archiv.hangaruhaz.hu

Biztosan sokan tapasztaltátok már, hogy a színpad két oldalán elhelyezett hangfaltorony bizony nem úgy szól, ahogyan azt elvárnánk tőle. A problémát elsőként a mélytartományban vesszük észre: a nézőtéren (lesugárzási célterület) sétálgatva igen nagy anomáliák tapasztalhatóak. Egyes helyeken van elég mélyhang, más helyeken viszont igencsak kevés. Kicsit figyelmesebben hallgatva a hangrendszert észrevesszük, hogy ez csak a jéghegy csúcsa, ugyanis igen komoly problémák jelentkezhetnek a közép- és magas-frekvenciás tartományban is.

Kit okoljunk mindezért? Talán a hangrendszer gyártóját? Esetleg a helyszín akusztikáját?

Nem, elsősorban magunknak kell szemrehányást tennünk, mert nem tettünk meg mindent a problémák kiküszöbölésére, illetve minimalizálására!

Rögtön ássunk a dolgok mélyére: vajon miből erednek gondjaink. Régi jó barátunk-ellenségünk a fázis kerül ismét reflektorfénybe.

Egy nagyon egyszerű összefüggés lebegjen mindig a szemünk előtt, ha a fázis szót meghalljuk:

0° = Maximális addíció (összegződés)
180° = Maximális redukció (kioltás)

A fenti összefüggés alatt azt kell érteni, hogy két azonos frekvenciájú jel összegzésekor a két jel egymáshoz képesti fázisa fogja meghatározni, hogy az összegzéskor a jel erősödését vagy csökkenését fogjuk tapasztalni. A fenti két érték szélsőérték. Azok számára, akikben megvan a kellő elszántság itt ez a kis ábra, ami egyszerű áttekintést ad arról, hogy a két szélsőértéktől eltérő fáziskülönbségek esetén mi történik a két jel összegzésekor.

Két azonos jel összegződése egymáshoz képesti fázisuk függvényében

Látható, hogy 0°-os és 360°-os (1 teljes periódus) fázistolásnál teljes addíció lép fel: 6dB jelszint-növekedés tapasztalható. 180°-os (félperiódusnyi) fázistolásnál teljes kioltás lesz: ez elvileg végtelen jelszint csökkenést eredményez, elektronikus összegzéskor akár –100dB jelszint változás is tapasztalható, akusztikai összegzésekkor kb. –40dB csillapítás mérhető maximálisan. 120° fázistolás esetén már nincs jelszint növekedés. Az ábrát tanulmányozva a laikusok is levonhatják azt a következtetést, hogy amíg a lesugárzási célterületen (nézőtér, tánctér) sikerül adott frekvenciatartományban az akusztikai jelek fáziskülönbségét 240°-nál kisebb értéken tartani (120°), akkor nem fogunk kioltási területeket találni. Sőt kb. 6dB-en belül marad a hangnyomás-ingadozás (egy adott távolságban a hangrendszertől) az egész célterületen.
Mélyfrekvenciás tartományban (kb. 30Hz-125Hz) az egész hangrendszer összes mélysugárzója gyakorlatilag ugyanazt a jelet sugározza, azonos fázisban. Hogyan alakulhat ki mégis bizonyos helyeken eltérő fázisú hangnyomás?
Természetesen az eltérő hangterjedési úthosszak miatt. 0° fáziskülönbség csak abban az esetben jöhet létre egy adott pontban, ha a különböző források (hangszórók) azonos távolságra vannak a vizsgált ponttól. Egyéb esetekben mindenképp eltér a két beérkező hanghullám fázisa, a tényleges fáziskülönbség az úthosszak és a frekvencia ismeretében az alábbi összefüggéssel kiszámító:

ahol L_DIF a vizsgált pontban a beérkező hanghullámok úthossz-különbsége,
λ pedig a hullámhossz.

A hang terjedési sebességét 340 m/s-nak tekintve:

ahol f a frekvenciát jelöli. Igy a fáziskülönbséget a következő egyszerű összefüggéssel:

bárki könnyedén kiszámíthatja.

Pl. két 80Hz-es hanghullám 1,7 méter úthossz-különbséggel beérkezve egy adott pontba 144° fáziskülönbséggel fog összegződni. Visszapillantva a fenti ábrára még a hozzá nem értők is felkiáltanak: nem hogy nőtt a hangnyomás az adott helyen, de majdnem 6dB-lel csökkent, a két mélysugárzó hangnyomását összegezve!Gondolom, most már sokan elkezdtek gyanakodni, hogy a hangkép a nézőtéren távolról sem lesz olyan egyenletes, ahogyan azt kezdetben hitték.A fenti összefüggéssel elvileg a lesugárzási tér bármely pontjában megjósolható, hogy a két hangdoboz jele hogyan összegződik. Több doboz együttes használata esetén szintén számítható a hangtér minden pontja, de ezt talán bízzuk a szoftverekre.Mivel akik idetévedtek erre az oldalra, nem a matematikája miatt szerettek bele a hangosításba, bemutatok néhány példát (tipikus alkalmazást) számítógépes szimulációkkal. Az egyszerűség kedvéért koncentráljunk csak a mélytartományra.A legfontosabb, hogy rögtön az elején eloszlassak egy téveszmét: a mélyláda nem arra „szól” amerre, fordítjuk, hanem gyakorlatilag mindenfelé azonos intenzitással! A mélysugárzók iránykarakterisztikája gömb, csak a 100Hz feletti tartományban kezdenek kis mértékben irányítottá válni, de itt meg már sok esetben nem használjuk őket.

Egy mélysugárzó hangtere gömb sugárzási-karakterisztikával rendelkezik

Ez a gömb irány-karakterisztika az, ami megnehezíti életünket, de ezt használjuk ki a probléma megoldásakor is!
Lássuk, mi történik a legtöbb bulinkon: vegyünk egy átlag kis/közepes hangosítást, kb. 10-12m-es színpadszélességgel. Gondosan elhelyezzük a hangcuccunkat a színpad két oldalán, és

A színpad bal ill. jobboldalán elhelyezett mélysugárzók hangtere, külön-külön vizsgálva

Egy mélysugárzó hangtere gömb sugárzási-karakterisztikával rendelkezik

Hoppá! Most láthatóvá vált az, amit mindig hallunk, a nézőtér jelentős területe igen rosszul ellátott mélyhangokkal! Bizonyos területeken igen nagy kioltások léphetnek fel (~-40dB!) egy adott frekvencián. Fontos megjegyeznem, hogy a hangtér képe korántsem állandó: a hangfalak távolságának és a frekvenciának a függvénye. Minél szélesebb a színpad (nagyobb a távolság), vagy minél magasabb a vizsgált frekvencia annál több kioltási sávot fogunk látni! (A helyzet semmit nem javul azzal, ha oldalanként több mélyládát rakunk fel, ugyanis a kupacba rakott mélyládák iránykarakterisztikája továbbra is gömb marad.) Bizonyára többen találkoztatok már az interferencia kifejezéssel, no most láthatjátok is azt!

Ezért a „csöppnyi” kellemetlenségért ismét régi ellenségünket, a fázist okolhatjuk. De okos ember ésszel harcol: miért ne tennénk a fázist barátunkká? Ugorjunk vissza a „színes torta” ábrához és gondolkodjunk egy kicsit. Ha sikerülne megoldanunk azt, hogy a nézőtér különböző részein a közel azonos hangnyomást létrehozó hangdobozok fázishelyesen összegződjenek, akkor egy homogén hangképet tudnánk létrehozni. Egyszerűsítve a gondolatot: próbáljuk meg a mélysugárzást irányítottá tenni, és a nézőtérre irányítani.

Ha megfelelően közel helyezzük el egymáshoz a mélyládákat, akkor egy bizonyos távolságból vizsgálva, a hangfalsor előtti és mögötti területen teljesülni fog a legfőbb kritérium: ą120°-on belül lesz a fáziskülönbség a beérkező hanghullámok között. A hangfalsor tengelyében viszont 120°-240° közötti fázistolások mérhetőek, így ebben az irányban jelentősen csökken a mélysugárzás. De lássuk miről is beszélek:

Egy sorban (pl. a színpad alatt vagy előtt) elhelyezett mélysugárzók hangtere

Tehát a fázis immár a barátunkká vált. Amint várható volt, az oldalirányú sugárzás jelentősen csökkent, a mélyenergia javarészt a nézőtérre és a színpad mögé koncentrálódik. A hangkép a teljes nézőtéren nagyon homogén. Nagy előnye az elrendezésnek, hogy a mélyenergiát nem sugározza el a nem kívánt irányokba, így jelentősen csökkenthetők a reflexiók (melyek zárt terekben nagy problémát okozhatnak), illetve nézőtérrel szomszédos területek zajterhelése is nagymértékben csökkenthető (pl. szabadtéren). Jól használható ez a hangdoboz elhelyezés olyan behangosítandó területeknél, ahol a nézőtér hossza legalább a duplája a szélességének.

A fent ismertettet elrendezést line array-nek hívják: gyakorlatilag egy nagyméretű „vonalsugárzót”, vagy elfektetett „hangoszlopot” hozunk létre diszkrét hangsugárzókból. A line array egyes elemei továbbra is gömbkarakterisztikával rendelkeznek,

A line-array egy elemének sugárzási karakterisztikája változatlanul gömb

de fázis barátunkkal karöltve, az együtt dolgozó hangsugárzók hozzák létre a számunkra oly kedvező szűk iránykarakterisztikát.

A létrehozott hangtér változása egy adott frekvencián 2, 4 illetve 6 mélysugárzó működtetésekor

Gondolom, sokan már korábban felhördültek az ábrák láttán: honnan vegyek én 10 mélyládát?

Figyelem!

Mivel az elv csupán fizikai törvényszerűségek gyakorlati alkalmazása, kevesebb dobozzal is működik, bár hatása értelemszerűen kisebb, de azért vessük csak össze ugyanazt a 4 mélyládát egy 10m-es színpad esetén. A két szituáció: ahogy ti használjátok, és ahogyan én raknám fel.

Sztereó (L-R) és Line-Array elrendezésű mélyládák hangtere egy 10m-es színpad hangosításakor

A ti verziótokban 2-2 mélyláda a színpad két oldalán. Mivel nekem jó barátom a fázis, szerintem 4 mélyláda színpad alatt, egymástól 1,8 méter távolságban.

Mindenkinek saját belátására bízom, hogy melyik nézőtér szól jobban. A dolog érdekessége az, hogy mindkét esetben ugyanaz a négy mélyláda szól, ugyanazzal a jellel hajtva, az egyenletes lefedettséghez csupán a hangdobozok megfelelő elhelyezésére volt szükség!

Itt még egyszer kihangsúlyozom:
Mivel ez csupán fizika, a rendszer működése nem termék, vagy gyártmány-specifikus, bármilyen gömb (omnidirekcionális), vagy széles sugárzási-karakterisztikájú hangfallal működik!

Azok számára akik kedvet kaptak az elrendezés kipróbálásához, vegyük sorra az elrendezés megtervezésének szempontjait:

• a dobozok egymástól való maximális távolságát a legfelső működési frekvencia határozza meg

Mivel, a maximum ±120° fázistolás követelményét a főirányban teljesítenünk kell, ezért – rövid gondolkodás után belátható – a dobozok távolsága nem haladhatja meg a legmagasabb működési frekvencia hullámhosszának 2/3-át. Egy példával: 125Hz-es keresztezési frekvencia esetén a dobozok maximális távolsága 1.8 méter.

• A legalacsonyabb frekvenciát, ahol a line-array még képes „irányítani” a hangot a hangfalsor hossza határozza meg.

Ahhoz, hogy egy adott frekvencián sikerüljön szűkíteni az iránykarakterisztikát, a sugárzó „sor”, vagy „oszlop” hosszának nagyobbnak kell lennie a hullámhossznál! Egy példán keresztül: ez azt jelenti, hogy a 40Hz-es hangok irányításához legalább 8,5 méter hosszú oszlopot kell lerakni. Összevetve ezt a dobozok távolságára vonatkozó követelménnyel, könnyen kiszámítható, hogy egy 40Hz-125Hz tartományban hatásosan működő  line-array elrendezéshez legalább 6 db mélyládára van szükségünk.

Fontos megjegyezni, hogy az array iránykarakterisztikája frekvenciafüggő: ahogy emelkedik a frekvencia a működési tartományon belül, úgy szűkül a főnyaláb (egyre inkább csak a hangfalsor előtt szól a mély, attól oldalra haladva erősen csökken!). Ennek oka, hogy az array hossza a frekvencia növekedésével folyamatosan nő a hullámhosszhoz képest, tehát rendszerünk jóval irányítottabb lesz 100Hz-en, mint 40Hz-en, de a nézőtér lefedettsége minden frekvencián kiváló!

Az irány-karakterisztika frekvenciafüggése egy adott hosszúságú line-array esetén

Külön köszönet Mauricio Ramireznek (Meyersound Oktatási Központ).
A szimulációs ábrák a Meyersound MAPPOnline programjával készültek.

Kovács Dénes
Okl. villamosmérnök

Ha bővebben szeretnél foglalkozni a témával, többet megismerni a hangosítás alapjairól, válaszd valamelyik tanfolyamunkat