Rozcestník: problematika menom audiotechnika

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)