Vaimennettu FreeAir

Perustietoa vaimennetusta FreeAir-asenuksesta

Suljettu vai refleksi? Entä Bandpass? Mikä on paras? Ei välttämättä mikään näistä, vaan ihan perinteinen free air -asennus. Tai pikemminkin ns. vaimennettu versio siitä. Onko todella näin ja mikä se vaimennettu free air oikein on?

Asiaa on käsitelty aiemminkin, mutta lukijoiden toivomuksesta tässä uusintana kertausta aiheesta ja valmiit ohjeet vaimennetun free air -asennuksen toteutukseen. Vieläpä usealle erityyppiselle elementille.

Harrastajien keskuudessa käydään välillä kiivastakin keskustelua siitä, mikä on paras kotelo. Nykysuuntaus vaikuttaa olevan suljetun kotelon kannalla. Vieläpä pienen sellaisen, vaikka olemme tutkimuksissa todenneet suuren kotelon olevan lähes poikkeuksetta pientä paremman. Tietysti rajansa on siinäkin.

Refleksikoteloita vierastetaan jostain syystä, vaikka niillä voidaan saada matalalle ulottuva tarkka ja napakka toisto, suuri herkkyys ja paljon painettakin. No tähän on varmaan syynä koteloviritelmät ja jopa valmistajien kotelosuositukset, joilla ei ole mitään tekemistä oikein viritetyn refleksikotelon kanssa.

Tavallisten koteloasennusten lisäksi on olemassa eräs mielenkiintoinen asennustapa. Periaatteessa kyseessä on aivan tavallinen free air -asennus, jollaisia ei ole paljon näkynyt sitten 80-luvun jälkeen. Free air -asennuksilla on ollut lievästi sanottuna hieman huono maine. Tämä on kyllä ollut enemmän tuon ajan ominaisuuksiltaan huonojen elementtien kuin itse asennustavan syytä.

Kuten edellä jo todettiin, saadaan suurella kotelolla lähes poikkeuksetta parempi tulos kuin pienellä ja free air -asennusta suurempaa koteloa ei autoon ole juuri mahdollista saadakaan. No, se mielenkiintoinen asennustapa ei ole kuitenkaan tavallinen free air vaan niin sanottu vaimennettu sellainen.

Free Air?

Free air-asennuksella tarkoitetaan subwoofer elementtien asennusta siten, että takana oleva kotelo on ikään kuin ääretön. Siis periaatteessa niin suuri, että "kotelolla" ei ole juurikaan elementin kartion liikettä kontrolloivaa vaikutusta. Elementti on asennettu siis "vapaaseen ilmaan" (=free air). Asennusta kutsutaan englanniksi myös nimellä "infinite baffel", mikä tarkoittaa ääretöntä etulevyä eli niin suurta levyä etteivät sen taakse syntyvät ääniaallot pääse koskaan sen etupuolelle.

Vapaasta asennuksesta huolimatta elementti tulee asentaa siis siten, että sen taakse syntyvät ilmanpaineen vaihtelut eivät pääse vastakkaisvaiheisina elementin etupuolelle aiheuttaen akustista oikosulkua.

Yleensä "äärettömänä etulevynä" autossa toimii tavaratilan ja matkustamon välinen hattuhylly ja takapenkki. Free air -asennus onkin yleensä mahdollista toteuttaa vain sedan-malliseen autoon, vaikka on viistoperäisissäkin autoissa tavattu toimivia free air -sovelluksia. Viistoperäisissä autoissa tavaratila ei ole välttämättä sellaisenaan riittävän tiivis suhteessa matkustamoon.

Kotelossa oleva ilma kontrolloi elementin kartion liikettä ja kokonaisuus muodostuu kotelon ja elementin yhteistoiminnasta. Free air -asennuksessa kotelolla ei ole kontrolloivaa vaikusta ja elementti ikään kuin kontrolloi itse itseään. Tämä asettaa elementille tiettyjä vaatimuksia, koska mm. kartion liikepoikkeama kasvaa merkittävästi matalimmilla taajuuksilla. Mitään yleispäteviä arvoja free air -asennukseen soveltuvalle elementille on vaikea antaa, mutta toivottavaa olisi kuitenkin suhteellisen tukeva rakenne ja pitkähkö liikepoikkeama. Periaatteessa mikä tahansa laadukas elementti toimii free air -asennuksessa.

Free-air -asennuksen ongelmat liittyvät elementin hallitsemattomaan käyttäytymiseen sen resonanssitaajuuden alueella ja erityisesti sen alapuolella. Toisto voi olla voimattoman tuntuinen tai sitten resonanssitaajuutta korostava. Herkkyys ja mekaaninen tehonkesto ovat myös kotelovaihtoehtoja pienemmät. Parhaimmillaan free air tarjota kuitenkin erittäin alas ulottuvan lineaarisen toiston, joka on lisäksi tarkka ja erotteleva.

Vaimennettu free air

Vaimennettu free air on eräs free air -asennuksen muoto, jossa elementin kartion liikettä pyritään kontrolloimaan elementin etu- tai takapuolelle asennettavalla ilmaa osittain läpäisevällä (puoliläpäisevällä aperiodic membane) rakenteella.

Läpihengittävän vaimennusrakenteen tarkoitus on kontrolloida elementin kartion liikettä tietyllä taajuusalueella. Vaimennus perustuu siihen kuinka helposti ilma pääsee vaimennusrakenteesta lävitse. Ideaa on helppo demonstroida puhaltamalla ilmaa ohuen pillin lävitse. Jos puhalletaan hiljaa, ei vastusta juurikaan ole. Kovempaa ja nopeammin puhallettaessa ilman virtauksessa tuntuu vastusta. Nämä analogiat voidaan yhdistää elementin kartion liikkeeseen eri taajuuksilla puoliläpäisevän rakenteen lävitse.

Vaimennuksella pyritään kontrolloimaan ja vaimentamaan kartion mekaanista vapaata liikettä erityisesti sen resonanssitaajuuden ympäristössä. Tämä vaikuttaa suoraan elementin sähköiseen resonanssiin ja näkyy muun muassa selvästi impedanssivasteessa. Resonanssikäyttäytymisen vaimentaminen vaikuttaa myös vaihekäyttäytymiseen, toistovasteeseen, transienttitoistoon ja mekaaniseen tehonkestoon. Kaikilla kriteereillä arvioituna vaimennetulla free air -asennuksella saadaan parhaimmillaan ultramatalalle ulottuva äärimmäisen erotteleva, tarkka ja dynaaminen toisto. Siis todellinen hifibasso. Negatiivisia piirteitä ovat erittäin pieni herkkyys ja tarve ekvalisoida matalimpia taajuuksia ja pienen herkkyyden kautta suuri tehontarve ja silti vaatimattomaksi jäävä suurin äänenvoimakkuus. Pientä herkkyyttä ja vaatimatonta äänenvoimakkuutta voi toki kompensoida riittävällä kartiopinta-alalla ja vahvistinteholla.

Sanoista tekoihin

Vaimennettu free air toteutetaan siis normaalin free air -asennuksen tapaan, mutta elementin eteen tai taakse asennetaan edellä mainitun kaltainen puoliläpäisevä rakenne.

Tavallisesti free air asennus toteutetaan asentamalla elementit takapenkin taakse asennettuun tukevaan levyyn. Levy muotoillaan mahdollisimman tarkasti ja tiiviisti istuvaksi. Kuitenkin siten, että takapenkin taustaan jää vähintään sellainen 15-20 mm etäisyys. Asennuslevy voidaan toki asentaa etäämmälle esimerkiksi siten, että asennuslevy tulee pystyyn ikään kuin väliseinäksi tavaratilan ja takapenkin väliin. Tällöin elementit voidaan sijoittaa piiloon levyn taakse. Asennuslevyksi soveltuu esimerkiksi noin 16-20 mm vaneri. Elementiksi valitsimme 15-tuumaisen Velocity VSC 15 subwooferin, mutta asennukseen soveltuu myös moni muu 15-tuumainen subbari.

Voileipärakenne

Vaimennetussa free air -asennuksessa "asennuslevyjä" tehdään saman tien useampi. Niiden väliin tullaan sijoittamaan tarvittava vaimennusaine. Ylimääräiset levyt (kolme) voidaan mitoittaa samankokoisiksi kuin varsinainen asennuslevy tai vain jonkin verran asennettavan elementin ulkomittoja suuremmiksi, kuten esimerkissämmekin. Levyt tehtiin 16 mm lastulevystä, mutta myös vaneri soveltuu tähän hyvin.

Vaimennusaine tullaan sijoittamaan kahden tavallisen, mutta tukevarakenteisen ja melko harvareikäisen elementin suojaritilän väliin, ikään kuin kerrosvoileipä. Käytimme esimerkissä Caliber SG-15 suojaritilöitä.

Kun levyt on mitoitettu ja sovitettu paikoilleen, tehdään ulommaiseen (varsinainen asennuslevy) noin 10 mm suojaritilän kokonaishalkaisijaa pienempi reikä. Ritilä tullaan sijoittamaan tämän asennuslevyn sisäpuolelle. Kahteen ns. välilevyistä tehdään samaan kohtaan suojaritilän ulkohalkaisijan kokoiset reiät (ehkä muutama millimetri suuremmat).

Kolmanteen ylimääräisistä levyistä tehdään elementin asennushalkaisijan kokoinen reikä. Reikiä tehtäessä on oltava tarkkana, että ne osuvat kaikki samalla kohdalle.

Käytettäessä yhtä elementtiä, on se hyvä sijoittaa levyyn epäsymmetrisesti eli ei keskelle levyä (ainakaan sivusuunnassa) vaan jompaankumpaan laitaan keskilinjasta. Tämä vähentää mahdollisuutta osua autossa niin sanotun dead spot:in kohdalle (=kohta missä bassotoisto on voimattoman kuuloinen).

Välilevyt (joissa siis ritilän halkaisijan kokoiset reiät) kiinnitetään etulevyyn 30 mm puuruuveilla ja liimalla. Ensin siis yksi levy kiinni etulevyyn ja sitten toinen siihen kiinni. Levyjen väliin laitetaan reilusti liimaa.

Vaimennusaineet väliin

Ulommainen ritilä sijoitetaan siis uloimman asennuslevyn sisäpuolelle. Kiinnitys on hyvä varmistaa silikonilla tai vastaavalla kiinnitysmassalla resonoinnin välttämiseksi.

Seuraavaksi sijoitetaan vaimennusaineet paikoilleen välilevyjen aukkoihin. Ensimmäiseksi laitetaan kerros huopamattoa. Maton tulee olla rakenteeltaan läpihengittävää. Tavallinen kotelon verhoiluun tarkoitettu pehmeä huopamatto sopii tarkoitukseen hyvin. Mustiin ritilöihin sopii luonnollisesti väriltään musta huopa. Seuraavaksi laitetaan kaksi kerrosta tavallista lasikuitumattoa. Sen jälkeen varsinaiseksi vaimennusaineeksi tulee 20 mm ns. paloeristysvillaa. Tuo edellä mainittu huopamatto toimii myös suodattimena melkoisesti pöllyävälle palovillalle. Sitten vielä kaksi lasikuitukerrosta ja kerros huopamattoa, ja vaimennus on lähes valmis.

Vaimennusaineet painellaan paikoilleen ja niiden päälle asetetaan lopuksi toinen suojaritilä, joka jää viimeisen asennuslevyn ja "vaimennusainelevyjen" väliin. Viimeinen asennuslevy kiinnitetään ruuveilla ja liimalla "pinon" viimeiseksi ja sitten vielä elementti kiinni, niin valmista on.

Elementin kiinnitykseen voi käyttää tasakantaisia puuruuveja tai mieluimmin iskumuttereita ja pultteja, jos kiinnostusta askarteluun riittää. Ja tietysti vielä verhoilu päälle.

Ne soundit?

Valmis "free air -paketti" ruuvattiin kiinni testialustana toimineen Toyota Corollan takapenkin taakse. Pääkaiuttimina oli edessä DLS:n 165 mm basso/keskiäänellä varustettu kaksitie erillissarja. Subbarille oli vahvistimena 500 wattia jatkuvaa tehoa puskeva D-luokan pääte. Suodatukset hoidettiin soittimen sisäänrakennetulla aktiivisuodattimella.

Ensimmäiset havainnot aiheuttivat säätöjen tarkistelua ja ihmettelyä. Soundi oli todella vaimea ja mataliakaan ei kuulostanut tulevan juuri ollenkaan. Ei muuta kuin bassokorostusta alimmille taajuuksille vajaa 6 desibeliä ja tasoja muutenkin kovemmalle. Jo alkoi bassotkin kuulumaan, mutta mistään bassotykistä ei voi kyllä puhua. Mutta, jos unohdetaan ne paineet ja keskitytään laatuun, niin tässä todellinen akustisen musiikin himohifistin toivelahja. Bassoalueen tarkkuus ja ulotteikkuus olivat aivan omaa luokkaansa ja toisto säilyi erottelevana aina infrataajuuksille asti. Myös sähköisesti tuotetulla musiikilla soundimaailma toimi upeasti, mutta peruslistajumputyksella tarkkuus paljastaa armottomasti huonon toteutuksen ja painereservit eivät, ainakaan yhdellä 15-tuumaisella, riitä kunnon fiiliksen tuottamiseen. Siihen tarvitaan tuplasubit.

Kokonaisuutena toisto oli todella tarkka ja analyyttinen, mutta toisaalta toistoa voi pitää jopa "liian" tarkkana ja kuivana, ja paljastaa myös armottomasti äänenlaadultaan huonot pääkaiuttimet. Parhaaseen tulokseen pääsemiseksi saattaa vaatia hienosäätöä niin vaimennuksen kuin bassokorjauksenkin suhteen.

Kokeilimme myös levyn asentamista ikään kuin väärin päin eli elementin magneetti selkänojaan päin. Levy jäi tällöin yläreunastaan noin 10 sentin etäisyydelle selkänojasta ja toimii tavallaan väliseinänä kontin ja takapenkin välillä, josta näkyy konttiin vain vaimennuksen taakseen kätkevä suojaritilä.

Soundi muuttui tällöin hieman muhkeammaksi, mutta menetti samalla osan tarkkuudestaan. Sähköisesti tuotetulla musiikilla ja tanssimusalla soundi tuntui kuitenkin miellyttävän kuunteluryhmää näin päin enemmän kuin vaimennus matkustamon puolella, ja herkkyyttäkin kuulosti olevan enemmän. Näinkin päin soundi oli joka tapauksessa tarkempi ja erottelevampi kuin monissa koteloasennuksissa.

Vaimennettu free air on suositeltava vaihtoehto, jos kaipaa äärimmäisen tarkkaa infrataajuuksille ulottuvaa toistoa. Käyttämällä vielä kahta 15-tuumaista tehokkaan vahvistimen kera, saadaan painetta varmasti useimmille enemmän kuin tarpeeksi ja konttikin jää miltei tyhjäksi.

Mille elementille?

Tässä esiteltyyn vaimennettuun free air -asennukseen soveltuvat monenlaiset 15-tuumaiset elementit. Vaimennuksen pitäisi toimia sellaisenaan kaikilla laadukkailla elementeillä, joiden Qts-arvo on välillä 0,4-0,6. ja Fs (ominaisresonanssi) alle 40 Hz. Suuremman tai pienemmän Q-arvon omaavia elementtejä voi myös käyttää, mutta tällöin saattaa olla tarvetta vaimennuksen "säätöön". Hienosäätöön voi olla muutenkin tarvetta haettaessa haluttua soundia. Säätö tapahtuu yksinkertaisesti lisäämällä tai vähentämällä vaimennusaineen määrää ja/tai palovilla/lasikuitumatto-suhdetta ritilöiden välissä.

Yleisesti ottaen elementeiksi soveltuvat myös 10- ja 12-tuumaiset, mutta kartiopinta-alaa tarvitaan kuitenkin keskimääräistä enemmän. Yhdellä 10 tuumaisella ei kannata vaimennettua free air -asennusta toteuttamaan. Miniminä voisi pitää yhtä 15-tuumaista, kahta 12-tuumaista tai neljää kymppiä. Tämä siksi, että herkkyys ja suurin äänenvoimakkuus jäävät pienemmällä määrällä niin vaatimattomaksi, että hyttynenkin pieraisee kovempaa! Vahvistintehoakin saa olla käytössä keskimääräistä enemmän. Vaimennettu free air vaimentaa usein myös kaikkien matalimpien taajuuksien toistoa, joten jonkinlainen bassokorostusmahdollisuus olisi suotavaa parhaimman tuloksen saavuttamiseksi.