Subwoofery a jejich ozvučnice

autor: Tomáš Salava, zdroj

Nejjednodušší a u hloubkových reproduktorů stále užívaná je uzavřená skříňová ozvučnice. Membrána reproduktoru svojí vnější stranou vyzařuje akustický signál do prostoru, svojí druhou stranou působí pouze na uzavřený objem vzduchu uvnitř těsné skříně. Bez ozvučnice by jinak docházelo k akustickému zkratu, tj. vyrovnávání akustického tlaku mezi oběma stranami membrány. Uzavřený objem vzduchu uvnitř ozvučnice ale působí na vnitřní stranu membrány jako pneumatická pružina. Zvyšuje tak výslednou tuhost kmitacího systému reproduktoru a tím také jeho vlastní rezonanční kmitočet, se kterým úzce souvisí i dolní mezní kmitočet reproduktoru.

Pro subwoofer s uzavřenou ozvučnicí je zřejmě výhodné použít reproduktor s co nejpoddajnějším kmitacím systémem, ale výsledek stále ještě závisí na objemu ozvučnice. Čím větší plocha membrány, tím větší bude potřebný objem ozvučnice na daný dolní mezní kmitočet. Pod dolním mezním kmitočtem může sice reproduktoru do jisté míry pomoci poslechový prostor, ale velký akustický výkon na velmi nízkých kmitočtech není z fyzikálních důvodů dobře možné získat rozměrově malým zdrojem zvuku. Dodejme ještě, že pod dolním mezním kmitočtem kmitočtová charakteristika reproduktoru v uzavřené ozvučnici klesá směrem k nižším kmitočtům se směrnicí - 12dB na oktávu.

Co do složitosti v pořadí druhá je ozvučnice typu bass-reflex. Pozná se podle otvoru, nebo hrdla v ozvučnici, nejčastěji válcového nebo obdélníkového tvaru. Konce hrdla bývají nyní často aerodynamicky rozšířeny. Ozvučnice typu bass-reflex je ve své podstatě akustický rezonátor, avšak s kmitacím systémem reproduktoru pracuje jako poměrně složitý mechanicko-pneumatický, nebo chcete-li, mechanicko-akustický systém. Pro optimální funkci musí být tato ozvučnice dosti přesně navržena, přičemž v návrhu značně závisí na vlastnostech reproduktoru.

Výhodou této ozvučnice je, mimo jiné, že kmitací systém reproduktoru nemusí být extrémně poddajný, ale hlavně, že v úzké oblasti dolního mezního kmitočtu hrdlo ozvučnice účinně podporuje vyzařování membrány do prostoru. Pod dolním mezním kmitočtem se ale situace rychle změní a hrdlo naopak vytváří akustický zkrat. Pod dolním mezním kmitočtem reproduktoru v ozvučnici typu bass-reflex pak kmitočtová charakteristika směrem k nižším kmitočtům klesá ještě rychleji, a to se směrnicí - 18dB na oktávu.

Subwoofer s ozvučnicí typu bass-reflex může být za určitých předpokladů o něco menší než s uzavřenou ozvučnicí, avšak opět není nic zadarmo. Bass-reflex vyžaduje přesné naladění a dlouhodobou stabilitu vlastností reproduktoru, na který je ozvučnice navržena a naladěna. Je také citlivý na buzení pod dolním mezním kmitočtem. Může tak vznikat vysoké intermodulační zkreslení. U aktivních konstrukcí subwooferů s touto ozvučnicí se proto zpravidla volí dolní mezní kmitočet zesilovače velmi blízký dolnímu meznímu kmitočtu bass-reflexu. Zbývá ještě dodat, že princip této ozvučnice je starý snad již 80 let a přes naznačené částečné nevýhody patří ke stále oblíbeným.

Bass-reflex je také možné pokládat za nejjednodušší variantu ozvučnice s akustickými obvody. Složitější konstrukce ozvučnic s akustickými obvody se zpravidla poznají podle toho, že na skříni ozvučnice jsou patrné jen výstupní hrdla, zpravidla větších průměrů. Reproduktor je v tomto případě umístěn uvnitř a žádná strana membrány nevyzařuje do prostoru přímo. Akustické obvody jsou vytvořeny soustavou dutin a hrdel. V nejjednodušším případě jsou to dvě dutiny a jedno hrdlo, častěji dvě dutiny a dvě hrdla. Tento typ ozvučnic používá pro hloubkové jednotky některých svých reproduktorových soustav např. firma KEF. Ještě složitější konstrukce ozvučnice s akustickými obvody používá známá americká firma Bose u svých subwooferů řady Acoustimass.

Tyto ozvučnice mohou být na stejný výkon a dolní mezní kmitočet ještě menší než bass-reflexy. Jejich funkce je převážně blízká akustické pásmové propusti. Navrhují se jen pro určité pásmo kmitočtů, omezené nikoliv jen zdola, ale také shora. Čím užší pásmo kmitočtů se zvolí, tím vyšší je dosažitelný výkonový zisk ve srovnání s ozvučnicemi jednoduššími. Tak třeba při šířce pásma dvě oktávy (např. 30-120Hz) lze dosáhnout zisk asi 4-5dB. To sice na prvý pohled není mnoho, ale výkonově je to už přibližně 2.5 až 3.16 krát. Ve výkonu zesilovače už je to rozdíl nikoliv zanedbatelný. Kromě toho na stejný akustický výkon stačí méně výkonné a menší reproduktory. Na stejný akustický výkon může pak být ozvučnice s akustickými obvody i znatelně menší. Pro výslednou funkci subwooferu může být omezení pracovního kmitočtového rozsahu shora na prospěch, i když elektronicky se to jinak dá zajistit relativně snadno.

Odpůrci složitějších ozvučnic s akustickými obvody zpravidla argumentují rezonančním charakterem použitých akustických obvodů a tím zhoršenou nebo zpomalenou reprodukcí náhlých změn reprodukovaného zvuku. Je při tom zajímavé, že málokomu vadí dost podobné vlastnosti bass-reflexu. U složitějších ozvučnic může být tranzientní odezva (odezva na rychlé změny signálu) skutečně o něco horší, ale přesto si dovolím tvrdit, že pokud jsou zde nějaké slyšitelné rozdíly, v možném tranzientním zkreslení to určitě není. Alespoň pokud je ozvučnice s akustickými obvody správně navržena a naladěna. Mohu to tvrdit s dostatečnou jistotou, protože se po léta zabývám nejen tranzientním zkreslením reproduktorů, ale také tranzientními jevy v poslechových prostorech, a to zvláště na nízkých kmitočtech. A ty v poslechovém prostoru jsou převážně mnohem výraznější.

Dodejme, že byly navrženy a jsou ojediněle užívány ještě nejrůznější další varianty řešení ozvučnic a hlubokotónových reproduktorových jednotek. Na jejich popis zde ale už bohužel není místo. Obecně však platí, že i přes rozdílné vlastnosti a možnosti různých řešení, žádná dosud známá konstrukce není jednoznačně a za všech okolností absolutně nejlepší. A protože fyzika se nikdy nedá ošidit, zázraky se ani v konstrukci subwoferů nedějí.