Hoparlörler ve Mikrofonlar
VIP Gecenin Aydınlığı!
HOPARLÖRLER VE MİKROFONLAR
Sesin elektriksel enerji yardımıyla oluşturulması için ilk önce bir elektriksel enerjinin bir levhayı, bir diyaframı, bir zarı titreştiren mekaniksel enerji haline dönüştürülmesi ve sonra bu mekaniksel enerjinin akustik enerjiye dönüştürülmesi gerekir. Enerji dönüşümünü gerçekleştiren bu aygıtlara transdüktör veya enerji dönüştürücü denmektedir.Sponsorlu Bağlantılar
Enerji dönüştürücüler, genellikle iki yönlü enerji dönüşümünü gerçekleştirdiklerinden iki ana gruba ayrılırlar:
1) Elektriksel enerjiyi ses enerjisine dönüştüren ve elektroakustik dönüştürücü (elektriksel işaret alıcılar-ses vericiler)
2) Ses enerjisini elektriksel enerjiye dönüştüren ve akustoelektrik dönüştürücü (ses alıcılar-elektriksel işaret vericiler)
ELEKTROAKUSTİK DÖNÜŞTÜRÜCÜLER-HOPARLÖRLER
Elektroakustik dönüştürücü olarak adlandırdığımız ses oluşturan, dolayısıyla ses veren elemanlar, kendi uyarma sistemlerine göre, yani elektriksel enerjiyi ses enerjisine dönüştürme ilkelerine göre aşağıda açıklanacağı gibi ayrılırlar:
1) elektromagnetik dönüştürücüler
2) elektrodinamik dönüştürücüler
3) elektrostatik dönüştürücüler
4) piezoelektrik dönüştürücüler
5) magnetostriktif dönüştürücüler
6) elektrostriktif dönüştürücüler
Bu sıralamaya göre sesin elektriksel olarak oluşturulmasını ele alarak inceleyelim:
ELEKTROMAGNETİK DÖNÜŞTÜRÜCÜLER
Elektromagnetik dönüştürücüyü, dolayısıyla bu yolla ses oluşturulma ilkesini ilk bulan Alexander Graham Bell’dir. Böyle bir dönüştürücünün ilke şeması şekil-1’deki gibidir.
Elektromagnetik dönüştürücü, sürekli bir mıknatısla güçlendirilmiş bir elektromıknatısın kutup başlıkları önünde titreşim yapacak şekilde yerleştirilmiş bir demir veya çelik levhadan (membrandan) oluşur.
Kutup başlıklarına sarılmış bulunan bobinden, bir değişken akım (örneğin konuşma akımı) geçirildiğinde, sürekli mıknatıs tarafından oluşturulan magnetik alan ve bu alanla birlikte demir veya çelik membran üzerine etkiyen kuvvetin şiddeti değişir. Akımdaki değişikliklere göre kuvvet azalır veya çoğalır. Bu kuvvet değişiminin temposunda, membran kutup başlıklarına doğru çekilir ve bırakılır, yani titreşimler yapar. Burada işaretin frekansının harmoniklerinin de etkili olduğu, yani bozulmaların ortaya çıktığı görülür. Bu yüzden elektromagnetik dönüştürücülerde kuvvetli bir sürekli mıknatısa gereksinim vardır.
Elektromagnetik dönüştürücülerin membranları, ferromagnetik malzemeden (yumuşak demirden) yapılmış, kalınlığı takriben 0.1-0.3mm olan dairesel levhalardan ibarettir. Bu levhalar genellikle kenarlarından dairesel bileziklerle tutturulmuşlar veya sıkıştırılmışlardır. Titreşimler yapabilecek şekilde yerleştirilmiş bu levhaya f frekanslı bir değişken kuvvet uygulandığında levha, kuvvetin etkisiyle titreşimler yapar. Bu titreşimlerin genlikleri membrana etkiyen kuvvete bağlıdır. Fakat f frekansının bazı değerlerinde membranın titreşim genliği, etkiyen kuvvet aynı kaldığı halde büyür. Bu büyüme, membranın söz konusu frekanslarda daha kolayca titreşimler yapmasındandır. Demir membranın en büyük genlikle titreşimler yaptığı frekanslara membranın rezonans frekansları adı verilir. Bu frekanslar, levhanın serbest titreşimlerindeki frekanslara karşılık düşer ve değerleri, membranın geometrik şekline, kullanılan malzemenin cinsine bağlıdır. Kalınlığı ve yarıçapı bilinen dairesel membran için ilk rezonans frekansı;
formülü ile bellidir. Bu formülde,
Telefon kulaklıklarında genellikle çelik membranlar kullanılır. Bunların kalınlıkları takriben d=0.25mm kadardır. Titreşebilen serbest çapları 2r=4-6cm kadardır. Çelik için;
olduğundan, bu değerlere göre rezonans frekansları (membranların kolay titreştikleri frekanslar) hesap edildiği taktirde ilk rezonans için,
Elde edilen rezonans frekansının, telefonda nakledilen konuşma bandı içerisine düştüğü görülmektedir. Bu durum aşağıdaki açıklanan nedenden ötürü istenmez:
Telefon kulaklığına, yani işaret alıcıya, gerilimleri aynı fakat frekansları farklı gerilimlerin uygulandığını düşünelim. Bu durumda membrana şiddetleri aynı fakat frekansları farklı kuvvetler etkiyecektir. Membranın titreşim genliği, rezonans frekansı için en büyük değerini alacağından, bu frekanslı işaretin oluşturduğu ses daha kuvvetli duyulacak demektir. Bu ise bir genlik distorsiyonundan başka bir şey değildir. Yani gerilimler genlikleri ile orantılı olarak bir ses oluşturmamışlar demektir. İşte bu nedenle, telefon alıcılarında membranın rezonans frekansının konuşma frekans bandının (300-3400 Hz) dışarısına düşürülmesi ve konuşma bandı için membran titreşimlerinin genliklerinin hemen hemen birbirinin aynı olmasının sağlanması, yani frekans karakteristiğinin düzgün olması gerekir.
Membranın orta yerinde titreşimler bakımından bir karın noktası, tutturulduğu yerlerde de düğüm noktaları, yani titreşim genlikleri sıfır olan noktalar vardır. Membran dairesel olduğundan, bu düğüm noktaları bir daire üzerindedir. Buna düğüm çemberi adı verilir. Elektromagnetik olarak uyarılan bir membrandan büyük ses güçleri yayınlanmak istendiği taktirde, membran önüne bir boru koyarak daha büyük bir hava kütlesini uyarmak gerekir. Bu tip hoparlörler, radyo tekniğinin başlangıç senelerinde kullanılmıştır. Fakat bunların ses kalitesi, özellikle rezonans frekansları yayın bandı içerisine düştüğü taktirde, çok düşüktür. Çok fazla genlik distorsiyonu oluştuğundan sesin doğal oluşu bozulmaktadır ve bu yüzden müzik yayınları için uygun değildir. Ses kalitesi iyi olanlarda ise büyük güçler elde etme olanağı yoktur. Bunlar kulaklık olarak kullanılabilir.
Bir elektroakustik dönüştürücü, elektriksel enerjiyi akustik enerjiye dönüştüren bir aygıt olduğuna göre, bunun verimi, alınan akustik enerjinin verilen elektriksel enerjiye oranı olarak tanımlanır. Fakat bu oran, iki enerjinin oranı olacak yerde, bunlarla ilgili iki büyüklüğün oranı olarak da alınabilir. Örneğin, akustik enerjiyi karakterize etmek üzere membranın hemen önünde oluşan basınç farkı ile elektriksel enerjiyi temsil etmek üzere de bobine uygulanan gerilim alınır.
Bu duruma göre, bir dönüştürücünün verimi veya duyarlığı diye, uygulanan gerilimin 1 Volt’u için elde edilen basınç değişimine (mikrobar olarak) denir. O halde;
Dönüştürücünün verimi veya duyarlığı, aynı zamanda enerji dönüşüm faktörü veya transmisyon faktörü adını da alır. Bobin uçlarına uygulanan gerilimin frekansı ile verim veya duyarlık değişir. Dönüştürücünün duyarlığı, ana titreşim frekansı için maksimumdur. Frekansa bağlı olarak verimi yani duyarlığı gösteren eğriye, dönüştürücünün frekans karakteristiği denir. Bu karakteristik ne kadar düzgün ise, dönüştürücünün ses kalitesi o kadar iyidir. Telefon tekniğinde kullanılan elektromagnetik dönüştürücülerin verimi normal olarak 30 ila 100
kadardır. ELEKTRODİNAMİK DÖNÜŞTÜRÜCÜLER
Bilindiği gibi içerisinden akım geçen bir iletken, bir magnetik alan içerisinde bulunuyorsa, bu iletken i akımı ile H magnetik alanının düzlemine dik bir kuvvet etkisi altında kalır. Bu kuvvet, bobin biçimindeki iletken telin ekseni yönündedir ve iletkeni, dolayısıyla bobini hareket ettirir. Şekil-2’de bir elektrodinamik dönüştürücü görülmektedir.
Bobin biçimindeki iletken, şekilden görüldüğü gibi çanak biçimindeki bir mıknatısın kutup başlıkları arasına yerleştirilmiş ve bir membrana da bağlanmış ise üzerinden akım geçmesi halinde bobin, ekseni yönünde hareket eder ve membranı da hareket ettirir. Değişken bir akımın bobin uçlarına uygulanması halinde bobinle birlikte membranın ileri geri hareket ettiği, yani titreşimler yaptığı görülür. İletkeni, dolayısıyla bobini hareket ettiren kuvvet,
Bu eşitlikte,
İ= İletkenden geçen ve Amper olarak verilen uyarma akımını,
L= n.l= İletkenin metre veya santimetre olarak uzunluğunu,
n= sarım sayısını,l= 1 sarımın uzunluğunu göstermektedir.
Not: Bilgilendirme amaçlıdır.
