Křišťálový zvuk
V hovorové řeči mnoho lidí znamená „moc“ nebo „síla“, když použijí slovo „moc“. Je tedy zcela přirozené, že kupující spojují výkon s hlasitostí: „Čím větší výkon, tím lépe a hlasitěji budou reproduktory znít.“ Tento běžný názor je však zásadně špatný! Reproduktor o výkonu 100 W nebude hrát vždy hlasitěji nebo lépe než ten s výkonem „jen“ 50 W. Hodnota výkonu nevypovídá ani tak o hlasitosti, jako o mechanické spolehlivosti akustiky. To samé 50 nebo 100 wattů není vůbec hlasitost, kterou zveřejnil rubrika. Dynamické hlavy samy o sobě mají nízkou účinnost a na zvukové vibrace převádějí pouze 2-3% výkonu jim dodávaného elektrického signálu (naštěstí je hlasitost produkovaného zvuku zcela dostatečná pro vytvoření zvukového doprovodu). Hodnota, kterou výrobce uvádí v datovém listu reproduktoru nebo systému jako celku, pouze udává, že při přivedení signálu o specifikovaném výkonu nedojde k poruše dynamické hlavy nebo akustického systému (kvůli kritickému zahřátí a vzájemnému zkratu vodiče, „překousnutí“ rámu cívky, prasknutí difuzoru, poškození pružných závěsů systému atd.).
Výkon akustického systému je tedy technický parametr, jehož hodnota přímo nesouvisí s hlasitostí akustiky, i když je s ní nějakou závislostí spojena. Hodnoty jmenovitého výkonu dynamických hlav, zesilovací cesty a akustického systému se mohou lišit. Jsou indikovány spíše pro orientaci a optimální přizpůsobení mezi součástmi. Například zesilovač s výrazně menším nebo výrazně větším výkonem může poškodit reproduktor v polohách ovládání maximální hlasitosti na obou zesilovačích: na prvním z důvodu vysoké úrovně zkreslení, na druhém kvůli tomu, že reproduktor pracuje v abnormálním režimu.
Výkon lze měřit různými způsoby a za různých testovacích podmínek. Pro tato měření existují obecně uznávané normy. Podívejme se blíže na některé z nich, nejčastěji používané v charakteristikách produktů západních společností:
RMS (Jmenovitý maximální sinusový výkon – jmenovitý maximální sinusový výkon). Výkon se měří aplikací sinusového signálu 1000 Hz, dokud není dosaženo určité úrovně nelineárního zkreslení. Obvykle je v produktovém listu uvedeno: 15 W (RMS). Tato hodnota udává, že akustický systém při napájení signálem 15 W může pracovat dlouhou dobu bez mechanického poškození dynamických hlav. U multimediálních reproduktorů jsou vyšší hodnoty výkonu ve W (RMS) ve srovnání s Hi-Fi reproduktory získány jako výsledek měření při velmi vysokém harmonickém zkreslení, často až 10 %. S takovými zkresleními je téměř nemožné poslouchat zvukovou stopu kvůli silnému sípání a podtextu v dynamické hlavě a těle reproduktoru.
PMPO (Špičkový hudební výkon). V tomto případě je výkon měřen aplikací krátkodobého sinusového signálu s trváním kratším než 1 sekunda a frekvencí pod 250 Hz (obvykle 100 Hz). To nebere v úvahu úroveň nelineárního zkreslení. Například výkon reproduktoru je 500 W (PMPO). Tato skutečnost svědčí o tom, že akustický systém neměl po reprodukci krátkodobého nízkofrekvenčního signálu žádné mechanické poškození dynamických hlav. Jednotky měření výkonu ve Wattech (PMPO) se lidově nazývají „čínské watty“, protože hodnoty výkonu při použití této metody měření dosahují tisíců wattů! Představte si – aktivní počítačové reproduktory spotřebují 10 V*A střídavého proudu a vyvinou špičkový hudební výkon 1500 W (PMPO).
Spolu se západními existují i sovětské standardy pro různé druhy moci. Jsou regulovány GOST 16122-87 a GOST 23262-88, které jsou v platnosti dodnes. Tyto normy definují pojmy jako jmenovitý, maximální hluk, maximální sinusový průběh, maximální dlouhodobý, maximální krátkodobý výkon. Některé z nich jsou uvedeny v pasu pro sovětské (a postsovětské) vybavení. Tyto normy se přirozeně ve světové praxi nepoužívají, takže se jimi nebudeme zdržovat.
Udělejme závěry: v praxi je nejdůležitější hodnota výkonu udávaná ve W (RMS) s hodnotami činitele harmonického zkreslení (THD) rovnými 1 % nebo méně. Srovnání výrobků i podle tohoto ukazatele je však velmi přibližné a nemusí mít nic společného s realitou, protože hlasitost zvuku je charakterizována hladinou akustického tlaku. Proto informační obsah indikátoru “výkon reproduktorového systému” je nulový.
Citlivost
Citlivost je jedním z parametrů udávaných výrobcem v charakteristikách akustických systémů. Hodnota charakterizuje intenzitu akustického tlaku vyvinutého reproduktorem ve vzdálenosti 1 metru při dodání signálu o frekvenci 1000 Hz a výkonu 1 W. Citlivost se měří v decibelech (dB) vzhledem k prahu sluchu (nulová hladina akustického tlaku je rovna 2*10^-5 Pa). Někdy se používá označení Sound Pressure Level (SPL). V tomto případě pro stručnost sloupec s jednotkami měření označuje dB/W*m nebo dB/W^1/2*m. Je důležité pochopit, že citlivost není lineární koeficient úměrnosti mezi hladinou akustického tlaku, výkonem signálu a vzdáleností ke zdroji. Mnoho společností uvádí charakteristiky citlivosti dynamických hlav měřené za nestandardních podmínek.
Citlivost je důležitější charakteristika při navrhování vlastních akustických systémů. Pokud plně nerozumíte tomu, co tento parametr znamená, pak při výběru multimediální akustiky pro PC nemůžete věnovat zvláštní pozornost citlivosti (naštěstí to není často indikováno).
frekvenční odezva
Amplitudo-frekvenční odezva (frekvenční odezva) obecně je graf znázorňující rozdíl amplitud výstupního a vstupního signálu v celém rozsahu reprodukovaných frekvencí. Frekvenční odezva se měří aplikací sinusového signálu konstantní amplitudy při změně jeho frekvence. V bodě grafu, kde je frekvence 1000 Hz, je obvyklé vynést úroveň 0 dB na svislou osu. Ideální možností je ta, ve které je frekvenční odezva reprezentována přímkou, ale ve skutečnosti akustické systémy takové vlastnosti nemají. Při zkoumání grafu je třeba věnovat zvláštní pozornost velikosti nerovností. Čím větší je hodnota nerovností, tím větší je frekvenční zkreslení témbru ve zvuku.
Západní výrobci dávají přednost uvádění rozsahu reprodukovaných frekvencí, což je „vytlačení“ informací z frekvenční odezvy: indikovány jsou pouze mezní frekvence a nerovnosti. Řekněme, že to říká: 50 Hz – 16 kHz (±3 dB). To znamená, že tento akustický systém má spolehlivý zvuk v rozsahu 50 Hz – 16 kHz a pod 50 Hz a nad 15 kHz se nerovnosti prudce zvětšují, frekvenční charakteristika má tzv. “roll-off” (prudký pokles charakteristiky).
Jaké to má důsledky? Snížení úrovně nízkých frekvencí znamená ztrátu bohatosti a bohatosti basového zvuku. Nárůst v oblasti nízkých frekvencí vytváří pocit dunění a hučení reproduktoru. Ve vysokofrekvenčních depresích bude zvuk matný a nejasný. Vysoké frekvenční nárůsty ukazují na přítomnost dráždivých, nepříjemných syčení a pískání. Multimediální reproduktory mají obvykle vyšší nerovnoměrnost frekvenční odezvy než tzv. Hi-Fi reproduktory. Ke všem reklamním prohlášením výrobců o frekvenční odezvě reproduktoru typu 20 – 20000 Hz (teoretická hranice možnosti) je třeba přistupovat s notnou dávkou skepse. V tomto případě často není indikována nerovnoměrnost frekvenční charakteristiky, která může dosahovat až nepředstavitelných hodnot.
Vzhledem k tomu, že výrobci multimediální akustiky často „zapomínají“ indikovat nerovnoměrnost frekvenční odezvy akustického systému, při setkání s reproduktorem s charakteristikou 20 Hz – 20000 100 Hz je třeba mít uši otevřené. Je velká pravděpodobnost nákupu věci, která neposkytuje ani víceméně jednotnou charakteristiku ve frekvenčním rozsahu 10000 Hz – XNUMX XNUMX Hz. Srovnávat rozsah reprodukovatelných frekvencí s různými nepravidelnostmi je vůbec nemožné.
Nelineární zkreslení, harmonický koeficient
Kg je koeficient harmonického zkreslení. Akustický systém je komplexní elektroakustické zařízení, které má nelineární ziskovou charakteristiku. Signál tedy po průchodu celou audio cestou bude mít nutně nelineární zkreslení na výstupu. Jedním z nejviditelnějších a nejsnáze měřitelných je harmonické zkreslení.
Harmonické zkreslení je jednoduše zkreslení, které je násobkem základního tónu signálu. Parazitní harmonické ve spektru dodávají zvuku nový zabarvení a vedou k nenapravitelným ztrátám zvuku. Typicky se harmonické zkreslení měří aplikací sinusového signálu 1000 Hz. Pomocí speciálního filtru jsou v audio signálu nalezeny extra harmonické a je určena jejich síla.
Koeficient je bezrozměrná veličina. Udává se buď v procentech nebo v decibelech. Konverzní vzorec: [dB] = 20 log ([%]/100). Čím vyšší je hodnota harmonického zkreslení, tím je zvuk obvykle horší.
Počet reproduktorů do značné míry závisí na výkonu signálu, který je do nich dodáván. Proto je hloupé dělat závěry v nepřítomnosti nebo porovnávat reproduktory pouze podle harmonického koeficientu, bez poslechu aparatury. Výrobci navíc neuvádějí hodnoty pro pracovní polohy ovladače hlasitosti (obvykle 30..50%).
Celkový elektrický odpor, impedance
Elektrodynamická hlava má určitý odpor proti stejnosměrnému proudu v závislosti na tloušťce, délce a materiálu drátu v cívce (takový odpor se také nazývá odporový nebo reaktivní). Při použití hudebního signálu, což je střídavý proud, se odpor hlavy změní v závislosti na frekvenci signálu.
Impedance (impedance) je celkový elektrický odpor vůči střídavému proudu měřený při frekvenci 1000 Hz. Typicky je impedance reproduktorových systémů 4, 6 nebo 8 ohmů.
Obecně platí, že hodnota celkového elektrického odporu (impedance) akustického systému kupujícímu neřekne nic o kvalitě zvuku konkrétního produktu. Výrobce udává tento parametr pouze proto, aby byl zohledněn odpor při připojení reprosoustavy k zesilovači. Pokud je hodnota impedance reproduktoru nižší než doporučená hodnota zátěže zesilovače, zvuk může být zkreslený nebo se může spustit ochrana proti zkratu; je-li vyšší, bude zvuk výrazně tišší než při doporučeném odporu.
Tělo reproduktoru, akustické provedení
Jedním z důležitých faktorů ovlivňujících zvuk akustického systému je akustické provedení vyzařující dynamické hlavy (reproduktoru). Při návrhu akustických systémů se výrobce obvykle potýká s problémem výběru akustického provedení. Je jich více než deset druhů.
Akustické provedení se dělí na akusticky nezatížené a akusticky zatížené. První implikuje konstrukci, ve které jsou vibrace difuzoru omezeny pouze tuhostí zavěšení. Ve druhém případě je vibrace difuzoru omezena kromě tuhosti zavěšení také elasticitou vzduchu a akustickým odporem vůči záření. Akustický design je také rozdělen na jednočinné a dvoučinné systémy. Jednočinný systém se vyznačuje buzením zvuku směrem k posluchači pouze jednou stranou difuzoru (záření z druhé strany je akustickým provedením neutralizováno). Duální systém zahrnuje použití obou povrchů difuzoru pro generování zvuku.
Vzhledem k tomu, že akustické provedení reproduktoru nemá prakticky žádný vliv na vysokofrekvenční a středofrekvenční dynamické hlavy, řekneme si o nejčastějších možnostech nízkofrekvenčního akustického provedení skříně.
Velmi rozšířené akustické schéma se nazývá “uzavřená krabice”. Týká se zatíženého akustického designu. Jedná se o uzavřenou skříň s reproduktorovým difuzorem umístěným na předním panelu. Výhody: dobrá frekvenční odezva a impulsní odezva. Nevýhody: nízká účinnost, potřeba výkonného zesilovače, vysoká úroveň harmonického zkreslení.
Ale místo boje se zvukovými vlnami způsobenými vibracemi na zadní straně difuzoru je můžete použít. Nejběžnější možností dvoučinných systémů je fázový měnič. Jedná se o trubku určité délky a průřezu, namontovanou v pouzdře. Délka a průřez fázového měniče jsou vypočteny tak, že při určité frekvenci vytváří kmitání zvukových vln, které jsou ve fázi s kmity způsobenými přední stranou difuzoru.
Pro subwoofery se hojně používá akustický obvod s obecně přijímaným názvem „rezonátorová skříň“. Na rozdíl od předchozího příkladu není difuzor reproduktoru umístěn na panelu karoserie, ale je umístěn uvnitř, na přepážce. Samotný reproduktor se přímo nepodílí na vytváření nízkofrekvenčního spektra. Místo toho difuzor pouze vybudí nízkofrekvenční zvukové vibrace, které se pak znásobí na objemu v trubici fázového invertoru, která funguje jako rezonanční komora. Výhodou těchto konstrukčních řešení je vysoká účinnost při malých rozměrech subwooferu. Nevýhody se projevují ve zhoršení fázových a impulsních charakteristik, zvuk se stává únavným.
Optimální volbou by byly středně velké reproduktory s dřevěným tělem, vyrobené pomocí uzavřeného okruhu nebo s fázovým měničem. Při výběru subwooferu byste měli dbát nikoli na jeho hlasitost (i levné modely mívají v tomto parametru dostatečnou rezervu), ale na spolehlivou reprodukci celého rozsahu nízkých frekvencí. Z hlediska kvality zvuku jsou nejvíce nežádoucí reproduktory s tenkým tělem nebo velmi malými rozměry.