AUDIO / 01
Zvuk, frekvence a vlnová délka
Co mají společného hluboký bas, vysoký tón a odraz od stěny? Všechny jsou zvukové vlny. Než začneme vybírat reproduktory, projdeme si pojmy, které propojují hudbu, elektrický signál a prostor.
Co se vlastně pohybuje
Zvuk není proud vzduchu letící od bedny k uchu. Membrána při pohybu vzduch střídavě stlačuje a uvolňuje; tato změna tlaku se předává sousedním částicím. Částice kmitají kolem své klidové polohy, zatímco vlna postupuje dál. Podobně může po vodě běžet vlna, aniž by stejná voda doputovala od jednoho břehu ke druhému. U zvuku ve vzduchu jde o podélné kmitání: pohyb částic probíhá ve směru šíření.
Reproduktor převádí elektrický signál na mechanický pohyb a ten na změny tlaku. Mikrofon pracuje opačným směrem. Celá cesta tedy zahrnuje několik převodů a každý může přidat omezení nebo zkreslení. Když mluvíme o dobrém zvuku, nejde pouze o to, zda se membrána hýbe, ale zda tlak u posluchače odpovídá tomu, co bylo ve zvukovém záznamu.
Výška tónu a hlasitost jsou různé věci
Frekvence vyjadřuje počet opakování za sekundu. Jeden hertz je jeden kmit za sekundu; u tónu 100 Hz se průběh opakuje stokrát za sekundu. Doba jednoho opakování se nazývá perioda a platí T = 1 / f. Pro 100 Hz je to 0,01 sekundy. Zdvojnásobení frekvence odpovídá posunu o oktávu: například 100 → 200 → 400 Hz.
Amplituda popisuje velikost kmitání. Pokud zesílíme stejný tón, měníme především amplitudu, nikoliv jeho frekvenci. Vnímaná hlasitost ale závisí také na frekvenci, délce zvuku a sluchu posluchače. Dva tóny se stejným naměřeným tlakem proto nemusí subjektivně znít stejně hlasitě. Také hluboký tón může být sotva slyšitelný, přestože membrána má velkou výchylku.
Hudba není jediná sinusovka
Čistý sinusový tón je užitečná zkušební pomůcka, ale hudební nástroj obvykle vytváří základní tón a řadu dalších frekvencí. Tyto harmonické složky spoluutvářejí barvu zvuku. Dva nástroje mohou hrát stejnou notu a přesto je snadno poznáme: mají jiné zastoupení harmonických, jiný začátek tónu a jiné doznívání. Úder do bubnu navíc obsahuje velmi široké pásmo frekvencí.
Reprosoustava musí přenášet celou tuto směs. Pokud zvýrazní určitou oblast nebo potlačí jinou, změní barvu nástrojů. Pokud přidá vlastní rezonanci, může jeden tón doznívat déle, než odpovídá nahrávce. Samotný údaj „hraje od 30 Hz“ tedy nevysvětluje, jak bude znít hlas, kytara nebo krátký úder na kopák.
Proč nás zajímá vlnová délka
Vlnová délka je prostorová vzdálenost mezi dvěma odpovídajícími místy vlny. Přibližně platí λ = c / f. Ve vzduchu kolem 20 °C můžeme pro názorný příklad použít rychlost 343 m/s. Tón 50 Hz má délku asi 6,86 m, 100 Hz asi 3,43 m a 1 kHz asi 34 cm. Vyšší frekvence tedy mají kratší vlny.
Tato čísla vysvětlují, proč se basy obtížně tlumí tenkým materiálem a proč se výšky snadno mění s polohou hlavy. Vzdálenost několika centimetrů je pro hluboký bas malá, ale pro vysoký tón může představovat významnou část periody. Rozměry místnosti, rozestupy měničů a hrany bedny se tak stávají součástí akustického návrhu.
Fáze: ve kterou chvíli vlna dorazí
Fáze popisuje polohu v rámci jednoho cyklu. Dva stejné tóny se mohou setkat ve stejném okamžiku a posílit, nebo se potkat s opačným průběhem a oslabit. Zpoždění není pro všechny frekvence stejný fázový posun: prodloužení dráhy o polovinu vlnové délky odpovídá u daného tónu přibližně 180°. U jiné frekvence bude tentýž rozdíl dráhy představovat jiný úhel.
V reprobedně se kolem dělicí frekvence potkává zvuk dvou měničů. Výhybka může správně rozdělit napětí, ale pokud se jejich akustické výstupy sejdou nevhodně, vznikne propad. Proto nestačí sčítat výšky čar v grafu. Musíme znát také fázi a polohu zdrojů zvuku. Obrácení polarity měniče mění znaménko signálu; není obecnou náhradou správného časového sladění.
Jak o zvuku uvažovat při návrhu
Nejprve si stanovíme účel: blízký poslech u stolu, obývací pokoj nebo ozvučení prostoru. Potom nás zajímá potřebné pásmo, hlasitost a pokrytí. Velmi hluboké basy, malá skříň a vysoká citlivost se obtížně získávají současně. Ani větší počet pásem automaticky neznamená lepší soustavu: přidává možnosti, ale také další místa, kde se musí jednotlivé části správně navázat.
U následujícího obrázku je svislá osa pouze názorná amplituda, nikoliv decibely. Pomalý a rychlý průběh mají stejnou výšku, přesto představují rozdílné frekvence. Posuvníkem pod kapitolou můžete měnit frekvenci a sledovat vlnovou délku. Jde o výklad vztahu mezi frekvencí a prostorem, nikoliv o simulaci konkrétního reproduktoru.