Bozgorailu

Bozgorailua transduktore elektroakustiko bat da. Hau da, audio seinale elektrikoak soinu uhin mekanikoetan bihurtzen dituen gailua

da. Sistema horrek transduktore bat edo gehiago, bafle , konexio-elektriko eta gurutzatze iragazki batez osatuta dago. Transduktoreak motor lineal gisa jokatzen du, eta, diafragma bati konektatuta, motorraren mugimendua airearen mugimendura akoplatzen du. Audio-seinale bat, elektronikoki anplifikatzen da motorra mugitzeko beharrezko potentzia izan arte eta horrek jatorrizko seinalearen soinua erreproduzitzen du. Gaur egun bozgorailu txikiak ia edozein gailu elektronikotan aurki ditzakegu: mugikorretan, telebistetan, irratietan, etab. Handiak diren bozgorailuak, aldiz, fideltasun handiko soinu-sistema indartsuetan erabiltzen dira: musika-tresna elektronikoetan, zinema eta antzokietan soinua indartzeko sistemetan  eta megafonian.

Historia 
Fonografoa izan zen biztanleriari etxean musika entzuteko aukera eman zion lehen gailua. Horrek, Thomas Edinsonek patentatu zuen 1877ko abenduaren 19an. Hamaika urte geroago, 1888an, Émile Berliner gramofonoa asmatu zuen. Alabaina, horietan ez dira bozgorailuak erabiltzen, soinua bozina baten bidez anplifikatuta dago.

Bozgorailu elektronikoak Johann Phillip Reis-en eskutik iritsi ziren 1861. urtean. Urte horretan Phillipek bozgorailu elektroniko bat bere telefonoan instalatu zuen. Horrek tonu argiak erreproduzitu ahal zituen, baina hizketa moteldua ere errepika zezakeen zenbait berrikuspenen ondoren. Hala ere, bozgorailu elektronikoaren lehenengo patentea Alexander Graham Bell-ek du, 1876an lortuta. Anekdota gisa, "Mr. Watson, come here, I want you" (Watson jauna, etorri hona, behar dut) izan zen historian zehar entzun zen lehen esaldia. Alexander Graham Bellek nahi gabe esan zuen esaldi hori mikrofono baten bidez, 1876ko martxoaren 10ean, alboko gela batera joateko eskatu zionean Watson jaunari, azido sulfurikoa lurrera erori zitzaionean. 1877an, Werner von Siemens-ek, horren bertsio hobetua patentatu zuen. Sistemaren aldaerak erabili ziren publizitate-aplikazioetarako, eta, oraintsuago, erabili dira espazio-ekipoek suziriak jaurtitzeak eragiten dituen soinu- eta bibrazio-maila oso indartsuekiko erresistentzia probatzeko.

Haril igikorreko bozgorailu 
Mota hauetako lehen bozgorailu praktikoak Kalifornian agertu ziren 1915ean Peter L. Jensen-en and Edwin Pridham-en eskutik. Hala eta guztiz ere, haril igikorreko bozgorailuaren benetako hasiera, gaur egun ezagutzen dugun bezala, 1925. urtean izan zen, Chester W. Rice-k eta Edward W. Kellogg-ek patentatu zutenean. Aurreko saiakeren eta Rice-ren eta Kellogg-en patentearen arteko desberdintasuna parametro mekanikoen kalkuluetan dago, horiekin, maiztasun-erantzun laua lortzeko gai izan ziren.

Lehenengo bozgorailuek elektroimanak erabiltzen zituzten. Elektroimanaren bobina beste bi konexioen korronte batekin aktibatzen zen. Gainera, talka-bobina gisa erabiltzen zen, audio-anplifikadorearen elikadura iragaziz, bozgorailua hari konektatuta baitzegoen. AC moduan, korronte-kizkurtzea arindu egiten da talka-bobinatik pasatzeagatik.

Bozgorailuek oinarrizko printzipio berdina erabiltzen jarraitzen dute baina asko aldatu dira zenbait ezaugarritan: erabilitako materialak, daukaten diseinuak eta pasatu behar dituzten kalitate-kontrolak bozgorailuak asko aldatu direla agerian uzten dute.

Hasierako bozgorailu-sistemak 
1930. urtean lehenengo bozgorailu-sistemak agertu ziren. Horietan, bi edo hiru bozgorailu elkartzen dira sistema osoaren maiztasun-erantzuna hobetzeko. 1937an, zinema-aretoetarako lehen sistema Metro-Goldwyn-Mayer-ek sartu zuen. Horrek, hiru osagaiek osatzen zuten: Behe-maiztasunentzako 15'' zituzten bi bozgorailu, 375 hertzioko gurutzatze iragazki bat eta maiztasun handietarako bi konprezio-bozgorailu dituen bozgorailu. John Kenneth Hilliard, James Bullough Lansing eta Douglas Shearer-ek parte hartu zuten sistemaren sorreran. 1939ko New Yorkeko Erakusketa Orokorrean, bi bideko megafonia-sistema oso handia Flushing Meadows-eko dorre batean jarri zen. Horretako egitura Metro-Goldwyn-Mayerrek egindako egitura berdina izan zuen.

1943an, Altec Lansing-ek "604" modeloa asmatu zuen, maiztasun altuko bozgorailu bat, soinua 15 "-ko woofer baten imaneko zulo batetik bidaltzen zuena iturri puntualeko prestazio batzuk lortzeko. Hori dela eta, bozgorailuak izugarrizko arrakasta izan zuen. Bi urte geroago Lansingek asmatutako "Voice of the Theatre" bozgorailua industriaren estandarra bihurtu zen 1955. urtean.

1954an, Edgar Vilcherrek bozgorailuen bilakaeran inflexio-puntu bat markatuko zuen printzipioa garatu zuen: esekidura akustikoa. Horri esker, behe-maiztasunentzako erantzuna hobetzen zen bozgorailu txikietan.

Bozgorailu modernoetara heltzeko egindako hobekuntza garrantzitsuenak hauek izan dira: diafragmen materialak, iman iraunkorretarako material hobetuak, neurtzeko teknika hobetuak eta elementu finituen metodoaren bidez konputarizatutako analisia aplikatzea. Gainera, behe-maiztasunetan, sare elektrikoen teoria bozgorailuei aplikatuz, Neville Thiel-ek 1961ean eta Richard H. Small-ek 1973an hasitako askotariko bafle-diseinua egin ahal izan da. Aurrerapen horrek, izugarrizko garrantzia izan du seinaleen prozesatzean. Izan ere, bozgorailuetako parametro elektromekanikoak haien izenak daramatzate "Thiel eta Small (T/S) parametroak".

Sistemaren diseinua

Gurutzatze-iragazkia 
Bozgorailu bakoitzak soilik berari dagokion maiztasun-tartea jaso behar du, eta horretarako, gurutzatze-iragazkiak erabiltzen dira. Seinalearen iragazpenaren kokapenaren arabera, iragazkia aktiboa (potentzia-anplifikazioa baino lehen kokatzen bada) edo pasiboa (potentzia-anplifikazioaren ondoren kokatzen bada) izan daiteke.

Aktiboa 
Mota hauetako iragazki batek seinalea potentzia-anplifikazioaren aurretik maiztasun-banda desberdinetan banatzen du eta, horretarako, banda bakoitzerako gutxienez anplifikadore bat behar du. Iragazki aktiboak kanal kopuruaren arabera izendatzen dira: bi kanal badituzte, orduan bi kanaletako anplifikadoreak dira; hiru kanal badituzte, hiru kanaletako anplifikadoreak, etab. Iragazki landuenak aktiboak dira. Izan ere, iragazki pasiboen osagaiak zorrotzagoak dira, eta induktantziak garestiagoak dira iragazketa-maiztasuna murriztu ahala. Hortaz, subwooferrak bakarrik iragazki aktiboekin egiten dira.

Pasiboa 
Iragazki pasiboak erabilienak dira industrian, kutxa akustiko gehienek mota hauetako iragazkiak erabiltzen baitituzte. Bere funtzioa maiztasun-bandak dagokion bozgorailuari bidaltzea da, horrek erreproduzitzeko. Kasu gehienetan erresistentziaz, kondentsadorez eta induktantziaz osatuta dago, baina transduktoreak babesteko babes-zirkuituak ere izan daiteke. Gainera, iragazki pasiboek ez dute elikatzeko beharrik, soinu-seinale anplifikatu bat baino ez dute behar.

Baflea 
Bozgorailu-sistema gehienak bafle edo kutxa akustiko batekin eginda daude, horretan mota ezberdineko bozgorailuak muntatuta daudenak. Bafleak ekiditen du atzealdetik datozen uhinak, aurrealdetik datozenekin interferentzia suntsitzaileak egitea, beraz, baflerik gabe uhinen ezeztatzea egongo litzateke soinuaren kalitatea okertzen.

Kutxa akustiko errazena zulodun kutxa bat da, non bozgorailuak muntatzen baitira. Halere, konponbide hori ez da eraginkorra, kutxaren tamainagatik mugatuta dago eta (uhin-luzera kutxaren tamaina baino handiagoa duten uhinak ezeztatzen dira). Idealen kasuan, panelak infinituak dira, eta horretan, interferentziak guztiz ezabatzen dira. Kasu hori ezinezkoa denez, kutxa akustiko gehienek diafragmaren atzeko erradiazioa dute mugimenduan. Kutxa zigilatu batek bozgorailuaren atzealdeko transmisioa galarazten du soinua konfinatzen.

Hala eta guztiz ere, kutxa zurrun batek soinua bozgorailuaren barrura islatzen du, eta hori, diafragmaren bidez azaleratzen da, soinuaren kalitatea degradatzen. Hori konpontzeko, kutxaren barruan material xurgatzaileak erabiltzen dira (beira-zuntza, artilea edo zuntz sintetikoko guata, besteak beste).

Beste motako bafleak, atzealdeko uhinak aldatzen dituzte aurrealdeko uhinekin interferentzia eraikitzaileak egiteko. Printzipio hau erabiltzen duten diseinuak askotan erabiltzen dira erantzun eraginkorra maiztasun baxuetara zabaltzeko, bozgorailuaren maiztasun baxuko erantzuna areagotzen.

Bozgorailuen arteko trantsizioa jarraia izateko, sistemen diseinatzaileak bozgorailuak denboran lerrokatzen saiatu dira, muntaia-posizioak aurrera edo atzera mugituz, bozgorailu bakoitzaren akustika-zentroa plano bertikal berean egon dadin.

Bozgorailuak muntatzeko moduak, kutxa akustikoak barne, difrakzioa eragin dezake. Horren ondorioz, mokoak eta haranak maiz erantzuten dira. Arazoa handiagoa da maiztasun altuetan, non uhin-luzerak kutxaren neurriak baino antzekoak edo txikiagoak diren. Efektua minimizatu egin daiteke kutxaren ertzak biribilduz, bafle bera kurbatuz, kutxa txikiagoa edo estuagoa erabiliz, bozgorailuen kokapena aldatuz, bozgorailuaren inguruan gai xurgatzailea erabiliz edo estrategia horien eta beste batzuen konbinazioa erabiliz.

Kutxa zigilatua 
Ondo itxita dagoen kutxa hermetiko bat baino ez da. Horren helburua zirkuitulabur akustikoa kentzea da, eta horretarako, atzealdeko irradiazioa bolumen txiki batean harrapatzen du.

Bass-reflex kutxa 
Mota hauetako kutxan, helburua da bozgorailuaren erantzuna behe-maiztasunetan hobetzea. Kutxako paretetako batean hodi bat irekitzen da eta kutxaren barne-bolumenari eragiten dioten parametro guztiak kalkulatuta daude hodian dagoen airea maiztasun jakin batean entzun dadin.

Kutxa horien helburua atzealdeko uhinak aurrealdeko uhinekin interferentzia eraikitzaileak sortzea da, eta horretarako, atzeko aldetik datozen uhinak desfasatu behar dira. Helmholtzeko erresonadorearen printzipioan oinarritzen dira. Kutxa horiek erraz identifika daitezke atakei esker, haren ezaugarri nagusiak azalera eta luzera dira.

Erradiadore pasiboa 
Bass-reflexen bariazio bat baino ez da. Erradiadore pasiboak ataka erabili ordez, motorrik gabeko woofer bat erabiltzen du. Hori dela eta, behe-maiztasunetan bass-reflex kutxak baino errendimendu altuagoa dute. Hala ere, kostuaren ikuspegitik, erradiadore pasiboak bere homologoak baino askoz garestiagoak dira.

Bobinako bozgorailua 
Bozgorailu horiek bozina akustikoa uhin-gidari bezala erabiltzen dute. Funtzionamendu horren bidez, uhinaren direktibotasuna areagotzen da. Horrekin bozgorailuaren eta airearen arteko inpedantzia elektroakustiko/mekanikoa eraldatzea lortzen da, eta erangikortasuna areagotzea ere.

Hala ere, funtzionamendua sinplea izan arren, bozinaren parametroak kontu handiz aukeratu behar dira. Bestela, bozinak ez lirateke egokituko bozgorailura, eta ez luke utziko transformazio-funtzio hori maiztasun-banda egokian gertatzea (bozinen errendimendua nahiko baxua da maiztasun-banda egokitik kanpo).

Bozgorailu batek 110dB eta 2,83V arteko eraginkortasuna izan dezake, metro betetako distantziara. Bozgorailu dinamiko batekin lortutakoa baino ehun aldiz handiagoa da hori, eta ezinbestekoak dira soinu-maila handiak behar dituzten edo anplifikazioa mugatua duten aplikazioetan.

Transmisio-linea 
Kutxa akustiko diseinu honetan, transmisio-linea bat erabiltzen da soinua bideratzeko. Atzealdeko soinua transmizio-lineatik bidaiatzen du kanpoaldera iritzi arte.

Bafle irekia 
Atzealdeko eta aurrealdeko uhinak banantzen dituen kutxa ireki bat baino ez da. Horrekin zirkuitulabur akustikoa limitatzea lortzen da, hala ere, behe-maiztasunetan oraindik gertatzen da. Bafleak maiztasunean jaitsi nahi den beste handiagoa izan behar du.

Konexio-sistemak 
Kutxa akustiko bat audio-seinaleren iturri batera konektatu ahal izateko konektore bat edo gehiago ditu. Konektore horiek parametro batzuen arabera aukeratzen dira eta asko aldatzen dira. Bozgorailu aktiboetan tentsio eta potentzia altuak maneiatzen dira eta pasiboetan, aldiz, guztiz kontrakoa. Horregatik, lehenengo bozgorailu motarako ez dira bigarrenerako konektore desberdinak erabiltzen dira. Gainera, bozgorailuari zer funtzio eman nahi den arabera, konektore bat edo beste aukeratuko da.

Konexio-sistemak bozgorailu pasiboetan 

Bozgorailu pasiboetan potentzia gutxi maneiatzen da, eta horregatik, mota horietan instalatzen diren konektoreak potentzia oso gutxi galtzen duten (galera gutxiko) konektoreak dira. Gainera, zirkuitulabur arriskua ahal den txikiena izan behar da, erabiltzailerarentzat zein ekipoarentzat segurtasuna bermatzeko.

Kontsumo handiko erabilerarako bi konektore mota agertu dira: Alde batetik, presio-terminalak eta terminal-blokeek ere 4mm-ko konektore banana onartzen dute. Askotan, mota hauetako konektoreak erabiltzaile amateurren gustokoenak dira, kontaktu-azalera handiago baitute. Konexio-mota horien arazo nagusietako bat polaritate-gailu baten falta da. Horrek bozgorailua alderantziz konektatzea onartzen du, erreprodukzio akustikoa asko hondatuz.

Giro profesionaletan, ohikoa da Speakon konektorea erabiltzea. Kasu honetan, ez dago inolako aukerarik bozgorailua alderantziz konektatzeko, hori egitean konektorea automatikoki blokeatzen baita. Bozgorailu profesionalek gutxienez bi konektore dituzte haien arteko konbinazioetarako modulazioaren atzeraelikadura emateko.

Halere, normalean 6,35mm-ko Jack motako konektorea erabiltzen da, nahiz eta erabilgarritasun aukera oso zabala izan. Gainera, bozgorailuaren atzealdetik ateratzen da eta, horregatik, hausteko posibilitate handia dago.

Bozgorailu anplifikatuak 
Anplifikadoreak gehitzen dituzten bozgorailu sistemetan, seinale analogiko edo seinale digital bat jaso dezakete. Lehenengo kasuan, eta giro profesionaletan, XLR konektorea erabiltzea da ohikoena. Ekipo mugikorretan, konektore horiek konbinatuak izan daiteke, hortaz, Jack konektoreekin konbinatzen dira. Sarrerak normalean lerro-mailakoak izaten dira, baina modelo askok mikrofono-sarrera bat eskaintzen dute, batzuetan nahasgailu batekin.

Bozgorailuen ezaugarriak

Potentzia 
Bozgorailuak jasan dezakeen potentzia nominala (maximoa) ez da sortutako soinu-potentzia. Potentzia nominala baino askoz txikiagoa den potentzia batekin bozgorailua kaltetu daiteke, behe-maiztasuneko bozgorailuaren muga mekanikoak gainditzen badira. Tweeterra ere kaltetu ahal da energia asko sortzen bada maiztasun altuetan edo maiztasun handiko osagai handiak dituen sarrera bat badago. Potentzia definitzeko modu asko daude: potentzia nominala, RMS potentzia, potentzia mokoa, etab.

Potentzia nominala 
Erregimen jarraituan (DC moduan) bozgorailuak hondatu gabe jasan duen potentzia maximoa da. Bozgorailuak potentzia nominalaren baino potentzia handiagoan lan egiten badu, betiko kaltetu daiteke.

RMS potentzia 
Bozgorailuak kaltetu gabe jasan dezakeen potentzia maximoari, AC moduan lan eginda, RMS potentzia deritzo. Anplifikadore baten potentziaz hitz egiten denean, balio fidagarriena  eta zabalduena RMS potentzia (Root Mid Square) da.

Potentzia mokoa 
Potentzia mokoa, edo seinale-mokoa, bozgorailuak hondatu gabe une jakin batean jasan dezakeen potentzia maximoa da. Hau da, oso denbora tarte txiki batean aplika daitekeen berehalako potentzia-balio maximoari dagokio.

Maiztasun-erantzun 

Maiztasun-erantzuna honela zehazten da: Maiztasun-tarte batean sarrerako seinalea konstante izanda, bozgorailuak horretan izandako irteera. Bozgorailu bat kalitatezkoa dela esateko, gutxienez, audio-maiztasunen marjina estali behar du, gizakientzat entzungarriak diren maiztasunak, hau da (20-20.000.000 Hz). Hala ere, bozgorailu errealen maiztasun-erantzuna maiztasunaren funtzio bat da, hau da, desberdina izango da lan egiten den maiztasunaren arabera.

Fideltasun handiko bozgorailuetan, audio-maiztasunetan aldakuntza-marjina 6 dB da (potentziaren laurdena). Alabaina, 100-15.000 Hz bitartean, 3 dB-ko aldakuntza-marjina izatea ere onesgarria da, , giza audibilitatearen marjina ia inoiz ez baita iristen 20.000 Hz-ra.

Maiztasun-erantzuna bozgorailuak erreproduzituko dituen soinu-maiztasunak definitzen ditu eta, normalean Boderen diagrama batean marraztutako erantzun-kurba batekin irudikatzen da.

Praktikan, etxeko erabiltzaileentzako kurbak eta adituentzako kurbak ezberdinak dira. Lehenengo kasuan, kurba simpleak dira, bozgorailuaren maiztasun-erantzuna gainetik definitzen dutenak. Bigarrenean, aldiz, kurba konplexuak dira, xehetasun gehiagorekin, eta pertsona gaituen interpretazioa beharrezkoa da informazio garrantzitsua ateratzeko. Hala ere, badaude ulertzeko eta interpretatzeko nahiko sinpleak diren erantzun-kurbak: zortziren hereneko kurbak. Giza belarriaren entzumen-gaitasun errealekin bat egiten saiatzen dira.

Eraginkortasun eta errendimendu 
Bozgorailuen parametro esanguratsuenetako bat, ziurrenik, haien errendimendua da. Hori honela defini daiteke: potentzia erradiatuaren eta kontsumitutako potentzia elektrikoaren arteko erlazioa. Ehunekoetan definitzen da eta gehienetan balio nahiko baxuak ditu (0,3-3 % bitartean). Horregatik, gutxitan erabiltzen den parametro bat da.

Eraginkortasunak bozgorailuko sarrerako maila elektrikoaren eta soinu-presioaren arteko erlazioa adierazten du (dBSPL-tan neurtuta). Kasu honetan, efizientziaren kasuan bezala, neurketa egitea eragiketa zaila eta parametro askoren menpe dagoena da.

Etxeko bozgorailuen kasuan, eraginkortasuna 85-95 dB artean egoten da gehienetan eta errendimendua, aldiz, % 0.5–4 artean. Halere, megafoniako bozgorailuez edo kontzertuetarako bozgorailuez hitz egiten denean, parametroen balioa nabarmen hobetzen da. Azken kasu honeta eraginkortasunak 95-110 dB ditu eta errendimendua, % 4-20.

Inpedantzia 
Inpedantzia akustikoa honela defini daiteke: bibrazio-mugimenduak erdiko belarria zeharkatzeko duen zailtasuna. Ohmioetan neurtzen da, eta bere sinboloa letra greko omega larria (Ω) da. Kontuan hartu behar da bozgorailu bakoitzak bere inpedantzia duela eta horrek inpedantzia maximoa izena hartzen du. Hala ere, bozgorailua kuxta akustikoa muntatzen denean inpedantzia hori aldatzen da, kutxa horren eragina dela eta. Gainera, askotan bozgorailu bat baino gehiago muntatzen dira kutxa akustiko batean, eta haien inpedantzia-kurba konbinatu egiten da hainbat erresonantzia izan ditzakeen bihurgune konposatu bat emateko. Balio ohikoenak 4 Ω eta 8 Ω dira, baina ez du zertan balio horiek hartu. Bozgorailu bat aztertzeko, haren inpedantzia-kurba idazten da, inpedantzia-aldaketa maiztasunaren arabera.

Distortsio 
Bozgorailua audio-sistemetatik distortsio gehien duen sistema da. Distortsio gehiena bigarren eta hirugarren armonikoetan dago eta, horregatik, tonu larrietan eragin handiagoa izango du. Gainontzeko tonuetan, aldiz, distortsioa nabarmen txikitzen da eta ia ez du eraginik.

Direktibitate 
Antena baten direktibitatea honela definitzen da: norabide batean, distantzia batean, erradiatutako potentzia-dentsitatearen eta antena isotropiko (ideal) batek distantzia berean izango lukeen potentzia-dentsitatearen arteko erlazioa, erradiatutako guztizko potentzia-berdintasunean. Kasu gehienetan, direktibitatea soilik eredu profesionaletarako zehazten da, kontsumo-bozgorailuetarako ez baitu erabilgarritasun askorik. Fabrikatzaileak bozgorailua zein angelutan erabil daiteke eta zer intentsitate-mailan irradiatuko duen adierazten du. Direktibitatea adierazteko modurik ohikoena diagrama polar batekin da. Diagrama polarra marrazketa tekniko bat baino ez da, sistema jbatek espaziora energia hartzen edo igortzen (erradiatzen) duen erradiazioa islatzen duena. Horren arabera, hiru bozgorailu mota definitzen dira:

 Norabide orotako bozgorailua: Norabide guztietan berdin erradiatzen duen bozgorailua da.
 Bi noranzkoko bozgorailua: Diagrama polarra norabide bakarrean erradiatzen du, baina bi noranzkoetan. Kasu honetan, diagrama polarra simetrikoa da.
 Kardioidea: Mota horren izena diagrama polarraren formari egiten dio erreferentzia, bihotz forma baitu. Bozgorailuak aurrealdera soilik erradiatzen du.

Soinu-maila maximoa 
Soinu-presioaren maila (SPL, ingelesez SPL = Sound Pressure Level) neurtu den soinu baten maila adierazteko erabiltzen da. Erabilgarria da erabiltzaileak bere beharrak aseko dituen bozgorailua den jakiteko.

Erreferentziak

Ikus, gainera 

 Klipsch audio museoa

Kanpo estekak 

 Sony bozgorailu sistemak
 Direktibitatea
 Inpedantziaren kalkulua
 SPL (Soinu-presioaren maila)

Audioa
Elektronika
Soinu ingeniaritza