Hoparlör, elektrik akımı değişimlerini ses titreşimlerine çeviren alettir.

1920 yıllarında elektrikli ses dalgalarının kaydedilip yayınlanmasına imkân sağlayan buluşlar ortaya çıktı. Bu buluşların neticesinde ilk hoparlör 1924-1925 yıllarında yapılmıştır. Chester W. Rice ve Edward W. Kellogg tarafından yapılan çalışmalar hoparlörü geliştirdi. Bu iki bilim adamının ortaya çıkardığı sistem, günümüzde önemli değişikliğe uğramamıştır.

Çalışma şekillerine göre elektrodinamik, magnetostatik, elektrostatik ve elektromanyetik hoparlör olmak üzere dört tip hoparlör vardır. Hareketli bobinli hoparlörler, daire veya elips biçiminde bir diyaframdan meydana gelir. Diyafram ortası ve kenarları boyunca dizilen yaylarla metal bir çerçeveye asılıdır. Diyaframın ortasında sıkıca tutturulmuş silindir şeklinde bir çekirdek ve üstüne sarılı bir ses bobini bulunur. Bobin ve çekirdek bir mıknatısın kutupları arasına yerleştirilmiştir. Önceleri, bir yükselticiden alınan doğru akımla çalışan elektromıknatıslar kullanılıyordu, günümüzde yumuşak demirden kalıcı mıknatıslar veya seramik maddeler kullanılmaktadır.

Hoparlörün çalışma prensibi dinamik mikrofonlara çok benzer.
Bir elektromagnetik etki hareketi verir. Bu nedenle adına Dinamik hoparlör denmiştir. Ancak, bütün hoparlörler Dinamik karaktere sahip olduğundan her defasında "Dinamik" kelimesini kullanmaya gerek duyulmamaktadır.
Çalışma prensibi şöyledir:

Bir sabit mıknatıs üzerine, ileri-geri hareket edebilen bir bobin yerleştirilmiştir. Bu bobin, dayanıklı özel bir kağıttan yapılmış olan, huni şeklindeki mambrana bağlıdır.
Bobin, ses frekansı geriliminin etkisiyle ileri-geri hareket ettikçe kağıt mambranı titreştirir. Bu titreşim sese dönüşür.

Bobin ileri-geri hareketi nasıl sağlanmaktadır?
Bobin hareketi üretim türüne göre şu iki şekilde sağlanabilir:
1. Bobin Hareketi:

Şekil 7.10 'da görüldüğü gibi bir sabit mıknatıs çubuk N ve S şeklinde kutuplandırılmıştır.
Elektromagnetizma prensibine göre;

Bir bobinden akım geçerse, bu bobin, el parmakları akım yönünü gösterecek şekilde sağ ele alındığında, baş parmak N kutbunu gösterecek şekilde mıknatıslanır.
Yine, magnetizma prensibine göre;

Aynı adlı kutuplar birbirini iter.
Ters adlı kutuplar birbirini çeker.
Bu prensipler, Şekil 7.10 'da uygulanırsa, bobinden geçen akım, bobini "S" kutbu üste gelecek şekilde mıknatısladığı zaman iki "S" kutbu birbirini iteceğinden bobin ileri doğru hareket eder ve kağıt mambranı öne doğru iter.
Bobinden geçen akım ters yöne döndüğünde bobinin üst birimi N kutbu şekline dönüşeceğinden sabit mıknatısın S kutbu tarafından çekilir. Ve bobin geriye doğru hareket eder. Bu hareket sırasında kağıt mambranı geriye çeker.
Bu işlem ses frekansı geriliminin uygulanması sonucunda oluşursa, mambran da ses frekansı ile titreşir ve mikrofona gelen sesin veya plağa yada banda kayıtlı sesin aynısı hoparlörden yayınlanır.
2. Bobin Hareketi:

Bobin hareketinin sağlanmasındaki ikinci uygulama; Şekil 7.11 'de görüldüğü gibi, bobin iki halka şeklindeki N-S kutbunun arasında olabilir. Bu durumda, sabit mıknatısın kuvvet çizgileri, iki kutup arasında düz çizgiler halinde oluşacaktır.

Bu kuvvet çizgileri içerisinde kalan bobin kısmından akım geçtiğinde Faraday kanununa göre bobin hareket eder.
Faraday Kanunu:

1. Magnetik alan içerisindeki bir iletken, magnetik alan kuvvet çizgilerini kesecek şekilde hareket ettirilirse, bu iletken içerisinde bir elektrik akımı oluşur.

1. Bir magnetik alan içerisindeki iletkenden akım geçirilirse, bu iletken magnetik alan kuvvet çizgilerine dik doğrultuda hareket eder.
   
   Hareket yönü, iletkenden geçen akım yönüne ve magnetik alan kuvvet çizgilerinin yönüne göre, Lenz kanunu uyarınca sağa ve sola doğrudur.
   
   Bir hoparlördeki bobinin hareketi de "Faraday" kanununa göredir. Hareket yönü de "Lenz kanununun" üç parmak kuralına göre bulunur.

Hoparlörlerin Karakteristikleri ve Empedansı

Bir hoparlörün başlıca karakteristikleri şöyledir:

• Frekans karakteristiği
• Empedans karakteristiği
• Akustik karakteristiği
• Gücü
• Distorsiyonu

Hoparlörlerin büyüklük ve güçlerine göre üretebilecekleri frekanslar ve ses kalitesi değişir. Bu değişime empedanslarının da etkisi vardır.
Bu nedenle kullanılacak hoparlörün, frekans karakteristiğinin, gücünün ve empedansının bilinmesi gerekir.

Hoparlörlerin Frekans Karakteristikleri

Bir hoparlörün kalitesi hakkında en iyi fikri Frekans Karakteristiği verir.
Hoparlörden bütün ses frekansı bandını aynı güçte ve distorsiyonsuz vermesi istenir. Ancak bu mümkün olmamaktadır.
Şekil 7.12 'de mambram çapı 10 cm olan bir hoparlörün frekans karakteristiği verilmiştir. Görüldüğü gibi, 10 KHz 'in üstünde ve 100 Hz 'in altında ses şiddeti birden düşmektedir.
Bu nedenle kaliteli yayınlar için büyük ve küçük çaplı iki hoparlör kullanılır.
Küçük çaplı hoparlörler yüksek frekansların, yani tiz seslerin yayını için daha uygundur. Bu tür hoparlörlere Tvitır (Tweeter) denir. Büyük çaplı hoparlörler ise, alçak frekansların yani BAS seslerin yayını için daha uygundur. Bu tür hoparlörlere Vufır (Woofer) denir.
Daha kaliteli yayınlar için, orta frekanslara ait ayrı bir hoparlör daha kullanılır. Buna da Skuavkır (Squawker) denir.
İkili ve üçlü hoparlörlerde frekans ayrımı için Filtre kullanılır. Şekil 7.13 'te üç kullanım görüntüsü verilmiştir.

Şekil 7.12 - 10 cm çapındaki bir hoparlörün frekans karakteristiği

Hoparlörlerin ve özellikle de Hİ-Fİ hoparlörlerin yayın kalitesini arttırmak ve kayıplarını azaltmak için özel kabinler vardır.
Böylece 10 - 20000 Hz arasında yeterli ses şiddetinde yayın yapılabilmektedir.
Aslında, DIN 54.500 normuna göre, Hİ-Fİ 'ler de 50-12500 Hz oranı işitilebilir bir yayın için yeterli bulunmuştur.
Şekil 7.12 'de de belirtilmiş olduğu gibi70 Hz 'den önceki 20000 Hz 'den sonraki frekanslarda 50 db (desibel) 'lik çıkışlar vermektedir.Düzgün bir çıkış olmamasına rağmen işitilebilen seviyedeki bir çıkıştır. Uçak gürültüsünün 100 - 120 db arasında olduğu düşünülürse 50 db 'de de işitme olabilecektir. Ancak dünya standartlarında 52 db 'in altındaki çıkışlar normal bulunmamaktadır.





Bazı hallerde de, yüksek ve alçak frekans hoparlörleri Şekil 7.14 'te görüldüğü gibi iç içe monte edilir.

Hoparlörlerin Empedans Karakteristikleri

Hoparlörün empedans karakteristiği, empedanslarının frekansa göre değişimini gösteren bağıntıdır.
Hoparlörlerin bütün frekans bandındaki empedansları biraz karışıktır. Zira frekans bandının her tarafındaki empedans görüntüsü aynı değildir.
Burada en tipik bölüm olan Alçak Frekans bölgesindeki durum incelenecektir.
Alçak frekanslardaki hoparlör elektrik devresinin eşdeğeri Şekil 7.15 (a) 'da verilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi bobinin bir "R" DC direnci, bir de AC 'deki empedansı var. Ayrıcada kağıt mambanın kütlesi ve bunu gövdeye tutturan askı (süspansiyon) malzemesinin sertlik derecesi, titreşim frekansı ile ilgilidir. Bu mekanik bölümler bir elektriksel Paralel Rezonans devresi etkisi gösterirler.
Bu etki şöyle olmaktadır:
Bir L bobini ve C kondansatörünün paralel bağlantısı halindeki rezonans frekansı şöyledir:

fr=1/2.π.√L.C
Bir hoparlörün rezonans frekansı ise şöyle ifade edilir:

fm=(1/2.π).√Ss/√Md
Buradaki, "Ss"mambranın askı malzemesinin sertlik derecesi, "Md" ise, mambranın hareketli (dinamik) kütlesidir.
Yukarıdaki bağıntıları birbirine benzetmek için mambran askı malzemesinin esnekliği esas alınırsa:
Esneklik = 1/Sertlik 'dir. Yani, Cs =1/Ss yazılabilir. Buna göre;
Hoparlör rezonans frekansı şöyle olur: fm=1/2.π.√Md/√Cs
Bu bağıntıdan da görüldüğü gibi;

Mambranın kütlesi (Md); elektrik devresindeki bobin (endüktans)gibi etki etmekte, askı maddesinin esnekliği ise, bir kondansatör gibi etki etmektedir.
Mambran titreşimi ses frekansını ürettiğine ve bu frekansta elektriksel devrenin frekansına eşit olduğuna göre yukarıdaki bağıntıdan hesaplanacak fm (bu genel olarak "fr" şeklinde yazılır.) elektriksel devrenin de rezonans frekansı olarak etki yapmakta ve fr frekansında elektriksel devrenin empedansı (Z) Şekil 7.14 (b) 'de görüldüğü gibi büyük bir değere ulaşmaktadır. "fr" 'den küçük frekanslarda hoparlör bobininin L endüktif reaktansı çok küçülmekte ve devrede daha çok R DC direnç değeri etkinlik göstermektedir.

Şekil 7.15 - Hoparlörün Empedans Karakteristiği
(a) - Elektriksel eşdeğeri
(b) - Empedansının frekansa göre değişimi

Şekil 7.15 'ten de görüldüğü gibi REZONANS olayı küçük (Bas) frekanslarda gerçekleşmektedir. Rezonans frekansı hoparlörün mambran çapına göre değişir.

1200 Hoparlörden en iyi randımanı alabilmek için hoparlör empedansının yükselteç çıkış empedansına eşit olması gerekir. Eşitlik kontrolü, 1000 Hz 'de yapılır. Uzak mesafelerde hoparlör empedansını hat empedansına uyduran transformatör konur. Yükselteç çıkış empedansı, yükselteç tarafından hatta doğru ölçülen empedansa uygundur.
Hoparlörlerin empedansı genelde 4,6,8 ve 16 Ω 'dur. Bu değerler 800 Hz veya 1000 Hz 'de ölçülen değerler olup, değer empedansı (rated impedance) olarak anılır. Hoparlör gövdelerine de bunlar yazılır.
Değer empedansları Ohmmetre ile ölçülen DC direncinden biraz büyüktür.
Örneğin: DC direnci 3.5 Ω olan bir hoparlörün değer empedansı 4 Ω 'dur.

Hoparlörlerin Akustik Radyasyonu

Hoparlörlerin akustik radyasyonu, diğer bir deyimle Ses şiddeti veya gücü, Şekil 7.16 'da görüldüğü gibi, hoparlör ekseninden uzaklaştıkça azalmaktadır. Sembolik olarak gösterilmiş olan bu değerler, değişik yönlerde, hoparlörden aynı uzaklıktaki noktalarda desibel (db) olarak ölçülmüş değerlerdir. Ses şiddetindeki bu azalma yüksek frekanslarda daha az olmaktadır.

Şekil 7.16 - Hoparlörün ses şiddetinin eksene uzaklık derecesine göre değişimi.

Hoparlörlerin Güç Karakteristikleri

Hoparlörlerin gücü, yarattığı ses basıncına (milibar - mbar) veya ses şiddetine (desibel - db) göre ölçülür. Bu da bobine verilen elektriksel güce bağlıdır.
Şekil 7.17 'de, aynı hoparlörün, herhangi bir yere monte edilmemiş halinde ve dik konumda iken, değişik frekanslarda, ön ve arka yüzleri yönünde yapılan ölçümler ile oluşturulmuş güç karakteristik eğrileri verilmiştir. Bunlar değişik yönlerde, aynı uzaklıktaki noktalara ait güç değerleridir.
Hoparlörlerin yükseltece bağlanması sırasında hoparlör gücünün, yükselteç gücünden küçük olmamasına dikkat etmek gerekir, aksi taktirde hoparlör zarar görecektir.

Şekil 7.17 - Bir hoparlörün değişik frekanstaki güç eğrileri

Hoparlörlerin Distorsiyonu

Aşağıda belirtilen hususlardan dolayı ses yayınında distorsiyon oluşmaktadır.

• Mambran kağıdının homojen olmayışı.
• Mambranı tutan askı malzemesinin homojen olmayışı.
• Hoparlör empedansının yükselteç çıkış empedansına uygun olmaması.
• Elektriksel AC beslemenin distorsiyonlu olması.
• Bobinin sabit mıknatıs eninden daha geniş veya daha dar olması.

Şekil 7.18 'de bobinin sabit mıknatıs eninden daha geniş ve daha dar olduğu durumlar gösterilmiştir.
Distorsiyon olmaması için şu bağıntının bulunması gerekir:

Bobin Sarım Sayısı * Fluks Alanı = Sabit Sayı
Bobin mıknatıs kesitinden geniş olursa bir kısım sargısı daha az kuvvet çizgisi etkisi altında kalacaktır. Dar bobin ise kuvvet çizgisinin bir kısmının boş alanda kalmasına neden olacaktır. Her iki halde de yukarıdaki sabit değer bozulacağından distorsiyon olacaktır.

Şekil 7.18 - Distorsiyona neden olan bobin boyları.
(a) GenişBobin
(b) Dar Bobin

Hoparlörlerin Seri ve Paralel Bağlanması ve Empedans Uygunlaştırma

Hoparlörlerin iki tür ihtiyaç nedeniyle seri ve paralel bağlanmaları gerekebilir.

1. Bir hoparlör kabininde tiz ve baz sesler için ayrı hoparlörlerin kullanılması gerektiğinde.
2. Tek yükselteçten yararlanarak değişik yerlerde yayın yapılması gerektiğinde.

Bütün bu bağıntılarda şu noktaya dikkat etmek gerekir:

Hoparlörlerin toplam empedansı, yükseltecin çıkış empedansına uygun olmalıdır.
Toplam empedans çok küçük olursa, yükselteç kısa devre durumuna düşerek gerek kendisine gerekse hoparlörlere zarar verebilir.
Toplam empedansın çok büyük olması halinde de gereken randıman alınamayacaktır.
Bir Hoparlör Kabininde Tiz ve Bas Seslerin Ayrımı

Hoparlör kabininde TİZ-BAS ayrımı için iki veya daha fazla hoparlör kullanılabilecektir.
Bunlar ihtiyaç durumuna göre paralel ve seri bağlanırlar.
Ses frekansının hoparlöre yöneltilmesi ayrımı ise, filtreler ile yapılır.
Örnek; Şekil 7.19 (a) 'da görüldüğü gibi, paralel bağlı iki hoparlörden BAS sesler için kullanılacak hoparlörün girişine seri olarak bir endüktans bobini bağlanır.
ZL=√R2+(2πfL)2
bağıntısına göre, bobin alçak frekanslarda yalnızca OMİK direnç etkisi gösterir. Yüksek frekanslarda ise büyük empedans verir.
Tiz sesler için kullanılan hoparlörün girişine de yine seri olarak bir Kondansatör bağlanır. Bu kondansatör:
ZC√R2+1/(2.fC.L)2
Bağıntısına göre, alçak frekanslarda büyük direnç, yüksek frekanslarda ise, küçük direnç gösterir.
Şekil 7.19 Şekil 7.20 ve Şekil 7.23 'te kabin hoparlörlerinin bağlantılarına ait değişik örnekler verilmiştir. Bu örnekteki self ve kondansatörlerin özel hesaplama yöntemleri vardır.
Kabin hoparlörleri dışındaki bağlantılarda, bir bina içerisindeki 2 veya 3 odaya aynı yükselteçten beslenen seri bağlantı veya bir şehir seslendirmesinde aynı güzergahtaki, hoparlörlerin paralel bağlantısı yapılabilir.
Bağlantılarda hoparlörlerin polarma yönüne dikkat etmek gerekir. Birinin mambranı içine girerken diğerinin ki dışarıya doğru giderse, sesler birbirini yok edebilir.
Aynı yönde çalışacak şekilde bağlantı yapabilmek için gerekirse bir DC gerilim kaynağı ile çalışma yönleri belirlenir.
Bu tür bağlantılarda, daha önce belirtildiği gibi birinci şart hoparlör toplam empedansının yükselteç çıkış empedansına eşit olmasıdır. Bir miktar büyük olabilir. Ancak küçük olmaması gerekir. Hat trafosu koyarak veya seri ve paralel direnç bağlaması yaparak bu denkliği sağlamak gerekir.
Bunun yanı sıra, güç dengesi de sağlanmalıdır. Yükseltecin belirli bir gücü vardır. Bu gücün üzerinde yapılacak bağlantıyı besleyemeyeceğinden hoparlörler istenilen randımanı vermeyecektir.
Paralel bağlantılarda hoparlör empedansının eşit olmasına dikkat edilmelidir.
Şekil 7.20 ve 7.21 'de değişik bağlantı hallerindeki frekans karakteristikleri gösterilmiştir.
Bu karakteristik eğrilerinde, hoparlörlerin düzgün çıkış verdiği belirli bir frekans bölgesindeki güç seviyesi, "0 db" olarak kabul edilmiştir. Bu güce göre daha düşük olan güç seviyeleri de "-db" olarak gösterilmiştir.
Hoparlör Kabininde Seri Ve Paralel Bağlantılar

Şekil 7.19 - İki alçak frekans (L.F.) ve yüksek frekans (H.F.) Hoparlörün paralel bağlanması
a) Zayıflama 6 db/octave
b) Zayıflama 12 db/octave

Şekil 7.20 - Şekil 7.19 'da verilen devredeki hoparlörlerin frekans karakteristikleri

Şekil 7.21 - Üç kabin hoparlörün paralel bağlantısı

Şekil 7.22 - Şekil 7.21 'deki haparlörlerin frekans karakterisitkleri

Şekil 7.23 - Eşdeğer Seri ve Paralel Bağlı Üçlü Hoparlör