Burada size, ATC firmasının profesyonel sistemlerle ilgili broşüründeki bir yazısının çevirisini sunuyorum. Biraz uzun bir yazı ama, umarım hoparlör teknolojileri konusundaki bazı tasarım ve üretim yaklaşımlarının anlaşılabilmesi açısından, katılımcı dostlarımıza bir katkısı olur…
Seslendirme endüstrisinin kurulmaya başladığı dönemlerde bu konunun gurularını oluşturan ustalarının amaçları günümüzde adeta, tamamen unutulmuş gibi görünürken, artık birçok hoparlör üreticisinin ürünleri sıklıkla, “müzikle sarmalıyor”, “atak, ritim ve vurgu içeriyor” veya ”başlı başına bir müzik deneyimi” gibi öznel bazı tanımlarla anılıyor… Bu türden tanımlamalar, aslında yarattığı zihin bulanıklığının yanı sıra, ardında pek fazla mühendislik çabası içermeyen sıradan bazı ürünlerin üzerinde, onları titizce sorgulamalara karşı koruyan güzel bir kalkan da oluşturuyor…
Bir hoparlörü yüksek başarımlı olarak tanımlayabilmek için, onun karmaşık bazı ölçütleri tam anlamı ile karşılayabildiğinden emin olmak gerekir. Bu ölçütler, ayrıntılı olarak ele alındığında zihinlerde açıklığa kavuşuyor. Ancak aşağıdaki sade düşüncelerin ve tasarım ölçütlerinin ağırlığı ile, yüksek başarımlı hoparlör tasarımında bu ölçütlerin birbirine göre önem sıralamaları, ne yazık ki, çoğu kez tam anlaşılamamış görünmektedir.
Bir hoparlörün başarımı, doğrusal ve doğrusal olmayan davranışları ile tanımlanabilir. Doğrusal başarım, dürtü tepkesi (impulse response) ile; doğrusal olmayan başarım ise harmonik bozulma ölçümleri ile tanımlanabilir.
Temel bir tasarımdaki en önemli unsurlar, aşağıdaki gibi, doğrusal ve doğrusal olmayan davranış üst başlıkları altında sıralanabilir :
1. Genlik tepkesi (magnitude response)
2. Evre tepkesi (phase response)
3. Zaman tanım alanındaki bozukluklar (time domain anomalies)
4. Saçılma ve yönelim (dispersion and directivity)
5. Harmonik bozulma
6. Genlik ara-kipleme bozulması (amplitude intermodulation distortion)
7. Ardıl İzlem (hysteresis) bozulması
8. Etkinlik erimi (dynamic range)
9. Hareketsel özdirenç (motional impedance)
Doğrusal Bozulmalar:
1. Genlik tepkesi
Bir hoparlörün, örneksemeli (analog) ölçüm teknikleri ile ölçülen genlik tepkesi, onlarca yıldır hoparlör değerlendirmesinin temel ölçütü olmuştur.
Tanımsal olarak “doğrusal genlik”, frekansa göre, doğrusal bozulmaya yol açmayacak, değişmez bir düzeyi olan genlik tepkesi demektir. Hepimiz biliriz ki, uygulamada bu hiç bir zaman erişilemeyecek bir durumdur ve hoparlörün alt ve üst kesim frekansı nitelikleri ile genlik tepkesindeki olası seselim (rezonans) sivrileri her zaman, bir hoparlörün tepkesini oluşturan önemli etkenlerdir.
Bununla birlikte, 100 Hz – 10 kHz arasında, +/- 1,5 dB doğrusallığında genlik tepkesi olan ve frekans yelpazesi gruplamaları (üst – orta – alt) arasında, genel olarak mükemmel dengeler içeren hoparlör sistemleri üretmek mümkündür. Burada, hoparlörün frekans tepkesinde, frekans yelpazesi gruplamaları arasındaki dengenin önemini vurgulamak istiyoruz. Özellikle, üç yollu sistemlerde alt ve orta frekans gruplamaları arasındaki denge, her zaman 1 dB’den daha iyi olmalıdır.
Sürücü geliştirilmesine yeterince zaman harcanması, bahsedilen genlik tepkesi hedeflerine ulaşılması adına, çalışmalarda esas olmalıdır. Normal olmayan genlik tepkelerine sahip sürücülerin tepkelerini düzeltmek üzere, karmaşık eşitleme devreleri içeren geçiş süzgeç devreleri tasarlamak ve kullanmak yerine, iyi tasarlanmış sürücüler sayesinde daha sade geçiş süzgeçleri kullanmak, sistem başarımını artıracak en temel etkenlerdendir.
2. Evre (phase) tepkesi
Evre tepkesi de genlik tepkesinde olduğu gibi, iki-yollu sistemlerde üst ve orta/alt sürücülerin ortasında yer alan, üç yollu sistemlerde ise orta sürücünün orta eksenine oturan tek bir temel eksende ölçülür.
“Doğrusal evrede” olarak tanımlanan bir sistem demek, frekans eksenindeki değişime karşın sabit bir evre değerini koruyan sistem demektir. Bunun anlamı, sistem, frekansa bağlı olmayan sabit bir zaman gecikmesine sahip ve dolayısı ile doğrusallık bozulması yaratmıyor, demektir.
Ama gerçek hayatta bu mükemmellik yine söz konusu değildir. Bir hoparlör sistemi tasarımında, yüksek Q seselimlerinin göstergesi olan ani değişimlerden arınmış, düşük düzeyli bir evre tepkesi elde etmek amaçlanır. Butterworth süzgeçleri kullanan çift sıra frekans bölücü devreleri, birbirini tamamlayan alt ve üst geçirgen süzgeç evrelerinin, birbirinin aynısı olmasını sağlar. Sonuç, kutupsal tepkede büyük ölçüde bir gelişmişlik ve dolayısı ile eş-evreliliği ileri boyutta olan ses sinyalleridir.
Bu aşamada, akustik odaklarının uyumsuzluğundan kaynaklanan gecikmede, 2 milisaniyenin altındaki değerlerin algılanmasının pek mümkün olmadığını söylemek anlamlı olacaktır. Dolayısı ile toplam gecikme 2ms içerisinde tutulmuş ise ve evre tepkesinde keskin düzensizliklere rastlanmıyorsa, sistem öznel evre etkilerinden arındırılmış demektir. ATC 1982’den beri, aktif modellerindeki geçiş süzgeçleri bölgesinde, örneksel evre düzelticileri kullanmaktadır. Çok sürücülü sistemlerde, sürücülerin farklı derinliklerine bağlı farklı uzunluktaki ses yollarının yarattığı görece gecikme sorunu, bütün frekanslarda genlik tepke kazancı 1 olan, ama evre tepkesi değiştirilebilen bir tüm-geçirgen süzgeç kullanılarak ortadan kaldırılmaktadır. Bu düzeltme işlemi, geçiş frekansında oluşan küresel ana yayınımın doğrudan dinleyiciye doğru yönlendirilmesini sağlamaktadır. Böyle bir aktif süzme işlemi, süzgeç tepkelerindeki şekillerin denetimini kolaylaştırmakta, frekans yelpazesi gruplamaları arasındaki gecikme farklılıklarını azaltmakta ve eş-evreliliği artırmaktadır. Pasif süzgeç devresine sahip eş sürücülü bir sistemle karşılaştırıldığında öznel sonuçlar, daha geniş ve kararlı bir stereo sahne, eş-evreli sürücü bütünleşmesi, açık, doğal ve rahat tını olarak ortaya çıkmaktadır.
3. Zaman tanım alanındaki bozukluklar (time domain anomalies)
Yüksek başarımlı bir hoparlör, yüksek Q seselimlerinden ve gecikmiş seselimlerden arınmış olmalıdır. Ayrıca, yansımalar ve kırılmalardan ötürü oluşan, seste sert ve kapalı bir renklenmeye yol açan, stereo etkiyi ve ayrıntıları maskeleyen bir olumsuzluk olarak ifade edebileceğimiz, sinyalin birden fazla kez tınlaması olgusu, mümkün olduğu kadar en aza indirilmelidir. Zaman tanım alanındaki bozukluklar, tüm bozulmalar içerisinde dinleyiciyi en fazla yoran ve zorlayanlardır. Sürücü ve geçiş süzgeci tasarımında gösterilecek özen, geniş yelpazeli düşük Q seselimleri ve tepke bozukluklarından arınmış, düzgün bir genlik tepkesi elde edilmesini sağlar. Ancak, yeterince sönümlendirilmemiş sert diyaframlar ile kötü tasarlanmış geçiş süzgeçlerinin ortaya çıkardığı, yüksek Q seselimleri ve gecikmiş seselimler, ortadan pek kolay kaldırılamaz. Bu konuda en iyi çözüm, iç direnci oldukça yüksek, yüksek düzeydeki sürümler sırasında bile yapısal bütünlüğünü koruyabilen, yüksek oranda sönümlendirilmiş, esnek diyaframları olan sürücüler kullanmaktır. Yüksek frekanslarda oluşan seselim kırılma konumlarını denetim altında tutmayı sağlamak amacı ile, yumuşatılmış PVA veya diğer yapışkan malzemeler emdirilmiş, “polikoton” veya akrilik dokumalardan oluşturulan kubbeli ve görece dik eğimli diyaframlarla iyi sonuç almak mümkün olmaktadır.
Burada, temel sistem seselimini çok iyi sönümlendirmenin, yani 0,3 ila 0,6 arasında Q değerine sahip olmanın da önemini vurgulamamız şart.
Sistem seselimi iyi sönümlendirilmemiş bir hoparlör, denetimi kaçık, abartılı, özetle hastalıklı bir bas tepkesi ortaya koyar. Bu durum orta frekanslardaki ayrıntıların maskelenmesine yol açar.
Burada özetle söylenmek istenen, ister diyafram kırılımı nedeni ile yüksek frekanslarda oluşturulsun, ister sistemin temelinde olsun, her türlü seselimin özenle sönümlendirilmiş olması gereğidir.
4. Saçılma ve yönelim (dispersion and directivity)
Yüksek başarımlı hoparlör tasarımında doğrudan iletilen ve yansıyarak gelen seslerin ilişkisi çok önemlidir. Akustik eksendeki genlik tepkesinin tam ve doğrusallığının yanı sıra, şüphesiz, frekansa bağlı eksen dışı tepke de, genlikte ani çukurlar oluşturmayacak gibi geniş ve düzgün olmalıdır. Amaç 10 kHz’de, -6dB düzeydeki yatay saçılmanın +/- 80 derecelik bir yelpazeyi kapsayabilmesidir. Dikeyde de bunun en az +/- 10 derece olması hedeflenir. Tabii, frekansa göre iyi bir yansıma zamanı değişimi yelpazesi sunabilen, “iyi huylu” bir oda akustiği içerisinde… Böyle bir ortamda yansıyan ses, doğrudan gelen sesle karşılaştırıldığında kararlı bir değer ortaya koyacaktır.
Yüksek başarımlı hoparlörlerde bu hedeflere ulaşabilmek için, ya küçük, bas/orta sürücüleri en fazla 160mm olan iki yollu sistemler tasarlanmalı, ya da, tercihan üç yollu ama, yelpazeyi bas sürücüden 300 Hz civarında devralacak orta sürücüsü en fazla 75mm olan bir sistem oluşturulmalıdır. Sistemde yer alacak tiz sürücü 34mm’yi geçmemeli ve yelpazeyi orta sürücüden 3kHz civarında devralmalıdır.
Yine iyi huylu bir odada, stereo bir çift hoparlörü dinlerken, önce doğrudan gelen sesi, hemen ardından da yansımayı duyarız. Genel olarak söylenen ve olasılıkla da doğru olan şey, yansımaların, özellikle yinelenen türdeki sinyalleri maskelediğidir. Bununla birlikte, insan kulağının bir öncelik duyusunun olduğu da açıktır. Bunun anlamı, yinelenen darbesel seslerde, evreye bağlı etkileri kulak algılar, demektir. Bu nedenle bize göre doğru olan, “yeniden üretilen ses” konusunda ortaya konulacak herhangi bir yargı ve kararda, öncelikle ilk ulaşan veya doğrudan gelen ses üzerinde durulmasının gereğidir. Çünkü bu, doğru evre sırası elde edilmesi ve düşük ses düzeylerinde kolayca yitirilebilen ayrıntıların korunabilmesi için önemlidir.
Bununla birlikte, genlik yelpazesini ve yinelenen darbesel (vurmalılarla çalınanlar gibi) sesleri algılama yolumuz, hoparlörün güç tepkesine ve yansımalı ortamı frekans değişimine göre ne kadar düzgün tahrik edebildiğine de bağlıdır.
Bu ilişkiden oda akustiğini ayırmak doğal olarak mümkün değildir. Fakat hoparlör başarımını tartışmak amacı ile, dinleme odasının mükemmel olarak işlem görmüş olduğunu ve ciddiye alınabilecek akustik engellemelerden arınmış olduğunu varsayalım.
Şimdi burada, hoparlörün oda ile birlikte ortaya koyduğu girişim sorunlarını gidermek adına, hoparlörden doğrudan gelen seslerin değiştirilmesi anlamına gelen bir takım DSP (sayısal ses işleme) yöntemleri kullanımının kabul edilebilir bir şey olmayacağını belirtmeliyiz. Birçok iki yollu hoparlörde sık karşılaşılabilen zayıf orta ses aralığı saçılımının en dramatik etkisi, bu zayıflığı ortadan kaldırmak üzere kayıt mühendislerinin genellikle üst ortalara yaptıkları eşitlemeyi içeren, yanlış yelpaze tonlaması kararlarıdır. Pop kayıtlarının çoğunda bu “kişiliği” bulmak mümkündür. Sert ve cırlak bir üst/orta yelpaze tizleri maskeler, vokalleri abartır, bu esnada da basları vurgular…
Doğrusal olmayan bozulmalar:
5. Harmonik bozulma
Doğrusal olmayan bozulma, bir sistemin aktarım işlevindeki doğrusal olmayan değişkenliklerin ürünüdür. Hoparlörlerde üç temel doğrusal olmayan bozulma kaynağından söz edilebilir ve bunların hepsi sürücü sistemleri ile ilgilidir.
İlki ses sarımı ve etrafındaki mıknatıs boşluğu geometrisi ile ilgilidir. Mıknatıs boşluğu boyunca, manyetik akı çizgilerinin doğrusal olmayan dağılımı, bu konunun temelini teşkil eder. Çok yaygın kullanılmamakla birlikte, uzun bir boşluk içerisinde hareket eden kısa boylu bir ses sargısı, geometri açısından en iyi çözümü ortaya koymaktadır. Ayrıca alttan kesilmiş orta kutup kullanımı, manyetik akı dağılımını daha düzgün hale getirir. Bu geometrinin diğer getirilerinden biri de, çalışma esnasında oluşan ses sargısı ısısının daha kolay yayılıp atılabilmesidir. Bir diğer getiri de, manyetik alan içerisinde hareket eden ses sargısının anlık doğuşma (endüksiyon) değerindeki değişim oranının düşüklüğüdür.
Doğrusal olmayan bozulmanın ikinci temel kaynağı, diyafram sisteminin sönümlendirilmesi işlemi esnasında ortaya çıkar ve bu konuda, koniyi dipten sürücü kasasına bağlayan kıvrımlı dairesel bölümün katkısı oldukça fazladır. Yüksek güçlü sürücülerde, uzun atışlar gerektiğinde, bu parça zor tasarım seçimlerini gündeme getirir. Ses sargısını her zaman manyetik alan içerisinde, tam eksende tutabilecek yüksek bir eksensel tutarlılıkla birlikte, ileri geri hareketin uç noktalarına doğru zorlandığında mekanik zararı engelleyebilecek, bu anlamda ciddi bir direnç gösterebilecek yapıda olmalıdır.
Üçüncü temel neden, çeliğin doğasındaki doğrusal olmayan manyetik başarımıdır. Hareket eden ses sargısının değişen manyetik alanı, mıknatıs malzemesi üzerinde “eddy” akımları oluşturur. Bu akımlar, kendilerini oluşturan manyetik alanlara zıt yönde oluşur ve öz doğuşmayı (self-inductance) aşağı yukarı tamamen yok eder.
Bu etki, ATC’nin bas ve orta/bas sürücülerinde, manyetik doğuşma ve manyetik alan arasındaki oransallık değişmezliği yüksek, manyetik doyum özelliği çok üstün, ama elektriksel iletkenliği düşük olan, yeni bir malzemenin kullanıma alınması ile en aza indirilmiştir. Biz buna, üstün doğrusal mıknatıs malzemesi (super linear magnet material – SLMM) diyoruz. Bu malzeme ile üretilen mıknatıs sisteminde eddy akımları büyük ölçüde bastırılır ve özdirenç (öz doğuşma) artar. Sonuç, üçüncü harmonik bozulmanın 12 – 15 dB civarında düşürülebilmesidir.
Mıknatıs sisteminde eddy akımlarının oluşturduğu bozulmaların, kısa boşluklu mıknatıslara göre uzun boşluklu mıknatıslarda daha fazla olduğu deneylerle kanıtlanmıştır.
Sürücü mıknatıs sistemi ve sönümlendirme tasarımında gösterilecek özenin, doğrusal olmayan bozulmaları azaltılabileceği açıktır.
Tüm bu söylemlerden sonra, bir hoparlörün ana kullanım amacı, doğuşan tonlardan kaynaklanan oldukça karmaşık bir yapıya sahip müzik ve konuşmaları dinlemek olduğuna göre, düşük sıralı harmonik bozulmaların diğer bozulmalara göre daha tahammül edilebilir ve daha az hissedilebilir olduğunuda ifade edebiliriz.
6. Genlik ara-kipleme bozulması (amplitude intermodulation distortion)
Genlik ara-kipleme bozulması (amplitude intermodulation distortion) harmonik bozulmaya göre daha etkili hissedilen bir bozulmadır. Zira bu bozulmanın bileşenleri, harmonik olarak özgün sesin kendisi ile doğrudan ilişkili değildir.
ATC’nin aktif ve pasif hoparlörlerinin son inceleme sonuçları, aktif hoparlörlerdeki yükselteçlerin her birinin sınırları tanımlanmış bir frekans yelpazesinde çalışıyor olması, yükselteçlerin yarattığı genlik ara-kipleme bozulmasının, harici yükselteçlerle sürülen pasif hoparlör uygulamalarına oranla oldukça düşük olduğunu ve bu farkın 20dB’ye kadar çıkabildiğini belirlemiştir.
7. Ardıl İzlem (hysteresis) bozulması
Ardıl izlem (hysteresis) bozulması, verilen bir ani giriş sinyal değeri için, sistem aktarım karakteristiğinin tek bir sabit değerle tanımlanamaması ve bunun giriş sinyali yön ve büyüklüğünün değişimine bağlı olarak değişmesi sonucu ortaya çıkan bir bozulmadır. Bu bozulma, harmonik bozulma ile ters evreye (faza) sahiptir.
Ardıl izlem (hysteresis) bozulması, hoparlörün sönümlendirme sistemi ve yumuşak diyafram takımında varlığını büyük ölçüde hissettirmesine karşın, anlık geçiş tepkesi, genlik tepkesi ve harmonik bozulma ölçümlerinde kendini göstermeyen bir bozulmadır.
Hoparlörün sönümlendirme sisteminin tasarımında yapılacak özenli müdahaleler ile bu bozulma en aza indirilebilir.
8. Etkinlik erimi (dynamic range)
Bu oldukça karmaşık bir konudur ve temelde ses sarımı ısısı ile mıknatısın toplam akısının denetim altında tutulabilmesi sonucu iyileştirilebilmekle birlikte, ancak sistemin mekanik bütünlüğünün korunması ile diyafram ve sönümlendirme sisteminin sınır noktalarına ulaşma riskinin en aza indirilebilmesi sayesinde üst düzeyde korunabilmektedir. Sistem etkinlik eriminin yüksekliği, elde edilen sesin temizliğinde temel bir unsurdur. Az sayıda çalgının bulunduğu, söz gelimi bir yaylı sazlar dörtlüsü icrasında bile, en belli belirsiz pianissimo pasajlardan, 2m mesafede 100db’e kadar çıkabilen bir ses basıncına ulaşılabilinir. Bu aralığı destekleyemeyen sistemlerde, seste temizlikten söz etmek pek mümkün olmayacaktır.
Güç baskılanması sorunu olan bir hoparlör, donuk ve gümbürtülü çalacaktır. Ses sarımı sıcaklığındaki yükseklik ve buna bağlı direnç artımı, pasif geçiş süzgeci yüklenmesini etkileyecek, dolayısı ile genlik tepkesini değiştirecektir.
Hoparlörlerin etkinlik erimi, tasarım/üretim maliyetleri ile doğru orantılıdır. Tasarımcılar olabildiğince hafif malzemelerle, olabildiğince hassas sistemler geliştirmeye gayret ederler, ancak bas ile orta frekans gruplarının genlik tepkelerinde dengelilik kaygısı bu konudaki hareket alanlarını oldukça kısıtlar. Ayrıca hafif diyafram malzemeleri, içsel sönümlendirme konusunda genellikle daha başarısız olduğundan yüksek Q seselimine yol açmaktadır.
Yüksek başarımlı hoparlör tasarımında etkinlik erimi, her zaman en çok taviz tartışmasına yol açan konu olmuştur. Sayısal kayıt teknolojilerinde son birkaç on yılda gelinen nokta, yüksek başarımlı hoparlör etiketini taşıyan bir hoparlörün,100W yükselteç gücü ile 1 metrede en az 94 dB’i taşıyabilecek bir sürekliliğe sahip olması gereğini ortaya koymaktadır.
9. Hareketsel özdirenç (motional impedance)
İki veya üç yollu pasif bir hoparlör sisteminin karmaşık hareketsel özdirenci, hiçbir zaman ses sarımı direncinin altına düşmeyecek ve tanımlanmış sınırlar arasında kalacak bir değerde olmalıdır. Bu değerin ses sarımı direncinin altında bir değerde kalması demek, pasif geçiş devresinde düzensiz bir süzgeç bulunması, dolayısı ile zaman tanım alanında ciddi bozulmalar olması ve yükselteç sürümü açısından zor bir yük ortaya konulması anlamını taşıyacaktır.
Asım Uysal
www.sigmases.com
Bir yorum ekleyin