HiFi: Vplyv konštrukcie reproduktorovej sústavy na reprodukciu basov

Zatiaľ čo vysokotónové reproduktory majú uzavretú konštrukciu, takže nepotrebujú de facto žiadny objem ozvučnice, reprodukcia „basov“ rozhodujúcou mierou závisí od objemu a konštrukcie reproduktorovej sústavy. Veľmi zjednodušene povedané, čím má reproduktorová sústava väčší objem, mala by dokázať zahrať nižšie tóny. Prečo je to tak?

Vo videu je porovnanie frekvenčných charakteristík reproduktorov bez ozvučnice, doskovej ozvučnice, otvorenej skriňovej ozvučnice a najčastejšie používanej basreflexovej skriňovej ozvučnice.



Reproduktorová sústava je zariadenie na premenu elektrického signálu na zvuk. Funguje vo frekvenčnom pásme počuteľnom pre ľudské ucho, spravidla v rozsahu 20Hz – 20kHz. Odpoveď na otázku, prečo reproduktorové sústavy potrebujú na reprodukciu nízkych tónov ozvučnicu. Zvukové vlny sa šíria priestorom od zdroja, ktorým je kmitajúca membrána, ktorá vytvára pred reproduktorom pretlak. V prípade samotného basového reproduktora, ktorý nie je uzavretý v reproduktorovej skrini, alebo upevnený na panel s veľkou plochou  však tlaková vlna vyvolaná kmitom membrány jednoducho obehne jej okraj a vyrovná sa s podtlakom za membránou, takže akustický výkon takéhoto reproduktora na najnižších frekvenciách je zanedbateľný. Kmitavý pohyb membrány reproduktora totiž vytvára akustický tlak na obidvoch stranách membrány, avšak s opačnou fázou, čiže v okamihu pohybu membrány dopredu vznikne pred membránou pretlak a na druhej strane membrány fázovo opačný podtlak, takže ak môžu zvukové vlny nízkych frekvencií obehnúť okraj reproduktora, čím vyrovnávajú pretlak a podtlak, nastane pre tieto frekvencie akustický skrat.

Meranie frekvenčnej charakteristiky reproduktora bez ozvučnice. Použili sme reproduktory z dvojpásmovej sústavy aj s výhybkou.

Frekvenčná charakteristika reproduktora bez ozvučnice. Pokles v oblasti basov je vidieť na prvý pohľad

Situácia sa zmení, ak zabezpečíme, aby zvukové vlny membránu nemohli „obehnúť“.  Najjednoduchším riešením je takzvaná dosková ozvučnica v ktorej je upevnený reproduktor. Doska napríklad štvorcového tvaru musí mať dostatočné rozmery, aby sa predĺžila vzdialenosť, ktorú musia zvukové vlny prekonať medzi prednou a zadnou stranou membrány reproduktora.

Provizórne vyrobená dosková ozvučnica

Frekvenčná charakteristika doskovej ozvučnice

Variantom doskovej ozvučnice je otvorená skriňová ozvučnica, ktorá má na dosiahnutie potlačenia akustického skratu menšie rozmery. Aj takáto konštrukcia vlastne len predlžuje vzdialenosť medzi prednou a zadnou stranou membrány.

Provizórne vyrobená otvorená skriňová ozvučnica

Frekvenčná charakteristika otvorenej skriňovej ozvučnice

Častejšie používaná možnosť eliminovania je uzatvorená skriňová ozvučnica. Teoreticky by na odstránenie akustického skratu stačili rozmery takejto skrinky také aby sa do nej zmestil reproduktor.  Problémom však je, že uzatvorený priestor tvorí pretlakovú pneumatickú pružinu, ktorá pôsobí proti pohybu membrány reproduktora, a tým posúva rezonančnú frekvenciu k vyšším frekvenciám a to predsa nechceme. Vo všeobecnosti tak platí, čím je väčší je objem skrine, tým je možné reprodukovať nižšie tóny.

Dosiahnuť dobrú reprodukciu nízkych tónov bez toho aby sme potrebovali veľký objem skrine sa dá aj iným spôsobom, basreflexovej trubice, ktorá odstraňuje akustický skrat a nízke tóny vyžaruje s vyšším akustickým tlakom. Úlohou tejto trubice je obrátiť fázu kmitov zadnej strany membrány o 180°aby sa energia zo zadnej strany membrány sčítala spolu s energiou vyžiarenou prednou stranou membrány. Na posunutie fázy sa využíva zotrvačnosť prúdu vzduchu v trubici. Takže pri pohybe membrány dozadu sa vzduch cez trubicu začne nasávať s určitým oneskorením, v ideálnom prípade vtedy keď sa už predná strana membrány tiež pohybuje dozadu. Vypočítať takýto akustický obvod je pomerne náročné, preto sa pri konštrukcii basreflexových otvorov a trubíc veľa experimentuje.

Basreflexová trubica

Frekvenčná charakteristika basreflexovej sústavy z ktorej boli použité reproduktory pre pokusy s ostatnými typmi ozvučníc. Zvýraznené sú frekvencie 120 - 160 Hz

Konštrukcia reproduktorových sústav má aj ďalšie špecifiká, hlavne vyplnenie tlmiacim materiálom, ktorý má zabrániť vzniku stojatého vlnenia vnútri skrine. V súvislosti so stojatým vlnením hrajú úlohu aj vnútorné rozmery skrine, ktoré by nemali byť násobkami, alebo inak povedané, pomer strán skrine by mal byť nesúdeliteľný.