Cs. Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 424. A hangkar - Hetedik ölelés. Hangkar-hangszedő rezonancia

Amikor két ember egymásra találva szerelmes párrá nemesül, úgy érzik, egy hullámhosszon vannak, minden rezdülésük közös, rezonál a lelkük.

Nem minden rezonancia gonosz; egyébként a fizika egyik alapjelensége a rezonancia. A hangkar rezonanciájáról mégis gyakorta azt olvashatod, hogy az csakis káros jelenség. Ennél azonban – már megszokhattad ebben a sorozatban – összetettebb jelenségről van szó.

Azt már tudod, hogy a hangszedőnek van állórésze és mozgórésze is, a hangszedő egy elektromos generátor. Ha a mozgórész elmozdul az állórészhez képest, akkor a hangszedő kijáratán feszültség mérhető. Ha az állórész mozdul el a mozgórészhez képest, akkor is, hiszen a hangszedő nem azt érzékeli, hogy melyik része a tettes, hanem magát a mozgást alakítja át feszültséggé. Ez akkor is igaz, ha mind a két rész mozog, a hangszedő a különbségre reagál. Mind a két rész mozog például, ha a barázdában ficánkoló tű a tűszárra szerelt tekercset, mágnest, lágyvasasat masszírozza, az állórészt pedig valamilyen egyéb, nemkívánatos behatás. Ennek eredményeként a hangszedő kijáratán e két mozgás eredőjéből származó feszültség fog megjelenni, vagyis a kimenő jel torz lesz. A hangkarra szerelt hangszedő frekvenciamenet grafikonján csak két jellegzetes rezonancia tűnhet föl: alul, jó esetben az infrahang tartományban a hangkar-hangszedő rezonancia 5 Hz és 15Hz között, fölül pedig a tűhegynek és a hanglemeznek közös rezonanciája, általában 10 kHz fölött. Ezeknek a zavaró jeleknek időbeli jellegzetességük, hogy berezegnek és lecsengenek, s ezek üteme más, mint a hasznos jelé, a zenéé, amit éppen élvezni akarnál. A sorozat pszichoakusztikai részeiben részleteztem, hogy a tranziens jelenségekre a hallórendszer nagyon érzékeny, e zavarok elszínezik, maszatolják a muzsikát, s mert fázishibát is okoznak, a hangkép analizálhatósága, s főként térbelisége igen nagy eséllyel romlik. A lemezjátszó szinte minden része rezgésbe hozható, főként, ha a tervezésekor anyagtakarékossági okokból ócska megoldásokat választottak (pl. ún. tojáshéj szerkezet) vagy a gyártás során trehányul, lötyögősen szerelték össze a cuccot. Most azonban csak egyikkel, a hangkar-hangszedő rezonanciával bajlódunk.

A hangkar-hangszedő rezonancia szemléltetésének egyszerű, de közérthető módját választotta Szekeres István, az Analógia blog gazdája.

hhr02

Kicsit átfogalmazva, képzelj el egy piacot, a piacon egy halas standot, a halas standon egy rugós mérleget, és a rugó végén egy halat! Ha a rugó lágy, mondjuk olyan, mint egy golyóstoll rugója, és egy hatkilós pontyot akasztunk rá, akkor nem fog rugózni, mert a ponty lehúzza, és annyi. Ha a rugó merev, mondjuk kábé egy kamion tekercsrugója, és egy snecit akasztunk rá, akkor sem lesz rugózás, mert így a rugó meg sem mozdul. (Itt jut eszembe, aminek a témához semmi köze, hogy néhai ékszerteknőseim imádták a snecit.)

hhr03

A két szélsőség között a hal lágyan ringatózik a rugón. Ennek a le-föl mozgásnak a frekvenciáját a rugó keménysége és a ráakasztott hal tömege határozza meg. A hangszedő - hangkar párosban a hangszedő felfüggesztése a rugó, ennek merevségét jellemzi az engedékenység, amelyet a sorozat 416. részében már bemutattam. A hal tömege pedig a hangszedőre nehezedő hangkar effektív tömeg nevű paramétere. A közös, eredő rezonancia frekvenciáját ez a két adat határozza meg.

A hangkar effektív tömege számított mennyiség. Mértéket befolyásolja a karcsőnek a forgáspontjához viszonyított tömege, a karcsőben levő kábelek tömege, a papucs tömege, a függelékek tömege, a szereléshez használt csavarok. Az effektív tömeg tehát az a tömeg, amit a hangszedő lát. A hangkar effektív tömegét grammban adják meg. Nemcsak az effektív tömeg számít, hanem annak eloszlása is. Nyilván másképp viselkedik a rendszer, ha a tömeg csak a kar valamelyik végére koncentrálódik, mintha a közepére, vagy egyenletesen oszlik el. Elvileg a legpontosabb értéket úgy kapnánk, ha végtelen sok szeletre vágnánk a hangkar karcsapágy előtti részét, minden szelet tömegét lemérnénk, és beszoroznánk a szeletnek a karcsapágytól mért távolságával. És még az eloszlás módját is figyelembe kéne venni. A rezonanciafrekvencia nagyon egyszerű képlettel számolható ki, amelyben m a kar effektív tömege, c pedig az engedékenység:

hhr04

Remek. De mit kezdhetünk vele? A következő diagramon, ami a már sokszor említett Degrell-könyvből származik, azt láthatod, hogy egy konkrét esetben a rezonanciafrekvencia éppen 10 Hz-re esett.

hhr05

A mérés egyébként látványos, ha olyan tesztlemezt tudsz szerezni, amelyen valamilyen szinuszos jelre pl. 1 kHz-esre, kis lépésekben növekvő frekvenciájú, néhány hertzes jelet ültettek. A rezonancia frekvencián a hangszedő élénk fickándozásba kezd, a hang pedig erősen remeg.

De miért jó, ha a rezonanciafrekvencia 10 Hz vagy annak környékén van? Mint az iménti grafikonon is láthatod, a rezonanciafrekvencia alatt lényegesen gyengébb az átvitel. A hangkar-hangszedő felüláteresztő szűrőként viselkedik. Azt gondolhatod, hogy jó volna, ha a lemezjátszó a leglustább rezgést is átvinné, ugyanis teljesen lineáris frekvenciamenet eredményezi a legkisebb (elvileg 0 fokos) fázishibát. Valóban jó volna, de csak akkor, ha minden más is tökéletes lenne. Ha nem volna a hajtómű forgó részeinek egyenetlenségéből származó rumpli (lásd a sorozat 396. részét); ha egyáltalán nem volna a hanglemez excentrikus (lásd a sorozat 393. részét); ha a hanglemez felülete teljesen sík volna, vagyis egyáltalán nem vetemedne; ha a lemezjátszó és környezete akusztikailag tökéletesen elszigetelt volna, vagyis nem lennének lépészajok; nem lenne akusztikai visszacsatolás; ha nem fújna a szél nyitott ablaknál, ha… szóval, egyáltalán nincsenek ideális állapotok, legfeljebb egyik-másik zavaró tényezőt sok kínlódással és az esetek többségében nagyon jelentős költségekkel csökkenteni lehet. Ezeknek a káros rezgéseknek a többsége az infrahangok tartományában van.

Akkor viszont az volna a jó, ha a szűrő rezonanciafrekvenciája minél feljebb lenne. Hiszen minél magasabban van e frekvencia, annál inkább el tudja távolítani a szűrő a káros rezgés-összetevőket. Mondjuk, 20 Hz-en. Elvileg persze ekkor még nem szól bele a hasznos jel átvitelébe, de a gyakorlatban nagyon is. Kiváltképpen olyankor, Ha a rezonanciafrekvencián nagyot lódul a rezgés nagysága, vagyis az amplitúdó is számít.

A 10 Hz-en vagy annak közelében levő frekvencián a hangszedő-kar rezonancia elég jó kompromisszumnak bizonyult. A rezonanciafrekvencia alatt a kar szolga, a hangszedő kísérője, követi a hangszedő mozgását. A rezonanciafrekvencia fölött viszont a kar tart, az a szerepe, hogy hogy a hasznos mechanikai rezgés a hangszedő kijáratán elektromos jellé alakuljon.

A rezonanciafrekvencia és az ezzel kapcsolatos más paraméterek kiszámításához több automata létezik a neten. Az egyik legismertebb a refresh.com „An audiofile’s jorurney – Resonance Frequency” honlapja. Az alábbi linken található:

http://www.resfreq.com/resonancecalculator.html

Háromféle adat is kiszámolható vele.

hhr06

A legfelső automatával a rezonanciafrekvencia számítható ki, ha ismered a hangkar és a papucs teljes effektív tömegét, továbbá a hangszedő engedékenységét 10 Hz-en. Vigyázz, a japánok és az USA-beli cégek 100 Hz-en adják meg, ezt át kell számolnod! A középső automatával a kívánatos engedékenységet, az alsóval a teljes effektív tömeget állapíthatod meg. Az oldalon van egy grafikon is, a feliratait lefordítottam neked. A zöld vonalak mutatják, hogy milyen esetekben érjük el a kívánatos, még megfelelő rezonanciafrekvenciát.

hhr07

A Korf automatája kicsit más. Az alábbi linken található.

https://korfaudio.com/calculator

Nem egyetlen számot közöl, hanem egy-egy diagramot a gyorsulásra és az amplitúdóra. Ha a görbék többnyire a zöld zónában vannak, akkor nincs nagy baj. Itt is felhívják a figyelmet, hogy az engedékenységet 10 Hz-re vonatkoztatva add meg!

hhr08

Ha a gyorsulás görbe nem a zöld mezőben van, akkor a hangkar az energia egy részét elszívja. Ha a kitérés görbe a zöld mező fölé kerül, akkor ott túllövés lehet, de minél kisebb amplitúdójú a túllövés és minél kisebb a túllövés tartomány, annál kevésbé okoz torzítást.

A használati utasítás szerint meg kell adnod a hangkar effektív tömegét a gyári adatlap szerint, és a papucs tömegét is, ha az effektív tömeget anélkül adják meg.

hhr09