closed box calculation

Ini adalah salah satu tulisan saya ttg perhitungan membuat kotak speaker system closed box yg pernah dimuat di majalah Audiolifestyle beberapa bulan lalu ( persisnya lupa )

Maap kalo formatnya ndak bagus, susah amat seh bikinnya. pas di edit dng di posting hasilnya beda. Ude gitu koneksinya byar-pet pula ...

mudah2an bermanfaat

MERANCANG SPEAKER SISTEM KOTAK TERTUTUP ( SEALED BOX )

Sistem speaker kotak tertutup ( sealed box ) memang tidak sepopuler sistem vented atau banyak yang menyebutnya bass reflek. Beberapa kalangan ada yang menyebut sistem ini sebagai accoustic suspension dimana volume udara yang terdapat didalam kotak berfungsi sebagai suspensi bagi speaker tersebut.

Namun bukan berarti sistem tertutup ini tidak bagus, beberapa keunggulan dari sistem ini adalah bass yg bebas boomy, tight dan lebih murni karena tidak terpengaruh oleh bass yang keluar dari port seperti pada sistem bass reflek. Sistem ini biasanya banyak digunakan sebagai monitor speaker pada studio agar mendapatkan respon frekuensi yang flat dan meminimalisir terjadinya pewarnaan suara. Salah satu contoh monitor speaker yang menggunakan sistem ini adalah sang legendaris LS3/5A yang hingga saat ini masih memiliki banyak sekali penggemar yang fanatik. Juga ada speaker high end yang berharga US$15,000.00 –an yang menggunakan sistem ini.

Sebenernya sulit juga menerjemahkan istilah asing yang sudah biasa digunakan seperti sealed box. Mau disebut kotak tertutup atau kotak rapat ? atau kotak tertutup rapat ? kemudian vented box harus diterjemahkan menjadi apa, kotak celah ? Dalam hal ini saya akan menggunakan istilah kotak tertutup.

Dalam tulisan ini beberapa istilah dalam bahasa Inggris tidak diterjemahkan ke dalam bahasa Indonesia untuk menghindari kesalahan dalam penerjemahan istilah

Speaker memiliki parameter yg umum disebut T/S parameter. Hanya saja untuk mengukur T/S parameter ini juga bukan perkara mudah bagi sebagian DIYer kita. Dari parameter tersebut dapat ditentukan apakah speaker tersebut lebih cocok digunakan pada sistem kotak tertutup atau bass reflek. Tulisan ini dibuat karena berdasarkan pengamatan, sebagian besar speaker yang ada di pasaran memiliki parameter yang lebih cocok bila menggunakan sistem kotak tertutup. Salah satu indikasinya adalah nilai Qts yang tinggi dan secara fisik memiliki ukuran magnet yang relatif kecil. Nilai Qts diatas 0.5 mengindikasikan bahwa biasanya speaker tersebut memang dirancang untuk kotak rapat, walaupun tidak semua speaker yang dibuat untuk kotak tertutup memiliki Qts diatas 0.5.

Permasalahannya sekarang adalah berapa volume kotak yang diperlukan supaya hasilnya optimal ? Bila kotak terlalu besar, maka nada rendah yang dihasilkan kurang terasa tenaganya tetapi jika terlalu kecil suaranya akan terasa meledak-ledak dan tanggapan frekuensi rendah yang dihasilkan berkurang. Pendek kata, baik terlalu besar atau terlalu kecil maka nada rendah yg kita harapkan justru tidak akan dihasilkan dengan baik. Akan tetapi muncul masalah lain sebagian besar speaker di pasar lokal nyaris tidak ada yang mencantumkan spesifikasinya dengan lengkap. Biasanya hanya mencantumkan ukuran diameter, Impedansi nominal serta daya maksimalnya seperti 8”, 8 Ohm, 200 watt. Itu saja.

Beruntung saya menemukan sebuah buku terbitan lama yang masih memuat teknik membuat speaker tertutup dengan cara konvensional tanpa harus menggunakan T/S parameter tetapi hanya menggunakan patokan diameter speaker. Buku tersebut adalah :

Designing, Building & Testing Your Own Speaker System

By David B. Weems

Copyright ã 1984 by TAB BOOKS Inc.

Dalam buku tersebut diberikan grafik volume yang dibutuhkan oleh speaker kotak tertutup berdasarkan diameter speaker sebagai berikut :

X axis = Diameter speaker Y axis = volumo kotak ( dalam satuan Liter )

Grafik diatas menunjukan batas atas dan batas bawah volume yang diperlukan dalam satuan liter. Sebagai contoh, pada speaker berdiameter 6” - 6.5” yang banyak beredar di pasaran, maka volume yang dibutuhkan adalah antara 8,8 liter hingga 12.7 liter.

Grafik ini diharapkan akan sangat berguna bagi banyak perakit / DIYer yang ingin membuat sistem speaker yang baik dengan menggunakan bahan yang ada di pasaran lokal tanpa perlu harus membeli dari luar negeri yang sudah tentu membutuhkan dana yang tidak sedikit. Untuk mengirim sepasang speaker ukuran 6.5” dari Amerika ke Indonesia setidaknya menghabiskan biaya US$ 60 hanya untuk ongkos kirimnya saja, belum termasuk bea masuk dan berbagai pajak lainnya.

Menentukan volume kotak dengan menggunakan T/S parameter

Jika kita ingin menentukan volume kotak berdasarkan T/S parameter, maka kita akan sering melihat simbol Q. Dalam konteks loudspeaker, Q adalah rasio antara energi yang tersimpan dengan mekanisme pengeluaran energi. Q yang tinggi mengindikasikan jumlah energi yang tersimpan lebih tinggi dibandingkan mekanisme pengeluaran energi tersebut sehingga energi yang dikeluarkan lebih sedikit. Q ada yang mekanis dan biasanya disebut Qms dan ada pula yang electrical atau disebut Qes. Kombinasi dari keduanya biasa disebut Total Q atau disingkat Qts.

Saat loudspeaker kita gabungkan dengan kotak, maka kita akan bertemu lagi dengan Q dari kotak tersebut atau banyak yang menyebutnya sebagai Qtc. Nilai dari Qtc inilah yang akan digunakan sebagai faktor penentu berapa besar volume kotak yang akan kita rancang.

Dari grafik dibawah dapat dilihat nilai Qtc yang biasa digunakan serta perbedaan yang akan ditimbulkan dari besarnya nilai Qtc yang akan dipilih.

Dari grafik tersebut dapat kita lihat bahwa dengan Qtc 0.707 akan menghasilkan tanggapan nada yang flat, sedangkan Qtc sebesar 1,4 akan memberikan nada rendah yang lebih kuat tetapi akan mengalami rolloff lebih cepat. Sementara apabila dipilih Qtc sebesar 0,5 akan menghasilkan kotak yang frekuensi rendahnya tidak terlalu kuat tetapi akan memberikan tanggapan nada rendah yang lebih dalam.

Berapa nilai Qtc yang paling baik ? tentunya jawabannya sangat tergantung dari banyak faktor dan yang terpenting adalah tergantung dari jenis musik yang disukai.

Bagi yang menggemari musik Jazz, Classic, atau musik yang banyak detailnya, maka kotak dengan Qtc dibawah 1,2 akan lebih cocok sementara bagi para penggemar music disco, techno ataupun rock mungkin lebih baik memilih kotak dng Qtc diatas 1.2 karena akan menghasilkan suara bass yang lebih kuat

Selain Q, dalam pembahasan dibawah ini akan juga sering dijumpai istilah F₃. Yang dimaksud dengan F₃ disini adalah titik rolloff frekuensi saat berada di posisi –3dB.

Sebelum menentukan volume kotak, perlu diperoleh beberapa parameter sebagai berikut yang bisa diperoleh dari pabrik yang membuat speaker tersebut atau diukur sendiri :

Fs = Free Air Resonance Frequency

VAS = Equivalent Volume

Qts = Total Q-Factor dari speaker

Sebagai contoh akan digunakan speaker merk Scanspeak seri 18W/8535-00 yang merupakan speaker yang dibuat khusus untuk sistem kotak tertutup. Dari data yang diberikan oleh pabrik diperoleh parameter sebagai berikut :

FS = 26 Hz, VAS = 72 Ltr, Qts = 0.38

Dari data ini bisa dilihat bahwa tidak selalu speaker untuk sistem kotak tertutup harus memiliki Qts diatas 0.5.

Setelah didapat parameter yang diperlukan, maka langkah pertama yang perlu dilakukan adalah memilih nilai Qtc yang diinginkan. Nilai Qtc yang diberikan diatas bukanlah harga mati, kita bisa memilih berapapun yang diinginkan misalkan dipilih nilai Qtc sebesar 0.9

Mula-mula kita tentukan dulu nilai f₃ dari Qtc yang telah dipilih dengan rumus sebagai berikut :

Kemudian dihitung Resonansi kotak ( Fc ) dari kotak tersebut dengan rumus :

Dan dihitung juga F₃ dari Fc (resonansi kotak) tersebut dengan rumus :

Setelah itu kita tentukan nilai a ( Alpha ) dengan rumus sebagai berikut :

Setelah itu baru dapat dihitung berapa ukuran volume kotak yang diinginkan dengan rumus :

Sebenarnya untuk mempersingkat perhitungan, bisa saja langsung menggunakan rumus terakhir yaitu Vb = Vas / a, tetapi dengan begitu tidak akan diketahui berapa frekuensi dari box yang akan dibuat karena banyak pabrik yang merekomendasikan volume kotak yang digunakan berdasarkan F₃ dari resonansi kotak ( Fc).

Dengan rumus-rumus tersebut diatas, maka sudah dapat dihitung berapa besar volume kotak yang harus dibuat. Selain rumus untuk menghitung F₃ dari Qtc_, rumus yang lain sangat mudah dibuat dengan kalkulator atau program spread sheet yang ada.

Untuk menghindari kesalahan dalam menghitung F_3, maka bisa digunakan tabel dibawah yang diambil dari buku karangan Vance Dickason yang berjudul “Loudspeaker Design Cookbook” edisi ke 6.

Qtc	F3
0.500	1.55380
0.577	1.27250
0.707	1.00000
0.800	0.89720
0.900	0.82950
1.000	0.78620
1.100	0.75670
1.200	0.73580
1.500	0.69930

Sumber : Loudspeaker Design Cookbook, Dickason, V., Audio Amateur Press, 6^th Edition, pp. 30.

Dari hasil perhitungan dengan menggunakan program spreadsheet, maka akan didapat hasil sebagai berikut :

Speaker : Scanspeak 18W/8535-00

Qtc	F3 dari Qtc	Alpha	Fc ( Hz )	F3 dari Fc	Vb ( Liter )
0.500	1.5538	0.73130	34.2105	53.1563	98.4545
0.577	1.2725	1.30560	39.4789	50.2370	55.1470
0.707	1.000	2.46156	48.3737	48.3737	29.2498
0.800	0.8972	3.43213	54.7368	49.1099	20.9782
0.900	0.8295	4.60942	61.5789	51.0797	15.6202
1.000	0.7862	5.92521	68.4211	53.7926	12.1515
1.200	0.7358	8.97230	82.1053	60.4131	8.0247
1.500	0.6993	14.58172	102.6316	71.7703	4.9377

Berdasarkan hasil perhitungan ini dapat dilihat bahwa penentuan volume kotak speaker sistem kotak tertutup dengan menggunakan metode grafik yang dibuat oleh David B. Weems menggunakan Qtc yang berkisar antara 0.9 – 1.0. Jadi para DIYer tidak perlu ragu untuk menggunakan grafik tersebut dalam menentukan volume kotak sistem tertutup ini.

Apabila angka dalam tabel tersebut dibuat grafiknya dengan bantuan program simulasi didapat hasil seperti pada gambar dibawah ini :

Qtc 0.5 - merah Qtc 1.2 - biru

Qtc 0.9 - Hijau Qtc 1.5 - Abu-abu

Konstruksi Kotak

Sesuai dengan hasil perhitungan yang telah dilakukan, maka volume kotak yang harus dibuat jika menggunakan Qtc 0.9 adalah sekitar 15 liter. Tidak ada aturan baku mengenai bentuk kotak yang harus dibuat, namun dari beberapa penelitian yang dilakukan oleh para pakar, bentuk yang paling mudah dibuat dengan hasil yang cukup bagus adalah bentuk segi empat dan yang paling buruk adalah bentuk kubus dimana semua ukuran tinggi, lebar dan kedalamannya sama.

Selain bentuk, penggunaan bracing pada bagian dalam kotak juga sangat dianjurkan. Bracing ini berfungsi sebagai penguat dari kotak dan sebagai pencegah timbulnya gelombang tegak ( standing waves ) yang dapat mengacaukan suara yang dihasilkan oleh speaker. Gelombang tegak ini dapat diatasi dengan penggunaan bracing serta menggunakan bahan peredam seperti glasswool ataupun busa yang banyak tersedia di toko-toko yang menjual komponen elektronik. Pemasangan glasswool sebaiknya cukup tebal pada setiap dinding dalam kotak kecuali pada dinding depan yang tidak perlu dilapisi peredam. Banyaknya bahan peredam yang dimasukan dapat disesuaikan dengan selera. Jika suara bas yang dihasilkan terlalu keras, maka perlu ditambahkan peredamnya namun jika suara basnya terlalu teredam atau bahkan nyaris hilang, berarti perlu dikurangi.

Namun perlu diperhatikan, penambahan bahan peredam akan membuat volume kotak bertambah sekitar 10 % sehingga volume 15 liter perlu dikurangi 10% menjadi 13.5 liter.

Pada foto dibawah ini bisa dilihat konstruksi kotak bagian dalam untuk pemasangan bahan peredam serta bracing yang digunakan.

Foto 1. konstruksi bagian dalam kotak milik John Marsh

Untuk demensi perbandingan panjang – lebar – dan kedalaman, beberapa pakar menyarankan ratio ( perbandingan ) yang tepat agar diperoleh pancaran suara yang baik. Ada yang menyarankan 2.6 : 1.6 : 1 dan ada pula yang menyarankan perbandingan 2 : 1.4 : 1 serta beberapa perbandingan lainnya.

Sebagai contoh, untuk volume kotak sebesar 15 liter, maka bisa kita tentukan ukuran tinggi – lebar –kedalaman dengan menggunakan rasio 2 : 1 : 1.4 sebagai berikut :

Ditentukan lebar 18 cm ( 1 ), tinggi 18 cm x 2 = 36 cm ( 2 ), kedalaman 18 cm x 1.4 = 25 cm.. Perlu diingat, ini adalah ukuran dalam kotak, jadi belum termasuk ketebalan bahan untuk membuat kotak.

Ketebalan kayu yang akan digunakan sebaiknya digunakan yang tebalnya diatas 1.5 cm yang dimaksudkan untuk mendapatkan kotak yang kokoh dan bebas getaran. Kayu yang umum digunakan adalah partikel board atau ada yang menyebutnya MDF atau jenis multiplek.

Pemasangan speaker pada kotak juga perlu diperhatikan. Jika memungkinkan, ada baiknya kotak dibuat sedemikian rupa sehingga chassis speaker rata dengan kotak atau biasa disebut flush mounting. Ini sangat besar pengaruhnya terhadap pancaran suara yang sangat menentukan kualitas suara yang dihasilkan. Berikut contoh kotak berikut pemasangan speaker pada kotak yang dibuat oleh Tony Gee, seorang DIYer asal Belanda.

Foto 2. Pemasangan speaker pada kotak – milik Tony Gee

Jangan ragu-ragu untuk membuat speaker sistem kotak tertutup karena dengan perhitungan yang baik kualitas suara yang dihasilkan tidak akan mengecewakan. Juga berdasarkan pengalaman, rata-rata speaker lokal yang banyak beredar ternyata lebih cocok menggunakan kotak tertutup daripada sistem kotak bass reflek ( vented box ).

Banuaji

DIYer