Direct Inject D.I. (hromadný test)

D.I. boxy - 1. část

DI-Box, Direct-Box – těmito slovy se označují krabičky různých provedení a velikostí, které jsou nedílnou součástí světa profesionální zvukové techniky. Myslím, že snad neexistuje muzikant (o zvukařích se nebudu ani zmiňovat), který by mohl říct, že žádný Di-Box nikdy neviděl, nebo o něčem takovém alespoň neslyšel. Naopak nabídka Di-Boxů na trhu je tak široká, že to kolegy v redakci inspirovalo ke zorganizování dnešního testu. Podařilo se shromáždit vzorky od různých výrobců (i když výrobců je samozřejmě mnohem, mnohem více) za účelem vzájemného porovnání a případného posouzení, je-li některý z výrobků je lepší a proč. Než však budeme zkoumat a hodnotit, určitě nebude ke škodě věci, když si nejprve povíme něco o funkci Di-Boxu, o tom k čemu se vlastně používá a když se pokusíme teoreticky definovat vlastnosti pomyslného ideálního Di-Boxu.

Funkce

Základní funkcí DI-Boxu je správné impedanční přizpůsobení dvou vzájemně propojených zařízení a zároveň také převod nesymetrického vedení signálu na vedení symetrické. Impedanční přizpůsobení má hodně co dělat s výstupní impedancí zdroje signálu a se vstupní impedancí následně připojeného zařízení. Teorie říká asi tolik: když zatížíme výstup zařízení impedancí nižší, než je jeho výstupní impedance, dojde k poklesu (tzv. stržení) výstupního napětí a případně ke zkreslení signálu. Tento pokles výstupního napětí je frekvenčně závislý, jinými slovy dojde k narušení (zkreslení) původního frekvenčního průběhu, které se zvětšuje směrem k vyšším kmitočtům. Z tohoto důvodu je třeba, aby vstupní impedance zařízení, které následuje za zdrojem výstupního signálu, byla několikanásobně vyšší, než je impedance výstupu. Většina zvukových zařízení je konstruována tak, že tomuto předpokladu vyhovuje, nicméně existují případy, kdy je třeba připojit zařízení, které má výstup s vysokou impedancí na vstup jiného zařízení, jehož vstupní impedance je nízká a nebo prostě nevíme, jestli je dané propojení z tohoto hlediska správné, protože třeba nemáme k dispozici technické údaje výrobce. Typickým příkladem je přímé připojení kytarového snímače na vstup mixážního pultu. To je okamžik, kdy by měl ke slovu přijít DI-Box. Záměrně říkám „měl", protože pokud se kytarový snímač k mixážnímu pultu připojí bez DI-Boxu, „bude to hrát taky", ale se všemi výše uvedenými důsledky. Navíc, pokud vedeme signál na velkou vzdálenost (z pódia k mixážnímu pultu), uplatní se i druhá funkce DI-Boxu, tedy převod z nesymetrického vedení signálu na vedení symetrické, které je téměř imunní vůči rušivým interferencím, které se po trase na vedení signálu naindukují. Zde mohou být typickým příkladem různé klávesové nástroje, nebo linkové výstupy zesilovačů, které jsou často v nesymetrickém provedení. Nikdo si už ani nedokáže představit, že by se při ozvučování mohl vést signál z mikrofonu nesymetricky, ale u linkových zdrojů signálu (tedy vedení „lajnou", nebo „po lajně") to ještě tak samozřejmé není. A co se může stát? Ve své praxi jsem se setkal s případem, kdy se k mixážnímu pultu připojoval magnetofon s komerčními nesymetrickými výstupy na konektorech Cinch. Reprodukovaný zvuk z magnetofonu byl po připojení k pultu tupý, bez rozlišení. Uvažovalo se o špatném seřízení magnetofonu. Uvažovalo se o špatné kvalitě nahrávky. Uvažovalo se dokonce o kvalitě mikrofonů použitých k pořízení nahrávky. Teprve po prostudování manuálů jsem zjistil, že výstup z magnetofonu vyžadoval zatěžovací impedanci (tedy impedanci linkového vstupu na pultu) větší než 10 kiloohmů a ta byla podle údajů výrobce rovných 10 kiloohmů. Už tato skutečnost stačila k výraznému poklesu na vysokých kmitočtech po vzájemném propojení (na frekvenci 1kHz jsem naměřil pokles o 3 dB, na 18 kHz skoro o 5 dB). Zkusil jsem připojení přes DI-Box, jehož výstupní impedance byla 600 ohmů a problém zmizel. Je to asi trochu výjimečný případ, ale uvádím ho jako doklad, že správné přizpůsobení propojovaných zařízení nelze brát na lehkou váhu, protože pak člověk ztratí spoustu času hledáním příčiny proč to „nehraje" tak, jak by mělo a přemýšlením o tom, jaký procesor si pořídit, aby „byl lepší zvuk, protože nejsou finance na to vyměnit celý aparát." Příčina může být úplně někde jinde. Proto byl pro účel správného přizpůsobení při propojování vymyšlen DI-Box. Nesmíme opomenout, že nám také umožňuje pohodlné „odzemnění" signálové trasy v případě problémů se zemními smyčkami a pokud je v zapojení DI-Boxu použit transformátor, jsou od sebe propojená zařízení galvanicky oddělena. Myslím, že se mnou teď budete souhlasit, že taková poměrně nenápadná věcička, jako je DIrect-Box, má mezi ostatním zvukařským „nádobíčkem"své místo.

Pod pokličkou

Nyní si řekneme něco o zapojení. V zásadě existují tři základní provedení. Neřeknu vám přesně, který princip byl použit jako první, ale domnívám se, že to byly DI-Boxy pasivní. Pasivní DIrect Box je realizován pomocí převodního symetrizačního transformátoru, na jehož primární vinutí se přivede nesymetrický vstupní signál s vysokou impedancí a na sekundárním výstupu je tentýž signál s nízkou impedancí, nyní symetrický. Jedná se o obvod z pasivních součástek, které nevyžadují žádné napájení. Výhodou je jednoduchost zapojení a tím také jeho spolehlivost. Nesprávně (u profesionálních výrobků to nepředpokládám) navržený převodní transformátor může vykazovat pokles frekvenční charakteristiky na obou koncích používaného akustického pásma. V souvislosti s pasivním převodem z vysoké impedance může být na výstupu DI-Boxu nižší úroveň signálu, než na jeho vstupu. Transformátor na druhou stranu umožňuje galvanické oddělení dvou propojených zařízení a navíc „trafo nešumí", DI-Box není závislý na změnách napájecího napětí, protože prostě žádné nepotřebuje.

Druhou základní variantou DI-Boxu je aktivní provedení. Aktivní v tom smyslu, že jsou použity obvody aktivních součástek, tudíž je vyžadováno napájecí napětí. Základ tohoto zapojení tvoří většinou jedna dvojice nízkošumových operačních zesilovačů, které jsou zapojeny jako sledovače signálu s jednotkovým zesílením. Přitom druhý z dvojice operačních zesilovačů má za úkol pouze obrátit fázi signálu, který je na výstupu z prvního z nich. Tím je dáno, že na výstupu máme dvakrát tentýž signál, ale v protifázi tak, jak je třeba pro symetrické vedení signálu. Funkce takového DI-Boxu je stejná jako v případě pasivního typu s tím, že je zde transfer z vysoké impedance vstupu na nízkou na výstupu, a také symetrizace signálu realizována elektrickou cestou. Využívá se přitom skutečnosti, že operační zesilovače jsou charakteristické vysokou vstupní impedancí a nízkou výstupní impedancí. Protože se jedná o elektrické obvody, existují zde různé varianty na dané téma. Aktivní DI-Boxy se mohou lišit také použitým napájením, které má vliv na jeho vlastnosti. Operační zesilovače jsou konstruovány pro symetrické napájení, lze je však napájet i nesymetricky za cenu určitého zhoršení odstupu. Velikost použitého napájení má vliv na rezervu pro vybuzení zařízení. Setkat se tedy můžeme s napájením pomocí jedné baterie 9 V, dvou baterií 9 V, s napájením pomocí adaptéru od 12 V výše a také s napájením, které je odebíráno z „fantomu" na mixážním pultu, podobně jako u kondenzátorových mikrofonů. V takovém případě je ale použití DIrect-Boxu vázáno na mixážní pult vybavený fantomovým napájením.

Třetí konstrukční typ DI-Boxu v sobě kombinuje vlastnosti obou předchozích konstrukcí. To znamená, že se jedná o obvod tvořený operačními zesilovači doplněný symetrizačním transformátorem. Jedna se o aktivní DI-Box, který využívá výhody transformátoru hlavně v tom smyslu, že jsou propojená zařízení galvanicky oddělená a v zásadě může „odpadnout" jeden operační zesilovač, protože je symetrizace realizována trafem. Jednotliví výrobci samozřejmě tyto varianty různě obměňují, hlavně pokud jde o doplňující vymoženosti, ale výchozí principy jsou takové, jak jsme si je popsali.

Tohle je ráj!

Ještě než se propracujeme k vlastnímu testu, měli bychom se pokusit definovat si vlastnosti pomyslného ideálního DI-Boxu, aby bylo vlastně vůbec co testovat. Myslím, že se shodneme na tom, že ideální DIrect-Box by měl zajišťovat správné impedanční přizpůsobení dvou vzájemně propojených zařízení, souběžně s tím také převod nesymetrického signálu na nesymetrický a jinak by se měl chovat jako kus drátu. To znamená, že jeho zařazením do signálové trasy by nemělo dojít k ovlivnění úrovně, frekvenční charakteristiky a dynamiky procházejícího signálu, neměla by stoupnout hladina šumu. Je možné takový DI-Box vůbec realizovat ? Na to se pokusí odpovědět následující test.

K testování DI-Boxů jsem použil následující zařízení: měřící kmitočty od 20 Hz do 20 kHz, nf milivoltmetr a osciloskop. Nejprve jsem na vstup každého DI-Boxu přivedl sinusový signál 1kHz s referenčním napětím 0,775 V. Na výstupu DI-Boxu jsem měřil rozdíl mezí vstupní a výstupní úrovní. Potom jsem proměřoval frekvenční charakteristiku. Postupně jsem přiváděl na vstup sinusový signál jednotlivých kmitočtů, vždy při stejné referenční úrovni 0,775 V. Na výstupu jsem měřil úroveň na jednotlivých kmitočtech po průchodu obvodem DI-Boxu. Jako poslední jsem prováděl měření vybuzení. Na vstup jsem přivedl sinusový signál 1 kHz a postupně jsem zvyšoval jeho úroveň. Na výstup jsem připojil osciloskop a sledoval jsem počátek limitace sinusovky. Na vstupu jsem měřil úroveň, aby bylo jasné při jakém vstupním napětí k limitaci dochází. Původně jsem měl také v úmyslu nějakým způsobem posoudit eventuální šum. Na přesné měření tohoto typu nejsem vybaven, takže by šlo pouze o jakési subjektivní posouzení, jenže při pokusu něco uchem vyposlouchat jsem asi po dvaceti minutách skončil s tím, že si stejně nejsem schopen objektivně zapamatovat šum jednoho zařízení, než ho odpojím a připojím další. Jediné, co k tomu můžu říci, že žádný z testovaných DI-Boxů mě při testu svým šumem „neupoutal". Prostě nic, co by stálo za řeč. Myslím si stejně, že při minimálním počtu součástek v obvodech DI-Boxů, se jedná spíše o katalogové hodnoty šumu použitých nízkošumových operačních zesilovačů. U aktivních DI-Boxů jsem uvedená měření prováděl při nejnižším možném napájecím napětí, které u daného DI-Boxu přicházelo v úvahu a to proto, že to představuje nejhorší variantu použití. Při vyšším napájecím napětí a tvrdším zdroji (než je např. jedna baterie 9 V) se zlepšuje stabilita parametrů, hlavně pak rezerva pro vybuzení přicházejícím signálem.

Bespeco DBX-10

Tento jednokanálový pasivní DI-Box byl vyroben v Itálii firmou Bespeco. Zabudován je v pevné plechové skříňce. Na vstupu je osazen nesymetrickým konektorem 1/4", ze kterého je odbočen paralelní výstup 1/4" označený Link Out pro rozbočení a vyvedení vstupního signálu. Hlavním výstupem je pak symetrický výstup na konektoru XLR s impedancí 600 ohmů. K dispozici je tlačítko pro „odzemnění" Ground Lift a tlačítko Pad pro omezení úrovně vstupního signálu o 20 dB. Frekvenční rozsah udávaný výrobcem je 28 Hz až 20 kHz v pásmu +/- 0,3 dB. V návaznosti na to, co bylo napsáno výše jen pro úplnost opakuji, že u pasivního DI-Boxu je převod impedancí a symetrizace signálu realizována transformátorem k tomuto účelu navrženým. Naměřil jsem následující: při vstupním signálu 1 kHz/0,775 V přivedeném na nesymetrický vstup jsem na symetrickém výstupu naměřil totožné napětí, tedy 0,775 V. Při proměřování frekvenční charakteristiky se mnou naměřené údaje liší od specifikace výrobce. Na frekvenci 20 Hz jsem naměřil pokles o 7 dB, na 40 Hz o 4 dB, na 60 Hz o 1 dB a teprve na frekvenci 100 Hz se průběh frekvenční charakteristiky vyrovnal a až na frekvenci 20 kHz jsem opět naměřil malý pokles o 1dB. Při pokusu přebudit tento DI-Box jsem neuspěl. Byl jsem schopen „dodat" nezkreslený signál o úrovni 6,5V na frekvenci 1 kHz a osciloskop připojený na výstupu stále ukazoval normální tvar sinusovky. To je myslím jedna z výhodných vlastností transformátoru. Subjektivní poslech běžného signálu „prohnaného" přes DBX-10 byl bez problémů.

Bespeco DBX-40

Opět pasivní DI-Box, opět od stejného výrobce. Tentokrát se jedná o čtyřkanálové provedení. Každý kanál je vybaven nesymetrickým vstupem na konektoru 1/4" a z něho odbočenými konektory Link Out vpředu a vzadu. Symetrický výstup s impedancí 600 ohmů je osazen konektorem XLR, který je paralelně vyveden vpředu i vzadu. K dispozici je rovněž tlačítko pro „odzemnění" Ground Lift a tlačítko pro omezení vstupní úrovně o 20 dB. Údaje výrobce o frekvenční charakteristice jsou shodné jako u předcházejícího typu: 28 Hz až 20 kHz v pásmu +/-0,3 dB. Jsem přesvědčen, že je zde použito stejné zapojení jako u jednoduchého DBX-10, ale naměřené údaje se při vzájemném srovnání liší. Při napětí 0,775 V na frekvenci 1 kHz přivedeném na vstup je na symetrickém výstupu rovněž napětí 0,775 V. Při proměřování průběhu frekvenční charakteristiky jsem změřil následující: na frekvenci 20 Hz pokles o 10 dB, na 40 Hz pokles o 5 dB, charakteristika se vyrovnala až na frekvenci 200 Hz, na frekvenci 20 kHz byl pokles 0,5 dB. Ani tento DI-Box se mi nepodařilo, vzhledem k mým možnostem buzení signálem, přebudit. Přehrávání normálního hudebního signálu bylo bez problémů.