Reproduktorové soustavy elwedio - oblé, dřevěné a červené s měniči Seas podruhé a podrobněji

fotografie jsou k nahlédnutí v článku číslo 66
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
Proč oblé tvary?
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
Pod pojmem reproduktorová soustava, hovorově "reprobedna", si většina lidí představí bedýnku tvaru kvádru osazenou jedním nebo několika měniči, chcete-li reproduktory. Proč se ale používá nejčastěji právě tento tvar? Asi proto, že je nejjednodušší a pro komerční výrobu nejlevnější. Rovnoběžné stěny, ostré rohy a pravé úhly na kvalitě toho, co nás zajímá většinou nejvíce - tedy na kvalitě reprodukce akustického signálu - příliš nepřidají, spíše naopak. Mezi rovnoběžnými stěnami se uvnitř ozvučnice odrážejí zvukové vlny, putují neustále tam a zase zpátky, dokud je nepohltí a jejich energii nepřemění v teplo více či méně účinné tlumení. Je to podobné, jako když "brnknete" na strunu kytary. Výsledkem je jev, který se nazývá stojaté vlnění. To dokáže výsledný akustický signál značně zkreslit a zvlnit amplitudovou (často se jí říká i frekvenční) charakteristiku soustavy především v oblasti středních kmitočtů. Vzniku stojatého vlnění nelze uvnitř ozvučnice nikdy zcela zabránit, ale je možné jej značně omezit konstrukcí bez (nebo s minimem) rovnoběžných stěn. Další neduhou klasických boxů bývají nedokonale tuhé stěny, které se pod vlivem značného tlaku uvnitř soustavy při reprodukci na nejnižších kmitočtech, kdy je výchylka hloubkotónového reproduktoru značná, mohou při určitých frekvencích rozrezonovat. Zde jsem se trochu inspiroval fyzikální praxí. Už jste někdy viděli hranatou ponorku? Na ní působí pod vodní hladinou také značný tlak. A právě proto se vyrábějí oblé, aby byly schopny tlaku vody odolat. Podobné příklady se dají nalézt například i v architektuře (gotické klenby...) nebo i v učebnici fyziky (plechovka od piva, na kterou si můžete stoupnout a ona vydrží nepoškozená). Na již zmíněných ostrých hranách, které se u kvalitnějších reprosoustav zkosují nebo zaoblují, vznikají především na vysokých frekvencích difrakce. Dochází k lomu zvukové vlny na hraně (podobně jako u světla), hrana čelní stěny reprosoustavy se pak chová jako nový zdroj zvukových vln. Vlny z výškového reproduktoru a vlny "z hrany" pak navzájem interferují (slučují se). Následkem je opět nežádoucí zvlnění amplitudové (ale i směrové) charakteristiky.
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
Při těchto úvahách (a možná i touze po originálnějším designu) mě napadlo postavit dřevěnou ozvučnici oblých tvarů. Zajisté jsem nebyl první. Ale většina podobných komerčně vyráběných reprosoustav se řadí do hodně vysokých cenových kategorií. Dřevo se například při výrobě nábytku ohýbá v páře pod vysokým tlakem. Po vychladnutí a vyschnutí zůstává ohnuté. Pro tento účel by bylo ale vhodnější, kdyby zůstalo napružené. Jeho tuhost by se pak ještě znásobila. Po delším experimentování jsem dospěl k názoru, že bude ideální břízová překližka tloušťky 4mm. Tlustší se mi dostatečně ohnout nepodařilo. Zde popisované ozvučnice lze vyrobit i v amatérských podmínkách s použitím základního nářadí jako je svěrák, vrtačka, pila, rašple, smirkový papír atd. Dokonce není potřeba ani elektrická přímočará pila pro vyříznutí oblých tvarů (viz dále).
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
Volba reproduktorů
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
Použil jsem reproduktory norského výrobce Seas ze standardní řady. Konkrétně 17cm středobasový reproduktor s membránou ze skleněných vláken a měděnou fázovou vsuvkou G17REX/P a výškový 27TBC/G s kovovou kalotou. Více informací o těchto měničích naleznete na internetových stránkách www.seas.no. Pochopitelně je možné s menšími či většími úpravami (ladění bassreflexového nátrubku, množství a umístění tlumícího materiálu, případně i velikost ozvučnice a především výhybka) použít i jiné reproduktory. Pro levnější variantu například kombinaci ARN180 a ARV104 od Tesly. Ale když už strávíte tolik času s výrobou ne zrovna jednoduché bedýnky, je možná na místě našetřit si i na kvalitnější měniče. Jmenované reproduktory značky Seas jsou v ČR i SR snadno dostupné za cenu přibližně 6000 Kč / oba páry. V nabídce je má například firma JJJ-SAT & Besie (www.jj-sat.cz / .sk).
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
Návrh ozvučnice
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
Vzhledem k parametrům zvoleného středobasového reproduktoru a především kvůli jeho nízkému celkovému činiteli jakosti a vysokému faktoru EBP (EBP = 110) je vhodné použití bassreflexové ozvučnice. K výpočtu objemu ozvučnice a velikosti nátrubku můžete použít vzorce a nebo některý z mnoha simulačních programů. Hlavním požadavkem bývá většinou co možná nejvyrovnanější frekvenční charakteristika, s jejíž spodní částí (myšleno v části nízkých frekvencích) úzce souvisí onen činitel jakosti. Po zabudování reproduktoru do ozvučnice se celkový činitel jakosti zvýší tím více, čím je vnitřní objem (relativně) menší. Pro plochou amplitudovou charakteristiku uzavřené reprosoustavy je výsledný činitel jakosti roven přibližně 0,7. U bassreflexové ozvučnice je situace ještě o něco složitější, ale výpočty a simulace stále vycházejí z podobných úvah. Tady bych chtěl upozornit, že údaj v katalogovém listu reproduktoru (v tomto případě celkový činitel jakosti Qts=0,25) platí pro zkratované svorky reproduktoru respektive pro připojení k zesilovači s dokonalým tlumením a přívodními dráty a konektory s nulovým odporem. Takže pokud k reprosoustavě připojíte méně kvalitní zesilovač s nízkým činitelem tlumení (vysokým vnitřním odporem) jako je většina integrovaných zesilovačů nebo použijete dlouhé, tenké přívodní vodiče, nekvalitní konektory a pasivní výhybku (odpor cívky v serii s reproduktorem), činitel jakosti se může výrazně zvýšit a teoretické návrhy nemusí být správné. Pro G17REX/P je optimální vnitřní objem ozvučnice přibližně 12 litrů (i když některé simulační programy doporučují objem skoro poloviční) a ladění frekvence bassreflexového nátrubku na 50 až 55 Hz s mírným tlumením kolem nátrubku pro potlačení hrbu v oblasti kolem 65 Hz. Tvar ozvučnice vychází z technických možností v amatérských podmínkách. Ozvučnice se skládá ze dvou oblých podstav vyřezaných z MDF nebo DTD desky, čelní stěny ze stejného materiálu a pláště z dvou vrstev ohnuté břízové překližky tloušťky 4 mm (viz obrázek).
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
Návrh pasivní výhybky
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
Vyhybku jsem navrhoval pomocí elektricko-akustické analogie. Jedná se o nahrazení akustických a mechanických obvodů (reproduktory, ozvučnice, nátrubek) do elektrického schématu složeného z indukčností, odporů a kapacit a následné simulace v pc programu. V mém případě to byl Micro-CAP a Tina. Následovaly mírné úpravy na základě měření a poslechových testů. Popis metody by přesahoval rámec tohoto článku, takže uvádím jen výsledné schéma. Pokud se rozhodnete použít jiné měniče, musíte jim pochopitelně přizpůsobit i výhybku, což může být problém. Hlavně nedoporučuji používat běžně prodávané univerzální výhybky a nebo počítat hodnoty součástek jen pouze několika jednoduchých vzorečků. Je třeba si uvědomit, že každý reproduktor má jiný (nejen) průběh impedanční charakteristiky a v okolí dělící frekvence nebývá impedance rovna hodnotě tzv. nominální impedance uváděné v katalogových listech. Takže vzorce, do kterých dosazujete 4 nebo 8 Ohmů nejsou na místě. Schéma výhybky můžete okopírovat z nějaké osvědčené (lépe výrobcem reproduktorů doporučené) aplikace s ozvučnicí podobného objemu a stejného typu (uzavřená, bassreflexová, s pasivní membránou a pod.). A jaké použít součástky? Cívky by měly mít vzduchové jádro. U cívek s feritovým nebo železným jádrem dochází při průchodu vyššího proudu ke zkreslení signálu a posunu mezní (dělící) frekvence pro daný reproduktor. Kondenzátory používejte fóliové, nikoliv bipolární (elektrolytické) na kterých vzniká opět nežádoucí zkreslení. Součástky lze zakoupit například u firmy Dexon (www.dexon.cz)
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
materiál na JEDNU ozvučnici:
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
2 kusy břízové překližky 42 x 85 cm, tloušťka 4 mm (pro jistotu 3 kusy)
1 kus břízové překližky 22 x 42 cm, tloušťka 4 mm
2 kusy MDF nebo DTD desky 30 x 30 cm, tloušťka minimálně 18 mm
1 kus MDF nebo DTD desky 20 x 40 cm, tloušťka minimálně 18 mm
dřevo vám prodají a nařežou na požadované rozměry v některém z "hypermarketů pro kutily". V Obi je řezání na požadované rozměry zdarma (respektive v cěně).
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
POZOR: Překližku je možné ohýbat jen v jednom směru. Musí být uříznuta tak, aby šla ohnout podél delší strany ! (nutno vyzkoušet nebo se poradit v obchodě)
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
minimálně 100 vrutů cca 4 x 40 mm
10 kusů šroubů M4 x 40 mm
10 kusů matic M4
velké balení lepidla na dřevo (například Herkules)
akrylátový tmel na dřevo
silikonový tmel
tlumící rouno, deka nebo vatelín
akrylátová (nebo jiná) barva
bassreflexový nátrubek 55 x 185 mm (lze zakoupit např. v Dexonu)
miska s pozlacenými svorkami (nejlépe bi-wiring)
součástky potřebné na výrobu výhybky (viz schéma)
kabel 2 x 4 mm čtvereční

(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
Dále budete potřebovat velké podložky pod vruty o vnějším průměru alespoň 20 mm. Nebo můžete použít i malé panty, díly ze stavebnice merkur - cokoli na zvětšení plochy hlavy vrutu.
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
Výroba ozvučnice
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
Nejprve si připravte podstavy a čelní stěnu z MDF nebo DTD desek. Podstavy z desek o rozměrech 30 x 30 cm a přední stěnu z 20 x 40 cm. Vyříznete je podle výkresu na požadované tvary. Nejjednodušší je použití elektrické přímočaré pily, kterou vám v "hypermarketech pro kutily" nebo půjčovnách nářadí zapůjčí. Pokud nevlastníte přímočarou pilu a ani si ji nechcete nebo nemůžete půjčit, lze to i bez ní. Stačí po vnějším obvodu předkresleného obrazce do desky vyvrtat elektrickou vrtačkou mnoho dírek těsně vedle sebe o průměru 4 až 8 mm. Dřevotřísku mezi jednotlivými dírkami vyštípáte kleštičkami nebo vypáčíte šroubovákem, požadovaný tvar vylomíte a zabrousíte rašplí. Do horní podstavy vyřízněte otvor pro bassreflexový nátrubek, do spodní pro misku se svorkami a do čelní desky otvory pro montáž reproduktorů. Vzdálenost středů (respektive os) reproduktorů by měla být v rozmezí 17 až 18 cm. Tuto vzdálenost jsem stanovil na základě nejvhodnějšího ovlivnění amplitudové a směrové charakteristiky v okolí dělící frekvence. V této frekvenční oblasti hrají oba dva reproduktory a tudíž jimi vyprodukované zvukové vlny navzájem interferují. Výklad problematiky interferencí však přesahuje rozsah tohoto článku.
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
Plášť zhotovíte z břízové překližky 42 x 85 cm. Vyznačte si na obou překližkách středy delších stran a ponořte jednu tuto desku do vařící nebo alespoň horké vody na 15 až 20 minut a zatěžte ji, aby neplavala na hladině. Mezitím si upevněte do svěráku horní podstavu čelní stranou dolů a připravte několik metrů silného provazu, případně cokoli dalšího, čím budete překližku ohýbat, několik vrutů s velkými podložkami, lepidlo na dřevo, vrtačku s vrtákem o průměru 2 mm a šroubovák. Po vyndání překližky z vody máte na její ohnutí přibližně 5 minut. Pak vychladne a lehce praská, takže je třeba pospíšit si. Doporučuji nejprve jakkoli přibližně ohnout podél delší strany a svázat provazem, aby držela ohnutá. Na vrchol horní podstavy a jeho těsné okolí po obvodu naneste větší množství lepidla a ohnutou překližku přiložte k vrcholu horní podstavy místem, které jste si označili jako střed delší strany. Hranu překližky zarovnejte s hranou horní podstavy a přichyťte jedním vrutem s velkou podložkou. Pro všechny vruty je vhodné předvrtávat díry o průměru 2 mm. Poté přilepte překližku k horní podstavě a po celém obvodu podstavy zarovnejte s hranou. Minimálně každých 5 cm přitahujte postupně od vrcholu k čelní stěně dalšími vruty s velikou podložkou, aby se překližka k podstavě dobře přilepila.
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
Nyní stejným způsobem přilepte a přišroubujte spodní podstavu. Dodržte rovnoběžnost podstav respektive vzdálenost jejich vnějších stěn 40cm a také si ohlídejte rovnoběžnost čelních stran podstav. Překližka by tedy měla na středu své delší strany u spodní podstavy přečnívat o 2cm a vzhledem k tomu, že má spodní podstava menší obvod než horní, bude u čelní strany spodní podstavy překližka po dotažení přečnívat ještě o několik cm více. Lepidlo nechte zaschnout (minimálně 1 den, dle typu lepidla). Po zaschnutí odšroubujte všechny vruty a sundejte z pláště provaz (pokud jste tak již neučinili). Tloušťka stěny 4mm není dostatečná, ale silnější překližku je téměř nemožné s amatérským vybavením ohnout do takovýchto tvarů, takže je nutné vyrobit stěnu dvojitou. Mezi dvěma překližkami by ale vznikly dutiny a stěny by mohly rezonovat. Abyste vzniku těchto dutin zabránili, vyplňte prostor mezi překližkami tkaninou a lepidlem. Deku nebo vatelín o rozměrech přibližně 40 x 80 cm natřete velkým množstvím lepidla na dřevo a přiložte na plášť ozvučnice (na ohnutou překližku). Stejným způsobem si připravte a následně ohněte druhou břízovou překližku 42 x 85 cm a přišroubujte ji na plášť s dekou. Kratší strany obou překližek k sobě silně přitáhněte několika svěráky. A nechte lepidlo minimálně 2 dny zaschnout. Po zaschnutí lepidla odšroubujte všechny vruty kromě krajních. Na každé podstavě zůstanou tedy pouze dva vruty u jejich čelních stran. Nyní pilou na dřevo ořízněte přečnívající překližku u spodní podstavy. Plášť přišroubujte vruty (už bez podložek) každé dva cm po celém obvodu ke spodní i k horní podstavě. Postupujte opět směrem od vrcholu k čelní stěně. Všechny vruty zapouštějte následujícím způsobem: Předvrtejte dírku o průměru 2mm do hloubky odpovídající přibližně dvěma třetinám délky vrutu, ve stejném místě provrtejte plášť skrz 4mm vrtákem a přibližně 2 až 3mm pod povrch pláště vyvrtejte mělkou díru průměru 8mm pro zapuštění hlavy vrutu. Následně všechny vruty zatmelte akrylátovým tmelem. Překližku po obvodu obou podstav zabruste rašplí tak, aby byly hrany oblé (poloměr zaoblení by měl být přibližně 10mm), zatmelte a znovu přebruste smirkovým papírem. Tmelení a broušení můžete několikrát zopakovat. Zatmelte silikonovým tmelem místo styku podstav s pláštěm i zevnitř, aby nikde nebyly mezery. Nyní namontujte misku se vstupními svorkami. Mezi misku a dřevo je vhodné vložit těsnění nebo opět použít silikonový tmel. Do otvoru v horní podstavě zasuňte bassreflexový nátrubek 55 x 185 mm a přilepte ho zevnitř tavicí pistolí nebo silikonovým tmelem. Poté zhotovte vyhybku podle schématu. Obě vzduchové cívky můžete přichytit plastovými šrouby M4 přímo k spodní podstavě, přičemž matice z vnější strany zapustíte a následně i zatmelíte.
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz
Na stěny zevnitř nalepte přibližně 2 až 4 cm tlumícího materiálu. Tím může být tlumící rouno prodávané například v Dexonu nebo vatelín. Vhodná je také skleněná vata, kterou pokryjete nějakou tkaninou, aby se zdravotně závadné drobné částečky skleněné vaty neuvolňovaly skrz nátrubek do okolí. Kolem bassreflexového nátrubku je vhodné nalepit tlumícího materiálu méně. Nyní nainstalujte reproduktory do čelní desky a upevněte je metrickými šrouby průměru 4mm. Matice je vhodné z vnitřní strany zapustit a přilepit (například tavicí pistolí nebo tmelem), aby se neprotáčely. Čelní desku přilepte a několika vruty přišroubujte k čelním stranám obou podstav. Vatu, vatelín nebo tlumící rouno smíchejte s lepidlem na dřevo a ucpěte touto kašovitou hmotou mezery mezi pláštěm a čelní deskou. Přibližně každé 2 cm plášť přišroubujte k čelní desce. Vruty opět zapusťte a zatmelte. Aby nedocházelo k difrakcím (ohybu zvukových vln, viz výše) na hranách košů reproduktorů, musí se reproduktory zapustit tak, aby byly okraje košů zarovnány s čelní deskou. K zapouštění do dřevotřískové čelní stěny by bylo zapotřebí běžně nedostupných nástrojů. Takže pokud jimi nejste vybaveni, vyřízněte do překližky tloušťky 4mm a rozměrů 20 x 40 cm kruhové otvory přesně tak, aby do těchto otvorů zapadly koše reproduktorů. Obvod koše výškového i basového reproduktoru je vysoký také přibližně 4mm, takže by po přilepení této překližky k čelní stěně měly být oba reproduktory přesně zarovnané s čelní stěnou. Případné mezery mezi překližkou a reproduktory můžete zatmelit. Teď reproduktory opět vymontujte, aby se v průběhu dalších úprav nepoškodily. Seřízněte přečnívající části pláště za rovno s čelní deskou a všechny hrany zabruste do obla rašplí, zatmelte a přebruste smirkovým papírem. Ozvučnici natřete jakoukoli barvou na dřevo. Já jsem použil tmavě červenou akrylátovou barvu, ale to záleží na vašem vkusu. Propojte výstupy výhybky s terminály reproduktorů krátkými kabely o průřezu optimálně 2 x 4mm čtverečních a reproduktory opět přišroubujte metrickými šrouby.
(c) Martin Olejár, www.elweb.cz


obrázek/schéma ve formátu gif