Autoäänentoistossa on viimeisen reilun kymmenen vuoden kuluessa ilmaantunut pari hieman tuntemattomampaa elementtijoukkoa. Ensin tulivat ”bullet-diskantit” ja vähän sen jälkeen ”driverit”. Mitä nämä elementit ovat ja mihin ne soveltuvat?
Teksti: Harto Viljamaa
Molemmat elementit ovat tulleet PA-äänentoiston parista. Siellä tarvitaan sellaisia määriä äänienergiaa, että sen tuottaminen alkaa olla haastavaa. Perinteisiä koti- tai autoelementtejä käyttämällä se on mahdotonta. Tehoa lisäämällä ja elementtimäärää lisäämällä pääsee vain tiettyyn äänimäärään. Ongelmat lisääntyvät hyötyä enemmän ja esimerkiksi monen elementin ääni ei enää summaudu ääntä lisäävästi vaan aiheuttaa joukon suunta- ja taajuusriippuvia taajuusvastevirheitä. Niinpä avain onneen on vähemmän mutta entistä kovempaa soivia elementtejä.
Herkkyyden kasvattaminen
Siispä oikea ratkaisu on ottaa yhdestä elementistä irti enemmän. Diskanttialueella käytetyin ratkaisu on laittaa säteilevän elementin eteen torvi. Torven tehtävä on toimia impedanssisovittimena elementin kalvon ja ulkoilman välillä. Oikealla sovituksella elementin kalvon liike kytkeytyy ilmaan mahdollisimman tehokkaasti ja kalvo ei ainoastaan ”vatkaa tyhjää” vaan suurin osa sen liikkeestä saadaan hyödynnettyä. Pelkkä torvi ei riitä täydelliseen sovitukseen. Kompressiodriverissä aivan värähtelevän kalvon eteen on laitettu ns. phase plug (vaiheplugi). Kyseisen osan tehtävä on peittää suurin osa kalvosta ja suorittaa osa impedanssisovituksesta. Yleensä aukkoja on vain noin 1/8-1/10 värähtelevästä pinta-alasta. Suurempi suhde parantaa elementin herkkyyttä kunnes kalvon kuormitus kasvaa liian suureksi ja sen liike alkaa pienenemään.
Värähtelevän kalvon lähes täydellisellä impedanssisovituksella on dramaattinen vaikutus elementin herkkyyteen. Vapaasti säteilevän diskantin herkkyys on 90 dB/W/m kieppeissä. Hyvällä PA-torvidiskantilla herkkyys voi olla yli 110 dB/W/m ja 105 yli olevat arvot ovat aivan arkipäivää. Kasvaneen herkkyyden lisäksi myös elementin tehonkesto on yleensä paljon korkeampi kuin koti tai autoelementeillä. Lopputuloksena yhdestä elementtiparista saadaan revittyä riittävästi ääntä jopa useamman tuhannen ihmisen ulkoilmakonserttiin.
Elementin sisäosat ratkaisevat elementin laadun
Suuren herkkyyden ja tehonkeston omaavan elementin suunnittelu ja valmistaminen ei ole aivan helppoa. Magneettirakenteen tulee olla voimakas ja puhekelan suuri ja silti kevyt. Puhekelan pitää myös jäähtyä tehokkaasti ja parhaiten se saadaan aikaan tekemällä ilmaraosta todella kapea. Suuri puristussuhde asettaa myös kalvon mekaanisen lujuuden koetukselle. Kalvon muoto on perinteisesti kalotti, koska pyöreä muoto on luja. Vapaasti säteilevistä kaloteista poiketen kalotti on yleensä drivereissä niin päin, että koveran puolen säteily johdetaan torveen ja kupera puoli on suljettuun takakammioon päin.
Värähtelevän kalvon tulee olla mahdollisimman kevyttä ja kovasta kuormituksesta johtuen myös erittäin lujaa. Tänä päivänä materiaaleista yleisin on titaani. Muita suosittuja valmistusmateriaaleja ovat alumiini ja lujimmat muovit. Kaikkein kallein ja arvostetuin kalvon valmistusmateriaali on beryllium. Phase plugin aukotuksen ja kanavoinnin suunnittelu ja tarkka valmistaminen on elementin äänenlaadun kannalta kriittistä. Tarkoituksena on kerätä ja johtaa painevaihtelu mahdollisimman oikea aikaisena ja säröttömänä torven kurkkuun.
Torvi määrää suuntakuvion ja käyttökelpoisen taajuusalueen
Torven suun pinta-ala ja torven laajenemisfunktio määräävät torven käyttökelpoisen taajuusalueen alarajan. Karkeasti voisi arvioida 1 kHz alarajataajuuteen tarvittavan karkeasti noin 300 mm kokoista torven suuta. Autoon on vaikea saada mahtumaan kovin suurta torvea, joten autokäyttöön tarkoitettujen pienten torvien alarajataajuus on väistämättä korkea. Kompressiodrivereiden kalvo ei kykene liikkumaan kovin paljoa, joten sekin rajoittaa elementtien käyttökelpoista toistokaistaa tai tehonkestoa toistokaistan alapäässä.
Torven muotoilu määrittelee sen suuntakuvion. Yleisesti ottaen torvien suuntakuvio on kapeampi kuin vapaasti säteilevillä elementeillä ja sen lisäksi suuntakuvio kapenee entisestään kaikkein korkeimmilla taajuuksilla. Tästä on sekä hyötyä että haittaa. Oikein hyödynnettynä tiukka suuntakuvio vähentää esimerkiksi haitallisia heijastuksia. Toisaalta voi olla hankalaa saada tasapainoista toistoa koko kuuntelijajoukolle.
Sama idea erilaisessa paketissa
Bullet-diskantit hyödyntävät samoja keinoja impedanssisovitukseen, muotoilu vaan on erilaista. Säteilevä pinta on bulleteissa yleensä renkaan muotoinen. Puhekela kiinnittyy säteen suunnassa keskelle tätä rengasta. Renkaan säteilemättömän keskiön päällä on elementtityypille nimensä antanut hieman luotia muistuttava phase plug. Renkaan ulkolaidalta alkaa torven kurkku. Torvi ja phase plug määrittelevät yhdessä torven poikkileikkauksen. Rakentamalla phase plug ja torvi sopivasti värähtelevän pinnan päälle saadaan torven kurkkuun ja rengaskalvon välille rakennettua vastaava puristussuhde kuin kompressiodriverin kalvon ja phase plugin välille.
Bullet-diskantin torvi ei sekään pysty uhmaamaan fysiikan lakeja, joten torven ”pienestä” koosta johtuen niiden toistokaista alkaa varsin korkeista taajuuksista. Pieni on tosin järeimpien elementtien kohdalla varsin suhteellista, mutta käyttökelpoiset jakotaajuudet alkavat silti jostain viiden kilohertsin kieppeiltä. Liian alhaalta tehty ja/tai liian loiva jako saa hyvänkin bullet-diskantin äänen metallisen rääkyväksi. Tämä johtuu värähtelevän kalvon rajallisesta liikepoikkeamasta ja liikeradan kasvaessa lisääntyvistä säröstä. Pienestä koosta huolimatta bullet-diskantit ovat käyttöalueelleen suuntaavia, pahimmillaan jopa liian suuntaavia. Käyttökelpoinen kuuntelualue voi olla todella pieni. Jotkut elementit vaativat sopivaa suuntaamista ohi kuuntelijasta.
Mikään ei ole ongelmatonta
Suurin osa autokäyttöön tarkoitetuista elementeistä on peräisin kiinalaisilta bulkkitehtailta. Näiden elementtien ääni voi olla kaikkea aivan karmean ja yllättävän hyvän välimaastosta. PA-valmistajien hyväksi tunnustetut bullet-diskantit maksavat paljon enemmän ja niissä raha on käytetty oleellisiin asioihin. Runkojen valmistajia on rajallinen määrä ja aivan samasta ulkonäöstä huolimatta elementtien toisto voi olla aivan erilainen.
Kaikkinensa kompressiodriverit yhdistettynä sopivaan torveen sekä bullet-diskantit tarjoavat diskanttialueella paljon ääntä pienelläkin teholla ja isolla teholla todella paljon ääntä. Kuten äänentoistossa yleensäkin mikään ei ole ongelmatonta. Kapea suuntakuvio, korkealta alkava toistokaista ja väärin käytettynä raaka ääni ovat asioita, jotka vaativat eniten huomioimista.
