Proč některé bedny hrají skvěle jen v jedné ose?

Určitě jste to už zažili: sedíte přesně uprostřed mezi reproduktory (v takzvaném Sweet Spotu), zvuku nic nechybí, nástroje mají své jasné místo a výšky jsou detailní. Stačí se ale posadit na kraj pohovky nebo se v křesle jen trochu zaklonit a najednou jako by ze zvuku zmizela jiskra, zpěvák se rozostří a z celkového přednesu se stane zastřená koule.

Tento fenomén má na svědomí směrovost reproduktorů (Directivity neboli Off-Axis response). Směrovost určuje, jakým způsobem reprosoustava vyzařuje akustickou energii do prostoru mimo svou hlavní osu.

‎ ‎ 

‎ ‎ 

Fyzikální podstata: Za vším hledejte vlnovou délku

Směrovost zvuku není náhodná vlastnost, ale přímé vyjádření vztahu mezi velikostí měniče a vlnovou délkou frekvence, kterou tento měnič zrovna vyzařuje:

• Nízké frekvence (Basy): Mají obří vlnovou délku (např. tón 50 Hz má vlnovou délku přes 6,8 metru). Proti takto velké vlně je i ta největší ozvučnice trpaslíkem, a proto se basové frekvence šíří z reproduktoru všesměrově v rozsahu 360 stupňů.

• Vysoké frekvence (Výšky): Mají naopak mikroskopickou vlnovou délku (např. tón 10 kHz má vlnovou délku pouhé 3,4 cm). Jakmile je vlnová délka vyzařovaného tónu menší nebo srovnatelná s průměrem membrány měniče, zvuk se přestane šířit do stran a začne se chovat jako úzký paprsek světla z baterky.

‎ ‎ 

‎ ‎ 

3 Hlavní důvody, proč reprosoustava ztrácí zvuk mimo osu

‎ ‎ 

1. Průměr měniče vs. vyzařovaný kmitočet

Každý klasický konusový měnič (středobas) má fyzikální limit. Čím vyšší frekvenci se snaží zahrát, tím více se jeho vyzařovací úhel zužuje (nastává takzvaný Beaming). Pokud středobasový měnič hraje frekvence až do oblasti 2,5 kHz, kde předává štafetu výškovému kalotovému měniči, na horním konci svého pásma už vyzařuje zvuk pouze jako úzký paprsek přímo před sebe.

‎ ‎ 

2. Dělící kmitočet a skok ve směrovosti (Directivity Mismatch)

Nejčastější konstrukční chybou levnějších reprosoustav je akustický skok na výhybce:

• Středobasový měnič na frekvenci 2,5 kHz už zvoní a vyzařuje extrémně úzce.

• V tom stejném bodě přebírá žezlo malý výškový měnič (kalota), který je naopak na 2,5 kHz fyzikálně velmi malý a pošle zvuk do místnosti do obrovského úhlu.

Při poslechu mimo osu tak vznikne ve frekvenční charakteristice hluboká akustická díra. Vašemu uchu najednou chybí středy, zatímco výšky nečekaně vyskočí. Mozek to vyhodnotí jako nepřirozený, nevyrovnaný zvuk.

‎ ‎ ‎ 

3. Fázové stornování mezi měniči (Comb Filtering)

Pokud jsou výškový a středový měnič umístěny nad sebou na rovné čelní desce, v různých vertikálních úhlech k nim máte různě dlouhou vzdálenost. Vlny z obou měničů dorazí k uchu v protifázi, vzájemně se vymažou a vytvoří takzvaný hřebenový filtr. Proto většina běžných bedniček hraje dramaticky jinak, když u poslechu vstáváte ze židle (vertikální směrovost).

‎‎

Jak inženýři směrovost korigují?

Aby reprosoustava hrála skvěle nejen v jednom bodě, ale v celé místnosti (tedy aby měla vyrovnanou mimoosovou odezvu), využívá se několik řešení:

Zvukovody (Waveguides / Horns)

Moderní reprosoustavy (např. značky Klipsch, Buchardt nebo studiové monitory Genelec a Neumann) mají výškový měnič zapuštěný do speciálně tvarované zvukovodové misky.

• Co zvukovod dělá: Tvar zvukovodu uměle stlačí široké vyzařování výškového měniče na spodním okraji jeho pásma tak, aby přesně navazovalo na úzké vyzařování středobasu. Výsledkem je plynulý přechod bez skoků v celém rozsahu.

Koaxiální měniče

Řešení, které využívají značky KEF (systém Uni-Q) nebo Tannoy. Výškový měnič je umístěn přímo v akustickém středu středobasového měniče. Zvuk vychází z jednoho jediného bodu (Point Source), čímž se kompletně eliminuje fázové vyrušení ve vertikální i horizontální ose.

Polopatě: Představte si reprosoustavu bez vyřešené směrovosti jako starou svítilnu – uprostřed kužele svítí jasně, ale po stranách vrhá divné stíny a barevné kruhy. Reprosoustava s odladěnou směrovostí (pomocí zvukovodu) je jako profesionální studiový reflektor – svítí rovnoměrně, plynule a bez stínů do celého prostoru.

‎ ‎ 

‎ ‎ 

Srovnání v praxi: Úzká vs. Široká směrovost

‎ ‎ 

‎ ‎ 

Verdikt: Co z toho vyplývá pro výběr reprosoustav?

Když vybíráte reproduktory, nehleďte pouze na frekvenční graf naměřený přímo v ose. Kvalitní reprosoustavu poznáte podle toho, jak hraje mimo osu.

• Pokud hledáte bedny do obýváku, kde poslouchá více lidí najednou nebo se u poslechu pohybujete, vybírejte modely s řízenou směrovostí (vybavené zvukovodem u výškového měniče nebo koaxiálními měniči).

• Pokud sedíte sami v akusticky ošetřeném křesle a vyžadujete chirurgickou analýzu nahrávky, reprosoustavy s užší směrovostí vám pomohou odfiltrovat nežádoucí odrazy od bočních stěn.

‎ ‎ 

‎ ‎ 

‎ ‎ 

Zdroje

• Floyd Toole: Sound Reproduction: The Acoustics and Psychoacoustics of Loudspeakers and Rooms (Off-Axis Response and Directivity Index)

• Journal of the Audio Engineering Society (JAES): Waveguide Design and Smooth Directivity Integration in Loudspeakers

• Earl Geddes: Loudspeaker Sound Radiation and Waveguide Theory

• Sound on Sound: Loudspeaker Directivity, Polar Plots, and Room Interaction Mechanics

• Audioholics: Loudspeaker Directivity and Spinorama Measurements Explained