DİREKTRADY ATÖRLÜ
HOPARLÖR
SİSTEMLERİNDE
VERİM (*)
Çeviren : Yük. Müh. Eren BAŞARAN
tutturulmuş bir sesbobininden oluşmuştur. Hoparlör
Kutusu (veya Hoparlör Kabini) ses yaymak üzere sürücü
nün yerleştirildiği kutuya denir. "DirektRadyatörlü Ho
parlör Sistemi" deyişi ile genellikle elektrodinamik ho
parlör kullanan
a) Kapalı Hoparlör Kabini
b) Oluklu Hoparlör Kabini
c) Pasif Radyatörlü Hoparlör
dır.].***)
Kabin,
anlaşılmakta
Direktradyatörlü hoparlör sistemlerinde alçak frekans
lardaki güç dönüştürme verimi (= hoparlör kabinleri çı
kışındaki akustik gücün, hoparlör sesbobinine uygula
nan elektriksel güce oranı), doğrudan doğruya sistemin
(kapalı ve oluklu hoparlör kabininin) frekans yanıtsama
sının (responsunun) 3dB düştüğü kesim frekansına, kabin
tipine (kapalı veya oluklu kabin olmasına) ve kabin hac
mine bağlıdır. Yazıda verilen grafikler oluklu ve kapalı
kabinlerde verimin; kabin hacmi ve sistemin kesim fre
kansı arasındaki bağıntıyı göstermektedir. Neticede, oluk
lu kabinlerin belirgin bir performans üstünlüğü taşıdığı
belirmiştir.
Hoparlör sistemleri tasarımı genellikle üç önemli teknik
öğeye (spesifikasyona) dayanmaktadır. Bu üç önemli öge
(spesifikasyon); 'Kabinin hacmi, kabinin güç dönüştür
me verimi ve kabinin frekans yanıtsaması (responsu)" ol
maktadır. Mühendisler epeyce zamandan beri bu spesifi
kasyonlar arasında karşılıklı bir ilişkinin varolduğunun
farkında idiler.
Thiele (i) makalesinde, bir direktradyatörlü hoparlör sis
teminin temel veriminin, hoparlör sürücüsünün (örneğin,
kullanılan elektrodinamik hoparlörün) üç temel paramet
resinden hesaplanabileceğini ve ayrıca bu parametrelerin
belirlenen bir hacimdeki oluklu hoparlör kabinindeki sü
rücünün (örneğin, elektrodinamik hoparlörün) alçakfre
kans yanıtsamasını belirlediğini göstermiştir. Ayni ana
litik yöntemler kullanılarak, kapalı hoparlör kabinindeki
sürücünün alçakfrekans yanıtsaması (responsu) ile temel
elektrodinamik hoparlör parametreleri arasında bir ba
ğıntı elde edilebilir.
[Direktradyatörlü hoparlör sistemi; huni veya daha baş
ka akustik empedans dönüştürücü araç kullanmaksızın,
akustik enerjiyi doğrudan doğruya havaya yayan hopar
lör sistemidir.
Hoparlör sürücüsü; bir transdüser mekanizması olup elek
triksel enerjiyi mekanik enerjiye ve/veya akustik enerjiye
dönüştürmektedir. En çok bilinen hoparlör sürücüsü, de
vingenbobinli (elektrodinamik) sürücü olup, daimi mık
natıslı havaaralığı içine yerleştirilen ve asılı diyaframa
16
Bulunan bu verim ve frekans yanıtsaması bağıntıları, ka
palı ve oluklu kabinlerde hacim, frekans yanıtsaması ve
güç dönüştürme veriminin bağımsız olmadıklarını doğ
rulamaktadır. Eğer, iki parametre verilmişse, üçüncü pa
rametre tayin edilebilir ve hesaplanabilir. Elde edilen bu
bağıntılar, sistemin küçü vsinyal performansının; sürücü
nün çapına bağımlı olmadığını ortaya çıkarmaktadır. Sü
rücü boyunun seçimi; maliyet veya distorsiyon veya akus
tik güç çıkışı gibi büyüksinyal performansına dayanmak
tadır.
(*) Bu yazı Proc. I.R.E.E. (Australia), Vol. 31, pp. 359360
(Oct. 1970) sayısından; ilk iki paragraf, çeviren tarafından
eklenerek, çevrilmiştir. Aynca "J.A.E.S." dergisinin (Vol.
19, No. 10, November 1971) sayısında da yayınlanmıştır.
(**) Başaran, E. "Ses Frekans Tekniği" M.E.B. İstanbul 1981,
No : 48 Temel Ders Kitabı serisi.
ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 293
Şekil 1'de dördüncüdereceden Butterworth (maksimalli
düz) frekans yanıtsaması (responsu) vermek üzere ayar
lanmış, oluklu hoparlör kabininin temel verimi; V3 net
içhacim ve f3 sistemin kesim frekansının, fonksiyonu
olarak çizilmiştir.
biçimindedir. Bu ifadede rj hoparlör sisteminin (kabinin)
temel verimi, ve k^ verim sabitidir. Bu ifadede, k katsa
yısının alacağı değer, hoparlör sürücüsündeki (devingen
bobinli elektrodinamik hoparlördeki) sönümleme mikta
rını saptamaktadır. Bu nedenle k^ katsayısının alacağı
değer; sistem tipine, spesifikasyonuna ve yanıtsama biçi
mine bağlıdır. Şekil 1 ve Şekil 2'de verilen verim değer
leri; sürücü parametreleri ayarlanarak, belirtilen frekans
yanıtsama biçimlerine uygulanabilir. Bu eğriler yardımcı
filtreli ve sönümleme devreli, sistemlere uygulanamaz.
Şekillerdeki grafik, tipik minyatür kabinlerde elde edile
bilecek sınır verim değerlerini göstermektedir. Genellik
le, bu değerler % 0.20.4 dolayındadır. Görüleceği üzere,
oluklu kabinlerin kapalı kabinlere kıyasla bir performans
üstünlüğü vardır. Bu üstünlük, oluklu kabinlerde k» katsa
yısının daha büyük değerler almasından kaynaklanmakta
dır. Dolayısıyle, ayni hacim ve ayni bandgenişliği için,
4
Şekil 1 : Oluklu haporlör sistemi temel veriminin kutu
net iç hacmi Vg ve sistemin kesim frekansı f 3 ile değişi
mini veren grafik.
Şekil 2'de ise, ikincidereceden Buttervvorth yanıtsaması
(responsu) için ayarlanmış, yüksek kompliyans oranına
sahip olan, akustiksüspansiyonlu kapalı hoparlör kabin
lerinde temel verimin değişimi gösterilmiştir. Her iki şe
kilde görülen f3 kesim frekansı, kabin frekans yanıtsama
sının, geçirmebandı seviyesinin 3 dB altındaki frekans
değeridir. Bu kesim frekansı, oluklu kabindeki (elektro
dinamik hoparlörün) sürücünün rezonans frekansı ile, ve
ya kapalı kabinin rezonans frekansı ile, ayni değerdedir.
Grafikler elde edilirken; sürücünün (elektrodinamik ho
parlörün) mekanik ve akustik kayıpları gözönüne alınmış
tır. Ayrıca, amplifikatörün çıkış direnci; sesbobini doğ
ru akım direncinden yeterince —ikmal edilebilecek ka
d a r küçük olduğu kabul edilmiştir.
Her iki şekilde, temel verim ifadesini veren bağıntı
dB daha büyük verim elde edilebilir. Ayni hacim
ve ayni verim için,
oktav daha büyük bandgenişliği
elde edilebilir. Veya ayni band genişliği ve ayni verim için;
2
oranında hacimi azaltmak mümkün oluyor.
Bu yazıda verilen verim grafikleri; hoparlör kabin hacmi,
verimi ve alçakfrekanslardaki yanıtsama (respons) ara
sındaki bağnıtıların nicel (kantitatif) bakımdan anlaşıl
masına yardımcı olabilecektir. Bu husus hoparlör kabini
tasarımcılarına —özellikle sürücü (yani elektrodinamik
hoparlör) parametreleri üzerinde denetimi olanlara— ger
çekçi (realistik) hoparlör ve amplifikatör tasarım (dizayn)
amaçlarına ulaşmada yardımcı olacaktır.
Hoparlör bandgenişliği, verimi ve kabin hacmi son yıllar
da epeyce ilgi çekmiştir. Kapalı kabinlerde nitel (kal ita
tif) özellikli oransallık bağıntıları daha önce Jordan (2),
ve Kloss (3), tarafından belirtilmiştir.
Kapalı hoparlör kabinlerinde nicel (kantitatif) sınırlar
konusunda Finnegan (4) da ayni sonuçlara, yazardan da
ha farklı ve ilginç bir biçimde varmıştır. Her nedense,
Finnegan'ın vardığı sonuçlar çok az bir dikkati çekmiş
tir.
TJ = k,
16
Şekil (1) ve Şekil (2)'deki grafikler çıkarılırken k^ değer
lerinin; ne elde edilebilecek maksimum ve ne de garanti
li minimum değerler olmadıkları belirtilir. Ayrıca, bu k^
değerlerinin yukarıda sözü geçen "yanıtsama türü" için,
4TT Steradyanlık serbestbölge (freefield) radyasyon
yükü halinde, uygulanabileceği vurgulanır.
REFERANSLAR :
100
Şekil 2 : Akustiksüspansiyonlu hoparlör sistemi temel
veriminin kutu net iç hacmi Vg ve sistem kesim frekansı
f3 ile değişimini veren grafik.
ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 293
(1) A.N. Thiele, "Loudspeakers in Vented Boxes," Proc. I.R.E.E.
(Australia), vol. 22, p. 487. (Aug. 1961); also J. Audio Eng.
Soc, vol. 19, pp. 382392 (May 1971) and pp. 471483
(June 1971).
(2) E.J. Jordan, "Loudspeaker Enclosures," Wireless World, vol.
77, p. 2 (Jan. 1971).
17
(3) H. Kloss. "Loudspeaker Design,"Audio, vol. 55, p. 30 (Mar.
1971).
(4) J.D. Finegan, ' The InterRelationship of Cabinet Volume,
Low Frequency Resonance, and Effıciency for Accustic
Suspension Systems," presented May. 5, 1970, at the 38th
Convention of the Audio Engineering Society, Los Angeles.
ÇEVİRENİN NOTU :
1961 yılına değin hoparlör kabini imalatı denedenebul
(cutandtry; trialanderror) yöntemiyle yapılıyordu.
A.N. Thiele'nin Modern Sentez Tekniğini (Modern Filtre
Teorisini) kullanarak 1961 yılında yayınladığı makale
nin (i), bu sahada klasik bir eser olduğunun anlaşılabil
mesi ve daha geniş bir okuyucu çevresine sunulması için
aradan en az 10 yıl geçmesi gerekti. Ancak, bu arada bi
limsel çalışmalar bu konuda yoğunlaştırılmış ve 1971 yı
lını izleyen yıllarda Dr. Richard H.Small'un Amerika'nın
J.A.E.S. dergisinde yayınlanan, genellikle doktora çalış
masının özü olan makaleler; hem hoparlör imalatında,
hem de hoparlör kabinleri imalatındaki gizemli perdeyi
kaldırmıştır. Bu bilimsel çalışma ve yayınların, özellikle
elektrodinamik hoparlör ve kabin imalatında, yeni bir
dönem açtığı öne sürülebilir. Açıkçası, yüksek kaliteli
hoparlör kabini imalatı bir "meslek sırrı" olmaktan çıka
rılıp, BİLİM'e; "Modern Sentez Tekniğine" dayandırıl
mıştır. Özellikle Dr. Richard H. Small'un makalelerinde;
hoparlör sistemi tasarımcılarının sür'atle ve kolayca ya
rarlanabileceği pratik sonuçlar, formüller ve bağıntılar
verebilmek amacıyla, gerekli matematik en az düzeyde
tutularak yeterince sayısal örnekler verilmiştir.
Hoparlör sistemlerinin alçak frekanslardaki tasarımı için;
FORTRAN, CYBER ve BASIC gibi yüksek düzeyde, bil
gisayar programları mevcuttur. Ayrıca HevvlettPackard
hesaplayışlarından (calculators) 67, 97 ve 41C için de
programlar yayınlanmıştır. (*)
Yüksek Fideliteli Hoparlör Sistemlerinde kullanılan bas
hoparlörlerin boyunu küçültmekte teknoloji başarılı ola
mamıştır; hatta 30 inçlik bas hoparlör imalatına geçmiş
tir. Bu nedenle, zaman aşımından etkilenmiyen bu ilginç
sahaya girmek istiyenlere, aşağıdaki kaynakları gözden
geçirmeleri önerilir.
KAYNAKLAR:
(1) A.N. THIELE "Loudspeaker in Vented Boxes" Proceedings
of the I.R.E. Australia 487 (August 1961), Vol. 22, pp. 487
508; republishedinj. AudioEng.Soc, Vol. 19, pp. 382392,
471483 (May and June 1971).
(2) J.E. BENSON, "Theory and Design of Loudspeaker Enclo
sures Part I : ElectroAcoustical Relations and Generalized
Analysis," Amalgamated Wireless (Australasia) Ltd. Tech.
Rev. Vol. 14 pp. 157 (August 1968)
(3) J.E. BENSON, 'Theory and Design of Loudspeaker Enclo
sures, Part 2 : Response Relationships for Infinite Baffle
and ClosedBox Systems,' 'AAV.A.Tch. Rev., Vol. 14, No.3,
May 1971, p. 225293.
(*) Bakınız : Kaynak No : 22
18
(4) J.E. BENSON, "Theory and Design of Loudspeaker Enclo
sures, Part: 3, Introduction to Synthesis of Vented Systems,''
A.VV.A. Tech. Rev., Vol. 14, No. 4, November 1972, p 369
484.
(5) R.H. SMALL, ' Effıciency of DirectRadiator Loudspeaker
Systems," Proc. I.R.E.E., Vol. 31, No. 10, October 1970,
p. 359360; republished in J. Audio Eng. Soc, Vol. 19,
No. 10, November 1971, p. 862^ 63.
(6) R.H. SMALL, ' Simplified Loudspeaker Measurements and
Low Frequencies," Proc. I.R.E.E., Vol. 32, No. 8, August
1971, p. 299304;republishedinJ. Audio Eng. Soc, Vol. 20,
No. l.January/February 1972, p. 2833.
(7) R,H, SMALL, "DirectRadiator Loudspeaker System Ana
lysis," Trans./EEE, Vol. AU19, No. 4, December 1971,
p. 269281 republished in J. Audio Eng. Soc., Vol. 20,
No. 5, June 1972, p. 383395.
(8) R.H. SMALL, 'tlosedBox Loudspeaker Systems Part I:
Analysis" J. Audio Eng. Soc. Vol. 20, No. 10, December
1972, p. 798808.
(9) R.H. SMALL, "ClosedBox Loudspeaker Systems Part II:
Synthesis," J. Audio Eng. Soc. Vol. 21, No. 1 (January/
February 1973) p1118.
(10) R.H. SMALL, ' VentedBox Loudspeaker Systems Part I:
SmallSignal Analysis" J. Audio Eng. Soc., Vol. 21, No. 5
(June 1973) p. 363372.
(11) R.H. SMALL, "VentedBox Loudspeaker Systems Part II:
LargeSignal" Analysis, J. Audio Eng. Soc,Vol. 21, No. 6,
p. 438444. CJuly/August 1973)
(12) R,H. SMALL, "VenterBox Loudspeaker Systems Part III:
Synthesis" J. Audio Eng. Soc. Vol. 21, No. 7, (September
1973)
(13) R.H. SMALL, "VentedBox Loudspeaker Systems Part IV:
Appendices" J. Audio Eng. Soc. (October 1973) Vol. 21,
No. 8, p. 635639.
(14) R.H. SMALL, "PassiveRadiator Loudspeaker Systems Part I:
Analysis" J, Audio Eng. Soc. (October 1974) Vol. 22, No. 8,
p. 592601.
(15) R.H. SMALL, "PassiveRadiator Loudspeaker Systems
Part II : Synthesis" J. Audio Eng. Soc. (November 1974),
Vol. 22, No. 9 p. 683689.
(16) R.H. SMALL, "Performance Limitations and Synthesis of
DirectRadiator Loudspeaker Systems". Proceedings of the
IREE (Australia), Vol. 34, p. 265268 (August 1973).
(17) R.H. SMALL, "Suitability of Lowfrequency Drivers for
HornLouded Loudspeaker Systems" presented at the 57th
Convention May 1013, 1977 Los. Angeles, AES, preprint
No : 1251 (K8).
(18) R.H. SMALL, "DirectRadiator Electrodynamic Loudspea
ker Systems" Ph. D. Thesis, May 1972 (5th Printing 1978)
The University of Sydney. Australia. (Not: Yayınlarda yer
almayan; hoparlör ve hoparlör sistemi ölçme sonuçları mev
cuttur).
(19) J.D. BUNTON and R.H. SMALL "Cumulative Spectra, Tone
Bursts, and Apodization" J.A.E.S. Vol. 30, No. 6, June 1982
(20) R.H. SMALL,
"Assessment of Nonlinearity in Loudspeaker
Motors1 'IREECON CONVENTİON DIGEST (MELBOURNE)
1979.
(21) R.H. SMALL, "Characterisation of Linear Distortion in
Loudspeakers," Conv. Digest (IREECON Int. Convention,
Sydney), pp. 6769 (1979 August).
(22) G. MARGOLIS and R.H. SMALL, "Personal Calculator
Programs gor Approximate VentedBox and closedBox
Loudspeaker System Design" J.A.E.S. Vol. 29, No. 6, 1981
June, pp. 421441.
ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 293
Download

direkt rady atörlü hoparlör sistemlerinde verim