A crossover - szép magyar nevén keresztváltó - létéről mindenki tud, aki hangtechnikai rendszerrel valaha is kicsit komolyabb kapcsolatba került. Nekem viszont az a meglepő tapasztalatom, hogy míg a hangrendszer többi komponenséről - mint keverő, erősítő, hangfalak - az emberek nagyon tájékozottak, a crossover használatával kapcsolatban nagyon sok homály és tévhit terjeng. Annyit mindenki tud, hogy ezzel lehet sávokra szétszedni a hangfrekvenciás jelet, mielőtt többhangszórós rendszer egyes hangszóróira ráeresztjük, de a legtöbb esetben itt vége is a történetnek. Sokan valahogyan úgy könyvelik el, hogy ja, crossover az kell, de mindegy, hogy milyen, az a lényeg, hogy legyen. A paraméterei meg a minősége másodlagos.
    Holott a crossover nagyon fontos szerepet tölt be. Az emberek nagy része azt gondolja, hogy ha kellően jó minőségű hangszórók dolgoznak a hangfalban, akkor a hangzás már garantáltan tökéletes lesz. A valóságban a keresztváltók ugyanolyan fontos szerepet játszanak. Nézzük meg egy kicsit, hogy miről is van szó, induljunk el az alapoktól!
    A kérdés tulajdonképpen úgy merül fel, hogy miért kellenek egyáltalán több hangszóróból felépített hangfalak, miért nincs olyan hangszóró, ami az egész hallható sávot le tudja sugározni? A választ, mind minden esetben, most is a matematika és a fizika adja meg. A levegőben egy 30 Hz-es hang hullámhossza kb. 11 m, egy 17 kHz-es hangé pedig kb. 2 cm. Az elv az, hogy egy adott méretű rezgő felület akkor képes a levegőnek jól átadni a rezgést (magyarul megszólalni), ha a mérete nem tér el  több nagyságrenddel a megszólaltatandó hang hullámhosszától. A gyakorlatban ez ugye úgy néz ki, hogy, a mély hangszórók azért kb. 30 cm átmérő esetén elég jól képesek lesugározni 30 Hz-et, de ennél kisebb átmérő esetén már csak trükkökkel, erőlködéssel, és az egyenletes átvitelt beáldozva lehet valamit kihámozni belőlük ebben a tartományban. A kicsi membránátmérőjű magas sugárzókból pedig már 1 kHz alatt is nehéz és értelmetlen dolog mély hangokat kicsiholni. Nekem ezért is mulatságos a "Super Bass" feliratú telefon, meg ezért képtelenség élvezhető hangot kihozni 100 Ft-os érme méretű "hangszórókból" a notebookban meg MP3 lejátszó kütyükben. De ez egy másik terület. A normális hangfalgyártók pontosan tisztában vannak azzal, hogy egyik vagy másik hangszórójuk milyen alsó frekvenciától milyen felső határig dolgozik szépen, lineárisan, és terhelhetően. Amikor hangládát terveznek, annak kialakítása és geometriája is befolyásolja persze az egész történetet, mégpedig alapvetően. Egy dolog biztos: a készülő hangfalba kettő, vagy három hangszórót tesznek, ha át kívánják fedni a teljes hangfrekis sávot. A subláda egy másik kérdés, annak az a feladata, hogy a legmélyebb tartományt hozza jó izmosan.
     Amikor a gyártó eldönti, hogy melyik hangszóróit építi be egy új ládába, és annak milyen a geometriája, kivitele, akkor már kiadódik az is, hogy milyen tartományban, vagy tartományokban kell elszeletelni a hangfrekvenciás tartományt annak érdekében, hogy minden hangszóróra csak az a rész jusson, amit tisztességesen le bír sugározni. 
     Ha hagyományos kétutas, szélessávú és passzív hangfalról beszélünk, akkor egy tekercsekből, kondenzátorokból, ellenállásokból kialakított szűrő kerül a ládába, ez a passzív váltó.  A felépítése nem túlságosan bonyolult, de egyrészt illik nagyon jó minőségű anyagokból és nagyon gondosan megépíteni, másrészt ennek a végleges beállítása igazi művészet. A gyárakban a spéci mérőkamrákban nagyon sokat vacakolnak addig, amíg kiválasztják az optimális összeállítást. Hiába ismerik ugyanis precízen a ládában jelenlevő hangszórók összes karakterisztikáját és a láda jellemzőit, a valós, összeépített ládák mindig kicsit a modellektől eltérően viselkednek. Ezek a kicsi eltérések azonban fülre nagyon jelentősek lehetnek, ezért a műszeres méréseket mindig (legalábbis a jobb helyeken) valódi hangzó anyagokkal folytatott akusztikai tesztelések követik, ahol a cég hivatásos "fülei" sárba gyalázzák a modellezés és a műszerek által tökéletesnek minősített ládákat. Ekkor jönnek még azok a finom adjusztálások, aminek a végére kialakul egy-egy jó minőségű hangfal hangja. Amelyik cég nem e lépések sorozatával csinálja a hangfaltervezést, az komolytalan.
     A napi beszélgetéseink során számtalanszor szóba kerül az otthoni hangfalépítés. Sokan azt gondolják, hogy a neten is megtalálható viszonylag egyszerű hangfaltervező programok segítségével könnyedén elkészíthetők jól szóló hangfalak. Én mindenkinek azt mondom, hogy ezek arra jók, hogy az ember az alapvető baklövéseket elkerülje. Az aztán lehetséges, hogy egy ilyen programmal megtervezett hangfalat utólagos tuninggal nagyon szép hangúra lehet formálni, magam is hallottam néhányat, ami így készült. Azonban a kiváló hangszórók és váltó alapanyagok ilyenkor is nagyon fontosak, tehát a nagyon olcsó kínai hangszórókkal nem sokra megyünk. Másrészt a mérőkamra és a műszerek hiányát millió, füllel elvégzett teszttel tudjuk csak pótolni. Tehát a házi hangfalépítés mindenképpen macerás és időigényes. Azt persze egy szóval se mondom, hogy nem élvezetes hobbi, hiszen munkaként zenét kell hallgatnunk, mégpedig sokat :) Ha valaki megelégszik a "tök mindegy, hogy milyen, csak szóljon!" kategóriával, annak pedig azért nem érdemes házilag hangfalépítésbe fognia, mert készen fele annyiért megkap egy kínai reccskasznit, mint amennyiből az otthoni láda alapanyagai kijönnének.
    Azonban nem akarok belemenni a házi hangfalbarkácsolás témájába, régebben én is szórakoztam eleget vele. Most ugyebár elsősorban a hangváltók konstrukciója a témánk. A hangfalak felépítésével és tervezésével kapcsolatos könyvek szépen leírják a legfontosabb szűrőtervezési elveket. A számítógépes tervező programok pedig a gyakorlatban alkalmazzák ezeket. A komolyabb források kitérnek arra, hogy mi történik a hanggal azokon a frekvenciákon, ahol a hangváltó működésbe lép. A crossoverek nem úgy működnek, hogy egy adott frekvencián tökéletesen levágják az adott pont alatti, vagy feletti frekvenciákat, hanem a kivitelükből fakadóan van egy bizonyos meredekségük. A diagramokon ez jól látható. A meredekséget a szűrő konstrukciója határozza meg, és lehet 6, 12, illetve 18 db/oktáv. Ez egy nagyon szemléletes mértékegység. Annyit mond a szűrő áramkörünkről, hogy kétszeres frekvencia változás esetén hány decibellel nő, vagy csökken a rajta átvezetett jel. Ezeket a szűrőket számítógéppel ragyogóan lehet modellezni. A probléma inkább az, hogy a hangszórók, mint elektromechnanikai átalakítók, korántsem olyan jólnevelten viselkednek, mint a többi elektronikai alkatrész. Elvben tehát pl. a mély hangszórók frekvenciasávjának teteje és a magas sugárzók alsó tartománya geometriailag szépen összefésülhető lenne egy okosan kivitelezett passzív váltóval. A gyakorlatban viszont az eredmény mindig eltér a számítottól. De az amplitúdó görbe hupnijai csak a kérdés egyik részét jelentik. A szűrő töréspont frekvenciája közelében mindkét irányban fázistolások is fellépnek. Ezek a csúszások a hangszórók saját fázistolásával összegezve produkálnak érdekes történeteket a váltási freki környékén. Ráadásul a mély hangszórók esetében mindig valahol a hangszóró saját rezonancia-frekvenciájának közelében matatunk, amikor például a sub láda lecrossolását csináljuk, ez még tovább komplikálja a helyzetet. Tulajdonképpen ezek azok a csúfságok, amiket füllel igen jól meghallunk akkor is, ha az amplitúdógörbét büszkén lobogtatják a mérnökök, mondván, hogy egyenes, mint a nyíl! Illetve máskor meg ugyan kicsit hepehupás görbe mutatkozik a töréspont környezetében,  de mégis kellemesnek érezzük a hangzást. Bizony, a fázismenet hirtelen változásai a fülünk számára nagyon rosszul jönnek ki. Ha a dobot, ütős, pengetős hangszereket élettelennek, furának halljuk, az ének pedig jellegtelen, rosszul érthető, annak sok esetben az az oka, hogy a rendszerben durva fázismeneti hibák vannak. Ezek okai közül persze csak egy a nem jól kivitelezett vagy megválasztott crossover, azonban talán a leggyakoribb.
    Eddig egy kétutas passzív hangfalról beszéltünk. Háromutas hangfal esetében természetesen két töréspont van. Régebben az volt az általános tervezési elv a hangosítási hangfalak terén, hogy jobb a háromutas rendszer, hiszen a már vázolt geometriai és fizikai okok miatt könnyebb dolga van a tervezőnek, ha a magas és a mély hangszóró közé egy középsugárzót is beépít, hiszen így optimálisan oszthatja szét a sávokat. Azonban mostanában már eléggé alacsony frekvenciákat képesek jól kisugározni a korszerű magas hangszórók, és kicsit okafogyottá vált a három út forszírozása. De ebben természetesen az is benne van, hogy a tervezőket a frász kerülgeti a töréspontok környékén, ezért azt mondják, hogy egyszerűbb az élet, ha csak ládánként egy törésponttal kell foglalkozniuk, annak a fázismeneti és egyéb problémáit kézben tartva. Azt magam is megtapasztaltam anno, hogy a háromutas rendszerben az alsó és a felső töréspont váratlan módokon egymásra hatva ronthat az elképzelt megszólaláson.
    Maradjunk még mindig a passzív hangfalaknál! Több gyártó is ajánl olyan rendszereket, amelyekben egy top láda (ami többnyire két utas) alá tehetünk egy mélyládát, és a mély hangfalon keresztül láncolva a két hangfalat egy végfokról járathatjuk őket. Ez látszólag egy borzasztó kényelmes megoldás. Az ilyen rendszerek sub ládáján jól látható módon megkülönböztetik az "INPUT" és az "OUTPUT" csatlakozót, mivel nem mindegy, hogy melyik kábel jön a végfokból, és melyik megy tovább a topládába. A sub ugyanis tartalmaz egy belső leválasztó szűrőt,ami a legmélyebb tartományt (valahol többnyire 80 és 250 Hz között levágva) engedi a a mély hangszóróra, és az ettől megszabadított sávot juttatja a felső ládának. Ez elvben egy praktikus megoldás, hiszen egy végfok elég, olcsó a kábelezés, stb. A legdurvább probléma az szokott lenni, hogy a gyártó a feliratok ellenére kihagyja a szűrőt a mélyládából, és bementi csatlakozó simán össze van drótokkal kötve a kimenetivel. Ilyenkor a teljes hangfrekis sáv rájut a sub ládára is, meg a topokra is. Mondják páran erre, hogy na és akkor mi van? A sub láda úgy se képes nagyon magasra felmenni, a fölötte levő topláda mély hangszórója pedig nem megy nagyon mélyre, pont amiatt kell a sub. Igen ám, de ezekben a rendszerekben a középmély tartomány túlzottan erőteljes lesz, ami EQ-val valamelyest kompenzálható, azonban ettől függetlenül többnyire eléggé zavaros lesz, néha egészen gázos megszólalást eredményezve. A sávok okos szétosztása pontosan arra való, hogy mindegyik hangszóró abban a tartományban dolgozzon, amiben jól tud teljesíteni. A sima párhuzamos kötés esetében ez természetszerűen nem valósul meg. Nézzünk meg egy tisztességes szélessávú kétutas hangfalat, legyen benne mondjuk 12"-os mély! Ha ezt egy végfokkal meghajtjuk, kapunk egy kellemes hangzást, van benne viszonylag elég jó mély tartomány is. Azonban ha ezt szépen összekombináljuk egy jól megcrossolt 18"-os mélyládával, akkor nem csak a legmélyebb hangok fognak dörmögve, és ha kell, ütve megjelenni, hanem feltisztul a felső ládánk hangja is, hiszen innentől csak az a tartomány kerül rá, amit kényelmesen le tud sugározni.
     A "sima" lepárhuzamosításnál bejön aztán az impedancia gond is. A mai sub ládák elég nagy része 4 ohm-os. Ezeket nem jó 8 ohm-os felső ládákkal összepárhuzamosítani, mert az eredő impedanciánk mindössze 2,7 ohm lesz. Az erősítők egy része ezt igen rosszul tolerálja, meg nagyon vastag hangfalkábel is dukálna ehhez az összeállításhoz. Itt még álljunk meg egy szóra. Tegyük fel, hogy a mélyládánk 8 ohmos, valóban tartalmaz frankó leválasztó crossovert, tehát minden rendben van. Ha mindent jól méreteztek volna a gyárban, akkor a papírforma szerint a végfokunk a teljes frekvenciasávban 8 ohmot látna, ha a topládánk is 8 ohmos, illetve a mély váltó konstrukciójától függően esetleg részben 4 ohmot. A gyakorlat azt mutatja, hogy az ilyen passzívan crossolt rendszerekben a terhelő impedancia igen ronda görbe szerint alakul ki, és vannak olyan pontok, ahol csúfosan leesik 3 ohm alá. Természetesen nem a műszerrel mérhető, egyenáramú ellenállásról, hanem az impedanciáról beszélek. Egy olyan végfok, ami csak 4 ohm terhelésre van specifikálva, ilyenkor már nagyon rosszul fogja érezni magát. Többnyire melegszik, torzít, és villogtatja  védelmi áramkörét, esetleg be is húz a védelmi relé. Rosszabb esetben kicsapkodja a biztosítékokat, és tönkre is mehet. Tehát nagyobb teljesítményű, tisztán passzívan crossolt rendszerekbe akkor is érdemes olyan végfokokat választani, amiket 2 ohmra is specifikáltak, ha papírforma miatt nem lenne erre szükség. A fenti okok miatt ilyenkor a hangfalkábelt is célszerű jó izmosra választani, és ne feledkezzünk meg a jó csatlakozókról se. 60 Ft-os kínai jack dugók és "egyszer használatos" aljzatok ne legyenek a környéken! Jó speakon csatlakozókkal nem lesz probléma.
    Az eddig leírtakról egy kétrészes cikket találunk ITT és ITT. Az írás 1980-ban született, de azóta szerencsére a fizikát még nem írták át, tehát nagyjából minden igaz.
     Eddig a passzív váltókról volt szó. Nagyobb rendszereket azonban nem igazán szokás így felépíteni, sőt, manapság már a kisebb összeállítások esetében is gyakran használnak aktív keresztváltókat. Vannak olyan aktív hangfalak is, amelyek biamplifikáltak,  vagyis két végfok van bennük: külön a mély hangszórónak és külön a magasnak. A végfokok előtt pedig természetesen egy aktív crossover dolgozik.

    Színpadi hangrendszernél szinte minden esetben aktív crossovert használunk. Hatalmas előnyei vannak a passzív verzióval szemben. Nézzük meg a legfontosabbakat:

• Szabadon tudjuk változtatni az egyes utakra eső jel erősségét
• Megválaszthatjuk az optimális töréspontot és meredekséget (legalábbis azoknál a modelleknél, ahol ez nem fix érték gyárilag), így különféle hangfalkonstrukciók között is próbálkozhatunk crossolással, nem csak a gyárilag "összelőtt" párosításoknál.
• Mivel a szűrőáramkörök nem a teljesítményerősítő utáni, nagyáramú körben vannak, ezért a működésük sokkal inkább követi a papírformát, kevesebb izgalmat produkál.
• Még 3 vagy több frekvenciasáv esetén is kézben tartható a működés.
• Időnként extra funkciókat (limiter, késleltetés) is tudnak ezek a készülékek.

    Manapság a legfontosabb kérdés az, hogy analóg, vagy digitális crossovert használjunk-e inkább? Az analóg melletti érv lehet, hogy viszonylag egyszerű konstrukcióval is lehet jót gyártani, bár azt tudni kell, hogy ezeket a szűrőket nagyon gondosan kell kivitelezni, ha jót akarunk. Érv lehet az is, hogy mivel nincs A/D - D/A átalakítás, nincs meg az ezekkel esetlegesen együtt járó minőségromlás, és nincs jelkésleltetés (latency) sem. Az egy másik kérdés, amin jól el lehet morgolódni, hogy mi árt többet a jelnek? A jól kivitelezett profi A/D - D/A és a DSP-ben történő szűrőzés, vagy az analóg rendszerek szokásos hibalehetőségei, mint az alaktrészértékek szórásai miatti szűrő tökéletlenség, zajok, stb? Tény, hogy ma már vásárolhatunk igen jó minőségű digitális crossovereket, ezek azonban nem igazán olcsók.
    Viszont megjelentek a digitális redszervezérlők is, amik roppant praktikus módon egyesítik a crossovert sok olyan funkcióval, melyek amúgyis szükségesek a hangrendszernek ezen a pontján. Ha figyelembe vesszük, hogy a "sima" digitális crossoverek áránál alig többért megkapjuk egy dobozban az EQ-t, limitereket, gerjedésgátlókat, jelanalizátort és automatikus optimalizálót, meg még egyéb hasznos készülékeket is, akkor a mérleg nyelve gyorsan a digitális verziók, helyesebben a rendszervezérlő processzorok felé billen. Lecsökken a cipelendő eszközeink száma, és presetként letárolhatjuk a legfontosabb beállításainkat.
    A gyakorlatban tehát nagyon fontos a hangrendszerekben a crossoverek tudatos és átgondolt használata. Sűrűn szembesülünk olyan helyzetekkel, amikor különféle gyártmányú, kivitelű, innen - onnan "jött" ládákból kéne gyorsan valami értelmesen szóló hangrendszert felépíteni. Amennyiben a hangfalaink teljesítményben, impedanciában sávhatárokban nagyon szerencsétlenül vannak összeválogatva, akkor persze a legrafináltabb crossover sem segít. A hangfalak beszerzésekor, illetve rendszerbe állítása előtt tehát mindenképpen azt is meg kell vizsgálni, hogy miként lehet őket normálisan együtt üzemelteni. Ha jó crossoverünk, vagy rendszervezérlőnk van, akkor sokkal több lehetőségünk adódik arra, hogy ezeken a helyzeteken úrrá legyünk a közönség fülének és a berendezéseinknek a károsodása nélkül. 

A bejegyzés trackback címe:

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.