Vlastnosti ozvučníc

Uzatvorená	Bassreflexová	Bandpassová	Isobarik

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)

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) .

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.