Vysvětlení parametrů subwooferů a reproduktorů

Nejdříve něco ke konstrukci reproduktoru:
Pólové nástavce (1 a 2) společně s trnem (3) převádí magnetické pole z z obou pólů magnetu (4) na vnější a vnitřní obvod cívky (5). Magnetické pole vzniklé okolo cívky v momentě, kdy jí prochází elektrický proud pak cívku tlačí vzhůru či dolů podle směru, kterým proud prochází. Tím rozpohybuje membránu (8), která tím před sebou vytvoří tlakovou vlnu ve vzduchu - tedy zvuk. Aby membrána měla možnost pohybu pouze v požadovaném směru, je celý systém membrány s cívkou přichycen horním závěsem (10) a spodním závěsem, neboli spiderem (6). U jednopásmových reproduktorů je pak vnitřní otvor v membráně utzavřen tzv prachovkou (7). U reproduktorů koaxiálních pak prachovka chybí, jelikož dutinou uvnitř cívky prochází držák výškového reproduktoru. Zde pak bývá mezera utěsněná například filcem či molitanem, aby nedocházelo k zanášení mezery mezi pólovými nástavci a cívkou (která je pro co nejsilnější přenos magnetické síly co nejmenší). Podobná je situace u reproduktorů s fázovým stabilizátorem (vložkou).
Vše pak drží pohromadě v koši (9) reproduktoru.


Základní parametry reproduktoru

Výkon:
Udává v kostce řečeno, jakým výkonem zesilovače můžeme reproduktor zatížit. Slovo "výkon" je v češtině v tomto směru natolik zažité, že se jej budu držet. Technicky by bylo přesnější například slovo "zatížitelnost", které ale nezní tak dobře..
Udávají se dvě úrovně výkonu.
Výkon RMS je zjednodušeně řečeno stálý výkon. Tedy u reproduktorů a subwooferů udává, jakým průměrným, stálým výkonem jej můžeme zatížit aby nedocházelo k jeho poškození. Je třeba mít na paměti, že takto udávaný výkon je udáván při zachování odpovídající frekvenční charaketeristice signálu, který do reproduktoru přivádíme. U některých typů špičkových reproduktorů (zejména u výškových a středových) je pak tento údaj upřesněn o frekvenční charakteristiku.
Reproduktor se může poškodit mechanicky nebo tepelně (přehřátím). Mechanické poškození je způsobené přílišnou výchylkou membrány - tedy například u malých středových reproduktorů, pokud do nich pustíme silný basový signál, tak jejich membrány "vystřelíme" ze závěsu i přesto, že basový signál měl nižší výkon, než je udaný výkon RMS. Ale také obráceně. Cívka reproduktoru vytváří teplo (reálně drtivou většinu dodané elektrické energie přemění na teplo a jen zbytek převede do pohybu membrány). Cívky jsou chlazeny způsobem, který odpovídá předpokládanému použití reproduktoru. Může se tak například stát, že pokud do subwooferu pustíme signál o síle odpovídající udanému RMS výkonu, ale neořízneme pomocí filtrů na zesilovači či výhybky vysoké frekvence, můžeme cívku spálit.
Výkon MAX (případně Peak) pak udává nejvyšší možný výkon odpovídající charakteristiky, který reproduktor v rámci svého frekvenčního předurčení "unese" v rámci velmi krátkodobých špiček. Například subwoofer v momentě úderu do kopáku. Pokud signál tuto hodnotu překročí, může dojít k poškození (například tím, že narazí spider reproduktoru do pólového nástavce, cívka do spodního nástavce, nebo se vytrhne závěs).
Při výběru správné kombinace zesilovače a reproduktoru doporučuji řídit se vždy porovnáváním RMS výkonu. S tím, že ideální je, když se od sebe výkon zesilovače a reproduktoru příliš neliší. Pro opravdu maximální využití vlastností zesilovače i reproduktoru je pak nejlepší, když je výkon zesilovače o něco vyšší, než výkon reproduktoru s tím, že se zesilovač nepustí na plno, ale nechá se mu určitá rezerva, díky které pak lépe zvládá výkonové špičky a dosáhnete tím lepší dynamiky zvuku.


Citlivost / účinnost:
Myšlenka tohoto paramtru je velmi dobrá! Velmi zjednodušeně udává, jak účinně mění reproduktor dodávaný signál za zvuk. Udává se v dB (decibelech) a měl by udávat kolik decibelů naměříme ve vzdálenosti 1 metr od reproduktor při signálu o síle 1 Watt. Nicméně je tu jeden zásadní průšvih.. Každý výrobce si tvoří svou normu, které se při určování tohoto parametru drží. Různé složení frekvencí, různé chápání impendance reproduktoru při určování, kolik energie je 1 Watt, rozhodnutí jestli při měření napojit reproduktor na výhybku nebo ne, jestli udat nejvyšší nebo průměrnou naměřenou hodnotu, atd. atd. To způsobuje, že pro porovnání reproduktorů mezi jednotlivými výrobci je tento parametr v praxi zcela nepoužitelný. Můžeme se na něj více či méně dívat, porovnáváme-li podobné reproduktory od jednoho výrobce.


Frekvenční rozsah:
Situace pravděpodobně ještě horší, než u citlivosti. Výrobci to mohou brát například tak, že udají rozsah, v kterém reproduktor vyloudí nějaký jakýkoli zvuk. Nebo tento parametr skutečně spárují s RMS výkonem a pak to znamená, že při dodávaném signálu daného frekvenčního rozsahu, reproduktor přežije. Případně, že v tomto rozsahu dosahuje minimálního zkreslení. Nebo, že v tomto rozsahu je zvuk vyrovnaný, zatímco u hranic tohoto rozsahu intenzita (hlasitost) vydávaného zvuku klesá (a pokud, tak kde si určit hranici o kolik může klesnout, než to vezmu jako hraniční? 0,5 dB, 1 dB, ....) Opět pro porovnání mezi výrobci je tento parametr naprosto nepoužitelný.

Impendance:

Správně tedy nominální impendance reproduktoru. Udává, velmi zjednodušeně řečeno, jaký odpor má cívka.. Nicméně impendance se v reálu výrazně mění podle frekvence signálu (viz. ukázka grafu výše). Impendanční charakteristika reproduktoru určuje, v jakém rozsahu frekvencí bude pracovat. Špička na počátku grafu je na resonanční frekvenci reproduktoru, o které si napíšeme níže. Nominální impendance se určuje pode velikosti impendance v "sedle" grafu. V tomto případě 3 Ohm.

Parametr je důležitý při porovnávání a výběru reproduktorů a zesilovače. Vždy je třeba porovnávat výkon při stejné impendanci, přičemž většina zesilovačů produkuje při nižší impendanci vyšší výkon. Zesilovače pak zůstávají stabilní do určité minimální impendance. Pokud v parametrech zesilovače nenaleznete udaný výkon pro stejnou (nebo nižší) impendanci, jakou má reproduktor, nebude možné provozovat tyto společně.
Některé reproduktory - zejména pak subwoofery - mají dvojitě vinuté cívky a pak je impendance udaná jako například jako 2x2 Ohm. To umožňuje takový subwoofer připojit k zesilovači několika způsoby. Můžeme cívky zapojit "vedle sebe" - tedy řekněme z výstupního terminálu jednoho kanálu zesilovače povedeme dvojici reprokabelů (2x plus a 2x mínus) ke každé cívce zvlášť. V takovém případě pak impendanci dělíme impendance/počet cívek. Tedy počítáme s impendancí 1 Ohm.
Druhou variantou je zapojit cívky "za sebe". Tedy z terminálu zesilovače PLUS vedeme kabel na jednu PLUS terminál jedné cívky reproduktoru, mínus z této cívky pak propojíme s plusem druhé cívky a mínus druhé cívky vedeme zpět na mínus terminálu zesilovače. V tomto případě násobíme impendance x počet cívek - tedy v tomto případě 4 Ohm.
Další možností je připojení jednoho reproduktoru na dva kanály zesilovače - na každý kanál jednu cívku s tím, že pak počítám polovinu udaného RMS výkonu reproduktoru na každý kanál. Tedy například subwoofer o výkonu 500 Watt RMS a impendancí 2x2 Ohm mohu spojit s dvoukanálovým zesilovačem o výkonu 2 x 250 Watt RMS @ 2 Ohm. V tomto případě je potřeba signál převést ze stereo na mono.

Podstatně jiná situace je pak u složitějších, ale exaktních Thiele-Smallových parametrů, které jsou udávané u kvalitních reproduktorů a zejména pak u subwooferů. Tyto parametry totiž umožní běžnému uživateli vybrat zejména vhodný reproduktor podle svých potřeb a také podle ozvučnice, do které chtějí reproduktor instalovat.


Thiele-Small parametry

V počátcích sedmdesátých let 20. století bylo na Audio Engineering Society (AES) předloženo pány A.N Thielem a R.H. Smallem množství technických dokumentů, které vyústily ve vývoj toho, co dnes známe jako Thiele-Smallovy parametry. Thiele byl vedoucím inženýrem výzkumu a vývoje v Australském úřadu pro vysílání a vedl laboratoř pro analýzu návrhů řešení pro reprodukci zvuku a obrazu. Small byl postgraduálním studentem elektrotechnické fakulty v Syndey.
Jejich společné úsilí vedlo k parametrům, které přesně definují vztah mezi reproduktorem a použitou ozvučnicí, ale (a pro nás zejména) ukazují vlastnosti reproduktorů daleko přesněji, než základní parametry o kterých jsme si napsali výše.
Pojďme si některé tyto parametry popsat...


Fs - resonanční frekvence
Parametr udává frekvenci, při které se vyrovnává hmotnost pohyblivých částí (membrány s cívkou) s tuhostí závěsů. Resonanční frekvence se udává v tzv. free-air prostředí - tedy bez jakékoli ozuvčnice. Při této frekvenci také impendance dosahuje maxiální úrovně. Při free-air použití takového reproduktoru pak lze tuto frekvenci vnímat jako nejnižší, kterou reproduktor může zahrát. Celková resonanční frekvence reproduktoru v ozvučnici je ale zásadně ovlivněna právě tím, jakou ozvučnici použijeme. Je tedy možné, že ve vhodné ozvučnici zahraje reproduktor, který má vyšší Fs podstatně nižší tóny, než reproduktor s nižší Fs (i přes jeho použití také v té "správné ozvučnici"). Na konečnou hloubku reprodukovaných basů mají vliv i další parametry. Porovnat Fs lze svým způsobem i bez tabulek.. Stačí reproduktory vyndat z krabice a lehce poklepat prstem na membránu.. Zvuk doznívání membrány je zvukem o frekvenci Fs.


Re - elektrický odpor cívky
Souvisí s impendancí - ale jedná se o odpor při stejnosměrném proudu. Tedy odpor, který naměříme multimetrem. Při výpočtech konkrétního chování reproduktoru v určité ozvučnici se z tohoto parametru vychází při určování průběhu impendanční křivky.
Někdy se stává, že se lidé obávají o stabilitu zesilovače, jelikož je Re nižší, než udaná impendance u zesilovače. Není ale potřeba se obávat, jakmile se do cívky pustí hudba - tedy nestejnosměrný proud - impendance půjde u většiny frekvencí nad nominální hodnotu.

Q parametry
Q parametry nejsou udávány v žádných jednotkách a jedná se o tzv. indexy kvality. Nižší index ale neznamená nižší kvalitu.

Qms - parametr udává výši ztrát v závěsech reproduktoru. Tedy mechanické ztráty. Závěsy prakticky fungují podobně jako pružiny a tento parametr udává kolik výkonu je potřeba na překonání jejich tuhosti. Vyšší index Qms znamená tužší závěsy.
Qes - udává ztráty v elektrickém, pohonném systému reproduktoru (cívky a magnetu). Jak se cívka pohybuje magnetickým polem, generuje elektrický proud, který jde prakticky proti proudu dodávaného signálu čímž, v závislosti na frekvenci a její blízkosti k rezonanční frekvenci zvyšuje impendanci - čímž zmenšuje velikost pohybu cívky (potažmo membrány) a limituje tedy vydávaný zvuk.
Qts - je parametr vypočtený z předchozích dvou. Jejich násobek je dělen jejich součtem. Tím se stává celkovým ukazatelem ztrát v elektrické i mechanické části reproduktoru.

Co si z toho vzít? Na první pohled je zejména z parametru Qts vidět, pro jaký typ ozvučnice je daný reproduktor nejvhodnější, pokud vám jde o kvalitu a hloubku vydávaného zvuku.
Qts nižší než 0,45 mají subwoofery vhodné pro bassreflexovou ozvučnici.
Qts někde mezi 0,4 - 0,75 mají subwoofery vhodné do uzavřených ozvučnic.
Qts 0,45 - 0,55 jsou vhodné pro bandpass ozvučnice.
Qts nad 0,75 jsou pak vhodné pro použití Free-Air (neboli tzv. deskové ozvučnice), tedy do například do plata kufru.

VAS (Cms) - ekvivalentní objem
Parametr nejčastěji v litrech udává objem vzduchu, který má stejnou mechanickou poddajnost, jako membrána v závěsu reproduktoru. Tedy když si představíte uzavřený válec o daném objemu a membránu reproduktoru jako píst, bude síla potřebná ke stlačení vzduchu ve válci stejná, jako síla potřebná k pohybu membrány v reproduktoru. Pomocí tohoto údaje tak u obdobně velkých reproduktorů jednoduše srovnáte jejich tuhost. Správné sladění ostatních parametrů s tímto v součinnosti se správným objemem ozvučnice je velmi zásadní. Představte si signál jako hrbolatou silnici a jak důležité je zde mít správně nastavené tlumiče a správně tuhé pružiny, abyste se cítili pohodlně a zároveň nedocházelo k narážení tlumičů do dorazů. Tužší tlumič potřebujete, když máte těžké auto a silné pružiny..

Mms - pohyblivá hmota
Hmotnost složená ze dvou součástí. První část je jednoduchá - zkrátka hmotnost membrány s cívkou. Druhou částí je pak vzduch, kterým membrána pohybuje - tedy objem vzduchu závislý na povrchu membrány a velikostí její výchylky - tedy Xmax (viz. níže).


Xmax / Xlim (Xmax peak, Xpeak)
Maximální odchylka membrány od středové - klidové polohy. Udává se v milimetrech +- jako odchylka jedním směrem. Tedy paramter Xmax 12 mm znamená, že lineární výchylka membrány je 12mm dopředu a 12 mm dozadu.
Xmax - je maximální odchylka, kdy ještě lineárně působí magnetické síly v pohonu - tedy kdy je ještě cívka plně mezi pólovými nástavci reproduktoru. Při překračování této hodnoty dochází k zásadním zkreslením zvuku.
Xlim - případně Xmax peak - udává maximální možnou mechanickou odchylku membrány. Při této odchylce již například naráží spider do pólového nástavce apod.

Při výpočtech ozvučnic je důležité držet se v rozmezí Xmax při plánovaném dodaném výkonu a frekvenční charakteristice signálu.


SD - povrch membrány
Jednoduše v centimetrech čterečních udává velikost povrchu membrány, což je důležité pro výpočty MMS a akustického tlaku.


Snad vám tento článek pomohl porozumět některým důležitým parametrům a usnadní vám výběr těch správných komponent!