Kõlari suunaprofiil

     kohaloleku efekti loomiseks

Kõlari suunaprofiil (või siis suunatus - directivity) tuleb otsustada enne kõlari ostmist. Suunatus sõltub ainult kõlari ehitusest ja seda hiljem ise muuta ei saa. Paigutust ja kõlarite suunda valides saab hiljem ainult veidi kohendada otseheli ja erinevate peegeldunud helide osakaalu ja suunda, põhiline on ikkagi kõlari enda ehitusega määratud.

Suunaprofiil on oluline loomulikult nii heli puhtuse kui kohalolekutunde saavutamiseks. Heli puhtust on lihtne saavutada, kuulake heli kõrvaklappidega ja iga heli detail jõuab teile kõrvu. Keerulisem on saavutada kohaloleku efekti. Nagu F.  E. Toole sõnab, kogu see hea helipildi teema on "segaduse ring". Selle segaduse alus kohaolekutunde osas on tõdemus, et tõelise kohaloleku efekti annab ruumikaja, mis kestab otseheli suhtes 1-2 s. Kodustes ruumides on selline ruumikaja pigem 0.2-0.4s. Kuna koduse ruumi kaja on tühine võrreldes kontsertruumiga, loetakse heaks tavaks et ruumi kaja on helisalvestise osa. Ning muusikasalvestustes olevate ruumiliste lisandite alusel võiks ruumiline helipilt tekkida ka kõrvaklappidega kuulates. Paraku see ei toimi. Järelikult on kohaoleku jaoks vaja kõlareid ja praktiline kogemus näitab, et erinevad kõlarid loovad kohaloleku tunnet erineval määral. 

Eesmärk

Teemast aru saamiseks on vaja võtta üks samm tagasi. Kui elutoas on kitarriga laulja, keda saadab näiteks trumm siis võib kindel olla kohalolekuefekti olemasolus. Nad on kohal ja efekt on nii kuuldav kui silmaga nähtav. Nii tasub mõelda, mis on muusikariistade ja lauljate heli suunaprofiil. Õnneks on Berliini Tehnikaülikool mõõtnud ära paljude muusikainstrumentide suunaprofiili. Bassihelide suhtes on enamus muusikainstrumente nähtamatud ja need on valdavalt igasuunalised. See vastab ka tavalise kõlari bassihelide suunaprofiilile. Kõrgsageduse osas võiks oodata rohkem suunatust, kuid profiile vaadates on enamuse instrumentide kõla ka seal laia suunaprofiiliga. Suunatuse indeks (Sound Directivity Index, ehk SDI) jääb enamuse muusikainstrumentide jaoks alla 4 dB, samas kui kõlaritel on see sageli kuni 12 dB. Tulemus tundub ka loomulik, sest enamus pille on loodud kogu auditooriumile esitamiseks. Üksikud tugevalt suunatud pillid on viidud orkestri tahaserva ja kogu heli suunaprofiil on lai.

Berliini Tehnikaülikool mõõtis projekti raames 22 instrumenti. Pildil on suunatuse indeksi jaoks valitud: naislaulja, kitarr, saksofon, kontrabass, trumm, viiul, flööt ja võetud nende keskmine.

See on hea juhis ka kõlari suunaprofiili valimiseks parima kohaoleku efekti jaoks. Kui kõlaritel on enamuse muusikapillidega sarnane suunaprofiil, siis on lootust et sõltumata lindistusest kõlab heli ka kõlaritest loomulikult. Nagu näha, on siin palju juttu ja vähe arve, sest "segaduse ringi" on arvudega keeruline hallata. Ka jutuga saab minna täpsemaks, nüüd juba ruumi ja kõlari koostoime juurde. Alustame haruldasematest ja harvem vajalikest lahendustest.

Suunaprofiilid

Kitsa suunaprofiiliga kõlareid on vaja kriitiliseks kuulamiseks, siis kui eesmärk on hinnata muusika esitamise detaile. Selle jaoks on võimalikult palju otseheli väga hea, heli on puhas ja hinnatav. Teine selge vajadus kitsa profiiliga kõlarite järele on siis kui ruumi peegeldused on väga jõulised ja selge helipildi jaoks on neid vaja kindlasti vähendada. Selline vajadus on kas väga peegelduvates ruumides ja/või ka väga suurtes ruumides, kus kaja ja peegeldused hakkavad helipildis domineerima. Suunatud kõlarid on abiks ka suurema ruumi kinosüsteemis. Sellises olukorras tekitab loomuliku heli paljude kõlarite kooskasutamine ja laiast heliprofiilist tulenevad peegeldused võivad helipuhtusele halvasti mõjuda. Väga suunatud kõlarid on pigem haruldased ja kallid, enamasti, kas väga suured või väga jõuliste ruuporit meenutavate lainejuhtidega lahendatud. Enamasti näeb neid maailmaklassi tähtede kontssertturneede raames, kus rekkatäite kaupa tehnikat konstserdipaikadesse üles seatakse. Samal teemal väiksemad lahendused on helistuudiotes. Seega kui näiteks pakutakse soodsa hinnaga stuudio kõlareid, tasub enne veidi kõlaritele otsa vaadata, suunaprofiilile mõelda ja kaaluda kas see ikkagi on hea kodune valik. Muusikariistade suunaprofiilidega võrreldes on tavakõlarid kõrgsageduse osas kõik kitsa suunaprofiiliga.

Teises äärmuses samuti harvem vajalik on 360 kraadi, ehk igasuunalised kõlarid. Mõned muusikainstrumendid on ka sellise profiiliga, kuid ka siin on omad piirangud. Sellist kõlarit on hea kasutada vähe peegelduvas ruumis oma muusikasaare loomiseks, kus ei ole fikseeritud kuulamiskohta. Näiteks on ta sobiv kõlar koosolekuruumis, messil, õues, L-kujulistes ruumides ja pigem taustamuusika kui keskendunud kuulamise jaoks. Kõigis sellistes olukordades on helipilt loomulik igas kuulamiskohas. Tavalises koduses toas hakkavad peegeldused heli detaile alla neelama ja heli ei ole võrdväärne veidi rohkem suunatud kõlaritega, kuigi kohaolekutunne on hea.

Nii jõuame lähemale ideaalse suunaprofiiliga kõlaritele. Vaatame selle ideaali detaile lähemalt üle erinevate sageduste.

Alustame bassist (20-300 Hz) Nii nagu muusikariistad, on ka enamus kõlareid siin igasuunalised (heli levib ka kõlari taha samaväärselt). Bassi suunatust saab seada mitmete heliallikate kooskasutamise ja helisignaali ajastamisega, kõlari enda suurus, kuju või suund seda ei mõjuta. Reeglina kõlab kontrollitud bass ruumis paremini, ehk tasub kasutada mitut bassikõlarit. Põhiline mure on muidugi ruumi resonantsid ja nende haldamiseks on mitu bassikõlarit samuti hea lahendus. Bassi suunaprofiili saavutamine on omaette teadus ja pole kogu helipildi jaoks määrava tähtsusega (kuigi parandab helipilti, seda eelkõige ruumi resonantside parema haldamise abil).

Kesksageduse (300 - 1000 Hz) suunaprofiil on keskmise suurusega kõlaritel väga sarnane keskmise muusikainstrumendi suunaprofiilile. Nii ühel kui teisel kõigub suunaprofiil (SpDI) selles vahemikus 3 - 4 dB lähedal. Siin võib ka eristada horisontaalset ja vertikaalset suunaprofiili. Vertikaalne profiil võiks olla suunatum ja horisontaalne laiem. Ideaalne on siis 4-5 tollised kesksageduse valjuhääldajad. Kui neid on mitu ülestikku, siis on vertikaalne profiil veidi piiratum ja kuigi võib ka veidi lainetada, on siiski see pigem tavaline kallite kõlarite lahendus. Lisaks vähendab kesksageduste esitamine mitmest valjuhääldajast põranda ja laepeegeldustest tekkinud interferentsi kuulamiskoha heliprofiilis. Nii on siin väike kaotus ja veidi suurem võit. Samas toimib ka üks 5-8 tolline kesksageduse valjuhääldaja väga hästi ja autoriteetsed allikad väidavad, et põranda ja laepeegelduste vähendamine mõjutab tajutavat helipilti üsna vähe.

Kõrgsageduse alumine pool (1-7 kHz) on veel nootidega kaetud ja helipildi tõlgendamiseks väga oluline vahemik. Erinevalt kõlaritest on sagedamini kasutatavad muusikariistad siin laia profiiliga. Näiteks laulja hääle SDI on keskmiselt 4,6 ja maksimaalselt 6 dB, kitarri SDI on keskmiselt 2,2 ja maksimaalselt 4,6 dB. Hästi teostatud tavakonfiguratsiooniga kõlaril on SDI siin keskmiselt 5 - 8 db. Ilmselgelt on siin koht kus saab midagi ette võtta, et suunaprofiil ja sellega ka kohaolekuefekt paremad oleksid. Esimene ja kõige lihtsam lahendus on faasipunn - kõrgsageduse valjuhääldaja keskel on väike plaat, koonus või mingi muu liikumatu takistus, mille eesmärk on kõrgsagedusi hajutada. See töötab, aga tavateostuses pigem kõrgsageduse kõrgemas otsas. Teine võimalik lähenemine on eraldi kõrgsagedusi hajutav lainejuht (näiteks nagu TiFi Elf), kuid seda on tavakonfiguratsiooniga kõlaril väga keeruline teostada. Samas toimib see väga hästi just vaadeldavas sagedusvahemikus. Neljas võimalus on nn supertweeter. Teda reklaamitakse küll ideega, et esitab heli kuni 30-40 kHz, aga reaalne kasu on tast teistugune. Väga väikse membraaniga võib tema suunaprofiil olla kõrgsagedusele laiem kui tavapärasel kahetollisel kõrgsageduse valjuhääldajal. Sama on võimalik saavutada väikse kõri läbimõõduga kõrgsagedusele mõeldud kompressioonvaljuhääldajast, mis sobiva lainejuhiga koos võib olla ka laia suunaprofiiliga. Ning viimase võimalusena saab veidi ära teha lainejuhtidega (ehk siis ruupori moodi moodustis kõrgsageduse kõlari ümber), kuid need mõjuvad tavakõlaril enamasti ainult kõrgsageduse madalamas otsas ja ülesannet nagu see siin kirjeldatud on ei lahenda.

Kõrgsageduse ülemine pool (7-20 kHz) on muusikariistadel samuti üllatavalt laia heliprofiiliga ja on kitsas ainult väga suunatud muusikariistadel (näiteks tuuba). Kuid siin on olulise eripärana helirõhu tase enamusel muusikariistadel väga väike. Nii on otstarbekas, et kõlari otseheli kataks vajalikud kuulamiskohad, kuid ei levi laiemalt. Sellist laiust aitab saavutada, väike faasipunn  (näitena on selline kõrgsageduse faasipunn TiFi Heliosel ja põnevam versioon sellest KEF Metal), või kõrgsagedusmembraani veidi muudetud profiil.  Võimalik, et ka siin on laiast heliprofiilist kasu, sest see aitaks hoida kõlatämbri ühtsust peegeldunud ja otseheli võrdluses, kuid selle ülesande lahendamine võib heli selgusele ka halvasti mõjuda, sest siin suunaprofiili laiendades jõuame igasuunalise kõlari probleemide juurde. Nii piirdutakse siin tavaliselt heliprofiil ühtluse ja kuulamiskohtade katmisega.

TiFi erinevad kõlarid võrreldes muusikariistade keskmise suunaindeksiga. TiFi Helios on lähim tavakõlarile (siiski tavakõlarist pigem laiema suunaprofiiliga), TiFi Elf oma unikaalse kõrgsageduse laienejuhiga on tavapärasest laiema helipildiga ja TiFi Poseidon on igasuunalise heliga kõlar.

Järeldused

Tulles tagasi kõlaritest esitatava muusika ja tavalise kuulamisruumi juurde võib eeltoodust pakkuda välja mõned hüpoteesid (milles mõned on ka tõestatud, kuid kõik ei pruugi olla)
- Keskmiselt on laia suunaprofiiliga kõlar paremini kohalolekuefekti tekitav kui kitsa suunaprofiiliga kõlar.
- Eriti oluline on kõlari lai suunaprofiil sagedusvahemikus 1-7(10) kHz
- Eelmisest hüpoteesist lähtuvalt võivad kõrgsageduste helisummutajad toa külgedel kohalolekuefekti vähendada. 
- Kõlarite sissepööramine või möödapööramine kuulamiskoha suunast mõjutab kohalolekuefekti ja võimaldab veidi kompenseerida kõrgsageduse kitsast suunaprofiili.

Käesoleva postituse väliselt, kuid levinud hinnangute kohaselt:
- Kohalolekutunnet on lihtsam saavutada, kui kõlarid on nende taga asuvast seinast kaugemal (pigem toa keskel, kui tagaseina lähedal)
- Kohalolekutunnet võib aidata saavutada ka kõlarite kuulamine lähemalt. (Lähemalt kuulates hilineb peegelduste heli suhteliselt rohkem ja helipilt muutub ruumilisemaks.) 

Eeltoodu vastab ka F. E. Toole  järeldusele, kõige parema kohalolekutunde loovad laia heliprofiiliga kõlarid, mille heli otsevaates ja esmaste peegelduste heli on sarnase profiiliga ja kus kuulamisruumis esmased peegeldused levivad ilma nende sagedusjaotust muutmata. Huvitava nüansina, oli nende testis kohaolekutunne parem isegi siis, kui laiema suunaprofiiliga kõlaril oli heliprofiilis ebaühtlust rohkem.

Elu teeb keeruliseks see, et ainult kõlari vaatamise alusel tema suunaprofiili ennustada on küllalt raske, saab ainult oletada. Tavapärasest laiemale suunaprofiilile viitavad kesksageduste juures: kitsas kõlari korpus ja väiksemate valjuhääldajate kasutamine; kõrgsagedusvaljuhääldaja: väiksus, faasipunn, kompressioonvaljuhääldaja, kiirelt laienev lainejuht, eraldi korpuses. Oletamiseks on parim abivahend otsida huvipakkuvale kõlarile sarnase välimusega kõlareid www.spinorama.org kodulehelt ja vaadata seal üle nende suunaprofiilid. Paraku ei pruugi ka selline haritud oletamine kõrgsageduse osas eriti head vastust anda, sest kõrgsagedust määravad detailid on enamjaolt väiksed. Siiski on see parem kui kõlarit huupi osta. Veidi kindlam variant on osta kõlar, mille spinorama on olemas ja kas tootja enda poolt või siis sõltumatute huviliste poolt mõõdetud ja esitletud.

Minu eelistus on antud kirjeldusele vastav, sageduse kasvades kitsenev heliprofiil, kuid aeglasemalt kui keskmisel kodukõlaril. 

Suurim erinevus tavakõlari SpDI-st on umbes 5-7 kHz juures. Antud profiili raames on täiendavalt abiks kui otseheli ja esmased peegeldused on omavahel sarnased graafikud, soovitavalt võimalikult sirged.

Muusikariistade suunatuse indeks on väga lähedal TiFi Elf suunatuse indeksile. Lähim suunaprofiil, mida üle erinevate kõlarite olen näinud. See selgitab, miks teistega võrreldes TiFi Elfi kohaolekutunnet teistest paremaks hinnatakse.

Märkused

See ei ole tõestatud soovitus, vaid mõõtmistest, kuulamisest ja teadusrefereeringutest tulenev hüpotees, mida on võimalik ka kõlarit ehitades saavutada. Loomulikult on see pigem keskmine ootus ja konkreetses ruumis võib teistsugune suunaprofiil parem olla. Samuti on olemas erilahendusega kõlareid, mida tavalise suunaprofiiliga ei saa käsitleda.

Vaadates läbi www.spinorama.org kõik lootustandvate kõlarite suunaprofiilid tuleb tunnistada, et kõrgsageduste ühtlaselt lai suunaprofiil on tõeline haruldus. Mõned üksikud olid sellised, kus kas kõrgsageduse alumises otsas või ülemises otsas oli laiema profiiliga koht. Kõik ülejäänud, tunde järgi 98% olid sellised, kus SpDI läks 1-2 kHz juures üle 5 dB ja edasi suurenes koos sagedusega. Kõlarimaailma mõistes ei ole need veel "suunatud kõlarid", kuid kohalolekutunnet loovad nad vähem kui vaja.