Diskantin edessä oleva suuntain kaiuttimissa herättää tunteita suuntaan ja toiseen. Hyvin tehtynä siitä on valtava määrä etua äänensävyn ja äänen yleisen puhtauden eduksi.
Suuntain ja torvi kaiuttimessa ovat asioita, jotka herättävät huomattavan paljon tunteita – myös negatiivisia. Osittain tämä johtuu siitä, että suuntaimia on ollut myös sellaisissa kaiuttimissa, joiden äänensävy ei ole erityisen miellyttävä. Ja kun kädet laittaa suun eteen torveksi, oman puheäänen sävy muuttuu täysin erilaiseksi ja ensiajatus olisi, että kaiuttimenkin äänensävy muuttuu suuntaimella vinksalleen. Vaan ei muutu, koska jakosuotimella joka tapauksessa korjataan paljon yksittäisten elementtien äänensävyä (oli niillä suuntain edessä tai ei) sen lisäksi, että suodatetaan kullekin vain haluttu taajuuskaista toistettavaksi.
kun kädet laittaa suun eteen torveksi, oman puheäänen sävy muuttuu täysin erilaiseksi ja ensiajatus olisi, että kaiuttimenkin äänensävy muuttuu suuntaimella vinksalleen. Vaan ei muutu
Tässä artikkelissa keskitytään diskantin suuntaimiin, vaikka suuntaimia käytetään jonkin verran myös keskiäänielementeillä. Suuntain on sen verran paljon kaiuttimen toimintaan vaikuttava osa ja niin paljon sekaannusta aiheuttanut lehdistöä myöten (etenkin ulkomaista), että siitä on kokonaan oma osansa kaiutintekniikka-sarjassa. Lyhyesti tiivistettynä suuntain:
-kaventaa diskantin suuntakuviota keskiäänielementin suuntakuviota vastaavaksi jakotaajuusalueella
-vähentää diskantin säröä toiminta-alueen matalimmilla taajuuksilla
-mahdollistaa matalamman jakotaajuuden ja siten pitää taajuusvasteen siistimpänä jakotaajuusalueella kun liikutaan kuunteluakselilla pystysuunnassa
-vähentää diffraktioita kotelon särmistä ja siten tarkentaa stereokuvaa ja pitää diskanttitoiston ylipäätään mahdollisimman puhtaana
-siirtää diskantin säteilykeskipistettä taaemmas ja helpottaa siten vaihesovitusta keskiäänielementtiin
Suomalaiset voivat ihan hyvin paukutella henkseleitään siitä, miten aikaisessa vaiheessa tuon pienen muodon hyödyllinen apu osattiin ottaa käyttöön.
Se pieni suppilomuoto diskanttielementin edessä ei siis todellakaan ole mikään tarpeeton rakenne. Esimerkiksi Genelec 1022A:ssa oli suuntain sekä diskantilla että keskiäänielementillä jo vuonna 1985 kun kaiutin tuli markkinoille. Gradient Avantissa oli diskanttisuuntain ja kaiutin on vuodelta 1989. Ja Antti Louhivaaran ASL H7 ja H9 vuodelta 1995 olivat kookkailla suuntaimillaan ehkä hyvinkin selvä lähtölaukaus edelleen varsinkin kaksitiekaiuttimissa usein nähtävälle rakenteelle, jossa suuntain on yhtä suuri kuin bassokeskiääninen. Suomalaiset voivat ihan hyvin paukutella henkseleitään siitä, miten aikaisessa vaiheessa tuon pienen muodon hyödyllinen apu osattiin ottaa käyttöön. Isompia torvia taas on käytetty niin elokuvateattereiden kuin PA-äänentoiston puolella iät ja ajat, samoin myös tietyissä kookkaissa ja herkissä hifikaiuttimissa.
Yleistäen, mitä kookkaampi suuntaimen suu on, sitä matalammille taajuuksille se toimii ja mitä kapeampi suuntaimen muoto on (mitä syvempi se on suhteessa suuhun), sitä kapeampaan keilaan se projisoi pääosan äänienergiasta.
Suuntaimella voidaan tehdä äänensävystä tasapainoisempi
Suuntain on oleellinen osa sitä, miten kaiuttimen suuntakuviota hallitaan ja saadaan tasainen ja halutun voimakkuuksinen suuntaavuus aikaiseksi. Kohta ”halutun voimakkuuksinen suuntaavuus” kannattaa lukea ja sisäistää kunnolla: suuntain voi siis olla myös kaiuttimessa, jonka suuntaavuus on pientä. Loiva suuntain diskantin edessä kaventaa hieman diskantin säteilykeilaa niin, että suuntaavuus pysyy mahdollisimman vähän taajuudesta riippuvana ja etenkin mahdollisimman tasaisesti muuttuvana.
Tasainen taajuusvaste tarkoittaa, että kaikki taajuudet toistuvat yhtä suurella voimakkuudella eli äänensävy on neutraali, luonnollinen. Usein markkinoinnissa näytetään mitattu taajuusvaste ainoastaan suoraan eteenpäin eikä sivuille tai varsinkaan ylös/alas. Tyypillisessä olohuoneessa kuuntelemme 10 – 20 % suoraan kaiuttimista tullutta ääntä ja 80 – 90 % huoneesta tulleita heijastuksia, joten on selvää, että kaiuttimen muihinkin suuntiin kuin suoraan eteepäin säteilemän äänen tasapainoisuus on erittäin tärkeää, jos halutaan saada toistettua ääni luonnollisena kuuntelupaikalle.
Kaiutin, jonka äänensävy pysyy samankaltaisena suoraan eteenpäin ja sivuille, kuulostaa myös aina itseltään – riippumatta kuunteluetäisyydestä tai tilan akustoinnista. Tekemällä huoneakustiikasta vaimeampi tai kuuntelemalla kaiuttimia lähempää, suoran äänen osuus kasvaa ja olisi tietysti epäloogista, jos kaiuttimen äänensävy muuttuisi ihan vain kuunteluetäisyyttä muuttamalla. Tasainen suuntaavuus ja ainakin tasaisesti muuttuva suuntaavuus auttaa juuri siinä, että äänensävyssä sivusuuntiin ei tapahdu yllättäviä vääristymiä. Tämä on yksi tärkeimpiä äänenlaatuun vaikuttavia asioita, joissa suuntain auttaa.
Tasainen suuntaavuus ja ainakin tasaisesti muuttuva suuntaavuus auttaa juuri siinä, että äänensävyssä sivusuuntiin ei tapahdu yllättäviä vääristymiä.
Mikä vain koteloitu ääntä tuottava rakenne säteilee laajaan keilaan, jos tuotetun äänen aallonpituus on suurempi kuin ääntä tuottavan rakenteen koko. Esimerkiksi halkaisijaltaan n.3/4-tuumainen eli 2-senttinen diskanttielementti ei pysty suuntaamaan 3,43 kHz taajuutta, jonka aallonpituus on 10 cm. Vastaavasti 8-tuumainen eli 20-senttinen bassokeskiääninen on jo kaksi kertaa suurempi kuin se 10 cm aallonpituus ja sen takia se on samalla taajuudella voimakkaasti suuntaava, sivusuuntaan lähtevä signaali on huomattavasti hiljaisempi kuin suoraan eteenpäin.
Ongelma syntyy, jos näistä osista tehdään kaiutin, jonka äänensävy on neutraali eli taajuusvaste on tasainen ja vaakasuora mitattuna suoraan eteenpäin. Kun suurin osa normaalihuoneessa kuullusta äänestä tulee huoneheijastuksina, muualle kuin suoraan eteenpäin ei voida saada tasapainoista äänensävyä koska 8-tuumaisen bassokeskiäänisen toisto sivusuuntiin alkaa vaimentua jo alle 1000 hertsistä ja tuumaisen diskantin vasta noin 7000 hertsistä. Mikä vain jakotaajuus tuolla välillä olisi sivusuuntaan tasapainoisen äänensävyn suhteen ongelmallinen. Lisäksi tietysti liian matala jakotaajuus vaatisi diskantin pieneltä säteilevältä kalotilta enemmän liikepoikkeamaa, mihin se pystyy, ja tulos olisi paljon säröä.
Vähemmän säröä ja alemman jakotaajuuden edut
Suuntain nimensä mukaisesti suuntaa ääntä haluttuun keilaan, ehkä leveämmälle, ehkä kapeammalle, mutta joka tapauksessa kapeampaan keilaan kuin pelkkä säteilijä tekisi ilman suuntainta.
Jos halutaan tuottaa sama äänenvoimakkuus ympärisäteilevällä taajuusalueella (säteilijä on pienempi kuin toistettava aallonpituus), elementin pitää nelinkertaistaa liikepoikkeamansa kun siirrytään oktaavi alaspäin eli taajuus puolittuu. Tämä tapahtuu yhtä lailla bassoilla (esimerkiksi kun 100 hertsillä 1 mm liikepoikkeama bassokartiossa tuottaa halutun voimakkuuden, tarvitaan 50 hertsillä 4 x 1 mm = 4 mm liikepoikkeama samaan äänenvoimakkuuteen ja 25 hertsillä tarvitaan 4 x 4 x 1 mm = 16 mm liikepoikkeama) kuin myös korkeammilla taajuuksilla. Tämän takia diskanttielementin toistokaistaa ei voi venyttää määrättömästi kohti matalampia taajuuksia, tietyn pisteen jälkeen ensin särö kasvaa suureksi ja pian sen jälkeen diskantti alkaa haista palaneelta eikä enää soi.
Sopivalla suuntaimella säteily voidaan keskittää halutun levyiseen etusektoriin eli säteilyenergiaa ei roiskita sinne, missä sitä ei kaivata vaan oleellinen osa saadaan hyötykäyttöön – kohti kuuntelualuetta. Parhaimmillaan päästään tilanteeseen, jossa tiettyyn alarajataajuuteen asti saadaankin vakioliikepoikkeamalla vakioäänenpaine koko diskanttielementin toiminta-alueella. Liikepoikkeaman pysyminen aisoissa pitää luonnollisesti särön huomattavan paljon pienempänä, mitä suuntaimettoman diskantin kanssa olisi.
Kun särö ei enää lisäännykään sitä enempää, mitä alemmas diskanttielementti toistaa, voidaan toistokaistaa venyttää alemmas. Kun diskantin ja keskiäänen välistä jakotaajuutta saadaan matalammalle eli toistettava aallonpituus muuttuu pidemmäksi, kaiuttimen äänensävyyn tulee vähemmän virheitä liikuttaessa pystysuunnassa suunnitteluakselilta. Virheet johtuvat siitä, että pystysuunnassa liikuttaessa etäisyys kuuntelu/mittapisteestä diskanttia ja keskiääniä toistaviin kaiutinelementteihin ei enää olekaan sama ja siksi niistä tulevat äänisignaalit eivät enää summaudu kuten oli tarkoitus – tulos on värittynyt äänensävy jakotaajuudella.
Kun aallonpituus kasvaa jakotaajuuden siirtyessä matalammalle taajuudelle, etäisyysero diskanttiin ja keskiääneen on pienempi suhteessa toistettavan taajuuden aallonpituuteen ja äänensävyn värittymää syntyy vähemmän.
Diffraktio, kaiken pahan alku ja juuri?
Aina kun ääniaalto kohtaa terävän särmän, se hajoaa siitä joka suuntaan. Ilman suuntainta oleva diskanttielementti säteilee laajaan kulmaan suurella osalla toistamaansa taajuusaluetta, myös kohti kotelon särmiä. Särmissä diffraktio hajottaa äänen joka suuntaan eli osa siitä lähtee myös sinne kuuntelupaikan suuntaan, mihin elementistä lähtee suoraa ääntä.
Särmästä lähtevä ääniaalto kulkee pidemmän matkan kuin elementiltä suoraan kohti kuuntelupaikkaa tuleva ääniaalto ja taajuudesta eli toistettavasta aallonpituudesta riippuen tuo viivästynyt aalto on samassa tai eri vaiheessa diskanttielementistä suoraan kohti kuuntelupaikkaa lähteneen aallon kanssa tuottaen korostumia ja vaimentumia. Äänensävyllisten ongelmien lisäksi useampaan kertaan saapuva signaali sotkee stereokuvaa ja tekee diskanttitoistosta yleisesti epäpuhtaan.
Jos diskanttielementti ei enää säteilekään yhtä voimakkaasti kohti kotelon särmiä kuin suoraan eteenpäin, kuten suuntainta käyttämällä tapahtuu, diffraktiokin vähenee oleellisesti. Tulos on kuultavasti tarkempi stereokuva ja yleisesti puhtaampi äänenlaatu.
Kaiutintekniikan perusteet -sarjan ensimmäisessä osassa oli runsaasti mittauskuvia siitä, miten paljon diffraktio voi vääristää taajuusvastetta. Pelkkä taajuusvastemittaus ei kuitenkaan näytä sitä, että myös aika-akselilla diffraktiosta syntyy haitallisia oireita.
Viimeistelynä vaihesovitus
Kaiutinelementeistä lähtevän äänen pitäisi päätyä kuuntelupaikalle mahdollisimman samanaikaisesti taajuudesta riippumatta. Kun bassoelementin kartio on syvä, on selvää, että pinta-asennetulla diskantilla on samalla lähtölaukauksella eteenpäin singotuissa ääniaalloissa etumatkaa.
Jakosuodin aiheuttaa viivettä sekin, mutta enemmän bassokeskiäänisen alipäästösuotimessa kuin diskantin suodossa. Kun diskantin suuntain siirtää kalottia taaemmas eli lähemmäs bassoelementin säteilypisteen etäisyyttä kuuntelupaikalta, saadaan sekä bassokeskiäänisen että diskantin säteilykeskipisteet lähemmäs samaa etäisyyttä kuuntelupaikalta. Kun ääniaallot saapuvat bassokeskiäänisestä ja diskantista kuuntelupaikalle samaan aikaan, vaihetoisto säilyy optimaalisena ja myös taajuusvasteessa näkyy mahdollisimman saumaton sovitus.
Ovatko kaikki suuntaimet loistavia?
Kaikki suuntaimet eivät tietenkään ole optimaalisesti muotoiltuja ja kaikkia kompromisseja voidaan tehdä monella eri tavalla. Vaikka maailmassa on kaiuttimia, joissa on suuntain diskantilla ja vähemmän miellyttävä äänensävy, syy ei silti välttämättä ole suuntaimen olemassaolossa vaan muussa suunnittelussa. Emmehän me ajattele huonosta bassotoistostakaan, että parempi olisi kokonaan ilman bassoa. Tyypillisesti tuo pieni aallonohjain, torvi eli suuntain diskantin edessä auttaa hyvin tehtynä äänenlaatua huomattavan monilla tavoin.
Kaiutintekniikan perusteet osa 1, mitä kaiuttimen ulkonäöstä ja esitenumeroista voi päätellä?
Kaiutintekniikan perusteet osa 2, kotelotyypit ja kotelottomuus
Kuvat: Samu Saurama
Kommentointi suljettu.