Bassoelelementin kotelointitavalla tai koteloimatta jättämisellä on suuri vaikutus bassotoistoon. Hyvä lopputulos voidaan saada monella eri tavalla, mutta kannattaa tietysti ymmärtää eri tapojen heikkoudet ja vahvuudet.
Kaiutinkotelon ei tulisi hifikaiuttimessa värittää ääntä. Kotelon pitää siis olla värähtelemätön, se on sanomattakin selvää. Emme kuitenkaan paneudu nyt tukevan kotelon rakenteeseen vaan siihen, miten eri kotelotyypit vaikuttavat basson laatuun.
miten eri kotelotyypit vaikuttavat basson laatuun
Valtaosa markkinoilla myytävistä kaiuttimista on bassorefleksikoteloituja. Refleksikotelosta saa eniten bassoa ja pienimmässä paketissa, muttei laadullisesti parasta – jokainen voi miettiä mielessään, mitä se meistä ostajista kertoo.
Kotelotyyppi ja mahdollinen kotelottomuus vaikuttavat lähinnä bassoalueelle. Etulevyn koko, mitat ja kaiutinelementtien sijoittelu siihen vaikuttavat myös keskialueelle ja diskanttiin, mutta varsinainen kotelotyyppi tekee muutoksia kaiuttimen toimintaan nimenomaan bassoilla, karkeasti sanottuna alle sadassa hertsissä. Koteloimattomuus vaikuttaa sitten bassojen lisäksi alakeskialueelle asti.
Ympärisäteilevä bassokotelo
Konserteissa käytettävät patteristot bassotorvia ovat asia erikseen, mutta kotikäytössä olevat normaalit koteloidut kaiuttimet ovat käytännössä aina bassotaajuuksilla ympärisäteileviä. Tämä tarkoittaa sitä, että jos laitat kaiuttimen keskelle pihaa ja 50 hertsin testisignaalin soimaan, voit kävellä kaiuttimen ympärillä esimerkiksi kahden metrin päässä ja signaali kuuluu joka suuntaan yhtä voimakkaasti.
Vanha vinoilu kaiuttimen kääntämisestä bassoelementti kohti ärsyttävän naapurin seinää ei siis oikeasti vaikuta mihinkään.
Koska peruskaiutin toistaa bassoa yhtä lujaa joka suuntaan, se myös herättää kaikki kuunteluhuoneen bassoresonanssit. Vanha vinoilu kaiuttimen kääntämisestä bassoelementti kohti ärsyttävän naapurin seinää ei siis oikeasti vaikuta mihinkään. Äskeinen pätee silloin kun bassoelementin paikka pysyy vakiona ja kotelo liikkuu sen pisteen ympärillä. Jos kaiutinkotelon kääntää toisinpäin keskipisteensä ympäri, bassoelementin sijainti huoneessa muuttuu ja se herättää huoneen bassoresonansseja eri tavalla aivan kuten kaiuttimen siirto aina tekee.
Suljettu kotelo on yksinkertaisin kotelo, mutta myös erittäin toimiva
Sulkemalla bassoelementin takasäteily koteloon saadaan yksinkertaisin versio kaiutinkotelosta. Hyviä puolia on paljon. Äänenlaadullisesti hyvää on se, että ääntä tuottaa vain vahvistimella ohjattava kaiutinelementti eli bassotoistosta on verrattain helppoa saada kyseisen elementin suorituskyvyn rajoissa sellainen, mitä halutaan.
Suljetussa kotelossa viisaus ”valitse kaksi kolmesta: kotelon pienuus, basson herkkyys (äänenvoimakkuus suhteessa kaiutinelementille syötettävän tehon määrään) ja basson ulottuvuus mahdollisimman matalille taajuuksille” toimii esimerkillisesti. Mataliakin bassoja toistava kaiutin, joka on herkkä eli ei tarvitse hurjasti tehoa soidakseen järkevällä voimakkuudella onnistuu vain isossa kotelossa jne.
Kotelon muoto on sekin hyvin vapaasti valittavissa. Kunhan bassoelementti mahtuu koteloon ja tilavuus on tarvittava, muoto voi olla aika mitä vain: seinärakenteeseen uppoava lituska, klassisen epäkäytännöllinen subwoofer-kuutio tai vaikka tiikeripatsaalta näyttävä ratkaisu.
Suljetun kotelon etu kääntyy myös sen ongelmakohdaksi. Kun kaikki ääni tulee vain itse kaiutinelementistä, tarkoitukseen liian rimpulan bassoelementin ääni voi mennä särölle kun haetaan suurempia äänenpaineita. Jos halutaan tuottaa koko ajan yhtä suuri äänenpaine, pitää kartion liikepoikkeaman nelinkertaistua aina kun taajuus puoliintuu eli siirrytään bassoilla oktaavi alaspäin. Esimerkiksi jos 100 hertsillä saadaan haluttu määrä ääntä 1 mm liikepoikkeamalla, pitää oktaavia alempana 50 hertsillä kartion liikkuakin jo 4 mm ja siitä vielä oktaavia alempana 25 hertsillä jopa 16 mm.
Mitä pidempää kartion liikepoikkeamaa tarvitaan, sitä enemmän elementti tuottaa myös säröä ja mitä enemmän elementille ajetaan tehoa, sitä enemmän sen puhekela kuumenee ja aiheuttaa kompressiota. Riittävän järeä suljettukoteloinen bassokaiutin on kuitenkin ympärisäteilevyyden ongelmat poislukien äänenlaadullisesti erinomainen bassoratkaisu.
Suljetun kotelon etuihin voi laskea myös loivasti laskevan bassovasteen eli bassotoisto vaimentuu miedommin suhteessa taajuuteen kuin refleksissä tai transmissiolinjassa. Tästä on se etu, että suljettu saa selvimmin hyötyä huoneen tuomasta bassokorostuksesta alimmille taajuuksille ja bassotoisto voikin ulottua kuunteluhuoneessa todella paljon alemmas kuin simulaatiossa tai ulkomittauksissa.
Refleksikotelo, se kaikkein yleisin
Refleksikotelo tarkoittaa ratkaisua, jossa resonaattori voimistaa bassotoistoa halutulla taajuusalueella varsinaisen vahvistimeen kytketyn bassoelementin tukena. Resonaattori voi olla putkessa tai kanavassa oleva ilmapatsas, mutta se voi myös olla passiivielementti eli passiivisäteilijä eli bassoelementti, jossa on vain kartio ripustuksineen, mutta ei moottoria.
Refleksiputki on halvin ratkaisu ja toimiva, siksi yleisimmin käytetty. Jos putken halkaisijaa pitää kasvattaa puhallusäänien välttämiseksi ja / tai viritystaajuuden saamiseksi riittävän matalaksi, putken pituus voi kasvaa epäkäytännöllisen suureksi. Silloin on järkevämpää käyttää passiivisäteilijää, jonka viritystaajuutta saadaan muutettua säätämällä sen massaa.
Mikä vain resonanssi vaatii riittävästi aikaa herätäkseen. Jos annat keinussa istuvalle lapselle yhden tuuppauksen, tulos ei ole ilosta kiljuva lapsi vaan vain pieni heilahdus. Sitten seitsemännen tai kymmenennen vauhdinannon jälkeen keinuva lapsi menee lujaa ja homma toimii. Sama tapahtuu refleksikotelossa. Kun bassoelementti on kotelon viritystaajuudella antanut resonaattorille riittävän monta kertaa ”vauhtia”, resonanssi on voimakas ja tuottaa kunnolla ääntä. Refleksikotelo myös kuormittaa viritystaajuudella kaiutinelementtiä huomattavan paljon eli tuottaa bassokartion liikkeelle vahvan vastapaineen ja kartion liike jää hyvin pieneksi (samalla tavalla kuin aikuinen saa melko pienellä käsien liikkeellä lapsen heilumaan keinussa edestakaisin useamman metrin). Tämä auttaa pitämään säröä vähäisenä tuolla alueella.
Resonanssin takia refleksikotelo ei voi koskaan olla nopein mahdollinen viritystaajuudellaan, se resonanssi pitää aina ensin herättää siinä missä suljetun kotelon bassoelementti liikkuu samantien vahvistimen ohjaamana.
Kotelossa kotelon sisällä oleva ilma muodostaa jousen, joka vastustaa kaiutinkartion liikettä. Suljetussa kotelossa tilanne on kaikkein selkein, mutta sama tapahtuu refleksikotelossakin viritystaajuutta korkeammilla signaaleilla.
Suljettua pehmeämmän soinnin lisäksi toinen refleksikotelon haittapuoli on se, että viritystaajuutta matalammilla bassoilla refleksikotelo ei jarruta kartion liikettä enää ollenkaan. Tulos voi olla bassoelementin pohjaaminen ja mahdollisesti jopa rikkoontuminen. Kun bassokartion takasäteily pääsee refleksiputken/kanavan tai passiivisäteilijän kautta kotelosta ulos, se vastakkaisvaiheisena kumoaa etusäteilyn ja tulos on, että refleksikoteloidun kaiuttimen bassotoisto vaimenee hyvin nopeasti kotelon viritystaajuuden alapuolella. Jos kaiuttimelle syötetään viritystaajuutta matalampaa bassoa, tulos on paljon turhaa kartion lepatusta, mutta ei ääntä. Aktiivikaiuttimissa, olivat ne subwoofereita tai kokoäänialueen kaiuttimia, tämä estetään lähes aina suodattamalla viritystaajuutta matalammat taajuudet signaalista jo ennen vahvistinta. Passiivikaiuttimet sen sijaan voivat olla kirjaimellisesti helisemässä.
Miksi bassorefleksikotelo sitten on kaikkein yleisin, vaikka se on äänenlaadullisesti hifimielessä hitautensa takia suljettua huonompi ja yliohjausvaarakin on? Ensimmäinen on, että refleksikotelolla saadaan pienemmästä tilavuudesta yhtä paljon bassoa kuin isommasta suljetusta. Toinen on tietysti juuri hinta, hyvin halvalla ratkaisulla saadaan venytettyä bassotoistoa alemmas kuin suljetussa kotelossa ja enemmän bassoa on monelle sama asia kuin parempi kaiutin. Eikä siitä tarvitse kenenkään potea huonoa omaatuntua, koska ”it’s all about the bass” ei ole tuulesta temmattu ajatus.
Yksi oleellinen asia on myös se, että moni pitää siitä pulleammasta ja pehmeämmästä bassosta enemmän kuin suljetun kotelon tarkasta ja tiukasta. Suurin osa on myös tottunut siihen ja se tuntuu siksi ”oikealta”. Lisäksi huoneen aiheuttamat ongelmat ovat joka tapauksessa monia kertaluokkia suurempia ja hyvin suunnitellun refleksikotelon äänenlaadun jääminen suljetulle tai transmissiolinjalle peittyy kyllä käytännössä niiden alle.
Transmissiolinja, refleksin edut ilman haittoja
Transmissiolinjassa bassoelementin takaa johdetaan pitkä kanava ulkomaailmaan. Refleksikotelossa viritystaajuus haetaan yleensä sellaiselle alueelle, jossa suljetussa kotelossa bassotoisto olisi jo vaimentunut ja saadaan näin tuotua sinne lisää energiaa, siten bassotoisto ylettyykin alemmas. Transmissiolinjassa idea on samankaltainen, riittävän pitkällä ja sopivasti vaimennetulla kanavalla viivästetään bassoelementin takasäteilyä niin, että se on halutulla taajuusalueella samassa vaiheessa kuin bassoelementin etupuolen säteily. Tyypillisesti tuo haluttu taajuusalue on se, jossa etupuolen säteily on jo vaimentunut ja viivästetty takasäteily tulee tueksi.
kanavan mitoitus niin pituuden kuin poikkipinnankin suhteen ja vaimennus vaativat paljon tietotaitoa ja kokeilua
Koska transmissiolinjassa kyse ei ole resonanssista, refleksikotelon kaltaista hitautta alabassoilla ei ole. Sen sijaan kanavan mitoitus niin pituuden kuin poikkipinnankin suhteen ja vaimennus vaativat paljon tietotaitoa ja kokeilua. Vaikka otsikossa lukeekin, ”refleksin edut ilman haittoja”, on transmissiolinjalla yksi selvä haittapuoli: kotelosta tulee pitkän ja poikkipinta-alataan suuren kanavan takia myös väkisin kookas. Koon lisäksi toinen haitta on se, että refleksikotelon lailla transmissiolinja ei jarruta kartion liikettä infraäänillä.
Bandpass, paljon ääntä laadun kustannuksella
Bandpass eli kaistanpäästökotelo toimii nimensä mukaisesti, se toistaa vain melko kapeaa kaistaa. Koska kaikki ääni tulee kuuluville resonaattorin kautta, bandpass ei voi koskaan olla yhtä napakka ja tarkka kuin suljettu kotelo tai refleksiviritetty, jossa vain alimmat bassot toistuvat resonaattorilla.
Oikealla virityksellä saadaan herkkyyttä kuitenkin kasvatettua verrattuna peruskoteloihin eli samalla teholla saadaan enemmän ääntä kuin esimerkiksi suljetusta kotelosta. Mitä enemmän mitoituksella kasvatetaan herkkyttä, sitä kapeammaksi toistokaista käy.
Torvikotelot
Torvikoteloiden idea on tuottaa selvästi enemmän ääntä samalla teholla kuin esimerkiksi mitä suljetusta tai refleksikotelosta voisi saada. Haittapuoli on koteloiden huomattavan suuri koko.
Haittapuoli on koteloiden huomattavan suuri koko.
Torvia tehdään kotikäyttöönkin: joitain hyvin pienitehoisille putkivahvistimille, joiden kanssa maksimaalisen suuri herkkyys on oleellista ja myös jääkaappipakastimien kokoisina kotiteatterien subwoofereiksi, jos halutaan saada todella paljon matalaa bassoa. Käytännössä 99,9% tapauksista joku muu ratkaisu on kuitenkin niin olohuoneessa kuin kotiteatterissakin käytännöllisempi kuin torvibasso.
Dipolibasso on järkevä, ei eksotiikkaa
Dipolibasso on yleisin ja selkein rakenne, jossa bassotaajuudet eivät toistukaan ympärisäteilevinä – joka suuntaan yhtä voimakkaina. Dipolibassossa bassoelementti on koteloimaton, vain kiinnitettynä pelkkään levyyn tai jossain tapauksissa ihan sellaisenaan ilman edes mitään levyä ympärillään. Dipoli toistaa ääntä eteen ja taaksepäin, mutta äänenvoimakkuus vaimenee sitä enemmän, mitä enemmän siirrytään kulmaan. 60 astetta sivulle toisto on vaimentunut 6 desibeliä suoraan eteenpäin lähtevään ääneen verrattuna ja suoraan sivulle ääntä ei tule käytännössä ollenkaan koska muuten muuten identtiset, mutta keskenään vastakkaisvaiheiset etu- ja takapuolen bassoaallot kumoavat toisensa. Dipolibasso voidaan tehdä yhtä hyvin tavallisilla dynaamisilla elementeillä tai sitten magnetostaattisena tai sähköstaattisena paneelikaiuttimena.
Dipolibassolla on kaksi selvää etua ja kaksi selvää haittaa koteloihin verrattuna. Etuna on se suuntaavuus, jonka ansiosta dipoli herättää vähemmän huoneresonansseja ja siten etenkin bassoa ulos vuotamattomassa kivihuoneessa dipolibasso on helposti todella paljon tarkemman kuuloinen kuin kotelobasso. Lisäksi kun kuuntelupaikalle saatava äänenvoimakkuus on sama, dipolibasson kokonaissäteily huoneeseen on 4,8 desibeliä pienempi kuin kotelobasson eli muihin huoneisiin ja naapureihin ääntä päätyy oleellisesti vähemmän.
Yhtenä huonona puolena on se, että mitä matalampia taajuuksia eli suurempaa aallonpituutta dipolibassolla toistetaan, sitä voimakkaammin etu- ja takasäteily kumoavat toisiaan. Dipolin vaste laskee luonnostaan kuusi desibeliä oktaaville kohti matalia taajuuksia. Jos levyyn asetetun bassoelementin herkkyys on vahvistimen syöttämällä jännitteellä esimerkiksi 90 desibeliä 200 hertsillä, se on 90 – 6 = 84 desibeliä 100 hertsillä ja 90 – 6 – 6 = 78 desibeliä 50 hertsillä. Tuo kuuden desibelin vaimennus vaatii kompensoitiin nelinkertaisen tehon eli esimerkissä 50 hertsille pitää syöttää 4 x 4 = 16-kertainen määrä tehoa suhteessa 200 hertsiin, jotta saadaan sama äänenpaine.
Kun reserviä on runsaasti, voidaan sitä hukata ja saada eduksi bassotaajuuksienkin suuntaavuus.
Normaalissa passiivikaiuttimessa asia kääntyy toisinpäin eli ylempiä taajuuksia vaimennetaan vastaamaan halutun alarajataajuuden herkkyyttä. Kummasta suunnasta laskien tahansa tämä on se syy, miksi dipolikaiuttimissa on yleensä railakkaasti enemmän säteilevää bassopinta-alaa kuin kotelokaiuttimissa. Kun reserviä on runsaasti, voidaan sitä hukata ja saada eduksi bassotaajuuksienkin suuntaavuus.
Toinen dipolin huono puoli on se, että dipolikaiutinta ei voi asettaa ihan lähelle seinää tai takasäteilyn etusäteilyä kumoava vaikutus voimistuu entisestään. Tyypillisesti noin metri on hyvä lähtökohta kokeiluille kun etsii dipolikaiuttimen sopivaa etäisyyttä kaiuttimen takana olevaan seinään.
Kapea vai leveä dipoli?
Usein näkee dipolikaiuttimia, joissa etulevy on selvästi kaiutinelementtiä leveämpi. Tällä haetaan lisää herkkyyttä alimmille taajuuksille verrattuna elementin levyiseen etulevyyn, mutta ongelma on, että dipolisuuntaavuus muuttuu sulavasti säteilevän pinnan koon mukaan suuntaavuuteen vain kun etulevyä on mahdollisimman vähän.
Jo varsin pieni etulevyn koon kasvatus tuottaa taajuusvasteeseen turhaa aaltoilua, joka ainakin omissa protoissani osuu aina juuri jakotaajuusalueelle ja tekee mahdollisimman siistin sovituksen tekemisen mahdottomaksi. Se on yksi syy siihen, miksi omissa dipoleissani (esimerkiksi Äänilevy-kaiutinrakennusohjeet) etulevyä ei ole juuri elementtiä leveämmälti. Reilumpi ero etulevyn koossa suhteessa säteilevään pintaan muuttaa taajuusvastetta toiminta-alueen yläpäässä sivusuuntiin niin paljon, että esimerkiksi alla näkyvän ratkaisun sovittaminen siististi diskanttielementtiin olisi täysin mahdotonta.
Taakse osoittavat laipat taas – oli niitä yhdellä puolella tai molemmin puolin – tekevät kaiuttimen suuntaavuudesta epätasaista. Alhaalla näkyy alkuperäinen 3″ laajakaista 10 x 12,5 cm etulevyssä -rakenne ”terästettynä” ensin molemmin puolin olevilla laipoilla ja sen jälkeen jommalle kummalle puolelle taaksepäin osoittavalla laitetulla laipalla. Vasteista näkee, miten taso laskee kulmiin bassoilla, mutta ei toiminta-alueen yläpäässä. Kaiutin siis muuttuukin pienietulevyisestä vakiosuuntaavasta keskialueella ympärisäteileväksi. Lisäksi vain yhdelle puolelle asennettu laippa tuottaa epäsymmetrisen tuloksen eli taajuusvaste vasemmalle ja oikealle on erilainen.
Harvinainen kardioidibasso
Jos dipolibassot ovatkin koteloihin verrattuna harvinaisia, kotikäytössä kardioidibassoihin ei törmää juuri koskaan. Kardioidi säteilee ääntä etusektoriin, vähemmän sivuille ja ei yleensä ollenkaan taaksepäin. Periaatteessa se siis olisi kotikäyttöön äänenlaadullisesti parempi kuin kotelot ja päinvastoin kuin dipolin, sen voisi asettaa ihan seinää vasten.
Yksi vaihtoehto kardioidibasson toteuttamiseen on resistanssikotelo. Siinä bassokartion takasäteilyä viivästetään ja vaimennetaan ennen kuin se päästetään hallitusti vuotavan kotelon sivuilta tai takaa ulos. Erityisesti sarjatuotannossa resistanssikotelon saaminen hallitusti ja tasalaatuisesti vuotavaksi voi olla vaikeaa ja tämä saattaa olla yksi syy siihen, miksei rakennetta näy kaupallisissa kaiuttimissa juurikaan. Toinen ratkaisu on käyttää erillistä kaiutinelementtiä kumoamaan pääbassoelementistä taaksepäin säteilevää ääntä. Teki kardioidin sitten resistanssikotelona tai erillistä taaempana olevaa bassoelementtiä käyttäen, senkin hyötysuhde heikkenee dipolin lailla kohti matalimpia taajuuksia ja kartiopinta-alaa tarvitaan selvästi enemmän kuin tavallisessa kotelokaiuttimessa.
Suomessa HIFI-lehden Pekka Tuomela suunnitteli normaalia suuntaavamman C1-kaiutinrakennusohjeen, jonka suuntakuvio oli alakeskialuelle asti kardioidi ja bassoksi sai valita dipolin tai kardioidiversion. Saman suunnittelijan HIFI 45/3-rakennusohjekaiuttimen keskiäänielementti oli avoin ja takaa vaimennettu, sekin toimi kardioidisuuntakuvioisena koko toiminta-alueellaan. Näiden lisäksi ainakin Kimmo Saunisto on tehnyt hienoa työtä resistanssikoteloiden tutkimisessa kardioidibassokäytössä ja Jussi Hoffren on tehnyt kardioidibassoisia kaiutinmalleja. Ehkä me näemme joskus kotimaisen kaupallisen hitech-kaiuttimen, jossa hallittu suuntaavuus ylettyy bassotaajuuksille asti.
Dipolibassoinen, keskialueeltaan resistanssikoteloinen ja diskantilla suuntaimella terästetty Gradient Revolution taas on ympäri maailmaa arvostettu kaiutin, jossa on varsin älykäs rakenne. Sekin suomalainen.
Kaiutintekniikan perusteet -sarjan muut osat:
Kaiutintekniikan perusteet osa 1, mitä kaiuttimen ulkonäöstä ja esitenumeroista voi päätellä?
Kuvat: Samu Saurama
Kommentointi suljettu.