Heli kvaliteediahel

Heli taasesitamisel on palju etappe ja hea lõpptulemuse jaoks on kõigis neis kvaliteeti vaja. Kuulajana ei saa me mõjutada stuudios ja lindistamisel tehtud tööd. Siiski on ka siin palju erinevusi ja kehtib elus väga tavaline normaaljaotus - palju keskpärasust ja näpuotsaga kvaliteeti ning ka rämpsu. Õnneks saab valida mida kuulata.

Heli taasesitamine algab tänapäeval nullidest ja ühtedest, ehk digitaalsest helifailist. Ning ahela jaoks peab ära mainima ka lõpp-punkti, ehk inimese kuulmise. Üldtunnustatud seisukoha järgi ei suuda inimene eristada rohkem heliinformatsiooni, kui on kokkulepitud CD formaadis.

Kui ajalist infot kirjutada, siis saab eristada kahte tunnust. Üks on see, kui sageli me infot üles kirjutame. Teine osa on loomulikult see, kui palju infot igal vastaval hetkel üles on kirjutatud. CD formaat tähendab, et heli infot kirjutatakse üles 44100 korda sekundis, ehk sagedusega 44,1 kHz. Teine osa, ehk lause pikkus on 16 bitti. See tähendab, et kui helilainet üles kirjutatakse, siis on võimalikke astmeid 65536. Ehk siis lihtsustatult on kõik pillid, tämbrid ja muu lihtsalt väga sageli üles kirjutatud helilaine punktid, millest seadmed hiljem uuesti helilaine teevad. Need jaotuvad üle sagedusvahemiku alates kuulmislävest kuni kuulmiskahjustuseni. Alla ja üle selle taseme pole mõtet heli salvestada, see on vahemik ulatusega 96 dB. See määrab ka erisuse heli signaali ja mürataseme vahel. Nii vanemad kui uuemad pimetestid kinnitavad, et üle selle taseme ei suuda kuulaja helikvaliteedi paranemist kuulda (kõrva siseehituse ja funktsioneerimise kirjeldamisel on see ka füsioloogiliselt lahti seletatud). Kuna digitaalne andmetöötlus areneb väga kiiresti, siis võib tänapäeval kohata ka suuremaid sagedusi ja lausepikkuseid. Juba on saamas standardiks ka 192 kHz 24 bitti. Ning kui tehnika võimaldab, siis see ju kahjuks ei tule.

Helifaili olemasolust on üksi vähe. Helifail peab jõudma ka muusikat töötleva seadmeni. Siin tuleb mängu järgmine termin, mis on kahe eelmise korrutis bitisagedus (bitrate). CD taseme helile 44100 x 16 on see 1411200 bitti sekundis, ehk heli edastuskiirus 1,4 Mbps. Nüüd kui seda võrrelda tavalise 96, 160, 256 või 320 kbps edastuskiirustega, mida pakuvad enamus voogedastuse teenusepakkujaid, tundub nende pakutav üsnagi hale. Päris nii hull, see asi siiski pole, sest siin tulevad mängu muusika pakkimise algoritmid. Idee on väga lihtne, kaotame ära selle osa muusikainfost, mida kuulaja nagunii ei kuule ja/või mida lahti pakkides saab uuesti välja arvutada. Igal juhul on selge, et pakitud info päris võrdväärne algsega ei ole. Õnneks siin maksab reaalse elu test, kui pakitud info oleks väga palju halvem, siis sureks vastav formaat või teenusepakkuja väga ruttu välja. Aga jah, väidetavalt on pakkimise mõju kuuldav ja minu ebaausas testis oli selgelt Pärdi koorilaulul ruumiline vahe olemas.

Siia vahele sobib üks vahepala. Läksin õhtul magamistuppa, panin muusika mängima ja hakkasin telefonist uudised lugema. Umbes 10 minutit tundus kõik OK. Siis hakkas tunduma, et heliga on midagi valesti. Lugesin uudiseid edasi, aga nüüd juba veidi kuulasin ka. Lõpuks ei pidanud vastu, läksin kõlarite juurde vaatama. Olin kogemata sisse unustanud vale väljundi. Seal oli ainult ühe kanali taga ühe valjuhääldajaga selle testimiseks tehtud ajutine kõlarikast ...

Nii, on tegelikus elus 99% juhtudest kõik premium tasemega voogedastus ja suuremahulised mp3 failid täiesti asjakohased. Ja enamasti on selle põhjuseks järgmine etapp. Kuidas voogedastus jõuab heliseadmeni. Kui see on digitaalne või optiline kaabel, siis loomulikult kadudeta ja võib teemaga edasi liikuda. Samas on tänapäeval valdavalt järgmine etapp Bluetooth. Kui jätta kõrvale pikad arutelud pakkimise ja formaatide kohta, siis kirjutamise hetkel kõige kangem edastusformaat on LDAC, seal lubatud kõige suurem kiirus on 990 kbs. Selleks tuleb telefonis tükk aega vaeva näha, arendaja funktsioone taga otsida ja linnukesi toksida. Kui te neid toksinud ei ole, siis ei ole ka tegelikult vahet milline voogedastus või algfail teil oli. Bluetooth koodek on selle nagunii veelkord kokku pakkinud. Nüüd kui see on valitud ja teil on kõige kangem 330 mp3 fail, siis jah. Vahe on CD-ga olemas. Erinevus ei ole puuduv sagedus või kuuldav heliviga, erinevus on ruumiline detailsus. Lihtsalt bändi, koori või orkestri liikmed asetuvad üksteisest veidi eemale, kõige rohkem just sügavuse osas. See oligi minu ebaaus test, kontrollida kas üle korraliku Blutoothi suurima mahuga mp3 eristub otse kaabli vahendusel CD-lt mängitust. 

Veidral kombel, kuigi eristub ei ole ma veel kordagi selle tõttu loobunud plaadilt salvestatud mp3 kuulamisest ja läinud CD mängija juurde, et üleminek teha. Sest tegelik elamus muusikast ei ole minu jaoks erinev, kui bändi liikmete vahele veel pool meetrit ruumi juurde tekib. Kuna nagunii kõike kuulatavat plaatidel ei ole, siis ei tasu see ebamugavus ennast lihtsalt saavutatava kvaliteedierinevusega ära ja nii võib muusika nautimine kvaliteeti piitsutades hoopis ära ununeda.

Kahjuks pole jutt veel isegi poole peale jõudnud ja võimalusi kvaliteet untsu keerata leidub palju kordi enne kui heli meieni jõuab. Järgmine koht selleks on DAC (digital-to-analogue converter). Kuskil teie vastuvõtjas/võimendis on mikrokiip, mis teeb temani jõudnud nullidest ja ühtedest uuesti analoogse helisignaali. Siin võivad nüüd teekonnad erineda, sest heli saab digitaalsel kujul ka valjuhääldajate vahel ära jaotada ja vastavalt valjuhääldajate omadustele sellele õiged parameetrid anda. Selle süsteemi omanikuna teate seda kindlasti, sest siis on teil kas aktiivkõlarid või jookseb kõlarini nii mitu paari kaableid, kui palju on kõlaril valjuhääldajaid. Aga pigem nii ei ole ja kui teil on usaldusväärse tootja selgelt defineeritud mikrokiip, siis võib loota ja uskuda, et digitaalne helifail tehakse kvaliteetseks analoogsignaaliks.

Tavapärane järgmine etapp on helivõimendi. Uskuge mind, selle etapi võib täielikult vahele jätta. Võrreldes algses pakkimises kaotatud kvaliteediga ja lõppjärgus kaotatud kvaliteediga on tänapäevased võimendid piisavalt head. Ainus reaalne vahe on kasutamise mugavus, ehk siis vajalikud ja ebavajalikud lisafunktsioonid. Selle lause järel võiks olla lugejate hulgas ärritunud kommentaarivalmis audiofiile, kes väidavad, et nende kogemus on täpselt vastupidine. Esiteks on neil õigus. Teiseks on nende kogemuse sisu vastupidine, võimendi võib kompenseerida kõlari puudujääke. Kui kõlar on uimane, siis loomulikult kõlab ta jõulisema dünaamikaga võimendi taga paremini. Kui kõlari kõrgsagedus on liiga terav ja kaldub harmoonilistesse siis loomulikult aitab tasasema profiiliga võimendi seda kauniks siluda, kui võtta mõned lihtsamad näited. Igale puudujäägile leidub ka vastav võimalus seda võimendis veidi kompenseerida. Kokkuvõtteks ei ole normaalne võimendi kvaliteedikadude allikas, küll aga võib kõlariga sobiv võimendi aidata kõlari kvaliteedikadusid siluda. 

Selle järel jõuab elektriline signaal kõlarikaablisse. Teema on internetis palju arutatud ja audiofiilide nõudmiste rahuldamiseks maksab mõni kaablikomplekt rohkem kui TiFi kõlar kõige tehnikaga. Siiski ei ole suudetud teaduslikult kinnitada, et tavalise eluruumi piires kõlarikaabel heli oluliselt mõjutaks. Lihtsalt kuni 10 m kaabli takistus, induktiivsus ja mahtuvus on kõlariga võrreldes tühised ja mõõtmisel mõju ei avalda. Küll aga on suudetud kinnitada, et halb kontakt mõjutab heli oluliselt. See võib ka sageli olla põhjus, miks uus kaabel kõlab palju paremini. Nii tuleb korra paari aasta järel võtta kõlari kaablid kõlari küljest lahti, tõmmata banaanühenduse tagumine kate maha ja kontrollida, kas kaabel on kontakti juures tumenenud (oksüdeerunud) või ehk murdumise piiri peal ära väntsutatud. Kui jah, on kõige lihtsam lahendus 10 cm maha lõigata ja otsikud uuesti kinnitada. Kui vaadata kallite kõlarite sisse on kaablid kas joodetud otse kontaktidele või vähemalt joodetud pistikklemmidele. Nii on tegelikult ka kõlarikaabli otsa kõige kindlam ühendus korralik joodis. Loomulikult võib avatud pikk kaabel häirivaid signaale vastu võtta ja teda peaks voolukaablitest eemal hoidma. Kaabel ei tohiks olla liiga pikk, ja liiga pikka kaablit ei tohi tihedalt rulli kerida (nii suureneb kaabli induktiivsus).

Ja siit jõuame kvaliteedikadude meistriklassi, ehk kõlari juurde. Sest kui seni olid meil nullid ja ühed, mida tänapäeva elektroonika valdab täiuslikult ja sellest sai ilus elektrisignaal, mida samuti tänapäeva elektroonika valdab suurepäraselt, siis nüüd tuleb meil elekter muuta heliks ja me läheme elektromehhaanika maailma, sest heli saamiseks on täna veel vaja mehhaaniliselt liikuvat objekti, mis õhus helilained tekitab. Siin on kohe ka kõigi moonutuste süüdlane teada. Süüdlane ei ole laisk valjuhääldajate või kõlari tootja. Süüdlane on füüsika. Lihtsalt kõik kasutavad vahendid moonutavad heli, sest teisiti ei ole see võimalik.

Esimene koht kuhu heli satub on filter, mis jagab sagedusi erinevate valjuhääldajate vahel. Ükskõik milline analoogfilter seal on, siis ta hakkab sagedusi valjuhääldajalt ära võtma siinuslainest tükke välja lõigates. Lisaks põhjustavad nad madalamate sageduste hilinemist. Koolkonnad on erinevad, osadele meeldivad järsud filtrid, mis heli võimalikult väikses sagedusalas mõjutavad. Osadele meeldivad aeglased filtrid, mis heli ettevaatlikumalt kuid laiemas sagedusalas muudavad. Üldiselt ongi äärmused paremad ja keskmise agressiivsusega filtritega on kvaliteeti raskem tagada.

Nüüd kui heli on tükeldatud ja kahjuks ka nihutatud antakse vajalik sagedusvahemik õigele valjuhääldajale esitamiseks. Siin läheb teema väga keeruliseks, ja võimalikke probleeme on kuhjaga. Valjuhääldaja membraani ebaühtlane liikumine, valjuhääldaja membraani läbipaindumine, induktiivne ja massi inerts, elastse membraanirõnga poolt tekitatud heli, eri sageduste faasinihked, kõigi komponentide pealt heli peegeldused jne. Kui valjuhääldaja membraan tekitab heli, siis tekib see mõlemas suunas - nii ette kui tahapoole. Mõlemaga on seotud suur hulk akustika probleeme, mida veidi käsitlesid sageduse ja lainepikkuse blogipostitused. Üldjuhul on suurim segaja kõlarikasti sisse läinud helienergia soov midagi korda saata, kas siis kõlari paneele vibreerides, läbi valjuhääldaja tagasi peegeldudes või mõnel muul sarnasel moel. Loomulikult ei toimu see ühtlaselt, vaid kindlasti mingil ebavajalikul sagedusel, näiteks liitub ruumi resonantsiga. Ka ette suundunud helilained reageerivad kõlarikastiga ja põhjustavad probleeme, ning ka eri valjuhääldajate heli võib omavahel interferentsi tekitada, kui valida paar probleemi näidiseks.

Ning võiks ju kergendusega loota, et nüüd on kõik. Vastupidi, vähemalt sama hull või isegi veel hullem moonutaja on veel ees. Head kõlarit saab raha makstes osta. Siis on tehases insenerid vaeva näinud ja enamuse probleeme suutnud viia mittekuuldavale tasemele (sääse pirin suruõhuhaamri kõrval). Kuid tavaliselt pole ükski audioinsener ehitanud seda ruumi, kus te kõlarit kuulate. See on veel suurem ja veel võimsam kõlarikast. Kõlar on näiteks tehases häälestatud +/- 3 dB. Kuulamise ruum võib väga lihtsal viisil muuta selle mõne konkreetse sageduse jaoks +/- 10 dB, kui ruumi resonantsi tabada siis ka rohkem.

Kõik see tekst kokku tundub üsna lootusetu. Siiski on siin kaks olulist lootuskiirt. Esiteks oskavad insenerid probleeme vastastikku elimineerida. Ehk näiteks ei suuda enamus valjuhääldajaid esitada kõiki veidrusi, mida jaotusfilter elektrisignaaliga teeb. Nii võib mõnel juhul rahulikult helilainest tüki välja lõigata ja lõppheli ei pruugi see kuigi halvasti mõjutada. Ajastuse probleem on tõsisem, ka siin on lahendusi aga mitte väga lihtsaid. Teiseks harjub inimese kõrv väga ruttu. Isegi nii, et kui kodukõlar on aastaid olnud vigase profiiliga, tunduvad kõik teised kõlarid valesti kõlavat. Rääkimata sellest, et kuulmine oskab ka ruumile kohaselt helisid kuulda ja elimineerida.

Kokkuvõtteks on kvaliteetse muusika taasesitamise jaoks vaja tähtsuse järjekorras:

1. Kõlar panna ruumis õigesse asukohta. Vajadusel tegeleda ruumi akustikaga.

2. Head kvaliteetset kõlarit.

3. Ülejäänud ahelaga, mitte midagi untsu keerata

Märkused:

Hoiatusena üks märkus võimendusahela mürataseme kohta. Kõik aktiivsed komponendid võimendavad eelmise taseme omamüra muu signaali hulgas. Seega saab sama võimendusahela omamüra alla tuua kui esimesi astmeid võimendada palju ja viimaseid astmeid järjest vähem. Ehk siis näiteks saates Bluetooth signaali telefonist välja, pole mõtet seda hoida 10% peal ja lõppvõimendit 70% peal. Kuskil seal vastuvõtjas on DAC mikroprotsessor, mis selle Bluetoothi teeb audiosignaaliks ja vastavalt etteantud tasemele seda signaali võimendab. Kui signaali ettenähtud nivoo on madal siis võimendab vähe. Signaalile lisandub omamüra. Seda võimendab järgmine aste... 

Täiesti eraldiseisev teema on psühhoakustilisi trikke kasutavad seadmed ja nende poolt loodud tahtlikud moonutused. Eesmärk on väga lihtne, taju ja aju ära petta, kasutades erinevaid faasinihkeid, üle teiste sageduste moduleeritud sagedusi jne. Kui aus olla, siis on ka televisioon ja kinofilm sellised pettused, sest liikuvat pilti me ju ei näe, vaid näeme kiirelt vahelduvaid pilte. See ei takista mind telerit vaatamast. Kui teie jaoks kõlab vastav seade hästi, siis ongi kõik hästi, hoolimata sellest, et ta tegelikult ja tahtlikult heli moonutab.

Ning tegelikult on siin juhis heaks kõlariehituseks. Jah, loomulikult võib probleeme summutada ja peita. Nii saab päris hea kõlari. Siiski saab veel parema kõlari, kui probleeme vältida. Kuna füüsikaseadusi muuta ei saa, on vaja palju leidlikkust ja katsetamist, et panna needsamad füüsikaseadused hea heli huvides tööle.