Kaiuttimet

Sivun sisältöä muutettu viimeksi 3.7.2003.

Yleistä

Kaiutin on laite, joka muuntaa vahvistimelta tulevan sähköisen värähtelyn ilman värähtelyksi. Kaiuttimen hyötysuhde on huono: noin 98% tehosta muuttuu kaiuttimen sisällä lämmöksi ja noin pari prosenttia tuottaa kuultavaa ääntä. Ulkoisilla apuvälineillä, kuten torvilla, kaiuttimen hyötysuhdetta voidaan parantaa jopa kymmeniin prosentteihin asti. Tällainen kotelo vaatii kuitenkin niin suuren tilan, että kotioloihin sellaista ei kannata hankkia. Korkeilla taajuuksilla suuremmat hyötysuhteet on helpommin saavutettavissa, mutta hintaluokka on silti ihan eri sarjaa epäherkempien kanssa. Hyötysuhteeltaan parempia kaiutinratkaisuja käytetään lähinnä PA-käytössä.

Rakenne

Periaatteessa kaiuttimen toiminta on hyvin yksinkertainen. Kun katsotaan elementtiä etupuolelta, näemme pyöreän, tasaisen kartion. Se muodostaa kalvon, jota pitkin puhekelan värähtely muuttuu ilman värähtelyksi. Puhekelaa ei voi nähdä, jos elementtiä ei halkaise. Etupuolelta katsottuna sen päällä on pölykuppi, takapuolella se on magneetin sisässä. Kun painat kartiota, se joustaa muutaman millin suuntaan ja toiseen. Älä kuitenkaan paina pölykupista, sillä muuten saatat vahingoittaa kaiuttimen puhekelaa. Kartio on siis ripustettu kiinni runkoon. Ripustus voi olla kangasta, polypropeiinia tai muuta vastaavaa.
bass.jpgbassivu.jpg

Toiminta

Vahvistin muuttaa vaihtojännitteen tarpeeksi suureksi liikuttamaan kartiota. Sähkömagneetin tavoin kaiuttimen puhekela toimii liikkuvana osana, joka saa tarvitsemansa sähkön. Magneetti vetää negatiivisella jännitteellä kelaa puoleensa, positiivisella jännitteellä se työntää kelaa poispäin. Tämä tapahtuu parhaimmillaan tuhansia kertoja sekunnissa. Puhekela on kiinnitetty tarkasti keskelle magneettia ja kartiota ja on kiinnitetty vaimennusripustuksilla elementin runkoon. Kelan liikkuessa eteen ja taakse myös kartio liikkuu vastaavasti ja siirtää ilmaa äänivärähtelyksinä.

Kaiutin numeroina

Kaiuttimia vertaillaan usein wattitehon paremmuuden perusteella, mutta tämä tapa on aivan väärä. Kotikuuntelussa tarvitaan maksimissaan kymmenisen wattia tehoa. Lisäksi tehtailla on tapana pyöristellä lukemia seuraavaan satalukuun. Jos elementtejä aikoo tosissaan vertailla, katsotaan T/S-parametrejä. Kaiutimen sopivuus lasketaan yleensä ns. Thiele-Small-parametrien mukaan. Alla on esimerkki olemassa olevasta bassoelementistä. T/S-parametrien selitykset ovat koherenttiteorian mukaisesti; en itsekään tiedä, mistä mikäkin tarkalleen ottaen tulee, mutta sillä ei ole koteloiden suunnittelun kannalta väliä.
 
Suure Lyhenne Arvo
Impedance Z 8 ohms
Free air resonance fs 22 Hz
Frequency range 20-2000Hz
Crossover frequency fmax. 1500Hz
Music power 200W
Power rating WRMS 100W
Sensitivity SPL(1W/1m) 90 dB
Suspension Compliance Cms 0,79mm/N
Moving mass Mms 72g
Mech. Q-factor Qms 2,44
Electr. Q-factor Qes 0,36
Total Q-factor Qts 0,32
Compliance Equivalient Volume VAS 250 ltr.
DC resistance Re 5,9 ohms
Voice coil inductance Le 1,5 mH
Lin. excursion p-p Xmax 9mm
Max. excursion p-p 22mm
Eff. cone area SD 510cm²

- Le on puhekelan induktanssi, yksikkönä millihenry.
- Re on tasavirtavastus (0 Hz), yksikkönä ohmi.
- Fs on elementin kartion luonnollinen resonanssitaajuus (impedanssihuippu) vapaassa ilmassa, yksikkönä hertsi.
- Power rating RMS tarkoittaa tehoa, jonka elementti kestää jatkuvasti pitkään, ei välttämättä loputtomasti.
- Qms on puhekelan mekaaninen hyvyysluku.
- Qes on puhekelan sähköinen hyvyysluku.
- Qts on elementin kokonaishyvyysluku, joka kuvaa bassoresonanssin voimakkuutta.
- Cms on elementin komplianssi (iskunpituuden suhde siihen tarvittavaan voimaan).
- VAS eli ekvivalenttitilavuus kuvaa ilmamäärää, joka muodostaa yhtä suuren voiman kuin elementin ripustuksen aiheuttama jousivoima.
- Mms kuvaa liikkuvien osien massaa grammoina. Periaatteessa suurempi massa toistaa alemmas.
- Sd on kartion pinta-ala neliösentteinä. Mittauksen rajana pidetään kartioripustuksen puoltaväliä.

Jos aiot laskea kaiutinkotelon elementille käsin, tarvitset vain suureet Qts, VAS ja fs. Suljettuun koteloon on olemassa hyvin yksinkertainen kaava. Hyvällä laskukoneella saat nopeasti selville elementtisi vaatiman tilavuuden tietylle alarajataajuudelle. Bassorefleksikotelon oikeaoppiseen laskemiseen tarvitaan taulukkoa, mutta se voidaan myös määritellä erilaisin tavoin. Markkinoilla on monia tietokoneohjelmia, joilla voi laskea suljettuja, bassorefleksi-, torvi- ja kaistanpäästökoteloita. Näihin ohjelmiin tarvitsee monia muitakin T/S-parametrejä, joita ei aina ole saatavilla. Siksi niitä on joskus helpompi laskea käsin.

Toistokäyrät

Moni asiaan vihkiytymätön on ehkä joskus elämänsä aikana saattanut törmätä omituisiin käyriin, joiden kuvatekstissä todetaan jonkin kaiuttimen olevan parempi tai huonompi kuin toisen. Testihenkilöstö ei kuitenkaan arvostele kaiuttimia teknisin mittauksin, vaan ihan korvakuulolta, koska se tuottaa varmasti tarkimmat tulokset. Tietokone ei pysty kertomaan, millä tavalla huoneakustiikka tuo ääneen esimerkiksi lisää heleyttä, tai dynaamisuutta. Käyristä voi nähdä suuntaa-antavan tiedon siitä, miten alas kaiutin esimerkiksi toistaa. Peruskäyrä, jossa mitataan kaiuttimen taajuusvastetta, sisältää kaksi suuretta: taajuus ja voimakkuus. Taajuus on vaakatasossa ja voimakkuus pystyssä. Vasemmassa reunassa on matalin taajuus ja oikeassa korkein. Alareunassa on pienin voimakkuus ja yläreunassa suurin. Teoriassa kaiuttimen pitäisi toistaa viivasuorasti koko audioalue (20-20000 Hz), mutta huoneakustiikasta johtuen kaiutin ei siltikään tuottaisi samanlaista ääntä kuin soitin, jota se toistaa.

Monet kaiutinvalmistajat tietävät niksit melkein viivasuoran taajuusvasteen luomiseen, mutta normaalissa kuunteluhuoneessa ääni saattaakin olla pahimmassa tapauksessa vain hieman parempi kuin tietokoneiden vakiokaiuttimissa. Tästä syystä taajuusvasteita ei todellakaan kannata tuijottaa millintarkasti. Sitä paitsi eri tyyppiset mittaukset eivät muutenkaan ole verrattavissa, ellei mittaustapa ja -miljöö ole yhtäläiset.

[< takaisin ]

Rami Aikio
1999 - 2004
ramiaik@luukku.com