé. Napjainkig természetesen nagyon sok publikáció jelent meg, amelyek e látszólag egyszerű problémát minden oldalról megvizsgálták. (Az alapkapcsolás szintjén elsőrendű váltó hangszórónként egy-egy alkatrészt, a másodrendű kettő-kettő, a harmadrendű három-három alkatrészt tartalmaz). Hatalmas matematikai apparátussal kutatták és kutatják ma is, hogy milyen módon lehetne az első rendűnél meredekebb váltók fázis és futásidő hibáit megszüntetni, hiszen a legtöbb hangdobozban ilyen típusokat találunk. A számítógépek elterjedésével a hangszóró, hangdoboz, hangváltó tervezőprogramok is megszülettek, így sokak abban az illuzórikus hitben élnek, hogy elegendő a kívánalmaknak megfelelő adatokat kell bevinni a gépbe, és máris készen áll a tökéletes terv. Egy ismert szakíró, tudomány és fekete mágiaként jellemzi a számítógépes váltótervezések sokaságát.

Aktív frekvenciaváltók

A passzív elemekből kialakított váltás nem egyedül lehetséges megoldása a hangszórók szelektív meghajtása. Elegáns módszernek látszik az aktív hangváltók alkalmazása, hiszen jóval nagyobb szabadsága van a tervezőnek. Az aktív áramkörök teljes arzenálja rendelkezésre áll, legyen az integrált áramkör vagy diszkrét elem. Kapcsolástechnikai szempontból alacsony jelszinten valósítható meg a jelek szelektálása, optimalizálni lehet minden szempontból az átvitelt meghatározó hálózat tulajdonságait. Viszont így annyi teljesítményerősítőre van szükség, ahány sávra van felosztva a hangdoboz. Ezzel egyidejűleg megszűnik a passzív váltó és a hangszóró szoros kapcsolata, aminek az az előnye, hogy a hangszórók konstans impedanciáról vannak meghajtva. Az analóg aktív szűrők mellett további lehetőség a digitális tranzverzális szűrők alkalmazása, amellyel fázistolás nélkül valósíthatóak meg a váltók.

Az aktív és passzív váltók összehasonlítása

Az aktív váltók hátrányai: több teljesítményerősítő szükséges; külön egységként szerepel a váltó elektronika; funkcionálisan kötött rendszerként üzemel.
Az aktív váltók előnyei: nagy kapcsolástechnikai szabadság; a meghajtó erősítő generátorimpedanciája a teljes sávban konstans.
A passzív váltók hátrányai: az első rendű váltó az első rendűnél magasabb meredekségű váltás mindenképpen fázishibát okoz.
A passzív váltók előnyei: funkcionálisan nem kötődik a hangdoboz és erősítő; kompenzáló tagokkal hatékonyan linearizálható.

Alisca Orange első rendű fázislineáris hangváltó

Két lépcsőben oldja meg az illesztést és linearizálást:
1. A hangváltás eredeti töréspontját meghatározó induktivitás kiegészítése párhuzamos RC tagokkal.
2. A mély és középsugárzók negyedik (vagy D) tartományában a véges membránmerevség és a felfüggesztések hibájából eredő amplitúdó és fázisingadozásokat párhuzamos LRC tagokkal kompenzálja.

hálózati táplálás hatásai audió készülékekben

Általános tapasztalatok

Az audió készülékek a hálózattal való kapcsolatáról sokféle látszólag érthetetlen tapasztalatról, egymásnak gyakran ellentmondó vélekedésről lehet hallani. Abban legtöbben egyetértenek, hogy a készülékek hálózati dugóit megfordítva másképpen szól a rendszer, néhányan azt is tapasztalták, hogy eltérő típusú hálózati kábelekkel más-más hangzást kapunk. Miért nem mindegy, hogyan dugjuk be a konnektorba a dugót? Hogyan lehetséges az, hogy egy hálózati kábel cseréjével változik a hangzás? Milyen hatásuk van a hálózati szűrőknek? Ezekre a kérdésekre keresve a válaszokat látni fogjuk, hogy az audiorendszerekkel összefüggő, általánosabb problémákhoz vezetnek.

Hálózati transzformátoros készülékek

A hálózati csatlakozó megfordításából eredő hangzásváltozás ezeknél a készülékeknél, a hálózati transzformátorok szivárgási áram jelenségeivel magyarázható, mely kisebb-nagyobb mértékben függ a hálózati csatlakozó pozíciójától.

A hálózati transzformátorok szivárgási árama felépítésüktől függően kapacitív csatoláson keresztül, illetve galvanikus úton jöhet létre.
Kapacitív csatolás lehetséges a tekercsek és az armatúra között, valamint a primer és szekunder tekercs között, amennyiben az armatúra elemek, illetve a szekunder tekercs valamely pontja galvanikusan kapcsolt a földhöz.
Szivárgási áram galvanikus úton, szigetelési hiba, illetve szigetelés öregedése miatt jön létre.

A hálózati transzformátorok szivárgási árama, a mai kiváló szigetelőanyagok miatt elsősorban a tekercsek közötti kapacitásnak tudható be. Ezen kapacitások nagyságrendje 10VA-500VA közötti transzformátoroknál kb. 100pF, és 1000pF között változik. Toroid trafóknál nagyobb felületek adódnak a vas és a tekercsek, illetve a primer és szekunder tekercsek között. Emiatt kapacitásuk is nagyobb a hasonló teljesítményű EI vasalású társaiknál. A szivárgási áram ellen legkönnyebben a kapacitást alkotó felületek csökkentésével lehet védekezni. Az EI vasalású biztonsági transzformátorok többnyire osztott csévéjűek. Egy kettéosztott csévébe tekercselt, külön primer és szekunder tekercs szivárgási árama jelentősen csökken az osztatlan csévére egymás fölé, rétegesen tekercselt primer, és szekunder tekercsekhez képest. A szivárgási áram azért polaritás függő, mert nem mindegy, hogy a fázis, vagy a nulla vezető kerül a primer tekercs külső, vagy belső pontjára. Akkor folyik kisebb szivárgási áram, ha a fázisvezető a trafó külső pontjára kapcsolódik. A vasmagtól való távolság függvényében a kapacitás ugyanis csökken. A hálózatban levő zavaró jelek is kevésbé jutnak be a készülékbe, ha a trafó a kisebb szivárgási irányban van bekötve.

Az ábrán az elosztott kapacitást több koncentrált elem képviseli.

A fentiek figyelembevételével méréssel is megvizsgált és jónak talált, „helyesen” csatlakoztatott készülékek hangzása összefüggésben van a nullavezető, vagy földvezető, és a ház között mérhető, kisebb, mért zavarfeszültséggel. Ez akkor is így tapasztalható, ha a készülékek brummszintje, hallhatóan egyik esetben sem nagyobb a másiknál. Műszaki szempontból azzal magyarázhatjuk ezt a tapasztalati tényt, hogy a tápegység földpontja szükségszerűen galvanikusan találkozik a jelfölddel és a véges vezetőképességű belső földelési rendszerben (amely topológiai szempontból sem optimális) valamilyen mértékben zavarfeszültséget okoz a szivárgási áram. A sztereó készülékek általában közös tápegységgel rendelkeznek, amely miatt a földelési rendszerük eleve kompromisszumos. Elvileg a két csatorna teljes szeparációja lenne ideális.

Kapcsolóüzemű tápegységgel működő készülékek

Ma már nemcsak hálózati transzformátoros készülékekkel találkozunk az audió berendezések között, hanem az ún. kapcsolóüzemű tápegységekkel működőkkel is. E tápegységek közös jellemzője, hogy transzformátort csak közbenső elemként tartalmaznak. A hálózat felől egy aktív elektronika (a hálózati frekvenciához képest nagyságrendekkel magasabb frekvencián) csatolja át az energiát egy kisebb méretű transzformátor segítségével. Az ilyen tápegység, teljesítményéhez képest, rendkívül kis méretű lehet. Kisebb súlya és olcsósága mellett a készülék esztétikai kialakítását sem befolyásolja, emiatt egyre több helyen alkalmazzák. Audió berendezésben gyengébb hangzásminőséget ad, mint a hasonló teljesítményű hagyományos tápegység. A kapcsolóüzem aktív működési módjából adódóan nemlineárisan terheli a hálózatot. Egyrészt egy perióduson belül aszimmetrikusan terhel, másrészt nagyfrekvenciás zavarjeleket is termel, és ezek a tényezők károsan befolyásolják a velük párhuzamosan táplált hagyományos transzformátorral működő készülékeket. Az igényesebb kapcsolóüzemű tápegységekbe PFC (Power Factor Correction = teljesítmény-tényező javítás) áramkört tesznek, amely hatására a hálózatból fölvett áram szinuszos, és fázisa megegyezik a feszültséggel. Vagyis: cos?=1. A kapcsolóüzemű tápegységek káros hatásai ellen legjobban, leválasztó transzformátorral lehet védekezi. (az aszimmetrikus összetevőből adódó egyen összetevőt leválasztja; primer - szekunder között árnyékolást lehet beiktatni) Kapcsolóüzemű tápegységeket tartalmaznak, pl. a számítógépek, azok perifériái, a DVD játszók, a CD írók zöme, televíziók, digitális projectorok is.

Egyéb hálózati zavarforrások

Gyakori zavarforrás a kommutátoros motorral hajtott porszívó, ahol a zavar többnyire a kommutátor szikrázásának következménye, vagy az időszakosan ki-be kapcsoló hűtőszekrény kompresszora.
A félvezetők olcsóbbá válásával a piacon megjelentek az elektronikával fokozatmentesen szabályozott háztartási és barkácsgépek, lámpák, amelyek mind potenciális zajtermelők. A kompakt fénycsövek, a mini halogénlámpák elektronikus előtétjei a hálózatinál lényegesen magasabb frekvenciákon működnek környezetünkben egyre több nagyfrekvenciás zajtermelő készülékekkel találkozunk.
Az EU EMC szabvány (IEC 61000 csoport) a zavarokra vonatkozó előírásai ugyan szigorúbbak, mint pl. a tengerentúliak, de sok, többnyire magánimportból származó készülék még az enyhébb szabványnak sem felel meg.

A zavarjelek szűrése, távoltartása

A zavarjelek akkor is károsan hatnak az eredő hangzásra, ha közvetlenül nem okoznak működésbeli problémákat a készülékekben. A digitális rendszerű eszközök zavartűrő képessége a működési módjukból fakadóan eleve nagyobb az analóg rendszerű eszközöknél. Mégis az tapasztalható, hogy a rendszertechnikától függetlenül jól észlelhető különbség adódik a zavarjelek csökkenésétől. Azonban a zavarjelek csökkentésének módja jelentősen befolyásolja a pozitív hangzási eredmény megjelenését.

A készülékek, saját hálózati kábeleiken kívül, az esetek többségében hosszabbítós elosztókról kapnak táplálást. Ezekre a kábelekre az általános villamos előírások betartása követelmény. Műszaki szempontból mindegy, milyen kábelen jut a fogyasztóba az energia, ha a táplálásban nincs mérhető különbség. A hálózatból eredő zavarok csillapítása szempontjából a különféle kábelstruktúrák között (sima, vagy akár árnyékolt, szimmetrikus sodrott, stb.) nincs lényeges különbség. A zavarokat jelentősen csökkenteni csak az erre a célra tervezett szűrők képesek. Ezek elhelyezésüktől függően, lehetnek külső, vagy belső passzív szűrők. Szinte az összes audió készülékben található belső passzív szűrő, amelyekben pedig nagyfrekvenciás oszcillátorok vannak, oda kötelezően beépítik. Az utóbbiaknak elsősorban a hálózat felé való zavarkibocsátást akadályozó szerepük van.
Manapság nemcsak szűrőket, hanem elektronikus teljesítménygenerátorokat (AC-AC) is alkalmaznak a berendezések táplálására. Ezzel a módszerrel alacsony torzítású, hálózati zavaroktól mentes, szűrt, stabil tápfeszültséget lehet előállítani. A hálózat egyenetlen terheltségéből adódóan és bizonyos fogyasztók visszahatása miatt többé-kevésbé ingadozó, zajos, és torz jelalakú. De ha nincs is különösebb baj vele, akkor is ajánlják az igényes reprodukciós láncokhoz. Nagyon logikusnak tűnik, hogy ilyen „tiszta” forrásból táplálkozó készülékekkel, és kellő vastagságú kábelekkel érjük el az optimális betáplálást. Azonban a szűrők és generátorok sorba vannak kötve a hálózattal, tehát növelik annak belső ellenállását. Az ezekről táplált készülékek hálózati tápegységei, melyek komplex impedanciaként viselkednek, érzékenyek a hálózat belső ellenállására. A következőkben a gyakorlati tapasztalatok alapján rangsoroljuk a különféle megoldások előnyeit, hátrányait.

Saját teszteredmények

Az általunk végzett szubjektív tesztek eddig nem támasztották alá az aktív átalakítók fölényét, sem a passzív szűrőkkel, sem a közvetlen hálózati táplálással szemben. Sokféle kombinációban elvégzett teszteket követően nekünk az a fajta összeállítás tűnt legjobbnak, amelyben a zavarszűrés mellett a táplálás a legkisebb belső ellenálláson keresztül valósult meg. Tehát elsősorban a potenciális energiaátvitel minősége az elsődleges (sorrendben: a terhelhetőség vagy feszültségesés mértéke, a feszültség-áram fáziseltérésének mértéke (cos?), a jelalak torzításának mértéke).
A tesztek további tanulsága: A hálózati oldalon alkalmazott segédkészülékek és kábelek olyan hatásúak az eredő hangzásra, mintha a reprodukciós készülék belsejében lennének. Ezen elemek építő anyagai, alkatrészei hasonlóképpen befolyásolják a hangzásminőség alakulását, mint a készüléken belüliek. A különféle megoldású passzív szűrők hangzásra vonatkozó különbségei is megerősítették a megállapításaink helyességét. A hálózati kábelek között az egy eres vagy a többször egy eres struktúrák bizonyultak a legjobbaknak. Ebből a szempontból szerencsés, hogy a villamos energiaszolgáltatást a távvezetékektől (az első transzformátortól) a konnektorig egy eres kábelekkel biztosítják.
Összegezve a tapasztaltakat megállapítható, hogy az itt alkalmazható szokásos fizikai modellekkel nem teljes mértékben korrelálnak a megfigyeléseink. A probléma részletesebb analízise: elvi közelítések menüpontban.

Csatlakozók, elosztók, kismegszakítók

A csatlakozókra és az elosztókra is érdemes figyelmet fordítani. Nagyon fontos, hogy stabil, jó kontaktust biztosítsanak. A készülékek általában vegyes biztonsági megoldásúak, előfordul ún. kettősszigetelésű, és védőföldeléses változat is. Ha lehetséges, érdemes egységesen védőföldeléses, vagy kettősszigetelésű rendszert vásárolni.

A készülékek földelési rendszerének átalakítását csak szakműhelyre szabad bízni, sok országban pedig egyáltalán nem is engedélyezett. A védőföldelésre való átalakítás adott esetben nemcsak a hálózati föld bekötését, hanem a készülék jelföldjeinek átalakítását is igényli!

Újabban az audioberendezések lakáson belüli, független tápellátásának kiépítése is felmerül igényként. Az elosztó táblától külön kismegszakítóval, speciális falikábelekkel, az audioberendezés (házimozi) fali csatlakozójáig vezetett dedikált táplálás jelentős előnyökkel járhat.
A szabványos kismegszakító értékek a következők: 2A, 4A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A.

A kismegszakítók az áram megszakítás jelleggöbéje szerint B, C, D típusok lehetnek. (sorrendben az egyre nagyobb induló áramú fogyasztókhoz igazodva).

Magyarországon a fogyasztásmérő melletti automatákat csak az áramszolgáltató cserélheti.

Milyen mértékű hangzási eredmény várható az audió rendszer hálózati táplálásának befolyásolásától?

A fentiekből eredően sokféle módon lehet optimálisabbá tenni a hálózati táplálást. Szinte minden esetben jól hallható pozitív eredményt kapunk. Ennek mértéke azonban lényegesen kisebb, mint ami a készülékek minőségi cseréje esetén lenne. (nagyjából a tuningolás szintjén mozog). Előfordulhat az is, hogy a hálózat felöli beavatkozások valamelyikétől, a már meglévő hangzási egyensúly felborul vagy valamilyen, addig nem érzékelhető anomália lép fel. Ilyenkor nagyon nehéz eldönteni, hogy az új elem a kiváltója vagy a rendszer valamely gyengesége válik hallhatóvá.

A CD játszókról

A digitális elvű hanglemez-rendszer bevezetése

A digitális elven történő rögzítéstechnika versenyében a nagy cégek közül az kerülhetett győztes pozícióba, aki egyszerűen és megbízhatóan tudta megoldani a jelek rögzítését. A nagy riválisok közül (Telefunken, Matsushita, JVC, Philips) végül a Philips és a Sony cég közösen fejlesztett hangfelvevő és lejátszó rendszerének optikai tárolós megoldása bizonyult a legpiacképesebb információhordozónak. A hanganyagok 16 bit felbontással és 44,1 KHz-es mintavételi frekvenciával kerültek rögzítésre. A Compact Disc (CD) nevű hordozó olvasását hosszú élettartamú félvezető lézerdiódával oldották meg.

A CD játszók rövid fejlődéstörténete

Az 1982-ben megjelenő első generációs Philips CD játszók DA konverterei 14 bitesek (kétszeres túlmintavételezéssel) és az ezekkel párhuzamosan megjelenő Sony készülékek 16 bitesek voltak. Főleg az első generációs Philips készülékekre nagyon robosztus mechanikai felépítés volt jellemző, alumínium öntvény szerkezeti anyagokat tartalmaztak. Ma is sokan kedvelik ezeket a rendkívül precíz opto-mechanikával rendelkező típusokat. A CD játszók fejlesztése és tömeges forgalmazása nagyjából 2000-ig tartott. Ez idő alatt a digitális integrált áramkörök általános fejlődésével összhangban, folyamatosan változtak a készülékek alapegységei. Egyre komplexebb integrált áramköröket készítettek, az olvasófejek is nagy fejlődésen mentek keresztül. Ebből adódóan a belső egységek mérete és súlya látványosan csökkenhetett. A High-End célra gyártott játszók kivételével egyre kevesebb fém alkatrészt tartalmaztak. Sőt olyan helyeken is kezdtek műanyagokat alkalmazni, ahol azok nem kielégítő módon helyettesítették a fémeket. A digitális-analóg átalakítás torzításainak csökkentése érdekében, különféle áramkörtechnikai újításokat vezettek be. (pl.: oversampling, 16-18 bit felbontásnak megfelelő egybites (bitstream) konverterek, vagy még nagyobb felbontású egybites technikával rokon működési elvű konverterek)

Általános tapasztalatok a CD játszók hangzási sajátosságairól

Általában a digitális audioberendezések hangzásminőségét rendszerbeállításuk óta mind a mai napig sok elmarasztaló kritika kíséri. Ezt a sajnálatos általános tapasztalatot nagyon sok teszt (külső, belső) alapján mi is megerősíthetjük.

A CD játszók hangzási minősége talán a legproblematikusabb az összes műsorforrás közül. Hangzási minőségük és a bennük levő műszaki megoldások fejlettsége között talán a legkevésbé észlelhető hangzási korreláció. Nem találtunk olyan ma használatos digitális elvű készüléket, amely hangzásminőségben vetekedhetne, korábbi technikai elven működő készülékek kiválóságaival. Miért billen a mérleg az analóg elven működő berendezések javára? Miért lehetséges ez a hihetetlennek tűnő helyzet? Erre próbálunk a továbbiakban válaszokat adni.

A hangzásminőség és a műszaki megoldások összefüggései

Az elektroakusztikai rendszerekben általánosan megfigyelhető az a tény, hogy a relatíve jobb hangzású készülékek nem feltétlenül rendelkeznek jobb mérhető paraméterekkel. A jelenség műszaki különlegessége tehát az, hogy a szokásos makrofizikai paraméterek jellemzői részben fedik le a hallottakat vagy sok esetben ellentmondásban vannak a hangzással.

Cégünk kutatásai alapján azt a feltételezzük, hogy valamilyen az ismert modellekből hiányzó (rejtett) paraméter is felelős, bármilyen összetételű elektroakusztikai rendszer szubjektíven hallható minőségéért. Mivel a gyakorlatban elterjedt rendszertechnikák mindegyikében észlelhető jelenségről van szó, a probléma gyökerei általánosabb jellegűek, mint a két rendszertechnika műszaki teljesítőképességére visszavezethető különbségei.

A digitális rendszerek kellemetlen hangzási problémáit a szakemberek, a ma már kis felbontásúnak számító 16 bites, 44,1 KHz-es mintavétel, átviteli korlátjának tulajdonítják. Ez részben el is fogadható, ám a lényegesen nagyobb felbontású rendszerek hangzása sem javult annyit, ami a jobb műszaki lehetőségből adódna. Egy a működési elvtől független lényeges különbséget érdemes kiemelni: az analóg elvű készülékekhez képest a digitális készülékek jóval bonyolultabb működésűek, az egységnyi műveletre eső elemek száma nagyon magas, vagyis egy-egy funkció megoldásához nagyon sok aktív elemre van szükség. A jelfeldolgozás során a hasznos jel rendkívül sok mikroalkatrészen jut keresztül. Mindez azt valószínűsíti, hogy az impulzusokban vagy négyszögjelekben kódolt hangokra is ugyanúgy hatnak a látszólag érthetetlen, mindeddig nem megmagyarázott jelenségek, mint az analóg rendszerekben. Ezért a különféle áramköri megoldású, de azonos funkciójú egységek között sem alakulhatott ki egyértelmű minőségi sorrend. Gyakran előfordul, hogy a jobb műszaki paraméterekkel rendelkező IC-k gyengébb hangzásúak fejletlenebb rendszertechnikájú társaiknál. Ez a megállapítás nemcsak azonos -, hanem különböző gyártók alkatrészeinek összehasonlítása esetében is helytálló.

Gondoljunk csak arra, hogy a CD játszók esetében a digitális jelprocesszor (DSP - Digital Signal Processor) vagy az analóg jelprocesszor (ASP - Analog Signal Processor) - hallásunk számára - olyan mértékű elfedési jelenséget okozhat, mely lehetetlenné teszi a pontos megítélést. A mi tapasztalataink azt mutatják, hogy teljes bizonytalanság uralkodik e processzorok minősítésében. Tehát nem feltétlenül a konverzió pontossága határozza meg az elért eredményt, márpedig főleg ebben az irányban haladtak a fejlesztések.

A tized százalékosnál jobb torzítási adatok elérése nem hozhat eredményt, mivel a kisebb torzítás nem hallható, másrészt pedig a mai fejlesztési módszerek mellett - kevés kivételtől eltekintve - csökken az akusztikai információ áteresztőképesség.

A digitális áramkörök időzítési pontatlansága divatos problémaként van jelen a köztudatban. Két időzítési hibaforrása van a CD játszóknak. Az első az olvasás folyamatát irányító a szervo rendszerekben (analóg vagy digitális) lép fel. Ennek az időzítési hibának a megszüntetésére már a kezdetekkor átmeneti tárolót alkalmaztak (FIFO regiszter). Tehát ez nem azonos idejű jelfeldolgozási folyamat! A jitterkorrekció mértékét az alkalmazott RAM kapacitása határozza meg. A másik az óra és a vezérlőjelek bizonytalanságából adódik. Ennek az időzítési hibáinak megszüntetésére a fázishiba mentes (jitter free) áramkörök bevezetése lett a megoldás, mégsem észlelhető jelentős javulás. A főórajel pontosságának növelése önmagában csekély műszaki előnnyel jár.

Az első generációs 16 bites készülékek megjelenésével bizonyos készülékek a jó hangzás szempontjából elérték a maximumot. A további törekvések melyek a torzítások csökkentésére irányultak, (oversampling, egybites vagy ezzel rokon konverterek) lényegesen bonyolultabb áramkörök alkalmazásához vezettek, miközben a forrásfelvétel a szabványosított 16 bites felvétel maradt.

Ma már nemcsak mi állítjuk, hogy a hangzási optimumot a digitális szűrő nélküli 16 bites átalakítás adja. Jól tudjuk, hogy ez a megállapítás szöges ellentétben van az új és mégújabb technikákat tartalmazó CD játszókat ajánló reklámokkal, azonban a legkörültekintőbb módon jártunk el az állításunk igazolására.

Kevés típustól eltekintve a D-A konvertálás szükségszerű velejárója az áram-feszültség (I-V) konverzió, amely egyben aluláteresztő szűrő feladatot is ellát. Ennek az áramköri funkciónak a kivitelezése is lényeges befolyással van a hangzásminőségre. Az esetek döntő többségében műveleti erősítővel valósítják meg, amelyek között alig akad hangzási szempontból elfogadható darab.

Egy érdekes jelenséget érdemes még külön megemlíteni. Annak ellenére, hogy a digitális elven működő rendszerekre mérhetően lényegesen kisebb hatásúak a zavaró jelek, a gyakorlati tapasztalatok mégis azt mutatják, hangzási veszteség érezhető, ha nem tartják be az analóg rendszereknél szükséges zavarcsökkentést.

Különleges esetekben törekednek az eddig csak analóg rendszerekben használt eljárásokra. Így pl. alkalmaznak testhang csillapító anyagokat, különleges öntvénymechanikát, vagy olyan elektroncsöves kimeneti fokozatot, ami ma az integrált áramkörök alkalmazása mellett műszaki anakronizmusnak tűnhet.

A hangzásminőség kapcsolata mérésekkel és specifikációval

Tapasztalati tény, hogy minden elektroakusztikai készüléknél, így a digitális elven működőknél is, a hangzást nemcsak a mérhető fizikai paraméterek határozzák meg. A jelenlegi jelek és rendszerek méréstechnikájával jellemzett audioeszközökben, mérőeszközzel nem detektált tartományú információ eltérés is létezik, a hallás útján észlelhetőhöz képest.

Modifikált CD játszók

A mai CD játszók, szinte kivétel nélkül, digitális túlmintavételező-szűrőről vezérelt 16 bitnél magasabb konverzióval működő, digitális-analóg átalakítást alkalmaznak. Mivel mi ezt nem tartottuk optimális megoldásnak, úgy döntöttünk, hogy nem építünk a ma hozzáférhető technológiával előállított alkatrészekből saját CD játszót. Helyette modifikációs eljárásokat dolgoztunk ki, melyek időrendben nagyjából három fejlesztési lépcsőre oszthatók.

Korábbi gyakorlatunkban, kis szériában a Denon DCD 635-ös és a Marantz CD4000-es CD játszókat építettük át. Ezeknek a típusoknak az elektronika módosításán kívül a készülékházát is átépítettük jelentős rezgéscsillapítási követelményeknek megfelelően.

A fejlesztés második lépcsője radikálisabb elektronikai beavatkozásokat tartalmazott. A multibites CD játszók első és második generációs készülékeinek átépítése már a digitális szűrő kiiktatását is tartalmazta. Ezeknek a készülékeknek a hangzási színvonalát az eredeti DAC képessége határolja. A harmadik fejlesztési fokozatban, már az eredeti DAC is kiiktatásra kerül. Az átalakítás lényege, hogy a DSP áramkörtől egy belső DAC modul kerül beültetésre. E modul beépítése a második generációs Philips és Sony alkatrészalapú játszókon végezhetők el. Ennek a megoldásnak az az előnye, hogy a belső kommunikáció egyszerűbb és rövidebb útvonalon megy végbe, mint a külső DAC-hoz alkalmas SP/DIF kommunikációs útvonalon. A belső DAC kimenőjele a szokásosnál jóval nagyobb. (5-6V eff. közötti) A modul egy, négy és nyolc kettős DA konvertert tartalmazhat, illetve a hozzájuk tartozó I-V konverterek minősége a DAC-ok számával összhangban változik.

A modifikációk mindegyike természetesen a tápegységet és egyéb áramköröket is érinti, sőt külön kívánságra a készülékházat is átalakítjuk.

Modifikált DVD, SACD játszók

Az ilyen típusú készülékeknél elsősorban a kapcsoló üzemű tápegység átalakításával lehet jelentős hangzási előnyhöz jutni.

A hangfrekvenciás teljesítményerősítőkről

Elvi modellek

Az erősítők általános elvi modellje: koncentrált paraméteres, lineáris és idő-invariáns. Ennek megfelelően a lineáris hálózatelmélet alapján számtalan műszakilag ekvivalens megvalósítása lehetséges. Azonban e modellek alapján készült gyakorlati megoldások mégis nagyon eltérő hangzásminőséget képviselnek. A nemlineáris vagy kvázilineáris modellekkel sem javul a feladat megoldása. Azonban ha termodinamikai, információelméleti, szilárdtestfizikai és szilárdtest-technológiai modellbővítést alkalmazunk és a köztük levő összefüggések alapján leszűkítjük a lehetséges megoldások körét, akkor a hallórendszert jobban kielégítő eredményhez juthatunk. (A téma bővebb kifejtését egyelőre a várható szabadalmaztatási és publikálási lehetőségek korlátozzák.)

Általános kapcsolástechnikai megközelítés

Minden fokozat többfunkciós: alkatrész minimumra optimalizálva
Visszacsatolás nélküli linearizálás: komplementer-szimmetrikus elrendezés.

Áramerősítők munkapontjai

Optimalizálás: AB osztályú áramerősítő fokozat.
A munkapont energiaballasztja alacsony.

Szabályzások

Hurok visszacsatolás. (dinamikus önbeállás, adaptív szabályzás)

Elemi vezérlések

Bármely elektronikus aktív elemet alkalmazzuk feszültség vagy áramerősítésre, függetlenül az eltérő működési elvüktől és karakterisztikájuktól, információátviteli szempontból hasonlóan viselkedik.
Optimalizálás: azonos vezérlési mód

Tápellátá

A terhelőimpedanciát vesszük figyelembe. (kimenőtranszformátorral vagy direktcsatoltan)
Dinamikus belső ellenállása a hallható legalacsonyabb frekvenciájú hangokon is töredéke a terhelésnek.
Optimalizálás: kizárólag passzív megoldás

Elektromos alkatrészek

(szelekció: szilárdtestfizikai, szilárdtest-technológiai, információátviteli modellek alapján)
Minden erősítőtípus azonos technológiai családba tartozó aktív elemekből épül. (pl.: vagy bipoláris eszközök, vagy térvezérlésű eszközök, vagy elektroncső)
Minden erősítőtípus azonos technológiai családokba tartozó passzív elemekből épül. (pl.: modifikált ellenállások, kondenzátorok)

Szerkezeti anyagok

A dobozok anyagválasztása és mechanikai kivitelezése is elősegíti a hangzásmaximum elérését. (szelekció: a szerkezeti anyagok dinamikai tulajdonságai alapján, speciális akusztikai modell)
Optimalizálás: mikrofónia minimalizálás (könnyűfém-fa szerkezet vagy nagy belső csillapítású öntvény).