Úvod

Mnoho se toho již o zesilovačích napsalo, konstruktéři se předhání v technických či marketingových údajích, ale běžný zákazník si jen tak jednoduše nedokáže ve změti čísel vybrat ty podstatné, obzvláště, když každý tvrdí, že právě ty jeho jsou ty nejdůležitější. 

Frekvenční rozsah

Na téma frekvenčního rozsahu či spektra které je pro věrný přenos potřebný se často názory rozcházejí. Jak jsem popsal v článku Zvuk a Hi-Fi je pro potřeby kvalitního přenosu mít šířku pásma cca od 5Hz až do cca 200kHz.

Můžeme také vyjít ze současného standardu a tím je formát DVD_audio, který je 24b/192kHz či dvojnásobek, kde se rovněž dostaneme na hranici cca 200kHz. Nápovědu můžeme hledat i v článku SACD, blíže vinylu?   

Dynamický rozsah

Stejně jak nejsou ujednoceny názory na frekvenční rozsah, nejsou jednotné názory ani na dynamický rozsah. Nezbývá než opět vyjít ze současného standardu DVD_audio, který je 24bitový.

24bitů nám zaručí dynamický rozsah 2²³:1=8.388.605:1=138,5dB, pro zjednodušení můžeme počítat s hodnotou cca 140dB. Zde nám může byt nápomocný i text Kouzelné Watty a Dynamika.  

Jak stanovit výkon zesilovače

Nyní se konečně můžeme dostat k volbě potřebného výkonu zesilovače. Jsme opravdu náruživí Hi-Fi_sti a máme zájem využít možnosti, které nám soudobá technika poskytuje.

Nechceme však dát na konstruktérsko - marketingové řeči a pokusíme se naleznout optimální řešení, jak nám jej umožňuje nalézt samotná podstata zvuku, vlastnosti záznamů a schopnosti lidského vnímání. Poněvadž je řeč převážně o výkonu, nebudeme tedy řešit frekvenční rozsah, ale jen výkon, u toho však musíme počítat i s dynamickým rozsahem záznamu, ale i s dynamickým rozsahem lidského slyšení. 

Dynamický rozsah slyšení

Nejdříve se podívejme na dynamický rozsah slyšení. Podíváme-li se do článku Zvuk, Věřte nevěřte Wikipedii, pak zjistíme:

Práh slyšitelnosti

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.  

Celkový rozsah

Pro stanovení celkového rozsahu vyjdeme z prahu bolesti a prahu slyšení, kde dostaneme celých 130dB.

Podíváme-li se na kmitočty nižší jak 1kHz, do oblasti v okolí 100Hz, kde je práh bolesti až o 10dB vyšší jak na kmitočtu 1kHz, pak zjistíme že můžeme celkový rozsah slyšení rozšířit až na hodnotu cca 140dB.

Srovnání dynamického rozsahu slyšení a záznamu

Pokud provedeme srovnání dynamického rozsahu slyšení a záznamu, pak zjistíme, že rozsah sluchu je až 140dB což plně koresponduje se současným standardem DVD_audio, který je 24bitový s dynamickým rozsahem cca 140dB.

Pro dokonalé zážitky s Hi-Fi produkce je nutné, aby vlastnosti záznamu bylo ucho co nejlépe schopno využít a to využije jen tehdy, když poslech nebude nad hranicí prahu bolesti, kde by nám poslech mohl působit jisté zdravotní potíže, ale rovněž nebude pod prahem slyšení, kde by se nám část záznamu vytratila a byla by již díky své malé intenzitě neslyšitelná.

Přeměna výkonu na akustický tlak

Dalším důležitým krokem je samotná přeměna výkonu na akustický tlak. Použijeme-li běžné reproduktorové soustavy s citlivostí 90dB, pak zjistíme, že 1W dodaného výkonu vytvoří akustický tlak v ose reproduktoru a vzdálenosti 1m rovných 90dB.

Pokud se ještě jednou podíváme do článku Zvuk, Věřte nevěřte Wikipedii, můžeme se na základě vyzařovací charakteristiky reproduktorů a vytvořené intenzity zvuku 10-12Wm^-2 v okolním prostoru, dopočítat, že méně než 1% dodané elektrické energie se nám přeměnilo na požadovaný akustický tlak a více jak 99% dodané elektrické energie se nám přeměnilo na nežádoucí teplo.

Sluchem využitelný výkon

Nyní se konečně dostáváme k samotné problematice potřebného výkonu H-Fi zesilovačů a tím je sluchem využitelný výkon.

Pokud 1W dodaného elektrického výkonu vytvoří 90dB akustického tlaku a práh bolesti při 1kHz je až na 130dB, pak máme k jejímu dosažení potřebu dodat až o +40dB větší výkon, tedy výkon až 10kW!

Pro dosažení prahu bolesti v okolí 100Hz máme rezervu od 90dB dokonce +50dB, tedy k jejímu dosažení potřebujeme dodat výkon až 100kW!

Střední výkon a střední akustický tlak

Pokud se začneme bavit o středním výkonu a středním akustickém tlaku, můžeme se pokusit nejdříve nalézt přijatelnou mez akustického tlaku, kdy je ještě snesitelný a kdy již ne.

Hranice 90dB

Hranice 90dB představuje již vysokou hladinu akustického tlaku, často definovanou jako zvuk silného motocyklu.

Hranice 100dB

Hranice 100dB představuje velmi vysokou hladinu akustického tlaku, často definovanou sbíjecím kladivem či velmi silnou hudbou. Nad tuto hranici středního akustického tlaku by se již žádná hudební produkce neměla dostávat!

Střední výkon

Pokud vyjdeme s hranice dostatečně silného a ještě snesitelného akustického tlaku v rozmezí 90÷100dB, pak takovým hladinám odpovídá dodaný elektrický výkon s použitím reproduktorových soustav s citlivostí 90dB v rozmezí 1÷10W.

Zjednodušíme-li výpočet na hodnotu akustického tlaku 95dB, pak pro získání takového akustického tlaku postačí pouhé 3W dodaného elektrického výkonu.

Maximální špičkový - hudební výkon

Stejně jak jsme odvodili střední akustický tlak a střední výkon, můžeme odvodit maximální špičkový - hudební výkon, který potřebujeme k tomu abychom dokázali optimálně využít vlastnosti jak akustického záznamu, tak vlastností lidského sluchu.

Nebudeme se pohybovat až k hranici prahu bolesti, ale raději o 5dB níže, pak stále dostaneme prostor pro dynamiku nad středním výkonem +45dB což odpovídá dodanému elektrickému výkonu 30kW!

Závěr

Co říci závěrem, snad jen to, že jakákoliv honba za trvalými středními výkony Hi-Fi zesilovačů, která přesahuje hodnotu 10W je zcela zbytečná. Na straně druhé je patrné, že špičkový - hudební výkon +20dB což odpovídá 1kW je pro opravdu kvalitní poslech zcela nedostatečný, neboť hranice +40dB je stále nedostižně daleko.

Pokud jsem vycházel ze vzdálenosti 1m a pouze jednoho zdroje akustického tlaku, pak musím vzít do úvahy, že běžné Hi-Fi zesilovače mají kanály dva a vzdálenost reproduktorových soustav běžně 2m. Vzdálenost mi akustický tlak o 3dB sníží a dva rovnocenné zdroje akustického tlaku zase akustický tlak v místě posluchače o 3dB zvýší. Mohu tedy prohlásit, že vše platí i pro dva kanály a vzdálenost 2m.

Rekapitulace

Poněvadž jsem v úvodu zmínil návod k výběru vhodného Hi-Fi zesilovače s ohledem na jeho výkon, musím se nyní k problematice vrátit. Každý slušný Hi-Fi zesilovač by měl mít hudební výkon co největší, jak se ukazuje ani 500W či 1kW hudebního výkonu na kanál není dostačujících.

Naopak snaha o provozování, ale také testování na dlouhodobý výkon větší jak 10W/kanál, ba dokonce až na hodnotu středního  výkonu blížícímu se výkonu hudebnímu je spíše scestí a marketingovou demonstrací, než potřebnou podmínkou pro opravdovou věrnost zvuku.

Diskuse