Néhány alapvető DiY hangfaltervezési megfontolás

Amikor hangfalat tervezünk, számos tényezőt kell figyelembe venni. Néhány lényegesebb technikai kérdést az alábbiakban összefoglalok passzív zárt dobozos és bass reflex hangfalakat illetően. Minden fontos részletre nem térek ki, és azt javaslom, ha totál kezdő vagy, akkor első projektként egy olcsó hangfalat kezdj tervezni. Az alábbiak megértéséhez az elektronika, az akusztika valamint a hangfal tervezés és mérés alapjainak ismerete szükséges. Utóbbiak pl. az alábbi könyvekből elsajátíthatók:

David B. Weems: Designing, Building, and Testing Your Own Speaker System, McGraw-Hill Professional, 4th Edition, 1997

H. H. Klinger: Hangdobozépítés, Marktech, Budapest 1991

Joseph D'Appolito: Testing Loudspeakers, Audio Amateur Press, 1st Edition, 1998

Vance Dickason: Loudspeaker Design Cookbook, Audio Amateur Press, 7th Edition, 2006

illetve esetleg

John L. Murphy, Introduction to Loudspeaker Design, True Audio, 2nd Edition, 2014

Ray Alden, Speaker Building 201: A Comprehensive Course in Speaker Design, Audio Amateur Pubns, 2004

A könyveken kívül ajánlom a diyaudio.com-on a következő sticky üzenetlistát: Designing your own speaker from scratch.

Sok információ található a neten erről a témáról, egyeseket közülük megtalálhatsz a Hasznos linkek oldalamon keresztül.

Ez az oldal nem tartalmaz információkat különlegesebb hangfal fajtákról, mint pl. dipól, tölcséres, TL stb. hangfalakról, és az aktív hangváltókkal sem foglalkozik. Ez az oldal kezdőknek íródott, akik még nem tapasztaltak a DiY hangfaltervezésben, és sok túlegyszerűsítést tartalmaz. Nem hatol a téma mélyére, és nem tartalmaz sok információt a részletekről, pl. arról, hogyan használd a javasolt ingyenes tervező és mérő szoftvereket, vagy hogyan oldd meg a körvonalazott problémákat, mint pl. a baffle step a gyakorlatban. A cél az volt, hogy az ember kapjon néhány alapvető vezérfonalat, és a cikk felhívja a figyelmet az alapvető törvényszerűségekre, amelyeket figyelembe kell venni a legtöbbször használt és legegyszerűbb hangfalterveknél.  Azok, akik nem szokványos, audiofil vagy high-end hangfalakat akarnak tervezni, olvassanak kifinomultabb cikkeket és részletekbe menőbb értekezéseket.

A legfontosabb tervezési elv

Ne kezdj hangfalak tervezésébe az alábbiak nélkül: (1) elektronikai és akusztikai ismeretek, (2) kalibrált mérőmikrofon és mikrofon előerősítő, (3) impedanciamérő jig és (4) hangfal mérő szoftver megfelelő hangkártyával és hangfal tervező szoftver.

Ingyenes hangfalmérő és tervező szoftverek

Hangfaltervezéshez a VituixCAD-et ajánlom, amely egy nagy tudású hangfaltervező program, és meglepő módon ingyenes. A VituixCAD-et legjobban az ARTA vagy a REW mérő szoftverrel lehet együtt használni. Sajnos az ARTA demó verziója nem tud fájlokat kimenteni, a teljes funkciós kereskedelmi verziója pedig 79 EUR-ba kerül. Én magam a nagyon régi és már nem fejlesztett Speaker Workshopot használom a tervezésre a mai napig, mert megszoktam. Lehet, hogy ideje váltani! Az Xsim egy jónak látszó hangváltó tervező szoftver. További ingyenes szoftverek linkjeit találod a Hasznos linkek oldalamon.

Terhelhetőség

A kívánt terhelhetőséget mindig az érzékenységgel és az impedanciával együtt kell értékelni, és a szobaméret, sőt a hallgató hangfaltól való távolsága is számít. Egy nagyobb szobához általában nagyobb teljesítményű hangfal szükséges ugyanannak a hangerő érzetnek a kialakításához, ha távolról hallgatjuk a hangfalat. Az érzékenységet általában 2,83 V RMS értékű feszültséggel mérik, amely egy 8 Ω-os hangfalat 1 W, egy 6 Ω-osat 1,5 W és egy 4 Ω-osat 2 W teljesítménnyel terhel. Ezért ha teljesítményarányosan akarunk összehasonlítani különböző impedanciájú hangfalakat, akkor 8 Ω-os hangfalhoz viszonyítva egy 6 Ω-os hangfal névleges érzékenységéből 1,8 dB-t, egy 4 Ω-os hangfaléból 3 dB-t le kell vonni, így dB/W-ban kapjuk meg az érzékenységet. Ennek a korrekciónak az elvégzése után egy 3 dB-lel nagyobb érzékenységű hangfalnak fele akkora elektromos teljesítmény kell ugyanakkora a hangnyomás (hangerő) eléréséhez. Természetesen fordítva is igaz: egy 3 dB-lel kisebb érzékenységű hangfalnak kétszer akkora elektromos teljesítmény kell ugyanakkora a hangerő eléréséhez.

Az IEC 60268-5(2003) szabvány névleges zajterhelhetőség adatát alapul véve a normál zenehallgatási igényeknek egy átlagos mennyiségű hangelnyelő berendezési tárgyat tartalmazó, 20-25 m²-es szobában, egy 87 dB SPL/ 1 Watt érzékenységű hangfal esetén 2 m távolságból hallgatva már 10-20 W-os névleges terhelhetőség bőven eleget tesz szinte bármilyen zenéhez. Természetesen ennél 3 dB-lel nagyobb érzékenységű hangfalaknak (90 dB/W) elég fele ekkora, vagyis 5-10 W teljesítmény (terhelhetőség) ugyanahhoz a max. hangerőhöz, illetve egy 3 dB-lel kisebb érzékenységű (84 dB/W) hangfalnak ehhez 20-40 W kell. De vigyázzunk! Ha ki kell emelni a mély és/ vagy magas hangokat hangszínszabályzóval, akkor 3 dB kiemelés esetén akár a fentiekben ajánlott névleges terhelhetőség 2-szeresére, 6 dB kiemelésnél akár 4-szeresére is szükség lehet a hangfal konstrukciójától függően!

Sok szabvány létezik a hangfalak terhelhetőségével kapcsolatban, és ez kaotikus állapothoz vezetett. Ha érdekel, itt olvashatsz arról, hogy a hangfal adatlapok értelmezése miért olyan kétséges.

Impedanciamenet

A hangfalunknak olyan impedanciamenete kell legyen, amelyet az erősítők meg tudnak hajtani, lehetőleg kis torzítással. A meghajthatóság a modern tranzisztoros erősítők esetében általában teljesül, ha hangfal impedanciája sehol sem megy kb. 3,2 Ω alá (4 Ω-os hangfal). Az erősítők általában erősebben torzítanak, ha kisebb impedanciájú hangfalat szólaltatnak meg. Az erősítő gyártók nem tartják biztonságosnak 4 Ω-os hangfal rákötését olyan erősítőre, amely 8 Ω-os terheléshez lett tervezve.

Frekvenciamenet és iránykarakterisztika

A tudományos kutatás azt bizonyította, hogy mind a tapasztalt, mind a tapasztalatlan hangfal értékelők a széles frekvenciaátvitelű, egyenletes frekvenciamenetű és egyenletes iránykarakterisztikájú hangfalakat titulálták jobb minőségűnek. Tehát nem elég az előresugárzott (on-axis) hangnak egyenletes frekvenciamenetűnek lenni, egy minőségi hangfalnak az egyenletes átvitelt a 30°-os és 60°-os vízszintes szögben is tartania kell. Minél nagyobb a membrán, annál alacsonyabb frekvencián lép fel a hang nyalábolása, a kisugárzott hang az emelkedő frekvenciával egyre inkább előre irányítottá válik, romlik az iránykarakterisztika. Ez azt jelenti, hogy a nagyobb kónusz méretű hangszórókat nem szabad túl magas frekvenciáig felengedni, váltani kell egy közép vagy magas sugárzóval.

Az alábbi ábra két jó (P, I), egy közepes (B), és egy gyenge minőségű (M) hangfal frekvenciamenetét mutatja. A több mint 300 hallgatóval végzett tesztben a hallgatók legjobb minőségűnek a P és I hangfalakat találták, legrosszabbnak pedig az M-et.

El kell döntenünk, hogy hangfalunkat önmagában vagy szubbasszus sugárzóval szeretnénk működtetni. Ha szubbasszus sugárzóval, akkor nem kell arra törekednünk, hogy a hangfalunknak legyen mélybasszusa, mert azt a különálló mélynyomó fogja szolgáltatni. Ebben az esetben használhatunk kisebb méretű hangszórót és kis méretű dobozt. A kisebb dobozokkal megvan a lehetősége a tisztább középsáv elérésének, főként, ha zárt dobozról van szó, ugyanis a kis dobozokban könnyebb a belső állóhullámokat csillapítani. A legmélyebb hangok jó hatásfokkal történő kisugárzásához nagy doboztérfogat kell.

Torzítás

Az alacsony torzítású dizájn elérése érdekében a legalapvetőbb dolog alacsony torzítású hangszórókat választani. De légy felkészülve, hogy a hangszórók torzításával kapcsolatban szűkös információk állnak rendelkezésre a gyártóktól.

Harmonikus torzítás

Mivel a legtöbb hangfalban dinamikus hangszórókat használunk, most csak ezt tárgyalom. Erősebb harmonikus torzítás a dinamikus hangszóróknál általában akkor lép fel, ha a membrán kilengése fokozódik, vagy a membrán membrán-membránszél oszcillációt, illetve parciális rezgéseket produkál.

A hangszóró karakterisztikus rezonanciájától elég távol – az átviteli sávban – a membránkitérés a frekvencia reciprokának négyzetével arányos. Ez azt jelenti, hogy tized akkora frekvenciájú hang ugyanolyan erős kisugárzásához 100-szor akkora membránamplitúdó kell. Például 80 Hz lesugárzásához 100-szor akkora amplitúdó kell, mint egy ugyanolyan hangerejű 800 Hz-es hanghoz. A membránkitéréssel fokozódó harmonikus torzítás több okból keletkezik, 3-at felsorolva közülük: (1) a mágneses mező aszimmetriája miatt, (2) mivel a membrán felfüggesztése nem lineáris rugóként viselkedik: minél nagyobb a kilengés, annál nagyobb a torzítás, (3) mert lengőtekercs impedancia függ a membránkitéréstől. Egy további forrása a torzításnak, hogy a mozgó lengőtekercs modulálja az állómágnes mágneses terét.

A bass-reflex kialakítású hangfalaknak kisebb a mélyfrekvenciás harmonikus torzítása. A bass-reflex rendszerek rezonanciafrekvenciáján (tuning frequency) a mély hangszóró kilengése ugyanis nagyon kicsi lehet, ezért csökken a harmonikus torzítás, viszont általában a mély frekvenciás tranziens válaszjel sokkal rosszabb, mint a zárt dobozoknál (a bass-reflex működés alapvetően egy rezonancia jelenség méretezése és kihasználása).

De nem csak a mély hangszóróra, arra is ügyelnünk kell, hogy a magas hangszórót ne váltsuk olyan alacsony frekvencián, ahol nagy hangerőnél már torzítana. Ökölszabályként (kivételek léteznek) a szokásos 25 mm átmérőjű dóm magassugárzókat nem célszerű 2,5 kHz alatt váltani 12 dB/oktáv hangváltóval. Ha a hangváltó 18 dB/oktávos vagy 24 dB/oktávos, vagy a magassugárzó csillapítókamrás kivitelű, alacsony rezonancia frekvenciájú, akkor le lehet menni a váltási frekvenciával valamivel 2 kHz alá.

Csoportfutásidő torzítás

Lásd alább a hangváltó fokszáma  tárgyalásánál.

Frekvenciamenet egyenletessége

A membránok rezonanciái vagyis a membránon kialakuló állóhullámok szelektív kiemelést vagy gödröt hoznak létre a frekvenciamenetben. Minden membránnál van egy bizonyos frekvencia, amely fölött már nem képes merev dugattyúként mozogni, hanem az eltérő membránterületek elkezdenek önálló életet élni (parciális rezgések). Ennek hatására a hangszóró frekvenciamenete egyenetlenné válik, a rezonanciák környékén kiemelés jelentkezik, és ez színezetté is teszi a hangzást. Ha tehát azt látjuk egy hangszóró frekvenciamentében, hogy az általunk lesugározni kívánt frekvenciasávban jelentős (2-3 dB-t meghaladó) kiemelés vagy gödör van, inkább válaszunk egy jobb minőségű hangszórót.

Hogyan ismerhetők fel a gyenge minőségű hangszórók? Álljon itt egy példa, egy mélyközépnek hirdetett hangszóró gyárilag megadott frekvenciamenete látható.

Megfigyelhetjük, hogy a frekvenciamenete az átviteli sávjában egyenetlen, egy erős rezonancia van 1,2 kHz-nél. A hangszóró az 1,2 kHz-et 5-6 dB-lel erősebben, vagyis közel kétszer akkora hangnyomással szólaltatja meg, mint a 850 Hz-et! Ez azt jelenti, hogy ezt a hangszórót 500 Hz felett nem szabadna váltani, holott azt úgy hirdetik, mint mélyközép hangszórót, de mint látjuk, a középsávja erősen színezett.

A kész hangfal frekvenciamenetének egyenletességét befolyásolják a dobozon belül és a dobozfalakban kialakuló állóhullám rezonanciák is. Ezek csökkenthetők a doboz megfelelő tervezésével.

Érzékenység

A hangfal érzékenysége nincs közvetlen hatással a hangfal hangminőségére, a kis érzékenységű hangfalak magasabb termikus kompresszióját kivéve. Egy kisebb érzékenységű hangfal részére egyszerűen nagyobb feszültséget (és persze teljesítményt) kell kiadjon az erősítő. A szokásos házi zenehallgatásra készült hangfalak érzékenysége általában 84-91 dB SPL/ 2,83V RMS/ m. Ez azt jelenti, hogy már 1 watt erősítőteljesítmény olyan hangerőt eredményezhet, amit a szomszédok szóvá tesznek. Persze a zene dinamikája, a zenei jelek nagy csúcstényezője (crest factor) miatt szükség van 1 wattnál jóval nagyobb erősítőteljesítményre a hang alakhű (klipping nélküli) átviteléhez. Összefoglalva: jó, ha egy hangfalnak nagyobb az érzékenysége, mert így kevesebb elektromos energiát pazarolunk zenehallgatás közben, és kisebb az esélye a hangszóró túlmelegedésének, de ennek oltárán ne áldozzuk fel a fontosabb paramétereket, amelyekről előbb volt szó.

Baffle step

Az alacsony frekvenciák hullámhossza elég nagy ahhoz, hogy a hangfalat megerüljék, és így a teljes térbe (minden irányba, hátrafele is) sugározzanak. Amint a hullámhossz összemérhetővé válik a hangfal előlapjának méreteivel, a hang egyre inkább féltérbe fog sugározni. Ez azt jelenti, hogy véges méretű hangfal előlapokra mindig van egy átmenet, ahol a teljes térből (4π) féltérbe (2π) megy át a hangnyomás, és ezért magasabb frekvenciáknál nagyobb SPL érzékelhető. Ez a "baffle step", amely gyakorlati hangfalakon nem annyira egy lépcső, hanem egy finomabb, elnyújtott emelkedés a növekvő frekvenciával, amely egy ponton ellaposodik. A baffle step átlagosan +6 dB-lel megnőtt hangnyomást okoz a magasabb frekvanciákon. Példának itt van az Euraudio Essentia hangfalban levő két középsugárzónak a szimulált baffle stepje, ahol a képzeletbeli mikrofon az előlaptól 1,5 méterre, és magasságát tekintve a két közép hangszóró között félúton volt elhelyezve:

A tervezőnek el kell döntenie, hogy korrigálja-e a baffle stepet, vagy sem, és ha korrigálja, akkor milyen mértékben. A hátsó fal közelsége felerősíti a hangnyomást a basszus tartományban a konstruktív interferencia miatt, de csinál egy csúnya gödröt az alsó középsávban destruktív interferencia miatt. Falhoz közeli felállításra tervezett hangfalakon nem szükséges a baffle step kompenzálása, de faltól távol állítva őket ki kell emelni rajtuk a mély hangokat.

2 vagy 3 utas hangfal (esetleg 2,5 utas)?

Vannak olyan mélyközép hangszórók és magas hangszórók, amelyekből tervezhető 2 utas hangfal. Egy harmadik, közép hangszóró használata akkor lehet helyes választás, ha nem ez a helyzet, vagy ha nagyobb terhelhetőség szükséges, mivel a középsugárzó részben tehermentesítheti a magassugárzót és/vagy a mélyet. Vizsgáljuk meg a használni kívánt hangszóróink frekvenciamenetét. A magassugárzót nem célszerű túl közel váltani a rezonanciafrekvenciájához, különösen mert a magas hangszórók teljes minőségi tényezője (Q_ts) és rezonancia frekvenciája (f_s) nem jól kézben tartható gyártási paraméterek, és az eltérő Q_ts és f_s változásokat okoz a rezonancia frekvencia körüli frekvenciamenetben és fézisban. Egy tapasztalati képlet másodrendű vagy nagyobb fokszámú váltókra az f_min = 2f_s, ahol f_min a minimálisan javasolt váltási frekvencia, f_s a magassugárzó rezonanciafrekvenciája. Egyes esetekben azonban, pl. akusztikusan 24 dB/oktávos hangváltóval, amely kihasználja a rezonancia frekvencia alatt 12 dB/oktávos hangnyomásesést (tehát maga a hangváltó csak 12 dB/oktávos elektronikusan), megengedik az f_min =f_s kitételt. De ez inkább kivétel legyen, mint a szabály, ugyanis az ilyen hangváltóval használt magas hangszórók igen komoly követelményeknek kell eleget tegyenek. A következőkben foglaljuk össze az f_min = 2f_s képletünk eredményét néhány magassugárzó rezonancia frekvenciára:

	Magassugárzó rezonancia frekvencia, fs
	850 Hz	1200 Hz	1700 Hz
Minimális váltási frekvencia fmin	1700 Hz	2400 Hz	3400 Hz

Azt a célt is kitűztük, hogy hangfalunk iránykarakterisztikája jó legyen, ne legyenek nagyobb gödrök benne még 60 fokos szögben felvett frekvenciamenetre sem, ezért a mélyközép hangszórót nem célszerű a felett a frekvencia felett működtetni, amelyen túlságosan irányítottá válik a hangsugárzása (polárdiagramja). Egy jó közelítő értéket kapunk arra a frekvenciára, amelyen ez bekövetkezik az f_max = 26.000/d képlettel, ahol f_max a maximális javasolt váltási frekvencia, d pedig a membránátmérő cm-ben (amelybe a membránon kívül a peremrögzítés (surround) 1/2-ed részét is belemértük). A következőkben foglaljuk össze a képletünk eredményét néhány közkedvelt mélyközép membránátmérőre:

	Mélyközép sugárzó membránátmérő, d
	10 cm	13 cm	17 cm
Maximális váltási frekvencia fmax	2600 Hz	2000 Hz	1530 Hz

Látható, hogy ahhoz, hogy az iránykarakterisztikánk is sima legyen, nem szabad annyira magas frekvencián váltani a mélyközép hangszórót, mint azt sokan szokták.

Ahhoz, hogy eldöntehessük, vajon kétutas rendszerben használható-e együtt az általunk preferált mélyközép és magassugárzó, az f_max > f_min feltételnek kell teljesülnie. Ha csak egy kicsin, pl. 100-200 Hz-en múlik, hogy a képlet igaz legyen, esetleg engedményt tehetünk, és némi minőségromlást megengedve elfogadhatjuk a két hangszóró párosítását.

2,5 utas hangfal

A 2,5 utas dizájn 2 mélyközép hangszórót használ, amelyből az alsó, amely távolabb van a magassugárzótól, csak a mélyebb frekvenciákat adja vissza. Ennek a célja a baffle step kompenzálása. A 2,5 utas design elvét a következő ábra segítségével lehet jobban megérteni:

Hangváltó

Keresztezési frekvencia

A keresztezési frekvenciát bárhova helyezhetjük a fent kiszámolt az f_min és f_max között. Ha a jobb iránykarakterisztika a lényeg, váltsunk alacsonyabban. Ha a magassugárzó kisebb terhelése a szempont, valamint az, hogy alacsonyabban tartsuk a magassugárzó nemlineáris torzítását, váltsunk magasabban.

Hangváltó fokszáma

A fázistorzítások egy fajtája a csoportfutásidő torzítás. Csak az elsőrendű váltók (6 dB/oct) csoportfutásidő torzítása nulla. Ezeknek a váltóknak viszont nagy hátránya, hogy túl sok mély hang jut a magassugárzóra, és túl sok magas a mélysugárzóra. Emiatt, ha nem pontosan a hangtengelyben van az észlelő (mérőmikrofon vagy a fülünk), akkor a váltási frekvencia körül egy szélesebb frekvenciatartományban behasad a frekvenciamenet. További hátránya az elsőrendű váltónak, hogy a magassugárzó rezonanciafrekvenciája környékén levő impedanciacsúcsot nem tudja kezelni, ott kiemelést okoz, ezért elsőrendű váltóval minimum a magassugárzó rezonanciafrekvenciájának a 3-szorosán célszerű váltani (f_min = 3f_s), de a tervezők általában ezen felül az impedancia csúcs kiszűrésére beiktatnak egy RLC Zobel áramkört is.

A magasabb, másodrendű (12 dB/oct), harmadrendű (18 dB/oct) és negyedrendű (24 dB/oct) váltók csoportfutásidő torzítása nem nulla. A csoportfutásidő torzítás hallhatóságáról sok vita szokott lenni. A téma kutatói, Blauert és Laws az alábbi cikkükben: Blauert, J. and Laws, P "Group Delay Distortions in Electroacoustical Systems" Journal of the Acoustical Society of America Volume 63, Number 5, pp. 1478-1483 (May 1978) azt találták, hogy az emberi hallás képes érzékelni ezt a fajta torzítást, ha az elég nagy mértékű. Az alábbi táblázat tartalmazza a kutatás által megállapított csoportkésés hallhatósági küszöbértékekeit a vizsgált frekvenciákon:

Frekvencia	Hallhatóság küszöbértéke
8 kHz	2 ms
4 kHz	1,5 ms
2 kHz	1 ms
1 kHz	2 ms
500 Hz	3,2 ms

A legnagyobb csoportfutásidő torzítást a hangszórók ellenfázisú bekötése mellett alkalmazott negyedrendű váltó okozza (bár ez használhatatlan a váltási ponton bekövetkező kioltás miatt). 2kHz-nél a szokásos Butterworth karakterisztikájú váltó által okozott csoportkésés maximuma is kisebb 0,4 ms-nál, és oktávonként felfele ez feleződik, lefele oktávonként kétszereződik. Ha ehhez hozzá vesszük a dizájnok nagy részénél található kialakítást, hogy ti. a magassugárzó akusztikai centruma (ún. time-alignment híján) a hallgatóhoz közelebb van, mint a mély hangszóróé, az esetek többségében kb. 5-7 cm-rel, ez a mély hangok további 0,15-0,2 ms késését okozza. Ezt a 0,4 ms-hoz hozzáadva max. 0,6 ms késést kapunk, amely a táblázat alapján még a hallható érték alatt van. Ebből arra következtethetünk, hogy az emberi fül nem érzékeny még akkora csoportkésésre sem, amelyet a szokásos negyedrendű váltók plusz time-alignment hibák okoznak, legalábbis 500 Hz felett. (500 Hz alatti frekvenciákat nem vizsgáltak a fenti tudományos cikkben.)

Ha mélyebben érdekelnek az érvek és a tudományos teszteredmények amögött, hogy a csoportfutásidő torzítás hallható-e, és ha igen, akkor milyen körülmények között, akkor egy jó áttekintő cikk a tudományos eredményekről az alábbi: http://www.melaudia.net/zdoc/jml_crossovers_etf04.pdf

Hangváltó alkatrészek

Sokan vásárolnak drága alkatrészeket a hangváltójukba vagy drága hangfalkábelt, és ettől várják a hangzás javulását. Vizsgáljuk meg reálisan a kérdést.

Tekercsek

A tekercseknek egy fontos paramétere a soros ellenállás. Ezzel kapcsolatban tartsuk be a hangváltó terv előírásait. A mély hangszóróval sorosan általában kis ellenállású tekercset célszerű kapcsolni, míg a magassugárzóval párhuzamosan nagyobb soros ellenállású, olcsóbb tekercs választása is megfelelő. Amely légmagos tekercseknek megegyezik mind az induktivitása, mind a soros ellenállása (ez utóbbit nagyrészt a huzalátmérő határozza meg), azok a hangfrekvenciás sávban közel egyenrangúan kell viselkedjenek. Nem gondolom, hogy a drága, fólia típusú tekercsek megérik a magasabb árat. Viszont egy másik dolog akár fontos is lehet: a mikrofónia megszüntetése érdekében össze szokták ragasztani a meneteket. Ezt gyárilag általában hőkezeléssel érik el (tekercstest nélküli tekercseknél), amely hatására a huzal szigetelő rétegei összeragadnak. Házilag készült tekercseket lakkba kell áztatni, és megszárítani, de nem vagyok benne biztos, hogy az áztatás vákuum nélkül jól működik-e.

Kondenzátorok

A kondenzátorokat illetően egy fontos paraméter az ESR (ekvivalens soros ellenállás). A nagyobb méretű és drágább kondenzátorok ESR-je általában kisebb. Az olcsóbb, PET (polietilén) dielektrikumú fóliakondenzátorok állítólag nem adnak olyan jó hangot, mint a drágább és nagyobb PP (polipropilén) társaik. Ezt nem tudom sem cáfolni, sem megerősíteni, mivel kondenzátorokkal nem foglalkoztam behatóbban, de a magam részéről PP kondenzátorokat használok a minőségi hangfalakban, kivéve a mély hang tartományt, ahol a véleményem szerint a PET is megteszi. Az mindenesetre jelenlegi tudásom szerint biztos, hogy minden kondenzátor okoz mérhető torzítást, ha elég nagy váltófeszültség van rajta. Azonban a hangszórók valószínűleg sokkal erősebben torzítanak, mint a jó minőségű kondenzátorok.

Hangfalakban unipoláris elkókat (amelyiknek van negatív jellel jelölt lába) egyáltalán nem szabad alkalmazni. Torzítanak és tönkremennek a váltófeszültségtől. Én bipoláris elkókat sem használok hangfalakban. Viszont ha nagyon alacsony a váltási frekvencia, az ember rákényszerülhet a használatukra. Ebben az esetben a kifejezetten a passzív hangváltókba való típusokat ajánlom, mert a kommersz bipoláris elkók ESR-je túl magas és instabil.

A kondenzátorok másik fontos paramétere a feszültségtűrés. Ez általában egyenfeszültségre van megadva. Viszont a kondenzátorokat a hangfalakban váltófeszültségre használjuk. Az alábbi táblázat azt tartalmazza, hogy különböző impedanciájú és névleges terhelhetőségű hangfalakhoz milyen minimális feszültségtűrésű kondenzátorokat kell alkalmazni (természetesen nagyobb feszültségtűrésűek is megfelelőek):

	Hangfal impedancia, névleges zajterhelhetőség
	4 Ω, 50W	4 Ω, 100W	8 Ω, 50W	8 Ω, 100W
Kondenzátor min. feszültségtűrése	100V-	160V-	160V-	250V-

Ellenállások

Az ellenállásokat illetően minden típus megfelelő, a legolcsóbbak is, mindössze a névleges teljesítményükre kell ügyelni. Az ellenállások szükséges teljesítményét mindig ki kell számolni az adott hangváltó alapján, de az alábbi táblázat olyan ökölszabály értékeket tartalmaz, amellyekkel biztos nem hibázunk egy esetben sem.

	Hangfal névleges zajterhelhetősége
	30W-ig	60W-ig	120W-ig
Ellenállások névleges teljesítménye	5W	10W	20W (2x10W)

A hangváltó szimulációjával vagy pontosabb számításával sok esetben a fent megadottnál kisebb névleges teljesítmény is megfelelőnek adódik az hangváltó áramkör egyes ellenállásaira.

Belső kábelezés

Mint azt a Vásárlási tippek -> Hogyan válasszunk hangfalkábelt menüpontban tárgyalom, a hangfal csatlakoztatására nem szükséges különleges, drága kábelt használni. Ugyanez igaz a hangfal belső kábelezésére is. 8 Ω-os hangfalnál használjunk legalább 0,75 mm²-es, 4 Ω-os hangfalnál legalább 1,5 mm²-es egyszerű kéteres CCAW vagy réz hangfalkábelt a belső kábelezésre. Megjegyzés: A manapság divatba jött CCAW (copper clad aluminum wire) kábelek fajlagos ellenállása kb. 60%-kal nagyobb, mint a teljesen réz kábeleké.

Számítógépes hangváltó tervezés

Léteznek ingyenes hangváltótervező szoftverek, amelyeket a Hasznos linkek oldalamon keresztül megtalálhatsz. Szükséged lesz az összes hangszóró impedancia görbéjére fázissal együtt (.ZMA fájlok), valamint az összes hangszóró frekvencia-válaszgörbéjére abszolút fázissal együtt (.FRD fájlok). Ezeket a görbéket méréssel kell felvenned. Ha a mérőrendszered vagy hangkártyád nem alkalmas arra, hogy a mérések között megtartsa a pontos időzítést (a mérések nem "időzárasak"), akkor nem lesz meg az abszolút fázisod. Ebben az esetben helyre kell majd állítanod a frekvencia-válaszgörbéidnek az időzítését (delay), hogy a hangszórók egymáshoz viszonyított fázisa helyes legyen. Ha az Xsim-et használod hangváltó tervezéshez, akkor így tudod beállítani az abszolút fázist.

Hangszórók 2 vagy 2,5 utas rendszerekbe

Mélyközép hangszóró

Ne hallgassunk az olyan általánosításokra, mint pl. „az alumínium membrános hangsugárzók hangja fémes”. Olyan jó minőségű hangszórót válasszunk, amelynek az általunk használni kívánt frekvenciatartományában nincsen 1/3 oktávnál szélesebb frekvenciatartományra kiterjedő, 2-3 dB-t meghaladó kiemelése vagy besüllyedése. Ez a frekvenciamenet vizsgálatával állapítható meg. Kemény anyagú, pl. alumínium, alumínium/magnézium, titán, kevlár, polikarbonát és sok esetben a papír hangszórókon az átviteli sávjuk felett erős cone breakup rezonanciájuk van, amelyet szükséges megfelelő hangváltóval kezelni, azaz vagy magas fokszámú hangváltót vagy lyukszűrőt (Notch filter) kell alkalmazni.

Magas hangszóró

Dómsugárzót válasszunk. A kónuszos magas hangszórók iránykarakterisztikája a nagyobb membránátmérő és nem ideális membrán alak miatt rosszabb. Ezen felül a dómsugárzóknak általában a frekvenciamenet-egyenletessége is jobb, magasabb frekvenciákig megtartott, mint a kónuszos sugárzóké. Ribbon sugárzókkal nincs tapasztalatom, de nyilván ezek között is vannak jobb és rosszabb minőségűek. A megfizethető dómsugárzók általában szövetből, alumíniumból vagy selyemből készülnek. Szeretem a kamrás magassugárzókat, mert alkalmasak az alacsonyabb váltási frekvenciára. Eddig mindig ferrofluidos magas hangszórókat használtam. Jobb a terhelhetőségük és kisebb a termikus kompressziójuk. A ferrorfluid ezen kívül megakadályozza a membrán mögött bezárt levegő és a légrés közötti Helmholz rezonanciát.

Hangdoboz

Sajnos nem csak a hangszóró határozza meg a kialakuló hangzást, hanem a hangdoboz is „beleszól”. Hiába választunk jó minőségű hangszórót, ha hangdobozunk nem áll a helyzet magaslatán. A mély hangszóró hátrafelé is ugyanúgy sugároz, mint előre, de ideális esetben a hangdoboz belsejében teljesen el kellene nyelődnie a hátrafelé sugárzott hangnak. Ehhez képest a belső nyomásváltozások hatására a hangfal falaiban hajlítórezgések keletkeznek. Ez a másodlagos hang frekvencia- és helyfüggő és „belerondít” a hangszóró által leadott hangba. Ezen kívül a hangdoboz oldalfalain átszűrődik a belül keletkező hang egy része, szintén frekvenciafüggően. Ezen hibák rontják a hangfal tranziens videlkedését, és megakadályozására elegendően vastag anyagból kell készíteni a hangdobozt, valamint nagyobb méretű oldallapokon belső merevítéseket kell alkalmazni. A következő ábra a gyűrű- és keresztmerevítést, illetve a kettő kombinációját mutatja be.

Egyes alacsony kosarú hangszóróknál rezonancia alakulhat ki, ha a mély és közép hangszórók hátulja nem levegőzhet szabadon a hangdoboz belsejébe. Ennek megakadályozására a hangszóró kivágás belső peremét lemarják.

Meg kell említenem a párhuzamos dobozfalak között kialakuló állóhullámokat. Ez ellen nem párhuzamos oldallapokkal és/ vagy a hangfal belsejébe helyezett hangszigetelő anyaggal (csillapítóanyaggal) lehet védekezni. Nem párhuzamos oldalfalakból készülő hangfal költsége a szofisztikált asztalosmunka miatt jelentős lehet, és nem szünteti meg az állóhullám problémát annyira, mint remélnénk. Ezért én inkább a párhuzamos oldallapú hangfalak csillapítóanyaggal való ellátását tartom a költséghatékonyabb módszernek. Ha zárt dobozzal van dolgunk, annak belsejét kitölthetjük csillapítóanyaggal, pl. kártolt gyapjúval. Ha bass-reflex dobozod van, annak falaira ragassz kb. 2.5 cm vastag nyitott pórusú habszivacsot. Zárt pórusú anyagok nem megfelelőek. A bass-reflex dobozok légterét nem szabad kitölteni csillapítóanyaggal, mert akkor a hangfalba zárt levegő hajlékonyságához egy rezisztív komponenst adunk, ezáltal a bass-reflex működés hatékonyságát lerontjuk. A kártolt gyapjú és hasonló tömőanyagok, valamint a habszivacs a magas és közepesen magas hangokat csillapítja jól, a mélyebb frekvenciák felé hatékonysága romlik. Állódobozoknál a doboz hosszában mélyebb, 150-200 Hz-es állóhullámok is keletkeznek, amelyek csillapításához a 2.5 cm vastag habszivacs nem elég, ezért állóhangfal esetén a bass-reflex doboz hosszának fele környékén (a sebességhasban) rögzítve érdemes elhelyezni egy kis mennyiségű kártolt gyapjút vagy műszálas tömőanyagot. A reflexcső nyílásának közvetlen közelébe ne kerüljön tömőanyag.

A hangfal lapjaihoz bevált anyag az MDF (közepes sűrűségű farostlemez), 18 mm, 22 mm, esetleg 28 mm vastagságban. Kérdezzük meg a vásárolni kívánt MDF paramétereit, és válasszunk olyat, amelynek sűrűsége nagyobb, mint 700 kg/m³. A rétegelt lemez is alkalmas lehet hangfalépítésre, főleg kisebb hangfalakhoz, de ezeken kívül más anyagot nem szokás használni. A forgácslemez sűrűsége túl kicsi, a valódi fa a légnedvesség hatására változtatja a méretét, vetemedhet és repedhet. Persze hifi rajongók csinálnak hangfalat műkőből vagy betonból is, én magam is csináltam betonból, és úgy tűnik valóban hatása van a középsáv tisztaságára a sűrű, nem rezonáló falú hangdoboznak, de kérdés, hogy megéri-e a befektetett pénzt és energiát.

A doboz lapjainak ragasztását gondosan kell végezni, hogy ne maradjanak légrések. A légrések a bass-reflex dobozokban a rendszer Q tényezőjét leronthatják.

A hangdoboz méretezése

Egyelőre ide nem írtam információt a Thiele/Small paraméterekről, amelyek fontosak a hangfalak mélyfrekvenciás hangolásához. Ezeket használják a doboztérfogat és a reflexcső méreteinek meghatározásához. A Wikipedián van cikk róluk. Ami a zárt és bass-reflex dobozos hangfalak méretezését illeti, vannak ingyenes táblázatkezelő és ingyenes tervező programok a neten, melyeket közül néhányat elérhetsz a Hasznos linkek oldalamon keresztül.

Főoldal