Kõlar

Allikas: Vikipeedia
Neljaribaline (4 valjuhääldiga) kõlar
3½-tolline valjuhääldi, mida leiab väikestest raadiotest

Kõlar ehk akustiline agregaat on elektroaukustiline muundur, mis muundab elektrilise signaali heliks. Kõlar liigub vastavalt elektrisignaalide muutumisele ja põhjustab helilainete levimise keskkonnas (õhus, vees).

Klassikalise kõlari koostisesse kuuluvad valjuhääldid, kõlarikast, kõlarifiltrid, invertertoru, ühendustarvikud (kruvid, liimid jne), vooder, elektrilised kontaktid juhtmete ühendamiseks ning viimistlust täiendavad materjalid ja komponendid. Neist kriitilise tähtsusega on valjuhääldid ning elektrilised kontaktid, et üleüldse süsteem heli tekitaks. Kõlarikasti eesmärk on kogu süsteem mugavasse korpusesse koondada ning helikvaliteeti tõsta, ülejäänud komponentide ülesanne on helikvaliteeti tõsta või kõlari kunstilist disaini täiendada.

Peale akustilisuse ruumis on erinevates helisüsteemides kõlarite tase kõige rohkem varieeruv. Seega on kõlarid ka põhilisteks võrdluselementideks kaasaegsete helisüsteemide võrdlemisel ja hindamisel.

Terminoloogia[muuda | redigeeri lähteteksti]

"Kõlar" võib viidata üksikule seadmele või helisüsteemile, mis koosneb paljudest seadmetest. Kuna üksiku valjuhääldi võimed on piiratud, siis tihti kasutatakse erinevates süsteemides mitut valjuhääldit. Kõlarit, milles on n valjuhääldit, nimetatakse n-ribaliseks kõlariks. Näiteks kolmeribalises kõlaris on tavaliselt kasutuses tweeter, kesksageduskõlar ja woofer. Tweeter ehk kõrgsageduskõlar mängib kõrgeid sagedusi, kesksageduskõlar või lihtsalt kõlar mängib keskmisi sagedusi ja woofer ehk madalsageduskõlar mängib madalaid sagedusi. Mõnes kaheribalises süsteemis kesksageduskõlar puudub ja keskmiste sageduste mängimine jääb tweetri ja woofri hooleks.

Tundlikus näitab milline on kõlari poolt tekitatud õhurõhk "dB" 1m kauguselt, kui kõlari siendis on 1W (2,83V@8Ω )

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Johann Philipp Reis paigaldas elektroonilise valjuhääldi oma telefoni aastal 1861. See oli võimeline esitama puhtaid toone, kuid suutis ka taasesitada kõnet. Alexander Graham Bell patendeeris oma esimese elektrilise valjuhääldi (võimeline tekitama arusaadavat kõnet) osana tema telefonist aastal 1876 millele järgnes 1876. aastal parendatud versioon Ernst Siemens’i poolt. Nikola Tesla tegi väidetavalt sarnase seadme aastal 1881, kuid temale patenti ei väljastatud.[1] Aastal 1898 võttis Horace Short patendi suruõhul töötava valjuhääldi jaoks. Ta müüs need õigused Charles Parsons’ile, kes sai enne 1910 veel mitu patenti. Mõned firmad nagu Victor Talking Machine Company ja Pathé tootsid plaadimängijaid, mis kasutasid suruõhuga töötavaid valjuhääldeid.

Kaasaegse kõlari ehitusega (dünaamilise ehitusega), mis kasutab liikuvat mähist, tuli välja Oliver Lodge aastal 1898.[2]

Tänapäevani kasutatava kõlari patendeerisid Chester W. Rice ja Edward W. Kellogg 1924. aastal. Põhiline erinevus varasemate katsete ja Rice’i ning Kellog’i patendi vahel oli seadeldise põhiliste mõõtmete muutmine, et resonants madalamtele sagedustele viia.[3]

Esimesed valjuhääldid kasutasid elektromagneteid, sest suuri ja võimsaid püsimagneteid ei olnud mõistliku hinna eest saadaval.

Altec'i "Voice of the Theatre" kõlarisüsteem jõudis turule 1945. aastal, pakkudes piisavalt võimsat ja puhast heli, et kinodes hakkama saada.1955. aastal kinnitati see süsteem kinodes standardiks.

Helisüsteemide arendus jätkub pidevalt. Märkimisväärsed uuendused viimaste aastate jooksul on parendused membraani ja magneti materjalides. Paranenud on ka mõõtmis- ja tootmistehnikad.

Kõlari ehitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Terasraamiga valjuhääldi

Enamik valjuhääldeid kasutavad membraani, mis on lõdviku ja diafragmaga tugeva kesta külge ühendatud. Membraani küljes on mähis, mis elektrivoolu mõjul muutub elektromagnetiks. Magnetilised vastastikmõjud mähise ja kesta küljes oleva püsimagneti vahel põhjustavad mähise ja selle küljes oleva membraani võnkumist. Võnkumist kontrollitakse mähisesse lastud elektrisignaali abil.

Membraan on tavaliselt koonuse või kupli kujuga, kuid täpne kuju on tootja otsustada. Ideaalne materjal oleks:

  • Väga tugev, et ära hoida kontrollimatuid membraani võnkumisi
  • Väga kerge, et võimalikult suur osa signaalist võimalikult täpselt heliks muutuks - füüsiliselt hakkab membraan liikuma mingi aeg pärast valjuhääldi mähisele antud elektrisignaali. Mida massiivsem on membraan, seda "uimasem" see on ning suurem osa valjuhääldi sisendisse antud elektrisignaalist muundatakse heliks moonutatult. Samuti kui membraan on liikunud oma ekstreemumpunkti, peab lõdvik selle tagasi normaalasendisse tõmbama. Ka siin muutub protsess aeglasemaks ja "uimasemaks", mida massiivsem on membraan.
  • Hea summutuvusega, et ära hoida resoneerimist ja võnkumise jätkumist signaali kadumisel.

Kahjuks ei ole ideaalset materjal olemas. Et võimalikult palju eelnimetud tingimusi täita, kasutatakse membraani ehitamisel paberit, pappi, metalli ja plastmassi või materjalide segu. Näiteks lisatakse paberile jäikuse andmiseks süsinikkiudu, klaaskiudu või kevlari.

Raam on tehtud väga tugevatest materjalidest, tavaliselt terasest. Kui raam peaks mingil põhjusel deformeeruma siis see võib hakata põhjustama mähise hõõrdumist magneti vastu, mis oluliselt halvendab helikvaliteeti ja kõlari eluiga. Väikestes kõlarites kasutatakse aina tihedamini tugevaid plastikuid. Metallraam on vajalik ka soojuse ära juhtimiseks.

Lõdvikul on kaks peamist ülesannet: hoida membraani kõlari keskel ja membraani algseisundit taastada. Lõdvik on membraani ümber. Materjalidena kasutatakse tavaliselt kummi. Mõnel juhul kasutatakse ka membraani materjali kokkuvolditult (paber, papp).

Diafragma ehitus ja ülesanded on väga sarnased lõdvikule. Diafragma asub samuti membraani ümber, kuid kõlari keskosas. Diafragmast sõltub väga suurel määral heli kvaliteet. Materjalidena kasutatakse kummi, polüester vahtu, riiet ja muud.

Mähis on tavaliselt tehtud vasktraadist, kuid leidub ka alumiinium- ja hõbetraati. Mähise kuju on erinevatel tootjatel erinev, tavaliselt kasutatakse ringikujulisi mähiseid, kuid leidub ka ristkülikukujulisi ja kaheksanurkseid. Kujust sõltub mähise pindala. Mähise jaoks on magnetis vastav auk, soon või ava. Mähis ei tohi otseselt magnetiga kokku puutuda. Väike õhuvahe aitab tõsta magnetilisi jõude. Magnetitena kasutati enne 1980. aastat enamasti sulamit alumiiniumist, niklist ja koobaltist (Alnico). Sulam oli küll väga heade magnetiliste omadustega, kuid tootmine oli suhtelist kallis ja magnetilised omadused võisid kaduda kui juhtmed halvasti ühendati. Kaasaegsemates magnetites kasutatakse enamasti ferriite. Vähem on kasutuses haruldased elemendid nagu neodüüm. Haruldastest elementidest koosnevaid magneteid nimetatakse supermagnetiteks. Ferriidid ei ole nii heade magnetiliste omadustega kui Alnico, kuid selle tootmine on oluliselt odavam. Magnetites kasutatakse ka keraamikat.

Sagedusfilter[muuda | redigeeri lähteteksti]

Passiivne sagedusfilter
Aktiivne sagedusfilter

Sagedusfiltrit kasutatakse mitme-kõlarilistes süsteemides. Sagedusfilter on alamsüsteem, mis jagab sissetuleva signaali erinevateks sagedusvahemikeks sõltuvalt valjuhääldite vajadustest. Kuna valjuhääldid saavad ainult signaali, milleks nad ette nähtud on, siis aitab see süsteem parendada heli kvaliteeti ja kaotada resonantse kõlarite vahel.

Sagedusfiltrid võivad olla passiivsed või aktiivsed. Passiivne sagedusfilter on elektrooniline seade, mis kasutab kombinatsiooni mitmest takistist, poolist või keraamilisest kondensaatorist. Neist osadest moodustatakse hoolikalt kokku pandud võrgustikud, mis on tavaliselt paigutatud võimendi ja kõlari vahele, et jagada võimendi signaal vajalikeks sagedusvahemikeks enne kui nad konkreetsete valjuhäälditeni jõuavad. Passiivsed sagedusfiltrid ei vaja töötamiseks välist energiaallikat, peale sissetuleva signaali, kuid see põhjustab signaali kadusid. Aktiivne sagedusfilter on elektrooniline filtreerimise elektriskeem, mis jagab signaali erinevateks sagedusvahemikeks enne signaali võimendamist. Passiivset filtreerimist võib ka sedasi enne võimendamist kasutada, kuid see on ebatavaline lahendus kuna passiivne filtreerimine ei ole nii paindlik kui aktiivne filtreerimine. Mõned ehitused näevad ette aktiivse ja passiivse filtreerimise koos kasutamise. Näiteks passiivne filtreerimine kesk- ja kõrgsageduste jaoks ning aktiivne filtreerimine madalate sageduste jaoks.

Passiivsed sagedusfiltrid on tavaliselt paigaldatud kõlarikastide sisse ning on ülekaalukalt kasutuses kodusüsteemides ning mujal, kus on kasutusel väiksed võimsused. Autode helisüsteemides võivad passiivsed filtrid olla eraldi kastis, et sobituda kasutatavate komponentide suurustega. Sõltuvalt kasutusest võivad passiivsed filtrid olla lihtsad või väga keerukad. Passiivseid filtreid saab mõnel juhul kasutada ka resonantsi kaotamiseks. Nagu ka valjuhäälditel, on passiivsetel filtritel voolutarbe piirid ja nad kaotavad signaali võimsust. Mida professionaalsem ja täpsem süsteem, seda rohkem pääsevad sellised probleemid mõjule. Võimsates süsteemides, kus helitugevus peab väga kõrge olema, on eelistatud aktiivsed filtrid. Keerukamad aktiivsed filtrid on kontrollitavad juhtpultidest või arvutist. Mõne professionaalse süsteemi puhul on aktiivne filter võimendisse sisse ehitatud.

Juhtmestik[muuda | redigeeri lähteteksti]

Enamik valjuhääldeid kasutab sisendina kahte juhet. Tavaliselt on selleks kõlari tagaküljel kaks vedruga suletavat juhtmepesa või suuremate kõlarite puhul mutriga pingutatav lahendus. Enne juhtmete ühendamist tuleks kindlasti järgi vaadata süsteemi tootja poolt kaasa antud juhendist. Levinud on süsteem, kus kõlari tagaküljel on + juhtme jaoks punast värvi pesa ja - juhtme jaoks musta värvi pesa. Kui juhtmed valepidi ühendada, siis muutub magneti polaarsus ja kannatab heli kvaliteet ning membraan hakkab liikuma tagurpidi.

Kõlarite tüübid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Üksikud valjuhääldid pakuvad vastuvõetavat heli ainult teatud sagedusvahemikus. Sellest piirangust vabanemiseks kombineeritakse erinevaid valjuhääleid.

Täisribakõlarid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Täisribakõlari eesmärk on ühes seadmes edastada võimalikult suurt sagedusvahemikku. Tegelikult pole sellist kõlarit olemas, mis mängiks kõiki inimesele kuuldavaid sagedusi. Seega oleks õigem öelda lairibakõlar. Kasutatakse näiteks kõrvaklappides, väikestes raadiotes, paljudes sidevahendites ja arvutikõlaritena. Kitsasribakõlar on sarnane lairibakõlarile, kuid seda kasutatakse ainult kohtades kus on vaja heli tekitada väga kitsastes sagedusvahemikes ja kus heli kvaliteet ei ole oluline.

Madalsageduskõlarid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Madalsageduskõlarid (woofer või subwoofer) on mõeldud madalate sageduste esitamiseks. Üheks suurimaks probleemiks on kõlakasti resoneerimine või "plärisemine". Seetõttu on vaja kast teha väga tugev ja materjalist, mis ei hakka madalatel sagedustel resoneerima. Head kõlarid on tavaliselt väga rasked, kuid enamikule kõlaritele on ette nähtud ka kast, mis raskust veelgi suurendab. Peaaegu alati käib madalsageduskõlariga kaasas konkreetse seadme jaoks mõeldud võimendi.

Madalsageduskõlarite koonuse materjalid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kõikidel koonuse materjalidel on oma plussid ja miinused. Disainerid otsivad tavaliselt kolme peamist omadust: kaal, jäikus ja värvi vähenemine, kui häält ei ole kasutusel. Eksootilised materjalid nagu Kevlar ja magneesium on kerged ja jäigad, kuid võib olla heliga probleeme, sõltuvalt nende valmistamisest ja disainist. Materjalide puhul nagu paber ja erinevad polümeerid on üldiselt heliga probleeme vähem, aga võivad olla raskemad ja mitte nii jäigad kui Kevlar ja magneesium. Pea igast materjalist koonustega on tehtud häid ja halbu madalahelikõlareid. [4]

Kesksageduskõlarid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kesksageduskõlarid on mõeldud kesksagedustel heli esitamiseks. Sarnaneb lairibakõlarile. Kui helisüsteemis olevad madalsageduskõlar ja kõrgsageduskõlar kogu kuuldava sagedusvahemiku katavad, siis ei pruugi kesksageduste jaoks eraldi kõlarit üldse vaja olla.

Kõrgsageduskõlarid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kõrgsageduskõlar (tweeter) on mõeldud kõrgetel sagedustel heli esitamiseks. Need on tavaliselt väga väikesed ja kerged.

Spetsifikatsioonid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Spetsifikatsioonid ühe valjuhääldi küljes.

Spetsifikatsioonis on tavaliselt kirja pandud:

  • Tüüp (Type) (ainult üksikul valjuhääldil) – lairiba, madalsageduslik, kõrgsageduslik või kesksageduslik.
  • Suurus (Size) iga valjuhääldi kohta. Näitab tavaliselt valjuhääldi välist diameetrit.
  • Nominaalvõimsus (Rated Power) – maksimaalne võimsus mida kõlar kannatab.
  • Takistus (Impedance) – näitab valjuhääldi takistust.
  • Kasti tüüp (Enclosure type) (kui on kast) – suletud, inverterkast...
  • Valjuhääldite arv – kaheribaline, kolmeribaline...

harvemini on kirja pandud:

  • Sagedusfiltrid (Crossover) (kui on mitmeribaline) – näitab iga valjuhääldi jaoks mis sagedusi neisse lastakse.
  • Sageduskarakteristik (Frequency response) – näitab mingis kindlas sagedustevahemikus välja antavat heli (dB).
  • Tundlikkus (Sensitivity) – helirõhk teatud võimsuse juures teatud kaugusel.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Allikad[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. [1] Tesla valjuhääldi.
  2. Lodge, (1898). Briti Patent 9,712/98.
  3. [2] Rice ja Kellog'i leiutis.
  4. http://en.wikipedia.org/wiki/Woofer#Cone_materials

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]