Hoparlör ızgarasının akustik davranışa etkisinin incelenmesi

Abstract

Hoparlörler elektrik enerjisini sese dönüştürerek çalışan cihazlardır. Günümüzde akıllı elektronik cihazların çoğu, sesi oluşturabilmek için bünyesinde hoparlör bulundurmaktadır. Hoparlör ızgaraları bir taraftan sesin kendi üzerinden geçmesine izin verirken, bir taraftan da hoparlör bileşenlerini korumak amacıyla kullanılmaktadır. Hoparlör ızgaraları çoğu tüketici elektroniğinde hoparlörlerin önünde bulunduğundan, estetik açıdan da önem arz etmektedir. Hoparlör ızgaraları, tasarımlarına bağlı olarak yüksek frekanslı sesler üzerinde önemli değişiklikler oluşturabilmektedir. Hoparlöre ızgara eklenmesiyle birlikte, ızgara ile hoparlör diyaframı arasında kalan hacimde sesin önemli yansıma ve kırınımları oluşmaktadır. Bu da özellikle yüksek frekanslarda dalga boyunun küçülmesiyle, ızgaranın yüksek frekanslarda seste oluşturacağı etkinin anlaşılmasını zorlaştırmaktadır. Izgara estetik görünümünün ve akustik geçirgenliğinin mekanik tasarım ile optimize edilebilmesi için, hoparlör ızgarasının ses üzerindeki etkisinin doğru bir şekilde tahmin edilmesi önem kazanmaktadır. Literatürde hoparlör üzerine ızgara eklenmesiyle seste oluşan değişimi yüksek tutarlılıkla tahmin edebilen sayısal çalışmalar mevcuttur. Çalışmalarda ızgara deliklerinin boyutları artırıldığında ses geçirgenliğinin iyileştiği sonucuna ulaşılmıştır. Ancak ızgara delik boyutları büyütülürken her bir delik için kesit alanı genişletildiğinde, ızgara delik/yüzey alanı da artarak sesin aktarılabileceği alanda artış olmaktadır. Bu tez çalışmasında homojen delik dağılımına sahip ızgaranın, hoparlör diyafram alanına izdüşümünde delik/yüzey oranı eşit seçilip, farklı delik tipleri ve delik büyüklüklerinin ses geçirgenliğine olan etkilerinin daha tutarlı olarak karşılaştırılması amaçlanmıştır. Ayrıca literatürdeki hoparlör ızgara çalışmalarında altıgen ve daire tipi delikler kullanılmışken, bu tez çalışmasında daire, kare ve delik boyunca kesit alanı sabit olmayan kavisli, genişleyen ve daralan tip ızgara modelleri farklı kalınlıklarda karşılaştırılmıştır. Ayrıca daire, kare ve kavisli delikler için ana delikler eş alana sahip olacak şekilde ayarlanarak, delik tiplerinin efektif şekilde karşılaştırılması hedeflenmiştir. Buna yönelik olarak, yüksek frekans üreten hoparlör (tweeter) önüne yerleştirilen ızgaranın frekans tepkisi üzerindeki etkisini tahmin etmek için bir bilgisayar simülasyonu yapılmıştır. Izgara kalınlığının ve ızgara delik şekil ve boyutlarının sese olan etkisini anlayabilmek için, farklı kalınlık ve delik tiplerine sahip ızgaralar modellenmiştir. Izgarasız hoparlör frekans cevabı referans alınarak, ızgaraların frekans cevabı üzerinde oluşturduğu değişimler karşılaştırmalı olarak grafik ve istatistiksel araçlarla gösterilmiştir. Sayısal çalışmalarla hoparlör ızgarasının frekans tepkisindeki değişim sonuçlarını doğrulamak için deneysel çalışma yapılmıştır. Bu amaçla sayısal modeldeki hoparlör ve ızgaralar referans alınıp, eklemeli imalat yöntemiyle farklı kalınlıkta ve delik tipinde ızgaralar üretilmiştir. Oluşturulan deney düzeneği ile elde edilen deneysel sonuçlar sayısal sonuçlar ile kıyaslanmıştır. Deneysel sonuçlar ile sayısal sonuçların genel olarak uyumlu olduğu görülmüştür. Yüksek (15 kHz ve üzeri) frekans değerlerinde farklılıklar görülmüşse de, oluşan bu sapma değerleri literatürde yer alan diğer çalışmalara benzer seviyededir. Elde edilen sonuçlara göre hoparlör ızgaralarında kalınlık artışı frekans cevabında pozitif ve negatif sapmalara neden olmakta ve hoparlör yönelimini de olumsuz etkilemektedir. Mümkün olan en ince kalınlıklı ızgara modellerinin tercih edilmesi ses kalitesi açısından en avantajlı durumu oluşturacaktır. Homojen delik dağılımına sahip ve efektif delik kesit alanının sabit olduğu ızgaralarda, delik boyutu değişiminin, frekans-ses basınç seviyesine etkisi arasında anlamlı bir ilişki bulunamamıştır. Genişleyen, daralan ve kavisli (hiperboloidal) delik tiplerine sahip ızgaralar kendi arasında mukayese edildiğinde; daralan tiplerdeki ızgaraların diğerlerine göre daha iyi performans gösterdiği görülmüştür. Ses yutumunun daha çok istendiği alanlarda kavisli delik tipine sahip ızgaraların tercih edilmesi daha avantajlı olabilir. Kesit çapı değişen ve kesit çapı sabit delikler arasında bir seçim yapılmak istendiğinde, ızgara delik hacmini artıracak şekilde bir seçim yapmak ses geçirgenliği açısından avantaj sağlayabilir. Son olarak, homojen delik dağılımına sahip olan ızgaralarla, faz tıpasına benzerlik gösteren ızgara sonuçları sayısal model ile karşılaştırılmıştır. Açıklık oranı sabit tutulan (%50) ve aynı kalınlıktaki modellerden faz tıpasına benzeyen ızgara tiplerinin ses geçirme performansını iyileştirdiği görülmüştür.