Reprodukce zvuku a poslechový prostor

zdroj: bývalý web.telecom.cz/etos, autor: Tomáš Salava, 24. 11. 1999

Jak může ovlivnit prostředí funkci zdroje zvuku. Co je a není podstatné pro výsledný zvukový vjem. Co může být důležité v domácím poslechovém prostoru. Čím se řídit, čeho se vyvarovat. V tomto článku najdete to nejpodstatnější z prostorové akustiky, a to poněkud praktičtěji, než jak to lze nalézt v učebnicích fyziky.

Úvod
V obchodech je dnes neuvěřitelné množství nejrůznější audiovizuální techniky. Od laciných přehrávačů a přenosných radiomagnetofonů po nejmodernější, technicky dokonalé a drahé komponenty a sestavy, v ceně mnoha desítek tisíc korun. Vyšší cena nemusí samozřejmě vždy zaručovat úměrně vyšší funkční efekt. Kvalita zvuku nebo obrazu většinou od určité hranice stoupá s cenou stále pomaleji, pokud pak vůbec poznatelně pro běžného uživatele. Platí se za prestižní značku, za komfortní provedení, vzhled, zvláštní vybavení, technické, nebo jen módní novinky.
To všechno jsou skutečnosti všeobecně známé. V tomto článku bychom chtěli zaměřit pozornost poněkud jiným směrem. Nikoliv na optimální výběr vybavení nebo doplnění již vlastněného zařízení. Do jisté míry, i když nepřímo, půjde ale také a peníze. A také o čas. Nicméně k věci. Jestliže uvažujete o nové nebo další investici do kvalitní audiovizuální techniky, měli byste vzít v úvahu, že výsledný efekt bude vždy záviset nejen na kvalitě zakoupené techniky, ale více či méně i na prostředí, v němž budete vaše zařízení užívat. O zvukové technice to platí dvojnásob, protože poslechový prostor se na výsledném vjemu podílí podstatným způsobem.
U laciného radiomagnetofonu samozřejmě o mnoho nejde. I když i v takovém případě platí, že výsledný vjem kvality reprodukce bude ovlivněn vlastnostmi prostředí, nebo třeba i jen umístěním přístroje. Domácí zvukové studio, domácí kino s vícekanálovou reprodukcí, nebo jen domácí poslechový prostor pro kvalitní dvoukanálové stereo, to už rozhodně stojí za trochu přemýšlení. Dokonce i pro toho, kdo má dost prostředků a vše nakonec svěří odborníkům. Stojí za to dobře uvážit předem, kolik prostředků a času investovat do výběru a získání vlastního zařízení a kolik do uspořádání a úprav poslechového prostoru. Dále se pokusíme naznačit alespoň to podstatné.

Zvuk a vliv prostředí
Také občas zpíváte v koupelně? Jiný příklad - dovedete si představit jak rozdílně může znít velký orchestr v koncertní síni a ve volném prostoru? Zkusili jste si někdy, jak rozdílný může být zvuk téhož orchestru i jen na různých místech v téže koncertní síni? A co třeba již zmíněný přenosný radiomagnetofon. Jak rozdílný bude jeho zvuk někde v přírodě a doma, třeba v obývacím pokoji? Zkusili jste si někdy např. vliv různého umístění reproduktorů v téže místnosti? To vše jsou příklady vlivu poslechového prostoru na výsledný zvukový vjem.
Většina uvedených příkladů byly ovšem tak trochu extrémní situace. Dále se budeme věnovat případům méně extrémním. Obvyklé domácí poslechové prostory se co do podstatných vlastností obvykle příliš neliší. Převažuje jednoduchý pravoúhlý tvar, jen výjimečně jsou to složitější a větší prostory. Avšak i v dosti podobných prostorech mohou vzniknout různé poslechové podmínky. Mnoho může záviset nejen na tvaru a rozměrech, ale i na uspořádání uvnitř, na umístění reproduktorů, na volbě místa poslechu, na vybavení místnosti. Uvažovat lze i o případných akustických nebo stavebních úpravách. Budou ale v daném konkrétním případě nutné?
V profesionálních podmínkách se dnes pracuje téměř výhradně v akusticky dosti nákladně vybavených prostorech, mnohdy s velmi složitými tvary a náročnými úpravami. Používají se nejrůznější zvuk pohlcující nebo rozptylující konstrukce a obklady stěn, zvukotěsné dveře, zvukotěsná okna. Má smysl o něčem podobném uvažovat v domácích podmínkách? Pokud na to jsou prostředky zcela jistě ano. A když ne, co pak? Jednoduchá odpověď asi neexistuje. Snad jen, že všecko všude vždycky nějak hraje, tedy pokud vůbec nějak. Kdo se nespokojí s touto odpovědí měl by číst dál.

Velké a malé poslechové prostory
Tajemství vynikající akustiky proslulých koncertních síní je hlavně v jejich tvarovém řešení. Ve tvarovém řešení celku i detailů. Zvuk šířící se od zdroje přímo k posluchači se ve velkých sálech podílí na sluchovém vjemu jen zčásti. Výsledný vjem zvukového obrazu koncertní síně vytváří obvykle velmi složitá časová a prostorová struktura zvukových vln, přicházejících k posluchači po prvých a dalších odrazech z různých směrů a s různým zpožděním. Zvukové vlny přicházející po vícenásobných odrazech se stále větším zpožděním pak postupně splývají, slábnou a vytváří to čemu říkáme dozvuk.
Odrazy přicházející s velkým zpoždění mohou být více čí méně rušivé. Zvláště rušivé mohou být, jsou-li při větších zpožděních spojeny např. s koncentrací odražených zvukových vln do určitých míst. To se může velmi snadno podařit právě ve velkých sálech, kde mohou být zpoždění odražených vln značná a kde se pak lze setkat s různými zajímavými, leč nechtěnými efekty, jako je např. třepotavá ozvěna a pod. V celkovém hodnocení akustiky daného prostoru bude ovšem velmi záležet na druhu akustického signálu. Jiné požadavky jsou kladeny tam, kde je hlavním cílem srozumitelnost řeči, jiné na koncertní síň. Zcela jistě jiná akustika vyhovuje varhanní hudbě a jiná třeba hudbě komorní.
Ve srovnání s velkými sály je v domácích a podobných malých poslechových prostorech situace natolik odlišná, jak nesrovnatelné jsou rozměry koncertní síně a obvyklého obývacího pokoje. I přesto je snaha vytvořit i v tak odlišném prostředí vjem blízký koncertní síni nikoliv beznadějná, jak by se snad mohlo zdát. V tomto směru dnes hodně slibují současné i perspektivní vícekanálové reprodukční systémy, také ve spojení s možnostmi, které poskytují současné výkonné digitální signálové procesory. Ne vždy je ale cílem vytvoření vjemu blízkého poslechu v koncertní síni.
Velká část zvukové produkce vzniká dnes nikoliv přímým záznamem např. koncertu, ale více či méně synteticky. Běžná zvuková produkce vzniká nejčastěji postupným záznamem dílčích záběrů a hlasů s následujícím mícháním, vylepšováním nejrůznějšími elektronickými úpravami a často dalším mícháním a dalším vylepšováním. Zvukový produkt může ale vzniknout zcela synteticky, kdy třeba celou skladbu vytvoří autor i výkonný umělec v jedné osobě jen pomocí syntezátorové a počítačové techniky. V těchto případech lze za originál pokládat konečný mix nebo produkt, připravený k distribuci, jak ho slyší zvukový mistr, nebo již zmíněný autor v konečné podobě v konkrétní zvukové režiji, nebo svém poslechovém prostoru. Zde vzniká poněkud jiný problém.
Po mnoho let jsou v profesionální sféře módou velmi složité tvary poslechových prostorů, s komfortním vzhledem a velmi náročnými, často až problematickými tvarovými a akustickými úpravami. Vznikne tak většinou akusticky do jisté míry nepřirozené prostředí. Někteří zvukoví mistři pak nakonec dávají přednost poslechu na tzv. "near-field" monitory, určené pro poslech z malé vzdálenosti. Jsou obvykle umístěné přímo na mixážním stole, aby se co nejvíce omezil vliv akusticky "přešlechtěného" prostoru. To je ale do značné míry zase druhý extrém. Zkusme si ale nejprve naznačit hlavní rozdíly mezi malými a velkými poslechovými prostory.
Ve srovnání s koncertní síní budou v malém, domácím poslechovém prostoru volné dráhy zvukových vln mnohem kratší. Nesrovnatelně kratší, téměř zanedbatelná budou i zpoždění zvukových vln přicházejících k posluchači nikoliv přímo, ale po jednom nebo více odrazech od stěn. Malá zpoždění odražených vln jsou z hlediska funkce reprodukčního zařízení nikoliv nevýhoda, ale naopak velká výhoda.
Prvé odrazy od stěn v malých poslechových prostorech budou mít zpoždění obvykle jen řádově tisícin sekundy. Proto nebudou téměř vůbec rušivé a převážně dokonce ani poznatelné. Budou přispívat ke zvýšení vjemu hlasitosti. Jinak mohou snad jen nepatrně zhoršit ostrost lokalizace dílčích zdrojů zvuku. Ta ale nemusí být v celkovém vjemu nejpodstatnější. Zvláště při prostorové, vícekanálové reprodukci může být mnohem působivější vjem obklopení zvukem a celková věrnost reprodukce.

Stojaté vlny a vlnové rezonance
Pro malé poslechové prostory je specifický jiný problém. Téměř okamžitě se zde vytvoří více či méně složitá struktura vzájemně interferujících stojatých vln, ovlivňujících výrazně přenos zvuku od zdroje k posluchači, a to zvláště v oblasti nízkých kmitočtů. Ve velkých prostorech vzniknou podobné vlnové jevy také, ale s větším zpoždění a hlavně s kmitočtově nesrovnatelně "hustší" strukturou, převážně tak hustou, že sluchem již nejsou vnímány jednotlivá maxima a minima akustického tlaku dokonce ani na nejnižších kmitočtech.
V malých poslechových prostorech je situace jiná. Vlnové rezonance jsou na nižších a velmi nízkých kmitočtech převážně jednotlivě rozeznatelné. Také proto, že ani zvukové spektrum nebývá na nízkých kmitočtech ještě dost husté. Jednotlivá maxima a minima jsou proto převážně výrazně slyšitelná. Pak může některý hluboký tón občas zadunět a v zápětí se některá nota jakoby zcela ztratí, podle toho kam padne příslušný kmitočet. Tyto jevy jsou výrazné zvláště v prázdné místnosti, a to pak nejen na nízkých kmitočtech. Kolísání hlasitosti signálu se pak mění také s pohybem hlavy posluchače i se změnou polohy zdroje zvuku.
Stojaté vlny lze poměrně snadno zatlumit na vyšších kmitočtech, kde ale tolik nevadí. S kmitočtem vzrůstá nejen hustota vlnových rezonancí, ale převážně i spektrální hustota přirozených zvukových signálů. Ve výsledném sluchovém vjemu se pak hustá, kmitočtově závislá maxima a minima ve zvukovém spektru jakoby vyhladí, zprůměrují, přibližně s šířkou pásma 1/3 oktávy. To ovšem platí jen pro oblast středních a vyšších kmitočtů.
V oblasti nízkých kmitočtů je situace jiná a hlavně obtížnější. Také proto, že účinné "zatlumení" místnosti na nejnižších kmitočtech by vyžadovalo značně monstrózní akustické úpravy. V domácích podmínkách lze ale naštěstí obvykle najít přijatelná řešení, jednodušší a elegantnější. Hodně lze dosáhnout jen vhodnou volbou nábytku a jeho uspořádáním uvnitř poslechového prostoru, vhodným umístěním reproduktorů atd.

Zbývá ještě dodat, že i na velmi výrazné, kmitočtově a prostorově závislé nepravidelnosti v reprodukci nejnižších kmitočtů mohou být různí posluchači různě citliví. Někomu příliš nevadí, jinému naopak značně. V každém případě je ale třeba si uvědomit, že lidský sluch má jen omezené schopnosti oddělit ve výsledném vjemu v daném prostoru primární vlastnosti zdroje zvuku od vlivu prostředí. Poslechový prostor spoluvytváří výsledný poslechový vjem a zčásti se promítá i do vlastních funkcí zdroje zvuku, např. reproduktoru. Zvláště to platí v menších poslechových prostorech a zde pak hlavně v oblasti nízkých kmitočtů.

Připomněli jsme si to nejpodstatnější z akustiky, nyní budeme již konkrétnější. Nejprve si ukážeme jak může poslechový prostor ovlivnit funkci reproduktoru. Pak se budeme zabývat možnostmi uspořádání a úprav domácího poslechového prostoru se zvláštním zřetelem na dnes aktuální vícekanálovou reprodukci zvuku.

V prvé části jsme si již dosti podrobně naznačili, jak výrazný vliv může mít prostředí na výsledný vjem při reprodukci zvuku, jak poslechový prostor spoluvytváří výsledný poslechový i celkový vjem. Řekli jsme si již také, že pro malé poslechové prostory je charakteristický vliv stojatých vln, který se projeví nejvíce na nízkých kmitočtech. Při reprodukci zvuku se v malých poslechových prostorech vyváří více či méně složitá struktura vzájemně interferujících stojatých vln, ovlivňujících zvláště v oblasti nízkých kmitočtů velmi výrazně přenos zvuku od zdroje k posluchači.
Vlnové jevy na nízkých kmitočtech jsou příčinou výrazných nepravidelností v reprodukci nejnižších kmitočtů, kdy pak např. kontrabas může občas zadunět, občas se některá nota jakoby ztratí, podle toho kam padne příslušný kmitočet. Hlasitost nebo barva zvuku se pak více či méně mění s pohybem hlavy posluchače i se změnou polohy zdroje zvuku, např. reproduktoru. Řekli jsme si již také, že na tyto nepravidelnosti v reprodukci mohou být různí posluchači různě citliví. Někomu příliš nevadí, jinému naopak značně.
Lidský sluch má jen omezené schopnosti oddělit ve výsledném vjemu primární vlastnosti zdroje zvuku od vlivu a zvukových charakteristik prostředí. Co to znamená prakticky? Jestliže třeba výrobce reproduktorů uvádí ve svých prospektech např. kmitočtovou charakteristiku určité soustavy, pak zpravidla kmitočtovou charakteristiku měřenou pro volný prostor. Z poslechového hlediska je to ovšem jen část pravdy. To co bylo naměřeno ve volném prostoru sice určitým způsobem charakterizuje daný výrobek, ale v konkrétních poslechových podmínkách je situace obvykle poněkud složitější.

Reproduktory a poslechový prostor
Dříve jsme často slýchávali, že reproduktory jsou nejslabším článkem zvukového reprodukčního řetězce, nebo méně učeně, nejslabší částí zařízení pro reprodukci zvuku. Do jisté míry to platí stále. Ve srovnání se současnou digitální záznamovou technikou nebo moderními zesilovači vykazují i ty nejdražší reproduktory stále ještě větší nelineární zkreslení a také např. horší kmitočtovou charakteristiku, zdaleka ne tak rovnou jako třeba u zesilovačů nebo CD přehrávačů. Otázkou je samozřejmě co jak moc vadí, co je nebo není poznatelné, co je nebo není podstatné. Na podrobnosti zde není místo, takže se omezíme jen na to nejpodstatnější.
Nelineární zkreslení je příčinou vzniku signálových složek, které v původním signálu nebyly. Ty mohou být více či méně rušivé (nečistá, až drsná reprodukce), nebo jen právě poznatelné, případně zcela neslyšitelné, překryté (odborněji - zamaskované) silnějšími složkami spektra původního signálu. U současných kvalitních reproduktorů je nelineární zkreslení většinou na mezi poznatelnosti nebo pod touto mezí, i když číselně (zvláště na nízkých kmitočtech) se to tak nemusí jevit. Poznatelné, větší nelineární zkreslení je většinou příznakem nižší kvality, výrobní vady nebo poškození reproduktoru.
Kmitočtová charakteristika reproduktoru je pojem jednoduchý jen na prvý pohled. To co se obvykle uvádí v prospektech bývá nejčastěji mírně vylepšené grafické znázornění závislosti akustického tlaku na kmitočtu, měřené v podmínkách volného prostoru, v jediném bodě výstupního akustického pole reproduktoru, nebo reproduktorové soustavy. V grafu kmitočtové charakteristiky je na vodorovné ose vždy stupnice pro kmitočet, zpravidla logaritmická, na svislé ose je stupnice hladiny akustického tlaku, obvykle v decibelech [dB], tedy také v logaritmické míře.
Zpravidla se říká, že kolísání kmitočtové charakteristiky o ±3 dB je ještě prakticky nepoznatelné. Většina kmitočtových charakteristik současných vysoce kvalitních reproduktorů, uváděných v prospektech se většinou pohybuje v rozmezí menším než ±3 dB, a to nejčastěji již od 40-50 Hz a převážně až do více než 18-20 kHz. Dnes není problém vyrobit výškový reproduktor s rozsahem i vysoko nad 20 kHz. Technicky obtížnější je situace spíše na nejnižších kmitočtech. Dolní mezní kmitočet a akustický výkon na nejnižších kmitočtech souvisí do značné míry i s rozměry ozvučnice.
Ponecháme teď stranou otázku potřebného kmitočtového rozsahu a vrátím se ještě k tomu co vlastně je kmitočtová charakteristika reproduktoru, jak ji změřit a posuzovat. Protože to o čem jsme zatím mluvili, t.j. kmitočtová charakteristika na prospektu nebo i na obchodní dokumentaci je skutečně jen část pravdy. A nemyslím tím jen, že publikované křivky se obvykle pro tisk více či méně vylepšují.
Pro reproduktory je nejčastěji udávaná kmitočtová charakteristika hladiny akustického tlaku, měřená v jediném bodu, zpravidla v ose soustavy, nebo výškového reproduktoru, ve vzdálenosti 1-2 m, a to ve volném prostoru (nebo poloprostoru). Na výstupu reproduktoru je ale nikoliv akustický tlak v jediném bodu, ale celé akustické pole. Důkladnější výrobci publikují proto kromě základní, osové kmitočtové charakteristiky ještě několik dalších, měřených ve stejné vzdálenosti v různých úhlech od osy reproduktorové soustavy, obvykle ve dvou na sebe kolmých rovinách. Jiní udávají spíše tzv. směrové charakteristiky pro několik vybraných kmitočtů, zpravidla zakreslené v polárních souřadnicích.
V odborněji orientovaných testech se lze setkat i s třírozměrnými grafy, znázorňujícími závislost hladiny zvukového signálu vyzařovaného soustavou současně na kmitočtu a směru. To vše jsou ale charakteristiky platné jen ve volném prostoru, tedy v dosti nereálných podmínkách. Kmitočtové charakteristiky měřené v poslechových prostorech se převážně příliš nepublikují. A když přeci, tak jen zcela vyhlazené, nejčastěji na 1/3 oktávy, nebo měřené pásmovým šumem po třetinách oktávy. Proč? Nejspíše aby se zákazník příliš nepolekal.
Jak jsme si již řekli, schopnost lidského sluchu oddělit a rozpoznat ve výsledném vjemu primární vlastnosti zvukového zdroje je dosti omezená. V místnosti tedy nikdo neuslyší kmitočtovou charakteristiku zvukového zdroje tak jak byla naměřena ve volném prostoru, kde také vyjde opticky nejlépe. V nejlepším případě to bude něco mezi volným prostorem a tím, co se skutečně naměří v daném konkrétním poslechovém prostoru při určité poloze reproduktoru a měřícího mikrofonu, resp. posluchače. A to co se naměří i ve velmi dobrém v poslechovém prostoru se bude téměř jistě lišit od volného prostoru velmi výrazně. Nejlépe to může ilustrovat následující příklad.

Na těchto obrázcích jsou tři různé kmitočtové charakteristiky téže reproduktorové soustavy měřené v poslechovém prostoru, v akusticky částečně upravené větší místnosti o objemu přibližně 70 m3. Ve všech případech byl měřící mikrofon ve stejném místě, poblíž středu místnosti, ve výšce asi 1.4 m. Pro měření, jehož výsledek je na prvním obrázku, byla měřená soustava poblíž jednoho rohu místnosti. V druhém případě byla táž soustava posunuta do vzdálenosti přibližně dva metry od obou stěn téhož rohu. Ve třetím případě byla stejná soustava umístěna před středem přední stěny, ve výšce 1 m. Poloha mikrofonu a tři vybrané polohy měřené soustavy jsou naznačeny v posledním náčrtku.

Kmitočtové charakteristiky byly měřeny v poslechovém prostoru částečně akusticky upraveném, spíše mírně nadprůměrných vlastností. Snad pouze s poněkud menším vybavením nábytkem, než jaké je běžné např. v obývacích pokojích. Co dodat? V oblasti středních a vyšších kmitočtů rozhodně nebudou slyšet jednotlivá, již poměrně hustá a ostrá maxima a minima. Ty si náš sluch v celkovém vjemu do značné míry, zprůměruje, a tedy jakoby vyhladí. Slyšitelné budou ale výrazné rozdíly a nerovnosti kmitočtové charakteristiky na nízkých kmitočtech, zvláště pod asi 150-200 Hz. Samozřejmě, jen pokud budou v reprodukovaném zvuku zastoupeny výrazné signálové složky s nízkými kmitočty.
Tři vybrané příklady měření v poslechovém prostoru ilustrují ještě některé další skutečnosti. Mělo by z nich být mimo jiné také zřejmé, že umístění reproduktoru poblíž rohu výrazně pomůže reprodukci hlavně na nejnižších kmitočtech, dokonce i tam, kde již ve volném prostoru reproduktor zjednodušeně řečeno přestává hrát.
Druhý příklad ukazuje, že umístění reproduktoru na prvý pohled nijak špatné, může být zrádné. Zřejmý defekt naměřené kmitočtové charakteristiky, široké minimum mezi 180-300 Hz, bude zcela jistě slyšitelný, zvláště v kontrastu s výrazným zdůrazněním úzkého pásma kolem 100 Hz. V daném konkrétním prostoru je právě toto umístění reproduktoru nepochybně nepříliš vhodné.
Třetí příklad ilustruje mimo jiné také proč je zpravidla v malých poslechových prostorech méně výhodné umístit subwoofer ke středu čelní stěny, jak se někdy doporučuje. Mnohem výhodnější pro subwoofer v malé místnosti bude většinou roh, jak to také naznačuje srovnání s kmitočtovou charakteristikou na prvním obrázku. Všechny tři příklady také asi dostatečně ilustrují výraznou závislost výsledného efektu téhož zdroje zvuku na jeho umístění v poslechovém prostoru. Účelné, nebo naopak nevhodné umístění reproduktorů v poslechovém prostoru může tedy podstatně ovlivnit výslednou funkci a kvalitu reprodukce. Zcela jistě mnohem více než třeba ten nejdražší nebo naopak nejlacinější kabel.

Domácí poslechový prostor
V profesionální sféře se dnes převážně pracuje v poslechových prostorech, s komfortním vzhledem a vybavením a s velmi náročnými tvarovými a akustickými úpravami. Vznikají tak ale většinou prostředí akusticky dosti nepřirozená, přešlechtěná a někdy i problematická. Reálné poslechové podmínky, v nichž se pak koncové zvukové produkty skutečně poslouchají jsou převážně mnohem "normálnější". Nákladné stavební a akustické úpravy jaké si dopřává profesionální sféra nebudou naštěstí v domácích podmínkách převážně vůbec nutné.
V domácích obytných prostorech je např. možné mnoho vyřešit a vylepšit jen vhodnou volbou celkového uspořádání, vhodnou volbou a rozmístěním nábytku a dále především vhodnou volbou poloh reproduktorů a míst pro posluchače. Může to být převážně účinnější a především lacinější, než aplikace různých rozměrných a drahých zvuk pohlcujících konstrukcí, difuzorů, antirezonátorů a dalších někdy dosti problematických vynálezů např. typu "bass-trap" (basová past). Podobné vymoženosti se sice někdy užívají v profesionálních poslechových prostorech, ale do obytných, zvláště menších místností se příliš nehodí.
Obtížnější může být situace tam, kde bude potřeba omezit pronikání rušivého hluku do poslechového prostoru, nebo naopak omezit průzvučnost z poslechového prostoru do sousedících místností nebo do sousedního bytu. V těchto případech zpravidla moc nepomohou žádná jednoduchá řešení. Pronikání hluku např. z ulice lze převážně znatelně snížit úpravou oken, výměnou za lépe těsnící, s tlustšími nebo vícenásobnými skly. Pronikání zvuku do sousedních místností lze obvykle dosti snížit výměnou nebo úpravami spojovacích dveří.
Výrazné zvýšení zvukové izolace mezi sousedními byty se zpravidla neobejde bez větších stavebních úprav. O těch bude ale účelné se předem důkladně poradit a svěřit je pak vhodné stavební firmě. Ve značné výhodě je ten, kdo má dostatečné prostředky a teprve staví. Pak se rozhodně vyplatí včasná konzultace s kvalifikovaným, zkušeným odborníkem, protože neodborné a pozdější zásahy bývají zpravidla méně účinné a většinou dražší. Vraťme se ale k poněkud jinému tématu - jak optimálně uspořádat, zařídit nebo vylepšit domácí poslechový prostor, a to pokud možno bez stavebních úprav.

Na počátku všech úvah budou vždy rozměry a tvar místnosti, kterou chceme zařídit jako domácí poslechový prostor. A také samozřejmě zamýšlený způsob využití. Pro další úvahy budeme předpokládat dnes velmi aktuální využití pro domácí kino, nebo samostatnou vícekanálovou vysoce kvalitní reprodukci zvuku a pro kvalitní poslech standardního dvoukanálového sterea. Pro domácí kino i vícekanálovou reprodukci jen zvukových snímků budeme předpokládat stejnou pětikanálovou základní konfiguraci jakou používají například systémy vícekanálového zvukového doprovodu videa Dolby Digital, TDS nebo MPEG Multichannel, označovanou také 5.1.

Podle tohoto doporučení by všech pět reproduktorů mělo být umístěno ve stejné vzdálenosti od posluchače, nebo středu místa poslechu. To však není samo o sobě nijak výhodné, a to z několika důvodů. Především v místnosti nejčastěji obdélníkového tvaru budou pak jednotlivé reproduktory nutně v místech rozdílně výhodných nebo spíše nevýhodných akusticky. Jaké to může mít důsledky snad nejlépe ilustrují příklady změřených kmitočtových charakteristik výše. Kromě toho, v malých poslechových prostorech je z hlediska reprodukce nejnižších tónů nejméně výhodná poloha posluchače ve středu místnosti.
Pokud bychom tedy chtěli striktně dodržet doporučené základní uspořádání pro pětikanálovou reprodukci v konfiguraci 5.1, bude to převážně možné jen za cenu více či méně nevýhodných podmínek pro funkci některých reproduktorů, přesněji pro šíření zvuku od některých reproduktorů k posluchači, tak jak to názorně ukazují příklady měření výše. Celkově optimální uspořádání může být proto vždy jen větším či menším kompromisem mezi mnoha často protichůdnými požadavky. Jednoduchý návod na univerzálně optimální uspořádání bohužel neznám. Vždy bude záležet na konkrétní situaci, tvaru a rozměrech místnosti i záměrech uživatele.
V konkrétním poslechovém prostoru lze ale poměrně dobře odhadnout jak se projeví určité umístění reproduktoru a posluchače. Počítačovou simulací lze dokonce s poměrně slušnou přesností určit, jak bude vypadat kmitočtová charakteristika určitého reproduktoru v simulovaném prostoru pro vybrané polohy reproduktoru a posluchače. Takto lze předem určit umístění zcela nevýhodná nebo s defekty v akustickém přenosu. Na podrobnosti zde není dost místa. Je ale třeba si uvědomit, že nevhodné umístění reproduktorů i v jinak přijatelném prostoru může být příčinou jevů často dosti záludných a bezesporu mnohem závažnějších než jaké může způsobit i ten již zmíněný laciný kabel nebo laciný CD přehrávač.
Jak tedy postupovat. Vyplatí se vždy vše podrobně uvážit. Je vhodné si také uvědomit, že poněkud jiné problémy mohou nastat v prostoru o objemu kolem 50 m3 a poněkud jinak bude třeba uvažovat o větším poslechovém prostoru, např. o objemu značně přes 100 m3. Pokusíme se to ukázat opět na příkladech.

Jak jsme si již řekli, pro reprodukci nízkých kmitočtů není v malém poslechovém prostoru vhodná poloha posluchače ve středu místnosti. Poloha před středem delší stěny je v tomto případě výhodnější, i když do jisté míry stále ještě také kompromisní.
V tomto uspořádání budou tři hlavní, přední reproduktory v akusticky méně výhodných polohách, než oba zadní, nebo spíše boční, které jsou zde umístěny v rozích. Handicap předních reproduktorů se projeví nejspíše v pásmu kolem nebo pod 100-150 Hz, kde ale může konečný výsledek výrazně korigovat subwoofer. Ten je záměrně umístěn nejvýhodněji, tedy v rohu. Rohové umístění pomůže akusticky také oběma zadním reproduktorům, takže pro zadní kanály pak bude bez obav možné použít reproduktory podstatně menší.
V malých poslechových prostorech lze převážně zanedbat vliv prvých odrazů od stěn stropu a podlahy, protože jejich zpoždění za přímým zvukem budou nepatrná. Lze se o tom snadno přesvědčit jednoduchými výpočty. Proto zde nejspíše nebudou vůbec nutné jakékoliv speciální akustické úpravy, jako např. zvuk-pohlcující obklady na bočních stěnách, doporučovaná často v přední části místnosti. Kdo chce, může ale klidně experimentovat třeba s pěnovými plošnými materiály nebo jen závěsy po stranách. Výsledný efekt ale asi nebude příliš výrazný pokud vůbec poznatelný. Příjemný může být ale silnější koberec na podlaze, případně úpravy, zvyšující zvukovou pohltivost stropu. K vlivu nábytku se ještě vrátíme.

V tomto případě bude zpravidla výhodnější základní orientace "na délku" a můžeme si také dovolit umístění posluchačů poblíž středu místnosti. Nejen z praktických důvodů, ale také proto, že zde již nebude příliš vadit, že se takto neuplatní nejnižší módy stojatých vln (souvisící s délkou místnosti), přispívající akusticky na nejnižšších kmitočtech. V tomto případě budou již na mezi slyšitelného zvuku. Také subwoofery jsou zde umístěny u středů obou delších stěn, a to z obdobného důvodu. Dva subwoofery jsou zde zakresleny v polohách doporučovaných např. firmou Lexicon, současně s tím, že budou napájeny vzájemně fázově posunutými signály. Takto by se mělo dosáhnout lepšího vjemu obklopení zvukem (envelopment) i na nejnižších kmitočtech.
Na obrázku jsou ještě zakresleny dvě různé dvojice zadních reproduktorů. První je dvojice tzv. dipolárních reproduktorů, doporučovaných pro surround kanál systému Dolby Surround. Druhá dvojice (monopolární, normální konstrukce) je určena pro pravý a levý zadní kanál v konfiguraci 5.1, se kterou pracují systémy Dolby Digital, DTS nebo MPEG Multichannel.
V přední části jsou ještě naznačeny dva přídavné horní reproduktory, pro případné další, zpravidla synteticky generované kanály v konfiguraci 7.1. Generují je synteticky např. některé nejnovější osmikanálové AV receivery, vybavené výkonnými digitálními signálovými procesory. Při umísťování těchto, případně dalších reproduktorů, je účelné se předem podrobně seznámit s doporučeními výrobce použité elektroniky. Totéž se týká dvou různých dvojic zadních reproduktorů, protože zvláštní výstupy pro surround kanál a dva plnohodnotné zadní kanály v konfiguraci 5.1 nejsou zatím zcela běžné. V obrázku se takové vybavení předpokládá.
Uspořádání většího, obdélníkového prostoru "na délku" je výhodnější prakticky, ale také proto, že dráhy zvukových vln odražených od bočních stěn jsou pak kratší a tzv. boční odrazy méně rušivé, pokud se vůbec poznatelně uplatní. Na obrázku je přesto naznačeno možné vhodné umístění zvuk pohlcujících obkladů (případně jen závěsů) v přední části místnosti a plošný difuzorový panel (RPG) na zadní stěně. Ten může mít i podobu vhodně tvarované dekorační stěny. Příznivě bude působit opět silnější koberec (i když se neuplatní na nejnižšších kmitočtech), příjemně může působit i akustická úprava pro zvýšení zvukové pohltivosti stropu.

Několik praktických rad na závěr
Nejprve několik slov o nábytku. Vhodně členěný a rozmístěný nábytek může velmi elegantně a účinně dopomoci k určitému rozptylu vlnových rezonancí a vyrovnání nerovností akustických kmitočtových charakteristik na nejnižších kmitočtech. Obecně platí, že pro tento účel vhodnější bude vždy nábytek spíše členitější, bez velkých rovných ploch. Vhodné budou zcela jistě i větší čalouněné sedací soupravy, které se svojí pohltivostí uplatní příznivě zvláště na středních a vyšších kmitočtech.
Velmi důležitá při výběru nábytku je také kontrola na možná drnčení a mechanické rezonance. Záludné mohou být v tomto směru zvláště skleněné vitríny, volné nedoléhající díly nábytku apod. Převážně hodně odhalí už jednoduchá kontrola poklepem. Jen málo výrobců nábytku se zatím těmito jinak drobnými nedostatky vážněji zabývá. Záludné v tomto směru mohou být ale i některé neprofesionálně provedené tzv. akustické konstrukce a stavební úpravy z lehkých příček. I ty mohou být někdy velmi obtížným zdrojem pazvuků a drnčení, vnímaných jako zkreslená reprodukce.
Záludné poněkud jiným způsobem mohou být i výrazné asymetrie v uspořádání poslechového prostoru, např. jeden reproduktor stereo dvojice poblíž rohu, druhý poblíž středu stěny. Naopak příznivé může být symetrické uspořádání do diagonály, jinak bohužel dosti nepraktické. Problémy mohou vzniknout také ve větších prostorech složitějších tvarů, např. tvaru písmene L. Potíže mohou vzniknout např. také s velkými zasklenými plochami, které se do poslechových prostor nehodí.
Mnohé lze předem odhadnout po důkladném promyšlení. Ti, kteří mají dostatek finačních prostředků, by ale nikdy neměli váhat včas se alespoň poradit se zkušeným odborníkem. Mnohé může odhalit nebo předem optimalizovat počítačová simulace. Těm, kteří mají spíše jen čas a nechtějí zbytečně utrácet, doporučuji zkusit trochu experimentovat a pokud možno objektivně testovat, případně i na akustické straně také měřit. Třeba i těmi nejjednoduššími dostupnými prostředky.

Ještě velmi stručně něco ze základů akustiky
Nejspíše asi každý ví, že zvuk se šíří ve vzduchu rychlostí přibližně 343 m/s a také, že rychlost zvuku ve vzduchu je poněkud závislá na teplotě. Ve volném prostoru se zvukové vlny šíří přímočaře, dokud ovšem nenarazí na nějakou překážku. Překážka dostatečně odrazivá a dost velká (přesněji srovnatelná nebo větší než vlnová délka zvukové vlny), zvukovou vlnu odrazí, zvláště bude-li odrazivá plocha také rovná. Připomeňme si ještě, že délku zvukové vlny vypočteme jestliže rychlost šíření zvuku dělíme kmitočtem. A ještě snad, že lidský sluch vnímá jako zvuk akustické signály v pásmu kmitočtů od 16 až 20 Hz přibližně do 16000 až 20000 Hz.
Bude-li zmíněná překážka nejen dost velká, ale navíc zakřivená, může dojít k obdobným jevům jako u zakřiveného zrcadla, např. k soustředění zvukové energie do určitého místa nebo naopak k rozptylu. K nepravidelnému rozptylu, jinak také k difúzi zvukové vlny, může dojít na překážce menší nebo s nepravidelným tvarem povrchu. Překážka nemusí být ale zcela odrazivá a určitou část energie zvukové vlny pohltí. Zbylá, nepohlcená část energie se může odrazit zpět, případně ještě částečně rozptýlit. Čím větší díl energie zvukové vlny se pohltí, tím větší je zvuková pohltivost překážky.
Značnou zvukovou pohltivost, alespoň pro vyšší kmitočty, může mít třeba těžší látkový závěs, nebo např. čalouněný nábytek. Vyrábí se ale také nejrůznější zvuk-pohlcující materiály, např. tvarované pěnové plasty a stavební prvky např. děrované panely, keramické porézní desky apod. V některých případech může být výhodnější spíše než energii zvukové vlny absorbovat, rozptýlit ji různými směry. Kromě zvuk-pohlcujících materiálů a konstrukcí se proto v prostorové akustice používají i zvláštní odrazivé konstrukce, dnes ponejvíce plošné s nepravidelným povrchem, které energii dopadající zvukové vlny rozptýlí do různých směrů (tzv. difuzory, RPG difuzory). Obě možnosti lze samozřejmě kombinovat.
Připomeňme si ještě, že vysoké zvukové pohltivosti se dosáhne velmi snadno na vysokých kmitočtech, méně snadno už na nižších a obtížně na velmi nízkých kmitočtech. Pro vysoké kmitočty může být dostatečně pohltivý třeba jen látkový závěs, nebo slabá vrstva pěnového materiálu. Pro střední a nižší kmitočty je zpravidla nutné použít složitější a nákladnější materiály a konstrukce. Přílišné zatlumení prostoru zvuk-pohlcujícími materiály a konstrukcemi ale nemusí být vždy žádoucí. Tak např. v příliš zatlumených, velkých prostorech je pak zvuk orchestru slabší a výkonní umělci mají pocit, že se musí více namáhat.

Dokud se zvuková vlna volně šíří prostorem, mluvíme o tzv. postupné vlně. V ohraničených prostorech, např. v obvyklých místnostech, vzniká po opakovaných odrazech postupných vln také vlnění stojaté. Pro stojaté vlny jsou charakteristická maxima a minima akustického tlaku, jejichž poloha závisí na tvaru a rozměrech ohraničeného prostoru a na kmitočtu. Vliv stojatých vln v místnosti je velmi výrazný zvláště při poslechu jednodušších zvukových signálů. Při pohybu v místnosti se pak výrazně mění hlasitost a barva zvuku. Ve složitějším zvuku, např. orchestru si náš sluch tato kolísání zvláště na středních a vyšších kmitočtech do značné míry jakoby vyhladí, zprůměruje. Vliv stojatých vln zůstává ale výrazně slyšitelný na nízkých kmitočtech, v menších prostorech.

Vjem prostorovosti, a velmi důležitý pocit obklopení zvukem (envelopment) vytváří do značné míry především časová a směrová struktura prvých odražených vln. Připomeňme ještě alespoň velmi zjednodušeně: při zpoždění odražených vln (za přímou vlnou) asi do 0.02 sec odražené vlny převážně jen přispívají k vjemu hlasitosti a funguje tzv. Haasúv precendenční efekt, t.j. lokalizace ve směru dříve přicházející zvukové vlny. S narůstajícím zpožděním (zvláště větším než asi 0.05 sec) mohou již jednotlivé odrazy narušovat zřetelnost a srozumitelnost řeči a zhoršovat prostorovou lokalizaci. Výrazně se ale podílí na vytváření vjemu prostorovosti a obklopení zvukem, avšak především ve velkých poslechových prostorech, jakými jsou např. divadla a koncertní sály.
V malých poslechových prostorech, např. v obytných místnostech, v našich podmínkách běžných rozměrů, jsou zpoždění prvých odražených vln jen malá, řádu tisícin sekundy. To je značná výhoda, protože pak příliš neovlivní reprodukci. Přispívají ke zvýšení vjemu hlasitosti a mohou snad jen poněkud ovlivnit ostrost směrové lokalizace. Převážně proto v malých poslechových prostorech není nutné dělat jakákoliv zvláštní opatření pro jejich potlačení, např. obklady stěn apod.

Slovníček

akustika - obor fyziky a techniky, zabývající se zvukem, zvukovými vlnami a jejich šířením a aplikacemi poznatků týkajících se zvuku a zvukových vln. Nejčastěji se zabývá jevy spojenými se slyšitelným zvukem, ale neomezuje se jen na slyšitelný zvuk.

slyšitelný zvuk - za slyšitelný se v technické praxi zpravidla pokládá zvuk v pásmu kmitočtů od 20 Hz do 20 kHz, i když kmitočtové meze slyšení se mohou u jednotlivců lišit. Spodní mez bývá často kolem 16 Hz, horní mez zpravidla s věkem klesá. Dosahuje 18-20 kHz u dětí a mladších, zdravých jedinců, s věkem klesá až na 14 až 12 kHz. Zvuk s kmitočtovými složkami pod pásmem slyšitelných kmitočtů se nazývá infrazvuk, nad pásmem slyšitelných kmitočtů ultrazvuk.

akustický tlak - rychlé změny tlaku plynného prostředí, vyvolaného zvukovou vlnou. Je to veličina střídavá (obdobně jako střídavý proud). Zpravidla se udává tzv. efektivní hodnota akustického tlaku, definovaná obdobně jako např. efektivní napětí střídavého elektrického proudu. Může být ale také udána vrcholová hodnota, t.j. okamžitá maximální hodnota. V běžné praxi se nejčastěji udává tzv. hladina akustického tlaku v dB. Obvykle užívaný symbol veličiny p, jednotka Pa (Pascal).

hladina akustického tlaku, decibel - (zkratka dB), relativní logaritmická míra akustického tlaku vztažená na referenční tlak p0 = 2.10-5 Pa (ve vzduchu) nejčastěji užívaný symbol Lp. Vypočte se ze vztahu: Lp = 20. log10 ( p / p0 ) [dB, Pa]

zvuková vlna - rychlé, relativně malé změny tlaku plynného prostředí, vyvolané např. kmitáním tuhého tělesa

zvuková vlna postupná - zvuková vlna volně se šířící hmotným prostředím, např. vzduchem

rychlost šíření zvuku - závisí na prostředí, ve vzduchu přibližně 343 m/s (poněkud se mění s teplotou, nezávisí na atmosferickém tlaku)

stojaté vlnění - vznikne jako následek interference dvou postupných vln šířících se proti sobě, např. po zpětném odrazu od překážky. V ohraničených prostorech vytváří stojaté vlny složité prostorové struktury s maximy a minimy akustického tlaku. Jejich polohy závisí na tvaru a rozměrech prostoru a mění se s kmitočtem.

vlnová délka - délku zvukové vlny vypočteme, jestliže rychlost šíření zvuku dělíme kmitočtem

zvuková pohltivost - schopnost nějakého materiálu pohltit část energie dopadající zvukové vlny, je závislá na vlastnostech příslušného materiálu a na kmitočtu, resp. vlnové délce zvukové vlny. Vyšší zvukové pohltivosti se dosahuje snadněji pro vyšší zvukové kmitočty, kde jsou vlnové délky malé.

koeficient zvukové pohltivosti - míra zvukové pohltivosti s číselným intervalem <0 - 1>

difuze - v akustice rozptyl zvukových vln

difuzor - v akustice nejčastěji plošná konstrukce se zvláštní strukturou povrchu, sloužící k rozptylu zvukových vln