Ako zmerať reprobedňu: návod pre začiatočníkov

Stručne: Výpočet ti povie, ako by reprobedňa mala hrať. Meranie ti povie, ako naozaj hrá. Stačí merací mikrofón za približne 100 €, počítač a bezplatný program. Najdôležitejšie sú tri merania: frekvenčná charakteristika každého meniča v hotovej skrini, impedancia hotovej bedne a kontrola po zapojení výhybky.

Prečo vôbec merať

Každý program na návrh reprobední, vrátane Loudsmithu, pracuje s modelom. Model vychádza z údajov výrobcu meniča a z fyzikálnych vzorcov. Skutočnosť sa od neho líši z niekoľkých dôvodov:

Parametre meničov kolíšu. Dva kusy toho istého meniča sa bežne líšia o 10 až 20 % v rezonancii aj v ďalších parametroch. Údaje v katalógu bývajú navyše merané inak, než ich použiješ ty.
Skriňa nie je ideálna. Tlmiaci materiál, výstuhy, netesnosti a priestor zabratý meničmi menia objem a ladenie.
Hrany a tvar skrine menia zvuk vo výškach a stredoch inak, než sa dá presne vypočítať.

Príklad z praxe: dánsky konštruktér Troels Gravesen zmeral tú istú bassreflexovú skriňu bez tlmenia a s hustou výplňou. Ladenie kleslo z 37 Hz na 33 Hz, len kvôli tlmiacemu materiálu. Pri jeho hotových konštrukciách, ktoré bývajú tlmené výdatne, vychádza skutočné ladenie v priemere asi o 10 % nižšie, než dáva čistý vzorec. Pri súpravách SEAS a konštrukciách s bežným tlmením sedí výpočet Loudsmithu na niekoľko percent. Meranie ti povie, kde je tvoja bedňa.

Dobrá správa: meranie dnes nie je drahé ani zložité.

Čo potrebuješ

Vec	Na čo	Cena
USB merací mikrofón, napríklad miniDSP UMIK-1 alebo Dayton UMM-6	frekvenčná charakteristika, s kalibračným súborom	okolo 100 €
Počítač s programom REW (Room EQ Wizard) alebo stránka meranie reprobedne na Loudsmithe	prehrá testovací signál a vyhodnotí ho	zadarmo
Zosilňovač a káble	napájanie meniča počas merania	už máš
Stojan na mikrofón	stála poloha mikrofónu	10 až 20 €
Prípravok na impedanciu: odpor 100 Ω a zvuková karta so vstupom a výstupom, alebo hotové zariadenie Dayton DATS	impedancia, ladenie portu, parametre meniča	10 až 150 €

Mikrofón v mobile na meranie reprobedne nestačí. Je nepresný najmä v basoch a vo výškach. Na hrubé porovnanie miest v izbe ho môžeš použiť v plánovači izby.

Ako funguje meranie frekvenčnej charakteristiky

Program prehrá cez reprobedňu stúpajúci tón od najhlbších basov po najvyššie výšky. Mikrofón ho zachytí a program porovná, čo pustil a čo počul. Výsledkom je krivka, ktorá ukazuje, ako hlasno hrá reprobedňa každý tón. Ideálna by bola rovná čiara.

Problém je v tom, že mikrofón nepočuje len reprobedňu. Počuje aj odrazy od podlahy, stropu, stien a nábytku. Tie krivku rozkmitajú hrebeňom špičiek a jám, ktoré s reprobedňou nemajú nič spoločné.

Riešenie je jednoduchý trik: časové okno. Priamy zvuk z reprobedne príde k mikrofónu ako prvý. Odraz od podlahy príde o niekoľko milisekúnd neskôr, lebo letí dlhšou cestou. Program použije len začiatok záznamu, pred príchodom prvého odrazu, a zvyšok zahodí. Dostaneš tak meranie ako vo veľkej bezodrazovej komore.

Má to jednu cenu. Čím kratšie okno, tým horšie zachytí hlboké tóny. Platí zhruba: najnižšia frekvencia, ktorú okno spoľahlivo zachytí, je 1 delené dĺžkou okna. Okno 5 ms teda platí od približne 200 Hz vyššie. Preto sa basy merajú inak, zblízka.

Krok 1: meranie zo vzdialenosti (stredy a výšky)

Postav reprobedňu do stredu izby, čo najďalej od stien. Najlepšie na stojan alebo stoličku, aby bol výškový menič vo výške asi 1 m alebo vyššie.
Mikrofón daj do vzdialenosti 50 cm až 1 m, vo výške výškového meniča alebo medzi meničmi. Pri meraní jednotlivého meniča na jeho os.
Hlasitosť nastav tak, aby test znel zreteľne, ale nie nepríjemne. V jednom metri je to zhruba 80 až 85 dB.
Zmeraj každý menič zvlášť a nič medzi tým nehýb. Mikrofón ani bedňa sa nesmú pohnúť, inak nesedí časový vzťah medzi meničmi, ktorý výhybka potrebuje.
Ak navrhuješ výhybku poctivo, zmeraj aj mimo osi: 15°, 30°, 45° a 60° do strany. Ukáže to, ako reprobedňa hrá do izby, nielen priamo na teba.

Stránka meranie reprobedne ti podľa zadanej vzdialenosti a výšky sama vypočíta, kedy príde odraz od podlahy a od akej frekvencie meranie platí.

Krok 2: meranie zblízka (basy)

Keď dáš mikrofón úplne blízko membrány, jej zvuk je tak silný, že odrazy od izby sa proti nemu stratia. Takto sa zmerajú basy bez okna.

Mikrofón umiestni 1 až 2 cm od stredu membrány basového meniča tak, aby sa jej nedotýkal.
Uber hlasitosť. Zblízka je zvuk veľmi silný a mikrofón by sa mohol preťažiť.
Pri bassreflexe zmeraj zblízka aj otvor portu. Pri pasívnom radiátore jeho membránu.
Program port a menič sčíta podľa ich plochy. Väčšia plocha vyžaruje viac, preto sa port pri sčítaní prepočíta pomerom plôch.

Meranie zblízka je presné asi do frekvencie, pri ktorej je vlnová dĺžka podobná veľkosti membrány. Pri 17 cm meniči je to niekoľko stoviek hertzov, čo stačí, lebo vyššie už platí meranie zo vzdialenosti.

Krok 3: spojenie oboch meraní

Basy zblízka a stredy s výškami zo vzdialenosti sa spoja do jednej krivky. Spájajú sa v oblasti, kde sú obe merania platné, typicky medzi 200 a 400 Hz. Meranie zblízka nezachytí, že vzdialená predná stena prestáva basy podopierať. Tomu sa hovorí baffle step, teda pokles basov o až 6 dB, keď je vlnová dĺžka väčšia ako predná stena bedne. Pri spájaní sa preto basy zblízka podľa šírky prednej steny upravia.

Na Loudsmithe sa to deje automaticky. Výsledok uložíš ako súbor FRD, teda textový súbor s frekvenciou, úrovňou a fázou, ktorý vedia čítať VituixCAD, XSim aj Loudsmith.

Krok 4: impedancia a ladenie portu

Impedancia ukazuje, ako menič v skrini kladie odpor prúdu pri rôznych frekvenciách. Na prvý pohľad vyzerá suchopárne, ale je to najlepšia kontrola, či skriňa vyšla podľa výpočtu.

Uzavretá skriňa má jeden vrchol. Jeho frekvencia je rezonancia meniča v skrini, fc. Ak je výrazne vyššia, než ukazuje výpočet, skriňa je menšia alebo menej tlmená, než si myslíš.
Bassreflex má dva vrcholy a medzi nimi jamu. Jama je ladenie portu, fb. Ak je vyššie, než si chcel, port predĺž. Ak je nižšie, port skráť. Rada: urob port najprv o niečo dlhší a skracuj ho postupne, je to jednoduchšie ako predlžovanie.
Pasívny radiátor sa správa podobne ako bassreflex. Ladenie zmeníš pridaním alebo ubratím hmoty na radiátore.

Impedancia sa uloží ako súbor ZMA. Pri pasívnej výhybke je nevyhnutná, lebo súčiastky výhybky reagujú na skutočnú impedanciu meniča, nie na jeho menovitých 4 alebo 8 Ω.

Na meranie impedancie stačí jednoduchý prípravok: odpor 100 Ω v sérii s meničom a zvuková karta, ktorá meria napätie pred odporom a za ním. Postup krok za krokom má REW v návode. Pohodlnejšie je hotové zariadenie Dayton DATS, ktoré zmeria impedanciu aj parametre meniča jedným tlačidlom.

Krok 5: parametre meniča

Ak chceš mať istotu ešte pred stavbou skrine, zmeraj parametre Thiele-Small samotného meniča. Postup s pridanou hmotou a vzorce sú v článku Kde získať údaje o meničoch. Nový menič najprv nechaj niekoľko hodín hrať basy strednou hlasitosťou. Záves sa trochu uvoľní a rezonancia klesne, preto sa nový menič meria až po zahratí.

Krok 6: kontrola hotovej reprobedne

Keď je výhybka zapojená, zmeraj celú reprobedňu zo vzdialenosti na osi a v niekoľkých uhloch. Porovnaj krivku s návrhom. Ak sa líši o viac ako 1 až 2 dB v širšom pásme, niekde je chyba: zle zapojená polarita meniča, iná hodnota súčiastky alebo posunuté meniče.

Polaritu skontroluješ jednoducho: pri prechodovej frekvencii by sa meniče mali sčítať. Ak je tam hlboká jama, jeden menič je pravdepodobne prepólovaný.

Najčastejšie chyby

Preťažený mikrofón alebo zvuková karta. Krivka je vtedy podivne plochá alebo plná nezmyslov. Uber hlasitosť.
Chýbajúci kalibračný súbor mikrofónu. Každý merací mikrofón má vlastný súbor podľa sériového čísla. Bez neho môžu byť výšky posunuté o niekoľko dB.
Pohnutý mikrofón medzi meraniami meničov. Výhybka potom počíta so zlým časovaním.
Príliš dlhé okno. Krivka vo výškach a stredoch je zubatá od odrazov. Skráť okno.
Reprobedňa na zemi alebo pri stene. Odraz príde príliš skoro a okno musí byť veľmi krátke.
Ruch počas merania. Chladnička, auto za oknom alebo kroky sa v basoch prejavia. Meraj v tichu.
Porovnávanie kriviek s rôznym vyhladením. Vyhladenie 1/3 oktávy skryje, čo 1/24 oktávy ukáže. Porovnávaj rovnaké s rovnakým.

Ako merania použije Loudsmith

V kroku Meniče nahráš ku každému meniču jeho FRD a ZMA. Aplikácia potom namiesto modelu počíta so skutočným meraním.
Výhybku navrhne podľa nameraných kriviek, vrátane skutočného správania pri hranách skrine a skutočnej impedancie.
Pri aktívnom delení vyrobí filtre pre DSP presne na tvoje meniče, napríklad pre Hypex FusionAmp.
Ladenie portu z merania impedancie môžeš zadať späť do návrhu a aplikácia prepočíta dĺžku portu.

Malý slovník

Frekvenčná charakteristika: krivka, ako hlasno reprobedňa hrá jednotlivé tóny.
Časové okno (gating): použije sa len začiatok záznamu, pred príchodom odrazov.
Meranie zblízka (near-field): mikrofón tesne pri membráne, aby izba nemala vplyv.
Impedancia: odpor, ktorý reprobedňa kladie zosilňovaču, pri každej frekvencii iný.
FRD a ZMA: textové súbory s nameranou frekvenčnou charakteristikou a impedanciou.
Baffle step: pokles basov o až 6 dB, keď predná stena bedne prestane zvuk smerovať dopredu.
Ladenie portu (fb): frekvencia, pri ktorej port hrá najviac a menič sa hýbe najmenej.
Kalibračný súbor: korekcia odchýlok konkrétneho kusu mikrofónu.