Erősen szubjektív kérdés, kinek milyen hangzás tűnik jónak/rossznak. Néha egymással tökéletesen ellentétes véleményekkel találkozhatunk ugyanarról a készülékről, hangzásról, koncertről, tökéletes hajtóerőt adva végtelenül reménytelen vitákhoz. De szerencsére vannak stabil kapaszkodóink, amik objektivitást, tényszerűséget hoznak a témába. Milyen technikai elvárásoknak kell megfelelnie egy lejátszó rendszernek ahhoz, hogy magas minőségről beszélhessünk? A High Fidelity és a házimozi világában semmilyen szabvány nem rögzíti a hangzással kapcsolatos műszaki elvárásokat, gyakorlatilag szabad rablás zajlik a zavaros, általában hiányos műszaki specifikációkat fegyverként, vagy éppen félrevezetésként használva.
A gyakran HiFi szabványként emlegetett, de sokszorosan elavult német DIN 45500 standard 1973-ban íródott. Már akkoriban sem volt túl szigorú, a benne rögzített elvárásokat a mai berendezések könnyedén teljesítik, ezért minőségi szelektálásra önmagában alkalmatlan. Nem is igazán tekinthető technikai dokumentumnak, inkább a High Fidelity-t, mint akkoriban születő új piaci kategóriát próbálta definiálni. Azóta nem készült még csak hasonló szabványügyi előírás sem a témában, ám a Pro Audio világban többféle viszonyítási pontot is rögzítettek, ha nem is szabványként, de ajánlásként. Ezek egyik legfőbb kezelője és alkotója a Európai Műsorsugárzók Uniója, a European Broadcasting Union (EBU). A Listening conditions for the assessment of sound programme material (lehallgatási feltételek hangzó műsoranyagok értékeléséhez) elnevezésű dokumentumuk a 90-es évekből származik, de ma is aktuális. Bár elsősorban hangstúdiók lehallgatási körülményeit tárgyalja, nyilván sok iránymutatása érvényes a HiFi rendszerekre is, még ha ezeket az elvárásokat otthoni környezetben általában nem is sikerül teljesen megvalósítani.
A hangzó műsor esztétikai, művészeti, technikai minőségének bizonyos aspektusait csak a zenehallgató ember képes megítélni, ezek műszerrel és hagyományos méréstechnikai eszközökkel (egyelőre) nem mérhetők. Hogy magabiztos, elfogulatlan ítéletet tudjunk alkotni egy hangélményről, kedvező körülményeket kell biztosítanunk a lehallgató helyiségre és a lejátszó rendszerre vonatkozóan is, de az alább tárgyalt paraméterek befolyásolják a zenehallgatás, filmnézés szubjektív élményszintjét is.
A hallgatási körülmények minőségét a hangsugárzók által a hallgató fülének magasságában (1,0 - 1,2 méterrel a padló felett), a hallgatási pontban létrehozott hangtér tulajdonságai jellemzik. Ezek főbb összetevői a direkt hang, illetve a korai és késői visszaverődések, melyek időzítés és frekvenciafüggőek. A direkt hangra kizárólag a lejátszó rendszer, azon belül leginkább a hangsugárzók képességei vannak hatással, a helyiség akusztikai jellemzői, a létrehozott visszaverődések, visszhangok nem befolyásolják. Visszaverődések alatt a teret határoló felületekről és a helyiségben elhelyezett tárgyakról visszapattant hanghullámokat értjük, amelyek a direkt hanghoz képest különböző mértékű időbeli késéssel érkeznek a hallgatóhoz. Az első megszólalás utáni 15 ms-on belül érkeznek meg a korai visszaverődések, utánuk a késői visszaverődések. Ajánlások szerint az akusztikai visszaverődések összesített hangnyomás szintjének legalább 10 dB-lel a direkt hang szintje alatt kell lenniük 1 kHz és 8 kHz közötti frekvencia tartományban. Ez a paraméter alapvető hatással van a lehallgatás során elérhető felbontásra, dinamikára és részletességre.
A zenehallgatásra használt helyiség falfelületein, berendezési tárgyain megszülető korai visszaverődések hatása megfigyelhető a válaszgörbéken kiemelések és kioltások formájában, ezek teszik csipkézetté az ideális esetben egyenes vonallal leírható frekvencia választ. Hangstúdiókban a hallgató előtti keverőpult felülete a korai visszaverődések egyik potenciális forrása, lakószobákban a hangsugárzókhoz és a hallgatóhoz közeli felületek okozzák ugyanezt a hatást. A visszaverődéseknek kellő mértékűnek és egyenletes eloszlásúnak kell lenniük az idő és a frekvencia függvényében egyaránt. Az utózengési idő (RT60 - Reverberation Time) a hangtér egyik fontos jellemzője; azt az idősávot határozza meg, amely alatt a hangnyomás szintje a hangforrás elhallgatását követően 60 dB-t csökken a helyiségben. Általában a lecsengés kezdeti időszakában 5 - 25, illetve 5 - 35 dB közötti hangnyomás csökkenési sávban mérik (T20, T30), majd ebből számolják az RT60 értéket, mivel utóbbit önmagában nehézkes mérni, igen hangos hangforrás szükséges hozzá. A zenehallgató szobák utózengési idejét 1/3, vagy 1/1 oktávos szűréssel mérjük, lehetőleg a zenehallgatáshoz használt hangsugárzókat használva hangforrásként. Az utózengési idő frekvenciafüggő, egyetlen számmal pontosan nem írható le, de van névleges értéke (Tm), ami a - zenehallgatásnál különösen kritikus - 200 Hz és 4 kHz közötti 1/3 oktávos sávokban mért RT értékek matematikai átlaga.
Az utózengési időnek hangstúdiók lehallgató helyiségeiben és zenehallgatásra használt, kisméretű (100 m3 alatti) szobákban 0,2 - 0,4 másodperc közé kell esnie, az ideális érték a helyiség méretétől és funkciójától függően változik. A 63 Hz és 8 kHz közötti frekvenciatartományban 1/3 oktávos sávokban mért RT értékeknek be kell férniük az alábbi ábrán látható tűréshatárokba. Kerülni kell a utózengési idő hirtelen változásait a frekvencia függvényében, a szomszédos oktávok RT értékei közötti különbség nem lehet nagyobb 10 %-nál. Amennyiben ez nem teljesül, durván megváltozik a hangzó anyag hangszíne és belső megszólalási arányai.
Tolerancia az utózengési időben
Másik fontos paraméter a hangsugárzók és a helyiség kölcsönhatása során, illetve a lehallgatási körülmények értékelésében a hallgatási pontban előállított, frekvenciafüggő hangnyomásszint, vagy frekvenciaválasz görbe, aminek elfogadott tűréshatárait az alábbi ábra mutatja. Lm itt a 200 Hz és 4 kHz közötti középfrekvenciájú 1/3 oktávos sávok hangnyomás szintjeinek középértéke. A tűréshatárokat minden csatornánál külön-külön kell betartani. Sztereó és több csatornás hangreprodukció esetén fontos, hogy az egyes csatornák önálló válasza szorosan illeszkedjen egymáshoz.
Tolerancia a frekvenciaválaszban
Ezt a tűréshatárt alacsony frekvenciákon néha igen nehéz betartani, különösen kis méretű helyiségekben. Szakszerű akusztikai kezeléssel, illetve a hangsugárzók és a hallgatási pozíció körültekintő meghatározásával általában teljesíthető a feladat, de néha elektronikus korrekcióra (kiegyenlítésre, ekvalizálásra) is szükség lehet, ha más módszerrel nem érhető el a válaszgörbe megfelelő linearitása. Ezt a korrekciót a hangsugárzók, erősítők átviteli paramétereinek módosításával, vagy más berendezések (EQ, DSP) segítségével is el lehet végezni. A reprodukció minőségének védelme érdekében az elektronikus korrekciót körültekintően és visszafogottan kell paraméterezni, célszerű csak az alacsony frekvenciasávban (300 Hz alatt) alkalmazni, sztereó rendszerben mindkét csatornát egyformán beállítani.
A lehallgatási hangerő, vagy a lejátszó rendszer érzékenysége megfelelő beállítása szorosan összefügg a rendszer dinamika-megjelenítő képességével. Beállítását csatornánként külön kell végezni, analóg rendszereknél -9 dB kivezérlési szintű (ITU–R ajánlás), digitális rendszerekben -18 dBFS (teljes skálájú digitális szint) (EBU R68 műszaki ajánlás) jelszintű rózsazaj tesztjellel. A csatornák erősítését úgy kell beállítani, hogy az (A súlyozással, lassú átlagolással mért) RMS hangnyomásszint a hallgatási pontban:
LLISTref = 85 - 10 log(n) dB(A)
ahol n = a csatornák (hangsugárzók) száma.
Ez 2 csatornás rendszer esetében 82 dB(A) SPL, 5 csatornás rendszernél 78 dB(A) SPL. A csatornák saját hangnyomásszintjei és érzékenységük közötti különbség nem haladhatja meg az 1 dB-t, sztereó rendszereknél ez különösen fontos elvárás a megfelelő térhatás érdekében. Az erősítés 10 dB-lel való növelésével elvileg 100 dB(A) feletti hangnyomás szint is elérhető lenne, de ez a lakóterekre jellemző akusztikai körülmények és a HiFi rendszerek fogyatékai miatt a gyakorlatban általában teljesíthetetlen elvárás.
Hangstúdiók lehallgató helyiségeiben a háttérzajra vonatkozó előírás, hogy az épületen belül üzemelő berendezésekből, vagy külső forrásokból származó, folyamatos akusztikus háttérzaj hangnyomásszintje (RMS, Slow lassú átlagolás mellett) a hallgatási pontban, a padlótól 1,2 m magasságban mérve lehetőleg ne haladja meg a NR10 értéket, illetve semmilyen körülmények között ne haladja meg a NR15 ajánlott értéket, különösen pulzáló, ciklikus jellegű zajok esetében. Városi környezetben lévő helyiségeknél ezeket az értékeket sajnos gyakran túllépjük.
Elfogadható háttérzaj határértékei (1/1 oktávsávos hangnyomás értékek)
A hangforrások és a hallgatási pont elhelyezése kritikus jelentőségű. A hangsugárzók akusztikai középpontjának magassága 1,0 m, a környező felületektől mért távolsága minimum 1,0 m legyen! Dőlésszögeiket úgy kell beállítani, hogy akusztikus sugárzási tengelyük találkozzon a hallgató fülével (e szabály alól néhány speciális hangsugárzó kivételt képezhet). A hangsugárzók és a hallgatási pont között semmilyen tárgy nem akadályozhatja a hang terjedését, de ez inkább 150 Hz felett lényeges, a szubsugárzók működési tartományában kevésbé szigorú előírás.
A sztereó rendszer csatornái közötti késleltetési időkülönbség nem haladhatja meg a 100 µs -t. A következő ábra a fenti kitételből következő, sztereó rendszerekre érvényes elhelyezési szabályokat mutatja.
Sztereó lehallgatási rendszer javasolt elrendezése
A hangsugárzókat a középtengelyhez képest szimmetrikusan és a hallgatótól azonos távolságra kell elhelyezni. A hallgatási terület közepén elhelyezkedő referencia hallgatási pozícióból nézve az optimális rálátási szög a hangsugárzókra 60°, ebből következően a hallgatási távolság h ≈ 0,9 b legyen! A hangsugárzók egymástól mért távolsága essen 2 és 4 m közé! A hallgatási terület sugara (rL) jellemzően 0,6 - 0,8 m, ami lefedi a hangtechnikai munkavégzés és a zenehallgatás közbeni testmozgás terét is. A megfelelő sztereó térhatás érdekében a hallgatói pozíciót a hangsugárzókat összekötő egyenes vonalra merőleges középtengelyen kell elhelyezni.
A hallható frekvencia tartomány legalsó részének, az alsó oktávok hangjának reprodukálása szubsugárzókra is bízható. Ennek legfőbb előnye, hogy a szubsugárzó elhelyezésénél nem kell betartani a sztereó hangsugárzókra érvényes fenti szigorú szabályokat, illetve csökkenthető a frontsugárzók kabinetjének és hangszóróinak mérete, az alsó oktáv(ok) lesugárzásától mentesített hangszórók alacsonyabb torzítással is működnek. A szub- és frontsugárzók közötti optimális keresztváltási frekvencia számos tényezőtől függ, többek között a hangszórók elhelyezésétől, a helyiség akusztikájától és az elvárt frekvenciamenet karakterisztikájától. Hogy a szubbasszus hangok forráshelye hallás alapján ne legyen megállapítható, a frontsugárzóktól távolabb elhelyezett szubsugárzóknál alacsonyabb keresztváltási frekvencia ajánlott.
A lehallgatási környezet minőségét a hallgatási területen, a hallgató fülének magasságában létrehozott hangmező tulajdonságai határozzák meg. Erre alapvető hatással van a helyiség mérete. Referencia szintű körülményekhez szükséges minimális alapterület 40 m2, de megfelelő minőségű jellemzők már 30-40 m2 között is elérhetők. Az alacsony frekvenciás problémák (módusok, állóhullámok) egyenletes eloszlása érdekében a helyiség arányainak bizonyos határokon belül kell maradniuk. A hossz/magasság és a szélesség/magasság arányok tekintetében a következő határértékeket kell betartani:
1,1xW/H ≤ L/H ≤ 4,5xW/H - 4
L < 3xH
W < 3xH
ahol L = hossz, W = szélesség, H = magasság
Kerülni kell, hogy a helyiség méretei és azok egész számú többszörösei egymáshoz képest 5% eltérésen belül legyenek.
A helyiségnek akusztikailag szimmetrikusnak kell lennie a hallgatási tengelyre nézve. Ez a követelmény nemcsak a geometriára, hanem a felületek visszaverő képességére is vonatkozik, különös tekintettel a hangsugárzók és a hallgatási pont közelében lévő felületekre. A hangelnyelő és hangvisszaverő felületek helyét a falakon, mennyezeten és a padlón úgy kell megválasztani, hogy elkerüljük a csörgő visszhangok és zavaró elsődleges visszaverődések kialakulását. A szobában lévő tárgyaknak, szerkezeteknek nem szabad a szoba saját utózengési idejénél hosszabban és annál hangosabban rezonálniuk. A helyiségbe bejutó zajok, lég- és testhangok gátlásánál is figyelembe kell venni a háttérzajra vonatkozó fenti határértékeket.
A hangsugárzókra vonatkozó műszaki követelményeket teljesítő típusok még nem feltétlenül alkalmasak referencia minőségű lehallgatásra; kiválasztásukhoz, megítélésükhöz szubjektív meghallgatásra is szükség van. A hangsugárzókon végzett méréseket jellemzően visszhangmentes, akusztikailag erősen csillapított helyiségekben végzik, ahol a környezetnek nincs számottevő hatása a mérési eredményekre. A mérési távolságot a hangsugárzó mérete és fizikai kialakítása határozza meg, de ideális esetben meg kell közelítenie a felhasználásra jellemző hallgatási távolságot. Ez alól kivételt képez az abszolút frekvenciaálasz mérése, amit jellemzően a hangsugárzótól 1 m referencia távolságban végeznek. A méréshez használt eszközök elektromos paramétereinél 0,2 dB mérési pontosságot kell elérni, akusztikai paramétereknél a mérési hibának a teljes tartományban 1 dB-nél kisebbnek kell lennie. Célszerű időablakos, kapuzott (Gated) mérési eljárásokat alkalmazni.
A hangsugárzó frekvenciaválasz görbéjének 1/3 oktávos sávokban, 40 Hz és 16 kHz közötti frekvenciatartományban 4 dB-es tűréstartományon belül kell lennie. A sugárzási tengelyhez képest 10° és 30° vízszintes irányszögben mért frekvenciaválasz értéke nem térhet el a tengelyen mért frekvenciaválasztól 4 dB-nél nagyobb mértékben. A sugárzási maximumnak minden frekvencián a főtengely irányába kell esnie. A hangsugárzó diszperziójának, irányfüggő sugárzásának szimmetrikusnak kell lennie a főtengelyre nézve. Aszimmetrikus kialakítású hangsugárzók esetében a sztereó párnál tükörszimmetriát kell alkalmazni a kabinet kialakításánál és a hangszórók elhelyezésénél.
A harmonikus torzítást fix feszültségű szinuszos jelekkel mérik 90 dB SPL átlagos hangnyomásszint mellett a teljes hallható frekvenciatartományban. Egyik felharmonikus összetevő sem haladhatja meg a -30 dB (3%) értéket 40 és 250 Hz között, illetve a -40 dB (1%) értéket 250 Hz és 16 kHz között. Az intermodulációs torzításra vonatkozó előírások egyelőre nem egységesek. A lecsengési idő (ts) a megszólaláskor létrehozott hangnyomás meghatározott töredékére csökkenésének ideje, méréséhez változó frekvenciájú burst jeleket alkalmaznak. A hangsugárzó lecsengési ideje másodpercben kifejezve nem haladhatja meg a következő határértéket:
ts ≤ 2,5/f
ahol f a vizsgált hang frekvenciája. Pl. 100 Hz esetén a maximálisan megengedett lecsengési idő 25 msec.
A dinamika-tartománnyal összefüggő maximális hangnyomásszint (Leff-max), amit a hangsugárzó legalább 10 percig képes termikus, vagy mechanikai károsodás, illetve a túlterhelés elleni védelem aktiválása nélkül előállítani. Minimálisan elvárható értéke 1 m távolságból, RMS (lassú üzemű) hangnyomásméréssel 108 dB SPL.
A lejátszó rendszer saját zajszintjét (Lnoise) a hangsugárzó sugárzási tengelyén, a hangforrástól 1 m távolságban, A-súlyozással (RMS, slow) kell mérni, legnagyobb megengedett szintje minden frekvencián 10 dB(A) SPL.
Amennyiben minden felsorolt paramétert, tűréshatárt sikerül teljesítenünk, komoly esélyük van magas minőségű lehallgatásra, de ezek a paraméterek a sikernek nem garanciái, csupán feltételei.
Források:
EBU Tech. 3276 – 2nd edition May 1998
[1] IEC Publication 225 (1966): Octave, half–octave and third–octave band filters intended for the analysis of sounds and vibrations
[2] ITU–R Recommendation BS.645: Test signals and metering to be used on international sound programme connections
[3] EBU Technical Recommendation R68: Alignment level in digital audio production equipment and in digital audio recorders
[4] EBU document Tech. 3282: Alignment signals for digital coding levels and listening conditions – Handbook for the EBU R–DAT alignment tape
[5] IEC Publication 651 (1979, 1993): Sound level meters
[6] IEC Publication 268: Sound system equipment. Part 1 (1985): General; Part 5 (1989): Loudspeakers.
[7] EBU Technical Recommendation R37: The relative timing of the sound and vision components of a television signal
[8] ITU–R Recommendation BS.708: Determination of the electro–acoustical properties of studio monitor headphones
[9] IEC Publication 581: High fidelity audio equipment and systems; minimum performance requirements. Part 10 (1986): Headphones
