AUDIO / 02
Decibely a citlivost
Proč 100W bedna nemusí hrát hlasitěji než 50W bedna a proč 3 dB představují významný rozdíl? Naučíme se číst čísla tak, aby nám při výběru soustavy opravdu něco řekla.
Proč nepoužíváme jen obyčejná čísla
Zvukové tlaky i elektrické výkony se mohou lišit v obrovském rozsahu. Logaritmická stupnice umožňuje tyto poměry zapsat přehledně. Decibel sám o sobě vyjadřuje poměr, nikoliv jednu univerzální fyzikální veličinu. U výkonu používáme 10 log₁₀(P₂ / P₁), u akustického tlaku 20 log₁₀(p₂ / p₁). Proto stejný násobek tlaku a výkonu nevede ke stejnému číslu v dB.
Pro hladinu akustického tlaku ve vzduchu se jako reference používá 20 µPa. Zápis dB SPL tak říká, k čemu tlak vztahujeme. Vedle toho se v audiu objevují dBV, dBu nebo dBFS, které mají jiné reference. Číslo 0 dB může v jednom kontextu znamenat velmi malý tlak a v jiném maximální digitální úroveň. Vždy čteme celé označení.
Tři a šest decibelů na praktickém příkladu
Zdvojnásobení elektrického výkonu odpovídá přibližně +3 dB. Zvýšení z 10 W na 20 W tedy není skok na dvojnásobnou subjektivní hlasitost. Z 10 W na 100 W získáme v ideálním lineárním případě +10 dB. Při vyšší zátěži ale skutečný měnič zahřívá cívku a může se přiblížit mechanickému limitu, takže nárůst akustického výstupu už nemusí odpovídat jednoduchému výpočtu.
Zdvojnásobení tlaku znamená přibližně +6 dB. Pokud při stejné odporové zátěži zdvojnásobíme napětí, výkon vzroste čtyřikrát, opět přibližně o 6 dB. Graf pod kapitolou porovnává násobky výkonu a příslušný přírůstek; neukazuje vnímanou hlasitost. Často uváděné pravidlo, že +10 dB působí přibližně jako dvojnásobná hlasitost, je orientační a závisí na podmínkách poslechu.
Citlivost: co získáme ze stejného buzení
Citlivost reproduktoru popisuje akustický výstup při stanoveném buzení a vzdálenosti. Typickým zápisem je například 88 dB / 2,83 V / 1 m. Musíme znát také frekvenční oblast a podmínky měření. Jediné vysoké číslo získané na vrcholu charakteristiky nepředstavuje automaticky citlivost celé soustavy. Jiný údaj může být průměrem v určitém pásmu.
Napětí 2,83 V odpovídá přibližně 1 W na čistém odporu 8 Ω, ale asi 2 W na odporu 4 Ω. Čtyřohmový měnič tak může při stejném napětí vypadat citlivější částečně proto, že dostává větší výkon. Reproduktor navíc není čistý odpor: jeho impedance se mění s frekvencí. Údaje 1 W / 1 m a 2,83 V / 1 m nelze bez těchto souvislostí bezmyšlenkovitě porovnávat.
Kolik výkonu potřebujeme
Představme si dvě soustavy se srovnatelným měřením, ale citlivostí lišící se o 3 dB. Méně citlivá potřebuje přibližně dvojnásobný výkon pro stejný tlak v lineárním rozsahu. Rozdíl 6 dB odpovídá přibližně čtyřnásobku. To se rychle promítne do požadavků na zesilovač, chlazení i zatížení měničů. Samotná citlivost ovšem neříká nic úplného o hlubokých basech nebo zkreslení.
Při odhadu hlasitosti vycházíme z citlivosti, vzdálenosti a potřebné rezervy pro špičky. Hudba nemá konstantní výkon: krátký úder může být výrazně silnější než průměrná úroveň. Jestliže navrhneme systém pouze na průměr, špičky mohou narazit na limit zesilovače. Údaj o maximálním SPL také potřebuje podmínky: pásmo, dobu signálu a povolené zkreslení.
Vzdálenost, více beden a místnost
Ve volném poli u bodového zdroje klesá tlak při zdvojnásobení vzdálenosti přibližně o 6 dB. Údaj naměřený v jednom metru proto není hlasitost na gauči vzdáleném čtyři metry. Uvnitř místnosti se přidávají odrazy a toto jednoduché pravidlo přestává přesně popisovat celou situaci. Blízko velkého zdroje nebo soustavy více zdrojů navíc nemusí být vhodný ani model bodového zdroje.
Přidání druhé bedny nelze vždy vyjádřit jediným pevným přírůstkem. Záleží na signálu, fázi, vzdálenosti a směru. Dva nezávislé zdroje se obvykle sčítají jinak než dva souhlasně vybuzené zdroje v místě, kde dorazí ve fázi. Kolem různých frekvencí může vznikat posílení i oslabení. Při návrhu tedy nestačí pouze sečíst katalogové hodnoty.
Jak správně číst čísla v katalogu
Oddělíme citlivost, příkon a maximální akustický výstup. Citlivost popisuje převod při daném buzení; příkon souvisí s podmínkami zatížení; maximální SPL vyjadřuje dosažitelný výstup za konkrétních omezení. Bedna s vyšším příkonem nemusí při stejném zesilovači hrát hlasitěji. Stejně tak citlivý měnič nemusí umět velkou výchylku potřebnou pro hluboký bas.
U vlastní soustavy sledujeme nejslabší článek v požadovaném pásmu. Výškový měnič může mít vyšší citlivost než basový, takže se ve výhybce záměrně zeslabuje. Výsledkem není chyba, ale vyrovnání poměru pásem. Reálný návrh spojuje tato čísla s charakteristikou, impedancí a požadovanou hlasitostí, aby soustava fungovala jako celek.