Egy hangdobozról az igazság akkor fog kiderülni, amikor megmérettetik. Persze ha egy doboznak nincs hallható hibája, akkor valószínűleg mérve is jó lesz, ami megnyugtató. Ám ha valami mégsem kerek, akkor igazán csak a mérés fog segíteni a probléma feltárásában.

És ha a doboz még nincs is kész? A hangváltó tervezéshez mindössze két adatra van szükség a dobozba épített hangszórókról: azok egyenként mért frekvencia átvitelére és impedancia görbéjére. Az impedancia méréséről1 volt már szó, az viszonylag egyszerű feladat. Frekvencia átvitelt mérni kicsivel körülményesebb, de ez sem agysebészet. Szükség lesz egy mérőmikrofonra2 és egy megfelelő mérő szoftverre3.

Ebben a bejegyzésben csak a mérés elméletéről és módszertanáról lesz szó. A gyakorlati teendőkről egy külön bejegyzésben3 írok.

Előkészületek

Mindenek előtt szükség lesz egy mérésre alkalmas helyre. Süketszoba híján érdemes a legnagyobb helyiséget választani, ahol nincsenek túl közel a hangvisszaverő felületek. Túlaggódni nem érdemes, mert egy átlagos szobában maximum 1,5 méteren belül lesz valami (ha más nem, a plafon vagy a padló), de nem baj, ha legalább az oldalfalak minél messzebb vannak.

Az gondolom egyértelmű, hogy a méréshez csend kell. Ha szól a tévé, zajong a család, ugat a kutya vagy füvet nyír a szomszéd, akkor nem érdemes mérni.

A hangdobozt - ha nem állódoboz - állványra kell rakni. Az állvány legyen minél légiesebb, hogy a lehető legkevésbé szóljon bele a mérés eredményébe. A mérőmikrofont az alábbiak szerint kell irányítani:

• Ha csak egyetlen hangszóró önálló frekvencia átvitelének mérése a cél, akkor a mikrofont a mérendő hangszóró középpontjára kell irányítani.
• Ha hangváltó tervezéséhez vagy a komplett dobozról készül a mérés, akkor a tipikus hallgatási magasság szerint (ez jellemzően a magassugárzó középpontja) kell pozícionálni.

A mikrofon távolsága meghatározza a mérés jellegét, mely lehet közeli vagy távoli. Elméletben a mérés akkor távoli, ha az legalább 1 méterre a hangszórótól / hangdoboztól történik, egyéb esetben közeltéri mérésről beszélünk. Természetesen mint oly sok minden a világon, ez sem ennyire egyértelműen fekete-fehér. A mérési módszerek közt nincs jobb vagy rosszabb, mindegyik másra jó és máshogy hasznos.

Közeltéri mérés

A közeltéri mérés speciális esete, amikor a mikrofon szinte hozzáér a membránhoz. Ez utóbbi előnye, hogy a környezeti zavarok jelszintje (ideértve a mérőhelyiség által okozott hibákat, visszaverődéseket is) szinte egyáltalán nem jelenik meg a mérésen. Hátránya, hogy a hangdoboz hatását (diffrakciók, baffle step) sem tartalmazza, továbbá az ilyen mérés kizárólag hangszórók önálló mérésére használható.

A grafikon egy 3 literes zárt dobozba épített Monacor SPH-100C4 frekvencia átvitelét ábrázolja különböző távolságokról mérve a membrántól (porvédőtől). Az ábrán jól megfigyelhetőek az alábbiak:

• Már ekkora távolságnál is megfigyelhető a baffle step: a 72 mm-es és a 2 mm-es mérés közt kb. 2 dB eltérés van a mélytartományban.
• 1 kHz felett jelentős eltérések vannak. A 2 mm-es mérés kifejezetten fals eredményt produkál a középtartományban.
• A környezeti zavarok valamennyire már a 25 mm-es mérésen is látszanak, a 72 mm-esen pedig kifejezetten jól felismerhetőek, bár még viszonylag kevésbé zavaróak.

Távoli mérés

Ideális esetben a távoli mérés lenne a preferált, ezek a mérések azonban - süketszoba hiányában - már 20 cm-es távolság felett is komoly zavarokkal lesznek terhelve:

A 475 mm-es még egy nagyobb átlagolással talán használható lenne, de a 910 mm-es mérést még egy 1/3 oktávos átlagolás sem mentené meg, és ezek még csak nem is igazi távoli mérések. A problémát a falakról, padlóról illetve plafonról (tovább az egyéb, mérőhelyiségben található tárgyakról) visszaverődő hangok okozzák. Ezek a hangok más útvonalon érik el a mikrofont és a késleltetés miatt a hangforrásétől eltérő fázisban érkeznek meg, ezzel interferenciákat, kioltásokat és kiemeléseket okoznak a mérésben.

Kapuzás

A megoldás a kapuzás. Mivel a visszavert jelek később érkeznek a mikrofonhoz, mint a hangszóró közvetlen jele (hiszen több utat tesznek meg), ha csak a mérés elejét használjuk fel, azzal kiszűrhetőek a zavarjelek:

A kapu hosszát az határozza meg, mennyivel kell hosszabb utat megtenni a visszavert hangoknak a mikrofonig (ahogy fent írtam, egy átlagos szobában kb. 1,5 méteren belül biztosan lesz egy reflektív felület). A fenti diagramon kb. 170 cm-es kaput használtam, a távolabbi méréseken kicsivel rövidebbet (a 910 mm-esen kb. 140 cm-est). A kapuzott diagramokon már szépen megfigyelhetőek az alábbiak:

• A 475 és a 910 mm-es mérés szinte teljesen egyforma. A doboz méreteitől is függ, de egy "nem túl nagy" kétutas dobozról már gyakorlatilag 75 cm távolságból is az 1 méteressel ekvivalens mérés készíthető. Kis dobozoknál le lehet menni akár 50 cm-ig is.
• Jól megfigyelhető a baffle step, illetve az előlap hatása. Ahogy távolodunk a doboztól, úgy fogy a basszus. Ezzel egyidőben a középtartomány is enyhén hangsúlyosabb lesz (előlap széli diffrakciók).
• Ahogy egyre irányítottabb lesz a hangszóró (4 kHz-től felfelé), egyre kevésbé van hatása az előlapnak a mért átvitelre. A 210, 475 és 910 mm-es méréseken ez a tartomány szinte teljesen azonos.

Sajnos a kapuzásnak van egy komoly hátránya, ugyanis jelentősen csökkenti a felbontást az alacsonyabb tartományban. A 170 cm-es kapuhossz azt jelenti, hogy az ennél nagyobb hullámhosszú hangokról nem lesz információ a mérésben, mivel ezek a frekvenciák "kilógnak" a kapuhosszból. Ebben az esetben ez nagyjából 200 Hz-es alsó határfrekvenciát jelent, mivel ennek hullámhossza kb. 170 cm. Egymásra téve a kapuzott és a nyers 2 mm-es mérést jól látszik a jelenség:

Mérések kombinálása

Mélyközép sugárzók vagy komplett hangdobozok mérése esetén - amennyiben fontos, hogy a diagram a valós mélyátvitelt tartalmazza - ki kell egészíteni a kapuzott átvitelt a közeltéri átvitel mélytartományával. Ehhez szükség lesz a hangszóró távoli kapuzott, közeltéri kapuzott illetve közeltéri nyers átvitelére. Fontos, hogy a közeltéri mérésen is ugyanakkora kapuhosszt használjunk, mint a távoli mérésen.

Első lépésben illeszteni kell a két görbét, hogy fedje egymást a baffle step szempontjából kritikus tartományban (ez jellemzően 500 - 900 Hz közt van a doboz szélességétől függően), majd ki kell számolni a két görbe közti különbséget:

A különbségjelet kivonva a nyers közeltéri mérésből előáll a kombinált frekvencia átvitel:

Ez a módszer azon a megfigyelésen alapul, hogy a közeltéri nyers átvitel a mélytartomány kivételével szinte tökéletesen egyezik a kapuzott méréssel. A módszer során a közeltéri és a távoli kapuzott mérések különbségével korrigáljuk a közeltéri mérést. Ez a különbségjel a mélytartományban kompenzálja a közeltéri nyers mérésben nem szereplő baffle stepet és előlapi diffrakciókat illetve a közép- és magastartományt a távoli méréshez igazítja.

Hangszóró önálló mérése

Hangszórót önállóan (csupaszon) nem lehet mérni - illetve lehet, csak értelme nincs. A fentiekben egy mélysugárzót mértem 3 literes zárt dobozban és a méréseken látszik is a doboz hatása. Ha ezt a hatást ki szeretnéd küszöbölni, a hangszórót végtelen hangfalban kell mérni. Ilyenje otthon senkinek sincs, de sokszor még a gyártóknak sem. Ezért egy általánosan elfogadott szabvány hangfal helyett IEC mérőtáblába építve5 mérni. Ez egy - hangszóró méretétől függő - lap, melybe a hangszórót meghatározott pozícióban, süllyesztve építik be.

Mivel a mérőtábla hatása a mérésre ismert, ezzel az eltéréssel utólag korrigálni lehet a mérés eredményét, így megkapva a hangszóró önálló átvitelét. Ilyesmit a magunkfajta hobbista maximum tudományos érdeklődésből, vagy a gyári mérés ellenőrzése miatt készít. Én értelmét nem nagyon látom, hiszen a hangszórót úgyis valamiféle dobozba fogjuk építeni és a teljesítménye csak a dobozba építve, rendszerként mérve érdekes.

Közép- és magassugárzót pont ugyanúgy kell mérni, mint a mélyközepet. A jó hír, hogy mivel a magassugárzók és a középsugárzók többségének alsó határfrekvenciája magasabb, mint a lakószobában alkalmazható kapuhosszhoz tartozó alsó határfrekvencia, ezért egyszerű kapuzott méréssel pontos képet kaphatunk róluk. Az alábbi grafikon egy 3 literes zárt dobozba épített SB Acoustics SB19ST-C000-44 frekvencia átvitelét ábrázolja a korábban használt távolságokból mérve:

Megfigyelhető, hogy a távolság növelésével egyre jobban látszik a mérésen a doboz hatása illetve a korábban említetthez hasonló eltérések itt is megfigyelhetőek a magastartományban a két nagyon közeli mérésen.

Mérés hangváltó tervezéséhez

Ha a mérés hangváltó tervezéséhez készül, a mikrofont jellemzően a magassugárzó középpontja felé kell irányítani és onnan a mérések során nem szabad elmozdítani. Meg kell mérni az összes hangdobozba épített hangszórót egyesével. Ez alól kivétel, ha egyes hangszórók elektromosan egymással párhuzamosan vagy sorosan lesznek a hangváltó után kapcsolva. Ez esetben ezeket egy egységként kell kezelni és együtt kell mérni őket.

Hangváltó tervezéshez általában elegendő a kapuzott mérés. Ha a keresztezési frekvencia a kapu határfrekvenciája közelében van (pl. 170 cm-es kapu esetén 200 Hz), akkor a mért átvitelt a mélytartományban ki kell egészíteni a "Mérések kombinálása" részben leírtak szerint.

Fontos, hogy az időreferencia a méréseknél azonos legyen. Ennek célja, hogy a fázismenet tartalmazza a hangszórók akusztikai síkjának relatív eltolását, így a hangváltó tervezésekor lehetséges pontos jelösszegzésre tervezni.

A fenti elméleti tudás birtokában neki lehet állni mérni3, majd ha a mérések rendelkezésre állnak, kezdődhet a hangváltó tervezése6. Lehet persze dolgozni nem kapuzott, hanem simán átlagolt méréssel is7 (főleg, ha az adott helyzetben nincs is másra lehetőség), csak akkor fejben figyelmen kívül kell hagyni a visszaverődések által okozott átviteleket a frekvencia átviteli görbén.