Výhradné zastúpenie KV2 Audio pre SR:
Audio Production s.r.o.
Technológia KV2 Audio
Super Live Audio - nový štandard
Super Live Audio alebo skrátene len 'SLA' bolo vyvinuté vďaka úsiliu KV2 dosiahnuť najvyšší možný dynamický rozsah a najmenšie možné straty spôsobené skreslením a zmenou signálu prechodom jednotlivých častí zvukového reťazca. Namiesto vyvíjania nových technológií, ktoré sa snažia kompenzovať, alebo opraviť problém, sa zameriavame na vývoj systémov, ktoré sú lepšie a riešia tieto problémy od podstaty.
SLA štandard reprodukuje vysokú kvalitu zvuku aj pri vysokých akustických tlakoch na veľkých priestranstvách a poskytuje skutočnú, dynamickú reprezentáciu zdroja zvuku. Existuje celý rad faktorov, ktoré sú dôležité pre kvalitu zvuku. Medzi tieto faktory patrí najmä elektronická integrita, vzorkovanie digitálnych systémov, pulzná odozva, dynamický rozsah a akustický návrh.
Poďme sa bližšie pozrieť, ako KV2 dosahuje maximálny dynamický rozsah a vysoké rozlíšenie, aby sa dosiahol čo najlepší, neskrelený zvuk pri vysokých hladinách akustického tlaku na veľké vzdialenosti.
Nedostatky akustických systémov spôsobené nedokonalou elektronikou, akustickými meničmi a návrhom majú negatívny vplyv na rozlíšenie systému, prenos detailov a hlavne na vzdialenosť, na ktorú je systém schopný poskytnúť hudobný signál vo vysokej kvalite. Na zabezpečenie zvuku vo vysokej kvalite aj na veľké vzdialenosti je nevyhnutné, aby žiadna časť zvukového reťazca neporušovala kvalitu hudobného signálu.
Aby bol poslucháčovi umožnený maximálny možný zážitok z počúvania, musí byť systém schopný preniesť nenarušený hudobný signál vrátane "atmosféry" javiska, vystúpenia na danú vzdialenosť v požadovanej úrovni. Ako narastajú požiadavky na veľkosť plochy na ozvučenie, narastajú aj požiadavky na rozlíšenie zvukového systému. Akustické tlaky často dosahujú hodnoty až 140dB, teda sú kladené obrovské nároky na dynamiku systémov. Systémy nesmú nijako ovplyvňovať alebo zafarbovať zvuk, musia mať minimálne skreslenie a maximálny dynamický rozsah. Technológia SLA, bola vyvinutá KV2 tak, aby dokonale spĺňala všetky tieto požiadavky.
Štandardné elektroakustické zariadenia majú veľmi obmedzený dynamický rozsah a neustále produkujú vysokú úroveň skreslenia, ktoré nesúvisí s originálnym signálom (tzv. neharmonické skreslenie). Toto skreslenie sa negatívne prejavuje najmä na vysokých frekvenciách, kde maskuje slabé signály. Táto strata signálov s nízkou úrovňou má za následok veľmi znateľnú stratu rozlíšenia a transparentnosti systému. Takto umelo pozmenený signál bez rozlíšenia nie je schopný poskytnúť plný zážitok z vystúpenia, preniesť detaily, atmosféru a priestor. Tieto vlastnosti systémov sú výraznejšie s narastajúcou vzdialenosťou posluchu. Z obrázku nižšie je zrejmé, že so systémom poskytujúcim nižšiu zvukovú kvalitu nie je možné dosiahnuť zrozumiteľnosť na veľké vzdialenosti.
Vplyv vzdialenosti na kvalitu hudobného signálu pri rôznej kvalite zvukového zdroja
Tri kľúčové elementy zvuku
Zvuk je trojrozmerná veličina pozostávajúca z:
Level - Úroveň
Frequency - Frekvencia
Time - Čas
Bežný rozsah ľudského sluchu je od 0 do 120 dB úrovne signálu, frekvenčný rozsah od 20Hz do 20kHz, avšak veľmi opomíjané je rozlíšenie ľudského sluchu v čase. Ľudský sluch je schopný rozoznať v čase (rozdiel v príchode jednotlivých zvukov) rozdiely už od 10µs, dokonca posledné výskumy dokazujú, že to je dokonca menej (5µs).
Aby sme boli schopný správne reprodukovať hudobný signál, musíme prekročiť, alebo aspoň minimálne splniť rozsahy všetkých týchto troch veličín.
Počuteľnosť harmonického a neharmonického skreslenia
Nelinearita akustického systému predstavuje harmonické skreslenie, ktoré súvisí s pôvodným signálom. V rámci spektra sú prezentované násobky základného harmonického signálu pozostávajúce z párnych a nepárnych zložiek harmonického skreslenia.
Nepárne harmonické skreslenie je spôsobené poruchami v obochpolvlnných dĺžkach periodického signálu (zvyčajne pri limitácii zosilňovača). Párne harmonické skreslenie je spôsobené poruchami v jednej polvlnnej dĺžke (zvyčajne vzniká pri vysokých akustických tlakoch, keďže 2. harmonické skreslenie je funkciou akustického tlaku). Posluchové testy ukázali, že nepárne harmonické skreslenie je počuteľné od 0,1 %, zatiaľ čo párne harmonické skreslenie je počuteľné od 1 %.
Neharmonické skreslenie nesúvisí s pôvodným signálom, je spôsobené pomalou reakciou systému v dôsledku neadekvátneho tlmenia akustických komponentov a filtrov, čo tiež vytvára cudzí šum, ktorý sa pridáva k pôvodnému signálu a prejavuje sa nepredvídateľným správaním systému. Typická reprezentácia a vyjadrenie neharmonického skreslenia je spôsobené dlhým časom ustálenia, nízkou vzorkovacou frekvenciou a slabým výpočtovým výkonom DSP.
Neharmonické skreslenie je extrémne počuteľné v závislosti od charakteru, ale je často zamieňané a mylne považované za vysokofrekvenčný obsah v rámci pôvodného signálu. V skutočnosti maskuje skutočnú odozvu, a preto ho nie je možné správne preniesť na väčšiu vzdialenosť.
Zvukový signál pozostáva z mnohých zložiek, harmonických, šumov a porúch v celom spektre a je komplexný. Je teda pravdou, že svojimi vlastnosťami sa približuje náhodným signálom. Z toho vyplýva, že skreslenie zložitého zvukového signálu vytvára komplexnú úroveň šumu, ktorá maskuje a ruší nízke úrovne pôvodného signálu. Len 1% skreslenie komplexného signálu vytvára širokopásmovú šumovú hladinu na úrovni -40dB. Praktické testy dokázali, že počujeme 1Khz sínusový tón s úrovňou 0dB s bielym šumom na úrovniach -70 až -80dB. To dokazuje, že systém s vysokým skreslením úplne zamaskuje signály nízkej úrovne, t. j. (farba zvuku) Všetky špeciálne navrhnuté prevodníky a komponenty KV2 Audio vykazujú extrémne nízke skreslenie (napríklad pod 0,1 % – môžete počuť, ako spevák dýcha ) a to predstavuje nové zážitky, ktoré ste doteraz nepočuli v reprodukovanom zvuku s jasným a veľmi vysokým dynamickým rozlíšením.
Dynamický rozsah vs digitálne vzorkovanie
Ako už bolo uvedené, živá hudba má schopnosť produkovať dynamický rozsah presahujúci 120 dB. Aby tento signál bolo možné reprodukovať prostredníctvom audio systému s vhodným headroomom, je potrebný dynamický rozsah systému okolo 130 dB. Pre väčšinu digitálnych AD a DA prevodníkov s priemyselnou štandardnou digitálnou konverziou PCM (Pulse Code Modulation) 24Bit/96kHz je nemožné replikovať túto úroveň dynamického rozsahu. Okrem iného, zatiaľ čo vzorkovacia frekvencia 96 kHz sa považovala za primeranú pri profesionálnej konverzii zvukového signálu pozostávajúceho výlučne zo zložiek harmonického signálu, analógové zvukové signály majú zložité harmonické a podtóny, a preto by sa mali považovať za náhodné signály. Spektrum náhodných signálov je nekonečne široké, takže pri prevode analógových signálov na digitálne musí byť vzorkovacia frekvencia čo najväčšia, aby sa zachovala kvalita prenášaného signálu v plnom rozlíšení.
V KV2 sme prijali odlišný prístup k digitálu, aby sme prekonali vlastné problémy v existujúcich systémoch. Pozreli sme sa na alternatívny proces konverzie vyvinutý spoločnosťami Sony™ a Philips™ s názvom Direct Stream Digital alebo DSD. Na tomto formáte je založené aj Super Audio CD (SACD) a na rozdiel od konverzie PCM je technológia DSD založená na 1-bitovom prevodníku Sigma-Delta, ktorý vytvára prúd impulzov. Amplitúda analógového tvaru vlny je vyjadrená hustotou impulzov a nazýva sa modulácia hustoty impulzov (PDM). Výsledný digitálny bitový tok je kódovaný obrovskou rýchlosťou 2 822 400 vzoriek za sekundu! (2,8224 MHz) Naśi inžinieri vykonali praktické posluchové testy, aby určili minimálnu vzorkovaciu frekvenciu potrebnú na elimináciu akejkoľvek straty počuteľných informácií. Výsledkom bolo, že KV2 navrhlo obvod založený na DSD so vzorkovacou frekvenciou neuveriteľných 20 MHz pomocou 1 Bit Sigma-Delta PDM prevodníka. Nový digitálny prevodník KV2 poskytuje rozlíšenie sedemkrát vyššie ako profesionálny 24bit/96 kHz štandard pre audio priemysel.
Špeciálny obvod krokového kompandéra pridáva ďalších 20 dB dynamického rozsahu, aby sa využil maximálny rozsah prevodníka pri nízkych úrovniach. Hybridné spracovanie signálu KV2 Audio využíva to najlepšie z analógovej a digitálnej technológie, aby poskytlo všetko potrebné filtrovanie, ekvalizáciu a časové prispôsobenie našim reproduktorovým systémom. Tento najlepší prístup z oboch svetov poskytuje bezkonkurenčný dynamický rozsah a reprodukciu zvuku.
Pulzná odozva a schopnosť zachytiť a reprodukovať časovú zložku zvuku je kľúčom k čistote, definícii, priestorovému obrazu a hĺbke.
Elektronická integrita
Pre zachovanie zvukového signálu s vysokým rozlíšením je tiež dôležité, aby systém zachoval čo najkratšiu dobu impulznej odozvy. Čas impulznej odozvy je ovplyvnený časom ustálenia a konštrukciou obvodu v analógovej elektronike. Čas ustálenia bežných elektronických systémov používaných vo väčšine komerčných zvukových systémov je okolo 10μs, desaťkrát dlhší, ako by mal byť. Skreslenie spôsobené pomalými časmi ustálenia nie je bežne diskutovaný mnohými výrobcami, pretože nechápu jeho význam a často ho prehliadajú pri poskytovaní technických špecifikácií produktov. Navyše šum, ktorý toto skreslenie pridáva, je veľmi často mylne považovaný za pôvodnú vysokú frekvenciu, najmä v digitálnych technológiách, kde sa môže prejaviť ako jasný, „šumivý“ high-end.
Vzorkovacia frekvencia je hlavným určujúcim faktorom impulznej odozvy v digitálnej doméne. Na obrázku nižšie je zrejmé, že bežne používané komerčné systémy, najmä digitálne, nedokážu preniesť plné rozlíšenie pôvodného signálu. Čas impulznej odozvy v digitálnej doméne je ovplyvnený vzorkovacou frekvenciou a v analógovej signálovej ceste rýchlosťou elektroniky (doba ustálenia) a riadenia pohybu akustickej zložky (pohyb reproduktora). Zmena pôvodného signálu spôsobená zlou impulznou odozvou vytvára skreslenie. Systémy s dlhou dobou impulznej odozvy nie sú schopné prenášať signály s vysokou dynamikou a vysokým rozlíšením. Systémy SLA používajú hybridné spracovanie signálu pri špičkovej vzorkovacej frekvencii 20 MHz a elektronický čas ustálenia 1 mikrosekundu (1 μs), aby sa zabezpečila reprodukcia zvuku s najvyšším možným rozlíšením a definíciou.
Zosilnenie
KV2 audio navrhuje zosilňovače od základov pre špecifické aplikácie. Tento prístup nám umožňuje optimalizovať typy zosilňovačov potrebných na presnú reprodukciu výšok, stredov a basov. Nízkofrekvenčné zariadenia majú jedinečný súbor požiadaviek. Basové reproduktory sú veľké, ťažké a je ťažké ich udržať pod kontrolou. Na jednej strane potrebujete veľa energie, ale okrem veľkosti kužeľa a hmotnosti je najdôležitejšou vlastnosťou charakteristika fázového posunu basového reproduktora. Jednoducho povedané, fázový posun je, keď prúd nesleduje napätie, počas toho ako prúdi cez cievku. Ak produkujete 1 000 wattov (100 voltov a 10 ampérov vychádzajúcich zo zosilňovača) v podmienkach fázového posunu, možno budete musieť produkovať dvojnásobok prúdu pri polovičnom napätí, aby ste udržali basový reproduktor pod kontrolou. Štandardný zosilňovač to nedokáže splniť, preto sme vyvinuli novú topológiu zosilňovača zameranú na vývoj vysokého prúdu, ale zároveň pri viac ako 90% účinnosti, aby sme minimalizovali požiadavky na chladenie a zvýšili spoľahlivosť. Konštrukcia obsahuje spínaný napájací zdroj, ktorý udržuje výstupné napätie nízke, ale dokáže poskytnúť oveľa vyšší prúd a lepšie tlmiace vlastnosti ako štandardné konštrukcie triedy H. Z dôvodov kvality zvuku v reprodukcii stredových a vysokých tónov používame topológie zosilňovačov založené na triede A alebo triede AB. Teplo a čistota, ktorú poskytuje tento typ zosilňovača, sú ideálne. Náš dizajn využíva výstupné zariadenia Mosfet v push-pull v transformátorovo vyváženom zosilňovači s rýchlym časom zotavenia. Výstupný transformátor zosilňovača poskytuje životne dôležitú techniku na riadenie výstupného signálu zosilňovača pri klipovaní znížením intermodulačného skreslenia.
Dizajn meničov
Jedným z najdôležitejších parametrov v dizajne meničov pre Super Live Audio systémy je odstránenie nežiaducich rezonancií. Tieto rezonancie sú zvyčajne spôsobené mechanickou konštrukciou reproduktora a jeho zlyhaním pri riadení pohybov membrány. Rezonancie znižujú celkovú definíciu maskovaním menších signálov a vytváraním tónov, ktoré nesúvisia s pôvodným signálom. Obrázok nižšie zobrazuje pôvodný sínusový signál (červený, horný) s ostro ohraničeným koncom a rovnakým reprodukovaným signálom (modrý, spodný), ktorý stále osciluje aj po zastavení signálu v dôsledku zlej kontroly hmoty reproduktora. Slabá pulzová odozva má veľmi negatívny vplyv na schopnosť reproduktora odolať vzniku spätnej väzby.
Každý reproduktor použitý v audio systéme KV2 je špeciálne navrhnutý na mieru. To vedie k vývoju komponentov, ktoré sa stávajú konečným riešením pre danú aplikáciu, nepoužívame všeobecne dostupné produkty. Jedným z najnáročnejších projektov tímu bol vývoj nášho nového radu NVPD kompresných driverov. Nápad prišiel počas talianskeho obeda, kde sme diskutovali o novom nitrátovom povlaku používanom v pretekoch Formuly 1, ktorý ponúka extrémnu pevnosť a tuhosť. Je extrémne ľahký a skvelý pre autá, ale nikdy nebol vyskúšaný v profesionálnom zvuku. Ošetrením membrány procesom ukladania častíc dusičnanov z výparov (NVPD) sa výrazne zlepšili rezonančné a tlmiace charakteristiky kupoly, čím sa ešte viac znížilo skreslenie a predĺžila sa frekvenčná odozva. Pridaním niektorých z najväčších neodýmových motorov, ktoré sú dnes k dispozícii, a našej pokročilej konštrukcie fázovej kompenzácie (phase plug) vznikol celý rad špičkových vysokofrekvenčných meničov, ktoré produkujú skreslenie menšie ako 0,03 % a majú plochú odozvu až do 22 kHz.
Aktívna kontrola impedancie
Systémy SLA sa vyznačujú výnimočným potlačením spätnej väzby, čo je čiastočne spôsobené ich vynikajúcou impulznou odozvou. Okrem toho, kontrola nad hmotou reproduktora môže byť veľmi pozitívne ovplyvnená použitím aktívneho ovládania impedancie, (trans-coil) reproduktorového systému. Tento systém využíva sekundárnu stacionárnu cievku, ktorá znižuje indukčnosť takmer až na nulu a výrazne zlepšuje impulznú odozvu. Indukčnosť je hlavným dôvodom nepárneho harmonického skreslenia. Nepárne harmonické skreslenie je oveľa počuteľnejšie ako párne harmonické skreslenie. Obrázok nižšie ukazuje účinky AIC.
Nízka indukčnosť = nízke nepárne harmonické skreslenie
Systém aktívnej kontroly impedancie (AIC) je tvorený prídavnou, pevnou cievkou umiestnenou v medzere magnetického obvodu reproduktora. Táto cievka je takmer rovnako dlhá ako medzera a je navinutá okolo pólového nástavca tak aby bola veľmi blízko hlavnej, pohyblivej cievky reproduktora. Prúd tečúci touto cievkou vytvára magnetické pole, ktoré má opačnú polaritu, než pohyblivá cievka reproduktora. AIC zruší väčšinu indukčnosti a redukuje muduláciu magnetického toku a indukčnosti. Na AIC je možné pozerať ako na aktívny skratovací krúžok v medzere. Rôznym pripojením pomocnej cievky je možné upraviť vlastnosti reproduktora podľa konkrétnych potrieb.
Mnoho výrobcov reproduktorov na celom svete sa pokúsilo využiť komponenty trans-coil KV2, avšak s malým úspechom. Neuvedomujú si, že kvalitu zvuku KV2 vytvára správna kombinácia dizajnu meniča a elektroniky.
Konštrukcia zvukových systémov
Na trhu sú prominentné dva hlavné typy zvukových systémov. Jeden typ pozostáva z jedného bodového zdroja, druhý z viacerých bodových zdrojov. Viacbodový zdroj vznikol z požiadaviek na veľmi vysoký výstupný výkon. Myšlienka splnila tieto kritériá, ale s rastúcim počtom zdrojov zvuku prišlo k celkovému zníženiu kvality zvuku. Dve veľké nevýhody viacbodových zdrojových systémov boli potlačenie vysokofrekvenčného výstupu a fyzicky časovo posunuté výstupy z jednotlivých reproduktorov. Pridanie množstva časovo posunutých výstupov z jednotlivých reproduktorov dohromady spôsobuje slabú impulznú odozvu systému. Prvé typy viacbodových zdrojov boli jednoducho veľká hromada reproboxov, naskladaných dohromady ako stavebné bloky v dvoch osiach. Hlavným zlepšením v ďalšej generácii systémov bolo zavedenie viacbodových jednoosových systémov, ktoré poskytovali lepšiu frekvenčnú odozvu a zvýšenú definíciu než predchádzajúce viacosové systémy.
Aj ke´d to bolo výrazné zlepšenie oproti dvoj osovým systémom, frekvenčná a impulzná odozva stále nebola ideálna a pokrytie bolo často nekonzistentné. Typickou reprezentáciou jednoosového viacbodového zdrojového zvukového systému, ktorý sa dnes bežne používa, je systém line array. Line array redukuje vplyv viacbodových zdrojov spred 25 rokov ktoré sa navzájom rušia, ale stále má ďaleko k vynikajúcim výsledkom dosiahnuteľným s jednobodovými zdrojmi. Zvukový systém s jedným bodovým zdrojom ponúka najvyššie možné dnes dostupné rozlíšenie a dynamický rozsah. Vysoká zrozumiteľnosť je vedľajším produktom, ale je zaručená iba zachovaním tohto vysokého rozlíšenia a vysokej dynamiky pomocou rýchlej a presnej elektroniky s prevodníkmi s nízkym skreslením. Prirodzená frekvenčná odozva line array systému pred processingom ukazuje kontinuálny pokles vysokých frekvencií od 2 kHz vyššie v dôsledku interferencie. To si vyžaduje výraznú komenzáciu v oblasti vyšších frekvencii. Toto obrovské zvýšenie zisku na výškach znižuje celkový dynamický rosah systému. V priemere line array systém vyžaduje desaťnásobok energie do výškových meničov v porovnaní s jednobodovým (point source) reproboxom. Vysoký výkon teda nie je nevyhnutne požiadavkou na rozsiahle pokrytie, ale pomerne často je nutný pre neefektívnosť použitého systému.
Okrem toho pri použití viacerých reproduktorových boxov v usporiadaní line array poslucháč prijíma zvuk z výškových meničov v mierne odlišných časoch, čím sa rozmazávajú informácie založené na čase, ktoré sú v nich obsiahnuté. Na udržanie zvukového signálu s vysokým rozlíšením je dôležité, aby bol systém schopný vykazovať krátky čas impulznej odozvy. Impulzná odozva z line array je poškodená v dôsledku časového posunu zvuku prichádzajúceho k poslucháčovi. Nižšie uvedené diagramy ukazujú, že impulzná odozva line array systému sa bude líšiť v závislosti od polohy každého jednotlivého poslucháča. Časové posuny pre poslucháča 1 sú odlišné od posunov pre poslucháča 2. Mnohí výrobcovia tvrdia, že tieto časové posuny je možné korigovať pomocou digitálnych oneskorení, to však neposkytuje riešenie, pretože časové posuny sa budú nekonečne meniť s každou novou pozíciou poslucháča. Ďalším mýtom týkajúcim sa line array systémov je myšlienka, že všetky prvky sa spájajú, aby vytvorili riadené a daľeko hrajúce zvukové pole. To neplatí pre vysoké frekvencie z dôvodu veľkej vzájomnej vzdialenosti výškových meničov.
Časové posuny, vlastnosti viacbodového zdroja
Znázornenie rozdielov vo vzdialenostiach k poslucháčovi z niekoľkých reproboxov Line Array systému. Každý poslucháč dostane "rozmazaný" zvuk.
Časové posuny, vlastnosti jednobodového zdroja
Pri použití jednobodového zdroja zvuku dostane poslucháč na akomkoľvek mieste iba čistý (nie "rozmazaný") zvuk.
To že sa jedná o mýtus dokazuje aj vyžarovacia charakteristika nižšie. Horný obrázok ukazuje hladký rozptyl systému bodového zdroja v porovnaní s nepravidelným rozptylom line array systému. Veľké množstvo maxím a miním na vyžarovacej charakteristike line array systému je spôsobených deštruktívnou a konštruktívnou interferenciou medzi prvkami. Čo je ešte horšie, jedným z faktorov, ktorý systémoví inžinieri alebo softvér na predikciu pokrytia line array systémom prehliada, je náhodný pohyb vzduchu v oblasti posluchu. Ten spôsobuje obrovské zmeny v prenosových vlastnostiach viacbodových systémov. Tento jav nastáva, keď príde publikum, po tom, čo systémový inžinier strávil celý deň ladením systému v prázdnom, ale teoreticky dokonalom prostredí – prostredí, ktoré v skutočnej koncertnej situácii nikdy nebude existovať.
Vertikálna vyžarovacia charakteristika jednobodového systému "Point Source"
Vertikálna vyžarovacia charakteristika line array systému
