Házi-mozi hangsugárzók elhelyezése és a szoba akusztikai kölcsönhatásai

Egy megfelelő hanghűséget reprodukáló sokcsatornás házi-mozi hangrendszer felállítása nem egyszerű feladat. Ez a cikk a címben jelzett műszaki és gyakorlati kérdésekkel foglalkozik, melyeket érdemes megfontolni, ha el kívánjuk érni az említett célt.


Beszerezni és összekábelezni a házi-mozi hangrendszer berendezéseit bizony csak a sokcsatornás hang előállítása jelentette feladat egy része. Ez a cikk a hangsugárzók elhelyezésével és az azokat körülvevő felületek akusztikai hatásával foglalkozik.

A műsorforrások (DVD lemez, TV adás, stb.) hangját úgynevezett hangprodukciós stúdiókban állítják elő. Ha szeretnénk nagyjából ugyanazt a hangélményt reprodukálni, amit a hangmérnök hallott a műsor keverésekor, akkor célszerű, ha a házi-mozi hangrendszer felépítése is lehetőleg a sokcsatornás hangprodukciós stúdiók szabványos előírásait követi.

A hangvisszaverődések negatív hatása

Elsősorban a hangsugárzók alacsony-frekvenciás átvitele szempontjából kritikus a közelükben lévő falak vagy más visszaverő felületek távolsága. Ha egy hangsugárzót egy fal elé állítunk, akkor az abból kilépő tipikusan 1 kHz alatti hanghullámok minden irányban terjedve eljutnak a hátfalhoz is, s innen visszaverődnek a hallgatási pozícióba is (az ábrán piros nyíl jelzi a visszavert hangot). Ez a visszavert (reflektált) hang összeadódik a hangsugárzóból közvetlenül a hallgatási helyhez irányuló direkt hanggal (ezt jelzi az ábrán a zöld nyíl).

Elso_kiolt.JPG
Ha a visszavert hang által bejárt teljes út megegyezik a hang hullámhosszának (hang sebességének és frekvenciájának hányadosa) felével, akkor ez a reflektált hang és a direkt hang pont ellen-fázisba kerülnek (a köztük lévő fáziseltérés pont 180 fok lesz) és gyengítik egymást. Vagyis ha a hangsugárzó előlapja egy adott frekvencián pont negyed-hullámhossz távolságban van a hátfaltól, akkor ezen a frekvencián felléphet egy igen jelentős kioltás, ami nagyon komolyan lerontja a hangsugárzó amúgy egyenletes alacsony-frekvenciás átvitelét. Az ábra melletti táblázat felsorolja, hogy milyen hátfali távolságok milyen frekvenciákon okoznak kioltásokat. A kioltási frekvencia ki is számolható az fc = c/4D képlettel, ahol „c” a hang sebessége 344 m/sec, D a hátfal távolsága a hangsugárzó előlapjától.

Hogy a kioltás milyen mértékű az attól függ, mekkora a reflektált hang amplitúdója (energiája) a direkt hanghoz képest, vagyis nagyban befolyásolja azt a visszaverő felület nagysága és hangvisszaverő képessége. Egy biztos, ha egy ilyen kioltás hallható, akkor ezt nem lehet semmiféle hangszínszabályzással (EQ-val) helyrehozni, mivel a hiányzó szint pótlásával mind a direkt, mind a reflektált hang energiáját egyformán növeljük, s a kettő összege továbbra sem változik.

Nemcsak a hátfali visszaverődések okozhatnak azonban a hangsugárzók frekvencia-átvitelében kioltásokat. A padlóról, plafonról és oldalfalakról, valamint bármely más nagyobb hangvisszaverő felületről a hallgatás helyére a direkt hanghoz képest fél hullámhossznyi késéssel érkező reflektált hang is kioltást eredményez. A kioltás frekvenciája ki is számolható: fc = c/2(Dr-Dd), ahol „c” a hang sebessége, „Dr” a hangsugárzó és a hallgatási pont távolsága a visszaverő felület érintésével, „Dd” a hangsugárzó és a hallgatási pont közvetlen távolsága.

Törekedni kell tehát arra, hogy a hallgatás helyén minél több direkt hangot halljunk hangrendszerünk hangsugárzóiból, és minél kevesebbet a más felületekről visszaverődő hangokból. A hangsugárzók megfelelő elhelyezésével a visszaverődések megszüntethetőek illetve csökkenthetőek.

A határoló felületek hatása

Ha egy hangsugárzót egy szilárd, a hullámhosszhoz képest nagy hangvisszaverő felület – mondjuk egy fal – mellé állítunk, akkor a sugárzási tér úgymond megfeleződik, és a hangsugárzó által lesugárzott amplitúdó (hangenergia) megduplázódik (a szint +6 dB-vel növekszik). Ez a gyakorlatban a középfrekvencia alatti (1 kHz alatti) tartományban érvényesül a falba épített hangsugárzónál éppúgy, mint a közvetlenül a fal elé helyezettnél. A tipikusan a padlóra és a fal elé állított mélynyomót két felület is határolja, ami +12 dB amplitúdó emelkedést okoz. Minden esetben kompenzálni kell ezt az amplitúdó-kiemelést, ha egyenletes és természetes frekvencia-átvitelt akarunk elérni.

 

A szimmetrikus elrendezés fontossága

A legtöbb esetben, olyan helyiségben (nappaliban, szobában, használaton kívüli garázsban, pincében vagy padlástérben) kerül a házi-mozi felállításra, ami nem kifejezetten erre a célra épült. Eltekintve attól, hogy a helyiségnek bizonyos akusztikai követelményeknek is meg kéne felelnie (nem túl nagy utózengési idő, az állóhullámok és a csörgő visszhang minimalizálása) , a helyiség alakja és a berendezési tárgyak (bútorok, nyílászárók, térelválasztók) elhelyezkedése is közvetlenül befolyásolja reprodukált hang minőségét.

Az első általános szabály, hogy az adott helyiségben és berendezési tárgyak között a házi-mozi hangrendszert lehetőleg szimmetrikusan kell elrendezni, a hallgatási pont és a center sugárzó közötti képzeletbeli vonalhoz, a továbbiakban középvonalhoz viszonyítva. Vagyis a középvonaltól két oldalra lehetőleg egyforma távolságban legyenek a helyiség oldalfalai, melyek célszerűen nagyjából azonos méretűek és szerkezetűek. Nem szimmetrikus ugyanis, ha például a középvonaltól egyik oldalra csak egy keskeny gipszkarton pengefal, vagy egy javarészt üvegfelületű térelválasztás helyezkedik el, míg a másik oldalra egy szilárd vakolt téglafal van.

Lehetőleg a bútorokat és más nagyobb felületű berendezési tárgyakat is a középvonalra szimmetrikusan kell elhelyezni. Helytelen például, ha egyik oldalon végig könyvespolcok állnak, a másik oldalon pedig csupasz a fal.

Rossz: aszimmetrikusan elhelyezett berendezési tárgyak a hangsugárzók alkotta körben_BR_Jó: szimmetrikusan elhelyezett berendezési tárgyak a hangsugárzók alkotta körön kívül
Rossz: aszimmetrikusan elhelyezett berendezési tárgyak a hangsugárzók alkotta körben_BR_Jó: szimmetrikusan elhelyezett berendezési tárgyak a hangsugárzók alkotta körön kívül


A szimmetriára azért van szükség, mert a reflexiók teljes elkerülése lehetetlen, s ha már vannak, akkor el kell érni, hogy a visszaverődési távolságok azonosak legyenek akár a helyiség bal, akár jobb oldaláról érkeznek a hallgatási pozícióba. Ha ugyanis minden felénk irányuló hangsugárzó mellé más-más visszaverődések társulnak, lehetetlen lesz a hangcsatornákban azonos frekvencia-átvitelt elérni a hallgatás helyén, márpedig ez lenne a cél.

A direkt hanghoz képest nagy amplitúdójú korai reflexiók ráadásul nemcsak a frekvencia-átvitelben okozhatnak kioltásokat, de megmásíthatják a térbeli információk koherenciáját és a hangforrások helyzetének (lokalizációjának) érzékelését is. Ennek elkerülése érdekében a hangsugárzók és a hallgatási pozíció közötti térből, ha lehet minden hangvisszaverő felületet el kell távolítani, de legalábbis minimalizálni kell azokat. Az a jó, ha a hangsugárzók alkotta körben nincs semmi nagyobb felületű hangvisszaverő felület, különösen a hangsugárzókhoz vagy a hallgatási helyhez közel.

A hangsugárzók ajánlott elhelyezése

A hangprodukciós stúdiókban az ITU–R BS.775–1 számú szabvány ajánlásának megfelelően rendezik el a hangsugárzókat, s bár egy házi-moziban ennek követése nem mindig lehetséges, de mint a bevezetőben említettük mégis érdemes erre törekedni. Az ajánlás szerint a hallgatási pont körüli 2 és 4 méter közötti (ezt az ajánlást az ITU-R BS.1116–1 tartalmazza) sugarú kör mentén kell elhelyezni a hangsugárzókat. Ami a hallgatási pozícióból, mint csúcspontból kiinduló elhelyezési szögeket illeti, a vízszintes síkban 60 fokos szöget kell bezárniuk a front bal és jobb hangsugárzóknak. A középvonal centerhez mutató egyenesét 0 foknak tekintve a két hátsó hangsugárzót 100 és 120 fok közé kell elhelyezni. Ha kettőnél több további hátsó sugárzót használnak, akkor azokat szimmetrikusan a középvonaltól 150 és 160 fokra kell elhelyezni (ha csak egyet, akkor azt pont 180 fokra).

Az ajánlás szerint a hangsugárzók pontosan a képzeletbeli kör mentén kerülnek elhelyezésre. Ez azért fontos, hogy elkerüljük az egyes csatornák közötti amplitúdó és jelkésleltetési eltéréseket. Például, ha egy hangelem (mondjuk egy autó hangja) a jobb csatornából a centeren át a bal csatornába megy át, és a center hangsugárzó 2,5 centivel előrébb vagy hátrébb van a körívben meghatározott pontos helyéhez képet, akkor 500 Hz-en egy amplitúdó eltérés lép fel a hallgatás helyén az említett csatornák eltérő távolságából adódó különböző jelkésleltetés miatt. Az ITU lehetővé teszi, hogy a center hangsugárzót a bal és jobb oldali front hangsugárzók közötti egyenesre helyezzük, de ez esetben a center csatorna hangját a kellő mértékben késleltetni kell, hogy mindegyik csatornából azonos időben érkezzen a hang a hallgatási pozícióba. A hallgatás helyéhez képest eltérő hangsugárzó távolságokból adódó késleltetési és amplitúdó eltésérek ugyan a hangrendszer elektronikájával (például az AV erősítővel) ugyan kompenzálhatóak, de a hangsugárzók sugárzási karakterisztikájának távolságtól függő eltérései sajnos nem.

A front hangsugárzók akusztikai sugárzási irányának (az un. axisnak) az ITU ajánlás szerint a padlótól 1,2 méterre, az ülő hallgató fülmagasságában kell lennie. Ez a magasság azért is jó választás, mert mind a padló, mind a mennyezet elég távol vannak a hangsugárzóktól ahhoz, hogy az azokról származó korai visszaverődések problémát okozzanak.

Az emberi fül és agy vízszintes síkban viszonylag pontosan képes érzékelni a hangok irányát, függőlegesen viszont ez a lokalizációs képességünk sokkal pontatlanabb. Ezért a front bal és jobb valamint a center hangsugárzók magasságbeli elhelyezése közötti eltérése a hallgatási ponthoz viszonyítva akár 7 fok is lehet. Mivel a hátulról érkező hangok helyét még kevésbé tudjuk meghatározni, ezért a hátsó hangsugárzók a frontsugárzók magasságához képest maximum 15 fokkal magasabban is lehetnek. Ennél nagyobb magasságbeli eltérés már a front és hátsó hangkép valamint a surround hangtér koherenciájának megbomlását eredményezheti.

A fentiekből adódik, hogy például akusztikailag nem hangáteresztő vetítővásznat alkalmazva a center hangsugárzót célszerűbb e fölé, mint alá elhelyezni. A vászon alá helyezett center hangsugárzó ugyanis túl közel kerülne a padlóhoz, és az arról érkező korai reflexiók a kritikus középfrekvenciás tartományban elszínezik a hangot. A vászon felett elhelyezett center ugyan a mennyezethez lehet közel, de itt sokkal könnyebb megfelelő hatásfokú hangcsillapítással csökkenteni a reflexiókat.

A hangsugárzókat elhelyezve azokat a hallgatási pontra kell irányozni. Ha valamilyen nagyobb hangvisszaverő felület hatásának elkerülése miatt, vagy például a vetítővászon mérete és magassága okán a hangsugárzókat 1,2 méternél valamivel magasabbra kell elhelyezni, akkor azokat a hallgatási pozíció felé kell dönteni.

 

Elhelyezési megoldások a gyakorlatban

Most lássuk, hogyan helyezhető el egy 5.1 diszkrét hangcsatorna megszólaltatására szolgáló házi-mozi hangrendszer, mely öt hangsugárzóból, mélynyomóból és a basszushangokat leválasztó úgynevezett mély-hang menedzsmentből áll. Ez utóbbi irányítja át az öt fő csatorna mély-hangjait és a .1-dik csatorna mély hatáshangjait (LFE) a mélynyomóhoz. Tegyük fel, hogy a 85 Hz-es úgynevezett keresztváltási frekvencia alatti hangokat a mélynyomó állítja elő.

Először is, a mélynyomó hangszórómembránja és a mögötte lévő fal közötti távolság ne legyen több 60 cm-nél, mert különben egyenetlenné válik a vele előállított 85 Hz alatti frekvenciatartomány. Magát a mélynyomót ne pont a szoba két oldalfala által meghatározott középvonalába, hanem attól eltolva minimum 30 cm-re kell elhelyezni, mert így elkerüljük, hogy az a keresztirányú állóhullám nyomásminimum pontjába kerüljön.

Balra: ITU R BS.775-1 elrendezés, minden hangsugárzó a fal előtt_BR_Jobbra: ITU R BS.775-1 elrendezés, minden hangsugárzó legalább 1,1 méterre a mögötte lévő faltól
Balra: ITU R BS.775-1 elrendezés, minden hangsugárzó a fal előtt_BR_Jobbra: ITU R BS.775-1 elrendezés, minden hangsugárzó legalább 1,1 méterre a mögötte lévő faltól


Három gyakorlati megoldás kínálkozik arra, hogy a többi öt fő hangsugárzó a lehető legzavartalanabbul reprodukálja a 85 Hz feletti hangtartományt.

Az első és legjobb megoldás a hátfali reflexió okozta kioltás megszüntetésére, ha a hangsugárzó előlapjának és a hátfalnak a távolságát nullára csökkentjük, azaz a hangsugárzót beépítjük a falba. Ez a megoldás kíván némi szakértelmet, és persze költségei is vannak.

A második legjobb megoldás, ha a hangsugárzót a lehető legközelebb helyezzük a hátfalhoz. Így az első reflexió okozta kioltás frekvenciája feljebb tolódik. Mivel a hangsugárzók a frekvencia növekedtével egyre kevésbé sugároznak hátra is hangot, azaz irányítottabbá válnak, ezért csökken a hátfali reflexió mértéke is. Mindez persze a nagyon kisméretű hangsugárzókra nem igaz, sőt ezeknél a kioltás az alsó-közép és középtartományba feltolódva még sokkal zavaróbbá válik. Amennyiben a hangsugárzó előlapjának távolsága a hátfaltól 20 cm-en belül van, akkor a kioltások frekvenciája 430 Hz fölé kerül. Ezen frekvenciákon a hullámhosszal összemérhető nagyságú előlappal rendelkező hangsugárzók már elég irányítottak, a hátrasugárzás már nem okoz komoly kioltást, s így a legtöbb esetben frekvencia-átvitelük alig változik.

A harmadik lehetőség, hogy a hangsugárzót oly messze helyezzük a hátfaltól, ami a kioltás frekvenciáját már az adott hangsugárzó által előállított hangok alsó határfrekvenciája alá kényszeríti. Esetünkben legalább 1,1 méterre eltávolítva a hangsugárzókat az összes mögöttük lévő faltól a kioltási frekvencia (85 Hz) alá kerül, amit már azok nem produkálnak. Ezzel a megoldással természetesen az összes többi visszaverő felület kerül közelebb, és ezek reflexiói válhatnak meghatározóvá. A házi-mozikban alkalmazott nem túl nagyméretű úgynevezett “szatellit” hangsugárzókhoz leginkább ez az elhelyezési megoldás javasolt. Vagyis egy nagyobb nappaliban, a határoló falaktól lehetőleg távol kell létrehozni egy kis „házi-mozi szigetet”, melynek hallgatási helyét szorosan veszik körül a hangsugárzók.

A hangsugárzók és a helyiség közötti kölcsönhatások akusztikai finomítása nagyon fontos, mert a hangrendszer teljes spektrumára érvényes frekvencia-átvitel kioltásoktól való mentesítése nélkül az egyes csatornák hangerőszintjei beállításának sincs értelme.

Kapcsolódó szakcikk:

A házi-mozi helyiség optimális méretarányai

Vélemény, hozzászólás?

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük

Ez a weboldal az Akismet szolgáltatását használja a spam kiszűrésére. Tudjunk meg többet arról, hogyan dolgozzák fel a hozzászólásunk adatait..