PÄÄSIVU
SISÄLLYS
ESIPUHE
NÄYTESIVUJA
JÄNNITEOHJAUKSEN VAKAVAT VIAT
SÄRÖESIMERKKEJÄ
VAHVISTINKYTKENTÖJÄ
PROJEKTEJA
> PUHDASVIRTAKAIUTIN CCS-7
> TRANSKONDUKTANSSIVAHVISTIN
> KAIUTIN CS-12
> KAIUTIN CS-8
> A-LUOKAN PÄÄTEVAHVISTIN
> SERT-VAHVISTIN
VAIMENNUKSESTA
REKISTERÖITYJÄ IDEOITA
TEKIJÄSTÄ
OTA YHTEYTTÄ
KESKUSTELE


Hieman tosiasiaa resonanssivaimennuksesta

Virtaohjauksen äänellinen paremmuus ilmenee ennen kaikkea keski- ja diskanttialueilla. Sen sijaan bassotaajuuksilla, missä vaimennusseikoilla ainoastaan on merkitystä, ohjaustila ei ole niin tärkeää kuin muualla. Näin siis vaikka virtaohjausta sovelletaan suurimmalle osalle spektristä, meillä on silti melko vapaat kädet käyttää erilaisia vaimennuskeinoja, myös sähköisiä, perusresonanssialueen käsittelyyn.

Kaiken kaikkiaan yleisissä käsityksissä kaiuttimen vaimennuksesta ja sähkömotorisista voimista (smv) on paljon harhakuvia. Kirjassa aihetta käsitellään ja myyttejä oiotaan insinöörikelpoisesta näkökulmasta esittäen selkeästi asiaankuuluvat sijaiskytkennät, perustana olevat yhtälöt, suuruus- ja vaihediagrammit sekä tosimaailman esimerkkejä - erotuksena siitä pelkästään sanallisesta ja hämärästä energiavirtaus-jännitevirtaus-jargonista ja jopa toiveajattelusta, mitä näihin asioihin liittyen yleisesti tapaa.

Taajuus ratkaisee

On tärkeää ymmärtää, että elementti-kotelo-yhdistelmän vaimennuksella ja Q-arvolla on vaikutusta ainoastaan resonanssitaajuuden läheisyydessä. Sen sijaan millään muilla taajuuksilla (bassoelementeillä n. 200 Hz:stä ylöspäin) elementin vaimennuksella ei ole lainkaan mitään vaikutusta. Tämä voidaan myös todentaa perusmallituksella tyypillisillä elementtiparametreilla.

Elementin liike-smv:tä voidaan tosiasiassa kutsua vasta-smv:ksi ainoastaan resonanssialueella, missä tämä smv-jännite toimii jotakuinkin samassa vaiheessa syötetyn signaalin kanssa ja siksi pienentää virran kulkua jänniteohjauksessa saaden näin aikaan vaimennuksen. Sen sijaan taajuuden kasvaessa resonanssialueelta tämä smv-jännite kääntyy pian kohtisuoraan resistiiviseen jännitteeseen ja virtaan nähden ja samalla pienenee itseisarvoltaan alittaen resistiivisen komponentin tyypillisesti 150 Hz:n paikkeilla. Näin ollen koko keskitaajuusalueella liike-smv ei enää vaimenna tai kontrolloi yhtään mitään vaan toimii pelkästään hallitsemattomana häiriölähteenä elementin jännitteen ja virran välisessä muunnoksessa.

Sähköinen ja mekaaninen vaimennus

Sähköinen vaimennus voidaan joka suhteessa korvata mekaanisella vaimennuksella samalla lopputuloksella. Mitä sähköinen vaimennus täsmälleen ottaen tekee on että se kohdistaa liikkuvaan systeemiin mekaanisen vastavoiman, joka on joka hetki suoraan verrannollinen puhekelan hetkelliseen nopeuteen yhtälön F = (Bl)2v/R (=vakio*v) mukaisesti, missä v on nopeus ja R puhekelan resistanssi (plus muut mahdolliset sarjaresistanssit). Sähköinen vaimennus ei tuota muita vaikutuksia kuin tämän nopeuteen verrannollisen vastavoiman ja siitä seuraavan pienennyksen kokonais-Q-arvoon. Aivan samanlaisen voiman tuottaa myös mekaaninen resistanssi, joka voidaan määrätä elementin materiaaleilla ja rakenteella ja jota voidaan myös säätää kotelon täytöllä. Tämä voima on yksinkertaisesti F = bv, missä b on liikkuvaan systeemiin vaikuttava kokonais- mekaaninen resistanssi.

Sähköisessä vaimennuksessa ei siten ole mitään korvaamatonta, ja periaatteessa elementin resonanssikäyttäytymisessä ei voi olla mitään eroa, ei taajuus- eikä aikatasossa, olipa vaimennus aikaansaatu pieni-impedanssisella vahvistimella tai mekaanisesti.

Puhtaalla virtaohjauksella vaikuttava Q-arvo määräytyy yksinomaan systeemin mekaanisesta Q:sta. Koska kaikki saatavissa olevat kaiutinelementit on suunniteltu toimimaan yksinomaan jänniteohjauksella, niiden Qm-arvot ovat tavallisesti liian suuria virtakäyttöön sellaisenaan. Ei kuitenkaan varmasti kestäisi kauan kehittää itsevaimentavia elementtejä, jos tähän vaan hieman paneuduttaisiin. Nytkin on olemassa kumeja jotka tuottavat luokkaa 1,5 olevia vapaan tilan Qm-arvoja, ja puuvillakankaalla tehtyjen kotelotäyttökokeiden mukaan lopullista arvoa voidaan vielä huomattavasti alentaa tästä.

Useinkaan ei ole edes tarpeellista päästä 0,7:ään, sillä hieman suuremmalla arvolla 100 Hz:n alueelle syntyvää lievää korostumaa voidaan käyttää hyödyksi kompensoimaan jokin osa suuntausportaasta (baffle step).

Vaimennus voidaan myös tuottaa aktiivisella korjauksella lopputuloksen ollessa sama, ja kirja esittelee useita uusia piiri-ideoita tähän.

Yleinen harhakuva "vaimennuskertoimesta"

Niin sanotun vaimennuskertoimen merkityksestä esiintyy audiopiireissä ja palstoilla paljon hölynpölyä, joka ei perustu mihinkään todelliseen tieteellistekniseen tarkasteluun vaan ainoastaan vallalla olevien kuvitelmien ja ilmaisujen kopiointiin ja kierrätykseen. Millään oikeasti pätevillä ja kestävillä syillähän jänniteohjauskäytäntöä ei tietenkään voida perustella, joten jotain tällaista kai tarvitaan, jotta päät pysyisivät pensaassa.

Jakamalla nimellinen kuormaimpedanssi vahvistimen ulostuloimpedanssilla saadaan aikaan helppo vertausluku, jota voidaan näytellä, mutta se, että näin saadaan aikaan helppo vertausluku, ei tarkoita, että tällä luvulla olisi mitään järkevää fysikaalista merkitystä tai että se olisi peräisin mistään relevantista toimintaa kuvaavasta yhtälöstä, kuten sana 'kerroin' antaa ymmärtää. Todellisuudessa nimittäin mikään asia kaiuttimen toiminnassa ei vaimene tähän lukemaan verrannollisesti varsinkaan sen tyypillisillä arvoilla, jotka liikkuvat kymmenistä satoihin (siksi sana lainausmerkeissä).

Yleistä perinnetarinaa aiheesta kuvaavat esim. seuraavat lainat: "Mitä suurempi vaimennuskerroin, sen paremmin vahvistin kykenee ohjaamaan kaiutinta, eikä se elä liiaksi omaa elämäänsä." "Jonkinlaisena hyvän ja huonon vaimennuskertoimen raja-arvona pidetään kerrointa 50". "Vaimennuskerroin vaikuttaa mm. vahvistimen kykyyn vaimentaa kaiuttimen reaktiivista kuormitusta vahvistimeen päin."

Todellisessa virtapiirissä vahvistimen ulostuloimpedanssi on aina sähköisesti sarjassa elementin impedanssin ja kaikkien välille kytkettyjen impedanssien kanssa, ja koska kaikki keskenään sarjaan kytkeytyvät resistanssit (ja impedanssit) ovat vaikutuksiltaan täysin saman arvoisessa asemassa, ei ulostuloimpedanssilla tai sen pienuudella ole siten mitään sellaisia vaikutuksia, joita ei olisi yhtä lailla myös itse puhekelan resistanssilla ja kaikilla muilla ko. sarjassa vaikuttavilla resistansseilla. "Vaimennuskertoimella" ei siis ole eikä voi olla mitään omaa erityistä kykyä "vaimentaa" jotain kaiuttimen reaktiivista kuormitusta tai "ohjata" jotakin, sillä tämän luvun kasvattaminen vaikkapa 50:stä 500:aan vastaa joka suhteessa samaa, kuin hienoinen puhekelaresistanssin pudottaminen esim. 6,00 Ω:sta 5,85 Ω:iin (8 Ω:n kuorma).

Käytännössähän jo pelkät lämpötilan vaihtelut puhekelassa tekevät tyhjäksi kaikki pyrkimykset hyötyä jotain suuresta "vaimennuskertoimesta" kuparin resistiivisyyden kasvaessa 0,4%/aste. Jos vertailukohdaksi otetaan huoneenlämpötila, jossa kertoimeksi saataisiin vaikka 1000, jo lievä 25 asteen nousu lämpötilassa kasvattaa puhekelaresistanssia 10% eli tyypillisesti 0,6 Ω, mikä vastaa "vaimennuskertoimen" putoamista jo 13:een. Jos taas päästellään vähän rankemmin niin, että resistanssi kasvaa 50%, mikä tapahtuu lämpötilan noustessa n. 150 asteeseen, vaikuttavaksi "vaimennuskertoimeksi" jääkin enää 2,7 (= 8/3)! Kaikkien ominaisuuksien ja kuorman ohjauksen kannalta on nimittäin täysin samantekevää, lisätäänkö tämä ylimääräinen 3 Ω puhekelaresistanssiin, kaapelointiin vai vahvistimen ulostuloimpedanssiin.

"Vaimennuskerrointa" sanotaan myös voitavan havainnollistaa elementin kalvoa napauttamalla, jolloin vahvistimen ollessa kytkettynä pitäisi kuulua erilainen tump-ääni kuin ilman kytkentää. Koteloidulla bassoelementillä, jonka mekaaninen Q-arvo on tehty suureksi jänniteohjausta varten, voidaankin havaita pientä eroa tömähdyksessä, koska napautus liikuttaa kalvoa sen resonanssitaajuudella. Jos tämä värisyttäminen kuitenkin tehdään taajuudella, joka on elementin resonanssihuipun ulkopuolella (esim. >200 Hz), ei vahvistimen kytkeminen tee enää minkäänlaista eroa kalvon amplitudiin - ei teoriassa eikä mitattuna. Ko. napautuskokeella ei myöskään itse kerrointa juuri havainnollisteta, sillä mitään eroa ei synny edes siinä, onko tämä arvo esim. 5 vai 500.

Yleiseen käsitykseen asiasta on saattanut vaikuttaa myös se, että käytännössä vahvistiminen antoimpedanssi korreloi yleensä ainakin virranantokyvyn ja myös antotehon kanssa, jolloin mielikuva "kontrollista" voidaan yhdistää epärelevanttiin tekijään.