Touran aktív rendszer beállítása

2014. február 20.

A négyutas rendszer a Touranban jól muzsikál, de érezhetően több van benne, mint amennyit fülre beállítva ki tudtam hozni belőle. Nézzük mire lehet jutni a tudomány segítségével. :) A cél továbbra is a sofőrülésre optimalizált beállítás (sweet spot).

Fejegység mérés

A Clarionban 6 és 12 dB/oktávos aktív hangváltók vannak, de a 12 dB-s egyáltalán nem úgy szól, mint egy Butterworth. Ennek utána kellett járnom. Mértem egy átvitelt a középsugárzóról alapállapotban, majd 1 kHz-es aluláteresztő első- illetve másodrendű szűrővel. A kettőből megkaptam a szűrők karakterisztikáját:

  • 6 dB/oktáv
  • 12 dB/oktáv
180°120°60°-60°-120°-180°100 Hz1 kHz10 kHz-20 dB-15 dB-10 dB-5 dB0 dB5 dB10 dB
A Clarion 1 kHz-es első- és másodrendű szűrőinek átviteli diagramja

Mindkét szűrő IIR (várható volt), ez látszik abból, hogy a fázis nem lineáris. A 6 dB/oktávosnál nem ért meglepetés, az olyan, amilyennek a nagykönyvben meg van írva. A 12 dB/oktávos viszont tényleg nem Butterworth, hanem egy 1-es jóságú Chebyshev szűrő. Elképzelésem sincs, miért választották ezt a Clarionnál, hangváltóban nem szokás ilyet használni. Végül is kezelhető, de nem örülök neki.

Hangszóró mérések

Az első lépés a frontrendszer összehangolása, ezért megmértem külön-külön a mély, a közép és a magassugárzó átvitelét a hallgatási pozícióban. A bal oldali hangszórókat a bal, a jobb oldaliakat a jobb fülnél mértem. A méréseket a jobb oldali ülésben ülve készítettem (a jobb oldali mély mérésekor amennyire lehetett igyekeztem nem takarni a hangszórót). A mikrofon nem mozdulhat el a mérések között, a lányom egyik fejpántjával rögzítettem a fejtámlához.

Mérés folyamatban

A szokásoshoz képest sűrűbbre kellett vennem a skálát, hogy minden jól elférjen rajta. A görbék 1/6 oktáv átlagolásúak:

  • Bal
  • Jobb
100 Hz1 kHz10 kHz-40 dB-30 dB-20 dB-10 dB0 dB10 dB20 dB
A gyári mélyhangszórók átvitele

A mély jóval hangosabb, mint a többi komponens, elsősorban az erősítő gain beállítása miatt. Szándékosan van így, hogy legyen bőven lehetőség a hangolásra (a fejegységen csak halkítani lehet a csatornát, erősíteni nem). Az együttfutás sajnos olyan, amilyen, főleg 350 Hz alatt rossz. Ez valami akusztikai anomália lehet a Touranban, a régiben is hasonló féloldalasságot mértem. Szerencsére ebben a tartományban a fül kevésbé érzékeny az amplitúdó eltérésekre.

  • Bal
  • Jobb
100 Hz1 kHz10 kHz-40 dB-30 dB-20 dB-10 dB0 dB10 dB20 dB
A középhangszórók (Peerless TG9FD-10-04) frekvencia átvitele

Egész szépen együttfut a két oldal úgy 6 kHz-ig, ez jó. Utána a jobb oldal fogyni kezd, mivel még kevésbé sugároz tengelyirányba, mint a bal oldali hangszóró, de nem fogom ilyen magasra engedni ebben a beépítési pozícióban. Nem ok nélkül vettem 28 mm-es dómot.

  • Bal
  • Jobb
100 Hz1 kHz10 kHz-40 dB-30 dB-20 dB-10 dB0 dB10 dB20 dB
A magassugárzók (Morel MT1) frekvencia átvitele

Ez is egész szépen együttfut. 12 kHz felett nem tudni pontosan mi a helyzet, fogadjuk el, hogy ott valószínűleg lineáris vagy legalább is jóval kevésbé esik, mint a mért görbe (ld. a mikrofon átvitelében mért eltéréseket 12 kHz felett). Fülre nem hallatszik semmi gond ezzel a tartománnyal, az meg nekem elég is.

Süketszobai mérésekhez szokott szemnek riasztóak lehetnek ezek a görbék, pedig autóban ez nem is olyan rossz. Alapvetően a legtöbb probléma oka egyszerűen az akusztikai környezet és a rengeteg interferencia.

Fázismenet

Szimulálni fázismenet nélkül nincs értelme. A probléma csak az, hogy a mért fázismeneteken annyi a zavar, hogy nem látnám a fától az erdőt. Ezért a mért átvitelből minimum fázist kell számítani. Ehhez az FRC nevű Excel alkalmazást használtam, de azóta találtam egy sokkal kényelmesebb és robosztusabb megoldást is.

Fázisviszonyok a bal oldalon (a jobb oldal is nagyon hasonló):

  • Mért
  • Minimum
180°120°60°-60°-120°-180°100 Hz1 kHz10 kHz-40 dB-30 dB-20 dB-10 dB0 dB10 dB20 dB
Minimum és mért fázis (mély)
  • Mért
  • Minimum
180°120°60°-60°-120°-180°100 Hz1 kHz10 kHz-40 dB-30 dB-20 dB-10 dB0 dB10 dB20 dB
Minimum és mért fázis (közép)
  • Mért
  • Minimum
180°120°60°-60°-120°-180°100 Hz1 kHz10 kHz-40 dB-30 dB-20 dB-10 dB0 dB10 dB20 dB
Minimum és mért fázis (magas)

A minimum fázis generálásával sajnos elveszik az akusztikai középpontok közötti relatív távolságra vonatkozó információ. Minimum fázisnál a nullidőpont az első nagy impulzus felfutó éléhez igazodik:

  • Mély
  • Közép
  • Magas
-15-10-50510152025303540455055-0.4-0.200.20.4
Impulzus válaszok nullidőpontja minimum fázisnál (cm)

A valóságban azonban ha nullidőpontnak a középsugárzó impulzus válaszát veszem alapul az impulzus válaszok az alábbi eltolásban érkeznek meg a mérési ponthoz:

  • Mély
  • Közép
  • Magas
-15-10-50510152025303540455055-0.4-0.200.20.4
Impulzus válaszok mért nullidőpontja (cm)

Ezek szerint a mélyhangszóró akusztikai síkja 3,5, a magassugárzóé 8,9 centivel van közelebb a középsugárzóhoz képest. A jobb oldalon az akusztikai síkok eltérése 1,7 illetve 8 cm. Ezt figyelembe kell venni majd a szimulációnál.

Kínzó kérdés: hogyan lehet a magassugárzó akusztikai síkja közelebb, amikor fizikailag távolabb van a középsugárzóhoz képest? Ha megnézed az impulzus válaszokat láthatod, hogy a középsugárzó valójában nem a 0 pontban kezd el szólni, hanem jóval előtte. Az első jel és a nagy impulzus között a távolság 14 cm, ami pontosan megegyezik a membrán és a szélvédő közti távolsággal. Az történik, hogy a beépítési helyzet miatt a középsugárzó átvitel sávja kétfelé válik. Magasabb frekvenciákon, ahol már irányított a hang valójában a szélvédőről visszavert hanghullámok dominálnak ami sajnos okoz egy viszonylag jelentős fáziskésést.

A környezet problémái természetesen továbbra is léteznek és egész biztosan problémákat fognak okozni a valóságban. Ezért a szimulációt minden esetben méréssel és meghallgatással ellenőrizni kell.

Szimuláció

A tervezéshez az Active Crossover Designer (ACD) sheetet használtam. Ingyen van és szimulálni lehet vele a Clarion összes DSP funkcióját illetve az eltérő akusztikai síkokat is kezeli.

Semmit nem ér persze a szimuláció, ha az eredménye nem fedi a valóságot. Ezért referenciaként miután a bal oldali hangszórókat egyenként lemértem, azonos mikrofon pozícióban lemértem a teljes bal oldal átvitelét is. Az akkori beállítások alapján készítettem egy szimulációt:

  • Szimuláció
  • Mérés
180°120°60°-60°-120°-180°100 Hz1 kHz10 kHz-40 dB-30 dB-20 dB-10 dB0 dB10 dB20 dB
Szimuláció vs. valóság

A szimuláció megnyugtatóan pontos, de persze nem tévedhetetlen, hiszen a bemenő adatok sem pontosak. Az is látszik, hogy ahol nagyon erősek a visszaverődések ott van a legnagyobb az eltérés a szimulált és a mért átvitel közt.

A tervezéskor a cél olyan hangváltó és időkorrekció kombináció keresése, ami nagyjából egy 5 dB/dekádos meredekséggel eső átvitelt ad ki. Azért ez, mert ezt érzékeljük lineárisnak egy visszaverődésekkel terhelt hangtérben (mint amilyen az autó beltere). Ezen kívül fontos, hogy a két oldal átvitele minél egyformább legyen.

Pár tapasztalat a szimuláció - beállítás - mérés/meghallgatás - csalódás iterációkból:

  • A mérésekben látható beszakadások durvának tűnnek (pl. 600 Hz-nél), de ezekből semmi sem hallható. Ezeket a hibákat a destruktív interferenciák okozzák, nem kell különösebben aggódni miattuk, úgysem lehet velük kezdeni semmit. Általánosan igaz egyébként, hogy ezekre a hibákra a mikrofon sokkal érzékenyebb, mint a fül. Az embert az evolúció megtanította az ilyen akusztikai anomáliák kiszűrésére, a mikrofont viszont nem.
  • A fül ugyanakkor nagyon érzékeny a konstruktív, rezonáns interferenciákra, különösen a középtartományban. Ezeket egy szinuszgenerátorral könnyen meg lehet találni. Nem látszik pl. durvának a 2,5 kHz-es rezonancia a középsugárzónál, mégis meg kell EQ-zni, mert borzalmasan zavaróan szól.
  • Bár szívemhez közel áll és papíron jól is mutatott a 6 dB/oktávos váltó, a gyakorlatban elfogadhatatlanul érzékeny a fázishibákra. Az eredmény mindig nagyon húzott valamelyik oldalra és a színpad közepe is sokkal jobban vándorolt, mint szerettem volna. Kár érte.
  • A két oldalnak szimmetrikusnak kell lennie, ideértve a hangszórók pozícióját és az időkorrekció beállításait is. Aszimmetria esetén a színpad felborul és a hangszóró által lesugárzott tartomány balra vagy jobbra elmászik.
  • Ebben a rendszerben jobb, ha a mély és a magashangszórókat ellentétes polaritással hangolom be. Mérve az átvitelben alig látható eltérés, ugyanakkor a rendszer impulzusválasza egészen más: azonos polaritásnál több kisebb impulzuscsúcs mérhető, míg ellentétesnél egy jól definiált nagy. Meghallgatva az azonos polaritású változat nyomottabb, a közép és magastartománya zavaros, bár nehéz definiálni mi vele pontosan a baj.
  • A középsugárzótól amilyen hamar lehet át kell adni a munkát a magassugárzónak. Tengelyirányban szépen tudnának zenélni, de mivel ez esetben a sugárzási szög közel 90 fok, a membránrezonanciák nagyon hamar hallhatóvá válnak.
  • Ugyanez igaz a mélyhangszóróra is hasonló okokból és ott még rátesz egy lapáttal a bal és a jobb oldal radikálisan eltérő sugárzási szöge is.

A legjobb eredményt adó szimulációt az alábbi diagram ábrázolja (a szaggatott, azonos színű vonal az EQ nélküli átvitel):

  • Rendszer
  • Magas
  • Közép
  • Mély
  • EQ
100 Hz1 kHz10 kHz-40 dB-30 dB-20 dB-10 dB0 dB10 dB20 dB
Szimulált átvitel - bal oldal

Az akusztikus keresztezési frekvencia 310 és 2.000 Hz. A jobb oldal így alakul (a célfüggvény itt 2 dB-el alacsonyabban van, mivel ennyi a hangerőkülönbség a két oldal közt):

  • Rendszer
  • Magas
  • Közép
  • Mély
  • EQ
100 Hz1 kHz10 kHz-40 dB-30 dB-20 dB-10 dB0 dB10 dB20 dB
Szimulált átvitel - jobb oldal

Elektronikusan a hangváltó átvitele így néz ki (szaggatott vonal az EQ hatása):

  • Magas
  • Közép
  • Mély
  • EQ
100 Hz1 kHz10 kHz-40 dB-30 dB-20 dB-10 dB0 dB10 dB20 dB
A hangváltók elektronikus átvitele

Az elektronikus keresztezési frekvencia 190 illetve 2.200 Hz. A két oldal közti amplitúdó különbségeket mutatja az alábbi ábra a bal oldal 2 dB-nyi visszafogása után (ez a balansz 1 lépéssel jobbra állítva):

100 Hz1 kHz10 kHz-15 dB-10 dB-5 dB0 dB5 dB10 dB15 dB
Szimulált átvitelek eltérése a bal és jobb oldal között

A 700 Hz feletti tartományban elég jó az együttfutás, alatta meg nem, de ott inkább már a fázisviszonyok számítanak. Ennél közelebb csatornánkénti EQ nélkül nem lehet jutni, ez már tényleg ennek a rendszernek nagyjából a fizikai határa.

A hangszórók relatív fázismenetét amennyire lehet egymáshoz igazítottam. Ez azért fontos, hogy az átfedési tartományban a jelek ne kioltsák egymást, hanem összeadódjanak:

180°120°60°-60°-120°-180°100 Hz1 kHz10 kHz
Szimulált fázismenet - bal oldal

Fázisviszonyok a jobb oldalon:

180°120°60°-60°-120°-180°100 Hz1 kHz10 kHz
Szimulált fázismenet - jobb oldal

A viszonylag nagy időkorrekció a magasnál kicsit "túltekeri" a fázist, de ez csak látszólagos. A mért összegjelen látszani fog, hogy a helyzet a valóságban egyáltalán nem ilyen rossz (a fázis mindig viszonyítási pont kérdése, ha időben máshol mérem "kiegyenesedik"). Azt kell még kideríteni, hogy a bal és jobb oldal között mennyi időkorrekció szükséges. Ehhez a két fül között kell mérni egyet (ez a mérés nem a mostani beállításokkal készült):

-15-10-50510152025303540455055-0.4-0.200.20.4
Impulzus válaszok mért nullidőpontja (cm)

A két impulzus csúcs közt 36,8 cm a távolság, ennyivel kell késleltetni a bal oldalt. Amit tudni kell, hogy a nagy impulzus csúcsok a magassugárzóhoz tartoznak, tehát ez a távolság a két magassugárzó közi eltolás. Mivel az időkorrekció szimmetrikus, ezért ugyanennyivel kell növelni a bal oldali összes hangszóró időkorrekcióját.

Beállítások (az erősítés és időkorrekciós értékek a középsugárzóhoz képest értendőek):

  • Magas: HPF 2,5 kHz 12 dB/oktáv fordított polaritás, -4 dB, +11,5 cm
  • Közép: LPF 1,6 kHz 12 dB/oktáv, HPF 315 Hz 12 dB/oktáv
  • Mély: LPF 200 Hz 12 dB/oktáv fordított polaritás, -9 dB
  • EQ: 1,25 kHz / Q3 / -3 dB, 2,5 kHz / Q5 / -4 dB, 4 kHz / Q3 / -3 dB
  • Balansz: 1 osztás jobbra (-2 dB a bal oldalból)
  • A bal oldal időkorrekciója +36,8 cm-el nagyobb, mint a jobb oldalé

Mélyláda beállítása

A mélyláda hangolását füllel végeztem szinuszjelekkel. 45 Hz-en a Touran nagyon erősen kiemel, ezért a ládát a lehető legalacsonyabb frekvencián vágom az erősítőn, ami 40 Hz. A kiemeléssel együtt így a ládának és a mélyhangszórónak kb. 60 - 70 Hz között kell kereszteznie egymást. Ehhez hangoltam hozzá a mélyhangszórót. Bekapcsoltam a felüláteresztő szűrőt és letekertem 40 Hz-re, majd megkerestem, milyen polaritással összegződik jobban a két hangszóró jele. Elindítottam egy 63 Hz-es szinuszt, ami azonos polaritással volt hangosabb. Megfordítottam a láda polaritását és addig tekertem a HPF-et a mélyhangszóró előtt, míg a legnagyobb kioltást kaptam 63 Hz-en a hallgatási pozícióban. Ezután visszaállítottam az azonos polaritást.

A kép mutatja a potik és a kapcsolók állását. A láda még így is nagyon hangos 45 - 50 Hz között az autó 45 Hz-es kiemelése miatt, ezért (mivel 45-ön nem lehet) 50 Hz-en egy nagyon keskenysávú Q7-es szűrővel 6 dB-t vágtam.

Erősítő beállítások

A mélyláda jelszintjét járó motorral kell beállítani. A dízelnek nagyon karakteres és erős "brummogása" van ebben az autóban a 30 - 40 Hz tartományban, emiatt a ládát jóval hangosabbra kell állítani, mint álló motornál.

Ellenőrző mérések

Egyezést ez esetben már kár keresni, mert nem tudtam kétszer ugyanoda tenni a mikrofont, ráadásul a magassugárzók sem pontosan úgy állnak, mint az eredeti mérésekkor. Mindenesetre érdemes megnézni, mit adott ki a végére a közel 2 hónapnyi hangolás (itt már mélyládával együtt):

  • Bal
  • Jobb
100 Hz1 kHz10 kHz-40 dB-30 dB-20 dB-10 dB0 dB10 dB20 dB
Mérések a bal- és a jobb fülnél

Kicsit hepe-hupás, de nem rossz ám ez autóban mérve. A legjobb, hogy a két oldal már 600 Hz felett elég szépen együtt marad. Egyszer van egy nagyobb deviancia, de az is csak szűk sávban, egyébként ±5 dB-en belül futnak.

100 Hz1 kHz10 kHz-15 dB-10 dB-5 dB0 dB5 dB10 dB15 dB
Mért hangnyomás eltérés a bal és a jobb oldal között

A rendszer összegzett átvitele így alakul:

180°120°60°-60°-120°-180°100 Hz1 kHz10 kHz-30 dB-20 dB-10 dB0 dB10 dB20 dB30 dB
Összegzett frekvencia átvitel a sofőrülésnél mérve

Ahogy várható volt, a környezeti nagyobb zavarok itt-ott belerondítanak az átvitelbe. Ezek közül füllel egyik sem zavaró illetve hallható. Az 1 - 1,6 kHz közötti kiemelés ijesztőnek tűnik, de nem az. EQ-val könnyen "lenullázható", csak az megöli a beszédérthetőséget. Elképzelhető, hogy ezt csak a mikrofon méri és az ülésben ülve a fej árnyékoló hatása (HRTF) már elmaszkolja a kiemelést, ezért nem hallom.

A teljes rendszer impulzusválasza:

-15-10-50510152025303540455055-0.4-0.200.20.4
A teljes rendszer impulzus válasza a sofőrülésnél mérve

Kicsit még a mérőjelre is hasonlít. :)

Szubjektív értékelés

Szépek persze a görbék, de az ítéletet csak meghallgatás után lehet kimondani. Az a szép az autóhifiben, hogy a beállítás teszi fel a koronát a rendszerre. Nem volt rossz előtte sem, de a különbség igen nagy. Először is a tonalitás, ami örökös vesszőparipám. Eddig akármit csináltam mindig maradtak olyan felvételek (különösen metál), amik idegesítően szóltak. Most már nincs ilyen, az autós rendszer hozza a Primair komfortszintjét nagy hangerőn is.

A térbeli pozícionálás szuper, ebben még jobb is, mint a szobai dobozaim (persze ez leginkább a közeltéri hallgatásnak köszönhető). A színpad szélessége, mélysége és közepe elképesztő. Ha monora kapcsolom a Powerampot, akkor a zene tényleg mono lesz, mintha a műszerfal közepéről szólna egy hangszóróból. Egy icipici balra húzás van a magastartományban, de azzal ha megfeszülök sem tudok mit kezdeni, minden beállításban ott volt kisebb-nagyobb mértékben. Ettől még a produkció nagyon is vállalható, csak annyira sokat hallgatok az utóbbi időben fülhallgatóval zenét, hogy az ilyen hibákra nagyon érzékeny lettem már... Lehet egyszerűbb lett volna egy Sennheiser CX-300-at - és egy mélyládát az érzés miatt - rendszeresíteni az autóba? :)

Sajnos a közeltéri hallgatás kegyetlen dolog. A felvételek összes hibája kijön, sokkal inkább, mint a szobai dobozaimon. Megdöbbentően sok durván limiterezett, de még torz (!) mastert is hallottam az utóbbi időben (ezek az effektek ebben a formában biztosan nem művészi döntés eredményeként kerültek a lemezre). Ebből a legnagyobb tanulság, hogy biztosan nem érdemes tovább rugózni a jobb hangminőségen, mert nem audiofil demo lemezeket akarok hallgatni, hanem olyan zenéket amiket szeretek. :)

A tudományos módszer kifizetődött: a beállítás előtt és után a különbség ég és föld. Be kell vallanom, hogy mérés nélkül soha nem jutottam volna el ehhez a hangoláshoz. Mindenkit bátorítanék rá. Nem nehéz és ha belegondolok mennyi időt töltöttem füllel hangolással nem kérdés, melyikkel lehet hamarabb célt érni. Mert az ember mégsem azért épít 4 utas aktív rendszert, hogy utána egész életében a menüben matasson, hanem hogy jó minőségben tudjon az autóban (is) zenét hallgatni.