Svět, ve kterém žijeme, je přizpůsoben zvuku. Pokud nebydlíte na vrcholu hory (naštěstí), je pravděpodobné, že během svého dne vnímáte zvuk z mnoha různých reproduktorů.

Mobilní telefony. Televizory. Výtahy. Reproduktor Bluetooth v metru, který vyluzuje sračky, které nechcete slyšet.

A co je pro nás hudebníky asi nejdůležitější, reproduktory nám umožňují slyšet naši práci v dokonalých detailech.

Jak přesně ale reproduktory fungují? I když vás nezajímá, jak se vyrábí zvukový párek, je dobré mít základní znalosti o technologii reproduktorů, pokud plánujete strávit svůj život ve studiu.

Základy zvuku

Než se podíváme na reproduktory, krátce si připomeneme, jak funguje samotný zvuk.

Zvuk je v podstatě mechanická energie ve formě vlnění, které se pohybuje prostředím - vzduchem, kapalinou nebo pevnou látkou.

Tento pohyb způsobuje lokální změny tlaku v závislosti na tvaru vlnění, podobně jako vlnění, které vzniká, když hodíte kamínek (nebo telefon) do vody.

Na obrázku níže vidíte sinusovou vlnu o frekvenci 1 kHz. Vidíte, jak se hladina akustického tlaku v porovnání s okolním tlakem zvyšuje a následně snižuje? To je zvuk v pohybu.

Na tyto změny tlaku reagují v našich uších tisíce drobných vláskových buněk, které je převádějí na elektrický signál, který náš mozek interpretuje jako Nickelback. Nebo cokoli jiného.

Analogový zvukový signál je zvuk ve formě elektrické energie, která je reprezentována jako průběh napětí. Zde je stejná zvuková vlna reprezentovaná jako elektrický signál:

Digitální zvuk je zobrazení uloženého analogového signálu v binárním formátu.

Zvukový signál, ať už analogový nebo digitální, musí být převeden zpět na zvukovou vlnu (mechanickou energii), aby ho naše uši dokázaly vnímat.

Vstupte do reproduktoru.

Jak fungují reproduktory: Základní informace

Než se pustíme do podrobností o komponentech reproduktorů a jejich fungování, podívejme se na stručný přehled toho, co reproduktory dělají pro reprodukci zvuku.

Zesílený zvukový signál se vysílá do kovové cívky drátu. Tato cívka reaguje na elektrický proud, který jí protéká, a v interakci s magnetem uvnitř reproduktoru způsobuje vibrace membrány.

Membrána pohybuje vzduchem a vytváří zvukové vlny, které jsou přesnou kopií původního zvukového signálu. Et voila! Slyšíte, jak na vás maminka mluví z druhého konce země.

To je samozřejmě příliš velké zjednodušení. Ale teď už známe stručnou verzi toho, jak řečníci pracují, a pojďme si to rozebrat.

Co se skrývá uvnitř reproduktoru?

Podívejme se na všechny části reproduktoru, které vytvářejí kouzlo...

Ovladač reproduktoru

Za převod elektrického signálu na zvukové vlny je zodpovědný reproduktor. Je to motor, který pohání reprodukci zvuku reproduktoru.

Reproduktor se skládá z následujících komponentů:

• Pole
• Zadní deska
• Magnet
• Horní deska
• Hlasová cívka
• Košík
• Spider
• Kužel a okolí
• Prachová krytka

Pól, zadní a horní deska

Tyčový prvek v reproduktoru je jako dirigentská taktovka, která udržuje zvukový orchestr proudící reproduktorem v synchronním stavu. Je to ústřední osa, kolem které se celý magnetický systém točí.

Zadní deska je umístěna za sloupem a není překvapením, že horní deska je umístěna nad ním.

Magnet

Permanentní magnet je obklopen pólem a deskami, které soustřeďují jeho magnetické pole, a je připevněn ke koši reproduktoru.

Označuje se jako permanentní magnet, protože je to vždy magnet.

Naproti tomu kmitací cívka se stává magnetem (přesněji elektromagnetem) teprve tehdy, když je přiváděn elektrický proud.

Hlasová cívka

Hlasová cívka je drát pevně navinutý kolem malého válce, někdy nazývaného cívka. Vypadá trochu jako jo-jo.

Když cívkou prochází elektrický signál, stává se z ní elektromagnet, který interaguje s permanentním magnetem.

Pokud si vzpomínáte na hodiny přírodovědy, jistě si pamatujete, že podobné síly se odpuzují a opačné přitahují. Tato souhra magnetických sil vytváří pohyb, který posouvá cívku a nakonec vytváří zvukové vlny.

Pavouk a okolí

Pavouk je vlnitý kus materiálu, který podpírá kmitací cívku. Drží cívku na místě a zároveň jí umožňuje volný pohyb tam a zpět.

Ačkoli to zní jako rozpor, není tomu tak. Hlavním úkolem pavouků je umožnit pohyb kmitací cívky pouze jedním směrem, a to nahoru a dolů. Bez pavouka by se kmitací cívka v tělese reproduktoru pohybovala libovolně.

Obvod plní podobnou funkci jako pavouk s tím rozdílem, že drží kužel na místě v horní části koše.

Kužel

Kužel reproduktoru, známý také jako membrána, je jednou z mála částí reproduktoru, kterou můžete vidět.

Kužel se pohybuje dopředu a dozadu v reakci na magnetické impulzy z kmitací cívky. Pohyb kuželu vytváří tlakové vlny ve vzduchu, který ho obklopuje, a tím vznikají zvuky, které slyšíte.

Prachová krytka

Tento malý chlapík zabraňuje vniknutí prachu a nečistot do sestavy reproduktorů a jejich znehodnocení.

Košík

Je to jen módní označení pro kryt, který drží všechny části reproduktoru pohromadě. Ve skutečnosti vypadá trochu jako koš.

Toto je vše, co tvoří skutečný reproduktor. Ale v běžném jazyce, když mluvíme o mluvčích, máme na mysli celý mluvčí.

Co je ještě potřeba k tomu, aby reproduktory fungovaly?

Elektrické komponenty

Chcete-li, aby kmitací cívka začala pumpovat džemem, musíte do ní vyslat elektrický signál. K tomu slouží reproduktorové svorky a opletený drát.

Svorky jsou kovové výstupky nebo připojovací porty, kterými se připojuje audiokabel k reproduktoru.

K těmto svorkám je připojen opletený drát, který je připojen ke kmitací cívce a dodává jí potřebné palivo.

Bydlení

Reproduktor potřebuje ke správné funkci kryt, často označovaný jako skříň, a to z několika důvodů.

Zaprvé poskytuje uzavřené prostředí, které chrání různé součástky ovladače před prachem, špínou a psími chlupy.

Za druhé zmírňuje fázové rušení. Při pohybu membrány reproduktoru vznikají zvukové vlny v obou směrech. Bez krytu by se tyto vlny navzájem rušily.

A konečně, skříň ovlivňuje způsob šíření zvuku. Zvuk může být nasměrován určitým směrem a nízké frekvence mohou být správně vyladěny.

Kryt pouzdra je vyroben ze silného materiálu, který není příliš pružný. Běžně se používá dřevo nebo MDF desky střední hustoty, i když se používá také plast.

Zesílení

To všechno je dobře, ale reproduktor sám o sobě nic užitečného nevytvoří.

Reproduktory se dodávají v různých tvarech a velikostech, ale všechny mají stejný požadavek: zvukový signál silnější než signál linkové úrovně vysílaný přehrávacími zařízeními, jako je televizor nebo zvukové rozhraní.

K zesílení signálu z linkové úrovně na úroveň reproduktorů se používá výkonový zesilovač. V závislosti na reproduktorech se může jednat o externí jednotku nebo o jednotku zabudovanou v samotném krytu reproduktoru.

Aktivní reproduktory

Aktivní reproduktory mají vestavěný zesilovač Yamaha HS5 jsou oblíbené aktivní reproduktory pro studiový monitoring.

Pasivní reproduktory

Pasivní reproduktory vyžadují externí výkonový zesilovač, který vytváří zvukové vlny ze zvukového signálu.

JBL PRX412 je robustní příklad pasivního reproduktoru, který vyžaduje externí zesilovač, aby měl dostatečnou hlučnost.

Jak reproduktory produkují různé frekvence?

Dosud jsme se zabývali tím, jak reproduktory mění elektrickou energii (signál) na tlakové vlny ve vzduchu, a tedy na zvuk.

Ne všechny frekvence jsou však stejné a jediný reproduktor, který se snaží pokrýt všechny oblasti (promiňte mi tu slovní hříčku), je opravdu špatný.

Proto na koncertech vidíte obrovské hromady reproduktorů. Některé pokrývají basové frekvence (subwoofery a woofery), jiné střední pásmo a malé výškové reproduktory se starají o všechny vysoké frekvence.

Všechny tyto reproduktory jsou konstruovány odlišně, aby zvládaly různé frekvence, o které se starají.

Ale ne každý chce mít ve studiu (nebo v obývacím pokoji) obrovskou hromadu reproduktorů, nemluvě o nepořádku kolem zesilovačů a crossoverů.

Vstupte do víceměničového reproduktoru.

Reproduktory s více měniči

Víceměničové reproduktory používají 2, 3 nebo dokonce 4 různě velké měniče, které zpracovávají různé frekvence. Nejběžnější z nich jsou reproduktory se dvěma měniči, někdy označované jako dvoupásmové reproduktory.

Uvnitř dvoupásmové reprosoustavy se nachází crossover, který prostřednictvím horní a dolní propusti posílá všechny vysoké frekvence do výškového reproduktoru a střední a nízké frekvence do basového reproduktoru.

Použití křížového měniče tímto způsobem znamená, že reproduktor produkuje celý rozsah frekvenčního výstupu a zároveň zachovává kvalitu zvuku, které by samotný reproduktor nemohl dosáhnout.

Pokud tvoříte hudbu ve svém domácím studiu, je pravděpodobné, že budete k monitorování používat dvoupásmové reproduktory, jako je výše zmíněný model Yamaha HS5 nebo KRK Rokit 5 G4 na obrázku níže.

Reproduktory se dvěma měniči jsou vhodné pro nahrávání a mixování ve vlastním studiu. Ale když dojde na mastering (ať už použijete online službu, jako je eMastered, nebo ho zadáte skutečnému člověku), budete chtít trochu více detailů, takže tří- nebo čtyřpásmové reproduktory vám poslouží lépe.

Totéž platí pro komerční nahrávací studia. Pro nahrávání a monitoring mohou používat pár napájených monitorových reproduktorů, ale když dojde na mixdown, zapnou pořádné drsňáky.

Co je impedance reproduktoru?

Impedance reproduktoru je v podstatě způsob měření celkového odporu toku elektrického proudu v reproduktoru.

Impedance měřená v ohmech je dána jednak odporem drátu kmitací cívky, jednak indukčností způsobenou vinutím tohoto drátu do cívky. Indukčnost se od odporu liší tím, že se mění s frekvencí - nazývá se indukční reaktance.

Vzhledem k této proměnné se impedance liší od "normálního" odporu a vypočítává se pomocí složitého vzorce, kterému by hudebníci neměli nikdy rozumět.

Místo toho vězte, že je důležité sladit impedanci reproduktorů a zesilovače. Nesoulad impedance může mít za následek snížení kvality zvuku, přehřátí a v krajním případě i poškození zařízení.

Pamatujte si, děti, že reproduktory vždy spárujte s kompatibilními zesilovači.

Výkon reproduktoru versus citlivost reproduktoru

Větší znamená lepší, že?

Ne vždy. Většina lidí při porovnávání reproduktorů přisuzuje vyšší výkon (ve wattech) vyšší hlasitosti. Ale budete v praxi schopni tento výkon plně využít?

Lepší způsob, jak porovnat reproduktory, je podívat se na jejich citlivost. Ta se měří v decibelech a vyjadřuje, jak efektivně reproduktor převádí elektrickou energii na zvuk.

Vyšší citlivost znamená, že reproduktor dokáže při daném výkonu vyprodukovat více zvuku. Jinými slovy, je účinnější při přeměně elektrické energie na zvukové vlny.

Měření citlivosti reproduktorů vyrovnává podmínky pro porovnávání účinnosti a výkonu reproduktorů.

Pokud však používáte externí zesilovač, je důležité vzít v úvahu schopnost reproduktorů zpracovat výkon. Měření představuje, jaký elektrický výkon reproduktor zvládne, aniž by se poškodil, proto je důležité se ujistit, že zesilovač má jmenovitý výstupní výkon odpovídající reproduktoru.

Volba reproduktorů s vysokou nebo nízkou citlivostí závisí na požadavcích vaší sestavy. Pokud je důležitá energetická účinnost (například u přenosných reproduktorů nebo stereofonních systémů v autě), je nejlepší vysoká citlivost, zatímco u profesionální audio sestavy můžete chtít reproduktory s vyšším výkonem.

Frekvenční odezva

Když mluvíme o frekvenční odezvě reproduktoru, máme na mysli jeho schopnost reprodukovat zvuk v celém rozsahu frekvencí.

Žádný reproduktor není dokonalý, takže graf frekvenční odezvy nám pomůže zjistit, kde se mohou vyskytovat špičky nebo poklesy frekvencí, které reproduktor zvýrazňuje nebo naopak zaostává.

Existuje několik důvodů, proč je frekvenční odezva konkrétního reproduktoru nebo reproduktorů důležitá.

Především pomáhá při návrhu systému s více reproduktory a při nastavení křížových měničů.

Za druhé, pomáhá při výběru nejlepších reproduktorů pro konkrétní zvukovou úlohu, kterou máte na mysli.

Zatímco mnoho reproduktorů spotřebitelské třídy má ve své frekvenční odezvě mírný "úsměv", který zvuk zjemňuje, jako hudební producent chcete pár reproduktorů s plochou frekvenční odezvou.

Tímto způsobem nebudou žádné nástroje nebo vzorky maskovány poklesem produkovaných frekvencí nebo nebudou znít hlasitěji, než ve skutečnosti jsou, kvůli špičce v grafu.

Plochá frekvenční odezva reproduktorů v podstatě zajistí, že vše, co uslyšíte, bude co nejblíže skutečnému zvuku.

A co sluchátka?

Sluchátka používají stejnou technologii reproduktorů jako reproduktory. Jsou to vlastně malé reproduktory, které se umisťují nad (nebo do) uší.

Jak fungují stereofonní reproduktory?

Jediný reproduktor (zpravidla) přenáší zvuk monofonně. Chcete-li získat stereofonní zvukové pole, potřebujete dva monofonní reproduktory, které budou přenášet levý a pravý zvukový signál a budou vhodně umístěny.

Ale už jste se někdy dívali na soundbar a přemýšleli, jak se vytváří stereofonní pole?

Jednotlivé reproduktorové soustavy určené k reprodukci stereofonního obrazu mají více měničů umístěných v celé jednotce.

Stereofonní signál je rozdělen na levý a pravý kanál a je posílán v různém množství do každého reproduktoru, aby se dosáhlo plného stereofonního obrazu.

Takové reproduktory bývají vybaveny dalším reproduktorem - subwooferem -, který se stará o nízké frekvence a Batmanův hlas.

Kdo vynalezl reproduktor?

Stejně jako u mnoha jiných vynálezů z přelomu 19. a 20. století je těžké přesně určit, kdo reproduktor vynalezl. Vznikl postupem času, jak vědci a vynálezci začali více rozumět zvukovým vlnám a elektrickému proudu.

Alexander Graham Bell (proslulý vynálezem telefonu) významně přispěl k technologiím souvisejícím se zvukem, včetně vývoje rané verze reproduktoru na konci 19. století.

Hned na konci století přišel Oliver Lodge s prvním reproduktorem s pohyblivou cívkou. V roce 1915 pak získali dánští inženýři Peter L. Jensen a Edward Pridham patent na vynález elektrodynamického reproduktoru využívajícího cívku z drátu připevněnou k membráně umístěné v magnetickém poli.

Na druhé straně rybníka navrhli v roce 1925 Edward W. Kellogg a Chester W. Rice dynamický reproduktor s membránou, který byl nakonec licencován společnosti RCA. Tato konstrukce obsahovala mnoho aspektů, které jsou považovány za základ moderní technologie reproduktorů.

Je potřeba celá vesnice a podobně. Stačí říct, že spousta šišatých hlav odpracovala nespočet hodin, abyste si dnes mohli vychutnat koncerty Nickelback v plné věrnosti.

Budoucnost reproduktorů

Technologie se stále zmenšuje a zlevňuje. Všichni to víme. Ale pokud jde o reproduktory, základy této technologie se od jejich vynálezu příliš nezměnily.

Reproduktory jsou totiž jednou z nejefektivnějších technologií, které dnes používáme. Více než 99 % energie, která se do reproduktoru vloží, vytváří něco jiného než zvuk. Většina z ní se přemění na teplo.

Je docela překvapivé, že EPA ještě nezakázala používání reproduktorů kvůli jejich špatné energetické účinnosti.

Díky novému materiálu objevenému v roce 2004 by však reproduktory budoucnosti mohly být jiné.

Grafen je extrémně lehký materiál, což znamená, že k vytvoření tlakové vlny potřebuje mnohem méně energie pro pohyb tam a zpět. Výborná zpráva, pokud jste výškový reproduktor.

Pokud se vědcům podaří úspěšně zavést výrobu grafenu ve velkém měřítku a začlenit jej do komerčních aplikací, reproduktory budoucnosti by mohly být lehčí a mnohem energeticky účinnější.

Do té doby nám zůstanou miniaturní ohřívače, které vytvářejí změny tlaku vzduchu v důsledku elektrických signálů, tzv. reproduktor.

Nyní jděte a poslouchejte hudbu!