– avagy – a frekvenciatartomány hogyan lép kölcsönhatásba az idő-tartománnyal, és miért fontos ez a hangsugárzók tervezése során.
A CD bitsebessége körülbelül 1,5 Mbps – az emberi idegrendszer egyszerűen nem képes ilyen adatátviteli sebességre. A fül egyik feladata, hogy mielőtt idegimpulzusokat hozna létre előzetesen elemezze a bejövő hangokat. Az emberi vizuális rendszernek (látás) természetesen valami hasonlót kell csinálnia a képekkel. A hang a tárgyak mozgásának vagy rezgésének eredményeként jön létre, terjedése során veszít az erejéből, melyet a fülünk által tudunk észlelni. A hallás egy rendkívül összetett folyamat, öt érzékünk közül az első, amely már a magzati állapotban kifejlődik, és amely képessé tesz a külvilággal való kapcsolatra. Életünk során folyamatosan gyűjtünk információkat érzékszerveink segítségével, így a fülnek kiemelkedő feladata van. A hang megérkezik a dobhártyához és megrezegteti, amelynek mozgását apró csontok vagy csontok rendszere szabályozza, amelyek impedancia-átalakítóként működnek. A dobhártyánál fellépő kis erők és nagy sebességek, nagyobb erőkké és kisebb sebességekké alakulnak át, amely gerjeszti a belső fül folyadékkal telt mechanizmusát. Óriási vicc a hifi-rajongók által elmondott történet, miszerint a fül valami csodaszer, amely képes olyan problémákat hallani, amelyeket semmilyen műszer nem észlel.
A belső fül egy kis cső, amit elválaszt egy rugalmas membrán, ezt baziláris membránnak nevezik. A membrán és a környező folyadék együtt olyan mechanizmust hoz létre, amely képes reagálni a hangokra. Egy szárazföldi lény számára a folyadékkal töltött jelátalakító nem kézenfekvő megoldás, csak azt jelezheti, hogy az élet a vízben kezdődött. A folyadékkal töltött jelátalakítók műszaki problémája a levegőben terjedő hang és a folyadékban terjedő hang közötti mechanikai impedancia eltérés. A membránnak és a hozzákapcsolt folyadéknak van tömege és a hozzá tartozó megfelelősége és csillapítása. Különböző időpontokban képes átviteli és rezonáns viselkedésre is. A folyadék nyomás hullám-formájaként egy átmeneti hang kerül az időtartományban. Ahogy a nyomás véges sebességgel halad végig a membránon, az idegsejtek különböző helyeken, különböző időpontokban aktiválódnak. A baziláris membrán messze nem homogén. A középfül közelében könnyű és merev, távolabb fokozatosan nehezebbé és lazábbá válik, így hossza mentén a középfül közelében 20 000 Hz-től (fiataloknál) a hegyes végén 20 Hz-ig terjedő rezonancia-frekvenciákkal rendelkezik. A nagyon éles, maximális sávszélességű tranziens az idegekkel kezelhető, mivel az átviteli vonal időben szétteríti az eseményt. Egyszerűen nincs bizonyíték arra, hogy egy felnőtt reagálna a 20 000 Hz feletti hangokra, de egyértelműen olyan hangrendszereket terveznek, amelyeknél jóval magasabb válaszreakciók léteznek. Amikor idegrendszerünk két tranziens hullámforma korrelációjára törekszik – helymeghatározási célokra vagy egy visszaverődés azonosítására – akkor valójában egy pár hasonló mintát keres, ami sokkal könnyebb egy kis sebességű biológiai folyamatnál. Csak miután a hangforrást megtaláltuk, és megbecsültük a méretét, a „rendszer” áttér az evolúciós szempontból újabb frekvenciatartomány-elemző mechanizmus működtetésére. Amikor frekvencia elemzőként működik, a baziláris membrán csak amplitúdó-információt ad minden észlelt frekvenciához.
A lineáris torzítás megváltoztatja a hullámformát, de nem a harmonikus tartalmat. Amikor a fül az időtartományban dolgozik, nagyon érzékeny a lineáris torzításra, és ha ez túl nagy, az rontja az időtartomány információinak feldolgozását. Könnyen belátható, hogy ha egy hangszórónak saját időállandója van, az rontja azon képességünket, hogy megbecsüljük a hangforrások méretét az audio-jelben lévő időállandók használatával. Ez megmagyarázhatja azt is, hogy bizonyos hangsugárzó-kialakítások miért működnek jobban (vagy legalábbis kevesebb hiányosságot mutatnak) bizonyos zenetípusokon. Ha olyan zenei műfajokat veszünk figyelembe, amelyekben az összes hangszer elektromos vagy elektronikus, akkor az érintett jelek nem tartalmaznak információt az akusztikus hangforrás méretéről, mivel ilyen forrás nem létezik. Ebből következik, hogy a saját időállandóit egymásra helyező hangsugárzó nem károsítja az ilyen felvételek élvezetét. Nincs hiány olyan hangszórókban, amelyek remekül szólnak a rockzenén, de képtelenek a női éneket realizmussal reprodukálni. A szerencsétlen hölgy úgy hangzik, mintha egy ládában lenne. A kisebb hangsugárzókat jobbnak tartják a beszéd/ének szempontjából. Ennek természetesen az a következménye, hogy minden hang-típushoz használható egy pontos hangszóró, amely nem veti rá a saját nézeteit a hanghullámformára. Ugyanígy, minden pontos hangszóró meglepően hasonlóan szól.
Lehetséges, hogy elég messzire jutottunk az emberi fül működésén keresztül ahhoz, hogy megpróbáljunk valamiféle specifikációt adni egy valósághű hangsugárzóra. A megfelelő frekvenciamenet nyilvánvaló, csakúgy, mint a hangsugárzás harmonikus torzításától való mentesség. Minden frekvenciának ugyanannyi ideig kell áthaladnia a hangszórón, hogy a bemeneti hullámforma megmaradjon, a lineáris torzítás nem elfogadható. Az egyik kritérium az kell legyen, hogy a hangszórónak képesnek kell lennie egy (sávkorlátozott) négyzethullám reprodukálására, mert ez a lineáris torzítás legegyszerűbb tesztje. Bármilyen fájdalmas is a hagyománnyal való szakítás, ez alapvető követelmény, és mindent, ami megakadályozza, el kell hagyni, és alternatívát kell találni. Mivel minden hangszóró többé-kevésbé visszhangzó környezetbe sugároz, létfontosságú, hogy jobban sugározzon, mint a valódi hangforrások. Ez azt jelenti, hogy már nem fogadható el, hogy egy hangszóró csak a tengelyen teljesítsen bizonyos teljesítménykritériumokat, miközben figyelmen kívül hagyja azt, ami a tengelyen kívül történik. És azt is jelenti, hogy bármely irányban kisugárzott hangminőségnek ugyanolyan jónak kell lennie, mint bármely más irányba.Talán helyénvaló feltenni a kérdést, hogy miért tekintik a hangszóróknak tengelyt, miközben a hangszereknek és a természetes hangforrásoknak ez nincs.
Az ábra azt a három kulcsfontosságú területet mutatja be, amelyekben a hangszórónak teljesítenie kell a teljesítmény kritériumokat. Ezek az idő, a tér és a frekvencia. Az időtartomány meghatározza a lineáris torzítás kritériumait, a tér-tartomány az irányítottság kritériumait, azt hisszük, hogy a frekvenciatartomány nem igényel megjegyzést. A tipikus//általános hangszórók általában csak a frekvenciatartományt „kezelik”, és az a tény, hogy az ilyen hangszórók mindegyike másképp szólal meg, azért van, mert nem tudják eltérő mértékben megszólaltatni a másik két teljesítménykritériumot. Összefoglalva: egyenletes frekvencia-átvitelre van szükség, hogy az eredeti hang hangszíne és tonalitása sértetlen maradjon. A torzítás hiánya lehetővé teszi a hangok, például az ütőhangszerek megfelelő reprodukálását, és lehetővé teszi a fül számára, hogy meghatározza a források méretét. A jó irányítottság azt jelenti, hogy a visszhangzó hang minősége kellően közel áll a közvetlen hanghoz ahhoz, hogy a fül felismerje a visszaverődéseket, és a Haas-effektus működjön.
*Megjegyzés: Az Einstein–de Haas-hatás vagy Richardson-hatás (Owen Willans Richardson után) egy fizikai jelenség, amit Albert Einstein és Wander Johannes de Haas írt le 1915-ben. Ez a leírás a mágnesesség, az impulzusnyomaték és az elemi részecskék közötti kapcsolatról szól.
Az ábrán az a) grafikon a hangsugárzók a tesztsorozat során mért teljesítményét mutatja. Az eredmények egységesek. A b) grafikonban a C teszt eredményei alacsonyabbak, mint más eredmények. Ez azt jelenti, hogy a B és D tesztekben a magas értékek eléréséhez fordított gyártási költségeket elpazarolják.
A termékek esetében a gyenge pontok irritálják a felhasználót, és ellenszenvet okoznak. Bármilyen fejlesztési és gyártási költség esetén a legjobb teljesítmény/ár arány az lesz, ha a termék a tesztek során jól teljesít. A legjobb érték akkor érhető el, ha a három tartomány hibáit kiegyensúlyozzák. Sajnos a hifi világában hatalmas összegeket költenek apróságokra, és a szembetűnő hiányosságokat teljesen figyelmen kívül hagyják. Addig nem érhető el realizmus, amíg mind a három tartományt nem kezelik. Az első komoly kísérlet az idő- és irányíthatósági tartományok kezelésére a több mint fél évszázaddal ezelőtt tervezett Quad ELS-63 volt.
John Watkinson – az elektronika audiovizuális és elektronikai rendszerek területének független nemzetközi tanácsadója cikke nyomán. John Watkinson az AES tagja, világszerte előadásokat, szemináriumokat és képzéseket tart, számos könyv szerzője.
* Megjegyzés: A fülkagyló begyűjti a hangot, és végigvezeti a hallójáraton. Ezek után a hanghullámok megrezegtetik a dobhártyát. A dobhártya egy kis csontnak, a kalapácsnak továbbítja a hangot. A kalapács megüt egy másik csontocskát, amelynek üllő a neve. Végül a kengyel a belső fülbe közvetíti a körülbelül húszszorosára felerősített rezgéseket. A belső fülben található a csigajárat és azok a rendkívül érzékeny szőrszálak, melyek minden rezgésre megremegnek. Az emberi fül alapvető transzdukciós módszere az, hogy az apró szőrszálakat a folyadék áramlása eltéríti, és az elhajlást az idegek érzékelik. Az érzékenység növelésére a szőrszálak egy része aktív mozgással erősíti a folyadék mozgását. Az alsó perilymphatikus folyadéktérbe, a scala tympaniban a rezgő folyadék energiája egy részét átadja a Corti-féle szerv alapját képező membrana basilaris-nak. A feldolgozás során a baziláris membrán végzi el az első frekvenciaelemzést, ugyanis fizikai tulajdonságai (szélesség, vastagság, feszesség) csak bizonyos helyen lesznek megfelelőek egy adott frekvencia átvételére. Itt fogja elérni a maximális kitérését. A magasabb hangok nagy frekvenciája a csiga alsó részén (keskeny, feszes baziláris membránnál), a mélyebb hangok alacsonyabb frekvenciája a csiga csúcsán (szélesebb, lazább membrán esetén) térítik ki a membrana basilaris-t, ezzel megalapozva a hallórendszer további részeire is kiterjedő tonotópiát. Egyszerűbben fogalmazva: a szőrsejtek a rezgést elektromos jelekké alakítják, melyek a hallóideghez, majd az agyba jutnak, ami végül hangként (pl. beszédként, zajként, zeneként) értelmezi azokat.
