|
|
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 |
|
|
|
|
|