Panel "Open Baffle" Hoparlörler Nasıl Çalışır ?

Panel hoparlör dizaynların ne olduğu, neyi amaçladığı, artıları ve eksileriyle ile ilgili teknik bir yazıyla yeniden merhaba diyorum. Mümkün mertebede rahat anlaşılır şekilde ifade etme gayretimin bu yazımda da süreceğini bilmenizi isterim.

Son dönemle, bilhassa yurt dışında ardı ardına çıkan modellerden de göreceğiniz üzere panel dizaynlar giderek daha fazla kabul görmeye başladılar. Geçmişte de bildik bazı üreticilerin denemeleri olmamış değil. Wharfedale firmasının 50li yıllarda tasarladığı SBF3 'ü örnek olarak verebiliriz. SBF tabiri Sand Filled Baffle - içi kum doldurulmuş panel den geliyordu. Belki katılmayabilirsiniz ama bu örneği dönemin mentalitesinin ne düzeylerde olduğunu gösteren güzel bir örnek olarak kabul ediyorum ben.

Öncelikle sıklıkla kullanacağım bazı tabirlerin ne olduğuna bakalım.

Panel hoparlör : "Open baffle", kabinsiz, diğer bir deyişle arkası açık hoparlör Monopol : Her yöne (360 derece) eşit miktarda enerji saçan nokta. Dipol : Ters fazdaki iki monopol. Halk diliyle çift yönlü "öne ve arkaya" ses iletimi. Panel tasarımlar bu şekilde çalıştığı için dipol ismiyle de zaman zaman anılır. Sonsuz panel : "Infinite baffle" panel tasarımlarda sıklıkla kullanılan bir tabir. Panelin zemin veya duvara tam olarak temas etmesi durumunda ortaya çıkan, oda sınırlarının da hesaplamaya katıldığı durum. Roll-off : Türkçe tabirini bilmememden ötürü affınıza sığınarak böylece kullanmayı düşünüyorum. Bununla ilgili sıklıkla kullanılan İngilizce tabirlerinden biri de  "rear wave cancellation". Bu ifadeleri ses frekansında enerji azalması olarak tanımlayabiliriz. Miktarı frekansa göre değişmekle beraber panel tasarımlarda daha ziyade mid/bas sesleri içinde yaşıyoruz bunu. Frekans düştükçe miktarı da artıyor.  Panel dizaynların muhtemelen en kilit parametresi.

Sıcağı sıcağına bu roll-off meselesiyle devam edelim.. Aşağıdaki çizim bu meseleyi bize kabaca gösteriyor.

şekil-1

Öncelikle sürücülerin geriye de ses verdiklerini netleştirelim. Bu vaziyetin bilhassa bas sürücülerle özdeşleşmesinin nedeni ise geriye giden ses gücünün en fazla bas frekanslarda olması. Şekil-1'de geriye giden ve arka duvardan yansıyan 40 hz. ses frekansı kırmızı, öne giden 40hz. ses frekansı ise mavi ile gösteriliyor. Neyse ki pratikte böyle bir manzaranın oluşması pek mümkün değil. Dinleyicie direk gelen mavi ile arkadan yansıyan kırmızının şiddetleri aynı, fazları tam olarak birbirlerinin zıttı. Bu durum pratikte gerçekleşmiş olsaydı  mevzu bahis 40 hz. ses sinyali tamamen ortadan kaybolacaktı. İki sinyal üst üste binecek ve birbirlerini yok edeceklerdi (ortadaki kesik çizgi). Bu durumu mantıklı bir hale sokmak için arkaya giden sese müdahale etmemiz gerektiği ortada. Kabin tasarımı daha ziyade bu noktada önem kazanıyor. Bu arada resimde kabinli hoparlör kullanıldığı dikkatinizi çekmiştir. Bu sorun kabinli tasarımlarda da az veya çok yaşanıyor. "Miktarları tartıştığımız araya not düşelim" Frekans düştükçe çözüm sağlamak zorlaşıyor. Daha büyük kabinlerle daha düşük ses frekanslarına müdahale edebiliyoruz. Kullanılan farklı malzeme ve tasarımlarla verimliliği artırıyor, rezonans sorunlarını azaltabiliyoruz fakat sorun az veya çok hep yaşanıyor.

şekil 2

Kabin tasarımları (bir kısmı yukarıda görünüyor) kullanılan sürücülere, ekipmanlara, dinleme mekanına, kişisel tercihlere vs. göre şekillendiriliyor. Bu tip tasarımları kullanan hobidaşların keyfini kaçırmayı pek istemem (ben de kullanıyorum) ama bu hobinin en sevdiğim sözü "bir şeyi yaparken bir şeyi bozmak" olmalı. Temel sorunu çözmek için kullanılan dizayn ve materyallerin kendilerinin de başka soruna neden olduğundan bahsediyorum. Kutunun sesi, ahşabın sesi, içeride sıkışan havanın sürücüler üzerinde yarattığı istenmeyen baskı vs. gibi. Bu işte kişisel zevklerin ön planda olduğunu unutmayarak esasen hiç bir dizayna da kötü diyebilmek mümkün değil. Olayı daha ziyade teknik açıdan değerlendirdiğimi bir kez daha vurgulamak isterim. 

Biraz daha derinlere inelim... 

Panel hoparlör tasarımlarında olup bitenleri elektromanyetik teori üzerinden örneklemek mümkün. Yazının hemen başında dipole terimin zıt fazlada (buna pozitif ve negatif diyebiliriz) iki monopol kaynaktan oluştuğunu belirtmiştim. Monopolü ise her yöne eşit miktarda ses yayan noktasal bir kaynak olarak düşünelim. Hemen aşağıdaki çizimlerde (şekil-3) solda, kırmızı renkli pozitif monopol ses kaynağından mavi renkli negatif kaynağa doğru yönlenen enerji alanlarını görüyoruz. Bu alanın eş potansiyel dikeylerini aldığımız zaman şekil-3, sağdaki yapıya ulaşıyoruz. Şekil-4 ise bu yapıda farklı dalga boylarının temsilini gösteriyor.

şekil-3

şekil-4

şekil-6

Peki bunun pratikte anlamı nedir ? Elimizde panel üzerine monte edilmiş bir sürücümüz var diyelim "sağdaki şekil" Sürücü çalışırken oluşan ters fazdaki iki monopol nokta burada da mavi ve kırmızı ile gösteriliyor. Bu iki noktayı birbirlerinden yalıtarak, birbirlerini üzerindeki etkileşimi de "roll-off" azaltmış olacağız. Panel tasarımlarda, panelin fiziksel ölçüsü olan D parametresi işte bu nedenle önemlidir. Daha basit bir tabirle daha güçlü bir bas tepkisi hedefliyorsak daha büyük bir panel kullanmak mecburiyetindeyiz. Tabi başka alternatifler de var. Yazımın ilerleyen kısımlarında "Panel dizaynları ve bas üzerine" başlığı altında bunlara değineceğim. Olayın özünü daha iyi kavrayabilmek için düz bir panel ile devam edeceğiz.

şekil-5

Panel ebadıyla ilgili Rudolf Finke'nin yapmış olduğu ölçüm "aşağıdaki grafik" pratikte bu teorinin doğruluğu bize göstermektedir. Teori ve ölçümler şeklindeki bu çalışmanın güzel bir kaynak olduğunu düşüyorum. Merak edenler için çalışmanın detayları burada.  Ölçümler, 38cm.bas, 12cm.mid ve 2.5cm. çaplı tiz sürücülerden oluşan, standart diyebileceğimiz bir üç yollu dizayn üzerinde yapılmış. Yeşil çizgi 100cm., pembe 25cm., ve kırmızı ise 6cm. genişliğindeki panel aralıklarını temsil ediyor.

şekil-7

Dikkatleri çeken en önemli nokta panelin büyüdükçe bas tepkisinin daha da aşağı inmesi. Yukarıda bahsettiğimiz D mesafesinin alt frekanslar üzerindeki etkisini net bir şekilde görüyoruz. Diğer önemli detay ise grafiğin, frekans aralığında, değişen panel ebadıyla beraber, kayması. Bu kaymanın oldukça geniş bir frekans bandında yaşandığı görünüyor. Empedans eğrisinin tepe ve dip noktaların değişen pozisyonlarından bahsediyorum. Diğer bir nokta ise en geniş panelin diğerlerine nazaran daha doğrusal bir empedans eğrisi çizmesi. Tüm bunlar ışığında panel ölçüsünün sadece bas tepkisiyle ilgili olmadığını söyleyebiliriz. Çok yollu bir panel hoparlör dizayn kişinin, crossover hesaplarını panel ölçüsüne göre dikkatlice yapması gerekiyor.           

Yazımın başında, terimler kısmında belirttiğim "sonsuz panel" ifadesini bu noktada anlatmak daha kolay olacaktır. Panelin zemin veya duvar ile tam ve güçlü bir şekilde temas etmesi o kısmında bir sonsuz panel yaratmamızı sağlıyor. Oradan gelecek olan negatif "ters faz" bas tepkisini olabildiğince tıkamış oluyoruz. Tabi bunun pozitif kaynak üzerinde olumsuz başka etkileri de olmuyor değil. Bir panel hoparlör kullandığımı bloğumu takip edenler bilir. Bu hoparlörü altına çelik iğne ayaklar "spike" ekleyerek zeminden bir miktar yükseltmiştim. Zemindeki o boşluğun, özellikle bas sürücünün zemine daha yakın konumlanmasından ötürü hatırı sayılır düzeyde bası zayıflatacağını tahmin ediyordum. Peki niye iğne ayak kullandın derseniz bunun iki nedeni vardı. Dinleme odamın yeterince büyük olmamasından ötürü, bas tepkisi (altlara inebilme) için elimde bir ince ayar mekanizması olmasını istemiştim. Dilediğim an ayakları sökmek veya altını doldurmak kolay olacaktı. Geçen yıl birkaç sefer mekan değişikliği yaptım. Farklı mekanlarda farklı konumlandırmaları denerken biraz daha altlara inmenin akustik bir sorun yaratmayacağını düşünerek sonsuz panel tipine döndüm. Bunu ise çelik iğne ayakları yerinde tutup panelin altını, sızıntıyı engelleyecek şekilde doldurarak yaptım. Görünürde basit olsa da bas tepkisinde ciddi bir farka neden olmuştu.. Panel hoparlörlerin basit tekniklerle ne derece özelleşebileceğine dair ufak bir örnek olarak bunu vermek istedim. Kesinlikle keyif verici bir esneklik.. İğne ayağı yerinde tutmanın diğer nedeni ise panelde oluşan titreşimlerin zemine daha efektif bir şekilde aktarılması idi. Bu konuda epeyce işe yaradıklarını düşünüyorum.

Mesafeler üzerine..

Dipol tasarımlarda, ön ve arkada oluşan ses şeklini (aşağıda şekil-8'de de görünüyor) ve uygun bir panel yardımıyla bunları birbirinden ayırmanın önemini konuştuk. Sırada önemli olan başka bir husus var. Panel yerleşimi ve mesafeler..

şekil-8

Bu konuya Hifizine'den John Reekie'nin yapmış olduğu paylaşımdan alıntılar yaparak devam edeceğim..Merak edenler için burada.. Şekil 9 ve 10  panel hoparlörün arka duvarla olan farklı mesafelerinin bas tepkisi üzerine etkiyle ilgili.

şekil-9

şekil-10

Dikkatle incelerseniz kabinli tasarımlara göre biraz daha farklı bir durumla karşı karşıyayız. Arkada oluşan ters fazlı ses figürünün, panel duvara yaklaştıkça daha da etkin bir şekilde duvardan yansıyarak, öne giden sesi zayıflatması durumu bu. Hoparlörün duvara en uzak olduğu turuncu nokta, 50hz.-60hz. frekanslarına kadar en güçlü bas tepkisini temsil ediyor.

Şekil-11'de ise dinleme noktası ile panel hoparlör arasındaki mesafenin bas tepkisi üzerindeki etkileri görüyoruz.

şekil-11
0.25 metre (kırmızı), 0.5 metre (yeşil), 1.0 metre (mavi), ve 2.0 metre (turuncu) 

Dinleme noktası hoparlöre yaklaştıkça bas enerjisi artıyor. Yalnız ölçümler oldukça yakın mesafelerden yapılıyor.  Bu mesafelerde müzik dinlemek başka açılardan sorun teşkil edeceği için, pozisyon anlamında en optimal bir düzeyde kalmamız gerekecek. Ölçümden bas gücü anlamında çıkan sonuç hoparlörden çok uzaklaşmamamız gerektiği.

Aşağıdaki ölçüm ise (şekil-12 ve şekil-13) panel üzerine monte edilen bas sürücünün zeminden olan yüksekliği ile ilgili. Mikrofon 90cm. yüksekliğe (yaklaşık oturma pozisyonu) yerleştirilmiş.

şekil-12

şekil-13

Burada yine dinleme noktası mesafesiyle (şekil-11) benzer bir durum söz konusu. Yükseklik arttıkça mesafeler kısalıyor ve tepki artıyor.

Özetle bu ölçümler bize şunları gösteriyor :

Panel tip hoparlörlerle keskin, detaylı ve de güçlü bir bas tepkisi almak için hoparlörün arkasına ve de yanlara mesafe koymamız maalesef gerekiyor. Tecrübelerime göre bu mesafenin en aşağı iki metre olması lazım..fazlası daha iyi olacaktır.  Arka duvara sönümleyici malzeme uygulamak işe yarayabilir fakat dip frekansları (50-60hz altını) yutabilmek kolay bir iş değildir. Uğraştığımız şeyin dalga boyu birkaç metreyi aştığını hatırlatırım. Bu sesleri söndürmek için kullanacağımız malzemenin tipinden çok fiziksel şekli ve ebadı önem kazanıyor. Dinleme noktası olarak eşkenar üçken hesabı yapılabilir. İki hoparlörün orta noktaları arasındaki mesafe "atıyorum" dört metre ise, dinleme noktasının sürücülere olan uzaklığı da dört metre olabilir. Kabinli tasarımlarda genellikle iyi netice veren bir yöntem olmasına karşın kendi panel hoparlörüme olabildiğince yakın oturmayı tercih ediyorum.

Panel dizaynları ve bas üzerine..

Panel tasarımlarda bilhassa bas sürücü yerleşimiyle ilgili epeyce farklı alternatifler mevcut. Tahmin edersiniz ki her dizaynın arkasında farklı amaçlar, artılar ve eksiler var. Fazlaca dallandırmadan John Reekie'nin çok beğendiğim Subwoofer Origami adlı derlemesini alıp üzerinden gideceğim..araya kendi yorumlarımı da ekleyerek.

Bu noktaya kadar bahsettiğimiz şeyler standart yani düz bir panele entegre edilmiş sürücüyle ilgiliydi (şekil-14). Yapması kolay ve de iyi netice vermesine karşın en büyük sıkıntısı büyük panel kullanma ihtiyacıdır. Evlerimize bu denli büyük şeyleri sokabilmek, mekan büyüklüğü, eşyalar ve eş faktörü gibi birkaç mühim detaya takılabiliyor hiç şüphesiz.

şekil-14 (düz panel)

Şekil-15'de katlanmış panel "folded baffle" dizaynını görüyoruz. Bu dizaynda iki bas sürücü birbirlerine ters fazda bağlanıyor. Bu yapı ve bağlantı şeklindeki teorik maksadın çift dereceli harmonik bozulmaları azaltmak olduğu söyleniyor. Duyduğumuz ses açısından bakarsak çift dereceli harmonik bozulmaların sesi şişirdiğini, tek dereceli olanların ise sivrilttiğini eklemek istedim.  Bu dizaynda, yukarıda bahsettiğimiz D mesafesi sürücünün çapı ile genellikle eşit tercih ediliyor.

şekil-15 (katlanmış Panel)

Şekil-16'da ise panel hoparlör işinin referans noktalarından birisi olarak kabul edilen Linkwitz'in  W panel tasarımı görünüyor. Hemen üstteki katlanmış panel dizaynına çok bezer bir yapıda. Linkwitz'in yapıyı daha kompak bir hale çevirmek istemesin asıl neden olduğunu düşünülebilir. Katlanmış panele nazaran sürücülerin hava alma kapasitesinin sınırlanmış olması ve üç tarafı kapalı bir kutunun yaratacağı ekstra rezonans bu tasarımın zayıf noktaları. Nitekim Linkwitz'in kendisi de 270hz. civarında, bu dizaynın getirdiği bir rezonansı ölçmüş.

şekil-16 (Linkwitz W-Panel)

Şekil-17'de yuvalı panel "slot loaded" dizaynı görünmekte. Katlanmış panele benzemesine karşın en büyük farkı sürücülerin aynı faz ile birbirlerine bağlanması. Ek olarak sürücüler arasındaki mesafenin de daha az olması dikkat çekiyor. Bu dizayn, meşhur transistörlü ampli tasarımcısı ve benim de büyük saygı duyduğum,  Nelson Pass'a aitmiş. Bu şekilde birbirlerine bakarak aynı fazda çalışan iki sürücün Fs "rezonans" değerlerinin daha da aşağı düştüğü ve Qts (toplam Q) değerinin yükseldiği ölçülmüş. Bu iki sürücü parametresinin (düşük Fs ve yüksek Qts) panel dizaynlar için önemli olduğunu dip not olarak düşelim.  

şekil-17 (yuvalı panel)

Şekil 18'de yukarıdaki yuvalı panelin yanları katlanmış halini görüyoruz. Tıpkı Linkwitz W-panel örneğinde olduğu gibi. Asıl amaç yine daha kompak bir yapı elde etmek. Sürücüler yukarıdaki gibi yine eş fazda birbirlerine bağlı. Fs, Qts parametre değişimiyle ilgili durumlar yine geçerli. Öte yandan Linkwitz W paneldeki sorunu burada da dillendirmek mümkün görünüyor bence. Etrafı kapattıkça alt frekanslara daha fazla yaklaşıyorsunuz fakat belli frekans noktalarında ise rezonanslar yaşıyoruz bu kaçınılmaz.   

şekil-18 (yuvalı W-panel)

Şekil-19'de görünen V panel dizayn ise hemen yukarıdaki yuvalı W panel 'de yaşanan sorunu adreslemek için ortaya çıkıyor. Sürücüler yine eş fazlarla birbirlerine bağlı. Dizayn ne kadar kapatılırsa rezonans sorunları o denli fazla yaşanıyor. V panel 'de aradaki yarık ve arka kısım daha havadar. Bu yaklaşımın Fs ve Qts üzerindeki olumlu etkileri muhtemelen zayıflıyor olsa da da John Reekie'in ölçümlerine göre yuvalı panel dizaynlarında tespit edilen çeyrek dalga rezonansı "quarter-wave resonance" bu dizaynda görünmüyor. 

Şekil-19 (V panel)

Şekil-20'de ise M panel ismiyle hemen üstteki dizaynın itme ve çekme "push&pull" versiyonunu görüyoruz. Tahmin edeceğiniz üzere burada sürücüler birbirlerine ters fazda bağlanıyor ve açıklıklar daha fazla. V panele göre rezonans anlamında daha rahatlamış bir dizayn olmasına karşın sürücülerin bu şekilde çalışmasının yaklaşık %30 luk bir güç kaybına neden olduğu hesaplanmış.

şekil-20

Şekil-21 'deki dizaynlar ise H panel olarak anılıyor. Çift sürücülü versiyonu tıpkı V panelde olduğu gibi ters fazda bağlanarak yapılıyor. Bu dizaynda sürücüler birbirlerine bakmadıkları için güç kaybı da yaşanmıyor. Kendin yap (DIY) camiasında içinde en çok tercih edilen dizaynlardan biri durumunda. 

şekil-21 (H panel)

Şekil-22'de görünen U panel ise  Şekil-14 deki düz panel tasarımının kanatların kıvrılmasıyla ortaya çıkan manzara oluyor. Basit ama ses anlamında çok önemli farkları da beraberinde getiren bir yaklaşım. Şu an kullandığım panel hoparlörün dizaynı da bu şekilde diyebilirim. Ön tarafta geniş bir panel olmasına karşın arkada, bas sürücü sepetinden birkaç santimetre sonra geriye kıvrılan kanatları mevcut. Hoparlör yerleşim denemeleri yaparken duvara yaklaştıkça bas tepkisinin (altlara inebilme şeklinde) ciddi şekilde arttığını gözlemlemiştim. Yukarıda, düz panel/duvar mesafesi ölçümünde çıkan neticenin bazı açılardan zıttı diyebiliriz buna. Nedeniyse duvara yaklaştıkça dizaynın kapalı bir kutu şeklini alarak vasat bir bas refleks tasarıma dönüşmesi. Altlara inebilen ama şişmiş, çözünürlüğü düşmüş, benim için kabul edilemez bir bas performansından bahsediyorum. Kullanılan dizayna göre dengeler ve ölçümler değişiyor. 

şekil-22 (U panel)

ve gelelim şu aralar en çok ilgilendiğim dizayna. Ripol (şekil-23) olarak isimlendirilen bu tasarım şekil-18'de görünen yuvalı W panele benzemesine karşın "şeytan ayrıntılarda gizlidir" sözünün güzel bir örneği olarak karşımıza çıkıyor. Dikkat edileceği üzere W panele göre tek farkı katlanmış yan panellerin sürücüye oldukça yakın konumlandırılmış olması. O kadar yakın ki sürücü motorlarının bir kısmı dışarıda kalıyor. Sürücülerin eş fazda çalıştırıldığı bu dizaynın en büyük hedefi Fs değerini olabildiğince aşağı çekmek, diğer bir deyişle daha alt seslere bozulma olmadan inebilmek. Axel Ridtahler isimli bir tasarımcıya ait olan bu dizayn maalesef patent altına alınmış. Merak edenlere burada bir teknik döküma mevcut. Fırsat bulur bulmaz deneyip görmek istediğim bir tasarım. 

şekil 23

Kıssadan hisseye..

Panel hoparlörlerin artıları kabin kaynaklı rezonans, şişme, renklenmeye son vermek ve de hız. Sürücülerin açıkta çalışması, itme ve çekme hareketlerini daha rahat ve hızlı yapmalarına olanak sağlıyor. Bazı üreticiler hız için asıl önemli olan şeyin motor gücü olduğunu söyleseler de rahat hava akışının önemli bir etken olduğunu düşünüyorum ben. Panel hoparlör dünyasında "elektrostatik gibi çalıyor" şeklinde bir tabir vardır. Tahmin edeceğiniz üzere bu tabirin çıkış noktası hızlı olmalarından kaynaklanıyor.  

Panel hoparlörlerin en önemli zaafları ise fiziksel ebadı ve de ayarlanmış bir mekan ihtiyacı. Makul değerlerde bir bas tepkisi alabilmek için büyük paneller kullanmak veya büyük çaplı sürücüleri yukarıda bahsi geçen şekillerde kurgulamak gerekiyor. Sürücünün büyümesi demek genellikle arkasındaki motor devresinin de (sargı ve mıknatıs) büyümesi ve bu ise onu süren amplifikatöre birkaç açıdan daha fazla yüklenmek anlamına geliyor. Bunlardan biri olan artan geri besleme gürültüsü gerçekten hoş bir durum değil. Kurtulmanın en güzel yolu bas sürücülerini ayrı bir amplifikatör ile sürmekten yani "bi-amp"  yapmaktan geçiyor.. Ve bu şekilde kendinizi başka büyük bir çaba içinde buluyorsunuz. Panel dizayna uygun üretilen bas sürücülerin çok sınırlı sayıda olması da (bildiğim sadece birkaç marka var) bir diğer negatif durum. 

Panel dizayn kullanmalı mıyım..?  

Uygun bir mekana, dışarıdan ucuzmuş gibi görünüyor olsa da bütçeye, sizin anlayabilen bir eşe ve bitip tükenmek bilmeyen denemelere meraklıysanız hiç düşünmeyin bile. Sonuca aşık olacaksınız.

Müzikle kalın.