Rozcestník: problematika menom audiotechnika

V dnešnom článku sa pokúsime menej skúseným čitateľom nášho portálu ozrejmiť základnú problematiku spojenú s audiotechnikou. Keďže sa na našom portáli objavuje čoraz viac článkov práve o dnes preberanej audiotechnike, nebolo by zlé vytvoriť akýsi manuál pre neznalých.

Úvod

K napísaniu tohto článku som bol inšpirovaný komentárom pod článkom, ktorý sa venoval práve slúchadlám. Ak si však myslíte, že patríte k ľuďom oboznámeným, nezanevrite na tento článok. Určite sa nájde čosi, čo vám vaše vedomosti z audiotechniky rozšíri. Prajem príjemné čítanie!

Na úvod by som rozpísal jednotlivé sekcie, ktorým sa chcem v mojom článku venovať. Pokúsim sa ísť čo najviac do hĺbky danej problematiky. Taktiež sa pokúsim vysvetliť základné fyzikálne princípy, na ktorých stojí samotná audiotechnika, či tvorba samotnej akustickej vlny.

Začali by sme určite delením signálov. Po oboznámení sa so základnými pojmami a definíciami sa dostaneme ku kapitole, ktorá sa bude venovať prevodu signálov. Samotný prevod je teoreticky veľmi jednoduchý proces, ktorý má však nejaké tie obmedzenia a zákonitosti. Keď si rozoberieme samotný signál, môžeme sa začať venovať audiotechnike. Začneme rozdelením meničov, ich rozborom a princípom činnosti. Pokračovanie sa bude týkať zosilnenia signálu.

Samostatnú sekciu venujem slúchadlám, ich podrobnému rozdeleniu a základným vlastnostiam tej, či onej konštrukcie slúchadiel.

Budeme teda písať aj o zosilňovačoch.

Link na audiosekciu: http://pc.zoznam.sk/recenzie/zvuk-multimedia

Signál, rozdelenie signálov, prevod signálov

Signály z toho najjednoduchšieho hľadiska možno rozdeliť na Signály diskrétne (Digitálne) a Signály spojité (Analógové). V audiotechnike sa stretneme s oboma pojmami. Aj preto by bolo dobré vysvetliť a ukázať, ako jednotlivé signály vyzerajú.

Digitálny (diskrétny) signál

Ide o diskrétny signál, ktorý má podľa teórie konečný počet stavov. Tým sa líši od signálu analógového, ktorý je spojitý a má nekonečne veľa stavov. Digitálny signál býva vo väčšine prípadov len binárny, a teda prenáša len dva stavy, jednotku a nulu. Tento signál je vzorkovaný, a následne kvantovaný. Je tvorený postupnosťou samotných vzoriek, ktoré, ako som už spomenul, nadobúdajú obmedzený počet hodnôt.

Čokoľvek, čo máte uložené vo svojom pc, sa dá v konečnom dôsledku označiť za digitálny záznam. Digitálny kód však nie je vhodný na tvorbu samotnej akustickej vlny, o ktorú sa má postarať menič. Ten vyžaduje pre korektnú činnosť na svojich svorkách signál Analógový.

Analógový (spojitý) signál

Tento signál je daný spojitou funkciou spojitého času. Análogové signály možno ďalej deliť podľa toho, čo prenášajú. Ako príklad možno uviesť akustický signál, elektrický signál, optický signál a podobne.

Presne takýto signál nám treba priviesť na svorky meniča, aby nám mohol z akustického signálu vytvoriť akustickú vlnu – realizovať reprodukciu.

Prevod signálov, D/A, A/D prevodníky

Keďže už dávno prešla doba, keď sme väčšinu svojej hudby uchovávali v analógovom stave (LP platne, gramofóny), budem sa venovať primárne D/A prevodníku.

Čo je to zvuková karta

Zvuková karta je zariadenie, ktoré v sebe implantuje mnoho obvodov, ktoré sú konštruované na prácu so signálom. Počítačové zvukové karty umožňujú nielen D/A (digitálno-analógový prevod) a A/D (analógovo-digitálny) prevod, ale aj rôzne modulácie signálu ešte pred prevodom, či po ňom. V jednoduchosti by sa dalo napísať, že zvuková karta slúži na prácu a spracovanie digitálneho, či analógového signálu.

Aký je rozdiel medzi zvukovou kartou a D/A prevodníkom

V podstate žiaden. Aj keď z iného pohľadu je rozdiel jasný. Zvuková karta ako taká zvláda okrem D/A prevodu skoro vždy aj A/D prevod. Taktiež podporuje rôzne efekty, či „vylepšenia“ signálu. Súčasťou moderných zvukových kariet býva aj spracovanie viackanálového signálu (2.1, 5.1, 7.1 ....), podpora rôznych Dolby surround, či THX.

Samotný D/A prevodník sa orientuje čisto na digitálno-analógový prevod. Konštrukčne teda nemusí obsahovať ďalšie obvody pre úpravu signálu za chodu, či kódovanie viackanálového zvuku. Tým pádom sa dá za cenu porovnateľnú so zvukovou kartou zostrojiť zariadenie, ktoré bude vykonávať D/A prevod kvalitnejšie (ak zohľadníme fakt, že každá súčiastka navyše vnáša do výstupného signálu určité „rušenie“). Väčšinou sa cez samotné D/A prevodníky kóduje „len“ stereo signál. Na druhú stranu však treba poznamenať, že integrované prevodníky v AVR či Blueray prehrávačoch spracujú aj viackanálový zvuk. Rozdiel medzi zvukovou kartou a samotným D/A prevodníkom je teda z môjho pohľadu len formálny.

Ako sa spracúva/prevádza digitálny signál na analógový

D/A prevod sa môže vykonávať rôznymi spôsobmi. Nie je ich však ani zďaleka tak veľa, ako v prípade opačného, A/D prevodu.

Najrozšírenejšie sú paralelné D/A prevodníky. Používajú sa však aj sériové, či D/A prevodníky s pomocným prevodom.

Prevod sa uskutočňuje priamym prevodom kódováného slova na analógovú veličinu, pričom výstup je určený váženým súčtom odstupňovaných referenčných hodnôt výstupnej veličiny. Veľkosť hodnôt zodpovedá váham bitom kódovaného slova. Váhové koeficienty odpovedajú hodnotám príslušných bitov. Referenčné hodnoty sú odstupňované veľkosti DC prúdov a sčítavajú sa v uzle – celkový prúd je výstup D/A prevodníka (priamy paralelný prevod). Ak sa však sčítavajú postupne v čase, ide o priamy sériový prevod.

Prevodová charakteristika D/A prevodníka hovorí o prevodovej vlastnosti samotného prevodníka. Vstupom do prevodníka býva digitálny signál – kód. Výstup na D/A prevodníku tvorí výstupné napätie, ktoré má konkrétnu hodnotu. Zoberme si príklad jednoduchého D/A prevodníka, ktorý bude mať nasledujúce parametre.

Prevodník je 3 bitový  - 2³

Jeho rozsah je 0-10 V

Je ideálny

Ako bude vyzerať ideálna prevodová charakteristika tohto prevodníka?

Ako si môžeme z prehľadného grafu všimnúť, každý konkrétny kód má pridelenú určitú úroveň napätia. Prechod medzi jednotlivými stavmi je na výstupe linearizovaný. Z tohto faktu nám vychádza jednoduchá rovnica. Viacbitový prevodník = kvalitnejší prevod. Treba si uvedomiť, že pomocou D/A prevodníkov sa zo vstupného kódu získava analógové napätie zodpovedajúcej hodnoty U. Výstupné napätie D/A prevodníkov je dané lineárnou závislosťou U=kU(ref)B.

U(ref)- napätie určujúce výstupný napäťový rozsah, k-konštanta úmernosti, B-vstupné číslo dané binárnym kódom:

Kde a_m je hodnota m-tého bitu (0 alebo 1) a n je počet bitov D/A prevodníka.

Keď teda zvýšime počet bitov prevodníka, dokáže signál presnejšie rekonštruovať do analógovej podoby (predstavte si na grafe namiesto 13-tich stavov 3 stavy a musí vám byť ihneď jasné, ako veľmi by sa líšila rekonštrukcia takéhoto signálu pri použití nevhodného prevodníka). Na druhú stranu je treba si uvedomiť, že by bolo nanajvýš zbytočné prevádzať 16 bitový signál 24 bitovým prevodníkom. V tomto prípade nemožno vyjadriť rozdiel medzi 16, či 24 bit prevodníkom na výstupe.

Základné vlastnosti D/A prevodníka môžeme teda zhrnúť nasledovne:

-Rozlišovacia schopnosť D/A prevodníka N – počet rozlíšených úrovní výstupnej analógovej veličiny.

N=2ⁿ

Kde n je počet bitov D/A prevodníka.

-Výstupný rozsah D/A prevodníka FS (full scale) – je daný rozdielom maximálnej a minimálnej hodnoty výstupného napätia D/A prevodníka.

-Krok kvantovania Q – predstavuje veľkosť zmeny výstupného napätia, ktorá zodpovedá zmene vstupného číselného kódu o jednotku. Niekedy sa označuje aj ako LSB, t.j váha najmenej významového bitu. Krok kvantovania je daný rovnako ako v prípade A/D prevodníkov podielom výstupného rozsahu FS a rozlišovacej schopnosti N: Q=FS/N

V praxi sa v audiotechnike používa 16-24 bit kódovanie signálu. 24 bit nahrávky bývajú označované za HiRes.

A/D prevod v skratke

Pri A/D prevode je to tak trocha komplikovanejšie. Princíp je v podstate dosť podobný, no na vyhodnocovanie výsledkov sa používa veľmi veľa spôsobov. Tomu by sa dalo skutočne venovať veľa času a napísať o tom samotný článok. Poďme sa teda na A/D prevod pozrieť aspoň z rýchlika.

A/D prevod – nahrávanie zvuku

Fyzikálna podstata A/D prevodu v audiotechnike vyjadruje schopnosť zariadení digitalizovať spojitý signál. V najjednoduchšej podstate ide teda o nahrávanie zvuku. Nahrávanie sa realizuje pomocou mikrofónu, za ktorým je zaradený obvod, ktorý okrem iného obsahuje integrovaný A/D prevodník.

Úlohou prevodníka je prevod analógovej veličiny – napätia – z nekonečného množstva hodnôt v rámci daného intervalu na číslo z konečnej množiny čísel, najčastejšie vyjadrené v binárnom tvare. Tento proces sa nazýva kvantizácia, t.j diskretizácia v hodnote napätia. V praxi sa však realizuje viacero takýchto prevodov za sebou, t.j. dochádza aj k prevodu spojite sa meniaceho vstupného napätia na postupnosti diskrétnych hodnôt – vzorkovanie. Vzorkovanie predstavuje diskretizáciu v čase.

V praxi to vyzerá nasledovne:

Na obrázku možno vidieť prevodovú charakteristiku ideálneho unipolárneho trojbitového AČ prevodníka.

Myslím, že k signálom, ich deleniu a prevádzaniu stačilo. Poďme sa pozrieť na základný popis elektro-akustických meničov, ich rozdelenie a kategorizáciu.

Reprodukcia zvuku, delenie meničov

Čo je to vlastne reprodukcia zvuku? Ako to celé prebieha? Aké sú podmienky pre reprodukciu zvuku?

Práve na tieto otázky sa budem snažiť odpovedať čo možno najjednoduchšie a najpresnejšie. Najskôr si však ozrejmime pojem reprodukcia zvuku.

Reprodukcia zvuku

je podľa môjho názoru definovateľná, ako prevod analógového signálu na akustickú vlnu. Ľudské ucho nám podľa lekárov umožňuje počuť zvuky v rozmedzí 20Hz-20kHz. Veľa ľudí však počuje aj za hranice tohto rozsahu. Frekvencie pod 20Hz sú považované za infrazvuk, frekvencie nad 20kHz za ultrazvuk. Možností, ako previesť analógový signál na samotnú akustickú vlnu je niekoľko. Skúsim však popísať základný princíp činnosti najčastejšie používaného Elektrodynamického meniča.

Základný princíp činnosti elektrodynamického meniča spočíva v pohybe cievky v statickom magnetickom poli. Statické magnetické pole je tvorené permanentným magnetom. V praxi sa používajú buď feritové magnety, alebo modernejšie neodymové magnety. Magnet je pevne uchytený spravidla v strede telesa meniča. Medzi magnetom a telom meniča býva umelo vytvorená medzera, do ktorej sa zavádza samotná cievka meniča. Tá je navinutá na membráne meniča. Membrána je pevne spojená s telom meniča po jeho vonkajšom priemere. Privádzaním analógového signálu na cievku, ktorá sa nachádza v magnetickom poli, vyvolávame vychyľovanie cievky, čo zabezpečuje mechanické chvenie membrány. Tá vďaka svojim vlastnostiam vysiela akustickú vlnu o určitých frekvenciách do priestoru pred/za meničom.

Cievka navinutá na membráne meniča určuje do určitej miery vlastnosti elektrodynamického meniča. Základnými parametrami týchto meničov býva impedancia meniča (impedancia navinutej cievky), citlivosť meniča a frekvenčný rozsah.

Impedancia

Impedianciu meniča vyjadrujeme v jednotkách Ohm. V jednoduchosti ide o „odpor“ samotnej cievky. Keďže však pracujeme vždy so striedavým analógovým signálom,  musíme miesto pojmu odpor použiť pojem impedancia. Impedanciu cievky možno vyjadriť zo vzťahu  Z=jω L.

Tento údaj, spolu s citlivosťou meniča do určitej miery udáva maximálnu zaťažiteľnosť meniča, či náročnosť meniča na vybudenie. Vybudenie meniča by som definoval ako stav, kedy je na vstup meniča privedený analógový signál dostatočne silný na  vychýlenie membrány od minima po maximum. Z toho možno jednoducho vyjadriť prebudenie meniča- membrána naráža pri maximálnej výchylke o telo meniča (chrčanie), či podbudenie meniča- menič sa nepohybuje na maxime, či minime svojich možností. To môže mať za následok zmenu frekvenčnej charakteristiky meniča, dodatočné skreslenie meniča, nedostatočnú dynamiku meniča atď.

Na vybudenie majú však vplyv aj iné veci – tvar a konštrukcia cievky, materiál membrány, tuhosť membrány, použitý magnet, atď. Poďme si teda rozdeliť meniče podľa konštrukcie

Meniče

Elektrodynamický menič

Tento menič som už dostatočne predstavil v predchádzajúcej sekcii. V praxi ide o najpoužívanejší typ meniča, kvôli relatívne jednoduchej konštrukcii a malým nákladom na výrobu.

Elektrostatický menič

Tento menič sa používa menej často. Väčšinou je doménou drahších reproduktorov, či slúchadiel. Tento systém sa vyznačuje veľmi vysokou úrovňou vstupného signálu (100V-1KV pri slúchadlách). K dosiahnutiu takejto úrovne je potreba zaradiťza D/A prevodník špeciálny zosilňovač.

Základnou nevýhodou elektrostatických meničov je reprodukcia nízkych kmitočtov. Taktiež je potrebné na dosiahnutie dostatočného akustického výkonu použitie relatívne veľkej membrány. Za nevýhodu možno označiť aj nutnosť použitia vysokonapäťového zosilňovača/prevodníka. V audio kruhoch však niektorí fajnšmekri nedajú na elektrostatické meniče dopustiť. Ich prednes definujú ako presný, prirodzený a veľmi lineárny v celom rozsahu frekvenčného spektra. Frekvenčný rozsah takéhoto meniča môže siahať ďaleko za možnosti ľudského ucha. Ako príklad uvediem model SR-009 od známeho výrobcu elektrostatických slúchadiel STAX, ktorý sa pýši frekvenčným rozsahom 5-42 000 Hz! Ďalšou vecou, ktorou sa elektrostatické meniče líšia od elektrodynamických, je impedancia meničov. Pri elektrodynamických možno počítať s impedanciou 4-600 Ohm, kdežto pri elektrostatických meničoch sa stretávame s hodnotami o tri rady vyššie, a teda rádovo v KOhm. (model SR-009 má impedanciu meniča až 145 KOhm!).

Tlakový menič, Elektromagnetický menič (Balanced armature)

Tento menič sa používa najmä kvôli svojej jednoduchosti. Systém sa skladá z magnetu s cievkou a pohyblivej feromagnetickej kotvy, ktorá buď sama tvorí membránu, alebo je s ňou dodatočne pevne spojená. Zmena elektrického prúdu v cievke vyvolá zmenu magnetického toku, a ten pôsobí silou na pohyblivú kotvu spojenú s membránou.

Pojem Balanced armature by sa dal preložiť ako systém s vyváženou kotvou. Keďže tento názov bežnej verejnosti nebude pravdepodobne nič vravieť, zaužívalo sa používanie označenia Tlakový menič.

Tieto meniče sa používajú najmä v TOP modeloch IEM slúchadiel. Kvôli konštrukčným a fyzikálnym obmedzeniam sa spravidla používa v takýchto slúchadlách niekoľko tlakových meničov naraz, pričom každý z nich prehráva určitú časť  frekvenčného rozsahu samotných slúchadiel. Signál je rozdelený pomocou integrovaných, väčšinou pasívnych, výhybiek.

Z osobnej skúsenosti môžem na tento systém písať len samú chválu. Tieto slúchadlá sa vďaka miniatúrnym meničom vyrábajú najmä pre profesionálov na odposluchy. Tlakové meniče nájdeme aj v CUSTOM riešeniach, keď zákazník firme okrem objednávky posiela aj odtlačok svojho ucha, z ktorého mu firma pomocou technologických postupov odleje slúchadlá na mieru. Akustické vlastnosti IEM s použitím tlakových meničov sú veľmi dobré. Vo svete IEM im však na päty šliapu moderné elektrodynamické meniče. Tie však musia mať membránu s relatívne väčším priemerom v porovnaní s tlakovými meničmi, z čoho nám vyplýva, že do elektrodynamických IEM sa zmestí max 1-2 meniče, pričom do custom IEM sa zmestí meničov oveľa viac (napríklad model JH16 PRO CUSTOM IEM v sebe integruje dvojicu nízkofrekvenčných meničov- jeden dvojitý stredový menič a jeden dvojitý vysokofrekvenčný menič). Výhodou býva aj celková impedancia systému. Pri JH16 PRO sa uvádza impedancia iba 18 ohm.

Okrem uvedených typov existuje množstvo experimentálnych technológií. V praxi ich však zastupuje len niekoľko modelov. Za zmienku z tých exotických stojí Isodynamický systém (Orthodynamic). Keďže som sa však s týmto systémom osobne nestretol, netrúfam si ho bližšie popisovať. Základný opis možno nájsť napríklad tu: http://wiki.faust3d.com/wiki/index.php?title=Isodynamic_(aka_orthodynamic)

Rozdelenie reproduktorov podľa konštrukcie a vyhotovenia

Kategoricky možno reproduktory podľa konštrukcie rozdeliť do viacerých kategórií. Z hľadiska počtu meničov rozoznávame reproduktory jedno, dvoj, troj, či viacpásmové.

Jednopásmové

Reproduktorový systém obsahuje len jeden reproduktor, ktorý má za úlohu reprodukovať celé frekvenčné spektrum udávané výrobcom. Výhoda tohto systému môže byť v samotnom použití jediného meniča, akustická vlna sa nemusí skladať z x reproduktorov. Teoreticky môžu takéto systémy hrať veľmi prirodzene. Nevýhodu vidím v nelinearite systému. To, samozrejme, veľmi závisí od konštrukcie a použitých meničov, no faktom zostáva, že jediný menič nedokáže zahrať úplne lineárne v rozsahu 20Hz-20 000Hz.

Dvojpásmové

Dvojpásmový systém sa líši od jednopásmového rozdelením frekvenčného pásma na dve časti pomocou výhybky. Tá rozdeľuje frekvenčný systém pre dva, či viac reproduktorov. Výhybka delí frekvenčné pásmo na pásmo pre stredobasový menič a pásmo pre výškový menič. Výhoda tohto systému spočíva v možnosti lineárnejšieho prednesu. Ľahšie sa vyrába menič, ktorý hrá lineárne 50-5 000 Hz ako menič, ktorý hrá lineárne 20-20 000 Hz. Vyjadrenie „hrá lineárne“ treba brať s rezervou. Samozrejme sa bavíme o idealizácii meniča. Žiaden menič nezahrá lineárne.

Trojpásmové

Sytém si delí signál na tri časti.  Basovú, stredovú a výškovú. Použitá výhybka, ktorá má v sebe integrované filtre, prepustí k jednotlivým reproduktorom len to pásmo, na ktoré sú konštruované. Tento systém je najvychýrenejší, no zo všetkých troch jednoznačne najdrahší.

Výroba viacpásmového meniča je veľmi zložitý proces, ktorý sa nemusí vždy skončiť úspešne. Ceny viacpásmových systémov bývajú výrazne vyššie ako u jednopásmových riešení.

V reproduktoroch sú používané meniče

Širokospektrálne

Reprodukujú v celom frekvenčnom pásme. Poväčšine ide o relatívne malé meniče, 3-8 palcov (7,6 až 20 cm) v priemere. Veľkosť meniča je obmedzená tak, aby bol schopný zahrať nízke, aj vysoké kmitočty. Používajú sa väčšinou v spotrebnej elektronike, malých rádiách, lacných reproduktoroch pre PC. V Hi-fi systémoch sa používajú kvôli tomu, že nepotrebujú ku korektnej funkcionalite pripojenie výhybky. Tak isto netrpia vzájomným rušením, ktoré sa môže vyskytnúť pri použití viacerých meničov.

Subwoofer

Je reproduktor, ktorý sa zameriava na reprodukciu nízkych kmitočtov, väčšinou pod 200 Hz pre bežné systémy, pod 100 Hz pre profesionálne ozvučenie live koncertov a pod 80 Hz v THX systémoch. Tento typ reproduktora poväčšine obsahuje vlastnú časť napájania, vlastný zosilňovač, ako aj vlastnú výhybku. Dodáva sa v samostatnej ozvučnici, ktorá je úplne oddelená od stereo, či surround systému.

Subwoofery možno deliť aj na pasívne a aktívne. Pasívny systém obsahuje len samotnú ozvučnicu s reproduktorom, nemá integrovaný zosilňovač, či výhybku. Aktívny sytém je reprobox, v ktorom je osadená celá elektronika potrebná ku korektnej funkcionalite boxu.

Woofer

Je tiež reproduktor, ktorý sa zameriava na reprodukciu nízkych kmitočtov. Tento reproduktor však spravidla začína pri cca 40 Hz, no zvláda aj reprodukciu 1KHz. Používa sa väčšinou v trojpásmových stereo systémoch ako nízkofrekvenčný menič. Niektorí užívatelia preferujú 2.0 stereo systém pred 2.1 systémom. Osadenie woofera do 2.0 trojpásmového systému zabezpečuje reprodukciu aj tých najnižších kmitočtov. S použitím dodatočného subwoofera sa však možno dostať ešte nižšie. Či použiť, alebo nepoužiť subwoofer v stereosystéme, je každého osobná vec. Niekomu sa to tak páči viac, niekomu menej.

Stredový reproduktor

Spravidla elektrodynamický menič, ktorý reprodukuje stredné frekvenčné pásmo. Membrány sa vyrábajú buď z kompozitných materiálov, alebo z papiera. Stredové reproduktory mávajú smerový prednes. Mali by byť teda nasmerované priamo na poslucháča.

Výškový reproduktor (tweeter)

Už samotný názov napovedá, že sa jedná o vysokofrekenčný menič. Na trhu nájdeme nespočetne veľa druhov a modelov výškových reproduktorov. Každá konštrukcia má svoje výhody aj nevýhody. V praxi sa používajú klasické výškové meniče, páskové meniče, či dokonca meniče v tvare klaxónu. Páskové meniče majú veľmi smerový prednes, mali by byť teda nasmerované priamo na poslucháča.

Reproduktory možno ďalej rozdeliť na systémy s otvorenou a zatvorenou ozvučnicou. Netreba zabudnúť ani na veľmi často používaný systém bassreflex.

Rozdelenie slúchadiel podľa konštrukcie a ozvučnice

Konštrukčne možno slúchadlá rozdeliť do troch kategórií.

IEM (In Ears Monitors)

Sú to slúchadlá, ktoré sa vkladajú do sluchovodu tak, že ho svojou konštrukciou tesnia. Pri týchto slúchadlách sa spravidla používajú elektrodynamické a elektromagnetické (tlakové) meniče.

Ozvučnica IEM modelov býva z 90% uzavretá, niekedy sa objaví na trhu polouzavretá ozvučnica. Meniče bývajú veľmi malé. Najväčšie kúsky sa pohybujú v priemeroch 12 mm. Hlavnou výhodou tejto konštrukcie býva veľmi dobré pasívne odrušenie okolitého hluku, čo ocenia nielen profesionáli, ale aj konzumenti. Táto konštrukcia je vhodná aj vďaka kompaktným rozmerom na použitie v exteriéroch.

Použité meniče mávajú nízku impedanciu a vysokú citlivosť. Výnimka však potvrdzuje pravidlo, a teda aj v tejto kategórii nájdeme slúchadlá s relatívne vysokými impedanciami. Toto býva doménou highendových modelov, ktoré využívajú „veľké“ elektrodynamické meniče.

Veľmi známou fámou býva vyjadrenie, že IEM kazia sluch, keďže sa zavádzajú hlboko, pár mm od bubienka. Opak je však pravdou. Vďaka uzavretej ozvučnici a dobrému utesneniu sluchovodu možno slúchadlá počúvať na veľmi nízkych hlasitostiach v porovnaní s klasickými peckami.

Pecky (klasická konštrukcia slúchadiel)

Ide pravdepodobne o najstaršiu používanú konštrukciu. Telo slúchadla, ako aj ozvučnica býva tvarovaná tak, aby zapadla do ucha a držala sa tam vďaka svojmu tvarovaniu. Niektorí výrobcovia pogumovávali slúchadlá v mieste s najväčším priemerom, aby držali v uchu lepšie. Pri tejto konštrukcii sa používajú výhradne elektrodynamické meniče stredne veľkých priemerov.

Základnou nevýhodou tejto konštrukcie býva takmer nulová pasívna izolácia okolitého ruchu. Slúchadlá teda nemožno pohodlne používať v hlučnejších priestoroch. Ruchy možno prehlučiť pridaním hlasitosti, čo však môže otravovať okolie, a v konečnom dôsledku nadpriemernou hlasitosťou škodíte svojmu sluchu.

Niektoré značky už nadobro vyradili pecky zo svojej výroby. IEM konštrukcia je oveľa jednoduchšia na výrobu, má menej technologických obmedzení a lepšie akustické vlastnosti.

Supraaurálna konštrukcia (On ears)

Táto konštrukcia sa vyznačuje lokalizáciou mušlí na uši poslucháča. Mušle sú spojené hlavovým mostom, ktorý určuje rozteč slúchadiel. Niektorí výrobcovia dodajú nastaviteľný hlavový most, natáčanie mušlí, či kábel do jednej mušle. Samotný most býva potiahnutý textíliou, pri luxusnejších modeloch aj kožou. Používa sa aj výstelka na zníženie tlaku na temeno hlavy užívateľa.

Táto konštrukcia je akýsi kompromis medzi Fullsize slúchadlami a IEM modelmi. Spája relatívne kompaktné rozmery s dobrou pasívnou izoláciou okolitého hluku. Túto konštrukciu uprednostňujú ľudia, ktorí neznesú v uchu cudzí objekt (IEM).  Izolácia a akustické vlastnosti sú však prudko individuálne. Pri tejto konštrukcii možno použiť aj väčšie elektrodynamické meniče. V praxi sa stretneme s otvorenou, ale aj uzavretou ozvučnicou. Trhom obieha aj zopár polouzavretých slúchadiel.

Pre tieto modely je príznačná ich portabilita, v kombinácii s možnosťou použiť plnohodnotný veľký menič. Hlavným nedostatkom býva veľmi často tzv. kelímkový efekt, ktorý je však doménou skôr uzavretej konštrukcie. Ak by som mal spriemerovať všetky on ears slúchadlá, ktoré som mal k dispozícii na test z hľadiska pohodlia, možno ich označiť za menej pohodlné, až nepohodlné. Ak plánujete počúvanie niekoľko hodín denne, odporúčam slúchadlá najskôr zapožičať a skúsiť, poprípade sa poobzerať po inom konštrukčnom riešení.

Circumaural konštrukcia (Over ears)

Rokmi overená konštrukcia, ktorej mušle obopnú celé ucho. V lepšom prípade sa dokonca ucha ani nedotýka. Táto konštrukcia má najlepšie možnosti na rôzne technologické vychytávky. Napríklad konštrukcia ozvučnice nielen za meničom, ale aj pred ním. Dávnejšie som recenzoval slúchadlá od známych Beyerdynamic. Pri modeloch T5p a T1 som sa stretol s naklonením samotného meniča, či prepracovaním ozvučnice. Takáto banalitka môže mať na výsledný prednes skutočne obrovský vplyv.

Mnoho ľudí, ktorí preferujú posluch na slúchadlách pred reproduktormi volia túto konštrukciu na pohodlné, relaxované, či analytické počúvanie v pohodlí domova. Keďže majú mušle obopnúť celé ucho, musia byť skutočne veľké. Keď už musia byť tie mušle veľké, väčšina výrobcov v maximalistickom zmýšľaní v konštrukcii pokračuje, a mnoho circumaural slúchadiel má hrubé, kvalitné a robustné káble, prepracované systémy uchytenia mušlí, vystužené hlavové mosty, a podobne. V tejto kategórii nájdeme väčšinu vrcholových modelov známych výrobcov.

Okrem tvaru mušle možno deliť slúchadlá z hľadiska použitej ozvučnice. Tá môže byť:

Otvorená - tento typ ozvučnice sa používa najmä pri domácich slúchadlách. Vyniká vzdušnosťou prejavu a prirodzenosťou podania priestoru nahrávky. Nevýhoda je jasná, slúchadlá nehrajú len do ucha poslucháča, ale aj von zo slúchadiel, čo bude s určitosťou rušiť kolegu v práci, či ľudí v MHD a pod. Slúchadlá s touto ozvučnicou disponujú horšou pasívnou izoláciou okolitého hluku.

Uzavretá- používa sa pri každej konštrukcii. Skvelé pasívne izolačné vlastnosti. Taktiež treba poznamenať schopnosť udržania akustickej vlny v slúchadle – nerušíte svoje okolie, a ak áno, tak len veľmi málo.

Nevýhoda tejto konštrukcie spočíva v tzv. kelímkovom efekte. Ten možno definovať ako mnohonásobnú reflexiu akustickej vlny o uzavretú ozvučnicu. Tá sa môže, a v mnohých prípadoch sa aj dostáva do samotnej reprodukcie. Výsledný efekt možno v extrémnych prípadoch počuť ako spomínaný kelímkový efekt (akoby ste mali medzi zdrojom zvuku a sluchovodom kelímok). Osobne sa priznám, že tento efekt vnímam len pri skutočne lacných a menej kvalitných modeloch.

Polouzavretá/Polootvorená – Kompromis medzi otvorenou a uzavretou konštrukciou. Nepoužíva sa príliš často, no napriek tomu nájdeme na trhu vrcholové modely, ktoré využívajú tento typ konštrukcie ozvučnice. Pravdepodobne výrobca volí túto technológiu vtedy, keď sa mu v testoch prejavila ako najlepšia z trojice ozvučníc. Aj napriek polouzavretosti možno takéto slúchadlá označiť za relatívne rušivé pre okolie. Prepúšťaním hlasitosti do okolia sa podobajú skôr otvoreným ako uzavretým slúchadlám.

Okrem konštrukcie sa slúchadlá líšia v použití meničov. Používajú sa zväčša elektrodynamické (všetky typy ozvučníc a konštrukcií) a elektromagnetické meniče (výhradne IEM).

Zosilňovače

Vhodné zosilnenie signálu je alfa a omega kvalitnej reprodukcie. Bez zosilňovačov by nebolo možné ozvučiť koncert, nahrať pieseň, či reprodukovať signál z D/A prevodníka. Základom pochopenia problematiky zosilňovačov zostáva v pochopení podstaty výstupných signálov z A/D a D/A prevodníkov. Treba si uvedomiť, že výstupný signál zo samotného D/A prevodníka nie je veľký. O jeho celkovom výkone ani nevravím. Bez vhodného zosilnenia je vám kvalitný D/A prevodík na dve veci. Meniče su hladné, treba ich nakŕmiť. Neexistuje však univerzálny pokrm pre každého človeka. To isté platí aj pri audiotechnike...

Párovanie reproduktorov/slúchadiel a zosilňovača patrí snáď k najstarším audiofilským empirickým vedám vôbec. Nespočetne veľaráz som počul vety ako: „s týmto zosíkom to hrá úplne o ničom, ale počul som to na tamtom, a to bolo o niečom inom, a ten mal dokonca menší výkon...“. No to sú mi teda veci. Na čom teda závisí kvalita zosilňovača, keď nie na výkone?

Rýpačov upokojím hneď na úvod, samozrejme, závisí aj na výkone. No ani zďaleka to nemožno brať za parameter, ktorý určuje kvalitu zosilňovača! Základné motto zosilňovača znie: Zosilňovač má zosilňovať, nie si vymýšľať.

Aké zosilňovače sa používajú v praxi?

Slúchadlový zosilňovač

Tieto zosilňovače sú určené k zosilneniu analógového signálu. Pri konštrukcii slúchadlových zosilňovačov sa počíta s relatívne veľkou záťažou 16-600 Ohm. Zosilňovačov na trhu nájdeme neúrekom. Je čisto na užívateľovi, ktorý sa mu páči viac, či ktorý sa k jeho slúchadlám hodí viac. V črevách slúchadlových zosilňovačov nájdeme buď operačné zosilňovače, ktoré sa na túto úlohu hodia dokonale, alebo unipolárne, či bipolárne tranzistory v zapojení podľa typu zosilňovača, či dokonca starú dobrú elektrónku (trióda, pentóda, alebo kombinácia oboch).

Veľa slúchadlových zosilňovačov disponuje relatívne nízkou výstupnou impedanciou, poväčšine v rozmedzí 20-50 Ohm. Podľa štandardu 1996 IEC 61938 by mala byť odporúčaná výstupná impedancia takéhoto zosilňovača 120 Ohm.

Veľmi dobrou vlastnosťou každého zosilňovača je linearita, čo je v podstate schopnosť konštantného zosilnenia v celom frekvenčnom spektre, v ktorom dokáže zosilňovač pracovať. Ďalšími parametrami zosilňovačov bývajú:

Kmitočtový rozsah – vyjadruje frekvenčné spektrum, v ktorom zosilňovač pracuje. Signál mimo rozsahu buď nebude zosilnený, alebo bude zosilnený len minimálne, poprípade sa meraním zistilo veľké skreslenie mimo udávaného rozsahu.

Výstupný výkon – určuje výkon do určitej záťaže na výstupe zosilňovača (pri slúchadlách sa meria pri 32 Ohm a 300-600 Ohm).

Vstupná impedancia – určuje vstupnú impedanciu zosilňovača. Podľa teórie ideálneho zosilňovača by mal mať zosilňovač nekonečne veľký vstupný odpor a nulový výstupný odpor. Vstupné impedancie moderných slúchadlových zosilňovačov sa pohybujú v jednotkách KOhm (napríklad FiiO E11 má vstupnú impedanciu viac ako 5KOhm).

Impedancia pripojených slúchadiel – určuje rozsah impedancií slúchadiel, ktoré dokáže zosilňovač dobudiť pri zachovaní výrobcom uvádzaných vlastností.

Skreslenie – veľmi dôležitý parameter každého zosilňovača. Zo zvyku sa uvádza THD (total harmonic distortion- celkové harmonické skreslenie). Tento údaj by mal byť čo možno najnižší. Vyjadruje sa v percentách. Meria sa pri konštantnom výstupnom výkone (napríklad v prípade FiiO E11 je skreslenie menšie ako 0,009% pri 10 mW). Moderné zosilňovače disponujú skutočne malým skreslením.

Problematiku reproduktorových zosilňovačov rozoberať nebudem, keďže sa u nás recenzie na tieto produkty neobjavili. Aj keď do budúcnosti, kto vie? Ak vám však ku kompletizácii chýba aj táto časť audiotechniky, neváhajte sa vyjadriť v komentároch.

Záver

Dnešný článok som venoval problematike menom audiotechnika. Pevne dúfam, že ste si z dnešného dlhého čítania niečo užitočné odniesli. Chcel by som však pre tých, ktorí sa dostali až sem, poznamenať, že tento článok obsahuje len základnú teóriu, či kategorizáciu tak, ako ju vidím ja (autor článku). Snažil som do článku vložiť aj nejakú tú subjektivitu z osobných skúseností. Niektoré veci treba teda brať s nadhľadom. Taktiež si treba uvedomiť, že o každej sekcii by sa dal napísať článok porovnateľne dlhý s týmto resumé.

Na záver si dovolím otvoriť voľnú diskusiu k preberanej problematike, ak vám nie je čosi jasné, stáčí sa ozvať v komentároch a pokúsim sa daný problém objasniť inak.

Keďže som dnes stvoril skutočne dlhý článok plný teórie a definícii, mohlo sa stať že čosi nebude sedieť so skutočnosťou. Je možné, že sa medzi čitateľmi nájdu odborníci na preberanú problematiku. Ak by ste mali akékoľvek poznámky, či návrhy na vylepšenie, smelo využite možnosť komentára. Bol by som osobne veľmi rád, keby sa tento článok rozšíril čo najviac. Čím viac ľudí prispeje svojou skúsenosťou, tým kvalitnejší bude celkový výsledok.

Použitá literatúra

Bittera M., Kamenský M., Králiková E. : Elektrické meranie – Návody na laboratórne cvičenia, STU v Bratislave, 262 s.

Wikipedia

Headphones.cz – Základní pojmy