diy projekty
teorie & praxe
download
odkazy
tesla / tvm
e-shop
fórum
o webu
Nejprve bych měl začít asi u některých pojmů, které se týkají audia. Pokusím se zde dokázat chybnou domněnku že watty jsou "ty správné" jednotky, které ukáží kvalitu reproduktoru, a jeho skutečný výkon (fyzicky vnímanou hlasitost). Výkon (Příkon) je pouze definován jako nějaké množství energie za jednotku času. Reproduktor je měnič energie, kde se mění elektrická energie a magnetickou energii a následně pomocí pohybu membrány na pohybovou energii. Jak víme nic není dokonalé, i zde existují ztráty, a určité "odpory" které brání plnému uvolnění veškeré energie.
První "posvátnou" jednotkou bude citlivost, i ta pro nás bude důležitější než vlastní elektrický příkon reproduktoru. Citlivost je definována jako rozdíl mezi nejvyšší a nejslabší složkou signálu. Dejme tomu mezi šeptáním a mezi křičením - i to by se dalo definovat jako citlivost.
Citlivost je dána mechanickou konstrukcí reproduktoru, tu už neovlivníme. Nebo bych to alespoň neradil dělat, protože nikdo z nás na to nemá asi dostatečnou výbavu a zkušenosti. Reproduktory mají různé citlivosti, basové reproduktory mají nižší citlivost, naopak vysokotónové mají vyšší. I ve velikosti reproduktoru lze najít určitý vztah - malé reproduktory mají menší citlivost, než větší reproduktory (bavíme-li se o jednom typu). Citlivější reproduktory jsou dražší, méně citlivé reproduktory jsou levnější. Ale nemotejme to toho úměrnost s kvalitou! Citlivost hraje významnou roli co se týče "dosahu", "skutečného potřebného příkonu" a "hlasitosti" reproduktoru.
Obecně se dá říci, že nejméně náročné jsou počítačové reproduktory, nebo u nějakých terminálů atd. Tam postačí malý příkon, i malá citlivost. Obvykle se průměr citlivostí pohybuje okolo 82.5dB (doporučuji 84 až 90dB).
HiFi, vesměs i Hi-End reproduktory mají citlivost o něco silnější. Je to dáno i tím co od nich požadujeme, někto třeba rád zvýší hlasitost, aby plně ozvučil malou místnost, či domácí kino při zvukových efektech... . Zde se průměrná citlivost pohybuje okolo 87.5dB (doporučuji 87 až cca 93dB).
Nakonec zde máme PA (výkonové) a open-air (venkovní) ozvučovací systémy, kde je nutná co nejvyšší citlivost. Jak již díky rozlehlosti prostoru, tak již kvůli "dosahu" a také i kvůli "hlasitosti", které na technoparty není nikdy dost :o). Uvnitř to ještě jde, místnost je alespoň někde ohraničená, ale venkovní prostředí se chová trošku víc jinak, nejsou tam žádné stěny, žádný uzavřený prostor co by mohl odrážet tlakové vlny... . Citlivosti se zde pohybují okolo 97.5dB (doporučuji - čím víc tím líp, pro uzavřené diskotéky cca 92dB až 100dB, pro open-air bych minimálně použil 98dB).
A nyní k další veličině - akustický tlak. Ten je vlastně to co my vnímáme jako "hlasitost", "řev", "loudness". Každý si jistě představí tlakovou vlnu od basového super-reproduktoru, ale to je jen zlomek. I malý reproduktor, hrající s vysokými tóny, produkuje tlakové vlny. Tlakové vlny vznikají na měniči (reproduktoru) a šíří se prostředím. Prostředí též klade určitý "odpor", a se vzdáleností slábne i intenzita tlakové vlny. Z toho je tedy patrné - akustický tlak závisí na reproduktoru a jeho vlastnostech (citlivost a příkon), na vlastnostech prostředí (druh prostředí a vzdálenost).
Co tedy známe? ...citlivost je dána, tu obvykle správný výrobce uvádí. Příkon také - dá se snadno změřit. Navíc některé zesilovače jsou vybaveny indikátorem vybuzení, což vlastně je jakýsi méně přesný měřič výkonu. Prostředí je vzduch, když zanedbáme různé objekty co brání přímé vlně (např. mřížka ozdobná reproduktoru, nábytek, volně stojící lidé ...) a teké zanedbáme odrazy. (jsme v místnosti obložené specielním materiálem, který pohltí přímé vlny a dále je neodrazí). A vzdálenost je vzdálenost mezi naším uchem a reproduktorem - tu také známe.
Ještě bych měl dodat - ve vzduchu intenzita zvukové vlny s čtvercem vzdálenosti zaniká. Další zlaté pravidlo je, že člověk vnímá zvuk logarytmicky, nikoli rovnoměrně. Aneb pouštíme-li do zesilovače 100W nebo 200W, takový rozdíl to nebude (matematický rozdíl je 200-100=100W). Ale přitom rozdíl 10W nebo 100W už je rapidní navýšení, přitom matematický rozdíl je 100-10=90W.
LP = SL + 10 log(P/l2)
Akustický tlak LP (Intenzita zvuku) se měří v Pascalech nebo v decibelech. Decibel je poměrová veličina vztažená k akustickému tlaku 2.10-5 Pa při 1kHz. Práh slyšitelnosti je přibližně 0dB, 0dB přitom odpovídá minimálnímu výkonu Po = 1.10-12 W/m2.
Pro zajímavost:
20dB = odlehlý les, tichá jeskyně
35dB = intenzita hluku v tiché místnosti (knihovna)
65dB = rušná kancelář, psací stroj
80dB = v obýváku již může vydráždit sousedy k agresivnímu jednání
90dB = těžký automobil
100-105dB = intenzita zvuku na diskotékách
105dB = pneumatické kladivo, hlasité silniční práce
105-110dB = intenzita zvuku na koncertech
120-130dB = startující letadlo či raketoplán
nad 130dB = práh bolestivosti
Zvuk se šíří rychlosí 344m/s ve vzduchu, o teplotě 21°C. Tato rychlost se o mnoho nemění se změnou teploty.
Citlivost reproduktoru SL se udává také v dB a vyjadřuje akustický tlak zvuku v ose reproduktoru ve vzdálenosti 1m při vybuzení reproduktoru elektrickým výkonem 1W (tuto hodnotu udává výrobce). Akustický tlak LP ve vzdálenosti 1m pro dodaný výkon P a citlivost reproduktoru S spočítáme:
LP = SL + 10 log(P)
Příklad: reproduktor firmy TVM, ARN226-08. Má citlivost 87dB, na zesilovači ho zatěžuji výkonem 10W. Jak velký akustický tlak bude na mne působit ve vzdálenosti 1m?
LP = 87dB + 10 log(10/1) = 87dB + 10dB = 97dB
Důkaz nesmyslného tvrzení, že "hlasitost" či akustický tlak je závislý na příkonu:
Dejme tomu, že máme 2 různé reproduktory, ve vzdálenosti 1m. Reproduktor A (citlivost 100dB, a zatěžuji ho 100W příkonem), reproduktor B (citlivosti 85dB a zatěžuji ho též 100W).
LP = 100dB + 10 log(100/1) = 100dB + 20dB = 120dB (Reproduktor A ...poměrně šokující hlasitost, co?)
LP = 85dB + 10 log(100/1) = 85dB + 20dB = 105dB (Reproduktor B ...poněkud slabší, že?)
Takže ještě jinak, mám vzdálenost 1m a budu porovnávat zase 2 různé reproduktory. Ale budu mít už i jiné zesilovače. Reproduktor A (100dB citlivost, 10W zatížení), reproduktor B (citlivost 85dB, a zatěžuji ho 100W).
LP = 100dB + 10 log(10/1) = 100dB + 10dB =110dB (Reproduktor A ...poměrně šokující hlasitost, a při tak malém zesilovači ???)
LP = 85dB + 10 log(100/1) = 85dB + 20dB = 105dB (Reproduktor B ...chudák, aby člověk místo zesilovače měl svářečku. A ani ta by nestačila...)
Jak je vidět, reproduktoru A stačí malý zesilovač v krabičce od sirek a řve jako o život. Reproduktor B má už zřejmě dost, zesilovač jako bedna, kabely jako ke svářečce, a ještě zdaleka tolik neřve... .
Impedance reproduktoru - také důležitý prvek pro výběr. Záleží především co od reproduktoru chceme a kde ho budeme používat. Obecně platí, že v autě máme malé napájení, tudíž vysokoimpedanční zesilovače jsou problém. Proto se používají 2Ω reproduktory. Teče ale jimi poměrně velký proud. Tyto reproduktory bych do domácího HiFi nebo dokonce PA systému vůbec nedával.
Dále jsou na trhu 4Ω reproduktory, ty jsou nejvíce rozzšířeny v HiFi, nebo se používají také paralelně spojené v autě. Na diskotékách sem tam nalezneme bednu s těmito reproduktory, ale problém je pořád jeden - zesilovače jsou spíše více proudově orientované, tudíž mluvím o ztrátech v kabelech, atd.
Minimálně se objeví specialitka - 6Ω reproduktory, ty se taky používají, ale spíš na diskotékách. Připojují se na 4Ω zesilovač, a jejich úkolem je vlastně tento zesilovač tolik proudově nezatěžovat. Řekl bych ale, že je to takový výkřík módy, který už zřejmě zanikl.
Poslední skupinou jsou 8Ω a 16Ω reproduktory. Jejich výhoda se především ujímá na diskotékách a na koncertech, kde je potřeba výkon. Proudové zesilovače a jejich konstrukce je náročná, proto tyto reproduktory s vyšší impedancí trošku napomáhají. Navíc proud je menší, tudíž nezpůsobí takové ztráty, reproduktory jsou řízené více napětím, tudíž i drobek stoupá odolnost proti rušení (indukovanému šumu) do kabelů. 16Ω reproduktory jsou specialita, vznikly původně za účelem open-air a vysokého výkonu. Nedoporučuji s nimi stavět, no maximálně dvojitý subwoofer s paralelním spojením.
Reproduktory s transformátorem - převážně mám na mysli venkovní 600Ω (100V rozvody) ozvučení, ty jsou právě dělány kvůli tomuto účelu - aby na vedení nevznikaly ztráty ani rušení, proto je signál přenášen napětím. Nakonec v samotné reprobedně je transformátorek, který převede vysokou impedanci na malou - běžnou (4Ω nebo 8Ω).
Úplně poslední a specielní skupinou jsou piezo reproduktory a tzv. drivery. Ani to nejsou reproduktory, ale zvukové měniče. Jejich výhodou je, že jsou řízeny napětím a jejich impedance je obrovská (více než 1000Ω), ale na druhou stranu jejich zvuk není kvalitní. V neposlední řadě jsou velice citlivé!!!
Nyní přejdu k charakteristikám jednotlivých reproduktorů:
Nyní k výhybkám
Návrh výhybek je sám o sobě poměrně složitý. V první řadě doporučím koupi hotové, profesionálně navržené výhybky. Je sice dražší, ale máme jistotu, že je povedená. Na co musíme dbát? ...musíme vědět jakou impedanci má mít reprosoustava (4 nebo 8Ω), a jakou impedanci mají basák, střed a výškáč. Obvykle mají všechny stejnou, také 4 nebo 8Ω. Dále je důležitý výkon (zatížitelnost výhybky), tu zjistíme tak, že si přečteme co píše výrobce o basáku - jaký je jeho nejvyšší možný trvalý výkon (RMS). Lépe je vždy vybrat výhybku s vyšší zatížitelností, než je zatížitelnost repráku, neboť někdy by mohla uhořet.
Dalším pravidlem je strmost výhybky, říká se čím strmější výhybka, tím je přechod mezi reproduktory méně znatelný. Vzhledem ale ke složitosti a finanční náročnosti, odporučuji používat výhybky -12dB/okt. Strmější výhybka -18dB/oct je vhodná především pro subwoofer, či HiFi aplikace.
Možná jsem měl uvést hned na začátek - pokud chceme 2pásmovou bednu, tak koupíme 2pásmovou výhybku. Pokud 3pásmovou, tak koupíme 3 pásmovou.
Některé výhybky navíc obsahují tzv. kompenzaci, což vlastně znamená určité snížení citlivosti výškáče a středového repro. Někdy obsahují i žárovičku (nebo PTC člen), který má lepší funkci - ochranu výškáče před spálením. dbejme na správné zapojení ±, a správný reproduktor na správný výstup výhybky, basy mohou zničit výškáč.
Chcete-li si ušetřit mnohdy až 5x víc peněz, tak si výhybku postavte. Je to ale složité, docela zdlouhavé - zvláště co do výsledného doladění. Vzorce a postup návrhu zde uvádět nebudu, neboť je to poměrně rozsáhlé. Pouze doporučím si stáhnout český program Hellish Points 2.0, který vám velice snadno pomůže vypočítat přibližné hodnoty a ukáže vám i schéma výhybek. Poté už je vše na vás... .
Ještě co se týče materiálu výhybek - nejlepší je používat bipolární kondenzátory (MKT, nebo obyč. bipolární). Aby snesly to zatížení, tak pro slabší PA systémy doporučím cca na napětí 63V nebo 100V, pro silnější PA systémy 100V a více.
U cívek platí totéž - cívky nedoporučuji motat, asi neseženete materiál. Ale obvykle se dají koupit v audio prodejnách (navinuté cívky), v několika druzích indukčností. Při výběru cívky vemte v úvahu zatížitelnost, tudíž platí, že na průřez měděného drátu cca 5A na milimetr čtverečný průřezu.
Finální ozvučení
Zde spíše uvedu své zkušenosti, při PA ozvučení v diskotékách a místnostech. Bedny už máme hotové, tak se nám jedná už jen o správné rozmístění, a co nejvyšší plochu pokrytou stejným akustickým tlakem.
- 2 reprobedny na pořádné hraní jsou málo. Pokud to ovšem nejsou nějaké 15" basáky, 100dB citlivost. Vhodná alternativa je využít tyto reprobedny jako satelity (bedny hrající cca od kmitočtu 200Hz a výše), a kmitočet pod 200Hz nechat pro subwoofer, který ještě více zlepší dojem.
- co se týče rozmístění, nejméně vhodné je rozmístění v řadě vedle sebe. Vhodnější je použít rohového rozmístění s více bednami (4 bedny), popřípadě do dvou protilehlých rohů rozmístit satelity a do kolmého rohu umístit subwoofer.
- dbáme na to aby k reprobednám nikdo moc nemohl, nebo alespoň ne tak snadno. Osu reproduktorů míříme na střed parketu, popřípadě budou-li vznikat nežádoucí odrazy, tak musíme úhly natočení změnit.
- snažíme se umístit reprobedny tak, aby výšky směřovaly na hlavy lidí. Nejde-li to, tak se snažíme alespoň co nejvíce přiblížit, nebo použít piezo box.
- docela levná sestava na hraní na diskotéce, jsou 4 odposlechové boxy + 1 subwoofer. Odposlechy jsou zavěšeny na rámu, a směřují z každého rohu směrem na střed parketu. Jsou napájeny plným signálem. Subwoofer může být trošku mimo, a ten napájíme signálem pouze 0 až cca 160Hz.
- chceme-li aby to víc hlasitěji hrálo, a basáky už "mají dost", tak mnohdy postačí trošku na ekvalizeru stáhnout basy, a hned můžeme jít výš. Mnohdy je dobré si najít vhodnou úroveň, aby jsme nepřebuzovali basy a tím si neubírali maximální možný výkon. Výhodou v tomto směru je užití DSP procesoru, popřípadě subharmonic syntetizéru.
- zlaté pravidlo - co nedokáže reprobox, to se nesnažme dohánět ekvalizérem
- silné vodiče, o délce "přesně akorát", mnohdy ušetří dostatek výkonu
- používáme zesilovače vždy o třídu výkonu vyšší, než je samotný reprák.
Osvědčil se mi vzorec: Pzes = 1.75 * Prms - Prms je maximální trvalý výkon reprobedny (basáku), protože málokdy lze přímo věřit špičkovým hodnotám které uvádí výrobce.
- největším spotřebičem výkonu je subwoofer. Pokud hraje subwoofer a satelity, tak pro subwoofer můžeme počítat s giga zesilovačem, a pro satelity postačí obvykle malý zesilovač. Pokud bedny provozujeme jako kompaktní, tzn., že přes ně hrajeme všechn (i basy), tak je nutné počítat také se silnějším zesilovačem.
Docela se mi osvědčilo provozovat 2 kompakty a 1 subwoofer, basový výkon tak snadno můžeme pomoci posílit i díky kompaktům.