Poslucháči hudby a producenti hudby majú niečo spoločné, to niečo je reproduktorová sústava cez ktorú tú hudbu počúvajú. Obidve strany počúvajú rovnakú hudbu a obidve strany chcú ju počuť čo najtransparentnejšie a čo najvernejšie. Cieľ majú teda rovnaký, len cesty obidvoch strán k nemu sa rozchádzajú. Zatiaľ čo poslucháči hudby hľadajú optimálnu cestu reprodukcie stavebnicovým spôsobom (spájanie funkčných celkov renomovaných značiek navzájom), producenti hudby a vlastne celá profesionálna oblasť dôveruje kompaktnému riešeniu – aktívnym reproduktorovým sústavám.
Zatiaľ čo aktívne reproduktorové sústavy v producentskom a v profesionálnom sektore patria už dávno k štandardu, v oblasti HIGH END-u neprávom sú ešte stále v ústraní. Pritom spojenie elektroniky do jedného celku s reproduktorovou sústavou ponúka celý rad predností a možností, ktoré sa s obvyklými pasívnymi reproduktorovými sústavami nedajú realizovať.
Ak sa chceme pochopiť, prečo vznikajú aplikácie, ktoré sa nazývajú aktívne reproduktorové sústavy, tak musíme si opäť položiť otázku ako vlastne funguje stereo a prečo k tomu treba excelentné reproduktorové sústavy. Toto je aj častá otázka mnohých priaznivcov HIGH-END. Odpoveď ako stereofónia (grécky: stereos = priestorový) v praxi vlastne funguje dá sa veľmi jednoduchou formou objasniť na príklade prirodzeného počúvania reálneho zdroja zvuku v podobe akéhokoľvek hudobného nástroja. V tomto jednoduchom prípade zvukové vlny dosiahnu naše uši prevažne priamou cestou. Pri počúvaní tohto istého hudobného nástroja prostredníctvom stereofónnej reproduktorovej sústavy stáva sa posluchová situácia komplikovanejšou, cieľom ale stále zostáva priblížiť sa reprodukciou k reálnemu zvuku zdroja. Ak hovorím, že posluchová situácia pri reprodukcii hudobného nástroja stáva sa komplikovanejšou, tak mám na mysli skutočnosť, že virtuálny obraz hudobného nástroja v priestore nám musia vytvoriť dva reálne zdroje zvuku (ľavá a pravá reproduktorová sústava) svojim akustickým súčtom a práve tu kdesi sa začínajú nekompromisné nároky na konštrukciu reproduktorových sústav. Táto tvrdá realita bola vždy a stále je výzvou pre tímy konštruktérov reproduktorových sústav, ktorých jediným cieľom je posunúť výsledok čo najbližšie k muzikálnej realite. Preto určite do kategórie optimálnych riešení patria aj dnešné moderné technické riešenia, ktoré spomínam v úvode tzv. aktívne reproduktorové sústavy.
Je tu nastolená otázka, čo vlastne aktívne reproduktorové sústavy pre oblasť HIGH END-u podstatného môžu priniesť? Odpoveď je veľmi jednoduchá: prinášajú to ako sa elektronika a reproduktorová sústava v kompaktnom spojení môžu dopĺňať a súčasne vyriešiť elektroakustické problémy, ktoré doteraz nebolo možné vyriešiť.
Pokúsim sa pekne po poriadku priblížiť jednoduchou formou hlavné odlišnosti a hlavne prednosti aktívnych reproduktorových sústav na rozdiel od pasívnych aplikácií.
Reproduktorové meniče s vlastnými zosilňovačmi
U aktívnych systémov sa realizuje rozdelenie frekvenčného spektra pre jednotlivé meniče na rozdiel od pasívnych systémov už medzi predzosilňovačom a výkonovým zosilňovačom. Tým dosiahneme, že každá cesta frekvenčného spektra a teda tým aj každý reproduktorový menič na jej konci má vlastný výkonový zosilňovač. V ceste od výkonového zosilňovača k reproduktorovému meniču nestojí už žiadna prekážka v podobe súčiastok pasívnej výhybky a môžu byť navzájom prepojené najkratšou možnou cestou. Okrem tejto zásadnej zmeny oproti pasívnym reproduktorovým sústavám prináša toto riešenie aj zmenu nárokov na technické parametre výkonových zosilňovačov. Ak by niekto očakával, že budú tvrdšie ako u pasívnych sústav, tak pravdou je opak. V realite sú na výkonové zosilňovače aktívnej sústavy kladené ďaleko menšie výkonové požiadavky ako na jediný výkonový zosilňovač pre pasívnu reproduktorovú sústavu. Na ilustráciu postačí jednoduchý príklad dvojpásmovej pasívnej sústavy, ktorý by túto situáciu mal objasniť: uvažujme o hudobnej sekvencii v ktorej v rovnakom čase mal by byť prenesený basový a vysokotónový signál, napríklad úder na bubon a triangel každý so špičkovou amplitúdou 20 Voltov. Samozrejme obidva signály sa superponujú ( prekryjú ) a od výkonového zosilňovača pre pasívnu reproduktorovú sústavu bude požadované špičková amplitúda 40 Voltov, čo na 8-Ohmovej impedancii reproduktorového meniča predstavuje výkon 200 W. Ako už bolo spomenuté u aktívnej reproduktorovej sústavy je rozdelenie frekvenčného spektra pred výkonovými zosilňovačmi, preto basový a vysokotónový zosilňovač spracováva každý sám špičkovú amplitúdu 20 Voltov, čo zodpovedá výkonu 50 W v každom zosilňovači pre vytvorenie rovnakého akustického tlaku, aký bol vytvorený v pasívnej sústave. Už na prvý pohľad je jasné, že požiadavky týkajúce sa výkonu zosilňovača aktívneho systému sa v uvedenom príklade znížili o faktor 4. Pri trojpásmovej sústave bude tento faktor ešte vyšší v prospech aktívnej reproduktorovej sústavy.
Požiadavky stability zosilňovačov pre rôzne prevádzkové podmienky a komplexné záťaže dosahujú sa v aplikáciách pre pasívne systémy len s veľkými problémami. Veľmi rýchlo zistíte, že ten istý zosilňovač s rôznymi pasívnymi reproduktorovými sústavami hudobne znie ináč. Prispievajú k tomu zmeny pomerov zložiek skreslenia. U aktívneho reproduktorového systému konštruktér pozná vlastnosti reproduktorového meniča a teda veľmi dobre vie s akým zosilňovačom mal by byť budený. Každý zosilňovač je dimenzovaný a pripojený na predurčený reproduktorový menič, čím sú dosiahnuté tie najlepšie podmienky adaptácie týchto dvoch článkov reťazca. Preto dosiahnuté výrazne lepšie vlastnosti v aplikáciách aktívnych systémov majú svoj pôvod v technickom parametre, ktorý hovorí o niekoľkonásobnom lepšom tlmení pohonného systému meniča (cievky), ktoré sa dosahuje práve odstránením pasívnej výhybky (cievky, kondenzátory) zaradenej medzi výstupom zosilňovača a reproduktorový menič. Následkom je nielen podstatné zníženie skreslenia signálu, ale rovnako aj zlepšenie impulzovej odozvy signálu, čo vedie k situácii, že reproduktorová membrána vie lepšie sledovať priebeh hudobného signálu. Všetky ochranné funkcie systému sú exaktne konštruované na použitý reproduktorový menič, takže pri ich správnom dimenzovaní zosilňovač a reproduktorový menič sú prakticky nezničiteľné.
Elektronická frekvenčná výhybka
Frekvenčná výhybka vo všeobecnosti má úlohu frekvenčné spektrum analyzovať a rozdeliť na požadované cesty (napr. výšky, stredy, basy). U pasívnej výhybky musí sa táto dôležitá a presná úloha realizovať za podmienok pod plným výkonom zosilňovača. Často prichádza ku grotesknej situácii keď elektronika zosilňovača je postavená s vysokohodnotných súčiastok, pričom v pasívnej výhybke sa nachádzajú súčiastky s veľkou toleranciou a zvukovo pochybnými vlastnosťami. Ďalšou priťažujúcou nevýhodou pasívnej výhybky je sotva vypočítateľné vzájomné pôsobenie medzi výhybkou a kmitajúcou cievkou reproduktorového meniča, ktoré sú priamo pripojené na výkonový zosilňovač (ako zdroj signálu) a predstavujú pre tento zdroj komplexnú impedanciu. V pasívnej výhybke je možné vykonať len zníženie úrovne signálu, zvyčajne odporovým deličom, čo mi pripomína auto idúce stále na plný plyn, kde rýchlosť sa reguluje len brzdovým pedálom.
Naproti tomu elektronická frekvenčná výhybka nemusí spracovať žiadne vysoké prúdy, postavená je z najkvalitnejších súčiastok a môže preto pracovať omnoho precíznejšie ako pasívna výhybka. Tá najpodstatnejšia výhoda spočíva v jej zaradení pred výkonové zosilňovače, čo predstavuje veľmi čisté oddelenie frekvenčnej výhybky a reproduktorového meniča, takže na reproduktorový menič vlastne príde len to, čo má konštruktér v úmysle aby prišlo. Špecialitou aktívnych systémov v počiatkoch tzv. subtraktívfilter. Tento predstavili už v 80-tich rokoch páni Lipshitz a Vanderkoy ako filter s lineárnou fázou pri súčasne vysokej strmosti filtra. Tento filter stal sa v odbornom svete pojmom a bol používaný v mnohých aktívnych aplikáciách. Riešil totiž problémy, ktoré vznikajú u filtrov vyššieho rádu (s vyššou strmosťou), spôsobujúcich fázové posuvy, ovplyvňujúce vyžarovacie charakteristiky a impulzové odozvy. Treba pripomenúť, že s pasívnymi výhybkami sa nedajú realizovať žiadne subtraktivfiltre. Ako vyplýva z doteraz napísaných úvah tak sú to práve konštrukcie výhybiek a ich správne zaradenie do audio reťazca, ktoré spôsobujú tie rozdiely v konečnej zvukovej kvalite reproduktorových sústav. Dnešná doba mikroprocesorov priniesla aj v tejto oblasti výborné riešenia.
Časové a fázové problémy reproduktorového systému
Základný problém mnohocestnej reproduktorovej sústavy spočíva v časovom posune frekvenčného spektra, ktoré je vyžarované jednotlivými reproduktorovými meničmi sústavy. Podiel na tom má spôsob montáže meničov do ozvučnice a rôzne vzdialené akustické stredy meničov. Dôsledok týchto problémov bol už pomenovaný, prichádzajúce zvukové spektrum z jednotlivých meničov na deliacej frekvencii je časovo posunuté, namiesto toho aby prišlo v rovnakom čase. Čím reproduktorová sústava je rozdelená na viac frekvenčných ciest, tým sa tento problém len zväčšuje. U pasívnej reproduktorovej sústavy dá sa tento problém riešiť len čiastočne a to mechanickým posunutím reproduktorových meničov, ale odstupy jednotlivých meničov môžu predstavovať aj niekoľko centimetrov, čo pri vznikajúcich ostrých hranách na ozvučnici môžu vznikať neželané odrazy. Preto u aktívnych systémoch konštruktéri siahajú po riešeniach na elektronickej báze bez toho, aby sa meniče museli mechanicky posúvať. Týmto spôsobom je možno vyriešiť elektrické aj akustické fázové chyby sústavy. Samozrejme vyžaduje to dnes modernú meraciu techniku k analýze pomenovaných problémov. Aktívne reproduktorové systémy ponúkajú aj ďalšie možnosti korekcie vlastností systému. Spomeniem len tie najpodstatnejšie ako je veľmi efektívne elektronické vyrovnanie rôznych citlivostí reproduktorových meničov, elektronické rozšírenie basového spektra takmer o jednu oktávu pri rovnakom objeme ozvučnice, alebo zavedenie elektronickej regulácie hlasitosti na vstupoch jednotlivých výkonových zosilňovačov, samozrejme diaľkovo ovládanej. Všetko je v prospech riešenia technických problémov sústavy bez toho, aby prichádzalo k degradácii reprodukovaného zvuku.
Záver
Na otázku v úvode článku pokúsil som sa čitateľovi veľmi jednoduchou, zrozumiteľnou formou dať odpoveď a súčasne priblížiť zásady moderného kompaktného riešenia reproduktorovej sústavy, ktoré v súčasnosti najmä v profesionálnej oblasti má rôzne podoby a variácie. Konečným cieľom však nie je technické riešenie, ale čo najvernejšia muzikálna realita z rôznych zdrojov signálu.