Původně jsem chtěl napsat článek o zesilovačích, jak se měří a udávají výkony, ale dopadlo to trochu jinak. Nejprve několik vět o normách. V součastné době jsou u nás platné ČSN IEC 268 – 1 až 5. Označení znamená, že se jedná o Českou státní normu, která byla vypracována v souladu s mezinárodními normami a je sjednocena s IEC. Jakýkoliv rozdíl mezi doporučením IEC a odpovídajícím národním předpisem je vždy v normě zvýrazněn. V textu a v komentářích jsem se dopustil mnoha zjednodušení, a to zejména popisování indexů jednotlivých veličin, jako U, R, I a pod, pokud jsou odkazy na normy jsou buď uvedeny neúplně nebo jsou komentovány nebo vypuštěny ( pro zájemce o podrobné studium odkazuji na originální vydání platné normy, kde nalezne vše potřebné). Bylo to vedeno snahou danou problematiku zjednodušit na základní úroveň pochopitelnou širokému okruhu uživatelů. Pokud se někde odkazuji na ČSN je tím myšleno ČSN IEC pokud není uvedeno jinak.
něco o reproduktorech:
vo co go aneb jak to je dle ČSN IEC 268
označení reproduktorů:
Norma předepisuje výrobcům údaje které musí uvádět povinně na štítku nebo přímo na reproduktoru (A) a údaje, které musí poskytnout kupujícímu před koupi k nahlédnutí (pokud o to bude požádán – B ). Dále norma specifikuje údaje, které je rovněž vhodné (ale není povinné ) uvádět.
| Údaje | A | B |
| popis typu reproduktoru: princip měniče | x | |
| popis typu reproduktoru: typ | x | |
| reproduktorová soustava | x | |
| Značení svorek a ovladačů: | x | |
| Referenční rovina | x | |
| Referenční bod | x | |
| referenční osa | x | |
| jmenovitá impedance | x | x |
| Impedanční křivka | x | |
| krátkodobé maximální vstupní napětí | x | |
| dlouhodobé maximální vstupní napětí | x | |
| jmenovité sinusové napětí | x | |
| jmenovité šumové napětí | x | |
| krátkodobý maximální příkon | x | |
| dlouhodobý maximální příkon | x | |
| jmenovitý sinusový příkon | x | |
| jmenovitý šumový příkon | x | |
| jmenovitý kmitočtový rozsah | x | |
| rezonanční kmitočet | x | |
| střední hladina akustického tlaku v udaném kmitočtovém pásmu | x | |
| kmitočtová charakteristika | x | x |
| akustický výkon | x | |
| směrová charakteristika | x | |
| rozměry | x | |
| hmotnost | x | |
| kabely | x |
Co to je to :
- princip měniče: např. elektrostatický, elektrodynamický, piezoelektrický…
- typ: tlakový, se zvukovodem nebo přímovyzařující, jednoduchý nebo vícenásobný, s výhybkami nebo bez nich
- reproduktorová soustava : počet a typ použitých měničů a použitý princip akustického zatížení, uzavřená ozvučnice, zvukovod, basreflex, sloup, liniový zdroj a pod.
- značení svorek : musí být dle ČSN IEC 268-1 a 2, (až bude čas tak to dopíšu).
- referenční rovina : referenční rovina je rovina, jejíž poloha je specifikována výrobcem ve vztahu k reproduktorové ozvučnici nebo některému měniči. Referenční rovina se používá k definici polohy referenčního bodu a směru referenční osy.
- referenční bod: bod na referenční rovině, jehož poloha je specifikována výrobcem.
- referenční osa: přímka procházející referenční rovinou v referenčním bodě směrem specifikovaným výrobcem. Referenční osa slouží jako nulová referenční osa pro měření směrových a kmitočtových charakteristik.
- jmenovitá impedance : výrobcem uvedená hodnota odporu rezistoru, kterým je nahrazován reproduktor pro účely definování elektrického výkonu dostupného ze zdroje. Nejnižší hodnota modulu impedance nesmí být nižší než 80% jmenovité impedance. Je – li impedance na kterémkoliv kmitočtu vně tohoto rozsahu (vč. stejnosměrného odporu) nižší než tato hodnota, musí to být uvedeno ve specifikaci.
- Impedanční křivka: reprezentace modulu impedance jako funkce kmitočtu.
- krátkodobé maximální vstupní napětí : maximální napětí, které reproduktor nebo soustava může zpracovat, aniž dojde k trvalému poškození, po dobu 1 sekundy, při šumovém signálu simulující normální programový materiál. Zkouška se opakuje 60 krát, vždy s minutovými přestávkami.
- dlouhodobé maximální vstupní napětí : maximální napětí, které reproduktor nebo soustava může zpracovat, aniž dojde k trvalému poškození, po dobu 1 minuty, při šumovém signálu simulující normální programový materiál. Zkouška se opakuje 10 krát, vždy s 2 minutovými přestávkami.
- jmenovité sinusové napětí : výrobcem udávané napětí trvalého sinusového signálu ve jmenovitém kmitočtovém rozsahu, které je reproduktor schopen trvale zpracovávat, aniž dojde k jeho tepelnému nebo mechanickému poškození. Platí jako limit pro měření sinusovými signály po specifikovanou dobu. Není li žádná doba specifikována, použije se doba 1 hodiny.
- jmenovité šumové napětí : výrobcem udávané napětí šumového signálu ve jmenovitém kmitočtovém rozsahu, které je reproduktor schopen trvale zpracovávat, aniž dojde k jeho tepelnému nebo mechanickému poškození.
- krátkodobý maximální příkon : elektrický výkon odpovídající krátkodobému maximálnímu vstupnímu napětí. Je definován jako U*U/R, kde U je krátkodobé maximální vstupní napětí a R je impedance.
- dlouhodobý maximální příkon : elektrický výkon odpovídající dlouhodobému maximálnímu vstupnímu napětí. Je definován jako U*U/R, kde U je dlouhodobé maximální vstupní napětí a R je impedance.
- jmenovitý sinusový příkon : elektrický výkon vypočtený ze vzorce U*U/R, kde U je jmenovité sinusové napětí a R je jmenovitá impedance.
- jmenovitý šumový příkon : elektrický výkon vypočtený ze vzorce U*U/R, kde U je jmenovité šumové napětí a R je jmenovitá impedance.
- jmenovitý kmitočtový rozsah : výrobcem udávaný kmitočtový rozsah reproduktoru, může se lišit od efektivního kmit. rozsahu, zejména u výškových a basových reproduktorů.
- rezonanční kmitočet : kmitočet, na kterém modul elektrické impedance dosahuje svého prvního hlavního maxima na rostoucí kmitočtové stupnici, s hodnotou tohoto kmitočtu musí být udáno akustické prostředí a způsob umístění, včetně specifikace měřící ozvučnice, pokud je použita.
- střední hladina akustického tlaku v udaném kmitočtovém pásmu : dvacetinásobek logaritmu poměru pm ke standartnímu referenčnímu akustickému tlaku, vyjádřený v decibelech, více viz níže citlivost.
- kmitočtová charakteristika : akustický tlak jako funkce kmitočtu, měřený v podmínkách volného pole v poloprostoru a to v dané poloze vzhledem k referenční ose a referenčnímu bodu, při specifikovaném konstantním napětí sinusového nebo pásmového šumového signálu.
- akustický výkon : celkový akustický výkon vyzařovaný reproduktorem v daném kmitočtovém pásu se středním kmitočtem f pro definovaný vstupní signál
- směrová charakteristika: hladina akustického tlaku jako funkce úhlu mezi osou měření a referenční osou a kmitočtu vyzařovaného zvuku, měřená v podmínkách volného pole ve specifikované rovině. Osa měření je přímka spojující mikrofon a referenční bod. součástí by měl být i vyzařovací úhel a činitel směrovosti.
- rozměry : Vnější rozměry a rozměry pro upevnění reproduktoru.
- hmotnost : hmotnost reproduktoru připraveného k použití.
- kabely : kabely a konektory by měly být v souladu s normami. Konektory které jsou normalizovány jsou za některých okolností nevhodné a nelze se pak vyhnout použití jiných typů.
Norma uvádí ještě asi tak 20 – 50 údajů. které výrobce není povinen poskytnout, ale které se měří.
Údaje, které pro nás mají praktický význam:
- označení reproduktorů
- zkušební signály
- citlivost reproduktoru
- označení svorek
- impedance
- vstupní napětí
- vstupní elektrický výkon
- výstupní elektrický výkon
- kmitočtové charakteristiky
- zkreslení a ostatní
Zkušební signály:
- Sinusový – netřeba snad vysvětlovat, signál nesmí přesáhnout jmenovité sinusové napětí na žádném kmitočtu. Napětí na vstupních svorkách zkoušeného reproduktoru je udržováno pro všechny kmitočty konstantní, pokud není uvedeno jinak.
- Širokopásmový šumový signál – přesná charakteristika je uvedena v ČSN, z praktických důvodů se doporučuje zdroj šumu s činitelem výkmitu 3 až 4, aby nedocházelo k přetěžování zesilovačů. Je nutno používat voltmetr měřící skutečnou efektivní hodnotu, s časovou konstantou dlouhou nejméně jako konstanta „slow“ zvukoměru specifikovaného v IEC.
- Úzkopásmový šumový signál: – přesná charakteristika je uvedena v ČSN, pro měření využívající pásmový šum se používají filtry s konstantní relativní šířkou pásma a generátor růžového šumu. Relativní šířka pásma je obvykle 1/3 oktávy.
- Impulsní signál : Krátký impuls s konstantním spektrálním výkonem na jednotku pásma v rozsahu kmitočtů větším než kmitočtový rozsah, který je předmětem zájmu. Protože takové signály mají vzhledem k svým amplitudám relativně nízký energetický obsah, maximální amplitudy musí být normálně co největší, v mezích lineární funkce reproduktoru, aby byly při měření minimalizovány relativní příspěvky akustického a elektrického hluku.
Citlivost reproduktorů a akustický tlak:
Akustický tlak v udaném kmitočtovém pásmu : hodnota, která má být výrobcem specifikována představuje akustický tlak vytvářený v udané vzdálenosti od referenčního bodu na referenční ose, je – li reproduktor napájen růžovým šumem v daném kmitočtovém pásmu a daným napětím.
Hladina akustického tlaku v udaném kmitočtovém pásmu : veličina, která má být specifikována je dvacetinásobkem logaritmu poměru akustického tlaku k standartnímu referenčnímu akustickému tlaku (20uPa), vyjádřený v decibelech.
Charakteristická citlivost v udaném kmitočtovém pásmu: veličina má být specifikována, představuje akustický tlak v udaném pásmu kmitočtů vztažený ke vstupnímu výkonu 1W. Up se číselně rovná odmocnině R, kde R je jmenovitá impedance.
Takže česky řečeno, čím citlivější reproduktor, tím větší akustický tlak (kravál) získaný z 1W výkonu zesilovače. Protože akustický tlak je veličina logaritmická, znamená zvýšení citlivosti o 3dB DVOJNÁSOBNÝ kravál. Z toho plyne, že citlivost je vlastnost velice důležitá, protože při stejném akustickém tlaku potřebujeme u citlivějšího reproduktoru menší výkon zesilovače = menší nároky na napájení akce, méně věcí na nošení, nosí se lehčí věci, menší výkony se lépe chladí, slabší zesilovače jsou levnější a pod. Na tuto vlastnost (citlivost) zapomíná spousta lidí, kteří jdou hlavně po výkonu, ale je třeba opravdu vzít v úvahu, že mezi zesilovačem 500W s reproduktorem s citlivostí 93 db a zesilovačem 1000W s reproduktorem 90dB není ®ÁDNÝ rozdíl (pokud se výsledného akustického tlaku týká, nebere se ohled na to že se můžu chlubit známým 1kW koncem)
Označení svorek:
Impedance :
METODA MĚŘENÍ:
1. reproduktor pracuje v normálních měřících podmínkách.
2. reproduktor je napájen konstantním napětím nebo proudem, přičemž se obvykle dává přednost proudu. Hodnota napětí nebo proudu se pro měření volí dostatečně malá, aby reproduktor pracoval v lineární oblasti.
3.měří se modul impedance v rozsahu nejméně 20 Hz až 20kHz.
4.výsledky měření se udávají graficky jako funkce kmitočtu, přičemž hodnota napětí nebo proudu musí být udána spolu s výsledky.
Proč se vůbec zabýváme impedancí při měření výkonu zesilovače? Je pravdou, že pro vlastní měření nahrazujeme zátěž většinou rezistorem o dané hodnotě, ale pokud se bavíme o skutečných provozních podmínkách – to jsou stavy za jakých to hraje a občas taky nehraje – je impedance jednou z nejdůležitějších veličin. Jak to vypadá v praxi? Nejprve budeme pro zjednodušení předpokládat jeden reproduktor. Představte si, že do reproduktoru o kmitočtovém rozsahu 20Hz – 20kHz pouštíte postupně signál stejné velikosti (jedno jaké) na frekvencích 31,5 Hz, 62 Hz, 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1000Hz, 2000Hz, 4000Hz, 8000Hz, 16000Hz prostě oktávy a voltmetrem měříte na svorkách reproduktoru úbytek napětí, který postupně přepočtete podle ohmova zákona na odpor a vynesete do grafu. Vyjde Vám velikost zatěžovacího odporu reproduktoru na dané frekvenci. Měl by být na všech kmitočtech v daném kmitočtovém rozsahu reproduktoru přibližně stejný, norma povoluje toleranci – 20% a zároveň uvádí povinnost výrobce uvést případné překročení této tolerance a to i mimo rozsah použití reproduktoru. Cílem je dosažení rovnoměrného zatěžování zesilovače. Pokud totiž na některých kmitočtech bude impedance vysoká, zesilovač na nich bude „hrát méně“ pokud bude impedance nízká zesilovač bude přetěžován a může dojít k jeho zničení.
Teď už víme co to ta impedance je, takže se podívejme jak ji využít ve svůj prospěch.
Výrobce zesilovačů udává výkon zesilovače při dané impedanci např. 400W/4W, to znamená, že zesilovač je schopen dodávat výkon 400W do zátěže 4W v celém kmitočtovém rozsahu !!!! to je velice důležitá vlastnost, kterou je nutno vzít v potaz zejména, pokud na různých akcích různým způsobem kombinujeme reprobedny ( oblíbený zločin je připojování basových beden paralelně k kompaktům). Maximální výkon je dán dle ohmova zákona P= U*I a také P=U*U/R, kde R je předpokládaná impedance. Jak vidíme z uvedených vzorců, proud ani napětí ze zesilovače měnit nemůžeme, takže nám zbývá R.
Řazení rezistorů (reproduktorů):
- paralelní : „vedle sebe“ 1/R=1/R1 + 1/R2 neboli sčítáme převrácené hodnoty, které potom převrátíme. typicky 1/R= 1/4 + 1/4 = 0,5 => 2W
- seriové : „za sebou“ R= R1 + R2 neboli sčítáme hodnoty odporů, typicky R= 4+4=8W
tohleto se nám děje i při řazení reproduktorů na akcích, pokud tedy máme onen typický zesilovač 400W/4W a připojíme na něj 4W reproduktor, dostáváme z něj maximum možného výkonu, pokud na něj připojíme 8 ohmový reproduktor dostáváme výkon poloviční P=U*U/8. Připojovat na něj 2W reproduktor velmi nedoporučuji. Jak to tedy vypadá s těmi kompakty a basákem? Pokud máme 4 W kompakt a k němu paralelně připojíme 4Wbasák s výhybkou, výsledná impedance je 2 ohmy pro basovou část a 4 ohmy pro středovýškovou část, což vede k přetížení zesilovače na basových frekvencích a může vést ke zničení zesilovače.
Takže zhrnuji:
- Pro zátěž zesilovače je nutné dodržet minimální zatěžovací impedanci udanou výrobcem zesilovače.
- Pokud řadíme reprobedny, vždy je to nutno dělat tak, aby impedance na žádné frekvenci nepoklesla pod minimální udávanou výrobcem zesilovače..
Vstupní napětí : Přesně specifikováno musí být sinusové napětí, je podkladem pro výpočet vstupního elektrického výkonu (tzv. sinusový výkon)
Vstupní elektrický výkon: elektrický výkon vypočtený ze vzorce U*U/R, kde U je jmenovité sinusové napětí a R je jmenovitá impedance. Pro nás je to důležitý údaj, který nám udává, co vlastně reproduktor snese za normálních provozních podmínek (normální se myslí těsně pod limitací), případně pro porovnání s konkurenčními produkty (protože způsob měření a tvar signálu je přesně specifikován – sinusovka je stejná v ČR i na Taiwanu, na rozdíl od šumových signálů, jak dobře známe různé zesilovače na tržnicích a pro PC)
Výstupní výkon (akustický výkon): výstupní výkon je celkový akustický výkon vyzařovaný reproduktorem v daném kmitočtovém pásmu se středním kmitočtem f pro definovaný vstupní signál. Výsledky se udávají graficky jako funkce kmitočtu.Měří se v podmínkách volného pole nebo volného pole v poloprostoru, nebo v podmínkách difúzního pole. Výstupní výkon je při srovnatelných podmínkách vždy nižší než vstupní elektrický výkon. Podle mne je výstupní výkon objektivnější údaj, protože v této hodnotě jsou zahrnuty vlivy citlivosti, účinnosti a pod. Výrobci tento údaj většinou neposkytují, protože laikům vpodstatě nic neřekne.
Vmitočtové charakteristiky:
- Jmenovitý kmitočtový rozsah: jmenovitá podmínka – výrobcem udávaný kmitočtový rozsah reproduktoru (tzn. to co umí zahrát), většinou se liší od efektivního kmitočtového rozsahu ( to je rozsah, ve kterém je reproduktor vhodné používat).
- rezonanční kmitočet: kmitočet, na kterém modul elektrické impedance dosahuje svého prvního hlavního maxima na rostoucí kmitočtové stupnici. S hodnotou kmitočtu musí být udáno i akustické prostředí vč. způsobu umístění a specifikace měřící ozvučnice.
- rezonanční kmitočet uzavřené reproduktorové soustavy : viz rez. kmitočet , ale jsou zahrnuty i vlivy kmitočtových výhybek.
- kmitočtové naladění basreflexu nebo pasívního zářiče reproduktorové soustavy: kmitočet, na kterém modul impedance dosahuje svého prvního hlavního maxima po dosažení svého prvního hlavního maxima na rostoucí kmitočtové stupnici, přičemž ozvučnice není vyplněna akusticky pohltivým materiálem. Případné obvody kmitočtových výhybek jsou zahrnuty.
Zkreslení a ostatní: taky vcelku komplikovaná záležitost, bohužel. pokud výrobce udá zkreslení, většinou neuvede o které se jedná, zjiš»uje se:
- celkové harmonické zkreslení.
- harmonické zkreslení n-tého řádu ( kde n = 2 nebo 3 )
- charakteristické harmonické zkreslení
- celkové šumové zkreslení
- šumové zkreslení n-tého řádu (kde n = 2 nebo 3)
- charakteristické šumové zkreslení
- intermodulační zkreslení n-tého řádu (kde n= 2 nebo3)
- charakteristické intermodulační zkreslení n- tého řádu (kde n= 2 nebo 3 )
- zkreslení rozdílovým kmitočtem
- šumové intermodulační zkreslení
Takže myslím, že tohle by jako stručný úvod do problematiky měření reproduktorů stačilo. Je ale nutné napsat že tato záležitost je celkem komplikovaná a ne všichni výrobci se staví seriozně k označování svých výrobků a poskytování informací a hodně využívají malé informovanosti kupujících.