Co je akustická impedance? Ponořte se do světa akustické impedance: vše, co potřebujete vědět – Telegraph

<b>Slovník zvukových pojmů Část 1 – Při navrhování akustického systému</b> 07.01.2014 05: 55

Slovník podmínky – na rozvíjející se akustický systémy

Akustický systém (Obecné pojmy a často kladené otázky)

1. Co je to akustický systém (AS)?

Jedná se o zařízení pro efektivní vyzařování zvuku do okolního prostoru ve vzduchu, obsahující jednu nebo více reproduktorových hlav (LH), potřebné akustické provedení (AD) a elektrická zařízení, jako jsou přechodové filtry (PF), regulátory, fázové posuvy atd.

2. Co je to budič reproduktoru (LHD)?

Jedná se o pasivní elektroakustický měnič určený k převodu audiofrekvenčních signálů z elektrické formy do akustické formy.

3. Co je pasivní převodník?

Jedná se o převodník, který NEZVYŠUJE energii elektrického signálu přiváděného na jeho vstup.

4. Co je akustický design (AO)?

Jedná se o designový prvek, který zajišťuje efektivní vyzařování zvuku z reproduktoru. Jinými slovy, ve většině případů je AO kryt reproduktoru, který může být ve formě akustické obrazovky, krabice, klaksonu atd.

5. Co je to jednopásmový reproduktor?

V podstatě stejné jako širokopásmové připojení. Jedná se o střídavý proud, jehož všechny GG (obvykle jeden) pracují ve stejném frekvenčním rozsahu (tj. neexistuje žádné filtrování vstupního napětí pomocí PF, stejně jako žádné filtry samotné).

6. Co je to vícepásmový reproduktorový systém?

Jedná se o AS, jejichž HG (v závislosti na jejich počtu) pracují ve dvou nebo více různých frekvenčních rozsazích. Přímý výpočet počtu GG v AS (zejména těch z minulých let) vám však nemusí říci nic o skutečném počtu pásem, protože jednomu pásmu může být přiděleno několik GG.

7. Co je otevřený typ AC?

Jedná se o typ akustického systému, ve kterém je vliv elasticity vzduchu v objemu AO zanedbatelný a záření z přední a zadní strany pohyblivého reproduktorového systému není v oblasti LF vzájemně izolováno. Jedná se o plochou obrazovku nebo krabici, jejíž zadní stěna buď zcela chybí, nebo má řadu průchozích otvorů. Největší vliv na frekvenční charakteristiku otevřeného reproduktorového systému má přední stěna (ve které jsou reproduktory namontovány) a její rozměry. Na rozdíl od všeobecného přesvědčení mají boční stěny reproduktoru otevřeného typu velmi malý vliv na vlastnosti systému reproduktorů. Není tedy důležitý vnitřní objem, ale plocha přední stěny. I při relativně malých rozměrech se výrazně zlepšuje reprodukce nízkých frekvencí. Ve středních a zejména vysokých frekvenčních pásmech se však obrazovka již výrazněji neprojevuje. Významnou nevýhodou těchto systémů je jejich náchylnost k akustickému „zkratu“, což vede k prudkému zhoršení reprodukce nízkých frekvencí.

8. Co je uzavřený typ AC?

Jedná se o AS, ve kterém je elasticita vzduchu v objemu AO úměrná elasticitě pohyblivého systému GG a záření přední a zadní strany pohyblivého systému GG je od sebe izolováno v celém frekvenčním rozsahu. Jinými slovy, jedná se o reproduktorový systém, jehož tělo je hermeticky uzavřeno. Výhodou těchto reproduktorů je, že zadní plocha difuzoru nevyzařuje, a proto zcela chybí akustický „zkrat“. Ale uzavřené systémy mají ještě jednu nevýhodu: když difuzér vibruje, musí překonat dodatečnou elasticitu vzduchu v AO. Přítomnost této dodatečné elasticity vede ke zvýšení rezonanční frekvence pohybujícího se systému GG, v důsledku čehož se zhoršuje reprodukce frekvencí ležících pod touto frekvencí.

9. Co je to bassreflexový reproduktor (BR)?

Přání získat dostatečně dobrou reprodukci nízkých frekvencí s mírným objemem AO je docela dobře dosaženo v takzvaných fázově invertovaných systémech. V AO takových systémů je vytvořena mezera nebo otvor, do kterého lze vložit trubku. Elasticita objemu vzduchu v AO rezonuje s určitou frekvencí s hmotností vzduchu v otvoru nebo trubce. Tato frekvence se nazývá rezonanční frekvence FI. Tím se AS jako celek skládá ze dvou rezonančních systémů – pohyblivého systému GG a AO s otvorem. Při správné volbě poměru rezonančních frekvencí těchto systémů se výrazně zlepšuje reprodukce nízkých frekvencí ve srovnání s AO uzavřeného typu se stejnou hlasitostí AO. Navzdory zjevným výhodám akustických systémů s FI, velmi často takové systémy, i když jsou vyrobeny zkušenými lidmi, nedávají očekávané výsledky. Důvodem je to, že pro dosažení požadovaného účinku musí být FI správně spočítán a nakonfigurován.

10. Co je to bassreflex?

11. Co je to crossover?

Stejné jako přechodový nebo křížový filtr.

12. Co je to přechodový filtr?

Jedná se o pasivní elektrický obvod (obvykle sestávající z tlumivek a kondenzátorů), který je zapojen před vstupní signál a zajišťuje, že každý reproduktor přijímá napětí pouze na frekvencích, které má reprodukovat.

13. Jaké jsou „řády“ přechodových filtrů?

Vzhledem k tomu, že žádný filtr nemůže zajistit absolutní přerušení napětí na dané frekvenci, je filtr navržen pro konkrétní dělicí frekvenci, po jejímž překročení poskytuje filtr vybranou míru útlumu, vyjádřenou v decibelech na oktávu. Velikost útlumu se nazývá strmost a závisí na konstrukci PF. Aniž bychom zacházeli do přílišných detailů, můžeme říci, že nejjednodušší filtr – takzvaný PF prvního řádu – se skládá pouze z jednoho reaktivního prvku – kondenzátoru (v případě potřeby k odříznutí nízkých frekvencí) nebo induktoru (v případě potřeby k odříznutí vysokých frekvencí) a poskytuje strmost 6 dB/okt. Dvojnásobná strmost – 12dB/okt. – poskytuje PF druhého řádu obsahující dva reaktivní prvky v obvodu. Útlum 18dB/okt. poskytuje PF třetího řádu obsahující tři reaktivní prvky atd.

14. Co je to oktáva?

Obecně se jedná o zdvojnásobení nebo snížení frekvence na polovinu.

15. Co je pracovní rovina AC?

Toto je rovina, ve které jsou umístěny vyzařovací otvory reproduktoru. Pokud jsou reproduktory vícepásmové reproduktorové soustavy umístěny v různých rovinách, pak se za pracovní rovinu bere rovina, ve které jsou umístěny vyzařovací otvory vysokofrekvenčních reproduktorů.

16. Co je pracovní centrum AC?

Jedná se o bod ležící na pracovní rovině, od kterého se měří vzdálenost k reproduktoru. V případě jednopásmových reproduktorů se bere jako geometrický střed symetrie vyzařovacího otvoru. U vícepásmových reproduktorů se za to považuje geometrický střed symetrie vyzařovacích otvorů vysokofrekvenčního reproduktoru nebo průměty těchto otvorů do pracovní roviny.

17. Co je pracovní osa AC?

Toto je přímka procházející pracovním středem AC a kolmá k pracovní rovině.

18. Jaký je jmenovitý odpor AC?

Jedná se o činný odpor uvedený v technické dokumentaci, který nahrazuje impedanční modul AC při stanovení elektrického výkonu do něj dodávaného. Podle normy DIN nesmí být minimální hodnota modulu impedance reproduktoru v daném frekvenčním rozsahu menší než 80 % jmenovité hodnoty.

19. Co je impedance reproduktoru?

Aniž bychom zacházeli do základů elektrotechniky, můžeme říci, že impedance je CELKOVÝ elektrický odpor reproduktorové soustavy (včetně výhybek a HG), který ve formě poměrně složitého vztahu zahrnuje nejen známý činný odpor R (který lze měřit běžným ohmmetrem), ale také reaktivní složky ve formě kapacity C (kapacitní odpor, závislý na frekvenci, indukčnosti, také L) a indukčnosti. Je známo, že impedance je komplexní veličina (ve smyslu komplexních čísel) a obecně řečeno je to trojrozměrný graf (v případě akustického systému často připomíná „prasečí ocas“) v souřadnicích „amplituda-fáze-frekvence“. Právě pro její složitost mluvíme-li o impedanci jako o číselné hodnotě, mluvíme o jejím MODULU. Z výzkumného hlediska jsou nejzajímavější projekce „prasečího ocasu“ do dvou rovin: „amplituda versus frekvence“ a „fáze versus frekvence“. Obě tyto projekce, prezentované na stejném grafu, se nazývají „Bode plot“. Třetí projekce amplitudy versus fáze se nazývá Nyquistův graf.

S příchodem a rozšířením polovodičů se audiofrekvenční zesilovače začaly chovat víceméně jako zdroje „konstantního“ napětí, tedy v ideálním případě by měly udržovat stejné výstupní napětí bez ohledu na zatížení a aktuální poptávku. Pokud tedy předpokládáme, že zesilovač pohánějící střídavý reproduktor je zdrojem napětí, pak impedance střídavého proudu jasně napoví, jaký bude odběr proudu. Jak již bylo zmíněno, impedance je nejen reaktivní (tj. charakterizovaná nenulovým úhlem fázového posunu), ale mění se také s frekvencí. Záporný úhel fázového posunu, tj. když proud vede před napětím, je způsoben kapacitními vlastnostmi zátěže. Kladný úhel fázového posunu, tj. když proud zaostává za napětím, je způsoben indukčními vlastnostmi zátěže.

Jaká je impedance typických reproduktorů? Norma DIN požaduje, aby se impedance reproduktorového systému neodchýlila od uvedené jmenovité hodnoty o více než 20 %. V praxi je to však mnohem horší – odchylka impedance od nominální hodnoty je v průměru +/- 43 %! Dokud má zesilovač nízkou výstupní impedanci, ani takové odchylky nepřinesou žádné slyšitelné efekty. Jakmile se však do hry zapojí TUBE zesilovač s výstupním odporem několika Ohmů (!), může být výsledek dosti katastrofální – zabarvení zvuku je nevyhnutelné.

Měření impedance reproduktorů je jedním z nejdůležitějších a nejvýkonnějších diagnostických nástrojů. O tom, jaký reproduktor je, můžete hodně říct z grafu impedance, i když ho nevidíte nebo slyšíte. Když máte před sebou graf impedance, můžete okamžitě zjistit, o jaký typ reproduktorové soustavy se jedná – uzavřený (jeden hrb v oblasti basů), fázový invertor nebo přenos (dva hrby v oblasti basů) nebo nějaký druh horn (sekvence rovnoměrně rozmístěných vrcholů). Jak dobře budou basy (40-80 Hz) a nejnižší basy (20-40 Hz) reprodukovat určité reproduktory, můžete posoudit podle tvaru impedance v těchto oblastech a také podle kvalitativního faktoru hrbolů. „Sedlo“ tvořené dvěma vrcholy v nízkofrekvenční oblasti, typické pro konstrukci fázového měniče, udává frekvenci, na kterou je fázový měnič „naladěn“, což je obvykle frekvence, při které výkon LF reproduktoru klesne o 6 dB, tedy přibližně 2x. Z grafu impedance můžete také pochopit, zda v systému existují rezonance a jaká je jejich povaha. Pokud jsou například měření prováděna s dostatečným frekvenčním rozlišením, pak se možná na grafu objeví jakési „zářezy“, které indikují přítomnost rezonancí v akustickém designu.

No, možná nejdůležitější věc, kterou lze z grafu impedance vyjmout, je, jak velká bude tato zátěž pro zesilovač. Vzhledem k tomu, že střídavá impedance je reaktivní, proud se buď zpozdí za signálovým napětím, nebo jej povede o fázový úhel. V nejhorším případě, kdy je fázový úhel 90 stupňů, je požadováno, aby zesilovač dodal maximální proud, zatímco napětí signálu má tendenci k nule. Znát „pas“ 8 (nebo 4) Ohm jako nominální odpor vám tedy NEDÁ vůbec nic. V závislosti na fázovém úhlu impedance, který se bude na každé frekvenci lišit, může být ten či onen reproduktorový systém příliš tvrdý pro ten či onen zesilovač. Je také velmi důležité poznamenat, že VĚTŠINA zesilovačů se nezdá být schopna napájet reproduktory jednoduše proto, že při TYPICKÝCH úrovních hlasitosti přijatelných v TYPICKÉM domácím prostředí NEPOŽADAJÍ TYPICKÉ reproduktory více než několik wattů výkonu z TYPICKÉHO zesilovače.

20. Jaký je jmenovitý výkon GG?

Jedná se o daný elektrický výkon, při kterém by nelineární zkreslení GG neměla překročit požadované hodnoty.

21. Jaký je maximální hlukový výkon GG?

Jedná se o elektrický výkon speciálního šumového signálu v daném frekvenčním rozsahu, který GG vydrží dlouhodobě bez tepelného nebo mechanického poškození.

22. Jaký je maximální sinusový výkon generátoru?

Jedná se o elektrický výkon spojitého sinusového signálu v daném frekvenčním rozsahu, který GG vydrží dlouhodobě bez tepelného a mechanického poškození.

23. Jaký je maximální krátkodobý výkon GG?

Jedná se o elektrický výkon speciálního šumového signálu v daném frekvenčním rozsahu, který GG vydrží bez nevratného mechanického poškození po dobu 1 s (testy se opakují 60x s intervalem 1 min.)

24. Jaký je maximální trvalý výkon GG?

Jedná se o elektrický výkon speciálního šumového signálu v daném frekvenčním rozsahu, který GG vydrží bez nevratného mechanického poškození po dobu 1 min. (testy se opakují 10krát s intervalem 2 minut.)

25. Jsou-li všechny ostatní věci stejné, který reproduktorový systém s nominálním odporem je vhodnější – 4, 6 nebo 8 ohmů?

Obecně je výhodnější reproduktor s vyšší nominální impedancí, protože takový reproduktor představuje pro zesilovač lehčí zátěž, a proto je mnohem méně důležitý pro volbu zesilovače.

26. Jaká je impulsní odezva střídavého zesilovače?

To je její reakce na „ideální“ impuls.

27. Jaký je „ideální“ impuls?

Jedná se o okamžité (doba náběhu je 0) zvýšení napětí na určitou hodnotu, „zaseknutí“ na této konstantní úrovni na krátkou dobu (řekněme zlomek milisekundy) a poté okamžitý pokles zpět na 0V. Šířka takového pulzu je nepřímo úměrná šířce pásma signálu. Pokud bychom chtěli udělat puls nekonečně krátký, pak abychom přenášeli jeho tvar zcela nezměněný, potřebovali bychom systém s nekonečnou šířkou pásma.

28. Jaká je přechodová odezva střídavého proudu?

Toto je její odpověď na signál typu krok. Přechodná odezva poskytuje jasnou představu o chování všech AC GG v průběhu času a umožňuje posoudit stupeň koherence střídavého záření.

29. Co je to signál typu krok?

To je, když se napětí na vstupu do AC okamžitě zvýší z 0V na nějakou kladnou hodnotu a zůstane tak po dlouhou dobu.

Akustická impedance je ve světě základním pojmem zvuk, který, na prvním pohled, může se zdát obtížné, ale ve skutečnosti hraje klíčovou roli v porozumění na, jak fungují naši oblíbenci reproduktory, sluchátka a další zvuková zařízení. Pojďme pojďme na to přijít, co potom je to tak, proč je potřeba a jak to ovlivňuje kvalitu zvuk, které slyšíme.

Vyberte příslušnou sekci pomocí níže uvedeného odkazu: