Snipi matraca Na, hát akkor tegyünk rendet a fejekben. Nem lesz egyszerű, mert úgy látom nagy a baj. Idézet Majik-tól: Vegyük az ágymatrac vastagságát 30cm-nek. Mivel nincs a falra szorítva, csak odatámasztjuk, legyen a csillapítóanyag vastagsága 35cm. Ha a hangsebességet 350m/s-nek vesszük, 20Cfokon ez megközelítőleg ennyi, akkor a 35cm az 1kHz-es hang hullámhossza lesz. Mivel a hangelnyelő anyagok hatásossága már fél hullámhosszon nagyon jó, a mi 35cm-es hangelnyelő panelünk nagyszerűen fog csillapítani 500Hz-en. Azt, hogy pontosan mennyit, azt az anyaga határozza meg.ha 50Hz-en szeretnénk azonos csillapítást elérni, 350cm vastag matracot kellene szereznünk. Ez nem azt jelenti, hogy a 35cm-es csillapítás nem csinál semmit 50Hz-en, de, csinál, csak sokkal kevesebbet, mint afelett. Hasonló a dolog a hangváltók váltási frekvenciájához. 2kHz-re méretezett alulvágó szűrő. Ez nem azt jelenti, hogy a 1999Hz nem megy át rajta, hanem a szűrő meredekségének megfelelően csökkentett amplitúdóval. A hangelnyelő anyagok nagyon hasonlóan működnek. Iskolapéldája a fejben lévő zavarnak, amire persze Bigi is rákontrázik, hatalmas piros betűkkel kidomborítva a 350 cm vastag matrac szükségesség, és hozzáteszi: Bigi: na ezé kérdeztem rá a mélyek hullámhoxxára, de a sok luzer marhára nem érti, h mi is csillapitja a mondjuk 80Hz alatti hangokat. ;) A szobaakusztika igen összetett és bonyolult kérdéskör, és az egész problémakörnek csak a felszínét fogom jelen irományomban megkapargatni. Bár Snipi nem szorul a védelmemre, de irományomban csak és kizárólag azokra a kérdésekre koncentrálok, amik segítenek megérteni, hogy Snipi-nél hogyan működhet a matrac. Eközben persze óhatatlanul is rá kell mutatnom számos, visszatérő tévedésre, elsősorban Majik és Bigi részéről. Irományom - csakúgy mint a korábbiak - szabadon felhasználható és idézhető. Vágjunk bele.
1. Az állóhullámokról A mélyhangok hullámhossza csak és kizárólag egy esetben érdekes: az állóhullámoknál. Állóhullám akkor jön létre, ha a falról (és/vagy egyéb felületről) visszaverődő hullám önmagával interferálva olyan hullámot hoz létre, ahol a csomópontok helye állandó és az interferencia következtében létrejövő eredő hullám "helyben lengedez" - innen a név: állóhullám. Állóhullám csak akkor jöhet létre, ha az eredeti hullám hullámhossza és a visszaverő felületek közötti kapcsolat között az alábbi kapcsolat teljesül: a hullámot visszaverő felületek közötti távolság az eredeti hullám félhullámhosszának (hullámhossz fele) egészszámú többszöröse. 1. ábra Állóhullámok kialakulás; a hullámhossz (λ) és a visszaverő felületek távolsága (l) közötti kapcsolat. Vegyük észre, hogy a visszaverődési helyeken csomópont van (merev felületről történő visszaverődés) Vagyis ha pl. a visszaverő felületek távolsága 5 méter akkor az alábbi frekvenciákon jelentkezik állóhullám (hangsebesség 343 m/s-nek véve, az első 5 frekvencia): 34,3 Hz hullámhossz = 10 méter (5 méter = félhullámhossz x 1) 68,6 Hz hullámhossz = 5 méter (5 méter = félhullámhossz x 2) 103 Hz hullámhossz = 3,33 méter (5 méter = félhullámhossz x 3) 137,2 Hz hullámhossz = 2,5 méter (5 méter = félhullámhossz x 4) 171,5 Hz hullámhossz = 2 méter (5 méter = félhullámhossz x 5) Lakószobában a legváltozatosabb frekvenciákon jönnek létre állóhullámok ugyanis hanghullámot visszaverő felületpárnak a szoba minden geometriai mérete számít: szélesség, hosszúság, belmagasság, testátló, stb. Nem tartozik a tárgyhoz, de megragadhatom az alkalmat egy szintén gyakori félreértés tisztázására. Számomra valami érthetetlen okokból a hifisták egy része szinte fétisként mantrázza a hullámhosszakat. Ezen vonal legextrémebb vadhajtása amikor olyan dolgokról kezdenek beszélni, hogy egy hangfal hallgatásakor azért gyenge a basszus, mert a basszus "nem fér bele" a szobába. De, hogy akkor hogyan is "fér bele" a 20 Hz a fejhallgató membránja és a dobhártyánk közötti néhánya cm-be, arról bezzeg nem
beszélnek. Mint ahogy arról sem, hogy akkor hogy a fenébe hallok bármilyen basszust, ha a mélyhangszórót közelről fülelem... Annak a szerencsétlen levegőmolekulának, akit a hangszóró membránja el kezd lökögetni, nincs szeme, és nem látja, hogy az útjára induló hanghullám belefér-e vagy sem a szobába. A (longitudinális) hanghullám elindul, és terjed, verődik, elnyelődik. Akár belefér a szobába, akár nem. A hullámhossz nem érdekes, csak és kizárólag az állóhullámok esetében. Meg lehet említeni, hogy az állóhullámokat létrejövő mechanizmusokhoz hasonló módon más frekvenciákon kioltások jönnek létre. Annak oka, hogy mindig az állóhullámokkal vagyunk elfoglalva, az az, hogy a kioltások pszichoakusztikai szempontból sokkal kevésbé zavaróak. Aki már kevert felvételt pontosan tudja: inkább kétszer vágjál az EQ-n, mint, hogy egyszer emeljél - főleg, hogy megfelelő módon végrehajtott vágással pszichoakusztikailag el lehet azt a hatást érni, mintha emeltél volna. De ebbe most nem megyek bele, most nem ez a téma. Csak mint érdekes párhuzamot említettem meg, hogy miért mindig a kiemelésekről beszélünk, és nem a kioltásokról. 2. Hangelnyelővel az állóhullámok ellen 2.1. A negyed hullámhossz, mint optimális csillapítási hely Nézzük meg az 1. ábrát és vegyük észre, hogy a visszaverő felületek közvetlen környezetében a hullámnak csomópontja (illetve kicsi kitérése) van. Ahol kicsi a kitérés, ott a levegő részecskéi csak kis mértékben rezegnek, ezért ott kicsi hatása van mindenféle csillapításnak. Ezért hajtogatja Majik és Bigi, hogy vastag hangelnyelő kell. Elméletük számos sebből vérzik - ezeket vesszük sorba. Első tévedésük, hogy félhullámhosszról beszélnek. A hangelnyelő anyag hatékonysága akkor maximális, ha olyan helyen csillapít, ahol a levegő részecskéinek kitérése, sebessége maximális - vagyis a hullámcsúcsoknál (és hullámvölgyeknél). A hullámhossz két félhullám, vagyis az első maximumhely negyed hullámhossznyira van a faltól. (Az 1. ábrán láthatjuk, hogy a faltól fél hullámhossznyira pont hogy csomópont van, a hangelnyelő ezen a ponton teljesen hatástalan). 2.2. Hol is van az a hullámmaximum? - a hangsebesség módosul A fentiek alapján azt gondolhatnánk, hogy akkor tegyük a hangelnyelő anyagot a falaktól negyed hullámhossznyira (pl. 50 Hz esetén, ahol a hullámhossz kb. 6,86 méter, kb. 1,715 méterre). Igaz, hogy ez alapján a 10 matrac helyett mindjárt csak öt kell és ötöt dobhatunk ki a fr@ncba, de még így is igen hülyén nézne ki, és ráadásul van még egy ok, hogy nem ez az üdvözítő út. És itt jön Majik és Bigi második tévedése. Második tévedésük, hogy a levegőben mérhető hullámhosszból indulnak ki. Vegyük azt az (esztétikailag talán legelfogadhatóbb) esetet, amikor a hangelnyelőt a falra rögzítjük. Majik és Bigi elfelejtik, hogy az állóhullám az eredeti és a visszavert hullám interferenciájából jön létre (és a visszaverődés helye természetesen továbbra is a fal - ha
nem így lenne, akkor új visszaverő felületet hoztunk volna létre a maga új állóhullámaival), tehát ebben az esetben az első hullámmaximum a hangcsillapító anyagban mérhető hullámhossz negyedénél jön létre; a hangcsillapítóban mért hangsebességgel kell számolni. Ilyen anyagokban a hanghullám lassabban terjed. Mellékvágányként, de mégis mintegy magyarázatként megemlítjük, hogy pontosan ezért van az, hogy a hangfalat belülről bélelő szivacs annak ellenére, hogy a doboz fizikai térfogatából elvesz, az akusztikai térfogatot növeli: több ideig tart, amíg a hang/nyomásváltozás a szivacsban eljut dobozig majd vissza és ezzel azt a helyzetet "modellezi", mintha a doboz nagyobb lenne. A hangsebesség ezekben a porózus, szivacsos anyagokban akár a fele is lehet a levegőben mérhető hangsebességnek, vagyis a faltól számított első hullámmaximum távolsága tovább feleződik. Vagyis a korábban már 5-re csökkentett számú matracok felét megint kidobhatjuk, és már 2,5 matracnál tartunk - kb. 0,8 méter. 2.3. Az energiamegmaradás A hangcsillapító anyagok azonban más mechanizmussal is küzdenek az állóhullámok ellen, és a kettő elválaszthatatlan egymástól. Eddig hosszas meggondolásokat tettünk annak végiggondolására, hogy hova is tegyük a hangelnyelő helyet (milyen vastag legyen a hangelnyelő), hogy legyen hatása. A sebességmaximum helyét keresve találtuk meg a negyedhullámhossz helyét, melyet vastag szivacs alkalmazásával vittük közelebb a falhoz. De mit is csinál a hangelnyelő anyag? A levegő részecskéinek mozgását csillapítja, a hullám egy részét elnyeli. Az energiamegmaradás miatt miden egyes alkalommal, amikor a hanghullám határfelülethez érkezik, a beérkező hanghullámmal három dolog történhet / történik: 1. Egy része visszaverődik 2. Egy része elnyelődik 3. Egy része továbbhalad. A hangcsillapító nyilván olyan anyagból van, ami viszonylag jó hatásfokkal nyeli el a hangokat. Könnyen beláthatjuk, hogy ha lenne egy olyan anyagunk, ami teljesen elnyelné a hangokat, akkor akármilyen vastag is lenne az, nem kellene az állóhullámokkal foglalkozni, hisz nem jönne létre a hangelnyelő mögötti falon az a visszaverődés, ami saját magával interferálva állóhullámot hozna létre. Könnyen beláthatjuk, hogy egy tökéletes hangelnyelő mintegy eltüntetné a szobát, és mint ilyen válna értelmetlenné a szobaakusztikai problémákról beszélni. Ezért van, hogy a Bigi által belinkelt süketszobák falán lévő hangelnyelő elemek vastagságának semmi de semmi köze nincs a hanghullámok hullámhosszához. Ott arról van szó, hogy a hanghullámok a kúpszerűen kialakított térelemek között "pattogva" (többszörösen visszaverődve) egyre beljebb jutnak (a visszaverődés szöge nyílván akkor mutat "befelé", ha a törésszög a hang irányához képest 45 foknál
hegyesebb, de ennél praktikus okokból lényegesen kisebbre választják). Mivel a visszaverődés soha nem 100%-os (valamennyi mindig elnyelődik), így ha a kúpok megfelelően vannak kialakítva, akkor az egyre beljebb történő verődések közben a hang annyira legyengül, hogy gyakorlatilag megszűnik, és nincsen mi visszaverődjék. 2. ábra A süketszoba hangelnyelő kúpjainak működése. (Saját készítés ábra, így elnézést a minőségért, de szemléltetni talán megteszi). Pirossal a beeső hanghullám. Szaggatottal a beesési merőleges (a visszaverő felületre a visszaverődési pontban állított merőleges) - hullámok visszaverődésekor a beesési szög (beeső hullám és a beesési merőleges által bezárt szög) megegyezik a visszaverődési szöggel (visszavert hullám és beesési merőleges által bezárt szög). Az ábrán az első öt visszaverődés látható (az ötös számnak semmi köze nincs az öt matrachoz). A kúp kialakításával elérhető, hogy a hanghullámok egyre beljebb "pattognak" a kúpok közötti mélybe. Látható, hogy a kúp mélye felé egyre sűrűbben vannak a visszaverődési pontok,így megfelelő kúpméret esetén annyira sok visszaverődés jön létre, hogy a hang a mélyben gyakorlatilag elhal. Példának okárt feltételezve, hogy a kúp olyan anyagból készül, ami 20%-ot elnyel és 80%-ot visszaver, 10 visszaverődés után a hang 90%-át nyeli el (0,8 10 =0,1), 20 visszaverődés után 99%-át (0,8 20 =0,01) A kúpok hosszával, hegyességével a verődések számát, míg a kúp anyagával (akusztikai keménységével) meg az egyes verődések közben elnyelődő % szabályozható. Az egésznek semmi köze a hullámhosszhoz. A hullámhossztól független hangcsillapítás jótékony hatása a bútorozottságban is érvényesül. Szőnyeg, pléd, falvédő, függöny, mind "küzd" az állóhullámok ellen (is), és ezért van, hogy az akusztikailag keményebb anyagú falak távolságait (szobaméreteket) kell elsősorban figyelembe venni az állóhullámok vizsgálatánál. 3. Snipi matraca 3.1. Állóhullámok Snipi matraca az állóhullámokat is csillapíthatja abból az okból kifolyólag, hogy magas a hangelnyelő képessége (lásd feljebb). A hangelnyelő képesség nyilván függ a matrac vastagságától, de vegyük észre, hogy a fentiek alapján ennek a vastagságnak semmi köze nincs hullámhosszhoz (inkább hasonlítható a süketszoba kúpjainak mélységéhez). Az, hogy a matrac jó hangelnyelő egy egyszerű kísérlettel igazolhatjuk. Szorítsunk az arcunk elé egy matracot és kiabáljunk bele teljes erővel és lepődjünk meg, hogy mennyi
hang elnyelődik. Két és fél matrac valószínű több ordítást nyel el, mint egy, de az esztétikára is gondolni kell (a hatás nem nő annyival, mint amennyivel rondább). Szóval az eddig már 2,5 matracra csökkentett 10 matrac számát tovább csökkenthetjük, kidobva mondjuk 1,5-et és megtartva 1-et... 3.2. Szórt hullámok Van azonban még valami, amiben a matrac hatékony. Ez az úgynevezett szórt hullámok problematikája. 3. ábra A hallgatóhoz mindig a direkt és visszavert hangok keveréke érkezik. A kép egy előadótermet ábrázol, de a lakásban ugyanilyen verődések vannak (bútorok, falak, stb) A direkt és indirekt hangok aránya és a köztük létrejövő időbeli és fázisbeli különbségek számos következménnyel járnak, de ezeket most nem tárgyaljuk. Egy dolgot azonban vegyünk észre: az egész "probléma" onnan indul, hogy a 3. ábrán szerelő előadótól a hang számos különböző irányba indul el. Tudjuk, hogy a mélyhangok hullámhossza annyival nagyobb a hangszóróénál, hogy gyakorlatilag gömbhullámként válnak le. A magas hangszóró esetében ez nincs így, és ezért a magas hangok irányítottak. Vagyis a visszavert hang spektruma a mélyhangok fele erőteljesen eltolódott. A szórt hang a legváltozatosabb helyekről és szögekből érkezhet a hátunk mögötti fal legkülönbözőbb pontjaira úgy, hogy végül mégiscsak a fülünkbe érkezik. A fentiek alapján érthető, hogy a hátsó fal csillapítása csillapít(hat)ja a mély hangokat. Persze a csillapító anyagok (mint pl. a matrac) a különböző frekvenciákat különböző mértékben csillapítja, és általában a magas hangokat sokkal jobban. Ez azonban nem érdekes. Miért? Mert mint mondottuk volt egyrészt a szórt hang spektruma mélytónusú, másrészt a fülünk és agyunk is irányítottan érzékeli a magas hangokat, és a hátunk felől esetleges fülünkbe jutó szórt magas hangokat csak igen kis mértékben érzékeljük.
4. Összefoglalás A fentiek alapján láthatjuk, hogy Snipi matraca igenis működhet és ehhez nem kell akusztikai egyetemei tanárnak vagy docensnek lenni, csak tiszta fejjel gondolkodni egy kicsit. Remélem, hogy menetközben egy-két félreértést is sikerült tisztázni...