Subwoofer. Jak na to?

Ilustrační obrázek: REL Reference no.32

V tomto článku bych chtěla zjednodušenou formou popsat situaci, kdy chceme pro stereofonní poslech využít spojení reprosoustav (ať menších, nebo větších) s aktivním subwooferem. Tato kombinace je v současnosti populární především u systémů domácího kina, ale v dobách, kdy nebylo vícekanálové ozvučování filmů běžnou záležitostí, se subwoofery vyskytovaly i u kvalitních stereofonních sestav pro věrnou reprodukci hudby. Ne každý má vhodné podmínky pro umístění velkoobjemových sloupových reprosoustav, proto se tento trend vrací a v mnoha situacích toto řešení dává racionální smysl.
Dnešní subwoofery mají obvykle podobu samostatného reproduktoru – který je určený pro reprodukci nejnižších frekvencí, jaké jsme schopni slyšet. Skládá se z ozvučnice (typicky tvaru kvádru nebo kostky), vestavěného výkonného zesilovače a basového měniče (spíše většího průměru), který bývá výrobcem navržen tak, aby zvládal velké výchylky membrány a snesl vysoké výkonové zatížení.
Subwooferů existuje mnoho tvarů i typů a svojí výbavou se mohou lišit, přesto u nich najdeme prvky, které mají společné. Nejčastěji je to RCA vstup označený LFE pro připojení k AV receiveru, jehož vstupní citlivost se nastavuje příslušným regulátorem. Zde se předpokládá, že audiosignál z AV receiveru přichází patřičně upravený, ať už ručním nastavením od uživatele, nebo automatikou, která si pomocí mikrofonu změří vlastnosti reproduktorů a LFE signál pro subwoofer si přizpůsobí podle těchto výsledků. Druhá možnost, nebo i druhá sekce, která se na zadních stěnách subwooferů objevuje, je linkový vstup (s jedním, případně i dvěma RCA konektory). Tady většinou nalezneme širší možnosti nastavení – nejenom regulaci vstupní citlivosti (lidově řečeno hlasitost), ale i možnost volby frekvenčního rozsahu subwooferu a polarity (fáze) signálu.

Obr. 1 – ukázka zadního panelu subwooferu REL T/9x

Slučování subwooferu se stereofonními reproduktory má své výhody, ale i neduhy. Pozitivním přínosem je, že subwoofer dokáže rozšířit frekvenční rozsah reprosoustav až k nejhlubším kmitočtům (běžně ke 30Hz, nebo níž) – navíc v síle a razanci, která není pro mnohé sloupové reprosoustavy dosažitelná. Někteří nároční uživatelé si právě z těchto důvodů pořizují subwoofer i k objemným soustavám, občas dokonce ve dvou, nebo více kusech. Velmi šikovné je už z principu to, že si úroveň nejhlubších kmitočtů můžeme přizpůsobit podle akustických vlastností prostoru, nebo vlastního vkusu. Důležité je ale nepodcenit při výběru subwooferu jeho velikost, s ohledem na objem místnosti, ve které má pracovat. Zde je na místě konzultovat dané podmínky s kvalifikovanými lidmi v prodejním studiu, nebo kontaktovat výrobce, který poskytne případná doporučení.
Nepříjemná situace nastává v momentě, kdy se majiteli nedaří subwoofer s reprosoustavami úspěšně spojit dohromady tak, aby byl výsledek uspokojivý. Subwoofer je sice díky velmi nízkým přenášeným frekvencím možné umístit téměř kdekoliv, neplatí to ale doslova. Typickým příkladem je snaha sladit subwoofer s velmi malými reprosoustavami, při které se nastaví příliš vysoký dělicí kmitočet (pro představu - přibližně 100-200Hz). Výsledkem může být nepříjemně hučivý zvuk a u subwooferu začneme jednoznačně vnímat směr, odkud hučení přichází. U středně velkých, nebo větších reprosoustav, může nesprávná volba dělicí frekvence způsobit přílišné zdůraznění vyšších basů – právě v místě, kde chceme napojení vytvořit. V neposlední řadě mohou vzniknout potíže i při přepnutí polarity, nebo posuvu fáze signálu. Proces šíření nízkých kmitočtů bývá ve standardních obývacích prostorách velice divoký a použití tohoto ovládacího prvku v nevhodné situaci může přinést výsledky ještě divočejší. Potom je často náročné, někdy i nemožné se spolehnout čistě na vlastní ucho, bez hmatatelnější představy o tom, co se skutečně za daných podmínek odehrává.

Pro zjednodušenou představu, jak by mělo optimální napojení subwooferu a reprosoustav vypadat, poslouží obrázek 2a, kde jsou schematicky vyznačeny jednotlivé frekvenční průběhy. Červená křivka znázorňuje chování subwooferu, zelená křivka znázorňuje chování reprosoustav a černá je výslednicí, která sečtením obou průběhů následně vznikne. Pro reálné podmínky však platí spíš obrázek 2b, který zobrazuje tzv. room gain (zesílení nízkých frekvencí v prostředí uzavřeného prostoru).

Obr. 2a (vlevo) a obr. 2b (vpravo)

K tomu, abychom viděli, jak vypadá opravdová realita při hledání správného nastavení subwooferu, se neobejdeme bez korektních akustických měření. Pro názornost se můžeme podívat na frekvenční průběh reprosoustav Audiovector QR1 SE (obrázek 3).

Měření reprosoustav QR1 SE jsem provedla kalibrovaným mikrofonem ze vzdálenosti 50cm (tzv. far-field), v rovině mezi osami středobasového a výškového reproduktoru. Následně byly nabrány charakteristiky středobasového reproduktoru a štěrbinového bassreflexového portu v blízkém poli a veškerá data byla zpracována v softwaru REW a VituixCAD (vygenerování výsledných charakteristik a aplikace baffle-stepu). Tento postup dovoluje velice přesně změřit reprosoustavu i subwoofer nejen na nejnižších kmitočtech, ale téměř odstranit veškeré ovlivnění okolním prostorem (měřicí systém pracuje s tzv. časovým oknem, takže při vhodném nastavení parametrů impulzní odezvy – sejme mikrofon signál vycházející pouze z reprosoustavy, nikoliv následné odrazy od stěn, stropu nebo podlahy). Decibelová škála je pouze poměrová, nezobrazuje skutečnou citlivost reprosoustavy, nebo úroveň akustického tlaku.

Obr. 3 – frekvenční charakteristika reprosoustav Audiovector QR1 SE v ose (bílá) - a s odklonem 30 stupňů mimo osu (žlutá)

Na obrázku č. 4 jsou změřené frekvenční charakteristiky subwooferu T/9x. Měření bylo provedeno stejnou metodikou, jako u QR1 SE, avšak bez použití far-field měření.

Obr. 4 – frekvenční charakteristiky subwooferu REL T/9x s nastavením dělicí frekvence na 30Hz (oranžová), uprostřed rozsahu regulátoru (žlutá) a na 120Hz (bílá). Přirozeným chováním filtru, v kombinaci s basovým měničem – dochází při snižování dělicí frekvence i k poklesu citlivosti, k dosažení optimálního výsledku je tedy potřeba si pohrát s oběma regulátory.

Následující grafy zobrazují chování subwooferu REL T/9x při jeho různých nastaveních, v kombinaci s reprosoustavami Audiovector QR1 SE. Měření bylo provedeno s mikrofonem umístěným v místě, kde má obvykle posluchač hlavu (uprostřed sedačky, mírně před opěradlem), bylo použito delší časové okno (tím se ve výsledku promítne chování reproduktorů spolu s vlastnostmi místnosti dohromady). Na křivky bylo aplikováno vyhlazení typu psychoacoustic, celkově je pak výsledek nejen přehlednější, ale poměrně věrně odpovídá realitě.

Obr. 5 – měření QR1 SE v kombinaci s REL T/9x, dělicí frekvence subwooferu nastavena na 30Hz, vstupní citlivost přibližně na 1/3 rozsahu. Šedá – samotné reprosoustavy bez subwooferu, červená – přepínač fáze nastaven na 0°, žlutá – přepínač fáze nastaven na 180°.

Obr. 6 – měření QR1 SE v kombinaci s REL T/9x, dělicí frekvence subwooferu nastavena na 120Hz, vstupní citlivost přibližně na 1/3 rozsahu. Šedá – samotné reprosoustavy bez subwooferu, zelená – přepínač fáze nastaven na 0°, modrá – přepínač fáze nastaven na 180°.

Použitelné výsledky nastavení jsou zobrazeny na obr. 7 – zvolila jsem dvě verze, kde první (tyrkysová) odpovídá relativně neutrálnímu a vyváženému nastavení, které je univerzálně vhodné pro poslech širokého spektra žánrů, druhá varianta (oranžová) má nejnižší kmitočty 20-50Hz posílené přibližně o 2,5dB a bude velmi pravděpodobně vyhovovat milovníkům rockové, metalové a obecně populární hudby. U obou těchto verzí, na rozdíl od ostatních, nevhodně nastavených variant, se ve zvuku nevyskytuje žádné nepříjemné hučení a subwoofer se stojanovými reproduktory zní jako jeden pevný, kompaktní celek.

Obr. 7 – finální výsledek sladění QR1 SE a REL T/9x, dělicí frekvence subwooferu nastavena na 30Hz, přepínač fáze nastaven na 180°. Šedá – samotné reprosoustavy bez subwooferu, tyrkysová – o 1 krok vstupní citlivosti méně, oranžová – o 2 kroky vstupní citlivosti více (oproti původní 1/3 rozsahu).

Ilustrační obrázek: REL 212/SX

Co říct k danému tématu závěrem? Z výše popsaného vyplývá, že s dobře vycvičeným sluchem, vytrvalým hledáním vhodného umístění a nastavení, nebo i slušnou porcí štěstí – je možné vyladit subwoofer i naslepo tak, že nám nějaký ten fundament do reprodukce rozhodně přidá. Ale těm, kteří chtějí ze svého reprosystému dostat maximum, případně do něho chtějí vložit větší investici, jednoznačně doporučuji využít výhod moderního změření odborníkem.