Jak změřit reprosoustavu: návod pro začátečníky

Stručně: Výpočet ti řekne, jak by reprosoustava měla hrát. Měření ti řekne, jak opravdu hraje. Stačí měřicí mikrofon zhruba za 100 €, počítač a bezplatný program. Nejdůležitější jsou tři měření: kmitočtová charakteristika každého reproduktoru v hotové skříni, impedance hotové bedny a kontrola po zapojení výhybky.

Proč vůbec měřit

Každý program na návrh reprosoustav, včetně Loudsmithu, pracuje s modelem. Model vychází z údajů výrobce reproduktoru a z fyzikálních vzorců. Skutečnost se od něj liší z několika důvodů:

Parametry reproduktorů kolísají. Dva kusy téhož reproduktoru se běžně liší o 10 až 20 % v rezonanci i v dalších parametrech. Údaje v katalogu bývají navíc měřené jinak, než je použiješ ty.
Skříň není ideální. Tlumicí materiál, výztuhy, netěsnosti a místo, které zaberou reproduktory, mění objem i ladění.
Hrany a tvar skříně mění zvuk ve výškách a středech jinak, než se dá přesně spočítat.

Příklad z praxe: dánský konstruktér Troels Gravesen změřil tutéž basreflexovou skříň bez tlumení a s hustou výplní. Ladění kleslo z 37 Hz na 33 Hz, jen kvůli tlumicímu materiálu. U jeho hotových konstrukcí, které bývají tlumené vydatně, vychází skutečné ladění v průměru asi o 10 % níž, než dává holý vzorec. U stavebnic SEAS a konstrukcí s běžným tlumením sedí výpočet Loudsmithu na několik procent. Měření ti řekne, kde je tvoje bedna.

Dobrá zpráva: měření dnes není drahé ani složité.

Co potřebuješ

Věc	K čemu	Cena
USB měřicí mikrofon, například miniDSP UMIK-1 nebo Dayton UMM-6	kmitočtová charakteristika, s kalibračním souborem	kolem 100 €
Počítač s programem REW (Room EQ Wizard) nebo stránka měření reprosoustavy na Loudsmithu	přehraje testovací signál a vyhodnotí ho	zdarma
Zesilovač a kabely	napájení reproduktoru během měření	už máš
Stojan na mikrofon	stálá poloha mikrofonu	10 až 20 €
Přípravek na impedanci: rezistor 100 Ω a zvuková karta se vstupem a výstupem, nebo hotové zařízení Dayton DATS	impedance, ladění portu, parametry reproduktoru	10 až 150 €

Mikrofon v mobilu na měření reprosoustavy nestačí. Je nepřesný hlavně v basech a ve výškách. K hrubému porovnání míst v pokoji ho můžeš použít v plánovači místnosti.

Jak funguje měření kmitočtové charakteristiky

Program přehraje přes reprosoustavu stoupající tón od nejhlubších basů po nejvyšší výšky. Mikrofon ho zachytí a program porovná, co pustil a co slyšel. Výsledkem je křivka, která ukazuje, jak hlasitě reprosoustava hraje každý tón. Ideální by byla rovná čára.

Potíž je v tom, že mikrofon neslyší jen reprosoustavu. Slyší i odrazy od podlahy, stropu, stěn a nábytku. Ty křivku rozkmitají hřebenem špiček a propadů, které s reprosoustavou nemají nic společného.

Řešením je jednoduchý trik: časové okno. Přímý zvuk z reprosoustavy dorazí k mikrofonu jako první. Odraz od podlahy dorazí o několik milisekund později, protože letí delší cestou. Program použije jen začátek záznamu, před příchodem prvního odrazu, a zbytek zahodí. Dostaneš tak měření jako ve velké bezodrazové komoře.

Má to jednu cenu. Čím kratší okno, tím hůř zachytí hluboké tóny. Platí zhruba: nejnižší frekvence, kterou okno spolehlivě zachytí, je 1 děleno délkou okna. Okno 5 ms tedy platí zhruba od 200 Hz výš. Proto se basy měří jinak, zblízka.

Krok 1: měření ze vzdálenosti (středy a výšky)

Postav reprosoustavu doprostřed pokoje, co nejdál od stěn. Nejlépe na stojan nebo židli, aby byl výškový reproduktor ve výšce asi 1 m nebo výš.
Mikrofon dej do vzdálenosti 50 cm až 1 m, do výšky výškového reproduktoru nebo mezi reproduktory. Když měříš jednotlivý reproduktor, dej ho do jeho osy.
Hlasitost nastav tak, aby test zněl zřetelně, ale ne nepříjemně. V jednom metru je to zhruba 80 až 85 dB.
Změř každý reproduktor zvlášť a mezitím s ničím nehýbej. Mikrofon ani bedna se nesmí pohnout, jinak nesedí časový vztah mezi reproduktory, který výhybka potřebuje.
Pokud navrhuješ výhybku poctivě, změř i mimo osu: 15°, 30°, 45° a 60° do strany. Ukáže to, jak reprosoustava hraje do pokoje, nejen přímo na tebe.

Stránka měření reprosoustavy ti podle zadané vzdálenosti a výšky sama spočítá, kdy dorazí odraz od podlahy a od jaké frekvence měření platí.

Krok 2: měření zblízka (basy)

Když dáš mikrofon úplně blízko k membráně, je její zvuk tak silný, že odrazy od pokoje se proti němu ztratí. Takto se změří basy bez okna.

Mikrofon umísti 1 až 2 cm od středu membrány basového reproduktoru tak, aby se jí nedotýkal.
Uber hlasitost. Zblízka je zvuk velmi silný a mikrofon by se mohl přebudit.
U basreflexu změř zblízka i ústí portu. U pasivního radiátoru jeho membránu.
Program port a reproduktor sečte podle jejich plochy. Větší plocha vyzařuje víc, proto se port při sčítání přepočítá poměrem ploch.

Měření zblízka je přesné zhruba do frekvence, při které je vlnová délka podobná velikosti membrány. U 17cm reproduktoru je to několik set hertzů, což stačí, protože výš už platí měření ze vzdálenosti.

Krok 3: spojení obou měření

Basy zblízka a středy s výškami ze vzdálenosti se spojí do jedné křivky. Spojují se v oblasti, kde jsou obě měření platná, typicky mezi 200 a 400 Hz. Měření zblízka nezachytí, že vzdálená přední stěna přestává basy podpírat. Tomu se říká baffle step, tedy pokles basů až o 6 dB, když je vlnová délka větší než přední stěna bedny. Při spojování se proto basy zblízka upraví podle šířky přední stěny.

Na Loudsmithu se to děje automaticky. Výsledek uložíš jako soubor FRD, tedy textový soubor s frekvencí, úrovní a fází, který umí číst VituixCAD, XSim i Loudsmith.

Krok 4: impedance a ladění portu

Impedance ukazuje, jaký odpor klade reproduktor ve skříni proudu při různých frekvencích. Na první pohled vypadá suchopárně, ale je to nejlepší kontrola, jestli skříň vyšla podle výpočtu.

Uzavřená ozvučnice má jeden vrchol. Jeho frekvence je rezonance reproduktoru ve skříni, fc. Pokud je výrazně vyšší, než ukazuje výpočet, je skříň menší nebo méně tlumená, než si myslíš.
Basreflex má dva vrcholy a mezi nimi propad. Propad je ladění portu, fb. Pokud je výš, než jsi chtěl, port prodluž. Pokud je níž, port zkrať. Rada: udělej port nejdřív o něco delší a zkracuj ho postupně, je to jednodušší než prodlužování.
Pasivní radiátor se chová podobně jako basreflex. Ladění změníš přidáním nebo ubráním závaží na radiátoru.

Impedance se uloží jako soubor ZMA. U pasivní výhybky je nezbytná, protože součástky výhybky reagují na skutečnou impedanci reproduktoru, ne na jeho jmenovité 4 nebo 8 Ω.

K měření impedance stačí jednoduchý přípravek: rezistor 100 Ω v sérii s reproduktorem a zvuková karta, která měří napětí před rezistorem a za ním. Postup krok za krokem najdeš v návodu k REW. Pohodlnější je hotové zařízení Dayton DATS, které změří impedanci i parametry reproduktoru jedním tlačítkem.

Krok 5: parametry reproduktoru

Pokud chceš mít jistotu ještě před stavbou skříně, změř Thiele-Smallovy parametry samotného reproduktoru. Postup s přidanou hmotou a vzorce najdeš v článku Kde vzít data reproduktorů. Nový reproduktor nech nejdřív několik hodin hrát basy při střední hlasitosti. Závěs se trochu uvolní a rezonance klesne, proto se nový reproduktor měří až po zahrání.

Krok 6: kontrola hotové reprosoustavy

Když je výhybka zapojená, změř celou reprosoustavu ze vzdálenosti v ose a v několika úhlech. Porovnej křivku s návrhem. Pokud se v širším pásmu liší o víc než 1 až 2 dB, je někde chyba: špatně zapojená polarita reproduktoru, jiná hodnota součástky nebo posunuté reproduktory.

Polaritu zkontroluješ jednoduše: na dělicím kmitočtu by se reproduktory měly sčítat. Pokud je tam hluboký propad, je jeden reproduktor pravděpodobně přepólovaný.

Nejčastější chyby

Přebuzený mikrofon nebo zvuková karta. Křivka je pak podivně plochá nebo plná nesmyslů. Uber hlasitost.
Chybějící kalibrační soubor mikrofonu. Každý měřicí mikrofon má vlastní soubor podle sériového čísla. Bez něj můžou být výšky posunuté o několik dB.
Pohnutý mikrofon mezi měřeními reproduktorů. Výhybka pak počítá se špatným časováním.
Příliš dlouhé okno. Křivka ve výškách a středech je zubatá od odrazů. Zkrať okno.
Reprosoustava na zemi nebo u stěny. Odraz dorazí příliš brzy a okno musí být velmi krátké.
Hluk během měření. Lednička, auto za oknem nebo kroky se projeví v basech. Měř v tichu.
Porovnávání křivek s různým vyhlazením. Vyhlazení 1/3 oktávy skryje, co 1/24 oktávy ukáže. Porovnávej stejné se stejným.

Jak měření použije Loudsmith

V kroku Reproduktory nahraješ ke každému reproduktoru jeho FRD a ZMA. Aplikace pak místo modelu počítá se skutečným měřením.
Výhybku navrhne podle naměřených křivek, včetně skutečného chování na hranách skříně a skutečné impedance.
U aktivního dělení vytvoří filtry pro DSP přesně na tvoje reproduktory, například pro Hypex FusionAmp.
Ladění portu z měření impedance můžeš zadat zpět do návrhu a aplikace přepočítá délku portu.

Malý slovník

Kmitočtová charakteristika: křivka, která ukazuje, jak hlasitě reprosoustava hraje jednotlivé tóny.
Časové okno (gating): použije se jen začátek záznamu, před příchodem odrazů.
Měření zblízka (near-field): mikrofon těsně u membrány, aby pokoj neměl vliv.
Impedance: odpor, který reprosoustava klade zesilovači, na každé frekvenci jiný.
FRD a ZMA: textové soubory s naměřenou kmitočtovou charakteristikou a impedancí.
Baffle step: pokles basů až o 6 dB, když přední stěna bedny přestane směrovat zvuk dopředu.
Ladění portu (fb): frekvence, při které port hraje nejvíc a membrána se hýbe nejméně.
Kalibrační soubor: korekce odchylek konkrétního kusu mikrofonu.