Reproduktore, reproduktore, kolik wattů máš?      

 

 

 

 

Z obchodního hlediska je asi nejvýznamnějším parametrem reproduktoru nebo reproduktorové soustavy výkon. Jaký má ta soustava výkon, kolik má wattů – to bývá jedna z prvních otázek budoucího uživatele. Je to zcela pochopitelné, poněvadž  jsme si již jaksi zvykli měřit kvalitu technických zařízení jejich výkonem, ať  již jde o automobily, žehličky nebo erotické pomůcky. V případě reproduktorových soustav je však situace podstatně složitější než třeba u žehliček.

Nejdříve zavedeme jistou názvoslovnou dohodu. V dalším textu budeme v zájmu stručnosti používat  slova „reproduktor“ jako označení pro cokoliv, do čeho se přidává elektrický signál a z čeho se line hlasitý zvuk, tedy také to, co se podle normy nazývá reproduktorová soustava (anglicky loudspeaker, německy Lautsprecher). Bude-li řeč výslovně o reproduktoru jako takovém, tedy o tom, co se anglicky nazývá loudspeaker driver a německy Lautsprecher Chassis, bude to patřičně upřesněno.

Reproduktor je vlastně elektrický spotřebič. Přivádí se do něj elektrická energie ze sítě nebo baterie, i když způsob tohoto přivádění je poněkud složitější než třeba u žárovky. Zprostředkovává jej totiž celé zařízení (zesilovač, magnetofon, CD přehrávač atd.), k jehož konci, výstupu, je reproduktor připojen. A jako u jakéhokoli jiného spotřebiče se i v reproduktoru promění v to, co požadujeme, tedy zvuk, pouze část přivedené energie. Zbytek se přemění na teplo. Údaj výkonu u elektrických spotřebičů v naprosté většině případů říká, kolik energie je spotřebič  schopen zpracovat za jednotku času při přeměně v to, co od něj požadujeme. Jde tedy o příkon, jemuž skutečný užitečný výkon odpovídá nejvýše u tepelných spotřebičů, a to ještě ne u všech (např. mikrovlnná trouba se chová trochu jinak). Tzv. výkon reproduktoru udává, jaký největší výkon se smí do reproduktoru přivést, aniž by byla narušena jeho správná funkce. Charakteristickým rysem reproduktorů je přitom velmi nízká účinnost této přeměny. U klasických žárovek se užitečně, tj. světlo, přemění až 10% elektrické energie, u zářivek a výbojek to může být až 40%, u elektromotorů se na mechanickou energii přemění až 90% elektrické energie. U většiny reproduktorů se na zvukovou energii méně než jedno procento dodané elektrické energie. Dalo ba se vlastně říci, že reproduktor přeměňuje  elektřinu na teplo, přičemž vedlejším  produktem je zvuk.

O podílu tohoto „vedlejšího produktu“ na celkové energetické bilanci nás informuje veličina zvaná charakteristická citlivost. Ta udává, jakou hladinu akustického tlaku, tedy „kolik decibelů“, produkuje reproduktor v dané vzdálenosti (zpravidla 1m) při daném buzení (zpravidla příkon 1W nebo přesněji zdánlivý příkon 1VA). Její hodnota se obvykle pohybuje  v rozmezí 80 až 105 dB (1W, 1VA). Zvýšení citlivosti o 3 dB  při stejném příkonu znamená zdvojnásobení akustického výkonu. Jinými slovy, reproduktor o maximálním příkonu 50 W a citlivosti např. 90 dB je z hlediska akustického výkonu rovnocenný reproduktoru o citlivosti 87 dB a příkonu 100 W. Údaj výkonu, resp. příkonu bez udání citlivosti udává pouze maximální topný výkon, který může soustava bez poškození přivést do místnosti. Pro dosažení hladiny 110 dB v jednom metru je při citlivosti 87 dB (obvyklá hodnota u hifi soustav) nutný příkon 200 VA, tedy maximální výkon zesilovače 200 W.

Právě jsme naznačili, že to s výkonem u reproduktorů není jednoduché. Pokusíme se nyní udělat v tom trochu pořádek. Zatím jsme se zmínili o příkonu a výkonu, aniž bychom přesně definovali, o čem je řeč. Určitou představu o tom sice má asi každý čtenář, nebude však určitě na škodu si věc ještě trochu ujasnit. Elektrický spotřebič je připojen ke zdroji, který má jisté napětí. Do spotřebiče ze zdroje teče proud a součin proudu a napětí v každém okamžiku udává příkon do spotřebiče přiváděný. Pokud se toto napětí ani proud (a tudíž ani výkon) v čase nemění, je celková energie přivedená za určitou dobu do spotřebiče dána jako součin této doby a přivedeného výkonu. Poměr mezi napětím zdroje a proudem tekoucím  do spotřebiče je určen odporem spotřebiče. Pokud se napětí, proud a tedy i výkon v čase mění, je pro vypočtení energie potřebný dosti složitý matematický aparát, proto nebudeme zabíhat do podrobností. Je ale nutné podotknout, že v takovém případě již z pravidla není poměr mezi napětím a proudem stálý. Výkon je sice i nadále v každém okamžiku dán jako součin napětí a proudu, ale za určitých okolností může jeho hodnota v jistých časových intervalech nabývat záporné hodnoty. Existují totiž spotřebiče (zátěže), které jsou schopny část převedené energie uchovat a pak ji zase „vracet do zdroje“. Pak se hovoří o zatížení reaktivního charakteru, kterou mají prakticky všechny reproduktory.

Signály (napětí), které se přivádí do reproduktorů, mají obecně velmi složité časové průběhy. Aby bylo možné charakterizovat vlastnosti reproduktorů pokud možno přehledně a jednoduše, vychází se při uvádění těchto vlastností z nejjednodušší varianty časového průběhu, což je tzv. harmonický (sinusový) průběh. Tento průběh má i střídavé napětí v síti. Signál s takovým průběhem je možné popsat jeho efektivním napětím (RMS voltage, Effektivspannung) a kmitočtem ( frequency, Frekvenz). Do spotřebiče teče proud, který má harmonický průběh o stejné kmitočtu, jako má přiváděné napětí, a jistou efektivní hodnotu. Poměr mezi efektivní hodnotou napětí a efektivní hodnotou proudu je tzv. impedance spotřebiče (reproduktoru). Součin efektivních hodnot napětí a proudu udává zdánlivý příkon, který skutečnou energii přivedou do spotřebiče určuje jen v některých speciálních případech, u reproduktorů nás spíče informuje o tom, jak daný reproduktor zatěžuje zesilovač. Skutečný příkon, který zesilovač do reproduktoru dodává, je většinou nižší než příkon zdánlivý. Pokud bychom chtěli alespoň orientačně zjisti jaký zdánlivý příkon je do reproduktoru dodáván, museli bychom pro dané efektivní napětí – samozřejmě harmonického průběhu – a impedanci reproduktoru vypočíst efektivní proud tekoucí do reproduktoru a příkon bychom určili jako součin proudu a napětí. Impedance reproduktoru a tedy i příkon ale závisí na kmitočtu. Je proto zvykem počítat s nejhorší možností a výpočet se provádí pro nejmenší hodnotu impedance, jaká se může vyskytnout (tedy největší příkon). Tato hodnota se pak udává jako tzv. jmenovitá impedance reproduktoru.

Reproduktorové soustavy jsou nejčastěji buzeny hudebním signálem. Tento signál je v čase velmi proměnlivý a jeho průběh se značně liší od průběhu harmonického. Je tedy velmi obtížné kvantitativně popsat výkonové zatížení soustavy. Určitou představu je ale možno získat, považujeme-li taková signál za směs velkého množství dílčích harmonických signálů o různých kmitočtech a efektivních hodnotách a popíšeme-li jej tzv. spektrální hustotou. Matematický základ popisu je značně složitý a praktické výsledky je možné získat jen sledováním signálu pro dlouhé časové intervaly, případně pro větší počet vzorků různých hudebních děl. To vyžaduje velmi náročnou měřící techniku a mnoho času.

   Autor tohoto textu provedl analýzu pro výběr nahrávek na CD. Celkem bylo zpracováno asi patnáct hodin signálu velmi různorodého charakteru od Mozarta přes New Age po heavy-metal. Ukázalo se, že podstatná část energie leží v oblasti od 100 Hz do 3 kHz – přibližně 80%. Pod hranicí 100 Hz je asi 15% energie, nad hranicí 3000 Hz pak asi 5%. Většina energie tedy spadá do oblasti „vyšších basů“ a středů. Z této skutečnosti také vychází udávání maximálního příkonu reproduktorů. U výce pásmových reproduktorových soustav je tento údaj vztažen na reproduktorovou soustavu jako celek a v podstatě odpovídá zatížitelnosti hlubokotónové popř. hlubokotónové a středotónové části. Měnič vysokotónové části reproduktorové soustavy (vysokotónový reproduktor) má totiž velmi malou vlastní zatížitelnost a tak pouze za předpokladu, že je v pásmu vysokých kmitočtů je obsažena jen malá část výkonu, je možné zajistit celkovou zatížitelnost v „rozumné výši“ řádu alespoň desítek wattů. Pokud tento předpoklad není splněn, například u hudebního signálu s mimořádně vysokým obsahem výšek (některé rockové a country skladby) nebo při přebuzení zesilovače, může dojít k tepelnému poškození vysokotónového měniče při příkonech podstatně nižších, než je výrobcem udávaná zatížitelnost soustavy. Naštěstí díky značné proměnlivosti hudebního signálu je velký rozdíl mezi dlouhodobým průměrným výkonem a jeho maximální hodnotou v nejhlasitějších pasážích, případně zvuky impulsního charakteru (úder do činelu). Poměr maxima k průměru běžně činí 100:1, takže při využití maximálního výkonu zesilovače 100W do reproduktorové soustavy přivádíme průměrně 1W.

Zvýše uvedených a ještě z dalších skutečností, o kterých se zde nelze zmiňovat ani stručně, vychází zatížitelnost reproduktorů a reprosoustav. Jak se s tím ale má vypořádat chudák uživatel? Určitě se mu vyplatí respektovat několik zásad :

1.       Při koupi reproduktoru se zajímejte nejen o výkon, ale také o citlivost. Pro běžné použití v bytových podmínkách vyhoví hodnoty 84 až 90 dB (1W, 1m) při zatížitelnosti do 100W. Nižší hodnoty kladou zbytečně vysoké nároky na výkon zesilovače, pokud má být dosaženo alespoň středních hladin hlasitosti. Vyšší hodnoty jsou potřebné jen ve větších prostorách, případně u profesionálních aplikací.

2.       Výkon zesilovače by neměl být ani příliš malý, ani příliš velký. Pokud je zatížitelnost („výkon“) reproduktoru vyšší než výkon zesilovače, neznamená to přetížení zesilovače, ale vyšší bezpečnost reproduktoru. Záleží však na ukázněnosti obsluhy. Absolutní bezpečnost (blbuvzdornost) reproduktorů lze zaručit prakticky jen tehdy, když maximální výkon zesilovače nebude větší než jedna desetina zatížitelnosti reproduktorové soustavy. To ovšem může znamenat provoz při neustále zkresleném signálu. Pro kvalitní reprodukci by výkon zesilovače měl ležet mezi zatížitelnosti reproduktorové soustavy a jejím dvojnásobkem. Pak se ale v žádném případě nesmí výkonnost zařízení zkoušet vytočením regulátoru hlasitosti na maximum, „co to dá“. Dá to maximálně několik set korun za výměnu především vysokotónových reproduktorů.

3.       Serióznost výrobce u reproduktorových soustav není pravidlem, spíše výjimkou. Čím levnější soustava, tím nižší serióznost a tím zpravidla vyšší udávaný „výkon“. Někteří výrobci uznávají jedinou zásadu – co watt, to dolar (nebo spíš více).

4.       Jmenovitá impedance reproduktoru nesmí být nižší než minimální hodnota uvedená na zesilovači, jinak hrozí nebezpečí poškození zesilovače, reproduktoru nebo obého. V opačném případě se pouze nevyužije maximální výkon zesilovače.

  S&V IV/94