Ozvučnice - konstrukce, typy

zdroj: bývalý sweb.cz/kpr

Úkolem tohoto mého článku je drobek pomoci a odpovědět na desítky mailů, které se mi již sběhly a chtěly podrobněji popsat jak, co ...aby z toho pak vylezla co nejlevněji reprobedna. Na začátek bych měl říct, že sice jsem příznivcem Hi-End, ale v tomto případě budu uvádět návody a zkušenosti ze své vlasntí praxe, kde se často ani nedosáhne kvalit HiFi. Mám tím na mysli loudness (PA) systémy, používané často pro ozvučení diskoték, klubů, barů, atd.

Donedávna bylo mojí snahou vymyslet něco, co by doma mohlo hrát HiFi, a po umístění na diskotéku by zase mohlo hrát v režimu loudness. Možná jsem na to mohl přijít sám, ale tímto to znovu zopakuji - nejde to, jen částečně.

V minulém článku jsem vystínil některé vlastnosti reproduktorů, jejich zapojení, a mimo jiné i výhybky. Měl bych říci že existují desítky ozvučnic, některé jsou i experimentálního charakteru, popřípadě specielního využití. Rád bych se zmínil o klasické (uzavřené) ozvučnici, jejíž návrh si také popíšeme. Zmíním se též o bassreflexu, o ozvučnicích typu šnek. O ty je myslím v PA i v HiFi největší zájem.

Každá ozvučnice se liší v několika parametrech:

• Druh (uzavřená, bassreflex, šnek...)

• Objem (menší, větší, ekvivalentní, ...)

• Charakteristika (závislost intenzity akustického tlaku na frekvenci)

• Konstrukce (materiály, spoje, ...)

Každý tento parametr může mít zásadní vliv na to co z vašeho výtvoru může vylést. Asi jsem měl štěstí že se mi můj první výtvor povedl a že na mne nevylétly různé pazvuky, ale ne nutné s tím počítat. Ozvučnice a akustika sama o sobě je velice složitá a hraje zde roli tolik věcí, že bych návrh ozvučnice přirovnal spíše k alchymii. Někdy se chyby dají kompenzovat, jindy je nutné celý projekt přepracovat.

Ozvučnice uzavřená je nejčastěji používaná ozvučnice. Má hodně nenahraditelných kvalit, a návrh se často úspěšně zdaří. První kvalitou je ona uzavřenost objemu, který nám umožní rozvinout plné basy z reproduktoru. Uzavřené tlakové prostředí navíc může být jako ochrana reproduktoru - před utržením. Uzavřený objem při velké výchylce vytváří přeci jen určitý podtlak, který nepatrnou silou táhne membránu zpět. Tato drobná výhoda se někdy jeví docela vhod. Tyto ozvučnice jsou oblíbeny převážně v HiFi. Jejich vlasntostí (teď nevím jestli říct výhodu či nevýhodu) je, že nemění nějak výrazně křivku charakteristiky. Intenzita v oblasti basů není nějak posílena ani zeslabena, ale od určité oblasti klesá. fs je hodnota kterou uvádí výrobce, a jak jsem se zmínil v minulém článku - je závislá na velikosti basáku. čím větší, tím nižší rezonanční frekvence.

Při návrhu postupujeme tak, aby vhodný tvar způsobil co nejméně stojatého vlnění. Pro návrh objemu vycjázíme buď z doporučení výrobce, nebo zhruba platí že vhodný objem pro reproduktory o průměru 17cm bývá 10-20l, pro průměr 20cm je to 25-40l, při průměru 25cm je vhodný objem 40-70l, pro 30cm pak 60-90l. Z mé zkušenosti mohu říci, že přidáme li nějaký ten litr navíc, rozhodně to neuškodí - basy drobek vyniknou. Ale nesmíme to zase přehnat, všeho s mírou! Popřípadě existují na internetu programy, které z technických parametrů dokáží přímo spočítat vhodný objem. Jedním z nich je AJ Sealed Designer.

V souvislosti s tímto návrhem jsem se ještě nezmínil o několika parametrech basového reproduktoru. Jedním z nich je rezonanční kmitočet (fs), je to určitý stav v dolním konci charakteristiky, kdy reproduktor vykazuje poměrně zajímavý extrém, co do amplitudy. Dalšími parametry jsou činitelé - jakosti (Q), mechanický (Qts) a elektrický (Qes).Tyto čísla též uvádí výrobce a jsou závislé na konstrukci reproduktoru. Ekvivalentní objem (Vas) je dalším - je to vlastně jak veliký objem by odpovídal objemu vytlačeného vzduchu naším reproduktorem. Existují ještě další parametry, ale ty pro přesný výpočet nejsou nutné.

Při stavbě uzavřených ozvučnic jsou důležité hodnoty rezonanční frekvence a Q. Pro optimální ozvučnici je rezonanční frekvence položena na hodnotu -3dB a Q 0.707 (doporučené hodnoty 0.5-1). (-3dB frekvence je také známá jako "half-power point", jelikož na této frekvenci klesá akustický výkon o polovinu). Pod tímto bodem klesá výkon druhým řádem (second order roll off), tj. 12dB/oktávu.

Odborníci se při návrhu uzavřených ozvučnic schodli na tom, že optimální minimum rezonanci vzniká při zachování určitých poměrů stran. Mám ověřeny dva poměry - 0.62:1:1.62, nebo 0.8:1:1.25. Pokud si opravdu dáte práci a vypočítáte vnitřní poměry stran podle těchto poměrů, tak jistě vám ubyde problém s rezonancí.
Vnitřní výplň je dalším základem úspěčhu. Bedna sice hraje i bez výplně, ale je to takové "divné". Doporučuji použít tlumící rouno (viz dodavalel - Dexon).

Q, Qts, činitel jakosti, je poměrná hodnota. Je definována jako (fh-fl)/fs, kde fh a fl jsou horní/dolní frekvence poklesu o -3dB reproduktoru umístěném ve volném prostoru. Jinak také vypočtená z Qes (elektrický činitel jakosti) a Qms (mechanický činitel jakosti). Optimální velikost ozvučnice má souvislost s Qts, nikoli však přímo úměrně.

Ozvučnice bassreflex je dalším typem ozvučnice (viz obrázek nahoře), je velice podobná uzavřené ozvučnici, ale liší se vlastnostmi a vyzařováním energie. V uzavřené ozvučnici se energie "zkratuje", kdežto zde se pomocí otvorů a trubic - bassreflexů, využívá toho že v určité oblasti (basů) je možné tuto energii nezkratovat ale rovnou ji využít a tím zesílit akustický tlak.
Tento typ ozvučnic je o trochu komplikovanější. Nicméně jako v případě uzavřené ozvučnice pracujeme s optimálním objemem (Vb) a bodem -3dB.

Ozvučnice má také optimální ladící frekvenci (Fb), což je rezonanční frekvence ozvučnice s bassreflexovým nátrubkem. Naladit bassreflex můžeme samozřejmě i na jinou frekvenci, jeho účinnost však bude menší. Je velmi zajímavé sledovat, jaký vliv má měnící se délka / průměr nátrubku na zdvih kmitočtové charakteristiky. Důležitá je také hodnota rychlosti proudění vzduchu v nátrubku, která musí být v předepsaných mezích a je udávána velikostí ozvučnice v souvislosti s parametry reproduktoru, průměrem a délkou bassreflexu. V neposlední řadě účinnost bassreflexu závisí na velikosti netlumeného prostoru v ozvučnici.

Bassreflexové ozvučnice mají strmější pokles charakteristiky pod bodem -3dB než uzavřené. Strmost je čtvrtého řádu (24dB / oktávu pro frekvence pod -3dB bodem. Okolo a pod hodnotou Fb je Par velmi nízký, protože reproduktor defakto pracuje ve volném prostoru. Proto je důležité reproduktor tlumit s velkou strmostí, což naopak není důležité v uzavřených ozvučnicích, kde je pohyb membrány tlumen na všech frekvencích.

Co z toho vyplývá? ...bassreflex se chová jako uzavřená ozvučnice, při hraní cca nad 100Hz. Basy pod cca 100Hz jsou zesíleny. Což je jakási výhoda, která se buď využívá u malých reproduktorů - aby se snížila jejich frekvence, odkud začínají "basovat". Nebo v PA praxi se skutečně využívá zesílených basů k lepším efektům. Reproduktor již není v uzavřené ozvučnici, proto se snadněji přebudí a také se dá snadněji utrhnout. Bassreflex mohu odporučit pro subwoofery, či kompakty kde je potřeba posílit basovou oblast. Závěrem - bassreflex neodporučuji stavět začátečníkům, jeho návrh a stavba je hodně náročná, a sám jsem trávil mnoho času nad tím abych z hučící bedny udělal něco kloudného. Nejeden člověk je zklamán že místo libých očekávaných basů na něj z reprobedny vylétnou pazvuky a hučení... .

Tlumící rouno není tolik nezbytné, neboť energie většinou proudí ven. (profesionální bassreflex bedny také neobsahují tlumící rouno, pokud nebudete mít problémy s rezonancemi, tak jej nepotřebujete.)

Ozvučnice "šnek" - tato ozvučnice se dá nazvat "odrazovou" ozvučnicí. Jejím účelem jsou převážně použití v basovém pásmu (subwoofery). Hojně se jí využívá i na PA akcích, nebo open air vystoupeních. Pro domácnost nedoporučuji - pokud-li nechcete sbírat na chodníku sklo...
Její vlasntosti co do basů jsou přímo silové. Žádná jiná ozvučnice není tak těžká jako tato. Žádná není tak rozměrná, ale žádná také nevydává takové opravdu silné basy. Principem je basový reproduktor, který je umístěn hluboce uvnitř. Pomocí důmyslného systému přepážek se zvuk odráží a zesiluje, až nakonec vylétne ven.

Předem doporučuji stavbu šneka zvážit, neboť je to zatím to nejnáročnější co jsem kdy stavěl. Pro stavbu je lepší si někde raději sehnat ověřený návod (viz internet), nebo zkusit očíhnout nějakou již vyrobenou bednu.