Helirõhk

     ja süsteemide võimsus

Heli valjust, täpsemalt helirõhku mõõdetakse detsibellides. Detsibellide skaala on suhteline on alati mingi viitväärtuse suhtes (inimese kuulmislävi, seadme maksimaalne võimsus vms). Detsibellide skaalal võib olla nii positiivseid kui ka negatiivseid väärtusi. Positiivsed detsibellid näitavad heli intensiivsuse suurenemist võrreldes viiteväärtusega, samas kui negatiivsed detsibellid näitavad heli intensiivsuse vähenemist viiteväärtusega võrreldes.

Detsibellide skaala on logaritmiline, mis tähendab, et iga 10-dB suurenemine vastab heli intensiivsuse kümnekordsele suurenemisele. Näiteks kui heli tase suureneb 10 dB võrra, siis heli intensiivsus on kümme korda suurem. Samamoodi, kui heli tase suureneb 20 dB võrra, siis heli intensiivsus on sada korda suurem. Sageli tehnilistes andmetes kasutatud 3 dB on kahekordne heli intensiivsuse suurenemine või vähenemine. 

Siiski ei tasu heituda kui näiteks kõlari helisagedus kõigub +/- 3 dB. Prühhoakustikas eksisteerib kontseptsioon, mida tuntakse kui "just noticeable difference" (JND), mis esindab väikseimat helitugevuse muutust, mida keskmine kuulaja suudab tajuda. Enamasti on JND väärtuseks umbes 1 kuni 3 dB ja kui näiteks kõlaril +/- 3 dB sagedusvahemikus mingeid väga erilisi anomaaliaid ei ole on see väga sirge joon (võrreldes sellega mida kuulamise ruum helidega teeb).

Samuti on mõnel juhul kasutatud dB suhtelise mürataseme esitamiseks. Kui näiteks põhiheli valjus on 80 dB ja harmoonilise sageduse valjus 40 dB siis tundub see esmapilgul väga häiriv, justnagu oleks pool helivaljusest harmooniline. Tegelikult on antud näites harmoonilise sageduse heli intensiivsus 10 000 korda väiksem kui põhiheli.

Liiga vali heli kahjustab kuulmist. Kuulmisorgan on äärmiselt tundlik ja võib kahjustuda pikaajalise või korduva kokkupuute korral valjude helidega. Kõrge helitugevus võib kahjustada kuulmekilet, sisekõrva karvakesi ja kuulmisnärvi. Müra poolt põhjustatud kuulmiskahjustused on tavaliselt järkjärgulised ning esialgu võib tekkida kuulmise vähenemine kõrgemate sageduste osas. Kui kokkupuude valjude helidega jätkub, võib see põhjustada püsivaid kuulmiskahjustusi, sealhulgas kuulmise vähenemist laiema sagedusvahemiku ulatuses. Kuulmiskahjustuse tase sõltub helirõhust ja kokkupuute kestvusest. On olemas teatud helitasemed, mille juures kuulmiskahjustuse tekkimise tõenäosus suureneb. Näiteks pikaajaline kokkupuude üle 85 detsibelli (dB) helitugevusega võib olla kahjulik. Lühiajaline kokkupuude väga valju heliga, näiteks üle 120 dB, võib samuti põhjustada kahjustusi.

Samas ei saa muusikat liiga vaikselt kuulata. Erinevad muusika osad on erineva helitugevusega. Pikk jutt lühidalt kokku võttes on optimaalne helirõhk muusika kuulamiseks 70 - 75 dB. Stuudios kontrollkuulamiste käigus on soovitatud helirõhu tase 80 - 85 db. Ruumis on helivaljus mõõdetav, suurusjärgus kasvõi mõne mobiilirakendusega. Keerulisem lugu on kõrvaklappidega, kus seda keegi ei mõõda ja väikses suletud ruumis klapi taga võib helirõhk minna väga kõrgeks.

Lihtne ja oluline reegel muusika kuulamiseks. Heli peab olema nii vaikne kui võimalik nii, et muusika detailid on veel hästi kuuldavad ja helivaljuse muutumine muusikas ei sunni väga sageli pulti haarama. Praktikas mõõdetud ja soovitatud 70-75 dB on ka reaalses elus parim detailse kuulamiselamuse jaoks. Samas, mida vaiksem, seda parem, sest teistele on meie muusika mürareostus (mitte tingimata muusikavalik, vaid see kuidas heli levib kuulamiskohast kaugemale). Helivaljust ei peaks lisama muu müra summutamiseks.

Nüüd siis kõige tähtsam küsimus, kui võimast kõlarit mul tegelikult vaja on. Uhke on ju omada 400 W süsteemi, aga kas on ka mõtet. Vastuse saamiseks tuleb läbi käi mitu aspekti.

Esimene oluline osa on kuulamisruumi suurus ja kuulamiskoha kaugus kõlaritest. Kõlari andmetes on sageli toodud helirõhk 1W signaali poolt 1m kaugusel kõlarist. Näiteks 86 dB. Kuna helienergia hajub ruumis, võime eeldada, et helirõhk väheneb kauguse suurenedes vastavalt kera pindala kasvule raadiuse suhtes. See tähendab, et kui kaugus kahekordistub, väheneb helirõhk 6 dB võrra. Näiteks kaugusel 2 m on siis vastav kõlar 80 dB ja kaugusel 4 m 73 dB. Reaalses suletud ruumis väheneb helirõhk tänu peegelduste lisandumisele siiski vähem ja eluruumide keskmiseks loetakse vähenemist 3 dB kauguse kahekordistudes. Kui 1W signaali asemel saata 10 W signaal siis kasvab helitugevus 10 dB. Selle järgi tundub, et mingit võimsust polegi vaja. Näites pakutud üsna mõõduka tundlikkusega kõlar mängib 10 W nii et terve tuba on soovitatud maksimaalsel tasemel heli täis.

Teine oluline aspekt millele mõelda - kui palju kõlari tehase poolt lubatud võimsusest on tegelikult kasutatav. Valjuhääldaja vähese moonutusega võimsus on tavaliselt umbes 20-50% maksimaalsest lubatud võimsusest. Võiks eeldada, et siin on reegel, mida väiksem osa võimsusest kasutust leiab, seda vähem moonutusi. Paraku pole ka see seisukoht lõpuni õige. Suur võimsus toob sageli kaasa suuremad mähised valjuhääldajates, raskemad membraanid ja veel mõned muutused mis tegelikult vaiksema muusika täpseks taasesitamiseks ei ole head. Detailidesse laskumata, kui kasutatav võimsus on 20 - 50 % kõlari (valjuhääldajate) lubatud võimsusest siis on vahemik igati mõistlik muusika esitamiseks kvaliteetselt. 

Tavaliselt soovitatakse koduseks kasutamiseks iga ruutmeetri kohta võimsust 1-2 W kanali kohta, sõltuvalt soovitud helivaljusest. Seega siis on koduseks kasutamiseks näiteks 10 m2 suuruses toas vajalik  võimsus 10 - 20 W kanali kohta.

Ilmselt tasub siis puhta helipildi jaoks valida soovituse võimsam ots. Nii on 10 m2 toa jaoks vajalik võimsus 20W kõlari kohta ja kokku 40 W. Edasi minnes kaks korda suuremasse elutuppa, siis poole rohkem. Mitte matemaatika pärast, vaid seal korraldate te ka erinevaid sündmusi, kus vajadus helivaljuse järele võib olla oluliselt suurem võrreldes näiteks kabineti või magamistoaga. Ehk siis näitena alustuseks pakutud 400 W kõlaripaar on täitsa sobiv valik kogu maja kõiki korruseid läbiva avatud ruumi heliga täitmiseks. 

Tulemuseks on tõdemus, et kõlarite puhul tasub eelistada kvantiteedi (võimsuse) asemel kvaliteeti. Samas hinnaklassis kuid vähem võimas kvaliteetsemate komponentidega kõlar on igal juhul parem valik, kui võimsam aga kehvema teostusega kõlar. Ja arvutuslikult on kõik need kõlarid nagunii mitmekordselt liiga võimsad. 

Sama kehtib ka võimendite osas, kuid võimendite võimsus maksab rahas vähe ja otsest põhjust siin võimsuse mõttes kokku hoida ei ole. Kõlaritest veerandi võrra võimsam võimendi peaks olema piisav kui tahate lisavaru siis poole võimsam. 

Märkused (mida akustikas ja audiotehnikas on igale teemale alati palju): 

Kõlarite võimsuse osas tuleb eristada mitut erinevat näitajat. Maksimaalne lubatud võimsus on valjuhääldajate võimekus signaal veel ilma ise rikki minemata läbi lasta. Püsiv lubatud võimsus (nominaalne võimsus) sõltub kõlari valjuhääldajate jahutusest ja seda võib rakendada pikaajaliselt. Moonutuseta signaali esituse võimsust enamasti ei ole andmete hulgas, kuid tavaliselt on see vähemalt üks viiendik kuni pool maksimaalsest võimsusest. Selle tasemeni on heli veel parima kvaliteediga. Suhtarvudes alustame maksimaalsest lubatud võimsusest, mida tootja ka sageli kõlari tähises või nimes kasutab. Kui võtta rusikareegel, siis maksimaalne on 100%, nominaalne 50%, tegelikult rakendada võiks 20% ja reaalses elus rakendate enamasti veel palju vähem. 

Bassi osas tuleb lisaks võimsusele tähelepanu pöörata ka valjuhääldajate suurusele. Inglisekeelne kõnekäänd annab siin juhise "There is no replacement for displacement."  Kuigivõrd saab bassi lisada ka pikema liikumisvõimalusega valjuhääldaja membraaniga. Kahjuks see lisab õhu liikumise mahtu lineaarselt, aga pindala kasvab ruudus. Nii suudab 20 cm diameetriga valjuhääldaja liigutada sama liikumisega 4 korda rohkem õhku kui 10 cm diameetriga valjuhääldaja. Siin võib olla muidugi palju erisusi, eriti pikk liikumiskäik, mitu valjuhääldajat seerias jne. Kuid lihtsama kõlari puhul võiks võtta ka lihtsama reegli, magamistoas või kabinetis võiks bassi valjuhääldaja läbimõõt alata viieteistkümnest sentimeetrist ja suuremas elutoas, kas mitu väiksemat seerias või alates kakskümmend sentimeetrit. 

Eeltoodud jutt ei kehti kohtkõlarite osas. Kui kõlar on töölaual meetri kaugusel, siis ei ole eriti oluline, kas ülejäänud ruum on suur või väike. Samuti siis kui ongi plaan luua konkreetne väike kuulamisala suures ruumis nii, et kõlarid on kuulajale lähedal.