Rozhovor
s konstruktérem a akustikem panem Ingvanem Öhmanem
na téma zcela nové konstrukce reprosoustav
GURU QM10.
V roce 1977 založil výzkumný ústav pro studium
lidského sluchu. /
Stockholm /
Firma GURU PRO AUDIO byla založena v roce
2004.
Tyto reproduktorové měniče
byly vyrobeny speciálně pro QM 10 – jaké jsou jejich charakteristické
vlastnosti?
1. Membrána středobasu je vyrobena z dvouvrstvého papírového
kompozitu, který zajišťuje, aby se její pomocí zvuk šířil dostatečně pomalu, aby
vyzařovaná akustická vlna byla dostatečně zakřivená a mohla působit v
součinnosti s velkým rozptýlením vysokotónových reproduktorů.
2. Délka zdvihu systému magnetu středobasového reproduktoru
je +/- 5 mm
lineárně a je navržena tak, aby odpovídala jeho velikosti a vyhovovala
širokopásmovému použití. Toto je zásadní pro reprodukci nízkých frekvencí bez
nepříznivých modulací ve středním pásmu (hloubkový reproduktor/boomer si s tím
poradí hůř než středotonový reproduktor/squawker).
3. Okraj reproduktoru - závěsu má tvar jednoduchého
polovičního oblouku, který je minimalizovaný, což také přispívá k tomu, že
modulační efekt je udržován na nízké úrovni. Čím větší tento poloviční oblouk
je, tím víc se bude při pohybu (a to i při malém pohybu) měnit vyzařující
oblast. Proto se snažím, aby byl závěs pokud možno co nejmenší, přitom ale
natolik velký, aby se dokázal vyrovnat s maximálním lineárním pohybem magnetu,
ale ne víc než o 50%.
4. Systém magnetu hloubkového reproduktoru je také silný a
hodnota činitele tlaku - tj. asi 176 pa/V - je ve skutečnosti velmi vysoká
(vyšší než u většiny 18“
PA-driverů!), což znamená, že může uvnitř boxu vytvořit akustický tlak až 140 dB a to již při vstupním signálu -
zhruba při 1.1 V. Tím právě vzniká
tak specifický zvuk, který se šíří z této malé ozvučnice (Nízkofrekvenční výstup
je výslednicí vstupního napětí x činitele tlaku x objemu boxu x izotermizačního
činitele. Jediným nepřítelem jsou zde vedle toho pouze nežádoucí ztráty, které
se snažím udržovat na nízké úrovni.)
5. Silný magnet
v kombinaci s relativně lehkou cívkou
systému umožňuje velmi vysokou vnitřní citlivost reproduktoru, která je důležitá
právě pro monitory systému Guru, neboť jejich konstrukce zohledňuje jak
kompenzace stereo-systému, tak kompenzace prostoru (vyžadují určitý volný
prostor pro „pozitivní kompenzaci“). To znamená, že reproduktor využívá tento
prostor při nízkých frekvencích ve svůj prospěch, zároveň to ale znamená, že se
musí vypořádat také s nekonstruktivními efekty tohoto prostoru. Většina z nich
může být odstraněna přidáním nějaké
absorpce za reproduktor. V rozsahu 200-300 Hz tento prostor ovšem přispívá k
destruktivním interferencím. To znamená, že reproduktor v systému musí mít
skutečnou citlivost kolem 90db, aby byla dosažena dobrá konečná citlivost
systému (~86db), kterou požadujeme.
Můžeš nám poskytnout nějaké detailní informace o tom, jakým
způsobem byla použita koncepce Helmholzova rezonátoru?
Nevím, kde začít, ale jádrem této koncepce je snaha
vyřešit každý aspekt problému odpovídajícím způsobem, což znamená ošetřit různé
dimenze zvuku různým způsobem – zohlednit každý aspekt akustické scény uvnitř
reproduktoru. Vnitřní chování boxu samotného musí být velmi neměnné, což zajišťuje
bezchybnou reprodukci středů. Při Helmholzově rezonanci ale musí být zároveň
akustické ztráty pokud možno co nejmenší (v ideálním případě by měla být 100%
kontrola reprodukce ze samotného hloubkového reproduktoru), proto je to celé o
technice vnitřní akustiky. U tak malého boxu je také zřetelnou výhodu použití
štěrbinového otvoru (slit port). Jedním z důvodů použití této specifické
konstrukce je eliminace fenoménu tzv. „rezonance píšťaly varhan“ (organ pipe
resonance), tj. rezonance půlvlny (half wave resonance). Dalším důvodem je, že
při při použití válcového otvoru by se délka otvoru v kombinaci s jeho průměrem
na hranici přetížení projevila velkým
posunem ladící frekvence (tuning frequency). U štěrbinového otvoru (portu) je
ale tento posun velmi malý právě díky absenci symetrie výška/šířka. Výška otvoru
je velmi malá a rádius hrany (rim radius) může být proto také velmi malý,
přičemž na konci ale výrazně expanduje na povrch.
Já se vždycky snažím
navrhovat konstrukci otvorů tak, aby se blížily přetížení (overloading). To může
znít divně, ale mám zkušenost, že pokud máte otvor zhruba na stejné úrovni jako
woofer (nebo v tomto případě boomer), je to přínosem pro transientní zvuky
(transient behaviour). Pokud přetížíte driver dříve, než to udělá tento port,
budou mít basové transienty tendenci se zabarvit, protože Q H-rezonátoru při
přetížení driveru výrazně vzroste (mechanický odpor totiž vzrůstá, když okraj
reproduktoru (surround) opouští svůj lineární pohyb), což vytváří neartikulovaně
zvonivý bas. Ten nevystoupá ke svému skutečnému Q (tj. 7- 9), ale značně výše než
mnohem nižší Q, které je v dosahu, pokud je vytvářeno wooferem pracujícím uvnitř
svého lineárního rozsahu. Krátce: tento port musí převzít od driveru úlohu
ovladače (controller), když tento ovladač začíná být
přetížený.
Co je míněno oněmi 2-7 kHz – což není zrovna
učebnicový příklad funkce dělícího kmitočtu výhybky? Můžeš to nějak rozvést?
Dobře, zase se to týká mnoha věcí. Můžu začít třeba s tím,
že výhybka má mnoho funkcí. Dvě hlavní funkce jsou tyto: výhybka přesunuje při
změně frekvence energii od jednoho driveru ke druhému a chrání také výškový
reproduktor před přetížením. Některé další funkce:
1. Komunikovat s drivery s impedancí optimalizovanou na
nižší zkreslení a minimalizující kompresi. (Toto zkreslení je u monitoru QM10 ve
středním a vyšším pásmu o víc než 4dB nižší, než kdyby byly drivery buzeny přímo
ze zesilovačů!, tj. kdyby se jednalo o konvenční aktivní konstrukci. Tepelná
komprese je méně než poloviční. To platí také pro aktivní verzi, která je na
cestě / bude v nabídce koncem roku 2009 /, protože se nejedná o v pravém slova
smyslu klasickou aktivní konstrukci. Zachovává totiž všechny výše zmíněné
přednosti současné konstrukce výhybkového typu.)
2. Výhybka u QM10 řídí také vertikální rozptýlení, takže
zvukové vlastnosti jsou modulovány tak, aby reproduktory přestaly působit dojmem bodového
zdroje. To také umožňuje, aby reproduktor fungoval stejně, ačkoliv je
vzhledem k posluchači umístěn v různých výškách (jako ve stupňovitém hledišti).
Aby mohl reproduktor toto „kouzlo“ provést, musí s výškou měnit i charakter a
nesmí dovolit uším, aby ho detekovaly jako zdroj zvuku. To se daří optimálně ve
frekvenčním rozsahu 800 – 7 kHz. U
QM10 to ale není možné právě proto, že výškový reproduktor nemůže fungovat při
tak nízkých frekvencích. V praxi to ale nepředstavuje zas tak velký problém,
protože náš sluch může být snadno oklamán jistými záchytnými body na bázi
dominujících vysokých frekvencí, které zde z psychoakustických důvodů vyhrávají
nad nedostatkem výškami modulované informace ve frekvenčním pásmu mezi 800 – 2000 Hz.
3. Velká část kompenzace stereo-systému je prováděna díky
použití příslušného tvaru ozvučnice (baffle shape) nebo spíše tak, že se rohům
reproduktoru přidá nějaká protifázová odezva formující tón. Tato složka výkonu
může být provedena vlastně jenom tímto způsobem, venku v oblasti akustického
dekodéru, do které vstupujeme reproduktorem. Pokusy dosáhnout toho v
nekomplikované jednodimenzionální sféře „trafer-link world“ ještě před
reproduktorem jsou odsouzeny k neúspěchu, neboť jakákoli zvuková změna provedená
zde by formovala zvuk vycházející z reproduktorů VE VŠECH SMĚRECH. Nicméně,
pouze zvuk vycházející přímo z reproduktorů směrem k posluchači musí mít korekci
stereo-systému (aby byla zajištěna psycho-akustická lineární odezva, tj. aby
reakce ušního bubínku byla stejná u uměle vytvořeného zvukového obrazu
(fantomatický obraz, phantom image) jako u skutečného zvukového zdroje, který se
pohybuje po scéně), protože odražený zvuk dosahuje bodů v různých směrech
přirozeně a není zde zapotřebí zvukové nedostatky stereo systému nijak
kompenzovat . ALE – pouze ozvučnice (baffle) reproduktoru může v tomto směru
udělat něco podstatného. Zbytek úkolu spočívá v tom, vytvořit „neviditelný
zvuk“, což se dělá jinými prostředky. Jedním z nich je právě výhybka, která řídí
nejen amplitudu od každého driveru, ale také způsob, jakým navzájem
spolupracují. To ale nestačí. U QM10 musí být woofer opět aktivován zhruba při
6,5 kHz a dodávat část korekcí zaměřených v zásadě pouze frontálně, což nedokáže
výškový reproduktor, který má příliš velké rozptýlení.
Jak zmíněné (a také další) skutečnosti přispívají k
ohromnému zvuku a silným basům, které se linou z této malé soustavy?
Už jsem se toho dotknul, ale myslím, že se
ještě mohu pustit trochu do detailů. Jedna z věcí, které jsem se snažil
dosáhnout, je dát těmto reproduktorům takový výkon, aby nekomunikovaly pouze s
jedním posluchačem, který sedí v nějakém „ideálním bodě“ (sweet spot), protože
mám sice rád slovo „ideální“, ale nemám moc rád slovo „bod“. Kolik uší se vejde
do jednoho bodu? Ani ne dvě! A nedovedu si představit, jak lidi v reálné životní
situaci zápasí o nějaký ideální bod, kam by umístili svoje křeslo!
Je evidentně něco velmi špatného, pokud je taková potřeba ve
světě reprodukované hudby
akceptována.
Zkouším proto dosáhnout toho, aby reproduktory bylo
možné poslouchat z jakéhokoli bodu v šířce samotných reproduktorů. Vedle již
zmíněných vlastností vertikálního rozptýlení zvuku to v zásadě znamená, že musí
vykazovat fázově stabilní chování uvnitř dosti velkého horizontálního okna a že
potřebují také určité horizontální směrování. Pokud jsou tyto vlastnosti
splněny, budou reproduktory fungovat tak, že budou vytvářet spíš jakési
holografické okno než otevírat 3D-okno do světa nahrávky. Konečně, když jsou
reproduktory nastaveny sbíhavě (if toed in), může být vnímání prostoru
vybalancováno tak, že HAAS-efekt ztratí svoji typickou
dominanci. Normálně to znamená, že
posluchač sedící ve středu vidí vlastně vnější strany obou
reproboxů. Co se týče výkonu v rozsahu nízkých frekvencí – jde
pouze o to nic nepromarnit. Nevím už kolikrát jsem slyšel lidi říkat, že QM10 má
takový výkon, že to vypadá jako by nerespektovaly fyziku. To samozřejmě není
pravda, ale já se opravdu snažím dostat se blízko k limitu možného (je to tak
blízko, že to většina ani nedokáže sluchem rozlišit, což může přirozeně budit
dojem, že něco dokáže vzdorovat zákonu fyziky). Existuje matematické / fyzikální omezení pro to, čeho
může být dosaženo, a které zhruba říká, že vetší box může jít buď hlouběji do
basů nebo může dostat větší účinnost. Reproduktor, který má větší účinnost musí
obětovat svoji velikost nebo rozsah (extension), a že reproduktor, který má
lepší rozsah, musí obětovat svoji velikost nebo účinnost. Toto omezení se ale
liší v závislosti na typu
boxu.
Optimální Helmholtz-rezonátor je lepší než normální
symetrický tlumený bas-reflexní box (bass reflex box), který je ale lepší než
transmission-line systém. Ten je ale zase lepší než
box uzavřený (closed box)…
Většině konstrukcí zbývá k tomuto limitu víc než pár dB,
některé jdou přes 10 dB. Snažím se dostat mnohem blíž.
Při konstrukci reproduktorů,
které mají fungovat v blízkosti zdi
a ve specifické výšce nad podlahou / 60-80cm /, je možné brát v úvahu také
podporu těchto parametrů a reproduktor pak může takového vyrovnání (equation)
využít… U normálních konstrukci reproduktorů (kde se nebere v úvahu žádný
prostor) stojí každá oktáva rozsahu 9 dB, ale ne tehdy, podílí-li se na
vyrovnání (equation) částečně také podpůrný prostor. Odrazy od stěn nad
konstruktivně interferující rozsah jsou odtlumeny.. Pak získáte k dobru nejméně
9 dB, které pak mohou být použity pro oktávu navíc. Tato extra oktáva vás ale
dostane dolů do frekvenčního rozsahu, kde prostor začíná představovat reaktivní
akustické zatížení (reactive acoustical load) (kdy další a další odrazy od
povrchu se navzájem dostávají do fáze) a vy vlastně dostáváte víc než extra
oktávu, aniž byste obětovali citlivost. To platí v místnostech středních
rozměrů.
Umístění reprosoustav GURU QM10 /manuál/: http://www.guruproaudio.co.uk/installation.html
