Voľba vhodnej ozvučnice

...uzavretú? bassreflex? bandpass? ...

Zrejme najobľúbenejším typom ozvučnice medzi mladými ľuďmi je bassreflex, hlavne preto, že basy sú s jeho použitím "silnejšie". Málokto ale vie ako vlastne taký bassreflex funguje.

Iste všetci vieme, že reproduktor potrebuje k správnej činnosti ozvučnicu. Tých existuje viacero druhov, každá má odlišné vlastnosti a hodí sa pre iný typ reproduktora.

Uzavretá ozvučnica (closed/sealed enclosure)

Najjednoduchšou je určite ozvučnica uzavretá. Tá predstavuje uzavretý priestor s daným objemom pre jednú zo strán membrány. Membrána teda pri pohybe stláča, resp. rozpína vzduch s istou poddajnosťou, čo má ale za následok že sa zvýši rezonančná frekvencia.
Výhodou uzavretej ozvučnice je jednoznačne jej jednoduchosť, a to hlavne čo sa určenia objemu týka, objem je totiž to jediné čím je táto ozvučnica charakterizovaná. Ďalším nezanedbateľným plusom je, že je membrána obmedzovaná v pohybe na veľmi nízkych frekvenciách poddajnosťou vzduchu v ozvučnici, týmpádom až tak veľmi nehrozí zničenie kmitačky o pólový nástavec pri subsonických frekvenciách. Medzi ďalšie výhody patrí dobrá impulzná odozva a nízke skupinové oneskorenie, vďaka čomu má tento typ ozvučnice presné a rýchle basy. Nevýhodou je, že pokles na frekvenčnej charakteristike nastáva relatívne skoro (vyššie na frekvenčnej charakteristike ako u iných typov ozvučníc), je ale menej strmý ako u iných typov ozvučníc:

toto je frekvenčná charakteristika uzavretej ozvučnice, pokles nastáva už na frekvencii okolo 90Hz, -3dB úroveň je niekde pod 50Hz. Na frekvencii 20Hz máme akustický tlak približne 75dB.
Uzavretá ozvučnica je vhodná pre reproduktory s činiteľom Qts spravidla od 0,5-0,6 vyššie.

Ozvučnica typu bass-reflex (bass-reflex/vented enclosure)

Jednoznačne najobľúbenejšia ozvučnica u subwooferov. Do uzavretej ozvučnice je pridaný nátrubok (nie diera ako si mnohí jedinci myslia), vzduch v ktorom má istú poddajnosť, rozdielnu od poddajnosti vzduchu v ozvučnici. Pre jednoduchosť si môžme membránu reproduktora predstaviť ako piest a vzduch v nátrubku ako druhý, menší piest. Tie na seba pôsobia prostredníctvom vzduchu, ktorý má istú stlačiteľnosť. Práve vďaka tejto stlačiteľnosti (a rozťažiteľnosti) sa vzduch (piest) v nátrubku nepohne okamžite po pohybe membrány, ale až po istom krátkom čase. Pri istej frekvencii sa nám podarí dosiahnuť to, že sa vzduch v nátrubku dostane do svojej maximálnej výchylky práve vtedy, kedy aj membrána reproduktora, a to v rovnakej fáze (teda ak sa membrána pohne smerom dnu, tak aj vzduch v nátrubku sa pohne smerom dnu, a naopak). Týmpádom sa bassreflex správa ako ďalší reproduktor, teda na istom úzkom frekvenčnom pásme nám vytvorí akustický tlak. To nám pomôže dosiahnuť navýšenie úrovne akustického tlaku vo frekvenčnom pásme, kde by už v uzavretej ozvučnici klesal, priebeh je teda vyrovnanejší do nižšej frekvencie. Vyzerá to síce pekne, ale prináša to isté nevýhody. Frekvenčná charakteristika má strmejší pokles, pod frekvenciou ladenia bassreflexu sa už bassreflexová ozvučnica ani nespráva ako ozvučnica, membránu reproduktora teda nič netlmí, nastáva akustický skrat a membrána dosahuje veľké výchylky. Vzduch prúdiaci v nátrubku so sebou prináša turbulencie, ktoré pri nevhodnom návrhu rozhodne bude počuť. A ďalšou nevýhodou je skupinové oneskorenie, ktoré je vyššie ako u uzavretej ozvučnice, čo so sebou prináša menej presný, niekedy až uhučaný basový prednes.

pokles nastáva pri frekvencii okolo 40Hz, -3dB máme na frekvencii približne 26Hz. Na frekvencii 20Hz máme úroveň akustického tlaku 80dB.

Ako na bassreflex? Potrebujeme reproduktor s Qts od 0,3 do 0,5. Prierez nátrubku by mal byť aspoň 1/3 z plochy membrány (knižková hodnota, lepšie je orientovať sa podľa rýchlosti vzduchu v nátrubku pri maximálnom dizajnovanom výkone), z toho sa dá vypočítať jeho priemer pre kruhový bassreflex. Samozrejme že nátrubok nemusí byť kruhový, môžeme si spraviť bassreflex s ľubovoľným tvarom, často sa využívajú obdlžníkové či štvorcové štrbiny. Ladenie závisí od dlžky nátrubku - čím dlhší je nátrubok, tým nižšie je ladenie ozvučnice. Čím väčší máme prierez, tým dlhší potrebujeme nátrubok pri zachovanom objeme. Väčší prierez bassreflexového portu znamená menšiu rýchlosť prúdiaceho vzduchu a teda jednak menšie riziko vzniku počuteľných turbulencií (tým sa ale dá sčasti zabrániť aj zaoblením vyústenia) a jednak menšie "brzdenie" prúdiaceho vzduchu - ak port kladie prúdiacemu vzduchu odpor, znižuje sa jeho účinnosť a my strácame citlivosť na nizších frekvenciách.

Bassreflex rozhodne nie je žiadny prostriedok na zmenšovanie objemu ozvučnice, bassreflexová ozvučnica je pre ten istý reproduktor potrebná spravidla väčšia ako uzavretá. Taktiež to nie je žiadny otvor na vypúšťanie prebytočného tlaku, rozdiel medzi maximom a minimom tlaku v bassreflexovej ozvučnici je väčší ako u uzavretej ozvučnice - práve preto je u bassreflexu potrebné klásť na utesnenie a pevnú konštrukciu ešte väčší dôraz.

Ozvučnica s pasívnym žiaričom (passive radiator enclosure/ABR)

Dá sa povedať že to je mierne vylepšený bassreflex, nátrubok so vzduchom je ale nahradený membránou s istou hmotnosťou upevnenej na zavesení s istou poddajnosťou. Funguje na rovnakom princípe ako bassreflex, zamedzuje ale vzniku akýchkoľvek turbulencií či výkonových nelinearít.

pokles nastáva pri nejakých 50Hz, -3dB je zhruba pri 31Hz. Pokles je strmejší ako u BR, na veľmi nízkych frekvenciách sa objavuje malý hrb na frekvenčnej charakteristike. Na tento typ ozvučnice sú potrebné reproduktory so silným pohonom. Okrem toho že sa predchádza problémom s prúdením vzduchu, pasívna membrána vie poriešiť aj problémy v prípade veľmi nízkeho ladenia v malom objeme - pri bassreflexe by sme potrebovali nátrubok s veľkou dĺžkou, ktorá by sa nemusela zmestiť do vymedzeného priestoru, alebo by sme naopak museli obedovať prierez, čo by viedlo k ďalším problémom. S použitím pasívnej membrány teda vieme realizovať malú a pritom nízko ladenú ozvučnicu. Jedinou nevýhodou je potom cena a dostupnosť pasívnych membrán. Najdostupnejšie je realizovať ich z vhodného odpáleného basového reproduktora, nutnosťou je ale možnosť veľkej mechanickej výchylky a plocha pasívu/pasívov väčšia ako je činná plocha aktívneho žiariča.
Pasívna membrána vie nahradiť port nielen pri ozvučnice ekvivalentnej s bassreflexom, ale aj v ozvučniciach typu bandpass. Používanie pasívnych membrán už nie je ničím výnimočným ani v oblasti spotrebnej elektroniky, a to ako u PC reproduktorov (Creative T3/T6, Edifier S550, Bose Computer Music Monitor), tak u minihifi systémov (wOOx od Philipsu) či highend HiFi systémov.

Pásmový priepust (bandpass enclosure)

Je to opäť návrh vychádzajúci z bassreflexu, kombinuje ale dva pracovné objemy poprípade aj dva rôzne nátrubky. Jeho výhodou je to, že sa dá prispôsobiť našim potrebám, dá sa totiž veľmi rozmanito naladiť. Pásmo, ktoré prenáša je obmedzené aj zhora, čo je v prípade subwooferov len k dobru.

Bandpass ladený na čo najširšie prenášané pásmo, na charakteristike vidíme aj značne zníženú citlivosť oproti predchádzajúcim ozvučniciam, citlivosť v tomto prípade je 82dB. Spodný pokles nastáva na frevencii okolo 20Hz, -3dB máme na frekvencii 14Hz. Ešte na frekvencii 10Hz máme hladinu akustického tlaku 73dB, pri frekvencii 5Hz program nasimuloval 60dB.

Ten istý reproduktor v BP ozvučnici ladenej na čo najväčší zisk. Citlivosť je 97dB. Spodný pokles nastáva približne pri 70Hz, -3dB máme približne na frekvencii 55Hz. Na frekvencii 20Hz máme hladinu akustického tlaku 68dB.
Výhody či nevýhody tejto ozvučnice teda vyplývajú hlavne z ladenia, vo všeobecnosti ale ide o veľké ozvučnice s dosť zlou impulznou odozvou. Pre seriózne HiFi teda nie je tento typ ozvučnice tým najvhodnejším. Z komerčne predávaných systémov sa bandpass používa napríklad u subwooferov Bose, či u subwooferov rôznych PC setov, napríklad Genius Home Theater.

Samozrejme existujú aj iné typy ozvučníc, za spomenutie by určite stáli horny, kde sa využíva odlišný princíp a dosahujú sa s nimi taktiež veľmi zaujímavé výsledky, ich návrh je ale podstatne komplikovanejší a taktiež stúpajú nároky na použité reproduktory. Používajú sa hlavne na ozvučovanie veľkých priestorov.

Simulácie na grafoch sú robené použitím programu LspCAD, meničom bolo TVM ARN 312-00/8. Nebral som žiadny ohľad na objemy ani na výchylku, išlo mi čisto o hrubú názornosť, v reálnom použití môžu hrať frekvenčné charakteristiky v prospech iného typu ozvučnice.