Ozvučnica

Ozvučnica je akustické zariadenie, časť reproduktorovej sústavy brániaca akustickému skratu a vytvárajúca zvukovú charakteristiku reproduktorovej sústavy. Do ozvučnice sa upevňujú reproduktory. Môže byť vo forme samostatnej dosky, alebo uzatvoreného priestoru – drevenej, alebo plastovej debny. Veľkosť ozvučnice je úmerná použitým reproduktorom.

Princíp

Priamovyžarujúce reproduktory potrebujú pre svoju správnu činnosti ozvučnicu. Kmitavý osový (predozadný) pohyb membrány reproduktora vytvára akustický tlak na obidvoch stranách membrány, ale s opačnou fázou, čiže v okamihu vzniku akustického pretlaku na jednej strane vzniká fázovo opačný podtlak na strane druhej. Zvukové vlny s vlnovou dĺžkou väčšou ako je priemer membrány vyrovnávajú pretlak a podtlak a pre túto frekvenciu nastáva akustický skrat. Aby sa tomuto akustickému skratu zabránilo, upevňuje sa reproduktor na dosku zvanú ozvučnica. Táto doska predlžuje vzdialenosť medzi prednou a zadnou stranou membrány a tým posúva hraničnú frekvenciu, pri ktorej nastáva akustický skrat smerom k nižšej frekvencii. Akustické obvody vytvorené v ozvučnici preto vo výraznej miere ovplyvňujú priebeh frekvenčnej charakteristiky. Základným parametrom ozvučnice je jej tuhosť. Ozvučnica nesmie do akustickej cesty pridávať ďalšie vlnenia, nesmie mať žiadne vlastné kmity.

Delenie ozvučníc

Podľa konštrukčného riešenia sa typy ozvučníc delia na:

otvorené
uzatvorené
polouzatvorené (s otvorom)

Otvorená ozvučnica

Predstavuje najjednoduchšie ale najmenej vhodné umiestnenie reproduktora, môže byť dosková, alebo skriňová. Dobré výsledky dosahuje len pri veľkých rozmeroch ozvučnice. Skriňová ozvučnica je tvorená skrinkou bez zadnej steny. Takáto otvorená konštrukcia len predlžuje vzdialenosť medzi prednou a zadnou stranou membrány a tým posúva hraničnú frekvenciu pri ktorej nastáva akustický skrat..

Skriňová ozvučnica uzatvorená

Uzatvorená ozvučnica

Použitím tejto ozvučnice zamedzíme akustickému skratu. Problémom je, že uzatvorený priestor tvorí pretlakovú pneumatickú pružinu, ktorá pôsobí proti pohybu membrány reproduktora, a tým posúva rezonančnú frekvenciu k vyšším frekvenciám. Tieto ozvučnice sa používajú pre drahšie reproduktorové sústavy, kde sa snažíme dosiahnuť malé skupinové oneskorenie, teda čo najrýchlejšiu odozvu sústavy na vstupný signál. Obvykle sa vypĺňajú tlmiacim materiálom pre zamedzenie vzniku stojatého vlnenia vnútri ozvučnice a u nízkych frekvencií tiež pre zamedzenie vzniku tepla kompresiou vzduchu v ozvučnici. Rozmery ozvučnice musia byť volené tak, aby boli navzájom nesúdeliteľné napr. pomer strán 1 : 1,4 : 1,9. Tento typ ozvučnice je vhodný pre reproduktory s parametrom Qts vyšším ako 0,5.

Basreflexová skriňová ozvučnica

Uzatvorená ozvučnica

Basreflexová ozvučnica je momentálne najpoužívanejšia forma, pretože umožňuje vyžiariť nízke tóny účinnejšie než uzavretá. Táto ozvučnica obsahuje basreflexovú trubicu, ktorej úlohou je vyžiariť energiu protifázy zo zadnej strany spolu s energiou vyžiarenou prednou stranou membrány tak, že jej fázu zmení o 180° a to vďaka zotrvačnosti hmotnosti vzduchu v nátrubku a poddajnosti vzduchu v ozvučnici. Pri pohybe membrány smerom vzad sa teda vzduch v ozvučnici stlačí, no kvôli zotrvačnosti vzduchu v trubici nevyvolá jeho okamžitý pohyb. Ten zareaguje až s určitým oneskorením, kedy už membrána reproduktora smeruje dopredu a vyvoláva podtlak v ozvučnici. Z toho vyplývajú väčšie tlakové rozdiely vnútri ozvučnice a teda aj vyššie nároky na jej tuhosť. Vyrobiť takýto akustický obvod je však náročnejšie na výpočet než pri uzavretej ozvučnici. Ozvučnica neposúva rezonančnú frekvenciu reproduktora, ale správne funguje len v určitom frekvenčnom rozpätí a na nízkych frekvenciách už trubica vyžaruje signál s rovnakou fázou ako membrána reproduktora a vyvoláva teda akustický skrat. Frekvenčné pásmo, ktoré sme schopní takto lineárne reprodukovať, je ale širšie než má uzavretá ozvučnica, pričom pod frekvenciou ladenia ozvučnice je pokles amplitúdy viac závislý od klesajúcej frekvencie. Nevýhodou basreflexovej ozvučnice sú vyššie nároky na tuhosť ozvučnice (keďže v jej vnútri vznikajú väčšie tlakové rozdiely) a taktiež väčšie skupinové oneskorenie.

Izobarická ozvučnica

Tandemová izobarická ozvučnica

Izobarická ozvučnica (s konštantným akustickým tlakom) je konštrukcia, pri ktorej sú v uzatvorenej ozvučnici reproduktory umiestnené za sebou, tak aby sa tlakovo ovplyvňovali. Druhý reproduktor v tandeme kompenzuje tlak za membránou a tým odstraňuje efekt „tlakovej pružiny“. Druhý reproduktor je síce ovplyvňovaný tlakom za membránou, ale pre predný reproduktor, ktorý "hrá" vyrovnáva tlak pri pohybe membrány vzad, a ten pracuje bez skreslenia. Nevýhodou je cena za druhý reproduktor, ktorý slúži "len" na kompenzáciu akustického tlaku. Takáto forma má rôzne konštrukcie (magnet na magnet, tandem (za sebou), oproti sebe). Izobarické umiestnenie reproduktorov taktiež znižuje citlivosť sústavy.

Pásmový priepust

Pásmový priepust s ladeným nátrubkom

Pásmový priepust (bandpass) je konštrukcia, pri ktorej reproduktor nehrá bezprostredne do posluchového priestoru, ale cez ladený nátrubok (dĺžka, šírka). V uzatvorenej ozvučnici je nízkofrekvenčný rozsah interakciou reproduktora a ozvučnice, ale rozsah vyšších frekvencií je výsledkom prirodzenej charakteristiky reproduktora. Pri ozvučnici typu pásmový priepust predná časť reproduktoru vyžaruje do komory ktorá je naladená nátrubkom, čo vytvára filter ktorý obmedzuje frekvenčný rozsah reproduktora – ozvučnica prepúšťa len určité frekvencie. Výhodou je, že ozvučnica sa dá naladiť tak, aby vytvorila zisk v istom frekvenčnom pásme, takto teda dokážeme zväčšiť citlivosť na úkor šírky prenášaného pásma. Alebo zas naopak, dokážeme zväčšiť šírku prenášaného pásma na úkor citlivosti.

Pasívny žiarič

Pásmový priepust s ladeným nátrubkom

Pasívny žiarič (passive radiator) je typ ozvučnice podobný bass-reflexu, no s tým rozdielom, že namiesto bassreflexovej trubice je použitý pasívny žiarič. Ten je podobný reproduktoru, no nemá žiaden pohon (t. j. magnet a cievku). Rozdiel je v tom, že namiesto hmotnosti vzduchu v trubici tu máme hmotnosť membrány žiariča spojenú s poddajnosťou jeho závesu. Odpadá teda problém s prúdením vzduchu bassreflexovou trubicou, ktorý mnohokrát zapričiňuje počuteľné vzduchové turbulencie. Nevýhodou je zas vyššia cena.

Transmission Line

Pásmový priepust s ladeným nátrubkom

Ozvučnica má vnútorne zložitú štruktúru – vytvorený zvukovod, ktorý prenáša akustický tlak vyvolaný pohybom membrány reproduktora vzad. Dlhá akustická cesta spôsobí oneskorenie zvuku spôsobeného týmto pohybom a tým eliminuje akustický skrat. Niekedy sa vytvára zakrútená štruktúra podobná slimačej ulite. Oneskorenie v akustickej ceste sa musí vypočítať. Záleží najmä od rezonančnej frekvencie reproduktora, pričom dĺžka zvukovodu je minimálne štvrtinou vlnovej dĺžky rezonančnej frekvencie. Napríklad pre frekvenciu 30 Hz je tato dĺžka okolo 2,9 metra. Napriek tomu patria takéto konštrukcie k najpoužívanejším vo vysoko výkonných systémoch. Hlavným dôvodom je takmer žiadny odpor na zadnej (vnútornej) strane ozvučnice v prenášanom pásme, reproduktor sa správa takmer ako vo voľnom priestore. Tým sa dá dosiahnuť vysoká účinnosť vyžarovania, no zas klesá zaťažiteľnosť reproduktora.

Zvukovod

Pásmový priepust s ladeným nátrubkom

Na výstupe reproduktora je umiestnený nátrubok lievikovitého tvaru brániaci akustickému skratu. Používa sa hlavne pre vysokotónové reproduktory (pre nízkotónové reproduktory vychádzajú priveľké rozmery). Mení smerovú charakteristiku.

Materiál

Ozvučnica reproduktorovej sústavy musí mať tuhosť, aby nedochádzalo k nežiaducim parazitickým kmitom, vibráciám, rezonanciám a hmotnosť, aby sa kmitanie reproduktora neprenieslo do rezonancie celej sústavy. Preto sa vyrábajú z tuhého materiálu najlepšie so zložitou vnútornou štruktúrou pohlcujúcou vibrácie. Ideálna je hrubá drevotrieska, plast (obvykle tenkostenný, ale s rebrovaním), kov, ale aj betón a iné neštandardné materiály. Vnútro ozvučnice býva vystlané tlmiacim materiálom (vatelín, plsť, vata, filc) ktorý zabraňuje vlneniu vnútri ozvučnice (stojaté vlnenie). Veľkosť ozvučnice závisí hlavne od parametrov basového (stredového) reproduktora, ktorý má najväčší rozkmit membrány (premiestňuje najväčší objem vzduchu) a preto je na akustický skrat najcitlivejší.