×
Diyafrağm, mekanik enerjiyi akustik enerjiye dönüştüren bir transdüser görevi görür. Diyaframa bağlı bir ses bobini, elektromanyetik indüksiyon yoluyla sabit bir mıknatıs ile etkileştiğinde hızlı ileri geri hareket oluşturur. Bu salınım hava moleküllerini iter ve yüksek basınçlı (sıkıştırma) ve düşük basınçlı (seyreltme) bölgeler oluşturur.
Kaplanmış kağıt veya polimer kompozitler gibi hafif malzemeler verimli enerji transferine olanak tanır, buna karşılık genellikle kauçuk veya köpük çevrelerle sınırlanan sert kenarlar hareketi doğrusal yollara kısıtlar. Diyafrağmın yüzey alanı deplasman hacmini belirler: daha büyük diyafrağmlar daha fazla hava hareket ettirir ve bu nedenle düşük frekansların yeniden üretimine idealdir.
Her ses, insan işitme aralığındaki (20 Hz-20 kHz) titreşimlerden kaynaklanır. Diyafrağm malzemeleri doğrudan ton kalitesini etkiler:
Diaframın geri getirme kuvveti, örümcek ve sarkıtma bileşenleri tarafından sağlanır ve dinamik aralıklar boyunca sinyal sadakatini koruyarak kontrolsüz çınlama olmadan titreşimlerin giriş sinyallerini doğru şekilde yansıtmalarını sağlar.
Diaframlar salındıkça, ardışık moleküler çarpışmalar yoluyla havada ilerleyen boyuna dalgalar üretirler. Temel performans metrikleri şunları içerir:
| Parametre | Ses Kalitesi Üzerindeki Etkisi | Diafram Tasarımına İlişkin Hususlar |
|---|---|---|
| Silindir hacmi | SPL'yi (Ses Basınç Seviyesi) belirler | Daha büyük çap + daha fazla egzersiz |
| Yankı frekansı | Belirli aralıklarda bozulmaya etki eder | Sertlik-kütle oranı optimizasyonu |
| Sönümleme | Titreşimlerin sönüm süresini kontrol eder | Viskoelastik kenar uygulamaları |
Bu dalga üretimi, diaframanın elastik geri dönüş kuvvetinin doğru ses reproduksiyonu için gerekli olan tekrarlanabilir, girişe duyarlı hareket döngülerini mümkün kıldığı Hooke Kanunu'nu takip eder.
Ses dalgaları, parçacıkların bir araya gelip sonra tekrar ayrıldığı bölgeler oluşturarak farklı malzemelerde ilerleyen boyuna mekanik bozulmalar olarak çalışır. Titreşen bir diyafram, yakın havadaki molekülleri iter ve oda sıcaklığındaki hava için yaklaşık 343 metre/saniye hızla bir molekülden diğerine iletilen temelde bir dizi çıkıntının başlamasına neden olur. Bu ses dalgaları, katı cisimlerde görülen enine dalgaların aksine, enerjilerinin ilerlediği aynı yönde hareket ettikleri için farklıdır. Bu da onları hava ve su gibi maddelerde ses taşımak için oldukça uygun hale getirir ve bu yüzden etrafta zıplayan gaz moleküllerinden oluşan bir odanın karşı tarafında konuşan birini duyabiliyoruz.
Diyaframın salınımı iki aşamada ölçülebilir basınç dalgalanmaları üretir:
Bu basınç farkı, ortamın elastikiyeti ve yoğunluğuna bağlı hızlarda dışa doğru yayılır. 1 kHz'de titreşen bir diafram, saniyede 1.000 basınç tepeciği oluşturarak algılanan perdeyi doğrudan belirler.
Her salınımda yalnızca 0,1 mm hareket eden 50 mm çapındaki bir diyafraj aslında yaklaşık 0,2 santimetreküp hava hareket ettirir ve bu duyabileceğimiz sesleri oluşturmak için yeterlidir. Diyafrajın hareket hızı, sesin ne kadar yüksek olacağını doğrudan etkiler ve yaklaşık 110 desibele kadar bu ilişki doğrusal olarak devam eder. Bu seviyeye ulaşıldıktan sonra ilginç bir şey olur: hava kendi başına öngörülemeyen şekilde davranmaya başlar ve böylece temiz dalga formları bozulur. Hoparlörlerin en iyi şekilde çalışabilmesi için, diyafrajin karşılaştığı direnç ile çevreleyen havanın sunduğu direncin (yaklaşık 415 Pa·s/m) birbirine uyum sağlaması gerekir. Bu uyum noktası, tasarımcılar için çok önemlidir çünkü doğru ayarlandığında hoparlörün verimliliği artar ve enerji kaybına neden olan istenmeyen yansımalarda azalma olur.
Piyezoelektrik membranlar, ters piyoelektrik etkisi adı verilen bir süreçle elektriği sese dönüştürerek çalışır. Bu cihazlar, üreticinin tercihine göre genellikle pirinç ya da bazen nikel olan metal bir alt yapıya tutturulmuş piyoelektrik seramik katmanından yapılır. Bir miktar voltaj uygulayın ve sihrin gerçekleşmesini izleyin: seramik ya uzar ya da büzülür ve bunun sonucunda metal parça ileri geri bükülerek aslında duyabildiğimiz sesleri oluşturur. Onları bu kadar özel yapan şey nedir? Herhangi bir bobin veya mıknatısa ihtiyaç duymamalarıdır ve bu da inanılmaz derecede ince tasarımlara olanak tanır. Bu yüzden en çok yer önemli olduğunda hastane alarm sistemlerinden akıllı saatler ve hatta telefon titreşim özelliklerine kadar her yerde karşımıza çıkarlar.
Piyozoelektrik membranlar üç katmanlı sandviç bir yapı kullanır:
| Katman | Malzeme Seçenekleri | Temel Özellik |
|---|---|---|
| Aktif Eleman | Kurşun zirkonat titanat (PZT), Baryum titanat | Yüksek piyozoelektrik katsayısı |
| Altyapı | Pirinç, Nikel alaşımları | Mekanik esneklik |
| Elektrotlar | Gümüş, Altın | İdeal iletkenlik |
Tüketici elektroniğinde esneklik ve maliyet dengesi nedeniyle pirinç altlıklar baskın durumdadır (aygıtların %83'ü). Korozyon direnci gerektiren endüstriyel uygulamalarda nikel alaşımları tercih edilir. Son yapılan çalışmalar, PZT-5H seramiklerinin geleneksel baryum titanat formülasyonlarına göre %15 daha geniş frekans tepkisi sunduğunu göstermektedir.
Alternatif gerilimler uygulandığında, bunlar kristal yapıdaki değişimler aracılığıyla seramik katmanın kontrollü bir şekilde bükülmesine neden olur. Bu cihazlar yaklaşık 1 ila 20 volt arasında gerilim uygulandığında işitme aralığımız boyunca oldukça iyi çalışır. İşitilebilir frekanslar 20 Hz'de derin baslardan başlayarak 20 kHz'de tiz seslere kadar uzanır. Bazı testler ayrıca ilginç sonuçlar göstermiştir - 0,1 mm kalınlığındaki ince pirinç levhalar, 10 kHz frekanslarında test edildiğinde benzer nikel levhalara kıyasla yaklaşık 6 desibel daha yüksek ses üretmektedir. Ancak gerçekten dikkat çeken şey bu piezo diaframların verimliliğidir. Geleneksel elektromanyetik hoparlörlere göre elektrik enerjisini harekete dönüştürmede çok daha iyidir ve sektör ölçümlerine göre uzun süreli kullanım sırasında yaklaşık %40 enerji tasarrufu sağlar.
Seramik kompozisyonu performansı kritik olarak etkiler:
Sektör kıyaslama verileri, pirinç destekli diyaframların 1W girişte 92 dB SPL düzeyine ulaştığını göstermektedir; alüminyum varyantlardan 8 dB daha sestir. Ancak nikel hibritler yüksek nemli ortamlarda üç kat daha uzun dayanmaktadır ve bu da malzeme seçiminde akustik çıkış ile dayanıklılık arasındaki ödünleşimi ortaya koymaktadır.
Elektromanyetik hoparlörlerde ses, elektriğin diafram, ses bobini ve sabit mıknatıs olmak üzere üç ana bölümden geçtiğinde başlar. Elektrik sinyalleri ses bobininden geçerken değişen bir manyetik alan oluşturur. Bu, hoparlörün içindeki sabit mıknatıs ile etkileşime girerek hem bobinin hem de bağlı olduğu diaframin ileri geri hareket etmesine neden olur. Dinamik sürücülerin nasıl çalıştığını incelemek, net ses dalgaları üretmek için diaframın rijitliğinin ne kadar önemli olduğunu gösterir. 5 kHz'in üzerindeki frekanslarda malzemede oluşan herhangi bir bükülme veya esneme istenmeyen bozulmalara yol açar. Hoparlör üreticileri, tüm frekans aralıklarında optimal ses performansı için esneklik ile yapısal bütünlük arasında doğru dengeyi bulmak amacıyla farklı malzemeler üzerinde uzun süre test yapar.
Ses bobinleri genellikle diaframın en üst noktasında ya da kenarlarında yer alır ve hareket için doğrudan bir bağlantı oluşturur. Bu bobinler 20 ile 20.000 Hz arasındaki geniş aralıkta ileri geri hareket ederken, kinetik enerjiyi diaframın tüm alanı boyunca oldukça dengeli bir şekilde dağıtır. Burada yeni nesil hafif malzemelerin de büyük önemi vardır. Alüminyum ya da içinde titanyum karışımı olan özel polimer kaplamalar, eski tip kağıt tabanlı tasarımlara kıyasla yaklaşık %40 daha hızlı tepki verebilir. Bu durum ani seslerin yeniden üretilmesinde büyük fark yaratır ve müzikseverlerin çok sevdiği yüksek frekanslardaki net detayları ortaya çıkarır.
Ses dalgaları, hem genlik hem de frekans değişiklikleri aracılığıyla elektrik sinyallerine dönüştürülür. Ses ekipmanlarından bahsederken, tepe-tepe 12 voltluk bir sinyal, büyük subwoofer konilerinin ileri geri 2 milimetreden fazla hareket etmesini sağlamak için yeterlidir. Bu hareket, göğüslerimizde duyduğumuz kadar işittiğimiz güçlü düşük frekansları oluşturur. En yeni amplifikatör teknolojisi de gerçekten büyük yol katetmiştir. Günümüzde toplam harmonik bozulma %0,05'in altına düşürülebiliyor ki bu da genel olarak daha temiz ses anlamına gelir. 2023 yılında Ses Mühendisliği Topluluğu'nun araştırmalarındaki verilere bakıldığında, bu durum 90'larda mevcut olanlara kıyasla yaklaşık on beş katlık bir iyileşmeyi temsil ediyor.
Bugünkü hoparlör sürücüleri, diyafram parçalarıyla birlikte çalıştıkları şekilde sayesinde sesi dikkat çekici bir doğrulukla yeniden üretebilmektedir. 2024 yılında akustik mühendisliği alanından yapılan son bir araştırma, korna sürücülerine dair ilginç bir şey ortaya koymuştur. Bu yeni tasarımlar, daha önce gördüklerimize kıyasla yönlendirme kontrolünü yaklaşık %40 artırabilmektedir. Üreticiler, diyafram hareketini bu eğimli reflektör şekilleriyle eşleştirdiklerinde, elde edilen ses dalgaları çok daha tutarlı kalmaktadır. Bu durum, ses dalgasının farklı kısımlarının birbirini iptal ettiği o can sıkıcı durumların önüne geçilmesine yardımcı olur. Evde ya da kayıt stüdyolarında iyi kaliteli ses almak isteyen herkes için bu tür gelişmeler büyük fark yaratmaktadır.
Bir diyaframın sertliği, ağırlığı ve sönümleme özellikleri aslında genel performansını belirler. Üreticiler alüminyum alaşımları gibi daha sert malzemeler kullandıklarında, ses kalitesini bozan yüksek frekanslı parçalanma modlarını gerçekten azaltabilirler. Bu da tiz cevabın yaklaşık 20 kHz'e kadar daha net olmasını sağlar. Orta frekanslar için ise farklı ses seviyelerinde doğrusal cevabı korumada son derece ince polimer kompozitler büyük işler başarır. Ancak bu süper ince diyaframlarda (0,1 mm'den daha ince) kütlenin düzgün dağılmamasına dikkat etmek gerekir çünkü malzeme bilimi alanından yapılan son araştırmalara göre bu durum harmonik bozulma seviyelerini %12 ile %18 arasında artırabilir. Günümüzde birçok şirket, diyafrağın yüzeyinde titreşimlerin nerede meydana geldiğini tam olarak belirlemek için lazer interferometrisi tekniklerine yöneliyor. Bu, ses sinyallerindeki ani değişikliklere hoparlörün hızlı tepki verebilme yeteneğini yavaşlatmadan belirli bölgeleri güçlendirmesini sağlar.
Öncü malzeme karışımları akustik kapasiteleri yeniden tanımlıyor:
Bağımsız malzeme testlerinde doğrulanmış bu inovasyonlar, atom ölçeğinde mühendisliğin nasıl zengin orkestral derinlikten akıllı cihazlarda gelişmiş konuşma netliğine kadar somut iyileştirmelere dönüştüğünü göstermektedir.
Diyafram, mekanik titreşimleri ses dalgalarına dönüştüren bir transdüser olarak ses cihazlarında görev yapar.
Piezoelektrik bir diyafram, seramik katmanının elektrik gerilimine tepki olarak büküldüğü ters piezoelektrik etki ile ses üretir.
Esnek kompozitler, titanyum/cam elyaf karışımları ve polimerler gibi malzemeler, diyafram teknolojisinde ses açıklığı ve verimlilik üzerinde doğrudan etkiye sahiptir.
EN
