08.01.2012: DIY projekti: Isobaarinen bassokaappi
Alkuperäinen artikkeli: 16.12.2011
1. päivitys: 8.1.2012
- kirjoitusvirheiden korjauksia alkuperäiseen tekstiin
- artikkelin loppuun lisätty muutama uusi tarkennus / ajatus
Päivityksien yhteydessä lisätty uusi teksti on lisätty artikkelin loppuun, uuden otsikon alle.
Lyhyt johdatus tarinaan
Olen vajaat 10 vuotta bassoa soittanut ex-kitaristi. Viime aikoina varsinaisen soittamisen lisäksi olen kiinnostunut enenemissä määrin myös bassokitaran toistamiseen tarkoitettujen laitteiden toiminnasta ja rakentamisesta. Kaikennäköisiä (lähinnä muutostöitä) on tullut tehtyä efektipedaaleista bassojen kautta kaiuttimiin. Varsinaisesti mitään alan koulutusta minulla ei ole, mutta jonkin moinen ymmärrys akustiikasta sekä tekniikasta löytyy vakiovarusteena. Lisävarustelistalta löytyy myös suunnaton into uuden oppimiselle ja kieroutunut tarve selvittää miten eri laitteet toimivat. Samalla voisin lienee tunnustautua myös jonkin asteiseksi soitinlaitteiden "keräilijäksi".
Mistä sitten tarve isobaariselle kaapille? Poikkesin reilu vuosi sitten Musamaailmassa ja ihmettelin siellä oranssilla tolexilla päällystettyjä nimeltä mainitsemattoman brittimerkin pieniä kaappeja, joissa oli isot ominaisuudet. En itse asiassa edes testannut ko. luomuksia, mutta jonnekin takaraivoon ajatus jäi kuitenkin kummittelemaan. Olen omistanut / omistan tällä hetkellä useamman 4x10" kaapin, 1x15" kaapin, 2x15" kaappeja sekä 4x12" kaapin. Lisäksi minulla on aikoinaan ollut Line6:n LowDown Studio 110 combo, jota käytin kotisoitossa sekä joskus jossain pienillä keikoilla. Line6 tuli kuitenkin myytyä jo ajat sitten.
Nyt muuttuneen elämäntilanteen takia halusin jälleen kotisoittoon soveltuvan laitteiston, sillä treenikämpällä vietetyt tunnit ovat jääneet viime aikoina turhan vähäisiksi. Koska vahvistin puoli oli mielestäni hyvinkin kunnossa, en kokenut combon ostoa mitenkään miellyttäväksi vaihtoehdoksi vaan päätin tutustua kompakteihin kaiuttimiin. Vaihtoehtoina mielessäni kävi 2x10" tai sitten 1x10" tai 1x12" kaapit, kunnes mieleeni muistui tuo oranssilla tolexilla päällystetty ihme Musamaailman kokoelmasta.
Miksi ja ennen kaikkea MIKÄ isobaarinen?
Seuraava teksti perustuu käytännössä täysin siihen mitä olen asiasta lukenut. Kuten jo aikaisemmin mainitsin, varsinaista alan koulutusta minulla ei ole joten kyseisen ratkaisun taustalla olevien ilmiöiden tarkempi ymmärrys on omalla kohdallani aika lähellä nollaa. Luetun ymmärtämisen perusteella olen muodostanut aiheesta seuraavan kaltaisen käsityksen:
Isobaarinen kaiutin perustuu vähintään kahteen identtiseen, peräkkäin asetettuun elementtiin joiden välissä on isobaarinen, vakio paineinen ilmatila. Elementit asennetaan joko kartiot vastakkain (esim. subbarit) tai peräkkäin, kuten omassa kaiutinsovelluksessani. Peräkkäin asetetut elementit kytketään toimimaan samassa vaiheessa, jolloin niiden väliin jäävän suljetun ilmatilan paine pysyy vakiona, elementtien liikkuessa aina samaan aikaan samaan suuntaan.
Koska elementit kytketään rinnan, on niiden impedanssi puolet yhden elementin impedanssista. Samalla myös tehontarve kaksinkertaistuu tai käänteisesti ajateltuna kaiuttimen herkkyys putoaa 3dB. Tässä muuten yksi syy miksi lopulta valitsin juuri isobaarisen ratkaisun Muuten kaiuttimen ominaisuudet kuten taajuusvaste säilyvät muuttumattomina.
Isobaarinen ratkaisu säästää kaiuttimen tilavuudessa lähes 50%, sillä kotelotilavuuteen lasketaan ainoastaan takimmaisen kaiuttimen takana oleva tilavuus. Elementtien väliin jäävän ilmatilan tilavuudella ei juuri ole merkitystä kaiuttimen toiminnan kannalta. Isobaarisessa sovelluksessa kaiutinpari pystyy toistamaan bassotaajuuksia myös puolet pienemmässä tilavuudessa perinteiseen kaiuttimeen verrattuna. Eli jos kaiutin on suunniteltu toimimaan esimerkiksi tilavuudeltaan 60l kotelossa, riittää isobaariselle kaiutinparille 30l kotelotilavuus. Tarkempi selitys ilmiölle löytyy esimerkiksi Wikipediasta, josta halukkaat voivat sen suomentaa.
Suunnittelun lähtökohdat
Hetken asiaa mietittyäni valinta oli selvä. Isobaarisen ratkaisun tarjoamat edut kuten pieni koko, alhainen herkkyys ja "riittävä" tehonkesto helpottivat valintaani melkoisesti. Seuraavaksi piti siis valita minkä elementin ympärille kaiutin rakennetaan. Alkuperäinen ajatus oli etsiä kaksi 16ohm elementtiä, jotta lopputulos olisi 8ohm kaiutin. Valitettavasti pienen selailun jälkeen jouduin toteamaan, että helposti saatavilla olevien elementtien joukosta ei löytynyt mieleistä 16ohm elementtiä. Samalla rajasin vaihtoehtoni kolmeen valmistajaan Celestion, Fane ja Eminence. Olen aikaisemmissa projekteissani käyttänyt Celestionin ja Eminencen elementtejä, joten Fane olisi ollut tässä mielessä kiinnostavin valinta. Päädyin kuitenkin turvalliseen valintaan ja valitsin elementiksi aikaisemmin 4x10" kaapissa käyttämäni Celestionin BL10-200x elementin. Pidän kyseisen elementin melko middlekkäästä soundista ja lisäksi BL10-200x kattaa myös melko laajan taajuusalueen (Celestionin tietojen perusteella taajuusvaste on 45-3500Hz), joka on mielestäni tärkein ominaisuus tämän kaltaisessa kaiuttimessa, jossa ei ole kuin yksi elementti. Hinnaltaan tämä Celestionin elementti on myös mielestäni järkevässä hintaluokassa. Tehonkestoa elementillä on 200w ja ohmeja tuo perus 8. Näin ollen kaapin tehonkestoksi muodostuu 400w ja impedanssiksi 4ohm.
Kaiutinkotelon suunnittelussa hyödynsin WinISD nimistä ohjelmaa, joka ymmärtää isobaarisia ratkaisuita. Tässä vaiheessa joudun jälleen myöntämään asiantuntemukseni loppuvan kesken ja luottamaan puhtaasti ohjelman tuloksiin, sillä oma ymmärrykseni ei riitä kertomaan sitä, miten tuo ohjelma nuo tuloksensa iteroi. Muutaman eri version jälkeen päädyin koteloon, jonka kotelotilavuus on 32 litraa ja viritystaajuus alle 50Hz. WinISDllä piirretty kotelon gain plot on esitetty ensimmäisessä kuvassa. -3dB ylittävä pudotus tapahtuu n. 45 Hz paikkeilla.
Seuraavaksi sitten ruuvaamaan vanhasta 4x10" kaapista kaksi elementtiä irti ja arvioimaan elementtien väliin vaadittavan etäisyyden suuruutta. Kuten jo aikaisemmin tekstissä mainittiin, elementtien väliin jäävän ilmatilan suuruudella ei pitäisi olla suurta merkitystä kaiuttimen soundiin, joten edullisinta olisi sijoittaa elementit mahdollisimman lähelle toisiaan. Toisessa kuvassa on esitetty eräs testisovellutus, jossa asensin elementin peräkkäin kierretankojen avulla. Hetken aikaa tuota viritelmää ihmeteltyäni päätin varmuuden varalta jättää kaiuttimien väliin niin paljon tilaa, että etummaisen elementin puhekela / magneetti / runko ei mene takimmaisen kaiuttimen kartion sisäpuolelle. Tämä ratkaisu kasvatti kaiuttimen kokoa hieman. Elementtien väliin jäävän suljetun ilmatilan tilavuudeksi muodostui samalla n. 8 litraa.
Toteutus
Olen aikaisemmin soveltanut kitarakaappien yhteydessä Marshallin kaiuttimista tuttua rakenneratkaisua, jonka olen yleensä aina toteuttanut 18mm koivuvanerista. Yhtenä tämän projektin lähtökohtana oli kuitenkin helposti roudattava kaiutin, joten päätin pudottaa levyn paksuutta yhdellä kokoluokalla ja valitsin materiaaliksi 15mm koivuvanerin. Ratkaisu kuitenkin osoittautui myöhemmin hieman huonoksi, sillä esim. 1/2" (noin 13 mm) pyöristysten jyrsiminen 15mm vaneriin ei ollut kovin mielekästä käytössäni olleella kalustolla. Marshallista poiketen käytin myös sormiliitoksen sijaan liima-ruuvi-liitoksia, joiden upotukset jäivät myös jyrsintää silmällä pitäen hieman vajaiksi. Isoa vahinkoahan tästä ei syntynyt, mutta turhaa lisätyötä. Taidan jatkossa palata jälleen 18mm vaneriin.
Marshallilta tutut suunnittelulähtökohdat soveltui hyvin myös toiseen tavoitteeseeni, vintage-henkiseen ulkonäköön. Teknisen toteutuksen puolelta löytyi vielä yksi vaatimus, eli kumpikin elementti pitää olla helposti vaihdettavissa. Muutaman eri suunnitteluratkaisun jälkeen päädyin ensimmäisessä kuvassa esitetyn ratkaisun kaltaiseen kotelodesigniin. Kuva kuitenkin paljastaa toisen pienen "virheen" projektin kulussa Aikaisemmin mainitun M-merkin kaapeissahan elementit ovat aina takapuolelta asennettuja, kun taas tässä omassa ratkaisussani toinen elementti asennetaan edestä ja toinen takaa. Näin ollen tuo kotelon "huullos" jäi selvästi liian lyhyeksi ja jouduin korvaamaan enemmän vintage-henkisen etukankaan teräsverkolla, sillä tuon kankaan asentaminen itseäni miellyttävällä tavalla osoittautui ainakin toistaiseksi ratkaisemattomaksi ongelmaksi.
Aikaisemmin mainittujen speksien perusteella kaiuttimen ulkomitoiksi muodostui 37x37x41,5 cm. Etulevyn pinta-alaa pienentääkseni sekä toteutusta helpottaakseni sijoitin kaapin refleksiputket takaseinään. Putkiksi valitsin 2kpl 50mm putkia. Nyt alkoikin projekti olemaan viimeistelyä vajaa valmis. Kotelo oli löytänyt muotonsa ja sai pintaansa UralTonen valikoimasta löytyvän Hiwatt / VOX -tyylisen tolexin ja yksinkertaiset kulmaraudat sekä kantokahvan, jalat ja speakon-liittimen. Tiivistin vielä akryylimassalla kaikki kotelon saumat ja asensin johdot sekä vaimennusmateriaalit valmiiksi. Tuo valitsemani muoto ei ole se kaikkein optimaalisin siinä mielessä, että kaiuttimen kotelo on melkeinpä kuution mallinen. Tämä sen sijaan oli tietoinen riski jota koitin vähentää käyttämällä kahta eri vaimennusmateriaalia kaiuttimen seinillä. Vaimensin samalla myös tuon isobaarisen ilmatilan pienentääkseni sen tilavuutta. M-merkiltä lainatut suunnittelulähtökohdat kokivat siis "pieniä" muutoksia matkalla kohti bassokaiutinta.
Lopussa kasa risuja ja ruusuja
Sain kaiuttimen soittokuntoon noin 3 päivää sitten, joten käyttökokemukset ovat vielä vähäisiä. Elementtien soundikaan ei ole ehkä vielä täysin auki soitettu, vaikka soittotunteja jo muutama onkin takana. Oli miten oli, mutta hyvät on fiilikset ainakin vielä tällä hetkellä. Kävimme pari päivää sitten soittamassa pienen akustisen pubikeikan jossa tuo kaiutin oli minulla mukana. Soundi on mielestäni hyvä ja iso ollakseen 1x10". Kaiuttimen tuottama äänenpaine sen sijaan on vähäinen (kuten toivottu). Teoreettinen SPL on 91 dB ja tehon lisäys ei tunnu yhtä voimakkaasti kuin perinteisissä kaapeissa, sillä tehoa syötetään kahdelle elementille joista vain toinen tuottaa tilaan ääntä.
Projekti oli mielestäni kokonaisuutena mielenkiintoinen ja onnistunut. Itse pidän lopputuotteen soundista ja kokokin on riittävän pieni jotta tuota jaksaa kannella mukanaan. Onnistunut prototyyppi siis. Jos joskus rakennan vielä toisen tämän kaltaisen kaiuttimen, teen siihen ehkä pieniä kosmeettisia muutoksia. Ts. refleksiputken voisi koittaa siirtää etulevyyn ja muuttaa kaiuttimen mittoja niin, että kaiutin olisi nupin levyinen ja kotelo ei olisi kuution mallinen. Samalla korjaisin myös tuon etulevyn huulloksen niin, että teräsverkon voisi korvata myös kankaalla. Muita harkitsemisen arvoisia juttuja voisi olla esim. 12" elementit tai 2x10" (4-elementillä) tms. Tai sitten voisi vain testata eri 10"sia testimielessä. Ei tuo Celestion missään nimessä huono ole, mutta parempiakin voi olla olemassa Paha sanoa ennen kun on testannut.
Koitan tässä lähiaikoina vielä nauhoitella joitain klippejä tämän kaapin läpi eri vahvistimilla ja lisään kuvan lopullisesta tuotoksesta kunhan saan tuon suojaverkon paikoilleen. Kaiuttimen painokin olisi varmaan kiva ilmoittaa, joten puntarillakin pitäisi käydä... Pahoitteluni siis artikkelin pienistä puutteista. Täydennetään kunhan keritään.
Loppuun vielä irtonainen lisäys, että nyt olen testannut laitetta ainoastaan EBSn T90sellä putkinupilla. Tuon kanssa homma siis ainakin toimii hyvin. Täysilläkin ajettuna volumetaso oli vielä siedettävä Ei nyt mikään makuuhuonevolume mutta ilman tulppia pärjäsi ihan kohtuullisesti.
Päivitys, 8.1.2012
No niin... Pientä tarkennusta tarinaan. Eli tuosta kytkennästä ja herkkyydestä tuli yksi kysely. Eli kyllä nuo elementit on kytketty rinnan ja kaapin kokonaisimpedanssi on 4 ohm. Yleensähän 2 elementtiä kohottaa herkkyyttä 3 dB, mutta tässä tapauksessa herkkyys putoaa, sillä vain toinen elementti tuottaa tilaan ääntä. Äänihän on paineen muutoksia, mutta koska elementtien välissä olevan ilman paine ei muutu, ei tähän välitilaan muodostu myöskään ääntä. Nyt kun kaiuttimelle syötetään 1w tehoa, menee siitä etummaiselle (tilaan ääntä tuottavalle) elementille ainoastaan 1/2w ja toinen 1/2 wattia palaa takimmaisen elementin liikuttamiseen. Näin ollen etummainen elementti saa vain puolet tehosta jolloin sen tuottama äänenpaine on 3dB matalampi.
Nyt on tullut tuota kaiutinta testattuakin hieman enemmän. Soundikin alkaa olemaan jo auki ja parani hieman soittotuntien lisääntyessä kuten arvelinkin. Ääntäkin riittää bänditouhuihin asti, kunhan kaiutin on sijoitettu niin, että se osoittaa soittajaan päin ja vahvistimen tehot riittävät. Nopean henkilövaaalla suoritetun punnituksen perusteella tuo laitos painaa n. 17,5 kg. Lopullinen elementtien suojaverkko on vielä matkalla Suomeen. Tilasin sen eBaystä m.netin keskustelualueelta poimimani vinkin perusteella.
Loppuun vielä artikkeliin liittyvä linkkikokoelma:
Kuvia projektista: http://www.kolumbus.fi/~w449271/isobaarinen/
Viimeisessä kuvassa on esitetty 12" kehitysversio, jonka toteutan mahdollisesti tässä kevään aikana. Nälkä kasvaa syödessä. Tuota projektia jarruttaa vielä eräs toinen projekti, josta myös mahdollisesti lisää myöhemmässä vaiheessa.
Ääninäytteitä löytyy tuolta: http://maihinnousu.net/a/2522
Nuo bassovahvistinvertailu klipit on nauhoitettu tämän kaiuttimen avulla. Tarkempia tietoja vertailusta löytyy: http://muusikoiden.net/keskustelu/posts.php?plink=10444376#p10444376Kirjoittanut Jakkeko 16.12.2011 | |  
|
Arvostelu
Kommentit
|  | | Artikkelit: Elektroniikka ja soitinrakennus Tulostettava versio Tulostettava version ilman kuvia Lähetä pikaviesti kirjoittajalle |
