Úvod

Často se setkáváme s pošetilým názorem, že zesilovače musí dodat trvalý maximální výkon v celé šířce přenášeného pásma a nejsou ani názorové výjimky, že Hi-Fi zesilovač musí být schopen pracovat v celé šířce pásma při trvalé limitaci +3 či dokonce +6dB!

Abychom si udělali v pracovní oblasti zesilovače trochu jasno, musíme přesně definovat rozsah vstupních signálu a tím i oblast, kde chceme a budeme parametry zesilovače měřit, tak aby měření alespoň částečně korespondovalo s poslechovými vlastnostmi zesilovače a nejenom s marketingovými záměry jeho konstruktéra či prodejce.

 

Limitace a Hi-Fi

Žádný zesilovač a Hi-Fi již vůbec ne by se neměl do limitace vůbec dostat či dokonce opakovaně dostávat! Jak již bylo zmíněno v článku Hi-Fi zesilovače a výkony, ale i v článku Fyziologický regulátor hlasitosti, každý zesilovač si musí umět poradit se středním výkonem, ale i s výkonem špičkovým a přitom si zachovat dostatečný odstup od šumu, při co největší věrnosti k původnímu signálu, odtud i název Hi-Fi tedy High Fidelity, česky vysoká věrnost! 

Jakákoliv limitace je jev nežádoucí a v kategorii Hi-Fi naprosto nepřípustná, proto je nutné konstruovat zesilovače s opravdu velkými špičkovými, krátkodobými výkony, často značenými jako hudební. Jak vyplývá z následujícího textu, je maximální - špičkový, krátkodobý, hudební výkon největší slabinou většiny Hi-Fi zesilovačů, je často maskován zbytečnou a zavádějící marketingovou honbou za velkým výkonem trvalým, středním. Podívejme se však na samotné úrovně a jejich rozsah.

 

Energie zvuku

Zvuk je mechanické vlnění, které je vyvoláno energii, stále platí zákon o zachování energie a zánik zvuku, mechanického vlnění nastává odevzdáním mechanické energie a přeměnou na energii jinou.

 

Práh slyšení

Práh slyšitelnosti či slyšení je nejnižší hladina, kterou začíná člověk slyšet, je jim hladina akustického tlaku 0dB, což odpovídá intenzitě zvuku 10-12Wm-2, čemuž odpovídá akustický tlak 2*10-5Pa.

 

Práh bolesti

Práh bolesti je již taková hladina zvuku, která vyvolává bolest, je jim hladina akustického tlaku 130dB, což odpovídá intenzitě zvuku 10Wm-2, čemuž odpovídá akustický tlak cca 63Pa, vyšší intenzity akustického tlaku již mohou poškodit sluch, případně i další orgány.

 

Počítání s intenzitou a akustickým tlakem

Pro přepočet intenzity zvuku můžeme použít I=10log(I1/I0). Prahu slyšitelnosti I0 odpovídá intenzita zvuku 10-12Wm-2

Pro přepočet akustického tlaku můžeme použít X=20log(P1/P0). Prahu slyšitelnosti P0 odpovídá akustický tlak 2*10-5Pa." 

 

Úrovně při reprodukci

Abychom se mihli co nejvíce přiblížit původnímu, nahrávanému zvuku, musí být úrovně při reprodukci totožné s úrovněmi při záznamu.

Střední úroveň akustického tlaku nastavíme na hranici 90dB, tedy hlasitost 90fónů, elektroakustický řetězec musí být schopen s dynamického rozsahu +26dB nad střední úroveň hlasitosti, tedy zvládá akustické špičky na úrovni 116dB! 

 

Výkonové poměry

Podívejme se jaké budou panovat výkonové poměry. Máme rovnostranný trojúhelník o straně 1,4m, kde ve dvou rozích máme reproduktorové soustavy a ve třetím, zbývajícím rohu je posluchač. Reproduktorové soustavy mají citlivost 90dB a vytvoří při výkonu 2x1W akustický tlak v místě posluchače 90dB.

Pro zvládnutí dynamického rozsahu +26dB nad střední úroveň výkonu 2x1W, potřebujeme zesilovač, který disponuje minimálním hudebním či špičkovým výkonem minimálně 2x400W! Například dva Moduly zesilovače HQQF-55-506W-5-1.

 

 

 

 

Zrychlení hmotného bodu

Zrychlení hmotného bodu jako parametr? Ano a=Δv/Δt, i když se to nezdá a nikdo to zatím takto neuvádí, ale všichni s ním vědomě či podvědomě pracují, právě zrychlení je jedním z velmi důležitých elektroakustických parametrů, který má své nezastupitelné místo v signálu akustickém, ale i v signálu elektrickém.  

 

Energie zvuku

Zvuk je mechanické vlnění vyvoláno energii a nejde o nic jiného než mechanickou energii, která pohybuje hmotným bodem. Vyjdeme-li ze samotné podstaty vzniku jakéhokoliv zvuku, kde na hlasivky, strunu či jakýkoliv jiný hmotný bod působí síla, pak tato síla vyvolá zrychlení hmotného bodu, které je úměrné síle a nepřímoúměrné hmotnosti hmotného bodu.

 

Amplituda zvukové vlny

Z výše popsaného je patrné, že při konstantní síle působící na hmotný bod, dosáhneme konstantního zrychlení hmotného bodu. Pokud však zvýšíme frekvenci, změníme směr působení síly na hmotný bod častěji, bude frekvence kmitání hmotného bodu vyšší, ale současně bude amplituda kmitání hmotného bodu nižší.

 

 

Závislost amplitudy na frekvenci

Vyjádřením mezní síly působící na hmotný bod, dostaneme i mezní zrychlení hmotného bodu, odtud získáme i závislost amplitudy na frekvenci a zjistíme, že akustické signály s frekvencí slábnou, stejné zjištění se prokázalo u vývoje SACD a DVDaudia, stejné mechanismy platí při záznamu na Vinyl, viz text SACD, blíže vinylu?.

 

 

 

SACD realita

SACD jednobitový převodník byl vyvinut právě na základě poznatků, že amplituda akustického signálu s frekvencí klesá. SACD jednobitový převodník ctí velmi přesně mezní konstantní zrychlení hmotného bodu a výsledkem je, že mezní výstupní napětí je nepřímo úměrné frekvenci. SACD převodník vzorkován frekvencí 2,8MHZ má na vykreslení 1/4 10Hz periody 2.800.000/4/10=70.000kroků, na vykreslení 1/4 1kHz periody již jenom 700kroku a na vykreslení 1/4 100kHz periody pouhých 7kroků.

 

 

Podíváme-li se na rozbor záznamu SACD, jak jej pořídil Pavel Macura na slovanetu, pak vidíme, že vpravo nahoře je nedosažitelná oblast. Oblast kde se nikdy nemůže ani teoreticky signál vyskytovat a je zcela pošetilé abychom právě na takové pásmo zesilovač dimenzovali, ne tak v této oblasti seriozně měřili.

 

 

Tabulky frekvencí, amplitud a potřebných rychlostí přeběhu

Hodnoty pro výstupní amplitudu 50V a zlomovou frekvenci 1kHz

 

 

Jak je patrné pro výstupní amplitudu 50V a zlomovou frekvenci 1kHz nepřekročí rychlost přeběhu, SR 314mV/µs, při frekvenci 100kHz bude výstupní amplituda pouhých 500mV

 

 

Hodnoty pro výstupní amplitudu 50V a zlomovou frekvenci 10kHz

 

 

Jak je patrné pro výstupní amplitudu 50V a zlomovou frekvenci 10kHz nepřekročí rychlost přeběhu, SR 3,2V/µs, při frekvenci 1MHz bude výstupní amplituda pouhých 500mV, což přesně koresponduje s Měřením zesilovače HQQF-55-506W_ULN pro vysoké frekvence.

 

Závěr

Závěrem je nutno říci, že každý zesilovač má svůj mezní, hudební výkon, měl by bezpečně přežít jeho překročení, například limitací, ale není povinen jej trvale dodávat, proto se může například odpojit, stejně jak při jakékoliv jiné poruše. Každý zesilovač však při provozu běžně dodává střední výkon, který je pouhým zlomkem výkonu hudebního, maximálního.

 

Dále je nutno napsat, že každý zesilovač má mít dostatečnou šířku pásma, která by měla být větší jak 200kHz a není na závadu mnohem více. Reálný provoz však nikdy nenavodí stav, kdy by na výstupu byla při vysokých frekvencích plná amplituda, proto postačí měření na 100kHz při 1% hudebního výkonu. Každý zesilovač takové měření musí bezpečně zvládnout, třeba i do řádu několika MHz, které se mohou kdykoliv v řádu mV naindukovat na vedení, aby nedošlo k panice, jak tomu bylo u Aldax SPV 250P či jak dodnes elweb pošetilé popírá šířku pásma nad 20kHz a dynamický rozsah hudby nad 6dB!

 

Je třeba vždy mít na paměti, že zesilovač od cca 5÷10Hz do cca 200÷500Hz je často namáhán plným výkonem, který by měl krátkodobě zvládat až k hranici limitace, reálný provoz stejně jak měření je nutno dále provádět za s frekvencí snižujícího se výkonu, vždy tak aby nedošlo k poškození zesilovače a měření obsáhlo všechny možné v provozu vyskytnuvší se stavy. Pro seriozní měření postačí od 10kHz snižovat úměrně výkon až za mezní kmitočet.

 

 

Diskuse