Než jsem začal psát tento článek tak jsem poněkud váhal a přemýšlel, jak to vlastně všechno popsat, protože informace obsažené v tomto v článku považuji za důležité. Psaní tohoto článku provázely obavy, že by text mohl vypadat jako nějaká bulvární kritika, jejímž hlavním účelem bývá někoho osočit a poškodit. Bohužel téměř všichni výrobci reproduktorových soustav si mohou sami za to, že věcné, technické posouzení jejich práce, by mohlo být až zdrcující. Návrh výhybek je velmi komplikovaná technická oblast, kde paradoxně výrobci, a to i ti renomovaní, nejvíce švindlují a někdy také vymýšlí blbosti, navzdory technické, fyzikální logice, co je a co už není přípustné, nebo vhodné.

Výhybka rozhodujícím způsobem určuje to, v jakém režimy nám reproduktory v soustavě hrají. Všechny konstrukce všech elektrodynamických reproduktorů jsou určitým kompromisem a neexistuje dokonalý (ideální) reproduktor a z prostých fyzikálních důvodů, pravděpodobně existovat nebude. Pomocí výhybky můžeme z přednášeného zvukového spektra odstranit, nebo potlačit poruchy a nedostatky v charakteristikách repro­duktorů. Dobře navržená výhybka může z průměrných reproduktorů sestavit excelentní soustavu s vynikajícím zvukem. Z nějakých, pro mne těžko pochopitelných důvodů, této možnosti výrobci repro­duktorových soustav nevyužívají. S největší pravděpodobností se zde projevuje skutečnost, že o kvalitě výrobků stále více rozhodují různí manažeři, obchodníci a nákupčí polotovarů a stále menší slovo mají technici a odborníci v dané oblasti.

Oblast slyšitelnosti u lidského sluchu je poměrně individuální. Začíná někde mezi 18 – 20 Hz a končí mezi 10 až 20 kHz, v závislosti na fyziologickém stavu sluchového orgánu člověka. Komerčně nahraná hudební stopa mívá frekvenční rozsah do 20 kHz. Běžný nízkofrekvenční zesilovač nám signál ze záznamu posílá do reproduktorů v podobě nízkofrekvenčního (střídavého) elektrického signálu. Reproduktorová výhybka pak má uvažovanou frekvenční směs rozdělit na jednotlivá pásma pro basový, výškový a případně středový reproduktor. Napětí na svorkách soustavy se neustále mění a při běžném poslechu, obvykle nepřekročí 6 V. Proudy mohou být ve špičkách až několik ampérů, zejména na nízkých frekvencích.

Technologický postup, jak sestavit reproduktorovou výhybku je z fyzikálního, matematického a také fyziologického hlediska pravděpodobně jeden z nejkomplikovanějších technických problémů. Fyzikálním dělením frekvenčních pásem se zabývá poměrně dost komplikovaná oblast elektrotechniky, která se nazývá teorie filtrů. Specializované verze příslušných výpočtů se dostávají na internet a do příruček v podobě různých programů a vzorců na výpočet výhybky. Někdy skutečně jdou k výpočtu použít, ale vždy jde o neúplné postupy. Jsou-li tyto vzorce odvozeny správným postupem, jsou použitelné pro ideální reproduktor. Ale jak víme, všechny reproduktory mají k fyzikálnímu ideálu hodně daleko.

Reproduktorová výhybka je speciální nízkofrekvenční filtr, kde je důležité, aby signál byl v určité frekvenční oblasti utlumen a další ovlivnění procházejícího signálu bylo co nejmenší. Je tedy nutné pochopit, jak jednotlivé součástky průchod elektrických frekvencí ovlivňují. Kromě znalostí nízkofrekvenční techniky, fyzikálních principů a matematických funkcí, které tuto problematiku popisují, je nezbytné mít odpovídající vybavení - dobré měřicí přístroje a výpočetní techniku. Tím nejdůležitějším je ale cit pro zvuk. Nejde tu úplně o sluch hudební, který určitě není na škodu, ale o určitou schopnost citlivého vnímání frekvenčního složení a zabarvení zvuku a chápání jeho akustické struktury. Vyžaduje to poměrně rozsáhlé zkušenosti a je nutné umět vnímat, jak hudební nástroje obvykle zní v reálu a jak mohou a mají být slyšet ze zvukové aparatury. Technická data, která je možné naměřit, nám sdělí určité kvalitativní předpoklady, ale současně je nutné chování reproduktoru pochopit a slyšet. Je potřebné také vědět, jak se chování reproduktorů bude měnit po zapojení do soustavy. Zajímavé je vědět, že dva různé reproduktory se stejnými technickými daty, mohou při poslechu znít zcela odlišně.

Hlavním cílem při konstrukci výhybky je umožnit reproduktorům zahrát to nejlepší co dovedou. Návrh dělících kmitočtů musí respektovat vlastnosti reproduktorů, je nutné prostudovat jejich technické parametry, navrhnout typ propusti a dělící kmitočet. Počet technicky správných možností, jak navrhnout frekvenční propust je nekonečný a konstruktér by měl vědět (a často jde o intuici), jakým směrem se má zaměřit. Měření je dobrá podpora, ale rovněž musíte slyšet a cítit jak se soustava chová. Důležitou funkcí reproduktorové výhybky také je, že s její pomocí urovnáme jednotlivé reproduktory v soustavě tak, aby na sebe optimálně akusticky navazovaly. Tyto úvahy jsou důvodem, proč považuji návrh výhybek a stavbu celé reproduktorové soustavy za určitý druh umění.

Aby kvalita výhybky měla určitou minimální úroveň, můžeme vyslovit obecná pravidla, která je možné zjistit pouhým pohledem nebo jednoduchým měřením:

1. Dvoupásmová výhybka by měla být složena minimálně ze dvou cívek a dvou kondenzátorů. Třípásmová výhybka by měla být složena minimálně ze čtyř cívek a čtyř kondenzátorů.. V takovémto případě se jedná o nejběžnější propusti druhého řádu se strmostí 12 dB (což se obecně považuje za rozumné minimum). V případě, že je součástek méně, tak výrobce něco ošidil. Někdy některé součástky vypustit jde, ale je to spíše výjimečná konstelace. Běžně to nelze doporučit.

Tak tohle jsou třípásmové výhybky od renomovaných výrobců.

2. Použití elektrolytických kondenzátorů v sériové větvi výhybky podstatně zhoršuje výsledný zvuk soustavy, v paralelních větvích je vždy problematické. Princip elektrolytického kondenzátoru je založen na chemické reakci. Každá chemická reakce se řídí zákonitostmi chemické kinetiky a vše je složitější o to, že jde o zachycování částic (elektronů) v pevné hmotě. Svůj vliv zde uplatňuje difůze a koncentrační gradient. Není to běžná chemická reakce, kde se látky promíchají a reagují, ale uplatní se další jev, který se nazývá prostup hmoty. Každá chemická reakce má při dané teplotě určitou rychlost, která se s rostoucí teplotou zvyšuje. Průběh reakce má časovou závislost, a ta výrazně závisí na uspořádání kondenzátoru. To jsou hlavní důvody proč je chování elektrolytických kondenzátorů při rostoucích frekvencích nekorektní. Vykazují také poměrně vysokou reaktanci, což znamená ztrátu signálu. Elektrolytický kondenzátor způsobuje svojí povahou vyhlazování signálu a k tomu se v elektronice obvykle používá. Naproti tomu při nabíjení svitkových kondenzátorů se jedná o povrchový jev s minimální ztrátou energie a vše funguje jednoznačně lépe.

I tohle bylo použito jako dvoupásmová výhybka.

3. Použití cívek s ocelovým, nebo feritovým jádrem v sériové větvi výhybky podstatně zhoršuje výsledný zvuk soustavy, v paralelních větvích je vždy problematické. Ocelové nebo feritové jádro zvýší několikanásobně indukčnost cívky, ale limituje především výkon cívky, z hlediska průchodnosti elektrického signálu. Když se jádro cívky dostane do nasyceného stavu, tak se průchod signálu výkonově omezí - zjednodušeně. Malé jádro cívky (průřez pod 4 cm²) před basovým reproduktorem působí jako retardér výkonu, což vyvolává řadu dalších zkreslení, protože nevyužitý signál, se jen tak neztratí (zákon zachování energie platí vždy).
   Cívky s ocelovým, nebo feritovým jádrem se v elektrotechnice používají k absorpci nežádoucích frekvencí a pulzů, a proto v dobré reproduktorové výhybce nemají své místo. Snad kromě subwooferů, kde jistá absorpce signálu v oblasti nad dělícím kmitočtem konečnému zvuku tolik neuškodí. Absorpce však nesmí rušit ostatní reproduktory. Jádro cívky musí být z vhodného materiálu s minimální magnetickou remanencí a mít dostatečně velký průřez (nad 4 cm²) a vhodné uspořádání.

Dvoupásmová výhybka.
Na první pohled úhledná konstrukce, ale skutečnost je jiná. Jednalo se o soustavy s basovým reproduktorem o výkonu 300 W RMS.
Potřebný výkon nemohl projít přes jádro cívky 0,5 × 0,5 cm. Navíc před výškovým repro­duktorem jsou zařazeny odpory (celkem 17 Ω) a také elektrolytické kondenzátory.
Hodnocení: Tato výhybka je vlastně takový malý retardér signálu.

4. Elektrický odpor cívky před basovým reproduktorem by měl být u středně výkonných soustav menší než jeden Ohm. U velkých výkonných basáků nad deset palců by měl být menší než půl Ohmu.

5. Vzdálenosti cívek ve výhybce by měly být takové, aby se vzájemně neovlivňovaly. Někteří technici doporučují alespoň vzájemně otočit osu cívky o 90°, aby osy jejich pole nebyly ve stejném směru. Když jsou cívky umístěny souose a těsně vedle sebe, tak si vzájemně předávají (indukují) signál.

Třípásmová výhybka z natěsnaných součástek. Jenom dva elektrolytické kondenzátory s podezřele malou kapacitou a miniaturní cívky s feritovými jádry nemohou přenášet dostatečný výkon.	Další třípásmová výhybka. Tady již basová cívka vypadá rozumněji, ale to ostatní to dost pokazilo. Dole jsou navíc cívky položeny osou na sebe.

6. Ocelový připevňovací šroub v cívce funguje jako parazitní jádro, které zvýší její indukčnost, a vyvolá řadu dalších poruch v signálu (totéž platí, když je výhybka na ocelové desce). U vyšších kmitočtů je to kritické.

7. U třípásmových soustav je dobré zkontrolovat sériový kondenzátor zařazený před středový reproduktor, je-li jeho kapacita menší než 15 µF (obvykle se tam plácne elektrolyt) je pravděpodobné, že výrobce švindluje a zvuk soustavy pokazil.

8. Obecně: Miniaturizace výhybek je prostě technicky nezvládnutelný průšvih a nikdy to nemůže fungovat dobře. Fyzikální zákony prostě neobejdeme. Malé součástky nezvládají výkony ani pro kvalitní reprodukci u malých reproduktorů. Menší průřez drátu znamená větší elektrický odpor. Když technicky zvýšíme indukčnost cívek pomocí ocelových nebo feritových jader, a použijeme-li elektrolytické kondenzátory, výhybka se vejde do dlaně, ale její vlastnosti nevratně poškodí reprodukovaný signál. Kvalitní výhybka musí mít rozměrné součástky. Miniaturní svitkové kondenzátory jsou vyráběny z pokovené plastové folie, plocha potřebná pro zachycení náboje se dosahuje vysokým počtem návinů a ztenčováním dielektrika, ale vždy jsou lepší než elektrolyty.

Malé cívky s feritovými jádry, samy o sobě jen omezeně použitelné, byly ve výhybkách zařazeny v sériové větvi, před basovým reproduktorem.

9. Součástky ve výhybce je nutné proměřit a párovat tak, aby obě soustavy měly totožné osazení. Výrobci kondenzátorů se často nevejdou ani do výrobních tolerancí, které jsou na součástkách deklarovány. Mám ve sbírce kondenzátor popsaný jako 8 µF, který měl po proměření 90 µF atd.

10. Odporů ve výhybce by mělo být co nejméně, rozumně navržená soustava by neměla obsahovat žádný a někdy se to také podaří. Jednou jsem jich napočítal v jedné výhybce jedenáct, pokud tam opravdu musely být použity, tak je nutné říci, že konstruktér návrh prostě zvoral hned na začátku, protože měl vybrat vhodnější reproduktory.

Tato pravidla jsou minimální a neberou do úvahy, jak synergie součástek dále ovlivňuje signál ze své fyzikální podstaty a jak s tímto signálem naloží reproduktor. Ve výhybce jsou cívky, kondenzátory a někdy (výjimečně) je nutné použít i odpory. Nahlédněte do učebnice jak se chovají ve střídavém napětí. Popis chování reproduktoru po elektrické stránce je o hodně komplikovanější.

Složitost chování elektrických součástek je důvodem, proč se někteří konstruktéři přiklání k názoru, že výhybku je možné eliminovat. Zkoušel jsem to, ale moc to nejde, snad jenom pro velmi malé výkony. Možnost pomocí kvalitně sestavené výhybky vylepšit charakteristiku reproduktorové soustavy jednoznačně vítězí. Ani širokopásmové reproduktory problém neřeší a navíc, ty opravdu dobré jsou dražší, než dobrá soustava.

Je zajímavé, že výrobci se u propojovacích vodičů zabývají odporem, indukčností, kapacitou a dalšími elektrickými jevy, které jsou hluboko pod hranicí ovlivnitelnosti signálu (a snaží se to promítnout do ceny), ale ve výhybce pomocí nevhodných součástek udělají z původního signálu doslova „šrot“.

Fotografie výhybek a elektrosoučástek v textu byly pořízeny ze soustav výrobců dobře známých značek, jejichž pořizovací cena neklesla pod dvacet tisíc Kč.

Resume:
Na co si potom kupujeme drahé kvalitní zesilovače a sofistikované zdroje zvukové stopy, zabýváme se drahými propojovacími kabely, když ve většině komerčních soustav nám nevhodné součástky ve výhybce pohlcují a retardují signál?

Hlavní triky výrobců, které nejsou ihned patrné:

1. Tříreproduktorová dvoupásmová soustava:
   Správně naladit třípásmovou reproduktorovou soustavu je něco jako konstruktérská maturita a je hodně těžká. Výrobci to řeší tak, že prostě nějakým způsobem středový reproduktor ohluší, jenom aby vydával jakési zbytkové zvuky a zákazník potom kupuje zpackané dvoupásma – v lepším případě.
2. Zbytečný basreflex:
   Často repasuji objemné ozvučnice, které disponují velice slušným výkonným basovým reproduktorem. Před basovým reproduktorem je výkon retardován (miniaturní) cívkou obvykle s nějakým jádrem. Basreflex zvyšuje výkon basového reproduktoru na nízkých kmitočtech, ale s vhodnou výhybkou prostě není potřebný. Basreflex vždy vnáší velké zkreslení, zvuk basů je zdánlivě silný, ale uniformní – vrčí to pořád stejně. Moje zákaznické reference to jednoznačně potvrzují. Kdo chce slyšet jak obyčejná basa doopravdy hraje musí zacpat basreflex (a podívat se, co je před reproduktorem elektricky zařazeno).
3. Falešné D'Appolito:
   Uspořádání se dvěma středovými resp. středobasovými reproduktory s výškovým uprostřed. Repasoval jsem řadu soustav, které měli vzhledově toto uspořádání reproduktorů (a někdy se takto prezentovaly), pokud tam nějaká výhybka byla, nikdy nebyla navržena správně tak, jak systém D'Appolito vyžaduje.
4. Nekompletní výhybka:
   Jak se zmiňuji i jinde, stalo se běžným, že v tištěných obvodech výhybky jsou pouhým drátem propojená místa, kam dle výpočtů patří konkrétní součástka. Ale dnes je asi doba, kdy se ve výrobě šetří na všem a za každou cenu, aby pak obchodníci o to více vydělali... Ono to vždy nějak hraje, jsme přece „značka“.

Resume:
Když chceme kvalitní reproduktorové soustavy, investice do kvalitní výhybky má svůj význam a smysl.

Zakázková výroba

Jak již bylo uvedeno, je výpočet výhybky poměrně složitý proces, který zavisí mimo jiné i na vlastnostech použitých reproduktorů. Výsledné parametry jednotlivých součástek stanovené rozsáhlým výpočtem pak nejsou celá čísla zapadající do tabulek normovaných cívek a kondenzátorů, které jsou k dostání v obchodech. U cívek lze požadovanou indukčnost dosáhnout ručním odvinutím drátu na požadovaný počet závitů, ale u kondenzátorů je situace složitější. Zde musíme paralelně zapojit kondenzátory s různou kapacitou, abychom docílili předepsaných hodnot.

Zakázkově vyráběné cívky Jejich odpor je 0,2 Ω a působí v podstatě jako čistá indukčnost. Basák s nimi ukáže, co dovede. Vhodné pro větší výkonné reproduktory, nebo když jsou vysoké požadavky na věrnost poslechu.

Speciální cívky s nižší indukčností pro vysoce věrný poslech.

Výhybka složená z vybraných a zakázkově vyrobených součástek.

Vzhled výhybky zhotovené na zakázku bývá podřízen účelu. Strojní estetické zpracování by enormě a navíc zcela zbytečně zvyšovalo cenu. Výhybka obvykle není vidět, jelikož je umístěna uvnitř ozvučnice.

Doufám, že jsem Vám, v rámci možností, osvětlil problematiku frekvenčních výhybek, bez nichž by Vaše reproduktorová soustava hrála jako... jako mobil ve sklenici. :-)

Hoďas