Negyedfokú basszusláda számítógéphez

SIGMA ELECTRONICS

      A történet valahol ott kezdődött, hogy első számítógépemhez sikerült beszerezni egy Hercules „Game Theater XP” hangkártyát. Na nem azért, mintha olyan nagy játékos lennék, de a kártyához tartozott egy rack, mindenféle csatlakozókkal, digitálisokkal is. Ehhez tudtam kapcsolni a DAT magnót, így a CD-anyagok szerkesztése megoldhatóvá vált.
      A gép természetesen a hangrendszerem közelében helyezkedett el, nem voltam okvetlenül fejhallgatóra utalva, ha kellett, ki is tudtam hangosítani. Mindezen idilli állapot addig tartott, míg el nem költöztem otthonról. Mivel a rendelkezésemre álló tér erősen lecsökkent, a gép jött, a hangrendszer egyelőre maradt. A hangok hallhatóvá tételét valahogy azért meg kellett oldanom.
      Jött tehát a szokásos satnya kis hangszóró-pár. Ennek szánalmas cincogásával viszont sehogy sem tudtam megbékélni. Ugyanakkor megnyílt a lehetősége a hangszórókkal való kísérletezésnek.
      További lökést adott az ügynek, hogy egyik vidéki nagyvárosunkban járva figyelmes lettem egy kütyübolt kirakatában látott hangszóróra. Ez pedig alig 5"-os kis jószág volt, rendkívül kulturált kinézettel, borzasztóan akciós áron. Állítólag valamiféle Philips-származék lehetett, bár adatlapot nem tudtak mellékelni hozzá. Hazajuttatván új szerzeményemet, egyik első dolgom volt, hogy a rábélyegzett típusszám alapján rákeressek a neten. Erre elég sok időt pazaroltam el, mondanom sem kell, eredmény nélkül. Nem volt mit tenni, meg kellet mérni.

      A Thiele-Small paraméterekről. Ezek a paraméterek egyértelműen meghatározzák a hangszóró viselkedését. Talán a legfontosabb a rezonancia-frekvencia. Szerencsére ez minden különösebb nehézségtől mentesen megmérhető. Létezik továbbá az úgynevezett jósági tényező, ebből három félét is definiálhatunk, úgymint mechanikus, elektromos és teljes. Ezek között egyszerűen számítható összefüggés áll fenn, meghatározásuk sem túl bonyolult. Fontos még a fiktív dobozméret, ez is aránylag könnyen kiszámítható. A további szükséges paraméterek egyszerűen mérhetők, illetve a hangszórón fel vannak tüntetve.
      Nézzük meg a lehetőségeinket.

      Mit kell tehát mérnünk, és hogyan? Először is digitális kéziműszerrel mérjük meg a lengőtekercs ellenállását. Ezután határozzuk meg a rezonanciafrekvenciát. A hangszórót kössük egy ellenálláson keresztül a hanggenerátor kimenetére. A soros ellenállás értékét úgy kapjuk meg, hogy 1 kohmból kivonjuk a generátor kimenő impedanciáját (pl. 600 ohmos generátor esetében a soros ellenállás 390 ohm). A kimenő szintet állítsuk 1 V-ra (üresjárati kimenő szint), a lengőtekercsre pedig csatlakozzunk millivoltmérővel. Tekergessük a generátor frekvenciáját, például 200 Hz-ről indulva lefelé. Valahol azt vesszük észre, hogy a műszer mutatója emelkedni kezd, eléri a csúcspontot, majd újra visszaesik. A csúcsnál van a rezonancia. Ennek értékét jegyezzük fel, majd olvassuk le a műszert. Ahány millivoltot mutat, annyi lesz a maximális impedancia ohmban.
      Most ezt az értéket osszuk el a tekercs ellenállásával, így megkapjuk r_O értékét. Ezután meg kell határoznunk azt a két frekvenciát, ahol a műszer értéket mutat. Az egyik a rezonanciafrekvencia alatt, a másik felette lesz. A mért adatokat gondosan jegyezzük fel. Végül már csak egy kis mechanikus sertepertélésre lesz szükség. Mérjük meg a membrán engedékenységét.
      Itt elszabadulhat a fantáziánk. 1 mm elmozdulást kell előidézni. Olvastam olyant, hogy ezt a membránra helyezett mérőhengerbe töltögetett vízzel lehet elvégezni, én ennél valószínűleg sokkal pontatlanabb, bár lényegesen szárazabb módszert alkalmaztam. A hangszórót a mágnesre kell állítani, eddig minden bizonnyal egyeznek a megoldások. Ezután az archívumból kikerestem egy üres magnószalag-orsót, amely illeszkedett a hangszóró kónuszára. Régi konyhai mérleghez mellékelt apró súlyokkal addig terheltem az orsót, amíg meg nem volt az 1 mm. Most már csak számolgatni kellet, és minden összeállt.

      Jól jön egy tervezőprogram, hacsak az ember nem szeret papíron számolgatni. Én annyira azért nem szeretek...
      A választásom a „WinISD beta”-ra esett. Ez egyszerűen kezelhető eléggé sokoldalú program, nem utolsó sorban ingyenesen letölthető. Könyvtárában irdatlan mennyiségű hangszóró adatait tartalmazza, de ami a lényeg, létrehozhatunk saját adatbázist is.

Válasszunk hangszórót

Írjuk be tehát kedvenc hangszórónk paramétereit. Látható, hogy nem minden adatra lesz szükség. Nem mértem meg a lengőtekercs induktivitását, nem ismerem a maximális membránkitérést, az érzékenységet és a BL-szorzatot. Teljesítménynek 20 W-ot adtam meg, ezt úgysem fogom még megközelíteni sem.
      A program a megadott értékekkel remekül boldogul, egy-két funkció viszont nem fog működni, például nem kapjuk meg a közeltéri hangnyomásgörbét sem.
      A számítások lefuttatása előtt érdemes eltervezni, mit is szeretnénk tulajdonképpen. Nekem egy kisméretű sávszűrős, lehetőleg negyedfokú dobozra volt szükségem. A negyedfokú felépítés azt jelenti, hogy a doboz két kamrára oszlik, ezek között helyezzük el a hangszórót. Az egyik kamra zárt, a másik reflexcsővel hangolható. Így az egész rendszer kizárólag a reflexnyíláson át kommunikál a külvilággal. Ebből már láthatjuk is, hogy kellőképpen csillapított konstrukcióról van szó, ez teszi lehetővé az esetenkénti rezonanciafrekvencia alatti működést is. A sávszűrő karakterisztika pedig azt jelenti, hogy az átvitel felfelé is korlátozott, voltaképp a dobozunk csak egy-két oktáv lesugárzására képes. Szubbasszus sugárzó céljára pont erre van szükség.
      Még valami miatt azért lehet okunk némi izgalomra: egyáltalán alkalmas-e kedvenc hangszórónk erre az üzemmódra? A program erre is ad választ, kiszámolja az EBP (Efficiency Bandwidth Product) értékét. Ezt mi is megtehetjük:

EBP=F_O/Q_es.

Ha az érték 50 alatti, minden bizonnyal szerencsénk lesz, 50 körül még jó eséllyel pályázhatunk, de ha sokkal magasabb, akkor a reflex, ill. hatodfokú konstrukcióhoz alkalmas inkább.

Lássunk neki a feladatnak. A „New project...” menüpontban válasszuk az „Own drivers” gombot, a legördülő menüből pedig aktuális kedvencünket. Ezután jöhet a „Next”. A következő ablakban további kérdéssel szembesülünk: hány darab hangszórót kívánunk felhasználni, és milyen elrendezésben? Mivel most csak egy darab hangszórónk van, különösebb töprengésre nem kényszerülünk. „Next”. Menten feltűnik a „Box type” ablak, az EBP értéke is megjelenik. Mivel valamivel 50 felett van, nyugodtan próbálkozhatunk. Jelöljük is ki mindjárt a „4th order bandpass” opciót, azonnal be is ugrik az elrendezés ábrája. Jöhet a „Finish”.
Az elsőként megjelenő átviteli görbe nem igazán tetszetős, különösen riasztó a „Box” fülön kiszámolt dobozméret. Kicsit játszogassunk el a paraméterekkel. A vázlatrajzra húzva az egérmutatót, lehet gyűrni a dobozt. Bal gomb: vízszintesen a kamratérfogat, függőlegesen a hangolási frekvencia változtatható, Jobb gombbal nyilván csak a hátsó, zárt kamra méretét módosíthatjuk. Kis játék után ezt az eredményt kaptam:

A számított átviteli görbe

Jól látszik, hogy a -6 dB-es pont kb. 43 Hz-en van, a hullámosság nem haladja meg a 3 dB-t, az átvitel pedig nagyjából 200 Hz-ig biztosított, innen már bizonyára szólnak a kis számítógép-hangszórók is. Nézzük a további jellemzőket:

A fázistolás

Hát igen, a fázistolás elég ronda. A 180 fokot is csak 90 Hz-nél éri el. Ez sajnos a sávszűrős cuccok sajátsága, mentségemre legyen, hogy most nem hifi dobozt szeretnék tervezni.
Nézzük végül a csoportfutási időt:

A csoportfutási idő karakterisztika

Jól látszik, hogy a 17 ms-os csúcs 55 Hz-re esik, a másik, 6,4 ms-os 145 Hz-en van. Ez nem is rossz, mármint a mértéke. A hatodfokú láda ennél sokkal visszataszítóbb dolgokat is tud művelni.
Lássuk a medvét: hogyan alakul a doboz?

Doboz jellemzők

Méretek számítása

Reflexcső számítása

      A méretek kellemes képet mutatnak, a teljes térfogat mindössze 14 liter. Ebből a program optimalizálja a külméretet, aminek azért érdemes utánaszámolni. A műhelyemben volt némi hulladék egy 12 mm-es MDF-táblából. Ezt szemeltem ki a doboz anyagául. A „Box shape editor” ablakában a „Board thickness”-re megadtam a 0,012-t. Különösebben ezoterikus külsőt sem szerettem volna, tehát a „Box shape” sorban maradhat a „Cubic (normal)” opció. A doboz egyébiránt az íróasztalom alatt fog lakni, így a hagyományos szögletes-párhuzamos oldalú konstrukció a megfelelő.
      Látszik, hogy a program szépen kiszámolja a külméreteket, kis gondolkodásra csak a kamramagasságok értékei adhatnak okot. Mivel a hangszóró-membrán nem teljesen sík, érdemes az elválasztó pozícióját kicsit korrigálni. Feltűnhet még, hogy a számolt mezőben az előző ablakhoz képest fejreáll a doboz, erről a tervezés során nem szabad megfeledkezni.
      Néhány szó a reflexkamra hangolásáról. Újfent hangoztatom, hogy nem szeretném a dobozt falbontásra használni, ezáltal a konstrukció és a felhasznált anyagok jelentős egyszerűsítésekre adhatnak lehetőséget. A klasszikus reflexcső-anyag a PVC-lefolyócső, persze, ha valaki nem kíván gyári reflexcsöveket beszerezni. Nekem viszont nagyon beváltak a konyhai alufólia-tekercsek papírhengerei. Belső átmérőjük 25 mm, megfelelően merevek és könnyen méretre vághatók. A doboz nyílásába való rögzítésük sem okozhat gondot, egyszerűen beragaszthatók bármilyen faragasztóval.
      Nézzünk meg egy példát. Próbálkozzunk először egy darab csővel. Ennek hosszára 26 mm adódik, a levegősebesség a csőben 0,1 mach. Ezt még ugyan zölddel írja ki a program, tehát használhatónak minősíti, de van lehetőség a jobb megoldásra. Próbáljuk meg két csővel! Ekkor 71 mm-re nő a csövek hossza, ugyanakkor a légsebesség már csak 0,03. Tovább növelve a csőszámot, méreteik drasztikusan hosszabbodnak, 3 db-nál már 116 mm-re. Ez összemérhető a rendelkezésre álló hellyel, nem beszélve arról, hogy jelentős térfogatot foglal el a dobozból.
      A végső konstrukció a következőképpen fest: az oldalfalak és az alaplap, valamint az elválasztó stabilan össze vannak ragasztva. Természetesen nem szabad megfeledkezni arról sem, hogy a megfelelő nyílásokat az összeállítás előtt kialakítsuk. Az előlapra kerül a két reflexnyílás, a hátlapra a csatlakozók, az elválasztóra a hangszóró nyílása és a felerősítő csavarok furatai. A doboznak nyilvánvalóan valahol bonthatónak kell lennie, hogy a hangszóróhoz a későbbiek során is hozzá tudjunk férni. Én a fedőlapot alakítottam ki csavarozhatóra. Az oldallapok mentén körben négy keményfa lécet ragasztottam fel, erre csavarozható fel 3-as forgácslapcsavarokkal a fedőlap. A tömítésekről sem szabad megfeledkezni. Az éleket gondosan körültapasztottam sziloplaszttal, a bontható elemek alá (hangszóró, fedőlap) Monacor gyártmányú, egyik oldalán öntapadós tömítőcsíkokat ragasztottam fel.
      Nagyon fontos a doboz megfelelő csillapítása. A zárt doboz lazán kitölthető szálas csillapítóanyaggal, pl. műszálas vatelin, vagy ipari vatta, a felső kamra oldalai szivaccsal ragaszthatók le, de, mint a nagyobb doboz leírásánál szeretnék kitérni rá, a hagyományos 1-1,5 mm-es filc is jó szolgálatot tehet.

      A csillapításon sok múlik, ha sikerül megfelelően eltalálni, az átviteli görbe csúcsait is vissza tudjuk vágni egy kicsit, egyenletesebb lesz a frekvenciamenet.
      Végezetül a doboz némi esztétikai pofozáson is keresztül esett, a külső lapok feketére pácolt tölgyfurnér-borítást kaptak, majd az egészet aeroszolos lakkal lefújtam.
      Az összeszerelés után nem maradt más hátra, mint a hozzá való teljesítményerősítő elkészítése. A fiókban hevert néhány őskövület TBA 810-es. Ezek egyikét szántam a rendszerhez. Egy darabig használtam is, de idővel elkezdett rondán sutyorogni. Amúgy sincs túl jó véleményem a típusról, gyári készülékekben is tapasztaltam már a bezajosodás jelenségét. Most egy TDA 2030-as végfok teljesít szolgálatot, maximális megelégedésemre.

A tapasztalataim. A kis doboz a gyakorlatban jól bevált. Számítógépemhez remekül használható, mind háttérzenéhez, mind programok effektjeihez. Nagyon jól adja a Train Simulator basszusait is, de DVD-lejátszáskor is megállja a helyét. Egyébként kipróbáltam korábbi otthoni hangrendszeremhez is, a TVM Mirror SE hangszóróimat is rendesen megtámogatta az alsó tartományban. Valójában az az érzésem, mintha sokkal mélyebbre menne, mint az a számított karakterisztikáiból következik. A WinISD beta programban egyébként elrejtettek egy kis hanggenerátort is, ezzel lehet próbálkozni a doboz minősítésekor.
Befejezésül álljon itt két kis kép az elkészült dobozról.

A kész doboz levett tetővel

Külső nézet

Irodalom
___
Hang és Technika 1999. 5. szám

Lap tetejére

<< Vissza

Kezdőlapra