Tíz tévhit a hangfal tüskéről

Előszó:

Norman Varney írását a hitelesség kedvéért módosítás nélkül fordítjuk le. Minden igaz amit leír benne, hiszen ezzel foglalkozik. Ami miatt szükségesnek tartottuk az elő, és utószó hozzáfűzéseinket, az, hogy bár rengeteg velő van az írásban amit komolyan kell venni, és értékes információkat közöl, nem mindent úgy használunk a mindennapokban, ahogy Ő a méréseken csinálta. Tényleg érdekes írás, sok tévhitet eloszlat, és gondolatokat ébreszt…

Évtizedek óta a konzumer elektronika vibrációs és hang fejlesztéseivel foglalkozok. Akusztikai mérnökként vibráció csökkentő termékeket gyártok, és úgy vélem, tisztázni kell néhány általános tévhitet, ami a merev anyagból készült hangfal tüskékkel, és készülék alátámasztókkal kapcsolatban kering a piacon. Ezek a vibráció csökkentés professzionális világában nincsenek jelen, a professzionális audió világában ritkák, de rendkívül elterjedtek az audiofil világban.

Számos fizikai, akusztikai és érzékelési diszciplína létezik, de ezek közül én csak az elsődleges hatással foglalkozok, és csak általánosságban. Nem tárgyalom a másodlagos vagy további hatásokat amelyeket okozhatnak. A fizika néhány kulcs fogalmát is tisztázni kell, mert nem mindegyiket alkalmazzák jól, sőt esetenként félremagyarázva tálalják tényként. Helyre fogom tenni ezeket a fogalmakat, de nem tárgyalom az objektív vagy szubjektív hatásokat, csak a leg alapvetőbb fizikai hatásokkal foglalkozok. Fontos dolog, hogy amikor a tüske kifejezést használom, az minden merev anyagú alátámasztásra vonatkozik. A hangfal tüske egyébként ilyen merev eszköz, csak hegyben végződik.

Első tévhit: A tüske leválasztást végez

Nem. A tüske, vagy bármilyen más merev anyag, ami a vibráció forrás és egy másik felület között teremt kapcsolatot, az átviszi a rezgést. Csak két módja van a vibráció csökkentésnek. Az egyik a vibráció útjának megszakítása, a másik pedig a vibráció mechanikus energiájának hőenergiává alakítása egy megfelelően kiválasztott anyaggal.

Az alábbi labor mérés ábrán impulzus kalapáccsal létrehozott leválasztás nélküli rezgés átvitelt lehet megtekinteni.

A lenti ábrán pedig a tömör alumínium alátámasztás rezonancia átvitele látható.

Megfigyelhető, hogy a merev elválasztás nem csillapít, sőt felerősíti a saját rezonancia frekvenciáján az átvitelt. Kimondható, hogy egyes részeken csillapítás, más részeken pedig erősítés történik a merev alátámasztás anyagának, és formájának függvényében. Ezeknek a rezonanciáknak aztán vannak másodlagos hatásai is, amelyek interferenciát okoznak a felületeken konstruktív és destruktív hatás kíséretében. A csatolás módja szinte kiszámíthatatlan, de soha nem semleges. A minőségi hangszigetelő eszközöknek nincs rezonanciája a hallható hang tartományban, és megfelelő anyag felhasználás mellett kiszámítható módon csillapítás érhető el.

Kísérlet:

Egyszerű kísérletet javaslok a jelenség megtapasztalására. Fogjon egy hangvillát, szólaltassa meg, és érintse kemény felülethez. Hallható lesz, ahogy a kemény felület hangot fog kibocsátani. Ahogy a hangvilla rezgése átadódik a felületre, az hangos másodlagos hangforrásként válik hallhatóvá. Kipróbálhatja azt is, hogy ha merev lábazattal épített audió eszközt tesz a hangvillával megrezgetett felületre, annak háza is hangot fog kibocsátani, valószínűleg más tartományon. Ennek oka az, hogy minden merev anyagnak eltérő a rezonancia frekvenciája, ami a sűrűségtől, az alakjától, és a tömegétől fog függeni. Tegyen például szivacsot vagy gumit a hangvilla, és a merev felület közé. Az átadott rezgés kevesebb lesz attól függően, hogy milyen anyagot használ, illetve szerencsés esetben megszűnik. Ha tehát merev anyagot tesz a hangvilla és a felület közé, az át fogja adni a rezgést. Pontosan így tesz a hangfal tüske is.

Második tévhit: A tüske csak az egyik irányba továbbítja a rezgés energiát

Dehogy. Fent már bebizonyítottuk, hogy a merev anyagok milyen jó hatékonysággal továbbítják a vibrációt. Ha az egyik irányba hatékony, az a másik irányba is az lesz, ez egy kétirányú út. Sőt, a rezonancia forrásból származó rezgések visszaverődnek vagy visszacsatolódnak a nyugalmi felületről a rezgés forrására és újabb másodlagos rezgéseket hoznak létre. Nem semmi, ugye? Valós jelenség az, hogy egyes merev lábak, például a kúpok, megfordítva másként hangoznak. Ennek viszont semmi köze nincs az irányított átvitelhez, inkább az alsó és felső érintkező felület megváltozott csillapításához köthető a jelenség.

Harmadik tévhit: A hangfal tüske elvezeti a rezgés energiát

Az elterjedt nézet a következő: A hangszórók által keltett vibráció deformálja a kabinetet annak rezonancia frekvenciáján, és ezek visszajutva a membránra elszínezik a hangot. Tehát ahelyett, hogy a hangfal házban tartanánk a rezgéseket, elvezetjük őket a burkolatból, és máshová irányítjuk át. Egyszerűen át kell vezetni azt egy nagy tömeg felé, ami kapcsolatban van a könnyebb hangfal házzal.

Véleményem szerint ez az inercia blokk elmélet félreértelmezése. Szerintük a vibráció forrásának egy masszív, a forráshoz képest legalább háromszoros tömegű blokkal kell direkt kapcsolatba kerülnie ahhoz, hogy létrejöjjön az energia átadás, és mintegy lefolyón, az energia átfolyik, és nem tér vissza. Nos, ez sajnos nem így működik a gyakorlatban.

Ahogy azt már korábban is elmondtam, a vibrációt megszűntetni csak az átviteli út megszakításával, vagy annak energiáját hővé alakítva lehetséges. Ebben az esetben az energia átadás a blokk felé történik, de azt nem szabad elfelejteni, hogy a rezgések mindkét irányba terjednek, és visszaverődnek. A valódi, tehetetlenségen alapuló blokk rendszer esetében mindig van leválasztás a bázison. Számos alkalmazás módja van a tehetetlenségi blokk leválasztására, de az audió berendezések nem tartoznak ezek közé. Ezeket az eszközöket más módon kell elválasztani.

Kísérlet:

Mint korábban, most is rezgesse meg a hangvillát, és érintse hozzá például a padlóhoz. Megfigyelhető, ahogy a rezgés energiája felerősödik, pedig a padló a hatalmas Föld tömegével érintkezik.

Így válik érthetővé az, hogy a merev csatoló elemek bizony hatékonyan továbbítják a rezgéseket. A két felület direkt összekapcsolása pedig lehetővé teszi közöttük a szabad energia áramlást. Egy könnyű, és egy nehéz anyag merev összekötése tehát nem oszlatja el az energiát. Az elképzelés, miszerint az izoláció bebörtönzi, az összekötés pedig elvezeti a rezgéseket, alapvetően hamis. Amíg a rezgés útja meg nem szakad, vagy át nem alakul más energiává, a vibráció átadódik. A csatoló elemek mindkét irányba továbbítják a rezgéseket, és nem képesek a kabinet rezonancia csillapítására.

Negyedik tévhit: A kis érintkezési felület kevesebb rezonancia átvitelt jelent

Ötödik tévhit: a terhelés kis pontra koncentrálása kevesebb rezonancia átvitelt jelent

Az elmélet miszerint a kisebb érintkező felület kevesebb rezgés átvitelt jelent igaz lehet, de csak abban az esetben, ha a terheléshez megfelelő elválasztást is alkalmazunk. Ez sajnos nem vonatkozik a merev hangfal tüskékre, amelyek a kabinet súlyát négy apró pontra koncentrálják, mert ez hatékony oda-vissza kommunikációs kapcsolatot jelent a felületek között. Kimondható, hogy a kis területre alkalmazott nagy nyomás egyéb leválasztás nélkül nagy energia átadásra képes.

Kísérlet:

A hangvillát rezgesse meg, érintse asztal felületéhez, és figyelje a hangot. Most nyomja oda erősebben a hangvillát a felülethez, és megtapasztalja, ahogy hangosabbá válik a hang. Különböző felületeken elvégezve a kísérletet természetesen a hallható hang is eltérő lesz. Ennek oka a sűrűség a méret és a forma eltérésében keresendő.

Hatodik tévhit: A merev alap befolyásolja a hang fázist

Nem hiszem. Az elterjedt nézet szerint ha a hangfalat tömör alapra helyezi, az a fázist segít koherensen tartani. Először is a merev lábazat nem befolyásolja a kabinet saját természetes rezonanciáját, ezért nem lesz hatása például a magas tartomány fázisra.

Az természetes dolog, hogy a hangfal gyártók mindent megtesznek azért, hogy a kabinet ne rezonáljon nem kívánatos módon. Csillapító és merevítő anyagokat, kereteket építenek be árkategória függvényében.

Másodsorban a magas sugárzó membránjának elmozdulás mértéke mikron nagyságrendű, miközben a külső rezgések magára a hangfalra nagyságrendekkel nagyobb. Csak ismételni tudom magamat. A lábazat bármely formája nem csökkenti a kabinet belső részében létrejövő rezonanciát, csak annyit lehet tenni, hogy ezeket elválasztja a külső hatásoktól.

Hetedik tévhit: A hangfal ház nem rezonál

Márpedig igen. Ha bárki úgy gondolja, hogy az ultra sűrű anyagból épített hangfalház nem rezonál, próbálja meg a hangvillát hozzáérinteni, és meg fogja hallani. Van egy betonból öntött kabinetem, ami kiválóan működik mint másodlagos hangforrás. A hangvillát hozzáérintve annak hangereje 25 dB SPL-lel nő, ha az A hang 440 Hz-es hangoló villáját hozzáérintem. A rezgés mértéke csekély, szemmel láthatatlan, de hallható.

Nyolcadik tévhit: Egyfajta csillapító anyag bármire jól használható

A zaj és vibráció professzionális világában ilyen nem létezik. Bármely izoláló anyag tervezése során kétféle fő szempontot kell figyelembe venni:

1. A tömeg. Ha a tömeg terhelése a csillapító anyagon túl kicsi, vagy túl nagy, az nem képes a funkcióját jól ellátni. Az alkalmazott tömeg figyelembe vételével kell a csillapító anyagot kiválasztani
2. Rezonancia frekvencia. A csillapító anyag saját rezonancia frekvenciájának felette kell lennie a csillapítani kívánt rezonancia legalacsonyabb értékénél. Ez audió alkalmazás esetében 20 Hz-et jelent, de egy lemezjátszó esetében még alacsonyabb is lehet.

Kísérlet:

A hangvillát rezgesse meg, és érintse hozzá az asztallapra helyezett szivacshoz. Fokozza a hangvilla szivacshoz nyomásának erősségét, és a hang változni fog. Ez a kísérlet azt mutatja meg, hogy a csillapító anyag eltérő sűrűség, illetve tömeg hatására hogyan változtatja meg a csillapító képességét.

Minden terheléshez és csillapítani kívánt frekvencia tartományhoz eltérő sűrűségű rugalmas anyagot kell választani ahhoz, hogy az hatékony lehessen. Tévhit az, hogy egyfajta csillapító anyag bármire jól használható. Ha bárhol ilyennel találkozik, annak hitelességét nyugodtan megkérdőjelezheti. Más a helyzet abban az esetben, ha a gyártó mellékel mérési adatokat vagy tanúsítványt a rezgés csillapítás frekvenciájáról és mértékéről.

Kilencedik tévhit: Nem hallható

Dehogynem. Ha egy rezonancia forrást vagy hangfalat jól választ le, a szerkezet többi része elcsendesedik. Mivel a lakóépületek általában kemény csatolásúnak minősülnek, nem szakítják meg a rezonancia átadását. Ennek következménye az, hogy a mélysugárzó a lakás minden szobájában jól hallható. Minden építmény rezonál, ez ellen csak a strukturális rezonanciák átadásának csillapításával lehet védekezni.

Kísérlet:

Ökölbe szorított kézzel ütögesse meg a szoba falát. Úgy fog megszólalni kb. 70 Hz-en, mint egy dob. Jelentős mértékű hatása van, de a frekvencia értékét a fal tömege és anyaga fogja meghatározni, viszont a példa kedvéért maradjunk ennél. Amikor zenét hallgat, és az tartalmazza a példában említett 70 Hz-es hangot (zenében gyakori), akkor felerősíti azt, mert rezonálni kezd. Ugyanígy csinál minden bútor, leginkább a szekrények és asztalok.

Ha tovább boncoljuk a jelenség hatását, az tároló kapacitásként is működik. Eltárolja a rezgéseket, és időben kicsit később „kisül”. Amikor a hangfal már elhallgatott, a falak, és a bútorok tovább „szólnak”, ami rontja a hangzást, mert nem csak a hangfalból érkező hangjeleket hallja. A hang artikulációjához nélkülözhetetlen ennek a hatásnak a megszűntetése. A káros rezonanciák befolyásolják az érzékeny elektronikák hangját. Az elektroncsöves készülékek, a CD lejátszók lézer olvasója, vagy a kontaktusok működését is befolyásoló tényezőről beszélünk, komolyan kell venni.

Tízedik tévhit: Nem mérhető

Gyakran látom azt, ahogy az emberek nem a megfelelő eszközökkel mérik az akusztikus karakterisztikákat, illetve nem a megfelelő módon használják azokat. Még néhány okos telefon alkalmazással is mérhető a hatások egy része, de ez természetesen nem nyújt teljes tájékoztatást a vibráció csökkentés vagy átvitel pontos hatásairól, és nem pótolja a professzionális mérést.

Tippek:

Akár egy ingyenes SPL vagy dB mérő alkalmazás telepítésével is mérhetővé válik a telefonja mikrofonjával a felület által generált rezonancia.

A rezonancia frekvenciák méréséhez RTA alkalmazás használható.

A felület elmozdulásának méréséhez a telefon beépített gyorsulásmérője is tájékoztatást nyújt a megfelelő alkalmazáson keresztül

Remélem, hogy sikerült a legtöbb tévhitet eloszlatnom a hangfal tüskével, és a merev alátámasztás módokkal kapcsolatosan. A hangfal tüskét a Hi-Fi történelmi múltjában arra használták a gyártók, hogy az akkoriban divatos padlószőnyegen vagy kemény padló felületeken ne táncoljanak el a dobozok. Az audiofilek kissé félre vannak vezetve a céljukat illetően. A merev alátámasztás minden esetben ugyanazt a célt fogja szolgálni, mint a húros hangszerekben a híd, ami átvezeti a húr rezgését a hangfal testébe, így létrehozva annak jellegzetes hangját.

Írta: Norman Varney

2022 április

Forrás és képek: Enjoythemusic.com

Utószó:

Eszünkbe nem jut vitába szállni egy rezonancia mérésben járatos szakemberrel, csak ki szeretnénk egészíteni saját gondolatainkkal, illetve fel szeretnénk hívni a figyelmet néhány dologra.

Először is a hangfal tüske gyakorlati szerepére szeretnénk felhívni a figyelmet. Egyre nagyobb teret hódítanak a kabinet alsó részén található kicsatoló nyílások. Ezek szabad légzéséhez nélkülözhetetlen a megfelelő távolság, amit legegyszerűbb módon a hangfal tüske tud biztosítani a gyártó által kiszámított módon.

Másodsorban pedig igen ritka dolog az, hogy a hangfal tüske direkt a padlón állna. Mindig van (vagy legyen) egy alátét alatta, amelynek aljára a gyártó a hangfal súlyát figyelembe véve csillapító anyagot ragaszt gyárilag. Ilyen módon „tudta nélkül” izolációt alkalmaz.

Szóval talán annyira nem sarkos a kérdés, mint amennyire az olvasó gondolja, minden esetre rengeteg igazság van benne. Kell is, mert valódi megoldást nem javasol, ám meg lehet tőle vásárolni…