Mielőtt rátérnénk a részletek módszeres tárgyalására, a továbbiakban tisztázunk néhány általam fontosnak tartott fogalmat és rá szeretném irányítani a figyelmet olyan dolgokra is, amelyeket olyan fontosnak tartok, hogy itt kiemelve, külön foglalkozom velük. 

   Egy hangsugárzó hangkeltésben résztvevő fő részei a következők:

• Doboz. Nevezhetjük burkolatnak, kabinetnek, háznak, vagy akár sugárzásjavító foglalatnak is. Ez a szerkezeti elem a mélysugárzóval szorosan együttműködve alakítja ki a hangsugárzó alsó határfrekvenciáját és az ebben a tartományban történő működés minőségét. A doboz méretét a Thiele/Small paraméterek felhasználásával készített villamos modell segítségével lehet a legkönnyebben kiszámolni. Ez a modell a meghajtó-doboz kettőse alkotta akusztikus felüláteresztő szűrő átviteli függvényét fogja megadni a számunkra. Többek között ebből az átviteli függvényből tudunk következtetni a rendszer jóságára, csoportkésésére, a meghajtó érzékenységi paraméterének segítségével pedig a lineáris működési tartomány határán (X_max+15%) elérhető hangnyomásra.
   
• Meghajtó. Ezzel a kifejezéssel a motor (villamos-mechanikus átalakító), a membrán és szerelvényei (mechanikus-pneumatikus átalakító), valamint az ezeket egységes szerkezetbe foglaló kosár kombinációját takaró elektrodinamikus hangszóróra utalok. Egy hangsugárzóban (nem hangfal) többnyire több meghajtó működik. A meghajtók feladata, hogy a rájuk bízott sáv lesugárzásával közösen lefedjék a teljes hangfrekvenciás spektrumot. Az egyes meghajtókra a működési tartományukra jellemző névvel is hivatkozhatunk (mélysugárzó, magassugárzó).
   
• Keresztváltó. Ez lehet aktív, vagy passzív, soros, vagy párhuzamos. A következőkben a párhuzamos topológiájú passzív váltókkal foglalkozom. A váltó az alapvető passzív villamos alkatrészek (ellenállás, kondenzátor, tekercs) felhasználásával többféle feladatot valósít meg. A legfontosabb a hangfrekvenciás sáv meghajtók közötti felosztása, majd a meghajtók közötti érzékenység-különbség kiegyenlítése (többnyire a magassugárzó csillapításával), végül pedig a meghajtók egyes anomáliáinak korrigálása. Mindezt úgy kell megvalósítania, hogy a meghajtók a közös működési területükön (a keresztezési tartományban) azonos fázisban működjenek. 

   Egy hangsugárzó tervezésekor rendszeresen mindenféle szűrőkbe fogunk botlani, ezért már most kezdjünk el barátkozni velük, egyelőre csak nagy vonalakban. A szűrők egy bemenettel és egy kimenettel rendelkező frekvenciafüggő csillapítást végző hálózatok. Ezek többnyire: aluláteresztő (low-pass, LP), felüláteresztő (high-pass, HP), valamint sáváteresztő szűrő (band-pass, BP). A szűrők frekvenciaválasza három jól elkülöníthető szakaszra osztható fel: áteresztő tartomány (passband), átmeneti tartomány (transition band) és záró tartomány (stopband). A záró tartomány meredekséggel jellemezhető, amit dB/oktávban fejezünk ki (egy oktáv felfelé kétszeres, lefelé feleakkora viszonyt jelent). A meredekség jellemzően 6, 12, 18, 24 dB/oktáv, amelyet a szűrő "meredekségi rendjével" is helyettesíthetünk a következők szerint: a 6 dB/oktáv meredekség 1. rendű, a 12 dB/oktáv meredekség 2. rendű és így tovább. Az átmeneti tartomány jósággal (Q) jellemezhető, ami a szűrő tranziens viselkedésére utal. A keresztváltók szűrői esetében nem szerencsés, ha egy szűrő az átmeneti tartományában kiemel, mert az erős rezonanciát jelez, ami rontja a hangminőséget. Az a frekvencia, ahol a kimenet szintje 3 dB-el csökken, az a szűrő határfrekvenciája (f₃). A fenti paramétereket grafikusan ábrázolva a szűrő átviteli függvényét kapjuk meg. Hogy még bonyolultabb legyen a kép, minden szűrőnek van egy tőle nem elválasztható tulajdonsága, a fázisválasza. Az 1. ábrán egy 1 kHz határfrekvenciájú felüláteresztő szűrő Bode-diagramja látható. A szűrő meredeksége -20 dB/dekád, ami -6 dB/oktávnak felel meg. (Forrás: AI)

1. ábra.

   A szűrőkkel sokan foglalkoztak már tudományos alapossággal, így ez elég egzakt területnek számít. Több olyan szűrőtípust is ismerünk, aminek a tulajdonságai (összegzése, fázisa, stb.) jól dokumentált. Ezeket a szűrőket az őket tanulmányozó, leíró, kidolgozó matematikusokról, mérnökökről nevezték el. Audió alkalmazásokhoz előszeretettel alkalmazott típusok pl. a Butterworth-szűrő (Stephen Butterworth (1885–1958) brit mérnök és fizikus után), illetve a Linkwitz-Riley szűrő (Siegfried Linkwitz (1935-2018) német-amerikai és Russ Riley (1933-2010) amerikai mérnökök után). A kidolgozott, leírt szűrőket kanonikus szűrőknek is nevezik. Adott átviteli függvényt megvalósító szűrők (nem csupán villamos áramkörök!) ugyanúgy összegeznek a villamos térben, mint pl. az akusztikus térben. Ezt jól jegyezzük meg, később nagyon fontossá válik. Az egyszerűség kedvéért a szűrők többnyire a villamos kapcsolásukkal vannak megjelenítve. Így pl. egy nem villamos szűrő a villamos modelljében is vizsgálható. A kanonikus szűrők alkatrészei viszonylag egyszerű módon, ún. tankönyvi képletekkel számolhatók, amelyek sok helyen megtalálhatók akár az Interneten is. A tankönyvi képletek villamos térben csak ohmos lezárás esetén adják az előre jelzett eredményt, akusztikus környezetben ideális feltételek mellett lennének használhatók: a hangsugárzó meghajtóinak akusztikus középpontja (ahonnan indul a sugárzás) egybeesik, illetve ezek a meghajtók ideálisak (az egész hangfrekvenciás tartományban a frekvenciaválaszuk lapos, impedanciaválaszuk pedig állandó és ohmos). Ez a valóságban sajnos közel sincs így, ezért a tankönyvi szűrőkapcsolások a gyakorlatban téves eredményt adnak, önmagukban használhatatlanok.

   Azonban a jól dokumentáltságuk miatt többnyire mégis ragaszkodunk ezekhez a kanonikus szűrőkhöz. Úgy tudjuk őket felhasználni, hogy a frekvenciaválaszaikat (ami egyben az átviteli függvényük is) átminősítjük akusztikus célválasszá, és mint elérendő célt jelenítjük meg a keresztváltó tervező program SPL grafikonján, majd a villamos szűrő + meghajtó együttes válaszát igyekszünk minél jobban ehhez a célválaszhoz igazítani. Egy kicsit előre szaladtam, de fontosnak tartottam megvilágítani a tankönyvi és a valóságos szűrőáramkörök közötti különbség okát.

   A valós hangsugárzókban a meghajtók akusztikai középpontja (ahonnan a sugárzás indul) kritikus fontosságú. Ezek a pontok a meghajtók fizikai felépítéséből adódóan nem ugyanazon függőleges síkba esnek, a közöttük levő különbség távolságban és időben is kifejezhető. A 2. ábra jól szemlélteti ezt az állapotot.

2. ábra.

   Az M-A1 és M-A2 szakaszok különbsége azért okoz problémát, mert a viszonylag alacsony hangsebesség miatt az A1 és A2 meghajtó jele között akkora fáziskülönbség keletkezhet a keresztezési frekvencián, hogy az tönkreteheti a rendszerválaszt. Ezért egy jó hangsugárzóban valamilyen módon kezelni kell a késleltetés problémáját is. Ennek kivitelezése vagy mechanikusan történik pl. lépcsős előlappal, vagy az előlap megdöntésével, vagy a keresztváltóban a szűrők különböző módosításával, vagy több módszer együttes alkalmazásával.

   Ejtsünk néhány szót az akusztikus mérések koordináta rendszeréről. A mérések során a hangsugárzó előlapjára egy térbeli koordináta rendszert helyezünk, mégpedig úgy, hogy az origó a hallgatási, vagy a mikrofon magasságába kerül, az előlap síkja pedig az X-Y tengelyek által meghatározott sík. Ebből következően a vízszintes (horizontális) méréseket az X-Z tengelyek által meghatározott síkban értelmezzük, a függőleges (vertikális) méréseket pedig az Y-Z tengelyek által meghatározott síkban úgy, hogy a mérés irányának tengelye átdöfi az origót. Tengelyirányú  (on-axis) mérésnek a Z tengelyen felvett méréseket értjük. Mindezek a 3. ábrán vannak illusztrálva (Forrás: Kimmo Saunisto: VituixCAD Measurement REW 2.pdf).

3. ábra.