yollu hoparlör sistemlerinde güç

ÇOK –YOLLU HOPARLÖR SİSTEMLERİNDE GÜÇ-DAĞILIMI
( POWER DISTRIBUTION IN MULTI-WAY LOADSPEAKER SYSTEMS )
Eren BAŞARAN
Elektronik Yüksek Mühendisi ( i.t.ü.)
e-posta : [email protected]
Güç ve Yüksek Fideliteli Hoparlör Sistemleri”
konusunda tarafımdan hazırlanan çeşitli makaleler
yayımlanmıştır. (Kaynakça 3, Kaynakça 4 ve
Kaynakça 5 ve Kaynakça 6). Ayrıca , “Ses Frekans
Tekniği” adlı kitabımızda özellikle hoparlörlere ,
yüksek fideliteli hoparlör sistemlerine ve
bölüştürücü Süzgeç Devrelerine oldukça geniş yer
ayrılmıştır. (Kaynakça 7 ).
Çok-yollu
hoparlör
sistemleri
tasarımlanırken en önemli etken (faktör),
hoparlörün yayabileceği güçtür. Hoparlör sistemini
oluşturan hoparlörlerin vereceği Akustik Güç,
uygun bir oranda bölüştürülerek yayınlanmazsa
hoparlör sistemi elverişli olamıyacaktır. Bölüştürme
frekanslarını tespit ederken, sadece hoparlörün
frekans karekteristiğinin gözönüne alınması uygun
değildir. Ayrıca güç dağılım miktarının da
gözetilmesi gerekir.
3. BİR TEK HOPARLÖR İSTENEN
GÜÇÜ KARŞILAYAMIYORSA :
Bir tek hoparlör, beklenen gücü
karşılayamıyorsa, hoparlör empedansları gözönüne
alınarak, seri veya paralel bağlayıp istenen güce
ulaşabiliyoruz. Uygulamada kullanılan çeşitli
hoparlör transformatörleri Şekil 1, Şekil 2, Şekil 3
ve Şekil 4’de gösterilmiştir.
Şekil 1’de transformatör sekonder uçları
birçok güç kademelerine ayrılmıştır. Hoparlör
transformatörünün primerinden de 100 volt ve 70
volt için uç ayrılmıştır. Hoparlörlerin uçlarının
yönlerini basitçe bulabilmek için bir yol
gösterilmektedir. (Kaynakça 7 ) .
Şekil 2’de 4 adet hoparlör bağlanmıştır. Bu
hoparlörlerden ikisi yönleri gözönüne alınarak seri
olarak bağlanıyor. Sonra diğer ikisi aynı şekilde seri
olarak bağlanıyor. Daha sonra seri bağlananlar
paralel bağlanıyor. Bu hoparlörlerin eşdeğeri 4.5
ohm olduğundan transformatörün sekonderindeki
4.5 ohmluk uca bağlanıyor.
ÖZETÇE: Bu makalede “Çok-yollu
Hoparlör Sistemlerinde Güç Dağılımı” konusu ele
alınmakta ve Çok-yollu Hoparlör Sistremlerinde
Güç Dağılımına ilişkin bir abak sunulmakta ve bu
abağın
nasıl
kullanılacağı
örneklerle
açıklanmaktadır.
Piyasada bulunan çeşitli “hoparlör
transformatörlerinin”, hoparlörlere bağlantıları
gösterilmektedir. “LC-elemanlarından oluşmuş
Yüksek Fideliteli İki-yollu Bölüştürücü Süzgeç
Devresi” ele alınmakta ve bunun devre şemasından
montaj şemasına geçiş kısaca açıklanmaktadır.
1.GİRİŞ:
Çok-yollu
hoparlör
sistemlerinde kullanılacak olan hoparlörlerin
genlik-frekans
karekteristikleri
yekdiğeriyle
kesişmelidir. Karekteristiklerinin kesişme noktası,
bir hoparlörden ötekine geçiş sağladığı için
“geçişleme” veya “ kesişme” noktası diye
adlandırılmaktadır. Öteyandan, karekteristiklerin
kesişme noktasındaki frekansa “bölüştürme
frekansı” ( cross-over frequency) denmektedir.
Ses frekans görüngesi (spektrumu)
boyunca, herbir hoparlörün istenen seviyede akustik
enerjiyi yayabilmesi gerekir. Hoparlör seçilirken
hem “Duyarlıkları” ( Sensitivity), hem de “Direme
Güçleri” (Power Handling Capacity) gözönüne
alınacaktır.
2.
ÇOK-YOLLU
HOPARLÖR
SİSTEMLERİ
“Direkt
Radyatörlü
Hoparlör
Sistemlerinde Verim” adlı Dr Richard SMALL’un
makalesini çok ilginç bulduğumdan yıllar öncesi
çevirisini hazırlamıştım ve bu çevirim Ankara
EMO Yayın Organı olan “Elektrik Mühendisliği”
dergisinde yayımlanmıştı. (Kaynakça 1). Bu direkt
çeviriye ek olarak, çevirinin sonlarına doğru kendi
yorumlarımı da eklemiştim. Elektronik Dünyası
adlı İstanbul’da yayımlanan dergide ise “Akustik
26
Şekil 1. Hoparlör yönü gözönüne alınarak girişi çıkıştan yalıtan , 6Watt’lık empedans uydurucu
bir transformatörle hoparlörün bağlanması. Bu transformatör özellikle hoparlörlerin
bağlanması için üretilmişlerdir. Transformatöre Türkçe’de konuşma dilinde kısaca “trafo”
denmektedir.
Şekil 2. Hoparlörler önce uygun yönde ikişer ikişer seri bağlanıyor ve sonra bunlar uygun
yönde paralel bağlanıyorlar. Böylece elde edilen hoparlör uçları maksimum güç ve empedans
uygunlaştırma sağlayabilmek üzere yalıtıcı ve empedans uydurucu transformatöre bağlantı
yapılıyor.
27
Şekil 3-1 . Uygun empedans dönüştürülmesi ve uygun güç değeri aktarılması için hoparlör;
yalıtıcı ve empedans uygunlaştırıcı transformatöre bağlanıyor.
Şekil 3-2 . Frekansbandı 50 Hz ila 16000Hz arasında olup gücü 6 W RMS olan oval hoparlörün
fiziksel boyutları .
28
Şekil 3-2’de gösterilen hoparlörün
bellibaşlı özellikleri şöyle sıralayabiliriz. Öncelikle
bu hoparlörün “yüksek fideliteli” bir hoparlör
olmadığını belirteleim.. Şekli gösterillen hoparlör;
oval konik (diyafram) çapı 102/154 mm , derinliği
43mm, nominal yük 6W RMS, 1000 Hz’de,
frekansbandı 50Hz ilâ *16000Hz, ses basıncı 1
metre mesafede 103 dB, nominal empedansı da 4.5
ohmdur. Ağırlığı 0.38kg’dır. Ses Basınç Seviyesi 1
metre mesafede eğer 1 Watt ile sürülüyorsa 95dB
ve eğer 6 Watt ile sürülüyorsa 103dB olmaktadır.
(*Burada , 50 Hz ilâ 16000 Hz demek; 50Hz ile
16000Hz arası olup , 50Hz ve 16000Hz dahil
demektir.)
Şekil 4. Hoparlör yönü gözönüne alınarak bir 47 ohmluk bir dirence paralel bağlanıyor ve sonra
girişi çıkıştan yalıtan, güç ayarlayıcı ve empedans uydurucu bir transformatörle hoparlörün
bağlanıyor.
üzerinde çeşitli akustik ölçmeleri yapılmıştır.
Böylece,kullanılagelen “standardlar” belirlenmiştir.
Bu standardlar ilke olarak klasik müzik parçalarını
çalan orkestralar üzerinde yapılan ölçme
sonuçlarına dayandırılmıştır.
Bu ölçme sonuçlarının değerlendirmesiyle
hoparlörün; her ses-frekansında yayması gerekli
olan “Akustik Enerji” miktarı saptanmıştır.
Son yıllarda pop müziği üzerinde yapılan
ölçmeler; klasik orkestra ile pop orkestra
müziğinin; ses-frekansları görüngesi boyunca
akustik enerji içerikleri arasında fark olduğunu
ortaya koymuştur. Pop müziği için, 700 Hz’den
büyük ses-frekanslarında, klasik müziğe nazaran
frekans yükseldikçe daha çok akustik enerji içeriği
vardır.
Bir hoparlör veya çok-yollu bir hoparlör
sistemi üretildiği zaman , her türden müzik ( hem
klasik ve hem de pop müziği için ) elverişli olup
olmadığı araştırılır. Bir hoparlör sisteminin;
modern pop müziği parçalarını da en iyi şekilde
verebilmesi için her hoparlörün yayması
öngörülen güç; Şekil 5-1 ’deki abakta
gösterilmiştir.
Bu abak (chart); deneme ve ölçmeler
sonucu elde edilmiştir.Hoparlör sistemleri tasarımı
yapılırken bu abaktan yararlanılmaktadır.Gerekirse
ara-değerleri için “enterpolasyon” yapılabilir. Bu
abağa “Çok-yollu Hoparlör Sistemleri Standard
Güç Dağılım Abağı” adı da verilmektedir. Bu abak
4.
ÇOK-YOLLU
HOPARLÖR
SİSTEMLERİNDE GÜÇ DAĞILIMI
Çok-yollu
hoparlör
sistemlerinde
kullanılan herbir hoparlör, toplam ses frekans
görüngesinin (spektrumunun) sınırlı bir bölgesini
geçirebilmek üzere üretilmişlerdir. Dolayısıyla,
hoparlör sistemlerinden gayet mükemmel bir
akustik davranış elde edilebiliyor. Hoparlör
sistemini oluşturan her hoparlör, hangi frekans
bandını geçirmesi gerekiyorsa, onu geçirmelidir.
Hoparlörlere geçirmesi gerekli olan frekansların
dışındaki frekanslar ulaşmamalıdır. İki-yollu
hoparlör sistemlerinde bas-hoparlörü (argaçdar =
woofer) kalın sesleri karşıtlayan (tekabül eden =
corresponding) alçak-frekanslı işaretleri, tiz
hoparlörü (cıvıldak = tweeter) ise ince sesleri
karşıtlayan (tekabül eden = corresponding)
yüksek-frekanslı işaretleri geçirmelidir. Üç-yollu
hoparlör sistemlerinde ise bas-hoparlörü; alçakfrekanslı sesleri ve ortanca hoparlörü ( ciyakdar
= squawker) de alçak ses frekansları ile yüksek sesfrekansları arasındaki belirli bir bandı geçirmelidir.
Eskiden daha kaliteli ses-üretişimi (soundreproduction) için kimi zaman
ses frekans
görüngesi beş bölgeye ayrılmaktaydı.
Günümüzde üretilen hoparlörler için ses
frekans görüngesini en fazla üç kısma ayırmak
yeterli olmaktadır.
Musiki enstrümanlarının hem tek tek solo
olarak ve hem de orkestra eşliğinde çalışları
29
Ortanca hoparlör (550 Hz –3750 Hz)→P=0.3 x 50
=15 Watt oluyor.
Hollanda’daki
Philips
Labaratuvarlarında
araştırmalar ve ölçmeler sonucu elde edilmiştir.
( Kaynakça 2 ).
2. İki-yollu hoparlör sisteminde 50 Wattlık çıkış
gücü için bölüştürmr frekansı 1830 Hz olsun. Buna
göre tiz-hoparlörü ve bas-hoparlörü çıkış güçlerini
bulunuz:
Bas hoparlörü ( 1830 Hz ve aşağısı ) %80 →P=0.8
x 50 = 40 Watt olarak bulunuyor.
Tiz hoparlörü için ( 1830 Hz ve yukarısı ) %20
→P=0.2x50 =10 Watt
Sayısal Örnek :
1.Üç-yollu hoparlör sisteminin çıkış gücü 50 Watt
olsun. Bölüştürme frekansları 550Hz ile 3750 Hz
olsun.
Şekil 5-2’den şu değerler bulunur :
Bas hoparlörü (550Hz) % 60 →P=0.6 x 50 = 30
Watt oluyor.
Tiz hoparlörü (3750 Hz) %10 →P=0.1 x 50 = 5
Watt olarak bulunuyor.
olarak bulunuyor.
Şekil 5-1.Çok-yollu Hoparlör Sistemlerinde Standard Güç Dağılım Abağı
“Hoparlörün Çalışma Gücü” adı verilmektedir...Bu
tanımlamada kıyaslama(referans) seviyesi olarak
2x10-4 µbarlık ( 20µPa) “ses basınç şiddeti”
karşıtlamaktadır.Buna göre 12ubar , 96dB dB’lik
SPL (Sound Pressure Level =Ses Basınç
Seviyesi)’ne eşit olur.Öteyandan , 4 µbar’da 86
dB’lik SPL’ye eşit olur. Ancak , hoparlör çalışma
gücüne bakarak , hoparlörün hasara uğramadan
dayanabileceği güç hakkında birşey söyleyemeyiz.
Hoparlör Direme Gücü
(Power Handling Capacity) :
Hoparlörün direyebileceği , hasara
uğramadan dayanabileceği sürekli güç değeridir.
Güçler hakkında ayrıntılı bilgi Kaynakça
(7)’de vardır.
5. ÇEŞİTLİ HOPARLÖR GÜÇLERİ
Hoparlör girişine verilen elektriksel enerji
hoparlör
çıkışında
ses
enerjisine
dönüşmektedir.Elektriksel enerji ; hoparlör sesbobini uçlarına verilmektedir.Hoparlör üreticisi
firmalar , genellikle 3 türlü “hoparlör gücü” tanımı
yapmaktadırlar.Bu güçler şunlardır :
1.Çalışma Gücü ( Operating Power ) ; 2.Direme
Gücü ( Power Handling Cappacity ) ; 3.Müzikal
Gücü
( Musical Power)
Hoparlör Çalışma Gücü :
Hoparlör , ekseninden 1 metre uzaklıkta ve
yarı-küresel uzay şartlarında (hemi-spherical freespace conditions) 12 µbarlık (96 dB’lik ) veya 3
metre uzaklıkta 4 µbar’lık (86 dB’lik ) ses basınç
şiddeti üretebilmesi için , hoparlör sesbobinine
uygulanan sinüzoidal elektriksel güç değerine
30
Şekil 5-2 .Çok-yollu Hoparlör Sistemi Güç Dağılım Abağı üzerinde uygulama:
Üç-yollu hoparlör sisteminin çıkış gücü 50 Watt ve bölüştürme frekansları da 550 Hz ile 3750 Hz
olsun. 550 Hz karşılığı % 60 oranını ve 3750 Hz’in % 10 oranını karşıladığı görülmektedir.
Şekil 6-1. Philips firmasından AD80603 / W tipi yüksek güçlü argaçdar’ın fiziksel boyutları.
Argaçdar’a İngilizce’de kısaca “ woofer” denir. Argaçdar ; “bas hoparlörün” konuşma dilindeki kısa
söylenişidir. Daha ayrıntılı bilgi, hoparlör üreticisi firmadan veya acentesinden tedarik edilebilir.
31
Şekil 6-2. Philips firmasından AD80603 / W tipi yüksek güçlü argaçdar’ın “frekans yanıtsaması”
yukarıdaki şekilde görülmektedir. Argaçdar’a İngilizce’de kısaca “ woofer” denir. Argaçdar ; “bas
hoparlörün” konuşma dilindeki kısa söylenişidir. Daha ayrıntılı bilgi, hoparlör üreticisi firmadan veya
acentesinden tedarik edilebilir.
kapalı kutuya monte edilirse, bu durumda
“DİREME GÜCÜ” (Power Handling Capacity)
50W olarak ölçülmüştür ve görüleceği üzere bu
durum Şekil 6-1 üzerinde belirtilmiştir.
Şekil 6-2. Philips firmasından AD80603 /
W tipi yüksek güçlü argaçdar’ın “frekans
yanıtsaması”
görülmektedir. Argaçdar’a
İngilizce’de kısaca “ woofer” denir. Argaçdar;
“bas hoparlörün” konuşma dilindeki kısa
söylenişidir. Bas hoparlör; kalın seslere ait
frekansları geçiren hoparlördür. Bu kalın seslere
alçak frekanslı sesler veya bas sesler adı da
verilmektedir.
Şekil 6-1. Philips firmasından AD80603 /
W tipi yüksek güçlü argaçdar’ın fiziksel boyutları
görülmekttedir. Argaçdar’a İngilizce’de kısaca “
woofer” denir. Argaçdar; “bas hoparlörün”
konuşma dilindeki kısa söylenişidir. Bu bas
hoparlör şekilde belirtildiği gibi 8 inçlik bas
hoparlördir. Bu bas hoparlörün nominal
empedansının 4 ohm ve 8 ohm olan tipleri de
vardır. AD80603 / W4 olarak yazdığımız zaman –
yani W4 eklediğimiz zaman- nominal empedansı 4
ohm olan bas hoparlörü belirtmiş oluyoruz. Eğer
W8 yazarsak ve AD80603 / W 8 olarak tipini
belirtirsek, bu bas hoparlörün nominal empedansı 8
ohm olmuş olur. Bu bas hoparlör eğer 80 litrelik
32
Şekil 7. Bas ve Tiz Hoparlörü olan ve LC-elemanlarından oluşmuş İki-yollu Bölüştürücü Süzgeç
Devresi ve bağlantı şeması :
(a)İki-yollu Bölüştürücü Süzgeç Devresi “devre şeması”.
(b)İki-yollu Bölüştürücü Süzgeç devresi “bağlantı şeması”.
Şekil 7-a’dan geçiş yapılarak, Şekil 7-b’deki “bağlantı şeması” elde edilmiştir.
elde edip Hoparlör Süzgeç Devresi elemanları
olarak kullanabiliriz. (Kaynakça 7 ).
Şekil 7-b’deki devre, Şekil 7-a’daki devre
şemasından geçiş yaparak elde edilmiştir. Bu
devreye “bağlantı şeması” da diyebiliriz. Buna
kimi kez “montaj” şeması da denmektedir. Ne var
ki “montaj şeması” ifadesi çok daha geniş
kapsamlıdır.
Gerçekleştirilen bu düzenin hoparlör kutusu içine
uygun bir yere monte edilmesi gerekiyor. Bu
bağlantı şemasına geçiş; kuşkusuz Şekil 7(a) diye
gösterilen devreye bakarak veya onun bağlantılarını
gözönüne alarak mümkün olmaktadır. Şekil
7(a)’daki devre şemasına bakarak, Şekil 7(b)’deki
“bağlantı şemasının” doğru yapılıp yapılmadığı
veya herhangi bir kusuru olup olmadığının sınaması
(test edilmesi) veya denetlenmesi yapılabiliyor.
Şekil 7 iki ayrı şekilden oluşmuştur. Bunların birine
(a) ve diğerine de (b) demiş bulunuyoruz.
Şimdi bu Şekil 7 (a) ve Şekil 7 (b)’deki şekilleri
kısaca açıklayalım:
Şekil 7-a Bölüştürücü Süzgeç Devresi
elemanlarıyla birlikte Bas ve Tiz Hoparlörün devre
şeması. Bu şemada hoparlörlerin işaretli uçları
veya kırmızı noktalı uçları; içi dolu bir siyah
yuvarlak ile gösterilmiştir. Şekil 7 (a) görülen L1
ve L2 endüktansları; demir çekirdekli veya ferit
çekirdekli bobinler olabilir. Kondansatör ise 8
mikrofaradlık bir kondansatördür. Bu kondansatör
elektrolitik değildir.
Elektrolitik
kondansatörleri
sırt-sırta
bağlayarak; elektrolitik olmayan - yani pozitif ve
negatif yönü elimine edilmiş olan – kondansatörler
33
7. VARDAMA :
Çok-yollu hoparlör sistemlerinde standard güç
dağılım abağı (chart) verilmiştir ve bölüştürme
frekanslarına göre güç dağılım yüzdesinin nasıl
bulunacağı açıklanmıştır. Hoparlör sistemlerinde
hoparlörleri bağlarken hoparlörlerin yönü olduğu
gözönüne
alınmalıdır.
Hoparlörler
yönleri
gözönüne alınarak bağlanmalıdır. Bu makalemizde
kısmen de olsa hoparlörlerin seri ve paralel
bağlanmasına da değinilmiştir.
3.BAŞARAN,Eren
Akustik Güç
Elektronik Dünyası Dergisi, İstanbul Türkiye
Ekim 1982 , Sayfa 11, 18
4. BAŞARAN, Eren
Hi-Fi Hoparlör Sistemi
Elektronik Dünyası Dergisi , İstanbul Türkiye
Ağustos 1982 sayısı, Sayfa 20, 40
5. BAŞARAN, Eren
Hi-Fi Hoparlör Kabinleri
Elekronik Dünyası Dergisi,İstanbul , Türkiye
Kasım 1982 sayısı , Sayfa 11-12
8. KAYNAKÇA :
1. BAŞARAN, Eren ( İngilizce’den çeviren)
Direkt-radyatörlü hoparlör sistemlerinde verim
Yazarı : Dr Richard SMALL –
Sydney Üniversitesi
(Efficiency of Direct-radiator loudspeaker
systems)
Elektrik Mühendisliği Dergisi , Ankara Türkiye
Cilt 28 ,Sayı 293 ,1983 .
6. BAŞARAN, Eren
Yüksek Fideliteli (Hi-Fi) Hoparlör Sistemi
(94-litrelik Pasif Radyatörlü Kabin)
Elektronik Dünyası Dergisi , İstanbul , Türkiye
Temmuz 1983, Cilt 10 , Sayı 4, Sayfa 25-26
7. BAŞARAN, Eren
Ses Frekans Tekniği
Temel Ders Kitabı
Yayımlayan: T.C.Milli Eğitim Bakanlığı
Yayın No: 48 , Yıl :1981
967 sayfa, 610 şekil , 107 çizelge
2.HULL, M.D. Building Hi-Fi Speaker Systems,
N.V.Philips’ Gloeilampen Fabrieken , Eindhoven,
Hollanda (1977)
-------------------------------------------------------.
34