A kielégítő mennyiségű és minőségű mély-hang egy házi-moziban legalább olyan fontos, mint a kép. Hogy ezt elérjük, ismerni kell a kisfrekvenciás hangok viselkedését. Ebben az írásban igyekszem összefoglalni mindazt, amit erről tudni érdemes.
A mély-hangok olyanok, mint a só. A mély-hangok nélkül megszólaló zenéből vagy filmhangból fontos, érzelmileg meghatározó élmények hiányoznak, úgy mint a sótlan ételből azok az ízek, amelyeket a só hoz elő. Ahogy viszont a túl sok só is elronthat egy finom ételt, úgy a túl sok mély-hang is tönkreteheti a hangélményt. Sokan azt hiszik, elég egy vagy két jó nagy mélynyomó (subwoofer) a házi-mozi szobában és azok majd biztosítják a jó „ütős” basszusokat. Nos, ez tévedés. A túl sok és sok esetben torz basszus első hallásra talán hatásos, de az ilyen mennyiségű és minőségű mély-hang gyorsan fárasztóvá válik, ráadásul meghamisítja a film eredeti hangjának megszólalását.
Az akusztikai körülmények fontossága
Egy házi-moziban a megfelelő mennyiségű és minőségű mély-hang szempontjából meghatározóak a szoba alakja, arányai és mérete, valamint az alacsony hangfrekvenciák alkalmas csillapítása, vagyis az akusztikai körülmények.
A tipikusan 200 Hz alatti hangfrekvenciákon a hanghullámok hossza összemérhető a házi-mozi helyiség méreteivel. (Néhány tipikus hangfrekvencia és hullámhossza: 200 Hz/1,72 m, 100 Hz/3,44 m, 50 Hz/6,88 m, 20 Hz/17,2 m) Ezeken a kis hangfrekvenciákon (vagyis nagy hullámhosszokon) a zárt helyiségben rezonanciák keletkeznek, úgy mint egy hangszer testében. A rezonanciafrekvenciákon, vagy másként a szoba rezgés-módusain létrejövő állóhullámok nemkívánatos hatásával és a házi-mozi helyiség optimális méretarányainak megválasztásával egy külön cikkben már foglalkoztam.
A jelenség lényege, hogy a házi-mozi helyiség egymással párhuzamos falai, padlója és plafonja között az egymással interferáló beeső és visszaverődő hangok bizonyos rezonanciafrekvenciáin állóhullámok jönnek létre. Az állóhullámok hatására a helyiség meghatározott pontjain hangnyomás minimum illetve maximum helyek alakulnak ki. A mélynyomó elhelyezése szempontjából fontos, hogy a vele gerjesztett hangok lehetőleg ne az állóhullámok ilyen extrém hangnyomású helyein történjen, mert az csak segíti kialakulásukat. Az állóhullámok hatását akár magunk is érzékelhetjük, ha egy bizonyos mély-hangból a szoba adott pontján túl kevés van, viszont esetleg két lépéssel odébb pedig már túl sok is. Hogy milyen frekvenciákon és hány rezonancia alakul ki a házi-mozi helyiségben az függ annak méretarányaitól, és az egymással szemben lévő visszaverő felületek távolságától. Minél kevesebb számú rezonancia lép fel a helyiségben, annál jobban hallható hatásuk, s ez sajnos inkább a kisebb szobákra jellemző.
Az állóhullámok nemkívánatos hatása a mély-hangok csillapításával csökkenthető, és egy igényesen tervezett és kivitelezett házi-moziban minden esetben alkalmaznak legalább a legkritikusabb rezonanciákra ható hangelnyelést. A szokványos „1/4 hullámhosszú basszus csapda” hatalmas helyigénye miatt többnyire nem használható. Egy ilyen szerkezetnek – ami a levegő mozgási energiáját a benne alkalmazott ásványi- vagy kőzetgyapotban hővé alakítva, jó esetben 95% a hangelnyeléssel és a visszaverő felület (tipikusan a hátsó fal) több mint 66%-át elfoglalva – például az 50 Hz feletti hangok hatásos csillapításához 1,72 méter vastagságúnak kellene lennie. Kisebb szobákban ekkora hely nem vesztegethető el, s ezért ezekben megfelelően tervezett panelrezonátorokkal vagy basszus sarokcsapdákkal lehet csillapítani az alacsony hangfrekvenciák energiáját. Ezek tervezése és kivitelezése viszont szakértelmet igényel.
Ha az állóhullámok kiküszöbölésére nincs a fentiekben leírt lehetőség, akkor egyrészt kerülendő a basszus hangok túlzott használata, másrészt meg kell találni helységben azokat a hallgatásra legalkalmasabb helyeket, amelyeket az állóhullámok okozta negatív hatások a legkevésbé érintenek.
A mély-hangokat leghatékonyabban erre konstruált mélynyomóval (subwoofer) lehet előállítani. Sokak számára talán vonzóak a 3- vagy akár 4-utas „hangtornyok”, bennük esetleg nagyméretű hangszórókkal, de ezek, mint látni fogjuk általában kevéssé alkalmasak a ma már többnyire beépített erősítővel rendelkező (aktív) mélynyomók kiváltására. Érdemes tudni, hogy az otthoni hallgatásra szánt műsorok sokcsatornás hangjának előállítása során a tipikus házi-mozikhoz hasonló hallgatási környezetet utánzó hangprodukciós stúdiókban is mélynyomókat használnak.
A mélynyomó elsődleges funkciója, hogy sok levegő megmozgatásával a hallható hangok legalsó tartományát előállítsa. Ideális esetben erre nagyon kis frekvenciákon (filmeknél 20 Hz felett, zenénél 35 Hz felett), nagy hangnyomással és kis torzítással képes. A nagy hangnyomáshoz elvileg nagy teljesítményű erősítő kell, az igazán alacsony hangfrekvenciák előállításához pedig egy nagy házba épített, nagy membránátmérőjű vagy nagy membránkitérésű hangszóró szükséges. Az viszont már nem olyan egyszerű, hogy egy mélynyomó hangos ÉS az igazán kisfrekvenciákon alacsony torzítású hangot produkáljon. Az akusztikailag gyengébb hatásfokú mélynyomó konstrukciókba hiába építenek nagy teljesítményű erősítőt, az akár halkabb is lehet, mint egy jól felépített, de kisebb teljesítménnyel meghajtott mélynyomó.
Sajnos a legtöbb gyártó nem adja meg, hogy mélynyomója milyen hangnyomás előállítására képes. A hangosság eme decibelben (dB) mérhető paraméterének hiányában kénytelenek vagyunk a mélynyomó meghajtására szolgáló maximálisan ajánlott vagy a bele épített erősítő teljesítményéből, valamint a benne alkalmazott hangszóró membránátmérőjéből következtetni annak hangerejére.
A megfelelő hangosságú mélynyomó kiválasztásának kiindulópontja a házi-mozi helyiség mérete (pontosabban annak köbtartalma), és figyelembe kell venni a hallgatási távolságot is. Az alábbi táblázat azt adja meg, hogy egy adott köbtartalmú helyiséghez mekkora hangnyomás előállítására képes mélynyomó szükséges, illetve minimálisan milyen paraméterekkel kell, hogy rendelkezzen megfelelő hatásfokot biztosító akusztikai felépítés mellett.
A táblázatban foglalt adatok arra az esetre vonatkoznak, ha az adott méretű helyiségben egy mélynyomót alkalmazunk. Amennyiben két azonos mélynyomót használunk a házi-mozi helyiségben, azok együttesen kétszer nagyobb hangnyomás (+6 dB) előállítására képesek. Vagyis a nagyobb, 115 köbméter feletti helyiségekben az egy nagyobb mélynyomó kiváltható két kisebb teljesítményű és membránátmérőjű mélynyomóval. Persze a megszólalás dinamikájának mindig jót tesz és a torzítás szempontjából is hasznos, ha a választott mélynyomó többre képes, mint ami az adott szobában minimálisan szükséges.
A házi-mozi hangsugárzók gyártói tisztában vannak vele, hogy a legtöbb házi-mozi hangrendszerben alkalmaznak mélynyomót, ezért bár sokuk kínál 3- vagy akár 4-utas „hangtornyokat”, de ezeket többnyire nem az igazán nagy intenzitású basszusok előállítására tervezik és konstruálják. A legtöbb ilyen hangsugárzó általában képes ugyan a 35-40 Hz reprodukálására, de a relatíve kis membránátmérők miatt nagy hangerőn már jelentős torzítással állítják elő ezeket a hangokat.
A hangok irányérzékelésében a hallható hangok legalsó két oktávja nem játszik szerepet, a 80 Hz alatti hangfrekvenciák megszólalásának helyét, irányát nem tudjuk meghatározni. Ezek a hangok tehát a házi-mozi helyiségben bárhonnan szólhatnak. A fentiek teszik lehetővé a mély-hangok úgynevezett átirányítását.
Többnyire az AV erősítők és előerősítő-processzorok funkciója a „Bass Management”, azaz a mély-hangok átirányítása. Az eljárás során a hangforrás öt (vagy hat, esetleg hét) fő hangcsatornájának teljes sávszélességű audiojeleit az úgynevezett keresztváltási frekvenciáknál (továbbiakban keresztváltás) szétválasztják. A felső sávokat külön-külön az egyes csatornákhoz tartozó hangsugárzók állítják elő, míg az alsó sávokat együtt az úgynevezett kisfrekvenciás effektek (LFE) hangcsatornájának hangjaival a mélynyomó reprodukálja.
A fenti ábrán egy tipikus „Bass Management” funkció megvalósítása látható. Ebben a fő hangcsatornák jelei egy összegző áramkörben egyesülnek az LFE csatorna jeleivel, majd egy a keresztváltás feletti frekvenciákat levágó, de az ez alatti alacsony frekvenciákat átengedő, úgynevezett alul-áteresztő szűrőn (pirossal jelölve) át jut az összes basszushang jele a mélynyomóhoz. Eközben a többi öt hangsugárzóhoz a keresztváltás fölötti jeleket átengedő, de az ennél alacsonyabb frekvenciákat levágó úgynevezett fölül-áteresztő szűrőkön (kékkel jelölve) át csak a magasabb frekvenciájú jelek jutnak el.
Általában a 125 köbméternél kisebb házi-mozi helyiségben egy mélynyomóval jól megoldható a mély-hangok előállítása. Célszerű, ha mind az öt fő hangsugárzó csak a kisfrekvenciáktól megszabadított hangokat állítja elő, s az alsó két oktávot (20-80 Hz) a mélynyomó reprodukálja. Így az egyenletes kisfrekvenciás-átvitel érdekében elérhető, hogy a basszusok forrásának megfelelő elhelyezésével optimalizálni lehet a kisebb méretű helyiségben szükségképpen fellépő állóhullámok gerjesztését.
A mély-hang átirányítás keresztváltási frekvenciájának megválasztása egy kompromisszum. Ha a keresztváltást 80 Hz fölé választjuk, akkor a mélynyomó hangja kezd lokalizálhatóvá válni, s ez esetben az már nem kerülhet túl távol a front (bal/center/jobb) hangsugárzóktól. Kisméretű, szatellit hangsugárzók alkalmazása esetén tipikusan 120 Hz keresztváltást választva tehát a mélynyomót a frontsugárzóktól maximum 2 méter távol szabad elhelyezni. 80 Hz alá, legfeljebb 60 Hz-re csak akkor válasszuk a keresztváltást, ha a mélynyomót a frontsugárzóktól nagyon távol, a helyiség valamelyik oldalfalánál vagy annak hátsó felében tudjuk csak elhelyezni. Amennyiben a helyiség mérete meghaladja a 175 köbmétert és benne elegendően nagy hangnyomás, valamint legalább 30 Hz előállítására alkalmas front hangsugárzókat alkalmazunk, akkor a mélynyomó elhelyezkedésétől függetlenül is választhatjuk 60 Hz-re a keresztváltást.
A fentieket persze csak akkor tehetjük meg, ha erre alkalmas a mély-hang átirányítást megvalósító AV erősítő vagy előerősítő-processzor. Az olcsóbb AV erősítőkben azonban csak fix, általában éppen 80 Hz-es keresztváltás alkalmazható az összes hangsugárzó útban, s ez többnyire a „nagy” vagy „kicsi” (Large/Small) hangsugárzó beállítással választható ki. „Large” beállításban kikapcsolódnak a fölül-áteresztő szűrők a hangsugárzó utakból (ezt csak akkor tanácsos választani, ha nincs mélynyomó a hangrendszerben), míg „Small” beállításban bekapcsolódnak az említett szűrők és az alacsony frekvenciájú hangjelek átirányításra kerülnek a mélynyomóra.
Néhány régebbi AV erősítőben vagy előerősítő-processzorban az LFE csatorna keresztváltás feletti hanginformációi elvesznek, amennyiben azok nincsenek hozzákeverve a front bal/jobb hangsugárzó-utakhoz (az ábrán látható módon). Ezért is kell óvatosnak lenni a 80 Hz alatti keresztváltással. A Dolby és a DTS ezért ajánlja a hangmérnököknek, hogy a kevert hang az LFE csatornában 20 – 80 Hz közötti sávszélességre korlátozódjon.
A mélynyomó(k) elhelyezése
A mélynyomó által keltett alacsony frekvenciájú, azaz nagy hullámhosszú hangok akusztikai viselkedését jelentősen befolyásolja, hogy hol helyezzük el azt az adott helyiség falaihoz képest. Ezért a mélynyomó megfelelő helyének megtalálása nem könnyű. Érdemes több pozíciót kipróbálni, és megfontolni az alábbiakat.
A mélynyomó az általa előállított frekvenciákon megkétszerezett (+6 dB) hangnyomást produkál egy felületre – tipikusan a padlóra – helyezve, ahhoz képest, mint amit a felületek által nem határolt térben például egy ideális süketszobában sugározna le. Ha a padlón álló mélynyomót ráadásul még fal mellé is állítjuk, a hangnyomás szintje tovább duplázódik (+12 dB), sarokban pedig már megnyolcszorozódik (+18 dB) a hang amplitúdója. Mindez annak következménye, hogy a mély-hangok gömbszerűen minden irányba terjednek, és az egyes falakkal behatárolt sugárzási térrészekben megmarad a hangenergia. Az egyes határoló felületek által megduplázódó hangnyomás előnyös, mert ezt kihasználva kisebb teljesítménnyel és alacsonyabb torzítással lehet basszushangokat kelteni. A mélynyomók tervezői ezt persze ki is használják.
A mélynyomót tehát padlóra és a fal közelében célszerű elhelyezni. Így elkerülhetőek a visszaverődés okozta kioltások is az előállított frekvenciatartományban. A mélynyomót 60 centinél távolabb ne helyezzük a mögötte lévő faltól.
Sokan gondolják, hogy az egy mélynyomó legjobb helye elől, az oldalfalaktól azonos távolságban, a szoba közepén van. Ez a hely azért nem a legideálisabb, mert itt van a keresztirányú elsőfokú állóhullám úgynevezett nyomásminimum pontja, s ezért nem célszerű innen gerjeszteni a mély-hangokat. A középvonaltól bármely irányban kb. 30 cm-re eltolva a mélynyomót már elkerülhető, hogy elősegítsük az adott állóhullám kialakulását.
A két fal és a padló által határolt sarokba helyezett mélynyomó esetén ugyan maximális a mély-hangok lesugárzásának hatásfoka, de ez is az állóhullámok gerjesztési pontja, ezért csak megfelelő basszuscsillapítással rendelkező helyiségben ajánlott ennek alkalmazása. Általában is igaz, hogy az egy mélynyomó teljesen szimmetrikus elhelyezés nem ajánlott, a némileg aszimmetrikus elrendezés csökkentheti az állóhullámok gerjesztését.
Ha helyiségben mérete vagy egyéb okból több mélynyomót használunk, akkor azokat úgy célszerű a falak mentén elhelyezni, hogy azok a helyiség geometriájából adódó leginkább problematikus állóhullámokat lehetőleg kioltsák, azok egyenletesebb eloszlását biztosítsák. Például a szoba sarkaiban elhelyezett mélynyomók a szoba ugyanazon rezgésmódját gerjesztik csak annak ellentétes pontjain egymáshoz képest pontosan 180 fokos eltéréssel, így oltva ki azt. Az első/hátsó vagy oldalsó falak felénél elhelyezett mélynyomók első axiális állóhullámokat, a sarokból a szoba negyedébe helyezett mélynyomók pedig másodrendű állóhullámokat nem gerjesztenek. Ezeket az elhelyezési lehetőségeket érdemes mind megvizsgálni , hogy kiderüljön melyik biztosítja a legjobb általános mély-hang reprodukciót a leginkább problémás állóhullámok kioltásával.
A mélynyomó keltette hang fázisának beállítása az egyik leglényegesebb dolog egy sokcsatornás házi-mozi hangrendszer esetén. A keresztváltási frekvencia körüli hangot ugyanis a mélynyomó és a többi hangsugárzó együtt állítják elő, és amennyiben ezek nem azonos fázisban jutnak el a hallgatás helyére, úgy gyengíthetik egymást, elrontva ezzel a teljes hangrendszer frekvencia-átvitelét. Az esetleges fáziseltérés a mélynyomó elhelyezésétől függ.
A mélynyomók többségén általában csak egy fázisváltó (0-180 fok) kapcsoló van, de az igényesebb modelleken a fáziskésleltetés minimum 90 fokos pontossággal állítható. Vannak AV vevőerősítők melyekben szintén lehet a mélynyomóhoz jutó jel fázisát állítani, sőt olyan is akad, melynek automatikus mérőmikrofonos beállító rendszere maga kontrollálja a helyes fázist.
A továbbiakban lássuk mi módon állítható be jó eredménnyel a fázis egy mélynyomó esetében, ha azt az AV vevőerősítő mérőmikrofonos fáziskiegyenlítő funkcióval nem támogatja. Amennyiben további mélynyomókat is alkalmazunk, azokat az eredmény ismeretében az elsővel azonosan kell beállítani.
A megfelelő fázisbeállítást meg is becsülhetjük. Ha tudjuk, hogy a mélynyomó és a center hangsugárzó azonos távolságban van a hallgatás helyétől, akkor a fázist 0 fokra kell beállítani. Amennyiben a mélynyomó rendelkezik 90 fokos pontossággal állítható fáziskésleltetéssel, és a késleltetési értékek 120 Hz-re vonatkoznak (ez tipikusak mondható), akkor minden további 72 centiméterenként – amennyivel a center sugárzóhoz képest távolabb van a mélynyomó a hallgatás helyétől – +90 fokos fázistolással kell számolni. Vagyis például, ha a hallgatási helytől a mélynyomó 2 – 2,2 méterrel messzebb van, mint a centersugárzó, akkor kb. 3 x 90 fok azaz +270 fok fázistolásra van szükség, ami azonos -90 fok fáziskésleltetéssel.
A fázisbeállítást hallgatással is elvégezhetjük, ehhez legfeljebb valakinek a segítségére lehet szükségünk. Hallgathatunk egy a keresztváltási frekvenciával azonos szinusz mérőjelet vagy egy hanganyagot mély, ismétlődő basszusokkal. Durván állítsuk be a mélynyomót úgy, hogy kb. megfelelően szóljon. Segítőtársunkat kérjük meg, hogy kezelje a mélynyomó fázisbeállítását, mi pedig a hallgatás helyén figyeljük a hatást. Az egyszerű fázisváltó (0-180 fok) kapcsolónál könnyen eldönthető mikor hallunk kevesebb illetve több mély-hangot, s válasszuk az utóbbi beállítást. Ha ennél pontosabban lehet a fázist kontrollálni, akkor keressük meg azt a beállítást, mely a hallgatás helyén a legkevesebb mély-hangot eredményezi. Talán furcsa, de ezt viszonylag könnyű lesz megtalálni, s ez lesz a legrosszabb (180 fokos fáziseltérésű) beállítás. Ezután már csak meg kell fordítani a beállítandó fázist 180 fokkal.
Vannak mélynyomók, melyeknek lehet módosítani a frekvencia-átvitelét is. Ez többnyire a legmélyebb frekvenciák szintjét érinti (Bass Tilt és Bass Roll-Off). Beállításuk arra szolgál, hogy ki lehessen kompenzálni a kisfrekvenciák lesugárzásának egyenetlenségét okozó határfelületek és más tényezők hatását.
A mélynyomó fázisának és frekvencia-átvitelének beállítása után már csak a rendszer kiegyensúlyozása van hátra, melynek célja, hogy minden csatorna a korrekt hangosságszinten szólaljon meg. Fontos tehát, hogy ezzel a beállítással nem a mélynyomó és a többi hangsugárzó hangerejét kell kiegyenlíteni, ami részben akusztikai kérdés és feltételezzük, hogy teljesül, hanem az LFE és a többi csatornát (ami elektronikai kérdés). Ezt a beállítást füllel elég nehéz kivitelezni, de szerencsére az AV erősítők többsége már rendelkezik automatikus, mérőmikrofonos kalibráló rendszerrel.
Kapcsolódó linkek:
Házi-mozi hangsugárzók elhelyezése és a szoba akusztikai kölcsönhatásai
A házi-mozi helyiség optimális méretarányai