Hangszórók direktivitása és modellezése
2025.09.10.
Az audió jel a mikrofon és a hangszóró között egydimenziós elektromos jelként viselkedik, a hangszóró felületén azonban újra kilép az általunk érzékelt háromdimenziós térbe és hanghullámként terjed tovább. A hangsugárzás térbeli jellege nagymértékben befolyásolja a frekvenciaválaszt a hallgatási pozícióban, vagyis azt, amit a szobában hallunk.
Direktivitás nem más, mint a hangsugárzás térbeli jellegének változása a frekvencia függvényében. Például egy falba épített 10 cm-es membránátmérőjű hangszóró 1 kHz-ig minden irányba egyforma intenzitással sugároz, 1 kHz-től felfelé azonban a sugárzás intenzitása oldalirányban fokozatosan csökken. Azt a frekvenciát, ahol az intenzitás oldalirányú csökkenése elkezdődik, a hangszórómembrán kiterjedése határozza meg.
Az irányítottság kialakulása és változása konstruktív (erősítő) és destruktív (kioltó) interferenciának köszönhető. Tengelyirányhoz közel és alacsony frekvencián a membrán felületéről kilépő hanghullámok egymást erősítik (konstruktív interferencia, kis fáziskülönbségek). Egy adott frekvencia felett azonban oldalirányban a membrán felületéről kilépő hanghullámok fokozatosan kioltják egymást (nagy fáziskülönbségek).
A következő szimuláció egy végtelen falba épített (elméleti) hangszóró adott irányhoz tartozó frekvenciaátvitelét (normalizált hangnyomás-frekvencia görbéjét) jeleníti meg.
Szimulációban alkalmazott egyszerűsítések
A modellben szereplő hangszóró kör alakú, sík felületű és minden pontja azonos fázisban rezeg. Rezonanciáktól, felső és alsó határfrekvenciától eltekintünk. Az előlap és a doboz éleinek hatását (baffle step) nem tartalmazza a modell (a szimulációban az előlap lényegében egy végtelen fal vagy egy olyan kiterjedésű fal, aminek hatása elhanyagolható a hangfrekvenciás tartományban).
Valódi hangszórók irányítottsága magasabb frekvenciatartományban a modelltől eltérhet: egy adott frekvencia felett a membrán egyes részei (körgyűrűi) már nem azonos fázisban rezegnek, ezáltal a sugárzási felület fokozatosan csökken. Ezenkívül a membrántölcsér geometriája is befolyásolja az átvitelt.
Paraméterek
A nulla fokos szög a hangszóró tengelyét, azaz a fal síkjára merőleges irányt jelöli. Az irányfüggő normalizált hangnyomás görbe jelentése kettős: egyrészt jelenti az eltérést a nulla fokhoz tartozó tengelytől, másrészt tekinthetjük a fenti feltételeknek megfelelő ("elméleti") hangszóró frekvenciaátvitelének.
Mit hallunk? Az adott irányhoz tartozó frekvenciamenetet vagy a kisugárzott hangteljesítményt?
Szabadtéri körülmények között az adott irányhoz tartozó frekvenciamenet számít, a hangteljesítmény pedig teljesen lényegtelen. Szobában a hangszóróhoz közel szintén a kiválasztott szögnek megfelelő frekvenciamenet számít. Ha távolodunk a hangszórótól, akkor az átvitel a hangteljesítmény görbéhez kezd közelíteni.
Modell érvényessége (szimuláció és valóság)
Az egyszerűsített modell egészen addig a frekvenciáig érvényes, amíg a hangszóró minden pontja azonos fázisban rezeg, azaz az első membrán rezonanciáig. Ez a frekvencia a membrán geometriájának, anyagának és átmérőjének függvénye. Általában a kónuszos hangszórók rendelkeznek egy membránszél rezonanciával is, ami 1 kHz és 2 kHz között mérhető, ez azonban nem befolyásolja a hangszóró iránykarakterét.
Egy rövid összefoglaló a hangszórómembránban keletkező rezonanciákról, valamint a frekvenciaválaszra és iránykarakterisztikára gyakorolt hatásukról: Geometrical Stiffness of Loudspeaker Cones (angol nyelvű pdf, FINECone végeselem szimuláció).
Megjegyzés: általában a 45°-os irány jó becslést ad a hangszórók kisugárzott teljesítményéről, a 20°-30° irány pedig a beltéri frekvenciaátvitelről.
Támogatott böngészők
Legkisebb támogatott verzió:
| Chrome | Edge | Firefox | Opera | Safari |
| 52 | 14 | 52 | 39 | 10.1 |
További cikkek az oldalon:
Hangszóró direktivitás modellezése (Excel)
Mi történik a jellel mintavételezés közben?
