Vlastnosti ozvučníc
Azda najviac diskutovanou témou v high-end car audio
sú ozvučnice pre subwoofre. Každý kto sa dostal do blízkosti
car audio si nepochybne vypočul rozdielne názory o tom,
ktorý typ ozvučnice pre subwoofre je najlepší pre reprodukciu
subbasov. Niektorí ľudia prisahajú na nebo-peklo, že uzatvorené
ozvučnice produkujú najčistejší zvuk, iní sú rovnako neústupný
v presvedčení o výnimočnosti vetraných a bandpass
ozvučníc. Väčšina z týchto ľudí to myslí naozaj dobre že s daným
typom ozvučnice dosiahli dobré výsledky, ale tvrdenie, že
daný typ ozvučnice je najlepší vo všetkých smeroch je nesprávne.
Na základe toho by sa ale dalo očakávať že ak existuje, jednoznačne
najlepší typ ozvučnice, ktorý by používali všetci. Určite
ale všetci vážny car audio konkurenti. V tomto prípade to
tak ale nie je, hoci. Ak sa pozriete sa na najvyššie umiestnené
automobily v súťažiach IASCA , všimnete si že sa používa
množstvo rozdielnych typov ozvučníc. Určite neexistuje zhoda
medzi týmito konkurentmi ako dosiahnuť najlepšie výsledky.
Ich výber sa opiera o to, ktorá ozvučnica bude najlepšie
vyhovovať požiadavkám ich automobilov a systémov a umožní
dosiahnuť najlepší zvuk podľa toho čo považujú za najdôležitejšie.
Najdôležitejší fakt ktorý si musíte uvedomiť je že neexistuje
"kúzelná skrinka " ktorá poskytne najvyšší SPL(akustický
tlak), najvyrovnanejšiu frekvenčnú charakteristiku, najlepšiu
prechodovú odozvu, výkonovú zaťažiteľnosť a účinnosť. Všetko
sa v návrhu ozvučníc točí okolo základnej pravdy že
„nič nieje zadarmo“.
V tejto príručke preberieme všetky populárne typy ozvučníc.
Je takmer nemožné dokonale vysvetliť fyziku spojenú s každým
typom ozvučnice alebo popísať všetky možné návrhy a aplikácie
v rozsahu jednej útlej príručky, existuje množstvo inej
literatúry ktorá poskytuje množstvo informácií potrebných
pre hĺbkovú analýzu každého typu ozvučnice. Z tohto dôvodu,
uvedieme len zovšeobecnený popis každého typu ozvučnice a sústredíme
sa viacej na ich výhody a nevýhody aby ste získali základnú
predstavu o úskaliach spojených s návrhom subwoofrových
ozvučníc systému.
Vlastnosti
Uzatvorená

Uzatvorená ozvučnica je klasický typ ozvučnice. Bol patentovaný
v 1949 Harry Olson-om a spopularizovaný v roku 1950
firmou Acoustic Research, tento typ obstál v skúške času
a bol prijatý väčšinou výrobcov domáceho a auto
audia.
V uzatvorenej ozvučnici, je basový reproduktor tlmený
objemom vzduchu uzatvoreného v ozvučnici ktorý pôsobí ako
pružina (odtiaľ meno "vzduchové tlmenie“)ak väčší tlak
namáhal sa kým pneumatická pružina zaliateho krytu v opačnom
smere.
Reproduktor musí pri pohybe membrány smerom von doslova ťahať
vzduch, čím sa znižuje tlak vzduchu vo vnútri ozvučnice a stláča
vzduch vo vnútri ozvučnice keď sa jeho membrány pohybuje do
vnútra , čo zvyšuje tlak vzduchu vo vnútri ozvučnice. Pretože
tlaku vzduchu vo vnútri ozvučnice sa snaží vyrovnať atmosferickému
tlaku ovzdušia, čo pôsobí ako regulačná sila nadbytočného
pohybu membrány reproduktora. Čím viac sa reproduktor pohybuje
smerom von alebo dovnútra, tým vzniká väčší tlak a taký
istý ale v opačnom smere vyvíja vzduchová pružina uzatvorenej
ozvučnice.
Vzťahy medzi vlastnosťami použitého reproduktora, objemom
vzduchu vo vnútri ozvučnice určujú vlastnosti uzatvoreného
subwoofrového systému. Vytvorením väčšej ozvučnice bude vzduchová
pružina menej obmedzovať pohyb membrány, čo znamená že systém
bude hrať hlbšie s vyrovnanejšou frekvenčnou charakteristikou
(nižšie Qtc) a zvýši sa výkonová zaťažiteľnosť. Ak vytvoríte
príliš veľkú ozvučnicu aby ste rozšírili rozsah spodných frekvencií,
začnete strácať účinnosť. Ak vytvoríte menšiu ozvučnicu, pneumatická
pružina bude viac kontrolovať a obmedzovať pohyb membrány
pri nízkych kmitočtoch, čím sa zvýši výkonová zaťažiteľnosť
ale systém nebude produkovať tak nízke frekvencie a frekvenčná
charakteristika bude viac zvlnená (vyššie Qtc). Pre akýkoľvek
reproduktor kvalifikovane navrhnutý pre uzatvorenú ozvučnicu
existuje rozsah objemov ozvučníc v ktorom bude produkovať
vysoko kvalitný zvuk. Zmenou veľkosti ozvučnice v tomto
rozsahu môžete jemne naladiť prenosový rozsah a vyhovieť tak
požiadavkám poslucháča a/alebo zvukovým vlastnostiam automobilu.
Bassreflexová (Vetraná ozvučnica)

Vetraná ozvučnica je v skutočnosti k dispozícii dlhšie
ako uzatvorené návrhy. Vetraná ozvučnica bola patentová v roku
1932 A.C.THURAS-om. od tej doby ďalší vývoj oveľa presnejšie
sformuloval správanie vetraných systémov. A.N. Thiele a Richard
Small uskutočnili najvačšiu prácu v tejto oblasti a preto
sa parametre ktoré popisujú chovanie reproduktora v ozvučnicu
nazývajú Thiele-Small.
Prepojenie vonkajšieho priestoru pomocou nátrubku alebo rúry
s vnútrom ozvučnice umožňuje subwoofrovému systém využívať
prácu zadnej časti reproduktorovej membrány na zosilnenie
dolnofrekvenčného rozsahu. Správanie rezonujúceho stĺpca vzduchu
v nátrubku, ktorý je inštalovaný v danej ozvučnici, predstavuje
alternatívu k odporu pri pohybe. Vlastnosti tohto tlmenia
určujú rozmery nátrubku. V niektorých návrhoch sa miesto nátrubku
používa reproduktorová membrána bez pohonného systému alebo
plochá membrána ktorá funguje rovnakým spôsobom. Toto sa nazýva
pasívny radiátor. Rezonanciu pasívneho systému je možné nastaviť
plochou pasívneho žiariča, hmotnosťou a poddajnosťou (tuhosť
závesu) .
V prípade vetranej ozvučnice existujú presné vzťahy
medzi veľkosťou objemu vzduchu v ozvučnici, rezonančnou
frekvenciou nátrubku a parametrami použitého reproduktoru.
Keď sú tieto tri činitele správne zladené, zvuková vlna zo
zadnej časti membrány reproduktoru sa oneskorí práve tak,
aby vychádzala z nátrubku v relatívnej fáze s vlnou vytvorenou
prednou častou membrány reproduktora. Výsledkom je, že nepriamy
výstup z nátrubku je ohraničený v požadovanom nízkofrekvenčnom
rozsahu. Toto posilnenie nízkofrekvenčného rozsahu je jednou
z veľkých výhod dobre navrhnutého vetraného systému. Správnym
využitím práce zadnej časti membrány znamená, že použitím
rovnakého reproduktoru zvýšite citlivosť vetraného systému
v subbasovom rozsahu približne o 3dB v porovnaní
s uzatvorenou ozvučnicou. Druhou veľkou výhodou je, že
vzájomné pôsobenie nátrubku, ozvučnice a rezonančných charakteristík
reproduktora zmenšuje pohyb membrány a z tohto dôvodu
je aj skreslenie pri vysokých úrovniach hlasitosti v kmitočtovom
rozsahu riadené nátrubkom. Negatívnou stránkou je pre frekvencie
pod ladením nátrubku, sa reproduktor postupne začína správať
ako keby nebol vôbec uzatvorený (o tom až neskôr.)
Zväčšený výstup v kombinácii s zmenšením skreslenia v "srdci"
basového rozsahu (35-60Hz) je najvýznamnejší dôvod prečo mnoho
domácich reproduktorových a vysokovýkonných zvukových
systémov používa vetrané ozvučnice pre reprodukciu hlbokých
tónov. Z rovnakého dôvodu aj prevažná väčšina nahrávacích
štúdií používa pri monitoringu vetrané ozvučnice.
Vzťahy popisujúce správanie a správny návrh vetraného reproduktorového
systému sú oveľa komplikovanejšie ako pri uzatvorených ozvučniciach.
Z tohto dôvodu, je vhodné postupovať podľa doporučení
výrobcu reproduktora alebo sa obrátiť na skúseného konštruktéra
ozvučníc ak potrebujete navrhnúť vetraný systém. Je veľmi
jednoduché zoskrutkovať vetranú ozvučnicu ak odhadnete veľkosť
a dĺžku nátrubku alebo frekvenciu ladenia ozvučnice. Nesprávne
navrhnutá ozvučnica nemusí hrať zle, ale veľmi ľahko môžete
poškodiť reproduktor ak budete hrať nahlas.
Bandpass

Môže sa zdať že tieto typy ozvučníc sú poslednou módnou vlnou
vo svete car audio. Možno to mnohých prekvapí ale tieto
o typy sú k dispozícii už veľa rokov. Prvý patent pre bandpass
ozvučnicu bol udelený v roku 1934 Andre d'Alton-ovi.
V nasledujúcich desiatich rokoch, záujem o tento
typ ozvučníc sa znova obnovil po podstatných pokrokoch v popise
ich správanie. V súčasnosti mnoho domácich sub/satelitných
reproduktorových systémov používa bandpass systémy pre nízkofrekvenčnú
reprodukciu. Návrhy od BOSE, KEF,AR a mnohých iných sa
stáli veľmi populárne v kruhoch domáceho audia.
V bandpass ozvučnici, už reproduktor nehrá bezprostredne
do posluchového priestoru . Namiesto toho, celý výstup subwoofrového
systému je produkovaný cez nátrubok alebo nátrubky. V bežnom
uzatvorenom alebo vetranom subwoofrovom systéme je nízkofrekvenčný
rozsah interakciou reproduktora a návrhu ozvučnice,
ale rozsah vyšších frekvencií je výsledkom prirodzenej charakteristiky
reproduktora (pokiaľ nie je ohraničený výhybkou). V bandpass
ozvučnici, predná časť reproduktoru vyžaruje do komory ktorá
je naladená nátrubkom. Táto vetraná predná časť komora pôsobí
ako dolnopriepustný filter ktorý akustický obmedzuje vysokofrekvenčný
rozsah subwoofrového systému. Meno "pásmová priepust"
je skutočne výstižný popisný v tom, že vyjadruje skutočnosť,
že ozvučnica prepúšťa len určité kmitočtové "pásmo"
(rozsah) ktoré "prepúšťa " do posluchového priestoru.
Tak ako? Nemôžeme rovnaký výsledok dosiahnuť aj pridaním
dolnofrekvenčnej výhybky do subwoofrového systému? Áno, je
to možné, ale bandpass ozvučnica poskytuje oproti konvenčným
typom ozvučníc oveľa vyššiu účinnosť a/alebo hlbší rozsah
hlbokých frekvencií pri rovnakej veľkosti.
Zmenou objemu prednej a zadnej komory a ladením nátrubku
alebo nátrubkov, môžeme podstatne meniť vlastnosti subwoofrového
systému. Ak zvolíme parametre ozvučnice pre úzku šírku pásma,
v danom frekvenčnom rozsahu sa zvýši pásme účinnosť
subwoofrového systému a môžeme dosiahnuť zisk až 8dB
(v niektorých prípadoch dokonca aj vyšší.) Ako zvolíme parametre
ozvučnice pre širokú šírky pásma, môžeme dosiahnuť veľmi impozantný
nízkofrekvenčný rozsah pri kompaktných rozmeroch ozvučnice
ale úkor účinnosti a dobrá prechodová odozva. Stredná šírka
pásma môže predstavovať rozumný kompromis medzi všetky týmito
vlastnosťami. Ale aby zmätku nebolo ešte dosť, vo vnútri každého
pásma, môže konštruktér súčasne meniť parametre ozvučnice
tak že zdvihne alebo potlačí rozsah subbasov čo má ale vplyv
na účinnosť systému.
Ako môžete vidieť, bandpass ozvučnice môžu poskytovať veľmi
rozdielny zvuk ktorý závisí od výberu parametrov ozvučnice.
A z tohto dôvodu nie je možné jednoducho všeobecne
popísať všetky výhody a nevýhody bandpass ozvučníc.
Jedna príznačná pri bandpass ozvučniciach ktoré sú univerzálne
je že oproti konvenčným typom ozvučníc lepšie kontrolujú pohyb
membrány v širšom frekvenčnom pásme. Je to spôsobené
rýchlymi zmenami tlaku vzduchu na oboch stranách membrány
reproduktoru, reproduktor je schopný produkovať vysoké hodnoty
akustického tlaku bez toho aby sa membráne nadmerne pohybovala.
Toto znamená, že je menej pravdepodobné, že membrána reproduktoru
prekročí maximálnu výchylku v hlavnej časti subbasového
rozsahu. Avšak, práve pretože membrána sa nepohybuje s veľkou
výchylkou neznamená to, že pohonný systém reproduktora nemusí
stále pevne kontrolovať pohyb membrány, ale znamená to membrána
musí prekonávať pri pohybe značný odpor. Tento odpor veľmi
namáha reproduktor, hlavne v prípade ak sa pri ovládacích
prvkoch autorádia nachádza bláznivý audiofil. Stret medzi
silou generovanou pohonným systémom a tlakom vzduchu v ozvučnici
vyvíja extrémnu silu na lepené spoje a tlmenie reproduktora.
Jednoducho povedané v bandpass ozvučnici môže prísť k roztrhnutiu
reproduktora obzvlášť v prípade že do reproduktora dodáte
príliš veľký výkon. Pretože membrána sa tak veľmi nepohybuje
a hluk je maskovaný prednou komorou, je veľmi obtiažne počuť
či je reproduktor už vážne poškodený. Mnohí ľudia bolo známych
tým že niekoľko minút po pripojení roztrhali reproduktor vo
vnútri bandpass-ovej ozvučnice na franforce pretože si neuvedomili
že reproduktor dostal infarkt. Pre dosiahnutie dlhej životnosti
reproduktora je nevyhnutná voľba správneho výkonu a presné
nastavenie zosilňovača.
Bandpass ozvučnice môžeme rozdeliť na dva základné typy:
raz vetraný a dvakrát vetraný. V raz
vetranom návrhu je zadná komora uzatvorená a v prednej
komore je nátrubok. V dvakrát vetranom návrhu sú
v prednej aj zadnej komore nátrubky vyvedené do posluchového
priestoru. Variáciou na dvakrát a raz vetraný bandpass
je "sériovo-ladená" bandpass ozvučnica s nátrubkom
ktorý spája prednú a zadnú časť komory.
Rozdiely medzi jednoduchou a dvojitou bandpass-ovou
ozvučnicou sú podobné ako rozdiely medzi uzatvorenými a vetranými
ozvučnicami. Raz vetraný bandpass väčšinou vykazuje pozvoľný
pokles spodného pásma (približne 12dB/oktávu) a lepšiu prechodová
odozvu. Dvakrát vetraný bandpass má väčšiu citlivosť a pohyb
membrány je kontrolovaný v oveľa širšom frekvenčnom pásme
ale má strmší pokles spodného rozsahu (18-24dB/octave). Pretože
rozdiel v strmosti poklesu nízkofrekvenčného rozsahu
je značný, pri rovnakom frekvenčnom rozsahu musí mať oproti
jedno vetranému dvakrát vetraný bandpass väčší objem ozvučnice.
V porovnaní s bežnými typmi ozvučnice, je návrh a konštrukcia
bandpass ozvučníc oveľa komplikovanejšia. Vzťahy popisujúce
a upravujúce vlastnosti v bandpass ozvučnici netolerujú chybu.
Drobná chyba vo výpočte objemu alebo nekvalitná konštrukcia
môže obrátiť kvalitný návrh na hrozne hrajúcu ozvučnicu. Zabudovanie
nátrubku alebo nátrubkov so správnou veľkosťou môže byť krajne
náročné a často sa stáva že návrh ktorý na papieri vyzeral
sľubne je v praxi takmer neuskutočniteľný. Návrh takýchto
ozvučníc treba prenechať ľudom ktorý majú rozsiahle skúsenosti
s navrhovaním a stavbou ozvučníc.
Isobarik

Isobarik ozvučnica sa stala v posledných rokoch v car
audiu veľmi populárna. Ale opäť to nie je žiadna novinka,
pôvodne bola predstavená Harry Olson-om okolo roku 1950. Technicky
vzaté, "isobarik" nie je skutočne typ ozvučnice;
ale je spôsob záťaže. Táto metóda záťaže zahŕňa pár reproduktorov
ktoré pracujú spoločne ako jeden celok. Obyčajne sa realizuje
tak, že oba reproduktory sa umiestnia tvárou v tvár alebo
sa spoja oba reproduktory malou komorou. Výsledkom spojenia
oboch reproduktorov je, že spojený pár (iso-skupina) môže
teraz produkovať rovnaký frekvenčný priebeh v ozvučnici
s polovičným objemom ako by si vyžadoval samostatný reproduktor
toho istého typu. Napríklad, ak je pre reproduktor optimálna
uzatvorená ozvučnica s objemom 28l, jedna iso-skupina
rovnakých reproduktorov bude produkovať rovnaký nízkofrekvenčný
rozsah a celkovú odozvu charakteristické vlastnosti v 14l
uzatvorenej ozvučnici.
Pochopiteľne nič nie je zadarmo. Vždy ak používate isobarik
záťaž, musíte obetovať 3dB účinnosti oproti jednoduchému budič
v dvojnásobný zastavaný objem. V praktických podmienkach,
to neprináša ale veľké výhody pretože potrebujete dvojnásobný
výkon (dva reproduktory miesto jedného) a impedancia je polovičná
ak zapojíte reproduktory paralelne (dvojnásobný prúd, za predpokladu
že zosilňovač ho bude schopný dodať). Nakoniec získate rovnaký
frekvenčný priebeh ako pri jednom reproduktore ale v ozvučnici
s polovičným objemom ale s dvakrát väčším výkonom
zosilňovača (a dvojnásobnou cenou reproduktoru) .
Isobarik záťaž môžete použiť v ľubovolnom type ozvučnice,
vrátane bandpass. Vetrané a bandpass isobarické ozvučnice
sa navrhujú veľmi ťažko pretože vychádzajú veľmi malé objemy
ozvučníc a veľmi dlhé nátrubky. S niektorými reproduktormi
je nemožné stavať Isobarik bandpass ozvučnice. Existujú určité
veci na ktoré treba dávať pozor pri každom type isobarik ozvučnice,
ako napr. mechanický hluk a nerovné odvádzanie tepla ktorý
môže vytvárať určité prekážky v kvalite zvuku a spôsobovať
problémy so životnosťou. Všetky tieto metódy si vyžadujú otočiť
pohyb membrány prepólovaním prívodov jedného z reproduktorov.
Prednosťou Isobarická záťaže je že sa v prípade oproti
pohybujúcich membrán vyrušia rozdiely v nelinearite tlmenia
(rozdiely medzi správaním vnútorného a vonkajšieho tlmenia)
čím sa zmenší skreslenie.
Ak vy ste obmedzený priestorom a ste ochotný obetovať
ďalší reproduktor a zložitejšiu ozvučnicu, získate kompaktný
subwoofrový systém bez zníženia kvality reprodukcie ale bude
musieť použiť väčší výkon a vyššie náklady. Naproti tomu,
ak vy máte veľa priestoru a hľadáte spôsob ako získať
maximálne kvalitný zvuk, použitie viacnásobnej iso-skupinu
môže poskytnúť najlepší pomer plochy membrány/veľkosť ozvučnice
pričom stále zachováte dobrú vernosť.
|