Hangtechnikai kislexikon

Kezdő hobbisták rendszeresen kérnek tőlem összefoglaló szakirodalmat. Én alap szinten és magyar nyelven nem nagyon ismerek ilyeneket, így írtam egy rövid tárgymutatót, ami nyomán el lehet kezdeni utánaolvasni a dolgoknak. Ez a jövőben elképzelhető, hogy kibővül. Ha ismertek jó összefoglalót, linkeljétek kérlek a hozzászólások közé!

A számunkra új fogalmakat érdemes beírni a gugliba és rákeresni a képekre, hogy már az utánaolvasgatás előtt is legyen róluk valamiféle vizuális élményünk, így könnyebben megmaradnak az emlékezetben.

A torzításról, torzítások fajtáiról, hangminőségről:

Hirdetés

hangminőség: alapvetően kétfelé szokás szedni, felbontásra és hangkarakterre. A felbontás az információáteresztő képesség (kb. a torzítás mértékétől függ), míg a karakter a színezés mikéntje (harsány, éles, lágy, puha stb.). Van olyan torzítás is, ami mintha több részletet adna a hanghoz, azonban ez hosszú távon fárasztó. Bővebben.
torzítás: Nem lehet számokkal elintézni, mert keveset tudunk a hallásról, így nem tudjuk, mit kellene igazán mérni ahhoz, hogy a hangminőség megállapítható legyen. Egy bizonyos szint alatt (kb. 0,1%) nincs szoros összefüggés a minőség és a torzítás között. A felbontással szorosan összefügg, de a hangkarakterrel nem. Több fajtáját is szokás mérni, a leggyakoribbak:
THD: total harmonic distortion, %-ban vagy dB-ben adják meg, és spektrális, vagyis a frekvencia függvényében mérhető. Ha egyetlen számmal adják meg, azt 1 kHz-en kell érteni. A torzult jelet Fourier-sorfejtjük (vagyis felírjuk szinuszhullámok összegeként) (FFT), majd az alapjelet levonva a maradék a torzítástermék.
THD+N: THD+noise. Sokszor a THD-t az eszköz zajával együtt adják meg, mert így könnyebb mérni. E mögé könnyű azt a naív feltételezést tenni, hogy a zajszint alatti torzítást úgysem hallani. Ezzel nem értek egyet, hiszen attól nem hallom rosszabbnak a hifim hangminőségét, ha pl. halkan búg a számítógépem ventillátora; az információáteresztés persze csökken (a halk részeket nem hallom ki). Ha azonban még ennél is halkabb, de a zenével korreláló hang (torzítás) jön a hangba, akkor megváltozik a hangminőség, pl. bántó és/vagy fárasztó lehet.
IMD: intermodulation distortion. 100 Hz-et és egy alacsonyabb amplitúdójú 7 kHz-et egyszerre adnak a készülékre és mérik a torzítástermékeket. % vagy dB, de csak szám szokott lenni. Spektrálisan mérve úgy értendő, hogy a torzítástermékek spektrumát nézzük. Mind a THD, mind az IMD a nonlinearitásnak a terméke, vagyis, hogy az aktív és passzív alkatrészek feszültság-áram karakterisztikája nem lineáris. Nincs szoros összefüggés a THD és az IMD közt, de általában, ha az egyik nagyobb, akkor a másik is.
crosstalk (=1/Channel separation): áthallás (=1/csatornaszeparáció), dB. Na most ez nem csak a sztereó teret rontja, hanem általában nem tiszta formában megy át a jel a csatornák között, hanem torzultan. Ez a torzításméréskor nem jön elő, hiszen akkor a másik csatorna csendes, de ha sztereó jelet hallgatunk és van crosstalk, akkor extra torzítás jön be. Forrása sokszor a helytelen NYÁK-huzalozás: több áramot azonos vezetéken húznak.
Egyéb dolgokról ld. még az imént linkelt cikket!

Az analóg hangtechnikáról:

kimeneti jelszint: A hanghullámoknaknak megfelelő váltakozófeszültség az eszköz kimenetén. DAC-ok esetében 2,1 Vrms = 3 Vp (peak) = 6 Vpp (peak to peak),
CD-játszóké és alaplapi hangkeltőké 0,7 Vrms = 1Vp (=2Vpp)
Ezt kell felerősíteni mind feszültségben, mind áramban, hogy teljesítménnyel meg tudjon hajtani egy fejest/hangszórót.
Teljesítmény = Vrms^2/Z, ahol Z az impedancia (16..600 fejesre, 4..8 hangszóróra. Fejesre 10 mW elég, 100mW-nál csúcsban sem kell több, de nyilván hatásfokfüggő is.
SPL: sound pressure level. A hatásfokot jellemzik vele azáltal, hogy 1 Vrms-re, 1 mW-ra vagy 1 W-ra adják meg. Elérhető max. hangerő kiszámítása.
dB: decibel. logaritmikus mennyiség, mivel a hangerősségérzet logaritmikusan függ mind a teljesítménytől, mind a feszültségtől. Teljesítményre és feszültségre is használják. Teljesítmény esetén 10-zel, feszültség esetén 20-szal szorozzuk a logaritmizált mennyiséget, hogy dB-t kapjunk (mivel a teljesítmény négyzetesen függ a feszültségtől).
Impedancia: Frekvenciafüggő ellenállás. Lehet kapacitív (frekvenciával csökkenő), induktív (frekvenciával növekvő), rezisztív (frekvenciafüggetlen) vagy komplex karakterisztikájú. Pl. egy dinamikus hangszóróval szerelt hangdoboz impedanciája komplex, helyettesítő kapcsolási rajza kondenzátorokból, induktivitásokból és ellenállásokból elkészíthető.
Kimeneti impedancia: A kimeneti feszültség változásának és a kimenetet terhelő áramerősség változásának a hányadosa. Azt mondja meg, mennyire érzékeny a kimeneti feszültség a terhelésváltozásra. Tápegységeknél és erősítőknél is fontos paraméter; a kisebb jobb.
Damping faktor: (elektromos) csillapítási tényező. A hangszóróimpedancia és az erősítő kimeneti impedanciájának hányadosa. A nagyobb jobb: ekkor jobban csillapítja az erősítő a hangszóró szabad lengéseit, megfogottabb hangzást eredményezve (elsősorban a mélytartományban fontos ez). Megoszlanak a vélemények arról, hogy a hangszóró impedanciájánál több nagyságrenddel kisebb kimeneti impedanciának vagy-e gyakorlati előnye, hiszen az erősítő kimeneti impedanciája sorba van kapcsolva a hangsugárzóval.
Terhelőimpedancia: Az az impedancia, amivel egy kimenet (pl. erősítőkimenetet) leterhelünk. Gyakran tévesen kimeneti impedanciának nevezik. A kimeneteket nem szabad a minimálisan előírt impedanciánál kisebbel terhelni, mert ez nagyobb terhelést jelent számukra (kisebb impedancián nagyobb áram folyik át azonos kimeneti feszültség hatására). Kisebb impedanciás terhelésnél ráadásul az erősítő hatásfoka is romlik, így az túlmelegedhet/leéghet. Teljesítméynerősítőknél a min. 2-8 ohm tipikus., előerősítőknél min. 1 kohm vagy több.
Bemeneti impedancia: Azt mondja meg, hogy egy bemenet mekkora impedanciát mutat az őt meghajtó fokozat felé. Erősítőknél pl. a 10-50 kohm tipikus.
Hullámimpedancia: Kábelek jellemzője. Nem függ a kábel hosszától, vagyis nem a kábel ellenállását jelenti. Ha egy hullám különböző impedanciájú közegek határán lép át, részleges visszaverődést szenved, ezért a nagysebességű (nagyfrekvenciás) digitális vagy analóg kommunikációnál fontos figyelni rá, hogy a kábel mindkét végén - vagy legalább az egyik végén - a saját hullámimpedanciájával megegyező impedanciával legyen lezárva, hogy ne alakulhassanak ki benne állóhullámok.

A digitális hangtechnikáról:

DAC: digital to analog converter (hangkártya lejátszó része)
ADC: A-D konverter (felvételhez)
DSP: digital signal processor. Hangprocesszor, ami a digitális jelen végez átalakításokat. Pl. szűrő, equalizer, hangváltó, visszhangosító stb. feladatokat is elláthat. Ha a DSP-n analóg be- és kimenetek (is) vannak, akkor ADC és DAC is található benne.

A digit jelről:
sampling frequency: mintavételezési frekvencia: ilyen gyakran írjuk fel az analóg jel feszültségének értékét a digitális fájlba/adatfolyamba. Pl. 44,1 kHz (CD), 48 kHz, 96 kHz, 192 kHz (DVD).
bit rate: bitráta/felbontás: ennyi bit pontossággal írjuk fel a feszültség értékét, pl. 16 bit (CD, kb. 0,001% torzításnak felel meg, ami -100 dB), 24 bit.
Upsampling/oversampling: túlmintavételezés. A modern, ún. delta-sigma elven működő DAC-chipek működésének egyik alapja. Pl. 4x, 8x, 16x.
Resampling: újramintavételezés. Pl. 44,1 kHz-ről 192 kHz-re. Ez nem upsampling, mert nem egész számú többszöröse a 192 a 44,1-nek!

Időzítésről:
jitter: Digitális jel időzítésbeli hibája. (Egyenlő időközönként kellene felírni és visszajátszani a jeleket, de egyenlő időközök a gyakorlatban nem léteznek.) Mértékegysége ps (picosecond; ha nagyon nagy, akkor ns). ns az olcsó gagyi, pár 100 ps kommersz hifi minőség, 50ps "audiofil", 1-10 ps high end; azonban a helyzet itt is bonyolultabb: nem csak a mértéke határozza meg a hangminőséget, de sokkal inkább az, milyen viszonyban áll a zenével, korrelál-e vele: ha igen, torzítást, ha nem, akkor csupán zajt okoz a D-A átalakítás után. Szorosan összefügg a fáziszajjal (egymásba átszámíthatóak). Spektrális, RMS-ben és peak-ben is megadható. A hallható tartományba (20-20k Hz) eső jitter hallható torzítást okoz (THD, IMD). Legtöbbször RMS-ben szokás megadni, ámde oszcillátoroknál gyakran csak 12 kHz-től, noha nekünk a hallható tartományban érdekes. Spektrálisan ilyen.
ASRC: Asynchronous sample rate converter: saját óráját használva mintavátelezi át a jelet, így a kimenő jel kis jitterű lehet, ha jó a saját órája. Kis torzítású, mert két bejövő jel közé interpolál (lekonvertálásnál súlyozva átlagol). Sajnos a bejövő jel jitterét részben belekonvertálja a jelbe, így nem arat osztatlan sikert az audiofilek körében, de jó forrásról jól szól. Azon kevés eszközök egyike, amelyekkel javítani lehet a hangminőségen; az újraórázás miatt. (Analóg technikában minőségjavítást - szigorú értelemben véve - nem lehet csinálni.)
PLL: Phase lock loop: egy bemenő órajel átlagfrekvenciájával megegyező frekvenciájú órajelet állít elő. A digit jel szinkron újraórázásához (jitterszűrésre) használható.
VCO: voltage controlled oscillator: feszültséggel hangolható frekvenciájú órajelgenerátor. PLL-ek használják. Mivel csupán RC-oszcillátort tartalmaz, teljesen chipre integrálható.
VCXO: voltage controlled crystal (xtal) oscillator: feszültséggel hangolható frekvenciájú kvaroszcillátor. Jittere kisebb lehet a VCO-énál. PLL-ek használják (külső kvarcot kell az IC mellé tenni).

Jelformátumokról:
S/PDIF: sony philips digital interface: digit hangra kitalált formátum, készülékek közti kommunikációra. 1 érpár kell hozzá (CD/DVD-játszók, médiapléjerek, hangkártyák (alaplapik is sokszor) ezt használják, valamint optikán is ez megy).
AES/EBU: SPDIF szimmetrikus jelvezetésű verziója (ezáltal zavarérzéketlenebb), stúdióba/hangosításra.
I2S: inter-IC sound: IC-k közti digit hangra; ezt fogadják a DAC chipek és az ASRC-k is. 3 ér + föld kell hozzá. (Túlmintavételező DAC-ok esetében egy system clock vagy master clock jel is hozzácsapódik, ami azt mondja meg, hányszoros legyen a túlmintavételezés. Ekkor ennek jittere a meghatározó a hangminőség szempontjából.)
USB: Universal serial bus. "Pingpongozik" az adattal a két eszköz: ugyan azon az adatvezetékpáron megy oda és vissza az adat, felváltva.
Digital interface/receiver: digitális vevő IC, ami SPDIF-ből I2S-t készít. A legtöbb ilyen vevő beépített PLL-lel is rendelkezik, ezáltal jittert szűr.
USB-vevő: ami az USB-ből SPDIF-et és/vagy I2S-t készít. Lehet szinkron (egyirányú adatáramlás, leggyengébb minőség), aszinkron (lekérés-alapú, legkisebb jitterű) és adaptív.
(Pl. USB-ből lehet SPDIF-et csinálni, abból pedig I2S-t, amit a DAC-chip fogad, vagy USB-ből egyből I2S-t.)

Egyéb:

DIY: do it yourself, vagyis saját készítésű

IRODALOM
Hangtechnikai lexikon