Kõlari kirjeldamise standard - Spinorama

Kõlari kirjeldamise standard

     Spinorama

Mõõta on parem kui arvata, arvasid F. E. Toole ja teised tähtsad audiomaailma arvamusliidrid. Ning nende selge arvamus oli, et tuleb kokku leppida uus kõlarite mõõtmise ja andmete esitamise standard: Standard Method of Measurement for In-Home Loudspeakers, ANSI/CTA-2034-A. Lühidalt kokku võttes, sai neil mõõt täis arvamustest, et see kõlar kõlab siniselt ja selle kõlari bass on eriti kandiline ja võiks kokku leppida mingi arusaadava ning ühtse metoodika, kuidas kõlarit mõõta ja andmeid esitada.

Kõlari sagedusgraafiku mõõtmine on lihtne, kajavabas ruumis tuleb kõlar mõõta ümber horisontaaltelje pöörates iga 10 kraadi järel ja siis ümber vertikaaltelje pöörates samuti iga 10 kraadi järel. Kokku on vaja 70 mõõtmist (kui kõlar on näiteks vasakult ja paremalt sümmeetriline siis saab ka 52 mõõtmisega kogu vajaliku andmestiku kätte). Kuna ka 52 joont on liiga palju, et neist graafikul aru saada, siis kirjeldab standard ka mõistliku arvu arusaadavaid ja kõlari iseloomu selgitavaid kokkuvõtvaid graafiku jooni. 

Ideaalses maailmas kui kõlaritel pole mingit iseloomu on kõik graafikud sirged jooned algusest lõpuni. Esialgu horisontaalsed ja järgmised kõrgsageduse suunas langevad.

Joonisel: Spinorama nurgad arvestavad küllaltki suure kuulamise ruumiga

Tavapäraselt tähistatakse mõõtmised H - horisontaalsed ja V - vertikaalsed. Nurk null on otse kuulaja suunas ja kasvab 10 kraadise sammuga. Horistonaalne nurk on tavapäraselt alati mõlemas suunas, näiteks 10 kraadi kõrvale on H +/-10. Vertikaalselt minnakse alt üles, ehk siis 10 kraadi üles nurk on V10, aga 10 kraadi alla nurk on V350, kuigi ka standardis kohtab V +/- kirjeldusi.

Heli teljel (On-Axis: H0)

See on ammu tuntud ja tavapärane kõlari sageduse - helitugevuse graafik. Tähtsad aspektid vaatame järgmise graafiku juures üle

Kuulamisala (Listening Window: H0, 2x H10...H30, V10, V350)

See graafik näitab kõlari heli otse kõlarist (ilma peegeldusteta). Kui heli teljel ja kuulamisalas on lähedased graafikud, on kõik korras. Kui ei siis on kõlaril otsevaates kerge akustiline mure, mida väike kõlarite kokkupööramine ära lahendab. Edasi võib mõelda kõlari iseloomule. Kas bass algab piisavalt madalalt, või on vaja lisada subwoofer. Kas kõrgsagedus ikka jõuab sirgena kenasti vähemalt 10 kHz juurde. Ning tähtis küsimus, kui sirge on graafik keskosas. Siin tasub nüüd hoolega vaadata graafiku teljel dB numbreid, sest sama graafikut saab väga erineva pildina esitada. Kui graafiku kõikumine jääb vahemikku +/- 1 dB siis on tegemist tõelise maailmaklassi kõlariga. Kui graafiku kõikumine jääb vahemikku +/-2 dB, siis on tegemist hästi tehtud kõrgklassi kõlariga. Kui kõikumine jääb vahemiku +/- 3 dB siis on tegemist mõõtmist väärt korraliku kõlariga. Ning üle selle on tavapoe rahvakõlarid, mida enamasti ka keegi ei mõõda. Tegelikkus pole muidugi nii ühene, näiteks on graafik kaameliküüruga, bassi või kõrgsageduse suunas langev? Kui see küür on kuskil 500-1000 Hz juures, siis on ta sirgeks korrigeeritav tavalise võimendi tämbrinupuga ja see ei muuda kõlarit halvaks. Kui sellel kõlaril on kõrge ja kitsas tipp, näiteks 16 kHz juures? Ka siin on elu väga lihtne, tegelikus kuulamisolukorras ei ole see kuuldav. Kuuldavad on laiad lainetused, seega ei tasu üksikutest tippudest või väikestest sakkidest lasta ennast häirida. Kesksagedusel natuke ettevaatust, aga basse kontrollib nagunii kuulamise ruum ja väga kõrged sagedused ei ole nootidega kaetud. Kõrvale on praktiliselt eristamatu, kas harmoonilistes on veidi ebakorrapära või ei. 

Esmased peegeldused (Early Reflections: H0, 2x H10...H90, H180, V40...V60, V320...V340)

Need on esmased peegeldused, kuulaja tagant, põrandalt, laelt, külgseintelt ja tagaseinalt. Seda loetakse sageli kõige tähtsamaks graafikuks (44% ennustatavast ruumihelist). Koos otseheliga annab see graafik suurim osakaalu kõlari kogutonaalsusest. Nii selle kui iga järgmise graafikuga on graafiku enda kujust olulisem võrdlus kuulamisala graafikuga. (Välja arvatud, kui kõlar on põhjusega tehtud teistsugune, nii siin kui edaspidi.) Põhjus selleks on väga lihtne, kui graafikute erinevus hüppab üles-alla siis ei saa kõlarit ei tämbrinuppudega ega ka ekvaliseriga õigeks sättida. Helipilt mitte ainult ei ole kaootiline, vaid on ka ebaühtlane ja ebaselge erineva sagadusjaotusega muusika korral. Graafik peab olema kõrgsageduse suunas ühtlane, tavaliselt ühtlaselt langev. Eelkõige pööratakse nii siin kui järgnevatel suunagraafikutel tähelepanu sagedusvahemikule 300 - 5 000 Hz, vahel ka kuni 10 000 Hz.

Vertikaalsed peegeldused (Vertical Reflections: V40...V60, V320...V340)

Need on loomulikult lae ja põranda peegeldused. Tavajuhul ei loeta vertikaalseid peegeldusi kuulamiselamuse jaoks vajalikuks, kuid on erandeid. Enamasti, mida madalamal on see graafik teistega võrreldes, seda parem kõlapilt. Tavalise mitmeribalise kõlari korral ei tasu siin loota ka sirget joont. Seal kus heli läheb ühelt valjuhääldajalt üle teisele on vertikaalteljel interferentsi tõttu helitugevuse graafikus augud. Seda graafikut tasub vaadata pigem iseloomu andjana, kas siit tuleb kõlarile mingi omapära või ei. See on ka koht, kus hästi teostatud kolmeribaline kõlar võib anda ninanipsu kaheribalisele. Kaheribalisel kõlaril on siin rändava iseloomuga auk, tavapäraselt sagedusvahemikus 1000 - 2000 Hz. See on heli hindamisel oluline vahemik. Samas võib kolmeribaline selle augu madalamale ja kõrgemale ära meelitada.  (NB. Kaheribaline koos subwooferiga kasutamiseks mõeldud kõlar on tegelikult koos subwooferiga kolmeribaline.) Vertikaalsetele peegeldustele võib mõelda ka teise nurga alt, kui näiteks kuulamiskohalt püsti tõusta, siis siit saab aru kuidas heli muutub.

Horisontaalsed peegeldused (Horisontal Reflections: H0, 2x H10...H170, H180)

Peegeldused kuulaja tagant, külgedelt ja kõlari tagant) annavad kokku horisontaalse suunaprofiili. See on veidi tähtsam graafik kui vertikaalsed peegeldused. Graafiku lähedus kuulamisala graafikule, näitab et tegemist on laia suunaprofiiliga kõlariga ja kaugus vastupidi, et tegemist on kitsa suunaprofiiliga kõlariga. Kui vertikaalsuunas leitud augud heligraafikus on ka siin märkimisväärselt olemas, siis on kõlari ehituses jäänud mõned probleemid lahendamata. Kui lainetus graafikutel on sarnane, on sageli odavam ja mõistlikum need silumise probleemid lahendada ekvalaiseriga. Ideaalis peaks see graafik olema kuulamisaknaga sarnane, kõrgsageduse suunas langev.

Tüüpilise näitena on siin hädas suur osa kesk-kõrg-kesk konfiguratsiooniga kinosüsteemi keskkõlaritest. Kuna nurga muutudes hakkavad eri servade kesksageduse valjuhääldajad üksteise heli teatud sagedustel matma ja võimendama, siis see graafik on nende kõlarite kirstunael. 

Heli võimsus (Sound Power: kõik mõõtmised)

Siin võetakse nüüd kõige mõõtmiste kaalutud keskmine ja see on kogu helivõimsuse graafik, mida kõlar ruumi välja annab. Nagu varasemaltki, on siin oluline võrdlus kuulamisalaga ja selle erinevuse ühtlane iseloom.

Ennustatav ruumiheli (Predicted In Room: 12 % LW, 44 % ER, 44 % SP)

Samade mõõtmiste alusel saab välja arvutada ka kuulamiskoha ennustatava sagedusgraafiku. See on siis nii, nagu eri suundadesse laiali levinud heli lõpuks kuulamiskohal kostab. Tavapäraselt võiks see olla langev ühlane joon madalatest sagedustest kõrgeteni, langusega umbes 6-10 dB üle kogu sagedusala. Selle graafiku heli osakaalud näitavad ka hästi ära, kui tähtis on hea kuulamiselamuse jaoks suunaprofiil. Otseheli moodustab ainult 12% kogu helipildist.

Suunaprofiilid (Sound Power Directivity Index: LW-SP, Early Reflections Directivity Index: LW-ER)

Suunaprofiilid on graafikute omavaheline erinevus. Vastavalt siis Kuulamisalast lahutatud Heli võimsus ja Kuulamisalast lahutatud Esmased peegeldused. Kui kõlar kiirgab igas suunas võrdselt, on need graafikud nulli lähedal. Mida suunatuma heliga on kõlar, seda kõrgemale tõuseb graafiku tagumine osa. Harva, kui need graafikud on päris sirged. Siin on ka kõige selgemalt näha, kus vahemikus kogu heli tonaalsuse korrigeerimine on võimalik ja kus see ebakorrapäraste erinevuste tõttu on keeruline.

Usaldusväärsus

Spinorama on väga hea meetod kõlari heli tonaalsuse kontrollimiseks. Kas eesmärk on valida sirge profiiliga kõlar või hoopis ekvalaiseri ja subwooferiga hästi korda tehtav kõlar, sõltub juba rahakotist ja maitsest. Mitmed tootjad esitavad vastavaid graafikuid oma kodulehel ja leidub ka sõltumatuid mõõtmisi. Ettevaatlik tasub olla, kui kõlari kohta üldse graafikuid ei leia. Harva, kui probleemiks on, et kõlaritootja ei saa neid mingil põhjusel teha. Palju sagedamini on probleemiks, et kõlaritootjale ei meeldi mida ta graafikutel näeb ja ta eelistab oma kõlareid müüa brändi, huvitava jutu, ilusa välimuse või soodsa hinna abil. 

Spinormal on oma puudused. Kui vaadata kasutatud nurkasid eri suundade heli mõõtmiseks siis võib öelda, et täpselt õige on ta kõlarit kuulates 4 m kaugusel, kui kõlar ja kuulaja kõrvad on põrandast 1,2 m kõrgusel ja ruumi enda kõrgus on 3,6 m. Kui järgida juhiseid kõlari ja kuulaja paigutamiseks peaks ruumi mõõdud olema suurusjärgus 8 x 5 meetrit. Reaalsed ruumid on tavapäraselt siiski väiksemad ja kõlarid lähemal. Kui kõlar on mõeldud töölaual kasutamiseks või hoopis kallutatud ja madalama asetusega, peaks tegeliku kuulamiskoha arvestuses nurkasid teisiti summeerima. Kas need erinevad nurgad muudavad ka summeeritud graafikuid, sõltub kõlarist. Ennustatava ruumiheli osakaalud sõltuvad ka loomulikult tegelikust ruumist. Kui ruum on avatud, palju aknaid, raskeid kardinaid ja pehmet mööblit võib Kuulamisala heli osatähtsus olla suurem ja teiste komponentide osakaal väiksem.

Kas Spinorama mõõtmisi usaldada? Jah, kui mitte näpuga igat sakki taga ajada. Sakk võib olla ka mõõtmise viga (mitte kõlari). Samuti on tootmises variatsioone nii, et väga täpse graafiku jaoks peaks tootja iga kõlarit eraldi mõõtma ja kohendama. Väga kallite kõlarite korral seda ka tehakse. Nii ei tasu oodata, et detailideni on iga mõõtmise ja toote graafik samasugune. Samuti on siin ümardamise probleem, kasutatakse 1/20 oktaavi ümardamist kuni teises äärmuses 1/3 oktaavi. Just tootmise variatsioonide ja mõõtmisvigade esitamise vältimiseks kasutavad tootjad pigem suuremat ümardamist. Kolmandik oktaavi on natuke liiga palju ja silub graafikut nii, et osa infot võib kaduma minna. Mõistlik tase on 1/6 oktaavi, kus probleemid on selgelt näha, aga puudub pilti hägustav pisisakkide armee, sest sellest suurem ümardamine muudab kõrge ja kitsa saki (enamasti kuuldamatu) ja madala ning laia saki (sageli kuuldav), graafikul ühesuguseks. Nii on kõige parem ümardaja haritud vaataja oma silm ja graafikutele kulutatud aeg. Siiski näitab igasugune Spinorama kõlari ehituslike probleeme ja kõlari suunaprofiili. Samuti on Spionorama graafikud selgeks juhiseks, kuidas seda kõlarit enda jaoks tööle saada. Hea elektroonika on palju odavam kui väga hea kõlar. Nii võib ekvalaiseri ja õige võimendiga ka soodsama hinnaga kõlari kõrgklassi vääriliseks sättida, kui suunaprofiil on ühtlane ja kõlari helipildis ei ole parandamatuid vigu.

Mitu korda viidatud parandamatud vead on: eri valjuhääldajatele heli jagavate filtrite põhjustatud sagedusaugud ja kui kõlari suunaprofiil on erinevatel sagedustel väga erinev (lainetav). Parandamatud (kuid ei ole nähtavad Spinoramast) on ka valjuhääldajate ajastatuse vead, valjuhääldajate membraanide ja mootorite iseloomust tulenevad probleemid.  Parandatavad vead on: üldise sagedusgraafiku lainetuse sirgeks korrigeerimine ja bassi lisamine subwooferi kasutamisega. Viimast ei saa isegi veaks lugeda, sest väga paljud kõlarid ongi mõeldud koos subwooferiga kasutamiseks, seega ei saa seda lugeda puuduseks vaid pigem lihtsalt konkreetse kõlari omaduseks.

Näidisgraafikud (ANSI/CTA-2034-A, lk 39)

Standardis on toodud ka näidisgraafikud tootjatele andmete esitamise näidiseks, kuid võime neid ka vaadata analüüsi näidisteks.

Vaatame, mida võib graafikutelt välja lugeda. Oletame, et kasutame seda kõlarit tavapärase võimendiga, kus on bassi ja kõrgsageduse tämbrinupud reguleerimisulatusega +/- 10 dB ja keskpunktiga 700 Hz juures. Liigume madalatest sagedustest kõrgeteni.

Vaatame ka graafiku ruudustikku, iga joonevahemik vastab 1 dB ja mingit mõõtkava muret ei ole, samuti ei ole muret ümardusega, on palju sakke ja kõlar on esitatud vastavalt mõõtmisandmetele.

Reguleerimisulatuses (-10 dB) kättesaadav bass algab 50 Hz juurest. Siiski ei saa seda tämbrinupu abiga kätte, sest juurde keerates tõuseks ka bass 150 Hz piirkonnas. Reaalselt kättesaadav bass on umbes 65 Hz juures. Bassi kiire langus allpool 50 Hz viitab, et tegemist on pordiga või isegi passivmembraaniga kõlariga ja sellest kukkumise kohast allpool ei saa bassi kätte ühegi valemiga, kuigi 30 Hz juures on mingi täiendav resonants. Nii port kui alumine jõnks tekitavad küsimuse bassiosa puhtuse kohta, kas ehk on kumisevat järelkaja? Sagedusest 65 Hz algav bass on muusika kuulamiseks juba enamvähem sobiv, aga HiFi taseme jaoks oleks vaja lisada subwoofer. Siis tekib muidugi küsimus, et milleks investeerida ka seda 65 Hz ja võib valida hoopis väiksema, kuid kvaliteetsema kõlari, kus bass langeb ära 80 Hz juures. Kui bassiosaga jätkata, siis 140 Hz kuni 1 kHz on kõik suurepärane. Visuaalselt võib ju paista, et graafik lainetab aga numbreid vaadates on see +/- 1 dB, mis on väga heast klassist tulemus. Sellega on bassiosa ka ammu läbi ja käes kesksagedus. 

Kesksagedusest ülespoole minnes on kõlaril selge probleem  2,5 kHz ümber. Graafik langeb ca 4-5 dB ning see on kuuldav. Siin kuulmise jaoks tundlik vahemik, paljude keelpillide heli jaoks on see oluline vahemik ja ka suur osa ruumilisest helipildist tuleb siit vahemikust. Kahjuks ei ole ka see jõnks tavalise tämbrinupuga korrigeeritav, sest siin mõjub kõrgsageduse nupp veel vähe ja peale keerates läheks paigast ära veel kõrgemad sagedused. Samas ei takista miski seda osa ekvalaiseriga korda tegemast - graafikute vahed on ühtlased ja 4 dB langus mingile põhjapanevale probleemile ei viita. Järgmine väike auk on 6,5 kHz juures, kuid ainult otse teljel. Ilmselt on tegu mingi akustilise efektiga. Seda ei või ekvalaiseriga täita sest ruumihelisse tekiks tipp, kuid siin võib abiks olla kui kõlarid vastastikku veidi kokku vaatama pöörata, sest kuulamisaknas ja teistes graafikutes seda auku ei ole.

Minnes veel kõrgemale on järgmine auk helipildis sellel kõlaril 9,5 kHz juures. See on jälle ekvalaiseriga korda tehtav, sest kordub kõigil graafikutel.  Kõrgsagedus hakkab ära langema ca 14 kHz juurest. Veidi liiga vara põhikõlaritele, aga õnneks küllalt ühtlase ja korrigeeritava joonena.

Otsus

Kui peaks seda kõlarit teiste hulgast valima ostmiseks, siis seda kõlarit ei valiks. Kuigi oluline madalama sageduse osa on ilus, siis päris madala bassi jaoks seda kõlarit ei usalda. Subwooferit oleks ikka vaja ning kõrgsagedusel on mitmeid liigseid kõikumisi.  Õnneks on need kõikumised kõik ekvalaiseriga korrigeeritavad ja kui selline kõlar juba olemas on ja bass ning suunaprofiil meeldivad, siis ei ole mõtet temast ka loobuda. Ilma ekvalaiserita võib ta olla harjumuspäraselt omane, aga siiski mitte kõrgklassi kõlar.

Ning tulles tagasi algse sinise ja kandilise kõla teemade juurde, võiks proovida seda kõlarit ka kirjeldada sõnadega. Bass on tummine  ja meestelaul kõlab hoogsalt. Kinoefektid jäävad lahjaks. Kitarr ja viiul ei helise nii nagu vaja. Mõne üksiku looga võivad kaashäälikud susiseda. Jäises õhus sätendavaid helikristalle sellest kõlarist ei kuule. Pigem on tegemist sooja kõlapildiga. 

Arusaadavalt on selline kirjeldus ajuvaba. Vaadake graafikuid, selle asemel et ebapädevaid arvustusi lugeda!

Loomulikult ei ole pakutud analüüs põhjalik ega täpne, aga ta ei peagi olema. See on mõeldud sissejuhatuseks, millega ärgitada veel rohkem küsimusi, mida graafikuid analüüsides oma helisüsteemi täiustamiseks lahendada.

Kõikidel TiFi kõlaritel on spinorama mõõtmised olemas, link on vastava tootekirjelduse allosas. Lingid: Tifi Elf Spinorama, TiFi Poseidon Spinorama,  TiFi Helios Spinorama, TiFi Argos Spinorama, TiFi Hestia M Spinorama