Úžasný člověk a kdyby někde existovala předloha inspektora Colomba s jeho Peugeotem 403, tak je to Pease a jeho hipisácký VW brouk z roku 1969. O počítačových simulacích té doby valné mínění neměl a demonstrativně shodil počítač ze střechy na firemní parkoviště.

Ale zpět k základům. Lidský sluch má obrovský rozsah vnímatelných kmitočtů (zaokrouhleně 20Hz až 20kHz). Pro tyto tři kmitočtové dekády je obtížné vyrobit akustický měnič, který by kvalitně s větším výkonem přehrál celé akustické pásmo. Proto se konstruují specializované reproduktory pro přehrávání výšek, středů a basů, případně se zvuk dělí alespoň na dvě pásma, výšky a zbytek.

Energie ve zvukovém spektru je rozdělena nerovnoměrně, takže nestačí připojit paralelně na zdroj signálu specializované měniče, protože výškový reproduktor není stavěný na větší výkony a zničil by se. Reproduktor pro nižší tóny by sice výkonově odolal, ale mohlo by dojít ke kolísání tónu Doplerovým jevem. Lze si to představit tak, že na pomalý pohyb membrány s velkým rozkmitem je superponován kmitočet vyšší. Takže je to jakoby pištící autíčko jelo chvíli k posluchači a vzápětí couvalo. Při pohybu membrány reproduktoru vpřed by bubínek ucha posluchače zachytil více tlakových změn než při pohybu membrány zpět. Nicméně ani tohle se občas neřeší a třeba taková koaxiální soustava měničů ve dveřích auta mívá jen oddělovací kondenzátor pro výškový reproduktor. Velmi pěkně je princip reproduktoru zobrazen na stránkách animagrafs.com.  Elektrický model reproduktoru je složitější záležitost.

Program TinaPro má měřič impedance na vykreslení frekvenční charakteristiky v závislosti na kmitočtu a to včetně fázového posuvu. Takový přístroj existoval i v reálné podobě. Když jsem s ním kdysi měřil, překvapilo mne, jak brzo se z cívky stal kondenzátor kvůli mezizávitové kapacitě.

Pokud se reproduktor doplní odporem na dělič napětí, je možné jeho impedanční charakteristiku zobrazit jako přenosovou charakteristiku filtru osciloskopem Keysight se zabudovaným rozmítaným generátorem. Oproti analogovému řešení měřiče impedance je přednastavený kmitočtový krok generátoru hrubý a může rezonanci minout (ale možná jsem přehlédl možnost nastavení menšího kmitočtového skoku v menu). Takto získaná charakteristika je výškově stlačená zlogaritmováním (decibely).

A rezonanci lze koneckonců vykreslit pomocí rozmítaného generátoru i na obrazovce obyčejného digitálního osciloskopu, protože při rezonanci na reproduktoru narůstá napětí.

V principu je reproduktor lineární elektromotor, kdy na vodič protékaný proudem v magnetickém poli působí síla . To smotání drátu do cívky je tam navíc, aby síla hýbající membránou byla větší (delší délka vodiče). A síla se sice zvětší, ale za cenu nežádoucí indukčnosti. Nanesením vodivého meandru na membránu a natažením membrány mezi labyrint magnetů se sice dá nežádoucí indukčnost eliminovat a sestavit tzv. magnetostat. Stejně jako zpívající jiskra  ebo elektrostat, kde membránu tvoří pohyblivá elektroda vysokonapěťového kondenzátoru spíš jen technická zajímavost pro fajnšmekry. Jedinou výjimkou budou asi páskové výškové měniče.

S indukčností, která zvedá impedanci na konci impedanční charakteristiky, se počítat musí a dokonce se často i kompenzuje kondenzátorem podobně jako u motoru. Naopak mechanickou rezonanci mívají moderní konstrukce reproduktorů menší a rezonanční drnčení projevující se rezonanční špičkou lze často zanedbat. V prvním přiblížení nahradíme reproduktor odporem drátu cívky. Přesněji se počítá s jeho impedancí, což je minimum až za rezonancí, ale tato hodnota se příliš od odporu drátu neliší. Impedance bývá nejčastěji 4 nebo 8 Ohmů. A protože RC propusti už byly ukázány, tak jen pro připomenutí:

Je zřejmé, že horní propust lze použít přímo s tím, že místo odporu bude reproduktor. Dolní propust použít nelze, protože jako kondenzátor se cívka měniče nechová. Ale existují duální obvody a stejné chování jako integrační a derivační RC články vykazují i RL filtry. Cívkám se sice v elektronice pro jejich špatné vlastnosti snažíme vyhýbat, ale tady nebude zbytí.

Zkombinování dolní LR a horní CR propusti se získá dvoupásmová reproduktorová soustava. Navrhne se to tak, aby mezní kmitočty obou propustí byly shodné, tj. pro zvolený kmitočet někde v horní třetině akustického pásma (dle reproduktoru okolo 2kHz) se zvolí reaktance cívky X=2pifmezL shodná s reaktancí kondenzátoru Xc=1/(2pifmezC) a to se položí rovno odporu vinutí (impedanci) reproduktoru Z. To je ten stav, kdy fázorové diagramy budou mít tvar čtverce a napěťový přenos bude 0,707 (-3dB).

vůli malé impedanci reproduktoru (4 nebo 8 Ohmů) pak vycházejí ve vzorcích pro mezní kmitočty velké hodnoty kapacit kondenzátorů a indukčnosti cívek, takže realizace není úplně jednoduchá. Elektrolytické kondenzátory, které mívají větší kapacitu se do střídavých obvodů nehodí. Cívka by měla být lineární, což se u cívek s feromagnetickým jádrem obtížně splňuje. Vzduchová lineární cívka potřebuje k dosažení velké indukčnosti hodně závitů. A navíc cívkou protékají poměrně velké proudy, takže realizace nebude jednoduchá. Například pro výkon 16W a reproduktor s impedancí 4Ohmy vychází ze vzorce pro výkon proud 2 Ampéry. Pásmovou propust můžeme pro třípásmovou soustavu získat složením obou filtrů. S tím, že nízké kmitočty nepropustí kondenzátor a vysoké kmitočty cívka a prostředek projde.

Úvaha je správná, ale součástky navrženy dobře nejsou. Posun krajních mezních kmitočtů horní a dolní propusti při ponechání středu pásma nepomůže, protože vznikne relativně kvalitní rezonanční obvod. Na fázových charakteristikách je pěkně vidět pravidlo, že když charakteristika stoupá, je fázový posuv kladný, když nestoupá/neklesá je roven nule a když klesá tak je záporný.

Je zapotřebí roztáhnout šířku pásma pásmové propusti CLR a pohlížet na ni jako na kombinaci horní CR a dolní propusti LR. Vzhledem k velké šířce pásma není třeba filtr řešit přesně a opravdu stačí pásmovou propust CLR navrhnout z čtvercového fázorového diagramu, kdy reaktance jsou rovny impedanci reproduktoru. Jen se v tom nezamotat.

Celé je to krapet postavené na vodě, protože od počátku počítáme s předpokladem, že reproduktor je odpor a to není (viz jeho impedanční charakteristika) a indukčnost kmitací cívky bývá opravdu značná. Zítra shrneme vzorečky pro návrh a odsimulujeme výkonové poměry. A opět se řeší zjednodušeně jen elektrický příkon reproduktoru a ne akustický výkon.

Sice se to udává jinak, ale zjednodušeně si lze představit, že měnič má asi účinnost žárovky, tedy mizernou. No a na závěr tentokrát video tvůrčího psaní kocoura. Je zapotřebí ho zbrzdit v tvůrčím rozletu dřív, než se rozhodne drápy podepsat své dílo na věčné časy drápy na monitoru. Z tohoto pohledu je velkou výhodou stará plazmová televize se skleněnou obrazovkou Jeden podepsaný notebook už jsem musel vyhodit.