Hangfrekvenciás erősítők

Mikrofon előerősítő koncertre - hátsó panel

Míg egy akusztikus hangszer közvetlenül szolgáltat zenei élményt, egy elektromos zenei jel közvetlenül alkalmatlan arra, hogy megszólaltasson egy hangfalat. Ezt az általában előforduló alacsony jelszintet ezért erősíteni kell. A folyamat közben lehetőségünk nyílik arra is, hogy a szükséges vagy célszerű korrekciókat elvégezzük az eredeti műsoranyagon. Ezért a rendszer kétirányú: egyrészt a bemeneti tulajdonságaival a hang forrásához közelít, a kimeneti jellemzőivel pedig az átalakítóhoz illeszkedik. Ezeket a hangtechnikában használt erősítőket –és rendszereket csoportosíthatjuk:

1.     Rendeltetés szerint:

a.     Mikrofon-előerősítők

b.     Hangszedő-előerősítők

c.     Végerősítők

2.     Alkalmazott erősítőelemek szerint lehet elektroncsöves, tranzisztoros és integrált áramkörös típusú.

3.     Munkapont-beállítás szerint

a.     A-osztályú végerősítők

b.     B-osztályú végerősítők

c.     AB-osztályú végerősítők

Minőségi jellemzők szerinti megítélésükhöz szükséges ismerni a legfontosabbakat, de természetesen nem minden erősítőfajtára vonatkoztatható minden jellemző, így a kimeneti teljesítmény, a teljesítmény-sávszélesség és a hangszóró-kimenetiillesztés csak a végerősítőkre érvényes.

A frekvencia-átviteli sávszélesség mindig a ±3 dB-es pontokhoz tartozó határfrekvenciák Hz-ben megadott értéke és az átviteli karakterisztika ezen sávon belüli ingadozásának a tűréshatára ±dB-ben kifejezve.

Jel-zaj viszont a hangerősítőkre vonatkoztatva kétféle módon adható meg:

a. legnagyobb szinuszos teljesítményre vonatkoztatva (végerősítőknél). Ez a megadott legnagyobb szinuszos kimeneti teljesítményhez tartozó kimeneti feszültség és az erősítőben keletkező zajfeszültség dB-ben kifejezett viszonya.

b.  Az erősítőben keletkező zajfeszültség és egy adott szabványban előírt szinuszos kimeneti jelszinthez tartozó feszültség dB-ben kifejezett viszonya.

A teljes harmonikus torzítás (Total Harmonic Distortion – THD) a nemlineáris átviteli jellemző adat, ami azt mutatja, hogy az erősítő bemenetére adott tiszta szinuszos hangfrekvenciás jelből az erősítőn keresztül, milyen arányban keletkeznek olyan felharmonikusok, amik a bemeneten még nem voltak jelen. Ez %-ban megadva az összes felharmonikusra vonatkozik.

A zajszintet az erősítő legnagyobb szinuszos kimeneti teljesítménye (végerősítőknél) vagy maximális erősítése (előerősítőknél) esetén, a kimenetén – bemeneti vezérlés nélkül – megjelenő zaj dB-ben meghatározott értéke.

A teljesítmény-sávszélesség a hangfrekvenciás végerősítőket jellemző átviteli frekvenciasáv, amelyen belül az erősítő előírt állandó harmonikus torzítás mellett leadott kimeneti teljesítménye legfeljebb 3 dB-el kisebb a vonatkoztatási frekvenciára megadott értéknél.

A Hi-Fi erősítőkre vonatkozóan szabványos előírás a lineáris fázismenet – az állandó futási idő. Mivel abszolút lineáris fázismenetű erősítő nincs, a jelenleg gyártott Hi-Fi erősítőkkel szemben az a követelmény, hogy a közvetített hangfrekvenciás sávban minden frekvencián azonos legyen a fáziseltolás mértéke (pl. 10-18000 Hz között 90°).

A hangszóró kimeneti illesztés a végerősítőknél az a terhelő impedancia, aminél az erősítő a legnagyobb szinuszos kimeneti teljesítményt szolgáltatja, a névleges torzítási tényező megnövekedése nélkül.

A bemeneti érzékenység a végerősítőkre vonatkoztatva az a névleges legkisebb bemeneti feszültség, ami ahhoz szükséges, hogy az erősítő kimenetén a névleges szinuszos kimeneti teljesítmény jelenjen meg, az előírt terhelőimpedancián. Ezt mV-ban, az illesztő impedanciát Ω-ban vagy kΩ-ban adják meg.

Mikrofon-előerősítőket, a különféle jelforrások kis szintű jelfeszültségének kívánt mértékű felerősítésére használjuk. Ezek a legegyszerűbb felépítésűek. Mivel a mikrofonok jelszintje igen alacsony, igen nagy bemeneti érzékenységű előerősítőre van szükség. A legfontosabb követelmények: széles átviteli frekvenciasáv, kis torzítás, minimális zajszint és nagy túlvezérelhetőség az adott torzítási érték túllépése nélkül.

Focusrite Studio Kit

Az elsősorban kondenzátormikrofonokhoz használt nagy bemeneti impedanciájú mikrofon-előerősítők 0,1-1MΩ bemenettel rendelkeznek, ezek mellett kis kimeneti impedanciával készülnek (200Ω-2kΩ). Így illeszthetők leginkább a következő erősítőfokozathoz.

A kis bemeneti impedanciájú előerősítők 200Ω-1kΩ-os bemenettel rendelkeznek, kimeneti impedanciájuk szintén ilyen értékű.

Tehát, ha erősítőt választunk a dinamikus mikrofonunkhoz, amiről már tudjuk, hogy hogyan működik és milyen karakterisztikával képes befogni a hangunkat a ruhásszekrényben kialakított hangvisszaverődésben gátolt, de nem szigetelt amatőr szobánkban, válasszunk hozzá egy előerősítőt, ami továbbítja a jelet a következő feldolgozó egységünkbe, ami szintén továbbítja a lejátszáshoz szükséges jelet a hangszóróinkba, amiről hamarosan megtudjuk, hogy milyennek kell lennie ahhoz, hogy tisztán halljuk vissza magunkat.

Kezdőhang

Ahogy a szlogenből is kiderül, tényleg szélsőséges körülményeket szeretnék megragadni ahhoz, hogy a stúdiótechnikában jártas és jártatlan emberek is akár profi minőségű felvételt készíthessenek az itt lévő információk alapján. Az istállót vehetjük komolyan is, hiszen egy üresen álló ilyen fa-tákolmányban nagyon jó akusztikai feltételek lehetnek. Kevés a hangot visszaverő rideg anyag. Ha az áramellátást meg tudjuk oldani akár egy aggregátorral, egy paraván segítségével máris kész az énekszobánk és mehet a felvétel!

Hogy mi is kell hozzá?

Ne szaladjunk ennyire előre, talán egy picit az alapokat ismerjük meg, ami nélkülözhetetlen egy énekszoba megépítéséhez!

Minden embernek jobb esetben egy nyílása van a fején, amin hangot ad ki és ez a szája - orrot fújni nem tudsz beszéd közben :-) amiből következik, hogy az ember egy mono hangszóró (a biológiai rezgéskeltésbe és érzékelésbe később merülnék bele). Ami kijön belőled hang, már rendelkezik rezgésszámmal, sebességgel (A hang terjedési sebessége normál páratartalmú, +15 °C hőmérsékletű levegőben 343 m/s). Ez gyakorlatilag egy mechanikai rezgés, ami hullámként terjed (longitudinális hullám). A rezgésnek (továbbiakban a hangról általánosságban) van frekvenciája, ami ha 20 Hz alatti, akkor infrahangról, ha 20 000 Hz feletti rezgésszáma van, pedig ultrahangról beszélünk. Ezeket az emberi fül nem érzékeli. A célunk, hogy a köztes frekvenciákat rögzítsük minél tisztábban, jobb minőségben. Megtévesztő lehet viszont, hogy ugyanazon hangnyomásnál (hangerősség, hangintenzitás) két különböző magasságú hangot hangosabbnak/halkabbnak érzékeljük, bár a leképezett hang ugyanolyan hangerejű. Nem elhanyagolható a hangszín és hangmagasság sem, hiszen két különböző eredetű hangszer ugyanazon frekvenciájú hangjának más az összetétele, spektruma. Ezekre nagyon jó programok vannak elemzéshez (pl; Sound Forge – Spectrum Analysis).

A hang leképezésének a folyamata egy mechanikai rezgés más fizikai folyamattá való átalakítása, babrálása, majd visszaállítása eredeti formájába. Erre a legjobb példa a hanglemez (apu régi fekete bakelit lemezei). Ebbe az igen nagy keménységű anyagba barázdákat nyomnak, amiket úgy képzeljünk el, mintha egy V alakú völgyben a kiálló rögöket (hangnak megfelelő formával) egyenletes mozgás közben egy tapintó tű elmozdításával (dinamikus vagy mágneses hangszedővel) impulzusokat keltünk, amiket elektromossággá átalakítva – itt sok elektromos kütyün megy keresztül, ahol már állíthatunk hangszínt, hangerőt, stb. - továbbít egy mágnesnek. Ez már a hangszórónk része és szintén az impulzusoknak köszönhetően a mágnes a membrán kimozdulását fogja okozni. Ezeket a rezgéseket halljuk mi. Biztosan kipróbáltad már te is mit bír apu hifi-je. Ha levetted a hangfal burkolatát láthattad, hogy a láda hangszórója épphogy nem szakadt ki a helyéről. Rosszabb esetben kiszakadt, apu elverte érte a seggedet és vihette javíttatni a hangszórót. Ha csak túlterhelted a hangszórót, tekercselhették, ha a membrán is megszakadt (a régiek ugye papírból voltak gumi perem nélkül) akkor lehet, hogy úgy sikerült tönkretenni, hogy már csak a téli időszak melegítésére volt alkalmas a láda fa része. Ez tulajdonképpen az analóg jel feldolgozása.

Mi most az egyszerűbb, olcsó megoldásokra szeretnénk ráhangolódni. Napjainkban feltűnhetett már, hogy a sima VHS videó már drágább, mint egy DVD lejátszó. Nagyon nem kell csodálkozni, keleten biztosan szilíciumból van még a legutolsó domb is, ahonnan bányásszák ezt a temérdek alapanyagot, amit a méregdrága gépekkel legyártanak és az olcsó munkaerővel összeszereltetnek. Habár a világ 800 000 ipari robotjának a fele Japánban található, tehát ami már nem „kínaji” az gagyi.

A hangot mi digitális formában szeretnénk leképezni, rögzíteni. Ennek a folyamatnak van egy mintavételezési mélysége, ami lehetőleg minél gyakoribb függőleges felbontást jelent. Pl; 8bit, 16bit, 24 bit. Ez minél nagyobb, annál tisztább, recsegéstől mentes hangot hallhatunk majd vissza. Gondoljunk bele, egy recsegő rossz minőségű adó-vevőn alig lehet érteni, amit a főtörzs mond (bár gyakorlatból tudjuk, hogy mit akar).

Zenei fájloknál és lejátszóknál jellemzően találkozhattál a „kbps” kifejezéssel. Ez a Kilobit/sec rövidítése. Vagyis hány ezer bit van jelen egy másodpercen belül annál tisztább hangot hallhatunk vissza.

-          8kbit/s = telefon minőség

-          32kbit/s = nagyapa Sokol rádiójának a minősége

-          96kbp/s = FM rádió minősége

-          128kbp/s = magnókazetta minősége

-          256-320kbp/s = közelíti az Audio CD minőségét

Nem árt szólni pár szót a Hertz-ekről is.

Vegyünk például egy sima WAV típusú tömörítéstől mentes hangot. Az adatlapján láthatjuk, hogy 44kHz-es hangról van szó. Korábban írtam ugye, hogy az emberi fül 20Hz-20kHz-ig érzékel. A számítógép viszont az amplitúdó alsó-felső végpontjának a mintavételezéséhez ezt duplán számolja, tehát a te 44kHz-es hangod valóságban visszahallgatva csak 22kHz-es lesz. Persze ez a tartomány is minél szélesebb, annál szebb hangokat kaphatunk vissza, mert ez a tartomány alsó-felső határát kiszélesítve hallhatunk olyan felharmónikusokat is, amiket nagyapa Sokol rádióján a műsorvezetőnek kellett bemondania, hogy mit hallottál (volna).

A mai DVD lemezek audio sávjai leggyakrabban 24bit-esek, míg egy házilag írott audio lemez csak 16 bit-es. Ezek között a különbséget csak méregdrága hangrendszereken fogod észrevenni, ezért nem is ezt céloznánk meg. Ugye minél nagyobb a mintavételezésünk, annál több adatot fogunk rögzíteni, tehát a helyigényünk is megnövekszik.

Nos, első körben ennyit fontos tudni magáról a hangról, amit később rögzíteni szeretnénk és a számítógép segítségével fogunk majd tekerni-csavarni, alakítgatni.