Autokaiuttimien valintaopas | Osa 2 herkkyys

Osa 1 tehonkesto löytyy TÄÄLTÄ

Tehonkeston jälkeen yleisin vertailtava asia kaiuttimien numeroarvoissa on herkkyys. Herkkyydellä tarkoitetaan sitä numeroarvoa, joka kertoo miten lujaa kaiutin soi tietyllä tehomäärällä. Yleisin herkkyyden yksikkö on dB/1W/1m eli montako desibeliä saadaan yhden watin teholla kun mitataan 1 metrin etäisyydellä kaiuttimesta. Toiseksi yleisin on dB/2.83V/1m eli  2.83V jännite joka vastaa 1 watin tehoa 8 ohmin kaiuttimella ja mittaus 1 metrin etäisyydellä .

On hyvin luonnollista että moni ajattelee asiasta näin:

Jos ostan kaiuttimet joiden herkkyys on suurempi, saan enemmän ääntä samalla teholla!

Ajatuksena tämä on täysin oikein. Tässä jutussa käydään läpi ne syyt, miksi tämä ajatus ei käytännössä juuri koskaan pidä paikkaansa – ainakaan niin, että eri valmistajien ilmoittamia lukuja voisi vertailla järkevästi keskenään.

Miksi vertailu on todellisuudessa vaikeaa?

Kaiuttimien herkkyyslukemien vertailulla saadaan todenmukainen käsitys siitä, miten lujaa ne soivat tietyllä teholla. Mutta vain silloin, kun kaikki nämä kolme ehtoa täyttyvät:

• Herkkyys on ilmoitettu samalla tavalla taajuusalueen ja toleranssin ja mittausolosuhteiden suhteen. Keskiarvo kaiuttimen toistoalueelta vai tietty piikkitaajuus? Vaihteluväli toistoalueella ±3 dB, ±6 dB vai jotain muuta?

• Herkkyys on ilmoitettu samalla yksiköllä. dB/1W/1m ja dB/2.83V/1m ovat sama asia VAIN 8 ohmin kaiuttimilla.

• Luku perustuu oikeaan mittaukseen ja se on ilmoitettu rehellisesti. Eli kyseessä eivät ole mainoslukemat.

Eri valmistajien kaiuttimien herkkyyslukemia vertaillessa tuskin koskaan kaikki nämä asiat toteutuvat. Saman valmistajan kaiuttimia vertaillessa se on todennäköisempää. Todennäköisesti mittaustavat ovat samat, toleranssit ja alueet vastaavat samankaltaisesti kaiuttimen toistoaluetta ja mahdollinen optimistinen mainoslukemakin on ”samassa suhteessa” saman valmistajan eri kaiutinmalleilla.

Ilmoitustavan eli yksikön erot

Kuvassa näkyy, miten hämäävä varsinkin autokaiuttimilla on ilmoitustapa dB/2.83V/1m. Se ilmoittaa herkkyyden jännitteellä joka vastaa yhden watin tehoa 8 ohmin kaiuttimella. Autokaiuttimissa 4 ohmin kaiutin on yleisempi. Tällöin 2.83V jännite vastaa jo kaksinkertaista tehoa ja 2 ohmin kaiuttimella nelinkertaista tehoa. Desibeleissä ero on +3 dB ja +6 dB. Laitetaan tästä kaksi esimerkkiä:

1. Herkkyydeksi ilmoitetaan 92 dB/2.83V/1m ja kyseessä on 4 Ω kaiutin. Herkkyys ilmoitettuna dB/1W/1m yksiköllä on 89 dB. Tarvitaan kaksinkertainen teho että saadaan 92 dB ääntä.
2. Herkkyydeksi ilmoitetaan 92 dB/2.83V/1m ja kyseessä on 3 Ω kaiutin. Herkkyys ilmoitettuna dB/1W/1m yksiköllä on 87.7 dB. Tarvitaan 2.67-kertainen teho että saadaan 92 dB ääntä.
3. Herkkyydeksi ilmoitetaan 92 dB/2.83V/1m ja kyseessä on 2 Ω kaiutin. Herkkyys ilmoitettuna dB/1W/1m yksiköllä on 86 dB. Tarvitaan nelinkertainen teho että saadaan 92 dB ääntä.

Vaihteluväli, toleranssi ja piikkitaajuus

Kuvaajassa on kaiutinelementin toistovaste vapaakentässä yhden metrin etäisyydellä kun kaiutinta soitetaan yhden watin teholla. Katsotaan minkälaisia lukemia herkkyydelle saadaan erilaisilla tulkinnoilla ja toleransseilla.

Tälle kaiuttimelle  toistoalueeksi joku valmistaja ilmoittaa 150 – 4800 Hz ( toleranssi ±5 dB ) ja joku toinen vaikka 65 – 8200 Hz ( toleranssi ±10 dB ).

1. Ilmoitetaan korkein piikki jolloin herkkyys on 90 dB/1W/1m
2. Jätetään piikki huomioimatta ja ilmoitetaan sen tasoittumiskohdalta jolloin herkkyys on 87 dB/1W/1m
3. Ilmoitetaan keskiarvo ilmoitetulla toistoalueella 150-4800 Hz jolloin herkkyys on 84 dB/1W/1m. Jos ilmoitetaan matalimmat arvot toistoalueella, herkkyys on 80 dB/1W/1m.
4. Ilmoitetaan keskiarvo ilmoitetulla toistoalueella 65-8200 Hz jolloin herkkyys on 78 dB/1W/1m. Jos ilmoitetaan matalimmat arvot toistoalueella, herkkyys on 70 dB/1W/1m.

Joku valmistaja joka haluaa vain mahdollisimman hienoja numeroita, ilmoittaa toistoalueeksi 65 – 8200 Hz ja herkkyydeksi 90 dB/1W/1m. Toinen valmistaja joka ilmoittaa realistisempia arvoja, ilmoittaa toistoalueeksi 150 – 4800 Hz ja herkkyydeksi 84 dB/1W/1m.

Mittausstandardien erot ja mitataanko vai ei?

Kaiuttimien herkkyyden mittaukselle on olemassa standardeja ( IEC 60268-5, AES2-2012, ANSI/CTA-2034-A, CEA/CTA). Niissä on mun muassa seuraavia eroja:

• mitataanko elementtiä vai valmista kaiutinta
• millaista signaalia mittauksessa käytetään
• lasketaanko tulos yhdestä piikistä vai taajuuskaistan keskiarvosta
• mitataanko vapaakentässä vai puoliavaruudessa

Monessa standardissa vaaditaan, että mittauksessa tehdyt valinnat pitää ilmoittaa tuloksen yhteydessä. Monestiko olet nähnyt herkkyysilmoituksen perässä näitä tietoja? Minä en muista nähneeni autokaiuttimien herkkyysilmoituksissa koskaan.

Joidenkin valmistajien herkkyysilmoituksissa on myös täysin hatusta vedettyjä lukuja kuten tehonkestoilmoituksissakin.

Mitkä asiat vaikuttavat kaiutinelementin herkkyyteen?

Herkkyys on kaiuttimen hyötysuhde. Suure kuvaa sitä miten tehokkaasti kaiutin muuttaa siihen syötetyn tehon liike-energiaksi joka synnyttää ääniaaltoja.

Kaiuttimen herkkyyteen vaikuttaa kaiuttimen moottori. Moottorin osien merkitys kaiuttimen herkkyyteen:

• magneettimateriaalin ja koko magneettipiirin laatu ( kuinka vahvan magneettikentän moottori tekee )
• puhekelan korkeus ja positio ilmaraossa ( kuinka suuri osa kelasta tekee töitä ja miten lineaarisesti se pysyy liikkeessä )
• puhekelan käämityksen laatu ( toiminnan tasaisuus ja lämpöhäviöt kovassa kuormassa )
• puhekelan ilmaraon suuruus ( väljä on helpompi tehdä, mutta syö tehoa )
• napakappaleen toteutus ( muotoilee magneettikentän ilmaraossa ja vaikuttaa kentän tasaisuuteen )
• top platen toteutus ( paljonko magneettikenttää saadaan ilmarakoon )
• backplate toteutus ( sulkee magneettipiirin ja estää magneettikenttää ”karkaamasta” )

Kaiuttimen herkkyyteen vaikuttaa myös kaiuttimen liikkuvien osien massa Mms. Liikkuvien osien massan vaikutus kaiuttimen herkkyyteen:

• kevyempi massa parantaa herkkyyttä ja raskaampi massa heikentää sitä

Jos muut tekijät elementissä pysyvät samoina, pienempi liikkuva massa nostaa Fs-arvoa, eli elementin luontainen alapään ulottuvuus heikkenee. Lisäksi jos kartiota kevennetään “halvalla tavalla”, materiaalista tulee helposti liian löysä: kartio ei pysy muodossaan ja toiminta muuttuu epätasaisemmaksi.

Kolmas herkkyyteen vaikuttava tekijä on ripustusten jäykkyys Cms. Ripustusten jäykkyyden vaikutus kaiuttimen herkkyyteen koko toistoalueella on aika pieni. Se vaikuttaa enemmän Fs-arvoon ja elementin toimintaan Fs-arvon ympäristössä. Oviasennuksessa tämä korostuu varsinkin midbassoelementeillä.

Neljäs on kartion koko. Jos moottori ja liikkuva massa pysyvät samoina, isompi kartiopinta-ala nostaa herkkyyttä. Käytännössä isompi kartio lähes aina nostaa liikkuvaa massaa. Hyöty riippuu siitä, kuinka paljon Sd kasvaa suhteessa Mms:ään ja onko moottori (BL) riittävän vahva liikuttamaan sitä.

Auton alkuperäiset kaiuttimet vs. jälkiasennetut

Useimmiten auton alkuperäisten ( OEM ) kaiuttimien herkkyys on hyvä. Äänenlaatu sen sijaan ei ole. OEM-kaiuttimien suunnittelussa on yksi tärkeä tavoite: Saada riittävästi ääntä mahdollisimman halvalla. Hyvä herkkyys ja halpa rakenne ei äänenlaadultaan korvia hivele. Bassotoistosta on tingitty eikä ääni ole muutenkaan parasta A-luokkaa. Parhaissa premium-järjestelmissä on poikkeuksia tästä, mutta ne ovat harvinaisia poikkeuksia.

Vähän paremman luokan jälkiasennettavat kaiuttimet ovat yleensä äänenlaadultaan jo selvästi parempia, mutta samalla herkkyydeltään usein hieman huonompia. Eli ne soivat sillä auton soittimella alkuperäisiä kaiuttimia hiljempaa. Tämä on monelle harrastajalle tuttu tilanne. Soi paremmin mutta ääntä ei enää oikein irtoa. Ratkaisuna useimmiten erillinen vahvistin.

On olemassa myös äänenlaadultaan hyviä kaiuttimia, jotka ovat samalla herkkiä. Nämä molemmat asiat ovat mahdollisia, kun toteutus on tarpeeksi laadukas. Seuraavaksi käytännön tilanne, joka havainnollistaa herkkyyksien eroja.

Todelliset herkkyydet vs ilmoitetut herkkyydet esimerkki

Autohifikanava testasi erillissarjatestissään 7 erillissarjaa 200-250 € hintaluokassa. Kaikissa sarjoissa oli 6.5″ midbasso/keskiäänielementti. Kuuden sarjan impedanssi oli 4 Ω ja yhden sarjan 3 Ω. Viisi sarjaa oli ilmoitetusti herkkyydeltään 90 dB/1W/1m. Yksi sarja 88 dB/1W/1m. Testiarvioissa testaajat totesivat yhden sarjan erottuvan herkkyydeltään selvästi muista:

Onpas herkkä sarja. Volaa 4dB alaspäin.

Näin saatiin suurin piirtein sama kuunteluvoimakkuus muiden sarjojen kanssa jottei äänen voimakkuus sekoita arvioita äänestä.

Mittaustilanne

Mittauksessa kaikille sarjoille asetettiin vahvistimen voimakkuussäätö samaan asentoon. Tämä ei toki sano tarkalleen sitä, miten paljon millekin sarjalle meni oikeasti tehoa perille, varsinkin kun yksi sarjoista oli 3 Ω sarja ja muut 4 Ω sarjoja. Ja kyseessä ovat vielä nimellisimpedanssit, joten perille menevissä tehoissa oli varmasti hieman eroja. Mittauksessa näkyy, että suljetussa kotelossa isossa huonetilassa autoasennukseen suunnitellut sarjat eivät toista kovin voimakkaasti matalille taajuuksille. Samoin näkyy myös huonekorostuksen aiheuttama noin 200 Hz boosti jokaisella sarjalla. Ja diskanttipään vaimeneminen reilusti yläpään osalta. Eli mittaustilanne ei todellakaan ollut ideaalinen autokäyttöön valmistetuille erillissarjoille. Mutta pääasia on että tilanne oli kaikille sarjoille sama.

Sarjat antoivat keskialueeltaan hyvin erilaiset vasteet ja tasossa oli isoja eroja suurimmalla osalla toistoaluetta. Vaikka yhtä vaille kaikille ilmoitetaan sama herkkyys, ja yhdelle sarjalle kaksi desibeliä muita huonompi. Herkimmän ja epäherkimmän ero suuressa osassa toistoaluetta on noin 5 dB. 10 kHz kohdalla 7-8 dB ja 4 kHz kohdalla noin 13 dB koska herkimmässä siinä piikki ja epäherkimmässä vaimentuma.

Tämän mittauksen esityksen ei ole tarkoitus osoittaa vasteesta ”paremmuutta tai huonommuutta” kaiuttimien kesken. Vaan tuoda esille se tosiasia, että hyvienkin valmistajien kaiuttimien herkkyydet voivat olla ”tosielämässä” todella rajusti erilaisia vaikka ilmoitetut arvot ovat hyvin samanlaisia.

Herkkyyden merkitys kaiuttimen valinnassa

Herkkyys on hyvä asia kaiuttimessa. Ainakin silloin kun sitä ei ole saatu aikaan äänenlaadun kustannuksella. Oikeasti herkillä kaiuttimilla saadaan normaali kuunteluvoimakkuus helposti jo pelkällä soittimen teholla. Herkät ja laadukkaat soivat vielä hyvin sillä samalla teholla. Herkkyys ja hyvä äänenlaatu voivat löytyä samasta kaiuttimesta.

Valitettavasti sitä oikeaa herkkyyttä ei useinkaan pysty päättelemään ilmoitetuista numeroarvoista. Mitataan erilaisilla tavoilla, ilmoitetaan erilaisilla tavoilla tai vedetään täysin hatusta. Jos haluat kaikki kolme kerralla: Halpa, Herkkä ja Hyvä äänenlaatu, varaudu ostamaan ainakin kaksi eri kaiutinta.