Touran aktív rendszer beállítása

Fülre egy ennyire bonyolult rendszert (3 út + mélyláda) beállítani elég körülményes. Mondhatnám akár azt is, hogy lehetetlen. Bár sikerült egészen jónak tűnő kombinációkat is találni, egy idő után meguntam a folyamatos állítgatást és tudományos módba váltottam. Utólag már azt mondom, máshogy nem is érdemes nekiállni.

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:

A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

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:

A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

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.

A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

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.

A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

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. Primair átvitelében mért eltérés 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 Blender nevű (szintén Exceles) megoldást is, ami jobb, egyszerűbb és gyorsabb (legközelebb én is ezt használom).

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

A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

Minimum és mért fázis (mély)
A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

Minimum és mért fázis (közép)
A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

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:

A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

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:

A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

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:

A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

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):

A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

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):

A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

Szimulált átvitel - jobb oldal

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

A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

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):

Türelem, készül a diagram...

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:

Türelem, készül a diagram...

Szimulált fázismenet - bal oldal

Fázisviszonyok a jobb oldalon:

Türelem, készül a diagram...

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):

Türelem, készül a diagram...

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):

A jelmagyarázat elrejtéséhez kattints a grafikonon

Türelem, készül a diagram...

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.

Türelem, készül a diagram...

Mért hangnyomás eltérés a bal és a jobb oldal között

A rendszer összegzett átvitele így alakul:

Türelem, készül a diagram...

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:

Türelem, készül a diagram...

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 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.