Miten kaiutin toimii?

Meillä kaikilla on suhde kaiuttimiin, koska meillä kaikilla on sellainen – puhelimessamme, kuulokkeissa jne. Kaiutin on laaja aihe, mutta teorian ytimessä on se, miten sähkövirta muuttuu musiikiksi tärykalvoissasi. Annamme sie perusymmärryksen kokonaisuudesta ja sukellamme syvemmälle kaiuttimen maailmaan. 

Energia muuttuu ääniaalloiksi
Kaiutin on automatisoitu järjestelmä, jossa sähköenergia muunnetaan äänienergiaksi, jota kutsutaan myös liike-energiaksi. Kun prosessi huipentuu, kaiutin synnyttää ilmassa värähtelyjä, jolloin muodostuu ääniaaltoja, jotka korva havaitsee. Ääni on lyhyesti sanottuna ”näkymättömiä” aaltoja, jotka leijuvat ilmassa ja kulkeutuvat tärykalvoosi.

Värähtelyt ja taajuusalueet

Ääni tarkoittaa akustisia värähtelyjä, jotka kulkevat ilman tai veden läpi. Fysiikan kielelle käännettynä puhutaan taajuuksista, jotka mitataan hertseinä (värähtelyä sekunnissa, lyhennetään Hz). Terve vastasyntynyt ihminen pystyy havaitsemaan taajuusalueen 20–20.000 värähtelyä sekunnissa. Olet varmaankin jossain vaiheessa elämääsi käynyt kuulotestissä, jossa selvisi, kuinka hyvä tai huono kuulosi on. On luonnollista, että kuulo heikkenee iän myötä; erityisesti korkeimmat diskanttisävelet alueella 18.000–20.000 Hz vaimenevat, mutta tämä ei välttämättä johdu pelkästään iästä – kuulo voi heiketä myös kuuntelemalla musiikkia liian suurella äänenvoimakkuudella. Vaikka olisit virkeä ja nuori, sinun kannattaa siis olla varovainen, sillä muuten seurauksena voi olla kuulovaurioita, kuten tinnitus tai hyperakusis (ääniyliherkkyys) – eikä niistä pääse eroon!

Infraääni, kuultava alue ja ultraääni
Taajuuksia, jotka ovat alle 20 Hz, kutsutaan infraääneksi ja yli 20.000 Hz:n taajuuksia ultraääneksi. Nämä ovat taajuusalueita, jotka ovat tyypillisesti kuultavissa esimerkiksi koirille ja lepakoille. Diskanttiäänet korkeilla taajuuksilla sijoittuvat noin välille 2.000–20.000 Hz (lyhennettynä myös 2 kHz–20 kHz). Basso- ja matalat sävelet liikkuvat taajuusalueilla 20–250 Hz. Korkeiden ja matalien sävelten välissä ovat keskialueen äänet, jotka määritellään myös kuultavaksi alueeksi. Tätä voi verrata keskusteluihisi muiden kanssa, kun kuuntelet toisen henkilön ääntä. 

Kaiutin ja sen toiminta

Jos lähdetään liikkeelle tyypillisestä dynaamisesta kaiuttimesta, se koostuu pääpiirteissään komponenteista

• kiinteä magneetti
• sisääntuleva sähköinen signaali
• liikkuva puhekela
• runko
• kalvo
• reunajousitus

 

Kuten aiemmin kuvattiin, kaiutin muuntaa audiosysteemin sähköiset värähtelyt ilman ääniaalloiksi.
Kun kaiutin vastaanottaa sähköisen audiosignaalin esimerkiksi PC:ltä tai puhelimelta, se johdetaan puhekelaan, joka sijaitsee voimakkaan magneetin sisällä ja on kiinnitetty kaiuttimen kartioon.

Kartio on se osa, jota puhekela liikuttaa edestakaisin, jolloin ilmaan muodostuu paineaaltoja. Korva havaitsee tämän paineen juuri sellaisena kuin sen kutsumme ääneksi, ja näin tapahtuu monta kertaa sekunnissa.

Kun tarkastellaan taajuusaluetta, 40 Hz tarkoittaa käytännössä sitä, että kartio liikkuu 40 kertaa sekä eteen että taakse yhden sekunnin aikana. Ja kun puhutaan 2000 Hz:stä eli 2 kHz:stä, kartio liikkuu 2000 kertaa edestakaisin sekunnissa. Siksi on tyypillisesti nähtävissä, että kaiuttimen pinta (kartio) liikkuu, kun Basso tai Bassorumpu esimerkiksi musiikkikappaleessa tulee mukaan, koska matalan taajuusalueen (20–400 Hz) aallonpituudet ovat pitkiä ja voimakkaita. 

… Sitten kysyt varmaan itseltäsi, miten kartio työnnetään edestakaisin? Vastaus on sähkömagnetismi!

 

Rungon takaa (englanniksi: the basket) löytyy pohjasta ura/kanava, johon puhekelan putki voidaan asettaa. Tässä on tärkeää, ettei puhekela osu kanavan reunoihin, koska se aiheuttaisi kitkaa ja kohinaa ulostuloon. Tätä kutsutaan myös magneettiraoksi.

🕷 Spider on eräänlainen kangasmainen ripustus, johon puhekela on myös kiinnitetty. Spider ohjaa yhdessä reunaripustuksen kanssa elementtiä liikkumaan täydellisesti sisään ja ulos urasta, joka on kiinteän magneetin alaosassa.
Puhekelaa työnnetään näin suoraan edestakaisin joka kerta, ja spider auttaa pitämään kartion keskitettynä, jotta ääniaallot lähtevät ulos oikein. 

🧵 Puhekela (englanniksi: coil) on eristettyä kuparilankaa, joka on käämitty erittäin hienoksi kelaksi useisiin kerroksiin.
Vahvistin voi muodostaa magneettikentän puhekelan sisälle, ja koska järjestelmän vahvistin toimii vaihtovirtana, + ja - vaihtuvat pohjoiseksi ja eteläiseksi suhteessa äänen/musiikin liikkeeseen. Puhekelan sisällä esiintyy siis vaihtuvaa napaisuutta, aivan kuten magnetismissa, joka vaihtelee pohjoisen ja etelän välillä.

🧲 Kiinteä magneetti (kaiuttimen magneetti) bag rungon seisoo joko pohjois- tai etelänapaisena tietyssä suunnassa. Kun otetaan puhekela, jolla on musiikin mukaan vaihteleva kenttä, ja se asetetaan uraan, jossa kiinteä magneetti sijaitsee, syntyy automaattisesti musiikin mukainen liike: kiinteässä magneetissa on joko 2 pohjoisnapaa, jotka hylkivät toisiaan, tai 2 etelänapaa, jotka hylkivät toisiaan, sekä pohjois- ja etelänapa, jotka vetävät toisiaan puhekelan magneetissa. Tämän seurauksena kiinteä magneetti ei koskaan liiku, mutta puhekelan magneetti liikkuu, koska sen napaisuus vaihtuu (pohjoinen ja etelä). Koska se on samalla kiinnitetty spideriin, kartioon ja reunaripustukseen, se varmistaa liikkeen, joka synnyttää värähtelyjä ja siten ääniaaltoja. 

Tarkkuuteen suunniteltu kaiutin

Kaiuttimia on saatavilla monina versioina ja kokoluokissa sekä erilaisilla ominaisuuksilla. Niissä voi olla esimerkiksi korostettu Basso tai tavanomaista terävämpi diskantti (2 kHz – 20 kHz). Valmistajana tavoitteena on aina tuottaa kaiuttimia, jotka toistavat tulosignaalin mahdollisimman tarkasti äänenvoimakkuuden tasosta riippumatta. Perinteisin kaiutin perustuu liikkuvaan puhekelaan. Se koostuu tyypillisesti kahdesta tai useammasta elementistä (Basso, keskiääni, diskantti), jotta studiossa tuottajien luoma sisältö voidaan toistaa mahdollisimman tarkasti. Usein pöytäradiot, earpodit, TV:t ja muut vastaavat tuoteryhmät on rakennettu pienen laajakaistaelementin varaan.

Matalilla, keski- ja korkeilla äänillä on erilaiset värähtelyt, ja siksi ne myös leviävät eri tavoin. Mitä korkeammiksi äänet nousevat, sitä enemmän värähtelyjä syntyy ja sitä suuntaavammaksi ääni muuttuu. Siksi käytetään eri kaiutinelementtejä, jotka on optimoitu tietylle taajuusalueelle. Korkeataajuisilla äänillä on erittäin vaikea läpäistä seiniä, mutta matalien äänien taajuudet voivat hyvin läpäistä sekä seinän, lattian että katon. Tämä on yksi syy siihen, miksi kuulet naapurin matalat sub-taajuudet (30 - 80 Hz) ja Bassorumpu (85 – 350 Hz) pumppaavan hänen kaiuttimistaan perjantai-iltana.

Kaiutinelementit
Kuten aiemmin kuvattiin, tyypillinen kaiutin koostuu kolmesta elementistä: basso-, keskiääni- ja diskanttielementistä. 2-tiekaiuttimessa ei ole erillistä keskiäänielementtiä. Tämä tarkoittaa, että keskialue on yhdistetty basso-elementtiin ja se tuottaa äänen. 3-tiekaiuttimessa saat sen sijaan erillisen keskiäänielementin, joka toistaa kyseisen taajuusalueen yksinään, mikä todennäköisesti tuottaa selkeämmän ja tarkemman äänen tulosignaalista. Joissakin kaiuttimissa on vain yksi laajakaistaelementti, jolloin kaikki taajuusalueet toistetaan saman elementin kautta.

Äänieristyksen ja oikean sijoittelun vaikutus

Me kaikki tunnemme tunteen, kun Basso pumppaa ja ovi liikkuu hieman, koska huone resonoi. Kaiuttimien sijoittelulla on valtava vaikutus siihen, miten kuulet kaiuttimiesi tai monitoriesi toiston. Jos ne on asetettu lähelle seinää ilman asennettuja bassansoja (englanniksi: bass traps) tai muuta äänieristystä seinissä ja katossa, ääniaallot heijastuvat ja syntyy joko konstruktiivista tai destruktiivista interferenssiä.

Useimmiten huoneessa halutaan välttää heijastuksia, erityisesti jos työskennellään musiikin ja tuotannon parissa. Siksi meillä on äänistudioita ja elokuvateattereita, jotka on eristetty hyvin ääntä absorboivilla materiaaleilla, kuten lasivillalla. Näin vältetään kaiuttimien äänen heikkeneminen.

Middlen ja diskantin ääniaallot, jotka kulkevat tiettyyn suuntaan, heijastuvat erityisesti myös kovista pinnoista, kuten puulattioista, laatoista tai tyhjistä seinistä.  

⏰ Kaikki nämä äänen heijastukset vaikuttavat tuotteen käyttökokemukseen. Sekä ajoitus, syvyys että esimerkiksi tuotannossa käytettyjen äänien valinnan laatu kärsivät. Kaikkea tätä halutaan välttää, jotta sisääntulosignaalista saadaan mahdollisimman tarkka ääni. Siksi monet ammattilaiset suosittelevat, että kaiuttimet sijoitetaan selvästi etäälle taka- ja sivuseinistä ja että pintoja äänieristetään, jotta heijastuksia voidaan hallita ja näin saadaan mahdollisimman tasainen taajuusvaste.

🪤 Bassotrapit ovat myös avain bassotaajuuksien hallintaan ja vaimennukseen. Matto sekä ääntä vaimentavat verhot – jopa kankaasta tehty sohva – voivat tehdä eron. Jokaisessa huoneessa on erilainen akustiikka, joten useimmiten tarvitaan aina räätälöity ratkaisu äänieristetyn tilan rakentamiseen. Kaiuttimien tai monitorien sijoittelussa pätee tyypillinen 45° asteen sääntö, erityisesti jos ne on seinäasennettu tai ne ovat hyllyssä. Se antaa parhaan mahdollisen stereovaikutelman kahdesta kaiuttimesta. 

On myös suositeltavaa sijoittaa kaiuttimet niin, että diskanttielementti on korvien korkeudella, kun istut ja kuuntelet. Nämä säännöt pätevät myös tavalliselle kuluttajalle. Jos haluaa hyvän äänen, suositellaan noudattamaan valmistajan ohjeita kaiuttimen asennukseen ja sijoitteluun.

Mitkä kaiuttimet kannattaa valita?

Kaiuttimen valinta riippuu siitä, millainen henkilö on ja mihin käyttöön se tulee. Jos olet kunnianhimoinen muusikko, joka työskentelee päivittäin äänen parissa, on erittäin tärkeää, että sia on kaiutinpari, joka ei väritä sisääntulosignaalin ääntä. Tämän tyyppisiä kaiuttimia kutsutaan myös nimellä studiomonitorit. Niitä on saatavilla monilta eri merkeiltä, eri hintaluokissa ja eri laatutasolla. Tavalliselle kuluttajalle on myös valtava määrä erilaisia kaiutintyyppejä. Kaiutin voi olla kylpyhuoneeseen, olohuoneeseen, omaan huoneeseen, TV:tä varten tai se täydellinen kaiutin juhliin!

👬🏼 Jos haluat kaiuttimen arkikäyttöön ja pieniin etkoihin ystävien kanssa, suosittelemme hankkimaan jonkin langattomista kaiuttimistamme, jotka voidaan liittää wi-fi- tai bluetooth-yhteydellä ja ovat samalla myös helposti mukana kuljetettavia. Jos järjestät paljon yksityisjuhlia, on optimaalista investoida johonkin suurempaan, joka käynnistää bileet ja nostaa sykkeen uudelle tasolle. Siksi tarjoamme myös valikoiman juhlakaiuttimia, jotka on räätälöity juuri tähän tarkoitukseen.

🎙 Jos rakastat laulaa täysillä suurimpien klassikoiden mukana, tarjolla on myös karaokejärjestelmiä. Jos omistat yökerhon tai pyörität mobiilidiskoa, suosittelemme ehdottomasti investoimaan johonkin PA-järjestelmistämme, eli suuriin äänentoistojärjestelmiin, jotka välittävät äänen suurelle yleisölle. Voit lukea myös artikkelimme ”osta ensimmäinen PA-järjestelmäsi” tai ”näin aloitat mobiilidiskon”, joissa käsitellään PA-järjestelmiä. Näin saat selkeän kuvan siitä, mitä sinulta puuttuu ja miksi.

 

Subwoofer, jonka tunnet

Olet varmasti kuullut termin subwoofer miljardi kertaa. Lyhyesti sanottuna se on erillinen kaiutin, joka tuottaa ääntä kaikkein matalimmalla taajuusalueella. Sen tehtävänä on täydentää puuttuvia taajuuksia 30–120 Hz välillä. Yleisesti voidaan sanoa, että subwoofer vapauttaa runsaasti headroomia täyskaistakaiuttimissa, joiden ei subwooferin kanssa tarvitse toistaa mitään alle 100–120 Hz. Kuten todettu, subwoofer toistaa vain pientä osaa taajuusspektristä, mikä tarkoittaa, että sen rakenne on ulkoisesti yksinkertainen ja siinä on vain yksi elementti. Saatavilla on sekä aktiivisia että passiivisia subwoofereita. Aktiivinen subwoofer on rakennettu siten, että siinä on oma sisäänrakennettu vahvistin, virtalähde ja EQ. Kaikki tämä auttaa toistamaan kaikkein matalimmat taajuudet. Subwooferia kutsutaan PA-yhteydessä myös nimellä bassokaappi.

 

Bassoelementti

Bassoelementti on kaiuttimen osa, joka koosta ja tyypistä riippuen pumppaa ääniaaltoja taajuusalueelta 30–600 Hz. Tässä äänikuvassa korostuvat tyypillisesti sub, basso ja Bassorumpu, vaikka 600 Hz:iin asti alueella on paljon muutakin kuin bassoa. Bassoelementtiä ei kuitenkaan ole suunniteltu ainoastaan subtaajuuksien toistoon, minkä vuoksi käytetään niin sanottua subwooferia. Subwoofer täydentää bassoelementtiä tällä alueella.

Kolmitiekaiuttimessa bassoelementin tehtävänä on hoitaa syvemmät taajuudet kaiuttimen sisääntulosignaalista, mutta kaksitiekaiuttimessa bassoelementtiä käytetään myös keskiäänille. Tämä voidaan tehdä sekoittamalla osa diskanttitaajuuksista bassoelementtiin, jolloin saadaan selkeämpi ja tarkempi keskiääni.
 
Ihmettelet varmaan myös, miksi bassoelementissä on tyypillisesti suurempi kartio kuin esimerkiksi keskiääni- ja diskanttielementissä. Tämä johtuu siitä, että matalilla taajuuksilla on pidempi aallonpituus ja vähemmän värähtelyjä sekunnissa, mikä vaatii enemmän energiaa. Se vaatii myös suuremman kartiopinta-alan, koska ilmaa täytyy liikuttaa kerralla enemmän.

 

Keskiäänielementti

Keskiääni toistaa ääntä taajuusalueelta 300–5000 Hz. Näillä taajuuksilla tyypillisesti esiintyviä instrumentteja ovat piano, kitara, viulu, sello, trumpetti sekä virveli- ja Bassorumpu ja monet muut syntetisaattorit. Juuri täällä niiden sointiväri (englanniksi: timbre) sijaitsee, eli perussävelen luonne ja laatu.

Bassorumpu keskiäänialueella
Aiemmin mainittiin myös, että Bassorumpu sijoittuu bassoelementtiin. Syynä on se, että Bassorumpu kuuluu kaikkialla spektrissä, sillä se tuottaa taajuuksia myös keskiääni- ja diskanttialueella. Bassorumpu on kuitenkin hallitseva matalilla alueilla, joilla miksauksen näkökulmasta joissakin genreissä tyypillisesti side-chainataan (englanninkielinen termi) matalat taajuudet Bassorummulle, eli ne vaimennetaan aina, kun Bassorumpu iskee. Erityisesti sub ja basso on saatava toimimaan yhteen Bassorummun kanssa (englanniksi: kick-drum). Tämä saa Bassorummun erottumaan, ja sen pumppaavan efektin voi myös tuntea!
 

Myös keskiäänialueella korva on kaikkein herkin. Ihmisenä juuri täällä on helpointa havaita virheitä ja säröä sekä poikkeamia luonnollisesta äänestä. Siksi monissa kaiuttimissa on tätä aluetta varten erillinen elementti. 

 

Diskanttielementti

Diskantti on melko yksinkertainen. Tyypillisesti kyse on korkeista taajuuksista, joissa s- ja t-äänteet hallitsevat taajuusalueella 2 kHz–20 kHz. Juuri täällä korva havaitsee rapeat sävyt, jotka voivat muuttua liian teräviksi. Tuotannon näkökulmasta käytetään usein de-esser-nimistä plug-inia. Se pystyy nimittäin vaimentamaan äänestäsi kaikkein terävimmät sävyt, jolloin saat tasapainoisen diskantin ilman, että se käy korviin.

 

Laajakaistaelementti

Laajakaistaelementti tarkoittaa elementtiä, joka kattaa koko taajuusspektrin. Niitä käytetään tyypillisesti pienissä radioissa, TV-kaiuttimissa ja muissa pienikokoisissa kaiuttimissa. Nämä elementit toimivat ilman jakosuodinta. Syy siihen, että laajakaistakaiuttimet ovat pieniä, on se, että niiden täytyy toistaa myös diskanttia. Pelkästään tästä syystä kaiuttimen on vaikeampi tuottaa basson matalia taajuuksia ja soida kovaa, koska kuten aiemmin kuvattu, matalien taajuuksien kuten subin ja basson tuottamiseen tarvitaan suurempi kalvo ja enemmän tehoa.
 
Kun huomioon otetaan vain yksi elementti ja samalla vältetään jakosuodin, voidaan saavuttaa dynaamisempi ja tasalaatuisempi ääni. Myös niin sanottuja vaihe- ja ajoitusongelmia on helpompi hallita laajakaistaelementillä, koska samassa rungossa ei ole useita elementtejä. Puhutaan myös koaksiaalikaiuttimista, esimerkiksi autostereoissa ja lavamonitoreissa, joissa samassa rungossa on kaksi kaiutinelementtiä, basso ja diskantti. Joissakin ratkaisuissa elementtejä voi olla myös kolme, jolloin keskiäänielementti on niin ikään rakennettu rungon sisään. 

 

Jakosuotimen toiminta

Jakosuodin koostuu kolmesta sähköisestä komponentista: kelasta, kondensaattorista ja vastuksesta. Kela (L) estää korkeita taajuuksia, mutta päästää matalat taajuudet läpi. Kondensaattorissa (C) vaikutus on päinvastainen: se estää matalat taajuudet, mutta päästää korkeat läpi. Vastusta (R) käytetään vaihtovirtavastuksen hallintaan, ja lisäksi se vaimentaa signaalia. 
 
Jakosuodin pystyy jakamaan vahvistimelta tulevan signaalin ja lähettämään sen eri elementeille. Käytännössä matalat taajuudet ohjataan bassoelementille ja korkeat taajuudet diskantille. Eri elementit on rakennettu siten, että kukin toistaa oman määrätyn taajuusalueensa sisällä. Jakosuodin huolehtii siitä, että diskantti saa esimerkiksi vain taajuusalueen 2 kHz–20 kHz äänet. Tähän alueeseen kuulumattomat taajuudet suodatetaan pois. Näin kaiutin ja elementit toimivat optimaalisesti.
 
Jakosuotimet voivat olla erilaisia, ja niillä voi jokaisella olla erilaiset arvot. Nämä arvot yhdessä kaiutinelementtien kanssa vaikuttavat merkittävästi suotimen toimintaan. Jopa kaiutinkaapeleilla on siihen vaikutusta.

 

Kaiutinkaappi

Kyllä, sitä saattaa ihmetellä, mutta jopa elementtejä ympäröivä kotelo vaikuttaa kaiuttimeen ja siitä ulos tulevaan ääneen. Kotelon tehtävä on pidättää osa elementtien takapuolelta lähtevistä taajuuksista. Ei käy, että sieltä lähtevät taajuudet sekoittuvat eteenpäin säteilevään ääneen. Tämä aiheuttaa vaihekumoamista, mikä tarkoittaa, että osa äänistä vaimenee nollaan. Ääniaallot kumoavat yksinkertaisesti toisensa, ja sillä on heikentävä vaikutus kaiuttimen äänenlaatuun ja äänenvoimakkuuteen.

 

Heijastukset ja särö 
Äänen synnyttämä paine on kotelon sisällä yhtä suuri kuin se, mitä kuulemme kaiuttimen ulkopuolella. Monet kotelon sisäisistä ääniaalloista heijastuvat takaisin, mikä voi vääristää kuuntelijalle tulevaa ääntä. Äänen heijastukset voivat myös palautua ja kulkea takaisin kaiutinkalvon läpi, mikä tuottaa erityisen heikkolaatuista ääntä.
Kuten äänistudioissa, tätä säröä voidaan vaimentaa lisäämällä kotelon sisäpuolelle vaahtomuovia tai ääntä absorboivaa materiaalia. Kotelo voidaan myös suunnitella niin, että monet näistä heijastuksista eivät pääse syntymään alun perinkään.
 

Nykyään on olemassa valtava määrä erilaisia kaiutinkoteloiden rakenteita. Hi-fi-kaiuttimissa yleisimmin käytetyt ovat suljetut kotelot ja bassorefleksikotelot. Suljetun kotelon etuna on, että se on helpompi rakentaa ja sen bassotoisto muodostaa useimpiin huoneisiin nähden käänteisen käyrän, mikä tuo korostusta tälle taajuusalueelle. Siksi suljetulla kotelolla varustettu kaiutin toimii näissä tiloissa hyvin, erityisesti jos se sijoitetaan lähelle seinää. Pienilläkin kaiuttimilla voidaan saada bassoa, vaikka kotelo olisi pienempi. Tämän tyyppisessä kotelossa myös impulssivaste on hyvä. Se vaatii kuitenkin enemmän tehoa vahvistimelta, sillä heikkoutena on alhaisempi hyötysuhde.

Bassorefleksikotelossa on kotelon sisään rakennettu eräänlainen putki elementtien lisäksi. Tämä putki on suunniteltu resonoimaan tietyllä taajuudella – toisin sanoen se on viritetty (englanniksi: tuned). Näin bassoa voidaan joko korostaa, vaimentaa tai auttaa kaiutinta saavuttamaan parempi bassovaste. Putki voi myös tukea elementtejä ja auttaa niitä virittymään koteloon. Tämä menetelmä on huomattavasti tehokkaampi ja sitä käytetään useimmissa koteloissa. Bassorefleksin haittapuoli on, että jos putken resonanssi osuu lähelle huoneen resonanssia, se voi laukaista hallitsemattoman resonoinnin, mikä heikentää kuuntelukokemusta. Toinen bassorefleksin ongelma on, että korkea äänenpaine voi synnyttää putkesta ja bassorefleksiputkessa kulkevasta ilmavirrasta kohinaa. Tämä vastaa sitä, että puhaltaa pullonkaulaan. Se ei ole kovin miellyttävää korville!

 

Aktiivikaiutimet

Aktiivikaiutimet on rakennettu sisäänrakennetulla vahvistimella, mikä tarkoittaa, ettei ne tarvitse erillistä vahvistinta toimiakseen kuten passiivikaiuttimissa. Ne voivat vastaanottaa ja vahvistaa suoraan äänisignaaleja lähteistä, kuten tietokoneista, puhelimista tai mixereistä. Yleisesti aktiivikaiuttimet ovat käyttäjälle vaivattomia, koska ne tarjoavat kompaktin all-in-one-ratkaisun äänenvahvistukseen, joka poistaa ulkoisen vahvistuksen tarpeen ja säästää samalla tilaa sekä kantamista. Aktiivikaiuttimia käytetään usein kotiteatterijärjestelmissä, tietokonekaiuttimina ja kannettavissa PA-järjestelmissä.

Äänisignaalien vahvistus
Aktiivikaiuttimien merkittävin ominaisuus on sisäänrakennettu vahvistin. Lyhyesti sen tehtävä on vahvistaa sisääntuleva äänisignaali tasolle, joka pystyy ohjaamaan kaiutinta ja tuottamaan ääntä. Sisäänrakennettu vahvistin on erityisen hyödyllinen, kun tilaa on rajoitetusti tai kokoonpano on haastava.

Sävynsäätö
Monissa aktiivikaiuttimissa, joissa on digitaalinen näyttö, on sisäänrakennetut sävynsäätimet (esim. basso, diskantti), joiden avulla käyttäjä voi säätää ääntä esimerkiksi basson tai diskantin osalta omien mieltymystensä mukaan. Tämä on tuttua esimerkiksi autosta, jossa multimedia-soittimesta voi säätää, kuinka paljon haluaa lisätä tai vähentää esimerkiksi diskanttia, keskialuetta tai bassoa.

Virranhallinta
Aktiivikaiuttimissa on tyypillisesti suojapiiri, joka estää kaiuttimen ja vahvistimen vaurioitumisen ylikuormituksen, klippauksen tai ylikuumenemisen yhteydessä.

Inputit
Aktiivikaiuttimissa on usein useita sisääntuloja, jotka mahdollistavat liitännän eri äänilähteisiin.

DSP ja signaalinkäsittely
Aktiivikaiuttimissa on myös sisäänrakennettu Digital Signal Processor (DSP), eli mikroprosessori, joka on kehitetty signaalinkäsittelyä varten. DSP:n avulla voit mm. tehdä high-pass-suodattimen, jolloin topit toistavat ainoastaan kaiken yli 120 Hz:n, ja voit sen jälkeen lisätä subwooferin, joka tuottaa loput äänikuvasta 120 Hz:stä alaspäin.
 
Aktiivikaiuttimien haittapuolina voi olla se, että sisäänrakennetut vahvistimet eivät ole yhtä tehokkaita tai laadukkaita kuin erilliset vahvistimet, ja signaalinkäsittelyn mahdollisuudet voivat olla rajallisemmat verrattuna edistyneeseen passiivikaiutinjärjestelmään.

 

Passivikaiuttimet

Passivikaiuttimet ovat suora vastakohta aktiivikaiuttimille. Näissä kaiuttimissa ei ole sisäänrakennettua vahvistinta, ja siksi ne ovat riippuvaisia ulkoisesta vahvistimesta niiden käyttämiseksi. Passiivikaiuttimia voidaan yhdistää myös muihin lisäkomponentteihin (esim. jakosuotimiin, ekvalisaattoreihin) räätälöidyn äänentoistojärjestelmän muodostamiseksi.

Räätälöinti
Koska passiivikaiuttimissa ei ole sisäänrakennettuja vahvistimia, niitä voidaan käyttää monenlaisten vahvistimien kanssa. Jos esimerkiksi ei ole täysin tyytyväinen vahvistimeen, sitä voidaan optimoida, mikä ei ole mahdollista aktiivisissa PA-kaiuttimissa. Tämä tarjoaa enemmän räätälöintimahdollisuuksia ja paremmat edellytykset äänenlaadulle.

Skaalautuvuus
Passiivikaiutinjärjestelmiä voidaan helposti laajentaa lisäämällä enemmän kaiuttimia ja vahvistimia, jolloin ne soveltuvat suurempiin tiloihin tai vaativampiin tapahtumiin.
 
Yleisesti passiivikaiuttimet tarjoavat enemmän joustavuutta ja säätömahdollisuuksia verrattuna aktiivikaiuttimiin, mutta ne vaativat myös enemmän asennusta ja useampia komponentteja (esim. vahvistimia, kaapeleita jne.). Passiivikaiuttimiin kannattaa investoida, jos tarvitaan kiinteitä asennuksia esimerkiksi halliin tai yökerhoon. Se on myös käytännöllisempää festivaalilla, jos tekniikassa ilmenee ongelmia, koska silloin kaiken voi nähdä ja analysoida lavalla vahvistimen ja muiden rackeissa olevien liitettyjen komponenttien kautta. Tällöin kaiuttimen voi myös sammuttaa ilman, että täytyy kävellä jokaisen kaiuttimen taakse – kuten aktiivisissa – ja painaa virtakytkintä. Passiivikaiuttimia käytetään usein ammattimaisissa äänentoistojärjestelmissä ja edistyneissä kotihifijärjestelmissä.

 

Mikä on Watt?

Watt on sähkötehon mittayksikkö. Kaiuttimen Watt-arvo on ilmoitus tehosta, jonka kaiutin kestää tietyissä olosuhteissa. Tämän vuoksi on myös tärkeää karsia myytit ja muistaa, että
 

• Watt ei kerro mitään siitä, kuinka kovaa kaiutin voi soida. Tätä varten on tunnettava vahvistinteho ja kaiuttimen kuormitettavuus, jotta voidaan sen jälkeen muuntaa tiedot desibeleinä (dB) mitattavaksi äänenpaineeksi.
• Watt ei kerro, voiko vahvistin rikkoa siihen kytketyt kaiuttimet. Kaiuttimet rikkoutuvat useammin säröytymisen kuin vahvistimen sähkötehon vuoksi.
• Watt ei ratkaise äänen laatua. Äänenlaatua on vaikea mitata, ja kuormitettavuudella – eli sillä, kuinka paljon kaiutin kestää Watteina – ei ole lainkaan tekemistä laadun kanssa.
• Watt ei kerro mitään sen kestävyydestä, eli sen varsinaisesta käyttöiästä.
• Viimeisenä mutta ei vähäisimpänä, wattimäärä ei myöskään kerro mitään siitä, sopiiko kaiutin muuhun järjestelmään.

 

Mikä on käyttöteho?

Käyttöteho, hyötysuhde tai herkkyys ilmaisee, kuinka monta wattia kaiuttimeen on syötettävä, jotta se tuottaa 96 dB:n äänenpaineen 1 metrin etäisyydeltä mitattuna. Korkea käyttöteho tarkoittaa, että kaiutin vaatii tehokkaamman vahvistimen pystyäkseen soimaan yhtä kovaa kuin kaiutin, jolla on matalampi käyttöteho. Jos tunnet kaiuttimen käyttötehon ja sen kuormitettavuuden, voit laskea, kuinka kovaa järjestelmäsi voi soida desibeleinä (dB).
 
Kun kaiuttimelle syötettävä teho kaksinkertaistuu, esimerkiksi 10:stä 20 Watttiin, myös äänenpaine kaksinkertaistuu. Kun äänenpaine kaksinkertaistuu, se vastaa 3 desibelin (dB) nousua. Siksi voidaan laskea, kuinka kovaa kaiutin voi soida, jos sen kuormitettavuus tunnetaan. Jos lähdemme esimerkistä, meillä on kaiutin, jossa on

• Käyttöteho 10 watt
• Ja kestää 320 Watt kuormituksen

 

Tämä tarkoittaa siis, että 10 Watt tuottaa 96 dB:n äänenpaineen 1 metrin etäisyydellä kaiuttimesta. Kun teho ja äänenpaine kaksinkertaistuvat, saamme siis, että

10 Watt → 96 dB 
20 Watt → 99 dB
40 Watt → 102 dB
80 Watt → 105 dB
160 Watt → 108 dB
320 Watt → 111 dB

 

Mitä taajuusalue tarkoittaa kaiuttimelle?

Kuten aiemmin todettiin, ihmiskorva voi ilman vaurioita havaita ääniä noin 20 Hz:stä 20 000 Hz:iin. 20 Hz on tuttu esimerkiksi ukkosilman äänestä. Näitä ääniä ei vain kuulla, vaan ne voidaan myös tuntea kehossa. Musiikki, jota tunnemme ja kuuntelemme joka päivä, sisältää taajuuksia noin 30 Hz:stä noin 15 000 Hz:iin. Siksi on ratkaisevaa, että kaiutin kattaa tämän äänialueen. Jos kaiutin kattaa laajemman alueen, laatu paranee. Jos se kattaa suppeamman taajuusalueen, laatu heikkenee.

 

Mikä on impedanssi?

Impedanssi mitataan ohmeina, mutta on tärkeää ymmärtää, mitä käsite tarkoittaa vahvistimen ja kaiuttimen välisessä suhteessa. Kun vahvistin lähettää äänisignaalin kaiuttimeen, vahvistin “tuntee” kaiuttimen impedanssin eli sen vastuksen, joka tulee kaiuttimesta ja jonka läpi äänisignaali täytyy työntää. Impedanssi vaihtelee yleensä 4–16 ohmin kaiuttimissa, ja valtaosa uudemmista vahvistimista on rakennettu toimimaan hyvin näissä olosuhteissa. Impedanssi on ikään kuin se tieto, jonka perusteella ääniteknikko voi parhaiten arvioida, sopiiko vahvistin tietylle kaiuttimelle. Mitä vähemmän impedanssi vaihtelee, sitä paremmalta vahvistin kuulostaa – ei siksi, että impedanssi olisi pienempi, vaan siksi, että se vaihtelee vähemmän. Tässä on kaksi esimerkkiä, jotka näyttävät 8 ohmin ja 4 ohmin kaiuttimen impedanssikäyrän.

Esimerkki 1
Tässä esimerkissä näkyy 8 ohmin kaiuttimen impedanssikäyrä, jossa impedanssi on vähintään 8 ohmia. Käyrässä on suuria pudotuksia, ja sillä on siksi negatiivinen vaikutus vahvistimen virtaan ja jännitteeseen. Tämä heikentää kaiuttimen äänenlaatua.

Esimerkki 2
Tässä esimerkissä on impedanssikäyrä, joka näyttää 4 ohmin kaiuttimen. Tässä vahvistimen on helpompi ajaa kaiutinta kuin toisessa esimerkissä. Syynä on se, että impedanssi vaihtelee vähemmän.

 

Sarja- ja rinnankytkentä

Sarjakytkennässä kaiuttimet kytketään yhteen miinuksesta plusaan, kuten kuvassa on esitetty. Lisäämällä kaksi kaiutinta sarjaan kaksinkertaistetaan ohmiluku 16 ohmiin, jos käytössä on 8