A hangsugárzók, mint elektromechanikai átalakítók
2015 Május 12. (Kedd)

A hangsugárzó rendszerrel szemben ugyanolyan minőségi követelményeket támasztunk, mint a hangátviteli lánc bármely más tagjával szemben:

1. Egyenletes frekvencia-átvitel
2. Minimális torzítás
3. Jó tranziens átvitel
4. Megfelelő irányjelleggörbe
5. Jó hatásfok

A jelenleg használt hangsugárzó rendszereknek két fajtáját ismerjük, a hangsugárzókat és a fejhallgatókat. Míg a hangszórókat önmagukban nem tudjuk megszólaltatni, a fejhallgatók önálló hangrendszert alkotnak. A hangszórók segédeszközei: Hangfalak, Hangdobozok.

A hangszórók és a sugárzást javító segédberendezések együttesével szemben módosulnak a minőségi követelmények is:

• Elérhető legyen a szélessávú frekvencia-átvitel.
• Rövid berezgési és lecsengési idővel rendelkezzen.
• Az együttes önrezonanciája minél kisebb legyen.
• Nagy hatásfokkal működjön.

Ezeket egy hangszóró magában nem teljesíti, ezért van szükség a sugárzórendszerre, vagyis többutas kialakításra.

 

 

A korszerű hangtechnikában használt hangsugárzókban, akár fejhallgatók vagy hangszórókról legyen szó, kizárólag dinamikus elven működő típusokat használnak. Mély-, közép- és magashang-sugárzásra egyaránt, permanens mágneses dinamikus hangszórókat alkalmaznak.

 

Az erős gyűrű alakú permanens (vagyis állandó) mágnes, mágneses teret kelt a gyűrű alakú légrésben, amelyben a lengőtekercs szabadon mozog. Ez a tekercs a széle mentén rugalmasan központosítva van a dugattyúszerűen mozgó membránhoz erősítve. A membrán általában papírtölcsér. Ha a lengőtekercsen hangfrekvenciás áramot vezetünk keresztül, az áram hatására keletkező mágneses erőtér kölcsönhatásba kerül a permanens (állandó) mágnes erőterével. Ennek hatására a hangfrekvenciás feszültség pillanatról pillanatra változó polaritásától függően, a mágnest vagy befelé húzza vagy kifelé löki magából a tekercset. Tehát elkezd mozogni a membrán ki-be, megfelelően a megszólaltatott hang teljesítményével, amit aztán vagy kibír, vagy nem. A tekerccsel együtt a hozzá rögzített papírmembrán is követi az áram változásait. A membrán dugattyú módjára hat a környező levegőre, tehát nyomáshullámokat kelt maga előtt és mögött. Olyan ez, mint a mikrofon membránjára ható, eredeti hangrezgés. Így tehát a hangfrekvenciás áramváltozások mechanikai hangrezgésekké alakulnak. És megszólalhat a hangszórónk. A membrántölcsér átmérőjétől és alapterületétől függően különböző frekvenciás sávok lesugárzására alkalmas. Vagyis a nagy membránból lesz a mélyhang-sugárzó, a közepesből a középhang- és a kis membránátmérőből a magashang-sugárzó.

Frekvenciatartományuk 300-5000 Hz között legyen a lehető legkisebb nemlineáris torzítás mellett. Ehhez fontos, hogy a membrán átmérője ideális mérettel, 150-200 mm-es átmérővel rendelkezzen. Rezonanciafrekvenciája a lineáris sugárzási tartomány alsó határfrekvenciájánál kisebb legyen. Szélesebb hangsugárzási szög érhető el ovál hangszóróval, amit egy hangfalba célszerű függőleges nagytengellyel beépíteni.

 

A legnagyobb kisugárzott frekvencia hullámhosszához képest mindig nagyobb méretű membránnal rendelkeznek. Ez erős hangnyaláboláshoz vezet. Többutas hangszóró-rendszerekben ezért mindig több magashang-sugárzót használnak, amelyek egymáshoz képest különböző irányba sugároznak. Ezekre jellemző, hogy merev, könnyű membránúak, impregnált papírból, műanyagból, esetleg alumíniumból préselve készülnek. Viszonylag nagy rezonanciafrekvencia, ami legalább egy oktávval kisebb a kisugárzott frekvenciasáv alsó határfrekvenciájánál. Terhelhetőségük típustól függően 1-5W.

 

 

Háromféle elv szerint alakítják ki. Lehet zárt doboz, reflexnyílásos doboz és akusztikai labirintus. Manapság legelterjedtebb a teljesen zárt, belül csillapítóanyaggal töltött doboz, amelyekbe vagy szélessávú hangszórókat egyutas rendszerben, vagy különféle mély-, közép- és magashang-sugárzókat építenek. Hátránya, hogy zárt dobozban az önrezonanciája a dobozba zárt levegő rugalmassága miatt megnő, aminek hatására csökken a mélyhang-átvitel.

A hátoldal lezárása elvileg teljesen megszünteti az akusztikai rövidzárat, viszont a bezárt levegő rugalmas hatást gyakorol a membránra. A hangfal méretének növelésével elvileg elérhető egy olyan határ, amikor már nem befolyásolja lényegesen a dobozba zárt légtömeg a visszatérő erőt és így nem emelkedik jelentős mértékben az önrezonancia-pont sem. Ehhez a megállapításhoz a membránfelfüggesztés rugalmas visszatérő erejének nagyságát kellene ismerni, aminek a mérése egyszerű módon nem végezhető. Azokon a frekvenciákon, ahol a doboz párhuzamos oldalainak a távolsága azonos méretű a hullámhossz felének egész számú többszörösével, állóhullámok keletkezhetnek, amelyek az átviteli egyenletességet csúcsokkal és völgyekkel törik meg. Ezért kell a belső teret 40-50mm vastag vatta vagy habszivacs réteggel akusztikailag csillapítani. Fontos, hogy a hangfal oldalfala legyen eléggé vastag és merev, különben a hangnyomás miatt rezegni fog. Ezzel a szigeteléssel viszont a membrán által befelé sugárzott nyomást elnyeljük, emiatt a hatásfoka a felére csökken, vele együtt a kisugárzott hangteljesítmény is. Cserébe viszont nagy mennyiségben gyárthatók és összeszerelésük egyszerű.

Általában a hangfal előlapján, ahol a hangszóró is van, alakítanak ki nyílást. A rezonanciafrekvencia annál kisebb, minél nagyobb a doboz térfogata és minél nagyobb a reflexnyílásban lévő légtömeg. A reflexnyíláson át a dobozban összenyomott levegő a membrán hátrafelé mozgásakor kiegyenlítődhet. Ilyenkor a doboz rezonátorként is működik, vagyis saját rezonanciafrekvenciája van ebben a rendszerben. A mélyreflex-dobozt úgy kell méretezni, hogy a rezonanciafrekvenciája azonos legyen a hangszóróéval. Azaz, legyen egymásra „hangolva”. Optimális impulzusátvitel és frekvenciamenet úgy lehet, ha a dobozba zárt levegő rugóállandója egyenlő a hangszóró membránfelfüggesztésének a rugóállandójával, valamint a hangszóró és a doboz önrezonancia-pontja azonos legyen. Ha ez így teljesül, akkor a reflexnyílásban lévő levegőtömeg egyenlő a membrán tömegével. Ebben az esetben a mélyreflex-doboz rezonanciafrekvenciája lezárt nyílásnál a hangszóró rezonanciafrekvenciájának √2-szerese.

 

Több önálló hangszóróból állnak, amelyeket egy hangfal foglal egységbe. Erre akkor van szükség, ha széles frekvenciasávban akarunk egyenletes intenzitással hangot sugározni. A Hi-Fi hangszórórendszereknél alapvető követelmény, hogy a 20-20.000 Hz közötti frekvenciákat ±6dB tűrésen belül egyenletesen adják vissza. Erre egy hangszóró nem képes, mert a torzítás minimális szinten tartása egy hangszóróval nem valósítható meg. A különböző hangszórókat frekvenciaváltókkal kapcsolják össze. Ezek biztosítják, hogy az adott frekvenciaszakaszban sugárzó hangszóróra főként csak az ide tartozó hangfrekvenciák jussanak. Lehetnek 6, 12 vagy 18 dB/oktáv meredekségű frekvenciaváltók.