Az alaphelyzet, miszerint egy membrán mozgatja a levegőt és így idéz elő hangokat, az 1870-es évek közepe óta nem változott. Egy hangszórónak ráadásul zenei hangokat kell előállítania, megfelelő hangerő-teljesítménnyel, torzítás nélkül. A feladatnak sokféleképpen lehet megfelelni, ami sokféle hangsugárzó-tervezési iskolát eredményez. A hangsugárzó-építési művészet bizonyos korlátai miatt egyetlen tervezési iskola sem fed le mindent, még akkor sem, ha a reklámok ennek ellenkezőjét állítják. A tervezőnek magas szinten meg kell vizsgálnia a felhasználni kívánt, különböző típusú anyagokat és hangszórókat. Az egyes műszaki paramétereken kívül ismernie kell azok hangzás-karakterét valamint az egyes típusok előnyeit és korlátait. Még a specifikáció vezérelt megközelítést valló tervezők is különböző döntéseket hozhatnak, amikor eldöntik, hogy melyik specifikáció csoportra helyezik a hangsúlyt. Az esztétikai preferencia pedig minden ponton – az átfogó rendszer tervezéstől a kabinet építés finomságáig – láthatatlanul egyesül a mérnöki döntésekkel.
A sok évtizeden át felgyülemlett ismeretanyag halmaz tanulságainak leszűrése után könnyen elképzeltünk egy „tökéletes hangsugárzót”, ami esetleg rengeteg apró pontforrásból készülne, amelyek valódi akusztikus hullám frontot (vagy hangteret) hozna létre. A hatalmas membránok és kabinetek miatti rezonanciák a távoli múlté lennének. Egy sor torzítás (harmonikus, intermoduláció, keresztmoduláció, frekvencia, fázis és késleltetés) teljesen hiányozna – a hang szó szerint olyan tiszta lenne, mint az oxigén. Engedjük szabadon fantáziánkat!!! Ez a „tökéletes hangsugárzó” milliónyi mikroszkopikus, koherens hang-kibocsátóból készülne, amelyek párhuzamosan működő jelfeldolgozó áramkörökkel vannak integrálva. Hangkeltő felületeit nanotechnológiával „növesztik”, és molekuláris szinten működik, egyszerűen átlátszó filmként jelenik meg, amikor nem működik. A rádió, a televízió, a hifi-sztereó és a világháló – a XX. század primitív technológiái – egy látszólag egyszerű technológiával konvergálnak, amely átlátható és mégis láthatatlan. (…majd csak lesz valami – a szerk.)
No, de addig is. A mai hangsugárzók minden hibájuk ellenére jobbak, mint az ötvenes évek „átlag” hangsugárzói. Mert valljuk be, nagyon kevés audiofil zenehallgatónak volt Altec – Voice of the Theatre A-7 hangsugárzó-rendszere, de még csak Bozak B-305 Concerto Grosso sem, vagy 15”-os Tannoy vagy Klipschorn a birtokában. A tipikus hifi-rajongónak el kellett viselnie az közepes kvalitásokra képes vagy alapkategóriás hangszórókat, nagyokat rezonáló rétegelt lemez vagy pozdorja anyagú dobozokba szerelten. Egy nagy kivágás szolgált szellőzőként, aminek következtében a dübörgő, rezonáns dobozok túlságosan magasra lettek hangolva. Nem hiába tettek szert a korai hifi-rendszerek „boom-and-tweet” (magyarán, csimm-bumm cirkusz) hírnévre. A hangminőség közelebb állt a közparki korcsolyapálya hangosításához, mint a kisugárzott zene eredeti hangzásához. Az elektroncsöves erősítés sokat segített a durvaságon, de nem tudta megmenteni a nagyon rossz hangsugárzókat. Bár, az is igaz, hogy az első generációs Quad, az RCA LC-1A, a Tannoy és a Lowther jól összehasonlítható a mai modern hangsugárzó-rendszerekkel.
Az idő szemüvegén át láthatjuk, hogy a régi hangsugárzók tervezőinek nem volt konzisztens módszerük a basszusválasz modellezésére és a magassugárzókhoz rendelkezésre álló anyagok is, modern mércével mérve, nagyon szegényesek voltak. Manapság a pontosra tervezett basszus magától értetődőnek számít, és a modern magassugárzók valóban kiválóak. Viszont a modern hangsugárzók többsége a középkategória teljesítményére süllyed vissza. Ezt ma megfizethető kategóriának mondják, konstrukcióik számítógépes tervezési eszközökhöz kötöttek, amelyek annyira kényelmesek.
A legjobb klasszikus hangsugárzók csillogása és dinamizmusa a középső tartományban van, ugyanakkor a legnagyobb kihívást a teljes hangspektrum megjelenítése jelenti. Egyetlen hangszóró nem képes teljes mértékben visszaadni a rögzített hang teljes frekvenciatartományát, ezért szokás a frekvenciaspektrumot olyan részekre osztani, amelyeket egy adott frekvenciatartományra tervezett különböző típusú hangszórók reprodukálnak. Az alacsony frekvenciát sugárzó a mély-, a nagy frekvenciás pedig a magas-hangszóró. Sok hang-reprodukciós rendszerben egy középső hangszórót is használnak, és néhány rendszerben különálló „mélynyomók” és „szuper-magassugárzók” is helyet kapnak, hogy reprodukálják a hallható spektrum végpontjait. A középtartomány egyenletes átvitelében a fejlődés több okból is lassú. A fül ebben a régióban éri el a csúcs-érzékenységét, a magas- és mély hangszórók a frekvenciatartományuk alsó/felső szélén is működnek, emellett a tervezőnek meg kell küzdenie a spektrális egyenletességgel, az intermodulációs torzítással, az impulzusválasszal, a kabinet energia tárolásával és a diffrakcióval, mégpedig egyszerre.
A hatvanas évek végén a nagy 12”-es és 15”-es membránokkal rendelkező hangszórókkal megáldott reflexrendszereket felváltották az AR, KLH, Advents és az egyéb gyártású kis könyvespolc-hangsugárzók. Az újabb hangsugárzók 8”-os mélyekkel, nehéz nemezelt membránokkal, kis zárt dobozokban, fenol-dóm magashangszórókkal, minimális keresztváltókkal és alacsony hatásfokkal rendelkeztek. A modern szabványok teljesítése miatt tompa hangzásúak voltak, közepes képalkotással és durva, alacsony felbontású hanggal. Ez a minimális keresztváltóknak, a csillapítatlan állóhullámok kialakulásának, a tükörképes elrendezés nélküli konstrukciónak, valamint a doboz sarkos éleivel, és a szinte eltávolíthatatlan grill kertekkel kapcsolatos diffrakciós problémáknak köszönhető. Az újabb könyvespolc-hangsugárzók a korabeli egyszerű mérési technikákkal már egyenletesebb frekvencia átvitelt mutattak, az ötvenes évek legjobb kivitelezésének csodálatos csillogása és lendülete elveszett. Csak a nyolcvanas évek végén, a nagyobb hatásfok, az új alapanyagok és a komolyabb mérőrendszerek bevezetésével volt visszanyerhető a klasszikus hangsugárzók közvetlenséget nyújtó hangzása. A hatvanas évek vége és a nyolcvanas évek vége között a „pontosság” és a „semlegesség” volt az elsődleges cél.
A jövőt és a múltat figyelembe véve friss szemmel tekinthetünk a mai tervezési kihívásokra. Íme egy részleges lista a problémákról, amelyekkel a kortárs tervezők szembesülnek:
– Egy két-utas, két-hangszórós sztereó-rendszer hangzási kvalitása általában elmarad a valódi akusztikus hullám-fronttól, kisméretű, irreális képet hoz létre. A virtuális kép instabil a hallgató pozíciója, a spektrális energiaeloszlás és a helyiség jellemzői függvényében. Mindezek ellenére így is sok ember (főleg nem audiofil) számára kimeríti a zenehallgatást.
- Még az egyszerű mono hangzáskép is szenved az 1 kHz és 4 kHz közötti mély fésűszűrő törési mutatótól, ezért a szólóénekes hangja másként szólal meg. A pszichoakusztikus kutatások azt mutatják, hogy a két-csatornás jelforrásoknak a (kb. hiteles) hangzáshoz legalább három hangszóróra van szükség ahhoz, hogy a jól elhelyezett hangforrások, például az énekesek hangminőségét hűen visszaállítsák.
- Nagy mennyiségű harmonikus, intermodulációs és keresztmodulációs torzítás egyesül a mechanikus rezonanciával, hogy a spektrális energiát bizonyos frekvenciákon koncentrálják. A hangszórók viselkedését a csillapítási technikák a spektrális karakterisztikát általában javítják, (a frekvencia-átviteli görbe ennek eredményeként jobban néz ki), de nem nyújtanak sok javulást, így a torzítások valójában sokkal szélesebb frekvenciatartományban oszlanak el.
- A hangszórókban a rezonáns torzítások keskenysávú jellege miatt az egyfrekvenciás THD vagy IM mérés haszontalan; költséges mérő rendszerre van szükség ahhoz, hogy egy használható frekvencia/harmonikus torzítás grafikont hozzunk létre. Ezek a grafikonok általában meglehetősen eltérő frekvencia spektrumokat mutatnak a 2. és 3. harmonikushoz, valamint olyan durva görbéket, mint a tenger alatti topográfiai térképek. A hangsugárzó „átlagos torzításának” kérdése hasonló az Atlanti-óceán „átlagos mélységének” kérdéséhez. A hangszórómembránnak levegővel egyenlő sűrűségűnek és abszolút egyenletes gyorsulásúnak kellene lennie a teljes felületen minden frekvencián, ha el akarjuk távolítani az összes rezonáns torzítást. Közel sem vagyunk ahhoz, hogy megfeleljünk ennek a kritériumnak. Ennek eredményeként az összes hangsugárzó tónus színe a finomtól a durváig terjed, bizonyos típusú színek mindig jelen vannak, míg más típusú színek csak magas vagy alacsony hangerő szinten jelennek meg. A kritikus zenei preferenciák könnyen fedtethetik e problémák jelenlétét, ha viszonylag egyszerű spektrális szerkezetű zenét hallgatunk. (Pl.: jazz triók szerény hangerő szinten játszanak.)
- Az állóhullámú rezonancia energiája a hangszórókban (kivéve a szinte tömeg nélküli plazmákat), a szekrényekben és magában a lehallgató helyiségben tárolódik. A nemkívánatos mechanikai energiát kétféleképpen kell gyorsan levezetni: merev, kis veszteségű mechanikai összeköttetések révén magával a földdel (merev út a mágnestől az állványtól a padlóig), és hő-energiaként nagy veszteségű, amorf formában is disszipálható. (olyan anyagokkal, mint az ólom, homok, szorbotán stb.) Az el nem távolított energia hamis zajként sugárzik vissza a hangszóró és a szekrény minden egyes mechanikai részéből, melyek mindegyikének saját egyedi rezonancia jegye van. A működési elvtől függetlenül bármely hangszóró rendszerben egyszerre több száz állóhullám-rezonancia keletkezik, amelyek ezredmásodperctől néhány másodpercig terjedő idő alatt szabadulnak fel. Ezek a rezonanciák folyamatosan elfedik a muzsika tényleges szerkezetét, és megváltoztatják a hangszínt, torzítják és elfedik az eredeti felvétel zengési tulajdonságait, valamint elsimítják és elmossák a sztereó képet. A „tankönyv-tökéletes” hangszórókban ez a „rejtett” rezonancia a domináns színforrás. Ez az oka annak is, hogy az 1/3 oktávos rózsaszín zaj mérési technikák kiestek, helyükre sokkal jobban leleplező technikák léptek, mint például a TDS, FFT, MLS és mások.
- A sugárzási minták drámaian eltolódnak a frekvenciával, és élesen változnak a keresztezési pontokon; emellett a sugárzási mintát tovább deformálja a diffrakciós újra sugárzás a szekrény minden éles szélén (függetlenül a szekrény méretétől és típusától – ideértve a kompakt és sík hangszórókat is). A diffrakció, amely minden éles kabinet határnál előfordul, késleltetett, fordított fázisú fantom forrásokat hoz létre, amelyek zavarják a hangszórókból érkező közvetlen hangot. Ezek a másodlagos fantomképek jelentős hullámzást keltenek a középtartományban (akár 6 dB-ig), és késleltetett hangokat hoznak létre, amelyek megzavarják a sztereó képek érzékeléséhez szükséges időzítést. Ezek a diszperziós problémák a helyiségtől is függő színek, durva középtartomány, diffúz sztereó hangzásként és egy „visszatartó” effektusként hallhatók.
Ez a lista csak a hangszórórendszerek néhány problémáját fedi le. Vannak más problémák is, nem olyan súlyosak, de egy gyakorlott hallgató számára még mindig hallhatóak. Ezek a problémák minden hangszóró típusnál előfordulnak, legyenek azok dinamikus közvetlen sugárzók, tölcséresek, szalagok, elektromágneses sík-, elektrosztatikus sík-hangszórók. Mindegyik rengeteg harmonikus és IM torzítást koncentrál bizonyos frekvenciákon, mindegyik jelentős mennyiségű rezonancia energiát tárol és bocsát ki, és mindegyik frekvenciafüggő szórással rendelkezik, amelyet a diffrakciós újra sugárzás tovább ront.
Felmerül a kérdés: tud az új csoda-technológia a fent említett súlyos hibák közül akár egyet is orvosolni? Nem minden esetben, egyszerre pláne nem. A történet évről évre az anyagtechnológia folyamatos és fokozatos fejlődéséről szól, amely a méréstechnika és a számítógépes modellezés nagy lépéseivel párosul.
Folytatjuk –
