yollu hoparlör sistemlerinde güç
Transkript
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 : erenbasaran@yahoo.com 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