Hoparlör ve Kabinleri

HOPARLÖR KUTULARI

Hoparlörler neden kutu içerisinde çalışma ihtiyacı duyarlar? Ya da gerçekten kutu içinde çalışma ihtiyacı duyarlar mı?

Açıkçası cevabı çok basit değildir. Çünkü aslında 1Khz üzerindeki frekanslarda bir kutu içine koymak gereksizmiş gibi görünebilir. Ancak bütün hoparlörleri (tweeter, mid ve bas) bir kutu içerisine koyma fikri daha çok fazsal ve rezonatif endişelerden kaynaklanır. Şöyle ki, her cismin bir rezonans yani ahenk frekansı vardır . Örneğin bir hacı yatmazı kendi halinde salınıma bıraktığınızda belirli bir frekansta hareket edecektir. Bunu siz belirleyemezsiniz, cismin kendi öz karakteridir. Bu durum doğal olarak hoparlörleri içine koyduğunuz ahşap (ya da PVC) kabinler için de geçerlidir. İç hacim büyüdükçe ve yapı malzemesi gevşekleştikçe rezonans frekansı düşer, tersi durumda yükselir.

Aynı kabin içine konmuş ancak barik olarak izole edilmiş (bu çok önemlidir) muhtelif frekansları icra eden hoparlör grupları kabin iç hacmi ve yapı malzemesi etkenlerine bağlı olarak biribirleri ile etkileşirler. Bu etkileşim faz benzeşmelerine, modülasyonlara ve distorsiyonlara yol açar. Toplamda ortaya çıkan şey ise kabinin tınısıdır ve bu tınıyı asla teker teker, açık havada veya başka tür bir kabinde elde edemezsiniz. Aslında aynı fabrikada ya da atelyede aynı teknisyen tarafından hatta 15 dakika ara ile aynı MDF levhasının parçalarından üretilmiş iki ayrı kabinin tınısı da biribirinden farklıdır ve farklı olmak zorundadır… Bu işin doğası gereğidir. Ancak bu farkı insan kulağı ile duyumsayabilmek mümkün müdür? İşte kaliteyi belirleyen unsurlardan biri de budur.

Peki kabin aslında ne işe yarar?

Kabin pratik olarak anlatmak gerekirse ekskürsif (uzun kon hareketli) hoparlörlere (bas ve orta/bas karakterli) referans noktası oluşturur. Örnekle anlatmak gerekirse; bir yelkenli teknede olsanız, teknenin içinde de yeterli güce sahip bir fan olsa ve bu fanı yelkene doğrultup olanca gücüyle çalıştırsanız tekneniz ilerler mi? Sonsuza kadar çalıştırsanız da ilerlemez! Neden? Çünkü referans noktanız yüzer durumdadır, yani sabit bir noktaya dayanarak hareket almamaktasınız. Hareket ettirmeye çalıştığınız nesne referans noktanızdır yani uygulanan bağıl kuvvet hep sıfır olacaktır.

Gelelim hoparlöre, bir bas karakterli hoparlörü açık havada çalıştırdığınızda hoparlörün ses çıkarabilmesi için önünde veya arkasında negatif veya pozitif basınç oluşturması gerekir. Oysa ortam havası hareketlidir ve basınç noktaları oluşmasına rağmen ekskürsiv yani uzun hareketli atımlar oluştuğundan bu basınç farkları çabucak kapanır. Çünkü referans noktası yetersizdir. Oysa hoparlör konunu yeterince sert bir referans noktasına dayarsanız çok daha etkin basınç farkları oluşturabilirsiniz. Katı bir cisimle referans oluşturmaya kalkarsanız ses duyamayacağınıza göre esnek ama yeterince sert bir malzeme olan basınçlı (atmosferik basınç) havayı kullanmak durumundasınız. Yani kapalı bir kabine hoparlörü gömmelisiniz. Kapalı kabinin iç hacmi ve yapı malzemesi kabinin rezonans frekansını belirler. Rezonans frekansına yakın değerler bu kabin yapısı tarafından amplifiye edilir (yükseltilir). Neden? Çünkü kendisi de bu frekansta salınmaya meyillidir (eskiler buna meyyal de derler) Bu frekansı öyle seçmelisiniz ki bas hoparlörünüzün kesim frekansının biraz altında olmalı. Böylece hoparlörünüzün bas kesim noktasını aşağıya çekmiş olursunuz.

Bas ve orta/bas karakterli hoparlörlerin (eğer başka türlü dizayn edilmemişlerse) kabinler içinde çalıştırılması gerekliliğini anlamış olduk sanırım. Doğal olarak bu teori tiz karakterli hoparlörler (tweeter) ler için de geçerlidir. Ancak frekans bantları daha kısa dalga boylarını içerdiğinden ve kon hareketleri de buna bağlı olarak daha kısa olduğundan gereksinim duydukları referans hacim miktarı önemsenmeyecek kadar küçüktür. Ya da en azından ben şahsen bunu hesaba katmam. Dolayısıyla tweeter hoparlörler genellikle ya konunun arkası kapalı olacak şekilde üretilirler ya da biz kabine kuple ederken diğer hoparlör-ler için ayırdığımız hacimden onu izole ederiz.

Bunun bir sonucu olarak kabin hesaplama konusunda esas alınacak hoparlörler alt bas, bas ve orta karakterli kabinler olacaktır.

KUTU ÇEŞİTLERİ

İşimiz hacim ve basınçlı kap oluşturmak olduğuna göre bunun birkaç yolu olmalıdır. Ki öyledir de. Başlangıçta yalnızca tamamen kapalı (sealed) kabinler kullanılırken zamanla faz bozulması oluşturmalarına rağmen akort edilmiş (frekansı ayarlanmış) portlu kutuların daha derin bas verdikleri keşfedilmiş ve bugün bolca kullanılan vented box (portlu kabinler) lar ortaya çıkmıştır.

Bu çizimlerden de anlaşılabileceği gibi kapalı bir kabin yalnızca hoparlörün arka yüzünün (ön yüzü de olabilir) kapalı bir kabine kuple edilmesinden oluşur. Kabinin barik (basınçsal) olarak çok iyi izole edilmesi gerekir aksi taktirde istenmeyen yellenme benzeri sesler oluşur ki kimse bunları dinlemek istemez. Hacim belirleyici olmakla birlikte alt kesim frekansını bire bir değiştirmez. Hoparlör cevap eğrisi doğal yapısı gereği yumuşak bir slopla düşer ve kabin kendi başına faz farkı oluşturmaz yani kendisine verilen sinyalleri değiştirmez. Örnek cevap eğrisi, ACI SW12 model bir alt bas hoparlör için takribi 114lt kapalı kabinin teorik frekans cevabıdır. Görüldüğü gibi -3dB de kesim frekansı 32Hz dir. Bu noktada 90° faz kayması mevcuttur diğer frekanslar için cevap lineerdir.

Portlu kabin ise daha komplike bir yapıdadır. Örnekte de görüldüğü gibi kapalı kabin dizaynı esas alınarak yalnızca bir firing port eklenmiştir. Buna yerli piyasada bas borusu derler. Bu portun çapı ve uzunluğu ile birlikte kabinin hacmi, kutunun cevap eğrisini belirler. Ciddi hesaplamalar yapılması gereken bir kabin çeşididir. Örnek cevap eğrisi aynı hoparlörün 233lt hacimli 102x248mm portlu kabinle ve yaklaşık 18Hz e akort edilmiş frekans cevabını gösterir. Akort edildiği üzere 17.88Hz de -3dB kesim noktası meydana gelir.

Bu kabin türü ise genelde yalnızca altbas hoparlörler için kullanılan daha karmaşık bir yapıdır. Kabinin özelliği kendiliğinden 4üncü (24dB/oktav) derece bant geçiren filtre olmasıdır. Bu anlamda bu tür bir subwoofer kabini tasarlandığında ek olarak bir alt geçiren aktif/pasif filtre tasarımına gerek yoktur, ancak doğal olarak girişine filtre eklendiğinde daha iyi sonuç alınacaktır. Örnek cevap eğrisi bahse konu hoparlörün yaklaşık 190lt çift odacıklı (ön 76 arka 112 lt) 4ncü derece kutuyla 32Hz’e akort edilmiş frekans cevabını verir. Takriben 20Hz – 52Hz arası lineer cevap alınabilir ve port ebadı 102x239mm dir.

Bunlarla birlikte 6ncı derece filtre kabinler de yapmak mümkün ancak çok karmaşık bir yapı olduğundan burada değinmeyeceğim.

Diğer yandan portlu kabin teorisi üzerine geliştirilmiş transmisyon hatlı kabin tasarımları da vardır. Ancak hız tayini vs.. bir takım derin konuları içerir, ayrıca bu konu hakkında herhangi bir tasarım yapıp realize etmediğimden onu da bu makale kapsamına almıyorum.

Görüldüğü gibi kabin çok da basit olmayan ve üzerinde hesaplar yapılması gereken bir husus.

HOPARLÖR PARAMETRELERİ VE KABİN HESAPLAMALARI

İyi bir kabin hesaplayabilmek için bir bas veya mid/bas hoparlörün aşağıdaki parametrelerinin mutlaka bilinmesi gerekir;

Qts = Hoparlörün toplam Q katsayısıdır
Qes = Hoparlörün elektriksel Q katsayısıdır
Qms = Hoparlörün mekanik Q katsayısısıdır
Vas = Hoparlörün itme kabiliyeti olan hava hacmidir.
Fs= Hoparlörün açık hava rezonansı
SPL= 1W 1mt için ses şiddetidir.

Bu parametreler olmaksızın sağlıklı bir kabin tasarlamanız olanaksızdır. Ve yapacağınız kabin oldukça beklenmedik sonuçlara yol açabilir.
Örneğin portlu kabin başlığında vermiş olduğumuz cevap eğrisi

Yalnızca 248 yerine 60mm uzunluğunda bir port kullanıldığında işte böyle bozulur ve 50Hz-100Hz bandında yaklaşık 8dB fazladan ses duyarsınız. Emin olun sonucu kimse beğenmez. Tabii port uzunluğunu da ancak hesaplayarak bulursunuz.
Aslında kabin hesaplamalarında standart formüller mevcuttur. Ancak şimdiye kadar gereksinim duymadığım için öğrenemedim. Bu makale ekinde vermiş olduğumuz yazılım her üç tip kabin için çok başarılı bir şekilde hesaplama yapmaktadır. Bu program WinISD dir. Biz Beta sürümünü kullanacağız. Daha profesyonel hesaplamalar için Pro sürümü var ancak şu an gereksiz görüyorum.

WinISD beta yazılımı kullanımı

WinISD Beta, kullanımı oldukça basit bir yazılımdır. Yukarıdaki parametreleri biliyorsanız veya kendi kütüphanesinde aradığınız hoparlör varsa birkaç saniye içinde kabininiz piyasaya çıkar.

Yazılım ilk açıldığında bu ekranı görürsünüz…Yeni bir kabin hesaplayacaksanız “New” tuşuna basarsınız.

Ve şu ekran gelir. Burada iki seçeneğiniz var, soldaki “Program database” seçeneği programın kütüphnesinde bulunan binlerce hoparlörden birini seçmenize yarar. Bu durumda herhangi bir parametre girmenize gerek yoktur. Ancak kütüphanede bulunmayan bir hoparlöre sahipseniz bu durumda ikinci yani “Own drivers” seçeneğini tıklayarak açılır kutunun yanındaki “New” tuşuna basmanız gerekecektir.

Tuşa bastığınızda Driver Editor ekranı gelir. Öncelikle hoparlörünüzün marka ve modelini anlayabileceğiniz şekilde “Driver name:” alanına girin. Ardından ilgili alanlara gelerek sırayla elinizde olan verileri bire bir girin. Ancak daha önce belirttiğimiz gibi Qts, Qms, Qes, Vas, Fs ve SPL olmadan hesaplama yapamazsınız. Diğer veriler de gereklidir ama asgari bunların olması gerekir. Siz gene de elinizde olan bütün verileri girin. Tüm İngilizce ve Almanca kaynaklarda kısaltmalar aynıdır. Bu parametrelerin tamamına “thiele small parameters” denir. Google de elinizdeki hoparlörün marka modelini ve thiele small parameters girip arama yaparsanız bulursunuz. Ancak ne yazık ki Çin malı kalitesiz ürünlerin parametrelerini bulmanız oldukça güçtür. Hatta pek çok Pioneer subwooferin parametresini internette bulmak deveye hendek atlatmaktan zordur. Parametreleri girdikten sonra “OK” tuşuna basıp veritabanına ekleyeceksiniz.

Örneğimize dönecek olursak. Şu aralar piyasada bolca bulnan JBL GT4-10 (25cm) subwooferin parametrelerini şekildeki gibi girdik diyelim;

Görüldüğü gibi olmazsa olmaz parametrelerimiz girilmiş durumda.. Kabin hesaplamaya başlayabiliriz.

Bu ekranda yazılım bize aynı kabin içine kaç tane bahse konu hoparlörden ve ne şekilde koyacağımızı soruyor. Birinci seçenek normal olarak “normal” ikinci seçenek ise Iso-Barik.. Iso-Barik konusu şu an için işimizi bir hayli karmaşıklaştıracağından biz “Normal” diyerek devam ediyoruz. Tabii kaç hoparlör koyacağınıza siz karar vereceksiniz. Ama kriteri unutmayalım, aynı kabin içine kaç tane koyacaksınız?

Bu bölümde kabin tipini seçmemiz gerekiyor. Default olarak “closed” yani kapalı kabin geliyor. Size başlangıçta “vented” yani portlu kabin kullanmanızı öneririm. Daha derin baslar alabilirsiniz bu şekilde.

Bu arada seçtiğimiz JBL GT4-10 tipi araç subwooferi iyi özellikli bir hoparlördür. gitt “finish” him dediğimizde hesaplama çoktan bitmiştir.

Eveeet şimdi hesaplama sonuçlarını nasıl değerlendireceğimizi öğrenelim;

İkinci tabdaki Box başlığı bizim esas ilgi alanımıza girer.

Görüldüğü gibi yazılımımız, hoparlörümüzün karakteristiğine uygun olarak kutuyu 28,4 Hz e akortlamış ve 41,2 lt hacim olarak bize vermiş. Unutmayın 41.2lt toplam boş hacimi gösterir. İçine hoparlörün ve portun kapladığı hacim eklenmemiştir. “Box shape” butonu ise eğer girilmişse hoparlörün yüzeyini ve kendi hesapladığı portun hacmini de ekleyerek üstelik sunta kalınlığını da hesaplayarak dıştan dışa ideal kabin ölçülerini verir. Görelim;

Tablo kendini anlatyor. “Board thickness” sunta kalınlığı, istediğinizi seçiyorsunuz. Ben genelde kullanılan 18mm yi seçtim. Siz hangi suntadan yapıyorsanız onu girin veya seçin ama bu değer mt cinsinden onu mm ye çevirip gireceksiniz. Ondan sonra “optimum” tuşuna basacaksınız “Outer dimensions” başlığı altında gerekli dış ebatlar yine metre cinsinden belirecektir.

Ana sayfadaki “Vents” tabında ise kullanacağımız portun ebadı veriliyor. Bu örnek için eğer 1 adet port kullanacaksak 102mm iç çapında yani 10cm lik ve toplam 650mm uzunluğunda bir port kullanmamız gerekiyor. Ancak bunu uzun bulanlar üstteki “Vent diameter” yani port çapı parametresini küçülterek örneğin 70mm veya 50mm yaparak port boyunu kısaltabilirler. Ne kadar geniş çaplı port kullanırsanız o kadar uzun yapmanız lazım. Burada önemli olan konu sağ alttaki “Vent mach” yani port hızı parametresinin asla 0,15 in üstünde olmaması gerektiğidir. Nitekim port çapı ufaldıkça Vent mach artacaktır. Diğer yandan büyük çaplı bir hoparlörde 50 lik veya 70 lik port kullanmak oldukça güçtür çünkü vent mach çok yükselecektir bu durumda. Mesela aynı konfigürasyonda 0,068 yani 68 iç çaplı (70lik) pimaş boru kullanırsak bundan 272 mm yani 27,2 cm kesmek gerekecektir ve vent mach 0,15 civarında gerçekleşecektir. Bunu da fazla bulanlar iki adet 0,048 lik (50lik pimaş) kullanabilirler, örneğimizde uzunluk değişmemektedir ama başka örneklerde iki adet 50 lik pimaş kullanmak boyu kısaltacaktır.

Kutu ve port ebatları işini hallettikten sonra kutuyu nasıl realize edeceğimiz konusuna gelelim.

Uygulama

WinISD yazılımı tarafından hesaplanmış veriler teoriktir ve girdiğiniz fabrika verilerine dayanır. Ancak daha iyi bir sonuç ancak dinleme testleri ile elde edilebilir. Uygulamada ise WinISD nin bize vermiş olduğu ebatı bire bir uygulamaktan başka şansımız yok. Tabi ebattan kastımız hesaplanan hacmi uygulamak. Yoksa optimum verilere yani en boy oranına sadık kalmak %100 şart değildir. Ancak duran dalgalar vs.. konuları dikkate alınırsa bu oranları korumak daha makul sonuçlar doğuracaktır.

Genelde bu tür kabinler için 18mm lik sunta veya MDF malzeme kullanılır. Sunta işlemesi kolay ve yumuşak bir malzemedir. Rezonans frekansı MDFye göre daha düşüktür. Ancak MDF daha temiz ve sağlam bir malzemedir. Uygulamada seçim sizindir.

Öncelikle ebatınıza uygun biçimde levhalarımızı kesmemiz gerekiyor. Ahşap işlerinden çok fazla anlamamakla birlikte birkaç kabin tasarlayıp gerçekleştirdiğimden bazı ipuçları vermekte yarar görüyorum.

1. Ölçü alırken sunta kalınlık paylarını unutmayın.
2. Ölçüleri çok kesin olarak belirleyin ve milimetrik olarak kesin. Yoksa levhaları birleştirdiğinizde açıklıklar kalır ve kabininizi bitiremezsiniz.Hangi levhanın hangisine bağlanacağını çiziminizde belirleyin ve levhaları numaralandırın.
3. Levhaların birleşme noktalarını mümkünse gönye burun denilen yöntemle yapın yani 45°lik açılarla kesin.. Sonuçta diğer levhanın kenarı da 45° olacağı için “öpüşeceklerdir”.
4. Birleşme noktalarında kesinlikle çivi veya vida kullanmayın. Tamamını beyaz tutkalla birleştirin. Ve işkence ile sıkarak 1 gün sıcak bir ortamda bekletin.
5. Yapıştırma işlemi tamamlandıktan sonra iç çeperlerden birleşme noktalarını silikonlayarak izolasyonu sağlayın.
6. İç çeperlerin ön yüz hariç tamamını ince muflonla kaplayın. Bu istenmeyen yansımaları engelleyecektir. Bu işlem hacmi değiştirmez.Kabinimizi gerçekleştirdikten sonra hoparlörümüzün delik ölçüsüne uygun olarak merkezlemesini yapmamız ve yerleştirmemiz gerekiyor. Bu işlem ancak dekupaj testere ile yapılabilir. Ancak düzgün kesilebilmesi için önceden pergelle çap çizilmesi uygun olacaktır.

Hoparlörün, kabinin hangi yüzüne monte edileceği sonucu etkilemez. Yani istediğiniz yüzeye monte edebilirsiniz. Ancak alt yüzeye monte edecekseniz doğal olarak kabine ayaklar eklemek gerekecektir. Genelde subwooferler için uygulanan yöntem alt yüzeydir. Bu şekilde kabininizi istediğiniz kadar estetik yapabilirsiniz. Eğer hoparlör önüne bir ızgara ya da kumaş koyacaksanız bunu da hesaplamanız gerektiğini unutmayın ve başlangıç olarak alt yüzeye montajlı bir dizayn yapın.

Port seçimi ve portun yerleştirme işine gelince. Aslında yabancı kaynaklı sitelerde bu işler için özel ayarlı portlar vardır.

Bu şekilde hem şık hem de ayarlanabilir bir portunuz olur. Ancak ne yazık ki Türkiye piyasasında bu tür şeyler bulunmaz. Portun yerleşimi yine hoparlör yerleşimi gibi tamamen serbesttir, tek bir koşul dışlında; portunuzu asla hiçbir yüzeye 7.5cm den daha yakın tutmayın sonuç alamazsınız.

Ayrıca portunuzun uzunluğu direkt olarak kabinin rezonans frekansını belirler. Dolayısıyla yapıp bitirdiğiniz kabininizin sesini beğenmediğinizde ilk yapacağınız iş portun uzunluğunu değiştirmek olmalıdır. Malzeme olarak basitçe PİMAŞ borulardan kullanabilirsiniz. Arka yüzeye koyarsanız estetik kaygılarınız da olmaz. Bu boruların 30mm ile 150mm arasında çapları vardır ve her uzunlukta kesebilirsiniz. Beğenmezseniz daha uzununu seçersiniz ya da kısaltırsınız. …