Honzíkovy vláčky

Reproduktor a ozvučnice v praxi železničního modeláře (2)

Autor: Jan Hlaváček, Viktor Pohořelý Vydáno: 19.2.2025

V prvním dílu tohoto miniseriálu jsme naznačili problémy okolo instalací zvukových dekodérů a reproduktorů s ozvučnicí do železničních modelů, především pak v měřítku N. Pro pochopení všech možných problémů a záludností není možné se vyhnout připomenutí některých fyzikálních zásad, spadajících do problematiky akustiky. Dospěli jsme k limitům, které v současnosti (2025) modelářům poskytují výrobci/prodejci zvukových dekodérů a reproduktorů. Naznačili jsme jaké jsou zásady výběru reproduktoru a kde hledat místo pro něj v modelu. V tomto dílu budeme pokračovat s praktickými poznatky.

2. díl

Tvar ozvučnice, minimální výška

Reproduktor „hraje“ i bez ozvučnice, ale je to asi jako plout na loďce se vztyčenou plachtou, když nefouká vítr. Prostě hraje, ale blbě. Opět následuje jeden půjčený obrázek (obr. 1) pro ilustraci, ale bez obšírnějšího výkladu to nemá grády. Proto doporučujeme shlédnout toto video, ze kterého jsme čerpali. Zakletý pes je v těch vlnách, které šíří membrána. Vlny se pochopitelně šíří na všechny strany, narážejí do překážek, samy do sebe, vrací se a „vyrušují se“ s těmi, které vznikají za reproduktorem. Atd. No, prostě, věda! Jak už jsme uvedli. Laicky řečeno jde o to „hodné vlny“ posílit, ty „zlé“ eliminovat. A k tomu slouží (mimo jiné) ozvučnice, též rezonátor.

Obr. 1 – Schéma reproduktoru ukazující hlavní díly a princip šíření vln. Zdroj: YouTube ZDE

Jenže, ozvučnice zabere dost místa. Dá se spočítat i kolik. Zmenšení ozvučnice reproduktoru pod limit pak může narazit na několik fyzikálních omezení, která ovlivňují kvalitu zvuku. U modelů v měřítku N (1:160) je miniaturizace náročná, ale ne nemožná. Pojďme analyzovat, proč ozvučnice s výškou pod 3 mm moc nefunguje, a co by se dalo vylepšit.

Tak především, s dalšími řádky nejspíš nebudou souhlasit ti, kteří považují AI současné úrovně za humbuk, jakým byla třeba panika okolo „Y2K“. Vzpomínáte? To nebudeme komentovat ani obhajovat. (Jen připodotknu, že když jsem už začátkem 90. let min. st. organizoval první policejní jednotku pro „boj s počítačovou kriminalitou“, taky jsem byl v očích některých nadřízených za vola… – pozn. J. H.)

Nezvratnou pravdou je, že ozvučnice má svůj měřitelný objem. Funguje jako akustická komora, která ovlivňuje přenos zvukových vln. Pokud je její objem příliš malý, nemusí reproduktor efektivně generovat nízké frekvence, což může mít za následek slabý nebo zkreslený zvuk.

Podle AI¹⁾ platí, že pro reproduktor 12×8 mm je minimální doporučený objem ozvučnice v řádu několika set milimetrů krychlových (konkrétně 300–1000 mm³).

Na doplňující otázku „kdo tento údaj doporučuje, resp. zda mohu znát odkaz na literaturu, kde je to uvedeno?“ reagoval chatGPT sdělením, že cit.: „doporučení vychází z obecných zásad návrhu ozvučnic a zkušeností v oblasti modelové železnice. Konkrétní literaturu s přesným uvedením těchto hodnot pro takto malé reproduktory je obtížné nalézt, protože většina dostupných zdrojů se zaměřuje na větší reproduktory.“ Což je odpověď, která nahrává škarohlídům. Nicméně, odpověď ChatGPT má pokračování, ale to je tak vědecky složité, že to přeskočíme.

Do reality nás nasměruje třetí část odpovědi ChatGPT: „U malých reproduktorů, jako je 12×8 mm, jsou dostupné parametry často omezené. V takových případech se doporučuje experimentovat s objemem ozvučnice v uvedeném rozmezí a sledovat vliv na kvalitu zvuku (zvýraznění J. H.). Použití simulačních nástrojů, jako je například software WinISD, může také pomoci při optimalizaci návrhu ozvučnice. Pokud máte k dispozici konkrétní parametry vašeho reproduktoru, můžete je použít k přesnějšímu výpočtu optimálního objemu ozvučnice. V opačném případě je uvedené rozmezí 300–1000 mm³ založeno na obecných zkušenostech a může sloužit jako výchozí bod pro vaše experimenty.“

Z čehož si můžeme odnést poučení, že uvedené rozmezí objemu (300–1000 mm³) ozvučnice reproduktoru velikosti 8×12 mm je možné chápat jako doporučení. Experimentováním lze získat kýžené výsledky. Je to lepší jak nic. Prostě ber nebo nech.

Tak pojďme počítat:

Nejdříve zkontrolujme, jestli se ozvučnice dodávaná firmou k reproduktoru LS8x12 vejde do limitu.

Popis uvádí, že LS8x12 včetně ozvučnice má (vnější) délku 12, šířku 8 a výšku také 8 mm. Ve skutečnosti jsme u dvou sérií ozvučnic (po 3 ks) naměřili hodnoty výšky ozvučnic v průměru 5,2 mm, tzn. že celková výška reproduktoru s přilepenou ozvučnicí byla 8,2 – 8,8 mm. Rozdíl lze přičíst rozdílné tloušťce lepicí pásky. Celková výška je důležitá pro vytvoření místa pro zabudování reproduktoru v modelu.

Jelikož tloušťka stěny zakoupených ozvučnic je 0,8 mm, vnitřní objem definují rozměry dutiny:

d=12-(2×0,8)=10,4; š=8-(2×0,8)=6,4; v=5,2-0,8=4,4 …, tedy
10,4×6,4×4,4=293 mm³

A jsme na spodní hranici limitu.

Jak se změní vnitřní objem, když vytiskneme ozvučnici stejných vnějších rozměrů, ale se stěnou jen 0,3 mm?

Výpočet:

[12-(2×0,3)] x [8-(2×0,3] x [5,2-0,3] = 11,4×7,4×4,9=413,4 mm³

(to už je lepší 🙂 )

Pořád ale máme sestavu reproduktor + ozvučnice moc vysokou (pár desetin nad 8 mm). V mnoha případech se nám reproduktor s ozvučnicí o celkovém rozměru 12x8x8 mm do modelu lokomotivy nevejde, jak už bylo několikrát konstatováno.

Poznámka: Už se začíná v hlavě formovat úvaha, že dekodér a reproduktor budeme muset instalovat do 1. vagonu za lokomotivu.)

A to ještě nevíme, jestli ozvučnice se stěnou 0,3 mm nebude dělat problémy? Jestli to už není moc slabá stěna? (vibrace, stabilita aj.)

Co s tím?

Nic moc už toho nevymyslíme. Teď už musíme opustit teoretické výpočty (nota bene založené na „jakémsi“ doporučení od AI 🙂 ) a zkusit ještě více snížit výšku ozvučnice, de facto jenom proto, aby se nám sestava vešla do modelu. Ale o kolik? Zatím máme výšku ozvučnice 4,9 mm a objem dutiny vychází 413,4 mm³. Teoretická nejmenší výška při limitu 300 mm³ objemu bude

v=300/(11,4×7,4), tj. 300/84,4=3,55 mm

Z toho vyplývá, že ozvučnici vysokou 4,3 mm můžeme snížit až na 3,55 mm a mělo by to teoreticky fungovat 🙂 .

Ale, přátelé modeláři, ruku na srdce, tohle je opravdu jen amatérská teoretická úvaha, navíc opírající se o onu neověřitelnou premisu vygenerovanou AI. Není to nic, na co by se člověk mohl spolehnout aspoň na 101 % 🙂 . Souhlasíme, že všechny ty řádky nemají valnou hodnotu, snad jen ukazují na možný postup myšlení před tím, než člověk vezme do ruky frézku a pilník.

Ještě je zde „berlička“ odkazující na zlaté české ručičky, byť opírající se o moudra vymyšlená jinde ve světě a odkoukaná na internetu. Nejen ve světě ale proběhlo zajímavé testování…

Testy s výškou ozvučnice

Viktor Pohořelý vyjádřil úvahu, že do modelů je potřeba instalovat reproduktory s rozměrem 11×15 mm a větším, že ty mrňavé 8×12 moc smysluplného zvuku nevyplodí. Ano, s tím lze souhlasit, byť s výhradou. Praxe modelářů totiž potvrzuje, že i modely v měřítku N dokáží uspokojivě „zvučet“, byť jsou osazené reproduktorem 8×12 mm.

Absolvovali jsme testy s ozvučnicemi vytištěnými metodou 3D tisku se dvěma různými výškami boční stěny. Nejen s vypočtenou výškou 3,5 mm, ale i 4,0 mm. Tloušťky stěn byly 0,3 mm.

V testovací stolici ESU jsme instalovali zvukový dekodér MS500, vodiče pro reproduktor byly postupně připojeny nejdříve k integrovanému reproduktoru (pro získání jakéhosi standardu). Pak byly postupně připájeny ke zkušebním sadám s výškou ozvučnice 4,0 a pak 3,5 mm.

Co si budeme povídat? Pravda, náklady na zhotovení ozvučnic s různou výškou byly zanedbatelné. Čistě subjektivním posuzováním (sluchem, bez měřicí techniky) se prakticky nedaly zásadní rozdíly zaznamenat. Dosažený výsledek nebyl zklamáním, ale také to nebyla žádná „hitparáda“.Což bude opět voda na mlýn těm, kteří kašlou na teorie a spíš upřednostňují pilku a pilník 🙂 . Ale – mluvíme o situaci, kdy reproduktor „zvučel“ jen tak ve volném prostoru, nikoliv uvnitř modelu. Proč to zdůrazňujeme vysvětlíme dále.

Řešení (kéž by to bylo jednoduché)

Způsobů řešení pro docílení slušného zvuku je několik.

a) Tvar ozvučnice

Tvar ozvučnice ovlivňuje, jak se zvukové vlny šíří a jak efektivně se využívá energie reproduktoru. U nízké ozvučnice, jakou popisujeme výše, mohou vnitřní rezonance vést k akustickým problémům, jako jsou rušivé odrazy a stojaté vlny.²⁾ Na druhou stranu, nikde není napsáno, že ozvučnice musí svým tvarem korespondovat s tvarem reproduktoru (membrány).

Řešením může být – o tu už zde zaznělo – experimentovat s tvarem ozvučnice. 3D tiskárny jsou k tomu ideálním nástrojem. Lze například zkusit vytvořit mírně zaoblený nebo klínovitý tvar, který minimalizuje stojaté vlny. Je také možné ozvučnici přizpůsobit tvaru vnitřních dílů modelu.
Naši úvahu o tom, že by šlo využít jako ozvučnici střechu modelu v případě, když by se přizpůsobil tvar „držáku“ reproduktoru, předběhli kolegové na videu ZDE – viz obr. 2 a 3.

Obr. 2, 3 – Ukázka vytvarovaného držáku pro reproduktor, který kopíruje tvar střechy modelu, jež se stane ozvučnicí. Zdroj: YouTube (vyznačen)

b) Únik zvuku

Při velmi malé výšce může být ozvučnice méně těsná a zvuk z ní může unikat spárami, což sníží účinnost reproduktoru.³⁾

Proto je nezbytné, aby spojení ozvučnice s reproduktorem bylo skutečně stoprocentní. Spoj mezi ozvučnicí a reproduktorem musí být co nejpevnější a vzduchotěsný. Mezi odborníky je možné vystopovat několik řešení. Od výrobce přijde ozvučnice „přilepená“ k tělu reproduktoru tenkou pěnovou pásku nebo silikonem. Tomuto spoji ne každý věří s ohledem na provoz modelu, nehledě na to, že s ozvučnicemi bývá manipulováno (zbroušení, výměna za jinou apod.) při úpravě modelu. Někdo používá dvousložkové epoxidové lepidlo s plnidlem (doporučuje Karel Brejša), někdo kontaktní lepidlo B-7000, které má vlastnosti „černé gumy“, ale je transparentní; k dostání např. ZDE.

Varovat snad lze jen před vzlínajícími vteřinovými lepidly, od kterých hrozí zalepení membrány a tím zlikvidování reproduktoru. Navíc, jak upozorňuje Viktor, vteřinové lepidlo nevyplní nerovnosti a kovový reproduktor s ním k ozvučnici stejně nejde přilepit.

c) Rezonance stěn

Při 3D tisku velmi tenkých stěn může docházet k rezonanci samotné ozvučnice, což ovlivní kvalitu zvuku, upozorňuje AI.⁴⁾

Logicky to lze řešit tak, že se při 3D tisku zvýší tuhost stěn jejich zesílením, přidáním výztuh nebo se experimentujte s materiálem. Resinové 3D tisky mohou být méně náchylné k vibracím než ty zhotovené z PLA/ABS, ale to je čistá spekulace.

d) Další doporučení od AI nejsou aplikovatelné u maličkých reproduktorů

Tím je třeba návrh, úpravy a velikosti basového otvoru, což platí u velkých reproduktoru s tzv. otevřenou ozvučnicí. Rovněž u velkých reproduktorů se dá experimentovat s vyplní akustické dutiny speciálním materiálem podobným rounu. Takový materiál tlumí nežádoucí rezonance a zlepšuje zvukovou charakteristiku. To se modelových reproduktorů v podstatě netýká.

__________________________
1) ChatGPT. Odpověď generována 8. února 2025. https://chatgpt.com/
2) tamtéž
3) tamtéž
4) tamtéž

Rady z praxe

Nakonec ještě rady k nezaplacení, která vychází z praktických zkoušek. Jsou z dílny Viktora Pohořelého a týkají se instalování reproduktoru přímo do zátěže modelu. Nejlépe to umožňují lokomotivy dieselové nebo elektrické, kde výrobce využívá zátěž současně jako nosný prvek (rám) modelu.

1. Viktor vzal reproduktor (bez „kostky“ – lze koupit samostatně) a podle přesného rozměru rámu reproduktoru (d x š) nejdříve do zátěže zafrézoval zahloubení odpovídající výšce reproduktoru, tj. přesně takové, aby se v něm reproduktor „schoval“. (Na obr. 4 se díváme z opačné strany, zdola.) Náhoda tomu chtěla, že šířka zátěže a reproduktoru byla shodná. Následně do zátěže vyfrézoval dutinu o hloubce, kterou mu konstrukce zátěže dovolila (než by se profrézoval do převodů podvozku). Díky zalepenému reproduktoru pochopitelně není dutina na obrázku vidět, je pod ním, v těle materiálu. „Vyšší nástrojářská“ spočívá v tom, že se v těle zátěže musí vyfrézovat rámeček (obr. 5), který bude korespondovat s osazením na rámu reproduktoru a bude tvořit plošky k přilepení.

Obr. 4 – Zátěž s vyfrézovaným otvorem vč. dutiny nahrazující ozvučnici, na jejíž stěny je přilepený reproduktor

Obr. 5 – Na ne zcela kvalitní makrofotografii výřezu dvou vedle sebe ležících zátěží je patrné jak vypadá dutina a rámeček pro přilepení reproduktoru

2. Snad nejsnadněji se instaluje reproduktor s ozvučnicí do motorových vozů. Mezi sedadly je místa dost. Vejdou se tam pohodlně nejen dekodér, ale třeba i kondenzátory. Někomu ale může vadit, že při pohledu do kabiny jsou tyto součástky vidět. Kamuflování reproduktoru s ozvučnicí lze vcelku úspěšně docílit použitím „kostky“ vytištěné z průhledného materiálu. I takové „kostky“ jsou k dispozici na e-shopu pojezdy.eu ZDE.

Obr. 6 – Reproduktor s průhlednou ozvučnicí instalovaný v motorovém vozu

Obr. 7 – Různé výšky průhledných ozvučnic

Obr. 8 – Ukázka další možné instalace reproduktoru s ozvučnicí
.

3. Už bylo zmíněno, že jako samostatný díl lze na cit. webu koupit zvlášť reproduktor(y) a zvlášť ozvučnice – navíc v řadě velikostních variant. K dispozici jsou ozvučnice s výškou odstupňovanou po milimetru pro několik různých rozměrů reproduktorů – kromě těch nejčastějších například 16×9 a 18×13 aj., samozřejmě z tmavého či průsvitného materiálu.

4. Nároky na reproduktory se liší podle typu lokomotivy. Např. elektrické lokomotivy jsou méně náchylné na problémy s přebuzením reproduktoru, než dejme tomu u Zamračené bez tlumiče, na kterou se k nám jezdí dívat Angličani, kteří mají rádi když mašinu slyší už když je za třemi kopci…

5. Pro některé modely, ve kterých je málo místa, lze vyrobit ozvučnice bez spodní stěny; místo uzavřené „kostky“ vznikne z jedné strany otevřený „domeček“, jakási ohrádka, která se zespodu přilepí k nějakému dílů v modelu (například závaží, nádrži mezi nápravami aj./ a seshora se přilepí reproduktor. Jde o to, že se zvětší vnitřní prostor v ozvučnici, který by zbytečně zabrala stěna, která ale nemá šanci plnit účel.

Tímto příkladným výčtem je snad dostatečně naznačeno, že ozvučnici nemusí vždy tvořit menší či větší plastová „kostka“ (nejčastěji dnes vytištěná 3D), ale že ozvučnici může tvořit i lecjaký díl modelu. Chce to ale hodiny přemýšlení, zkoušek, úspěchů i omylů. Jedním slovem chce to praxi! Pro potvrzení tohoto tvrzení jsme vybrali snímek z videa na kanálu Kolejiště Horažďovice, ze kterým stojí Petr Balíček – ZDE.

Obr. 9 – Ukázka ozvučnice připravená do nádrže modelu (v měřítku H0). Zdroj: YouTube ZDE
.

Tímto konstatování (prozatím) končíme náš příspěvek, ale rozhodně netvrdíme, že všechny problémy byly vyřešeny. Nikoliv. Problém byl pouze otevřen. Přivítáme další nápady a náměty čtenářů-modelářů.

Videa
Kanál Pojezd.eu na YouTube Viktora Pohořelého – ZDE
Ozvučnice OZ-BH1-B pro lokomotivy ř. 742 (H0); Balíček Hobby www.espb.cz – ZDE
Digitalizace a ozvučení 754 N (Brejlovec) od MTB; Balíček Hobby www.espb.cz – ZDE
57. Speakers, don’t make your next installation a dud pt 1; Model Railroading – ZDE
58. Speakers, don’t make your next installation a dud pt 1; Model Railroading – ZDE
DCC speaker principles | Getting the sound out | Model Railroad Hobbyist – ZDE
Mini Cube Style Speaker Placement and Baffling – ZDE