Dynaaminen kaiutinelementti
Subwoofer on toimintaperiaatteeltaan perinteinen dynaaminen kaiutinelementti: puhekela liikkuu magneettiraossa ja liikuttaa siihen kiinnitettyä kartiota/kalvoa. Periaatteen varhaisin tunnettu kuvaus löytyy jo Ernst Werner von Siemensiltä (1874), joka kuvasi moving-coil-tyyppisen muuntimen patentissaan.
Oliver Lodge patentoi 1898 parannetun moving-coil-ratkaisun (British patent 9712), jossa puhekela on kalvon kanssa vahvassa magneettikentässä ja rakenteessa kiinnitetään huomiota mm. ilmaraon hallintaan.
Käytännön “ison äänen” sovelluksissa dynaaminen kaiutin nousi kunnolla esiin, kun Peter L. Jensen ja Edwin S. Pridham kehittivät Magnavox-järjestelmää 1910-luvulla ja tekivät suuret julkiset demonstraatiot 1915.
Modernin, torvettoman “direct radiator” -tyyppisen dynaamisen kaiuttimen (josta myös nykyiset hifi-kaiuttimet ja subwooferit käytännössä polveutuvat) periaatteet vakiintuivat 1920-luvulla Chester W. Ricen ja Edward W. Kelloggin työn (julkaisu 1925 + patentit) myötä.
Dynaamisia elementtejä on kehitetty tämän jälkeen valtavasti (magneettimateriaalit, ripustukset, kartiomateriaalit, jäähdytys, pitkäisku jne.), mutta subbarit ovat edelleen lähes poikkeuksetta tätä samaa perusperiaatetta.
Miten se toimii?
Kaiuttimen liikkeen saavat aikaan kaksi pääosaa. Puhekela ja magneetti. Puhekela toimii sähkömagneettina, ja vahvistimen syöttämän virran suunnan muuttuessa kela liikkuu kestomagneetin kentässä vuorotellen ulos ja sisään.
Täällä on erinomaisen havainnollistava esitys aiheesta.
Puhekela on käytännössä pyöreän putken ympärille käärittyä kuparilankaa. Nuo kuvassa näkyvät kelan päät ovat johtimet jotka menevät kaiuttimen terminaaleihin eli niihin liittimiin joihin kytketään vahvistimelta tuleva kaiutinkaapeli. Jotta kela toimisi oikein, kuparijohtimien pinnassa on lakkaa. Se eristää johtimet toisistaan ja suojaa niitä. Kun kaiuttimen sähköinen tehonkesto ( joka on käytännössä juurikin puhekelan sähköinen tehonkesto ) ylitetään, tuo lakka ( ja monet muut aineet kelarakenteessa ) alkavat sulaa. Ilmiönä ”hifin haju” varoittaa usein siitä että kohta kaiuttimen puhekela palaa. Jos lakka sulaa riittävästi tai lanka palaa poikki, niin kela on käyttökelvoton. Jos se vain hieman tummuu, niin kaiutin saattaa toimia vielä pitkäänkin.
Puhekela on kiinnitetty yläreunastaan kaiuttimen kartioon. Kun puhekela liikkuu, niin siihen kiinnitetty kartiokin liikkuu. Puhekela liikkuu ilmaraossa, joka on hyvin kapea. Mitä kapeampi ja tarkemmin tehty ilmarako, sitä tehokkaammin moottori muuntaa puhekelan virran liikkeeksi (enemmän voimaa ja parempi hallinta samalla teholla).
Kaiuttimen herkkyydestä on oma juttunsa TÄÄLLÄ. Puhekelan täytyy liikkua ilmaraossa hyvin tarkasti pystysuorassa. Jos kela pääsisi heilumaan sivusuunnassa liikkuessaan, kelan lakkaus hankautuisi puhki magneettirakennetta vasten. Jotta kelan liike olisi mahdollisimman suoraa ylös/alas-liikettä, kaiuttimen kartio on tuettu kahdella ripustuksella kiinni runkoon. Alaripustus on kiinni puhekelan ja kartion liittymäkohdassa ( suurinpiirtein ) ja yläripustus taas kartion yläreunassa ja rungon yläreunassa. Joissain kaiuttimissa alaripustuksia voi olla useitakin päällekkäisiä rakenteen vahvistamiseksi.
Jotta puhekelan ja ilmaraon väliin ei pääsisi roskia, kartion keskellä on pölykuppi, joka sulkee kartion keskellä olevan aukon. Pölykuppi myös jäykistää kartion rakennetta ja tekee kartiosta tiiviin ( erottaa etu- ja takapuolella olevat ilmatilat toisistaan ) jolloin kartio ”pumppaa” ilmaa tehokkaammin.
Subbarin moottori on sen tärkein osa.
Moottoriksi kutsutaan magneettirakennetta ja sen sisällä olevaa puhekelaa. Tarkempi kuvaus kaiuttimen moottorista on TÄÄLLÄ. Jotta liike olisi nopeaa ja voimakasta, tarvitaan hyvä moottori. Aivan kuten autossa tai moottoripyörässäkin. Vertausta autosta tähän: Kuvittele kilpa-auto joka on tajuttoman upean näköinen ( subbarin yleinen ”lookki” ), jossa on mielettömän hyvä alusta ( subbarin runko ), todella napakka ja toimiva voimansiirto ( ripustukset ) ja huippuhyvät rataslicksit alla ( pölykuppi ja kartio ). Mutta moottorina 70-luvun vaparidiisseli. All show, but no go…..
Puhekelan täytyy olla mitoitettu oikein: riittävä kelan pinta-ala ja lämpökapasiteetti tehonkestoon, sopiva kierrosmäärä ja kelan pituus ilmaraossa voiman tuottoon, sekä laadukkaat liimat ja rakenne, jotta se kestää kuumuutta ja liikettä. Magneettimateriaalin pitää olla laadukasta, magneetin riittävän voimakas ja ilmaraon ja keskipaalun oikean kokoisia. Puhumattakaan siitä että osien mittatarkkuuden ja tasalaatuisuuden on oltava kohdallaan. Vain kunnollinen moottori mahdollistaa voimakkaan ja tarkan bassotoiston.
Entäs ne muut osat?
Alustalla ( subbarin runko ) on totta kai merkitystä. Sen on oltava myös oikean kokoinen ja riittävän jäykkä rakenteeltaan jotta rakenne pysyy kuosissaan kovassakin luukutuksessa. Valurunko ei tee autuaaksi, laadukas peltirunkokin toimii ihan hyvin. Tässä juttu jota moni ei osaa arvata: Liian umpinainen runko ( tai huonosti suunniteltu ) voi olla ongelma sillä se estää ilman vapaan liikkumisen kartion takapuolella. Laadukkaissa subbareissa tähän ei juuri törmää mutta halvoissa vain ulkonäön perusteella suunnitelluissa kyllä.
Voimansiirron merkitys tulee esiin siinä, että ripustukset ovat riittävän jäykät pitääkseen liikkeen suorana ja niillä on riittävän pitkä liikerata, että ne eivät repeydy kun puhekela liikkuu. Liian löysät ripustukset rajoittavat liikettä liian vähän ja yliohjauksen riski kasvaa. Jos Xmech ylitetään, puhekela voi kolahtaa pohjaan.
Renkaat ( kartio ja pölykuppi ) taas varmistavat sen että alustan hallinnassa pitämä, voimansiirron kuljettama ja moottorin tuottama voima siirtyy tiehen. Jos kartion ja pölykupin yhdistelmä on riittävän jäykkä, niin se ei anna periksi ilmanpaineelle vaan se tuottaa hyvälaatuista bassoa liikkuessaan. Myöskään renkaat eivät saa olla liian valtavat läskit ( painava kartio ) suhteessa moottoriin. Silloin ei kunnollista kiihtyvyyttä saada aikaan vaan basso on löysä ja epätarkka. Jos renkaat ovat liian rimpulat ( kevyt kartio ) suhteessa moottorivoimaan, kiihtyvyys on hyvä. Mutta voima kuluu sutimiseen, yläbassot piikittävät ja korostuvat, matalammat bassot jäävät niiden varjoon.
Varo huijausta!
Subbari tarvitsee tehokkaan moottorin ollakseen hyvä. MUTTA: kaikki ei ole sitä miltä se äkkiä päälle päin näyttää! Monissa halvoissa ja huonolaatuisissa subwoofereissa saattaa äkkiä vilkaistuna olla todella järeän näköinen magneetti ja rankan näköinen valurunko. Lähempi tarkastelu paljastaa kuitenkin helposti muutamia juttuja, joihin kannattaa kiinnittää huomiota:
- Magneetin päällä voi olla näyttävä kuorirakenne joka huijaa silmää. Äkkiseltään valtava magneetti onkin todellisuudessa aika vaatimattoman kokoinen ja sen päällä on vain sen koon moninkertaistava muovikotelo.
- Magneetti voi olla ihan tolkun kokoinen, mutta sen sisällä oleva puhekela on samaa kokoluokkaa kuin vaikka 6,5″ peruskaiuttimessa
- Kaiuttimessa voi olla valtavan kokoinen yläripustus joka on totuttu yhdistämään pitkään liikerataan. Mutta magneetti on hyvin litteä ja puhekela onnettoman kokoinen.
- Suuret tehonkestolukemat paketissa tai painettuna pölykuppiin eivät takaa yhtään mitään. Lisää aiheesta TÄÄLLÄ
- Jykevä valurunko on toki tukeva, mutta kaikki runkomallit eivät toimi kunnolla. Niiden suunnittelussa on otettu huomioon vain ulkonäköseikat ja se seikka on jäänyt suunnittelematta että kaiuttimen takapuolellakin kartio liikuttaa ilmaa yhtälailla kuin etupuolella. Rungon täytyy olla mahdollisimman hyvin virtaava ettei se haittaa ilman virtausta elementin kartiosta taaksepäin.
En sano, että muovikuori magneetin ympärillä tekisi subbarista huonon. Ei tietenkään tee, ei sillä ole mitään vaikutusta moottorin toimintaan. Eikä suuri magneettikaan tee subbarista huonoa tai iso yläripustus. Kerroin nämä asiat siksi, että osaat suhtautua kriittisesti siihen mitä näet.
Seuraavaksi käsitellään erilaisia kotelotyyppejä osiossa Erilaiset kotelot