Teksti ja kuvat: Juha Tuominen ja Teppo Hirvikunnas

Kun elementti on valittu, tulee sille suunnitella oikea kotelo. Elementistä tulee olla tarvittavat parametrit saatavilla ja perustellut kotelosuositukset. Voit mallintaa ja vertailla helposti valmistajan kotelosuosituksia laskenta-ohjelmallamme.

Kotelosuosituksista voisi sanoa sen verran, että valmistajat usein mielellään suosittelevat elementeilleen hieman liian pieniä koteloita. Tämä johtuu vallitsevasta ”suuntauksesta” pieniin koteloihin. Usein suuremmalla kotelolla saavutetaan kuitenkin parempi lopputulos. Jos siis käytettävissä oleva tila ei ole aivan kortilla, niin mieluummin hieman suurempi kuin liian pieni kotelo.

Kotelon valinta

Soveltuvuutta koteloon voidaan arvioida ns. EBP-arvolla (Efficiency Bandwidth Product), joka saadaan jakamalla elementin ominaisresonanssi sen sähköisellä Q-arvolla (Fs/Qes). Elementti, jonka EBP-arvo on 50 tai alle, sopii yleensä paremmin suljettuun koteloon ja EBP-arvo 100 tai suurempi toimii paremmin refleksikotelossa.

Myös elementin parametreistä voi jossain määrin päätellä millaiseen koteloon se kannattaa asentaa.

Suljettuun koteloon soveltuvien elementtien Qts-arvo on yleensä suurempi kuin 0.3. Myös elementin ominaisresonanssin on suhteellisen matala (alle 30 Hertsiä, riippuen elementin koosta). Refleksikoteloon suositellaan elementtejä, joiden Q-arvo on alle 0.3.

Ominaisresonanssin ei tarvitse olla aivan niin matalalla.

Tosin pieni Qts-arvo voi toimia hyvinkin pienessä suljetussa kotelossa vaikka sen vasteen muoto onkin hyvin loiva ja alarajataajuus suhteellisen korkealla. Ei kuitenkaan mielellään yli 70 Hz.

Suljetussa kotelossa elementin kartiolta tarvitaan suurempi liikepoikkeama (Xmax=puhekelan suurin lineaarinen liikepoikkeama) saman äänenpaineen tuottamiseksi kuin refleksikotelossa. Siksi pienempi Xmax viittaa refleksikoteloon ja suurempi suljettuun.

On kuitenkin syytä muistaa, että nämä periaatteet antavat vain suuntaa kotelotyypin valintaan.

Sijoita elementin EBP-arvo ja parametrit oheiseen taulukkoon ao. kohtiin. Mitä enemmän ja useampi arvo sijoittuu ko. kotelon suuntaan, sitä todennäköisempää on sen soveltuvuus tähän kotelotyyppiin. Arvioinnin painotus/merkitys on suurin EBP-arvossa ja pienin liikepoikkeamassa (Xmax).

Ohjeeliset arvot Fs ja Xmax ovat riippuvaisia elementin koosta, joten niitä tulee verrata tyypillisiin arvoihin ko. kokoluokassa.

Bandpass-koteloihin soveltuvat elementit valitaan samojen periaatteiden mukaan. Suljetussa bandpass-kotelossa toimivat suljettuun koteloon soveltuvat elementit ja vastaavasti refleksi bandpass-koteloihin refleksikoteloon soveltuvat.

Bassotoiston ominaisuuksia

Subwooferin toistama taajuuskaista ei ole kovin laaja. Jakotaajuus on pääsääntöisesti alle 80 hertsiä, yleensä 50 hertsin tuntumassa. Subbarin käytännön alarajataajuuden ollessa 30-20 hertsissä, on toistoalue laajimmillaankin vain pari oktaavia. Käytännössä oktaavin verran (oktaavi= taajuuden kaksinkertaistuminen tai puoliintuminen). Subwooferit ja kotelot kuitenkin soivat hyvinkin eri tavalla ja eroja voidaan luonnehtia monella osa-alueella.

Erittäin matala basso (30 Hz)

Suljetut ja suljetut bandpass-kotelot kontrolloivat tehokkaasti kartion liikettä erittäin matalilla taajuuksilla (<30 Hz). Tästä syystä niiden mekaaninen tehonkesto on parempi ja särö pienempi ko. taajuuksilla kuin refleksikoteloiden. Refleksikoteloissa kartion liikerata kasvaa huomattavasti ja kotelo ei enää kontrolloi liikettä viritystaajuuden alapuolisilla taajuuksilla. Tämä ei tietenkään tapahdu jyrkästi välittömästi viritystaajuuden alapuolella, vaan jossain vaiheessa kotelon kartion liikettä kontrolloivaa vaikutusta ei ole ja ongelmia on pian luvassa. Tämän vuoksi refleksikoteloiden kanssa on suositeltavaa käyttää tehokasta subsonic-suodatusta (subsonic-suodatin on jyrkkä ylipäästösuodatin taajuusalueella 20-30 hertsiä).

Suljetuille koteloille on tyypillistä loiva (-12dB/oktaavi) vasteen vaimeneminen alarajataajuuden käännepisteen (F3) alapuolella. Refleksikoteloilla jyrkkyys on noin –18-24dB/oktaavi. Kun tiedetään, että auton pieni sisätilavuus aiheuttaa bassotaajuuksilla noin 12 Desibelin korostuksen oktaavia kohden, ulottuu suljetun kotelon toisto alemmaksi vaikka elementti/kotelo-yhdistelmän alarajataajuus ei olisi kovin matalalla. Refleksikoteloiden toisto vaimenee jyrkemmin mitä akustiikka korostaa. Siksi refleksikoteloiden alarajataajuuden on oltava hieman matalammalla kuin suljettujen. Toisaalta toistovasteeseen muodostuu yleensä korostuma ennen toiston vaimentumista.

Suljettu bandpass-kotelo laajalle toistokaistalle laskettuna mahdollistaa erittäin matalle ulottuvan toiston, mutta ylemmällä bassoalueella on ongelmia yhtyä saumattomasti midbasso-alueeseen.

On tietysti hieman kyseenalaista tehdä kovin pitkälle meneviä johtopäätelmiä, koska vain hyvin harva äänite sisältää merkittävästi alle 30 Hertsin taajuuksia.

Varsinainen bassoalue (30-80 Hz)

Tämä alue sisältää suurimman osan subwooferin toistosta ja musiikin matalat taajuudet ovat tällä alueella. Bassotoiston laatu ”syntyykin” juuri tällä taajuusalueella.

Normaalilla kuunteluvoimakkuudella kaikki kotelotyypit toimivat (oikein suunniteltuina) melko samalla tavalla. Lukuun ottamatta kuitenkaan kotelolle tyypillisiä toiston perusominaisuuksia (lue: toistovasteen muutoksia). Refleksikoteloiden särö (refleksikoteloksi luetaan myös refleksi bandpass) pienempi kuin suljettujen, mutta ero on lähinnä marginaalinen. Suurilla äänenvoimakkuuksilla tilanne kuitenkin muuttuu merkittävästi. Refleksi bandpass-kotelot tuottavat vähiten särökomponentteja, koska kartion kontrolli on erittäin tehokasta lähes koko toistoalueella. Myös tavallinen refleksi ja suljettu bandpass-kotelot kykenevät tuottamaan paljon ääntä pienellä säröllä. Suljettu kotelo tuottaa eniten säröä suurilla voimakkuuksilla kyseessä olevalla taajuusalueella.

Tästä ei voida kuitenkaan tehdä yksiselitteistä johtopäätöstä, että refleksikotelon särö on pienempi kuin suljetun. Asiaan vaikuttaa toistettava taajuus ja voimakkuus.

Iskuäänet

Iskuäänien eli transienttitoisto kuvaa subwooferin kykyä toistaa nopeita signaali vaihteluita. Tätä kuvataan usein bassotoiston ”tiukkuutena” ja ”napakkuutena” tai kääntäen ”löysänä” bassotoistona. Puhutaan myös nopeasta tai hitaasta bassotoistosta. Nämä määritelmät voivat olla hieman harhaanjohtavia puhuttaessa transienttitoistosta, koska toiston kuulovaikutelmaan vaikuttaa myös vasteen muutokset ja erityisesti yhteensovitus ja yleistaso midbasso-alueeseen.

Transienttitoistossa on kyse enemmän ajan kuin taajuuden funktiosta. Kartion tulee lähteä nopeasti liikkeelle ja pysähtyä välittömästi kun signaali lakkaa. Äänet kuten rummun isku ja bassokitaran ”peukutus” tai nopeat matalataajuiset syntikka efektit ovat hyvä testi subwooferin transienttitoistolle. Soundin tulee olla selkeä, dynaaminen ja tiukka. Tämä ei kuitenkaan tarkoita napakaksi kuvattua (tai luultua) liian pienen suljetun kotelon ”pokspoks-bassoa”.

Huono transienttitoisto sumentaa iskuäänien erottelua ja dynamiikkaa, bassot voivat kumista tai kokonaissoundi on vain matalaa ”mörinää”.

Oikeanlainen elementti oikein suunnitellussa suljetussa kotelossa antaa yleensä parhaan parhaan transienttitoiston. Tämä on nähtävissä osittain myös suljetun kotelon ryhmäviiveessä ja vaihekäyttäytymisessä. Suurilla voimakkuuksilla kasvava särö voi kuitenkin jättää varjoonsa tämä edun. Suljetun kotelon transienttitoistoon vaikuttaa elementti/koteloyhdistelmän Qtc-arvo eli kokonaisresonanssin hyvyysarvo. Suurilla Qtc-arvoilla (yli 1.0) transienttitoisto huonontuu merkittävästi.

Refleksikotelolla voidaan saavuttaa myös hyvä transienttitoisto, mutta ei koskaan samanlaista kuin optimaalisella suljetulla kotelolla. Refleksikotelon transienttitoistoon vaikuttaa merkittävästi mitä laskentamallia suunnitelussa on käytetty; samoin kuin käytettävän elementin ominaisuudet ko. kotelotyypissä. Yleistäen voidaan todeta, että hyvään transienttitoistoon tarvitaan pääsääntöisesti suurempi kotelo.

Suljetulla bandpass-kotelolla voi olla myös hyvä transienttitoisto, jos toistokaistan leveys on suunniteltu suhteellisen kapeaksi. Ei kuitenkaan samaa luokkaa kuin suljetulla kotelolla. Kaistanleveyden kasvaessa (toistaa myös alemmaksi) transienttitoisto kärsii.

Refleksi bandpass-koteloiden suurin ongelma on juuri transienttitoisto.

Vaikka aihe ei tähän varsinaisesti sisällykään, on syytä todeta, että melko tuntematon asennustapa, vaimennettu free-air (aperodic membrane), on transienttitoistoltaan aivan omaa luokkaansa.

Herkkyys

Herkkyys kuvaa kaiuttimen kykyä muuttaa sähköenergiaa (vahvistimen tuottamaa tehoa) akustiseksi energiaksi (ääneksi, ilmanpaineen vaihteluksi). Herkkyys kertoo kuinka suuri äänenpaine saavutetaan tietyllä teholla. Ilmoitetaan yleensä 1 Watin tai 2.83 Voltin teholla 1 metrin etäisyydellä.

Arvoja vertailtaessa tulee siis tietää miten herkkyys on mitattu. Mainittu 2.83 Volttia vastaa 1 Watin tehoa 8 Ohmin kuormaan, mutta autokaiuttimille tyypillisellä 4 Ohmin kuormalla jännite vastaa 4 Wattia. Eri tavalla mitattuun arvoon on siis lisättävä tai vähennettävä 6 Desibeliä, riippuen vertailtavasta mittaustavasta. Myös mittausetäisyys vaikuttaa arvoon. Suurella herkkyydellä saadaan myös suurin äänenpaine. Edellyttäen tietenkin, että tehonkestoa on riittävästi.

Yleisesti ottaen herkkyydeltään suurimmat kotelotyypit ovat kapean kaistanleveyden bandpass-kotelot. Näistä refleksiversio vielä aavistuksen herkempi. Myös refleksikotelon herkkyys on kohtuullisen suuri. Suljetut kotelot ovat herkkyydeltään pienimpiä.

Yhteensovitus

Kokonaisvaikutelma toistosta syntyy siitä, miten subbasso yhtyy muuhun äänialueeseen, lähinnä midbassoon. Subbasso-taajuuksien instrumenttien äänensävy, eli miltä mikäkin kuulostaa, syntyy perustaajuuden yläpuolella olevista harmonisista kerrannaisista. Jos subbasson ja midbasson toisto eroaa toisistaan, ei kokonaisuus ole tasapainossa. Usein ihmetellään ongelmia subbasson toistossa vaikka ongelma piileekin midbassossa tai päinvastoin. Itse asiassa yhteensovitus, niin jakotaajuuksien kuin tasonkin osalta, on erittäin tärkeää ja vaikuttaa merkittävästi lopputulokseen.

Suljettu kotelo on helpoin sovittaa järjestelmään, seuraavana refleksikotelo. Bandpass-koteloiden kanssa saattaa olla ongelmia, erityisesti kapealla kaistanleveydellä, jos midbasso-elementit ovat liian pienet tai niiden toistossa on muita puutteita.

Hyvää ja huonoa

Mikään kotelo ei ole kaikilta ominaisuuksiltaan selvästi parempi kuin toinen. Jokaisella on omat erityispiirteensä, hyvät ja huonot puolet. Ominaispiirteiden tuntemus auttaa valitsemaan oikean elementin ja sille oikean kotelon: Mitä ominaisuuksia toistossa halutaan painottaa, millainen on muu järjestelmä, minkälainen auto, paljonko tilaa on käytettävissä, paljonko on vahvistintehoa, millainen kokonaisbudjetti?

On kuitenkin muistettava, että kokonaislaatu on kiinni elementistä. Kotelon vaikutus on myös erittäin merkittävä, mutta on vain tiedettävä mitä haluaa. Kaikkea ei voi saada samassa paketissa. Jos haluaa suurehkon herkkyyden ja äänenpaineen rajallisella vahvistinteholla, on refleksikotelo hyvä vaihtoehto. Jos haluaa ”maksimaalista potkua”, on syytä harkita bandpass-koteloa. Akustisesta musiikista nautiskelevalle saattaa suljettu olla oikea vaihtoehto.

Kaikki tässä kerrottu edellyttää tietysti, että kotelo on suunniteltu ja toteutettu erityisellä huolellisuudella ja elementti soveltuu ko. koteloon ja järjestelmään.

Yleisimmät kotelotyypit

Suljettu kotelo

Suljetussa kotelossa oleva ilma toimii ”jousena”, joka kontrolloi elementin kartion liikettä. Suljetun kotelon tulee siksi olla TÄYSIN TIIVIS. Kotelon ”ilmajousi” ja elementin mekaaniset/sähköiset ominaisuudet (Thiele/Small-parametrit) muodostavat kokonaisuuden, joka määrittelee miten elementti toistaa.

Suljetun kotelon toimintaa kuvataan Qtc-arvolla. Qtc kuvaa elementti/koteloyhdistelmän vasteen muotoa; tarkemmin määriteltynä sen resonanssiominaisuutta. Optimaalisena Qtc-arvona pidetään 0.7:ää, joka tuottaa kyseessä olevalla elementillä mahdollisimman suoran ja alas ulottuvan toistovasteen. Qtc-arvoilla (>0.9) alarajataajuuden käännepiste (F3) nousee ja vasteeseen muodostuu korostuma ennen alarajataajuuden käännepistettä. Soinnillisesti yli 1:n Qtc-arvoja voidaan luonnehtia ”ei-niin-hifistyneeksi”, epätarkaksi ja iskuäänillä on taipumusta jäädä ”soimaan”.

Qtc-arvon jäädessä alle 0.7:n alarajataajuus niin ikään nousee, mutta vaste on muodoltaan laakeampi ja ulottuu kaikkiaan alemmas. Lähestyttäessä arvoa 0.5 ja alle, vaste on hyvin loiva ja toistoa luonnehditaan ”ylivaimennetuksi” ja kuivaksi, mutta samalla myös tarkaksi ja erottelevaksi.

Kotelon tilavuuden pienentyessä Qtc-arvo nousee ja vastaavasti tilavuuden kasvaessa arvo laskee. Onkin siis selvää, että elementtiä ei kannata asentaa liian pieneen koteloon. Qtc-arvo ei mielellään saisi olla yli 1, mielellään jopa hieman alle. Toisaalta on todettava, että pieni ilmamäärä ja ”tiukka jousi” kontrolloi elementin liikerataa tehokkaasti ja parantaa siten mekaanista tehonkestoa. Ns. FreeAir-asennuksessa, jossa elementillä ei ole varsinaista tiivistä koteloa, ”kotelo” on niin suuri, että ilmalla ei ole enää kartion liikettä kontrolloivaa vaikutusta. Elementti ”kontrolli” itse itseään. Qtc-arvo on sama kuin elementin Qts-arvo, jotka sitä paitsi kuvaavat pitkälle samaa asiaa.

Suljetun kotelon hyvä transienttitoisto (iskuäänet) ja sen ”sulautuminen” muuhun äänialueeseen johtuu pääasiassa toimintaperiaatteen yksinkertaisuudesta, loivasta toistovasteesta sekä pienestä ja lineaarisesta ryhmäviiveestä että tasapainoisesta vaihekäyttäytymisestä. Huonoja puolia ovat refleksikoteloa heikompi herkkyys, suurempi liikepoikkeama pääasiallisella toiminta-alueella ja edellä mainituista johtuen suurempi särö. Liikepoikkeamasta vielä sen verran, että se on esimerkiksi refleksikotelo paremmin kontrollissa erittäin matalilla taajuuksilla. Myös impedanssikäyttäytymiseltään suljettu kotelo on yksinkertainen. Impedanssivasteen huippuarvo on elementin ja koteloyhdistelmän resonanssin (Fc) kohdalla ja laskee tasaisesti sen kummallakin puolella nimellisimpedanssiarvoonsa.

Suljetun kotelon laskenta

Ohjelma laskee oletuksena optimaalisen kotelotilavuuden Qtc-arvolla 0.707. Tämä tuottaa mahdollisimman alas tasaisena ulottuvan toistovasteen. Sopivan alarajataajuuden tulisi olla noin 40-50 Hz.

Kotelotilavuutta pienentämällä alarajataajuus nousee hieman ja kotelon Qtc-arvo kasvaa. Yli 1:n Qtc-arvoja tulee vältää, koska toistosta voi tulla epätarkka ja yläbassoa korostava. Pienemässä kotelossa elementin mekaaninen tehonkesto kasvaa kaikkein matalimmilla taajuuksilla. Tässäkin tapauksessa alarajataajuuden tulisi olla alle 50 Hz.

Suuremmilla kotelotilavuuksilla alarajataajuus myös nousee, mutta vasteen muoto on hyvin loiva ja käytännössä toisto ulottuu autossa erittäin alas vaikka laskennallinen alarajataajuus olisi 60-70 Hz. Kotelotilvuuden kasvaessa Qtc-arvo laskee. Arvolla 0.6-0.5 saadaan yleensä hyvin tarkka ja analyyttinen toisto. Jotkut pitävät sellaista kuitenkin hieman kuivana ja sävyttömänä. Toisto on kuitenkin hyvin ”hifistynyt” Qtc-arvo 0.6 onkin hyvä vaihtoehto ellei alarakataajuus jää liian ylös ja kotelotilavuus muodostu epäkäytännöllisen suureksi.

Pikalaskenta painikkeilla Flat (Qtc 0.707), Hifi (Qtc 0.577) ja SPL (Qtc 1.0) voidaan laskea kotelot nopeasti. Syöttämällä vaihtoehtoisesti Vb- tai Qtc-kenttiin uudet arvot, laskee ohjelma uuden tilavuuden tai Qtc-arvon annetulla tiedolla. Syötä tieto ja paina ENTER. Piirrä valinnalla saadaan toistovaste ikkunaan.

Refleksikotelo

Refleksikotelossa oleva ilmamassa (-määrä) ja kotelosta ulos johtavan refleksiputken/-aukon ilmamassa muodostavat eräänlaisen resonaattorin (Helmholtz-resonaattori), joka vahvistaa elementin toistoa viritystaajuudella ja sen yläpuolella. Refleksikotelon toisto ulottuukin vapaassa kentässä suorana alemmas kuin vastaavassa suljetussa kotelossa. Alarajataajuuden käännepisteen alapuolella toisto vaimenee kuitenkin nopeammin kuin suljetussa kotelossa. Vaimennus on noin 24 desibeliä oktaavia kohden. Jyrkkä vasteen muoto korostuu erityisesti autossa, mutta tästä lisää tuonnempana. Myös refleksikotelon kokonaisherkkyys on suurempi kuin suljetun, parhaimmillaan jopa 6 desibeliä. Tästä syystä kartion liikepoikkeama on pienempi ja mekaaninen tehonkesto suurempi. Näin myös kokonaissärö on pienempi. Ongelmana on kuitenkin liikepoikkeaman kasvaminen merkittävästi viritystaajuuden alapuolella. Refleksikotelon yhteydessä olisi hyvä käyttää ns. subsonic-suodatusta, jolla kaikkein matalimmat taajuudet (<30-20 Hz) vaimennetaan.

Refleksikotelon ryhmäviive on yleensä suurempi kuin suljetun, mutta varsinaisen ongelman muodostaa lähinnä sen voimakas vaihtelu, jos kotelo on väärin suunniteltu. Sama koskee myös vaihekäyttäytymistä.

Refleksikotelon suunnittelu ei ole aivan niin suoraviivaista ja yksinkertaista kuin suljetun. Kun suljetun kotelon toimintaa kuvataan Qtc-arvolla, refleksikotelossa sitä vastaavat laskentamallit erilaisilla kotelotilavuuden ja viritystaajuuden suhteilla. Emme perehdy nyt asiaan syvällisemmin sen laajuudesta johtuen.

Refleksikotelon tilavuuden ja viritystaajuuden voi tietysti ”vetää hatusta”, mutta toiston laadusta ei ole mitään takeita ja pahimmassa tapauksessa elementti on vaarassa rikkoutua. Refleksikotelolla on hieman huono maine sellaisena kumisevana ”yhdennuotin-bassona”, mutta tällöin on kyse epäonnistuneesta suunnittelusta ja/tai vääräntyyppisestä elementistä. Kaikkiaan refleksikotelon suunnittelu on siis huomattavasti monimutkaisempaa kuin suljetun, mutta parhaimmillaan toisto on parempi kuin suljetulla kotelolla ja lisäksi etuna ovat pienempi särö ja suurempi herkkyys.

Refleksikotelolle tyypillinen impedanssivaste on kaksihuippuinen, joiden välissä on impedanssin minimiarvo kotelon viritystaajuudella.

Refleksikotelon laskenta

Yleisimmin käytetty laskentamalli on ns. QB3. Sille on tyypillistä pienehkö kotelotilavuus, mutta transienttitoisto ei ole paras mahdollinen. Laskentaohjelma (NORMAL) käyttää QB3:n hieman suurempia tilavuuksia antavaa mallia. EXTENDED laskee hieman suuremman tilavuuden ja matalamman viritystaajuuden. Tällä saadaan joissain tapauksissa tarkempi toisto ja voimakkaampi kaikkein matalampien taajuuksien toisto. Alarajataajuuden tulisi olla 35-45 Hz ja viritystaajuuden alle 45 Hz. Mikäli kotelotilavuus on suuri on syytä kokeilla mielummin suljettua koteloa.

Voit kokeilla itse muita kotelotilavuuksia ja viritystaajuuksia, mutta tässä on syytä muistaa, että pelkkä taajuusvasteen arviointi ei kerro kaikkea refleksikotelon, niin kuin ei suljetunkaan, toiminnasta. On siis syytä välttää merkittävästi suositellusta poikkeavia arvoja. Etenkään viritystaajuutta se saisi nostaa liian korkeaksi. Täm voi pahimassa tapauksessa aiheuttaa jopa elementin rikkoutumisen jo kohtuullisilla tehoilla.

Syötä halutut arvot Vb- ja Fb-kenttiin ja paina PIIRRÄ. Ohjelma laskee toistovasteen annetuilla arvoilla.

Bandpass-kotelo

Bandpass- eli kaistanpäästökotelot olivat muutamia vuosia sitten mielenkiinnon kohteena, mutta nykyään niitä tapaa harvemmin. Syynä ehkä huono maine ”hifipiireissä”. Nimitys kaistanpäästö tulee kotelon toistovasteelle tyypillisestä muodosta, joka on rajattu niin ala- kuin ylätaajuuksilta. Ylätaajuuksien suodatus tapahtuu elementin etupuolisessa refleksiviritteisessä kotelossa. Elementti on siis kotelon sisällä kahden kotelon välissä.

Bandpass-koteloita, ja muitakin koteloita kutsutaan myös nimityksillä 2., 3., 4…. asteen kotelot. Nimitys tulee kotelolle tyypillisestä toistovasteen vaimentumisen jyrkkyydestä, joka on verrannollinen jakosuodattimen jakojyrkkyyteen. Jokainen ”aste” vastaa kuuden Desibelin vaimennusta oktaavia kohden eli 2.aste on -12dB, 3.aste –18dB, jne. Esimerkiksi suljettua koteloa kutsutaan 2.asteen koteloksi, koska sen vaste laskee jyrkkyydellä 12 Desibeliä/oktaavi. Refleksikotelo on 3.asteen, suljettu bandpass 4.asteen ja refleksi bandpass 6.asteen, Bandpass-koteloiden kohdalla lasketaan yhteen sekä ala- että ylätaajuuksien vaimentuminen.

Bandpass-kotelot jaetaan kahteen ryhmään: suljettuihin ja refleksi-bandbass-koteloihin. Suljetussa bandpass-kotelossa elementin toisella puolella on suljettu kotelo ja toisella refleksi. Refleksi-bandpass-kotelossa molemmat kotelot ovat refleksiviritteisiä. Molempiin pätevät osittain samat kriteerit ja ominaisuudet kuin tavallisiin suljettuihin ja refleksikoteloihin. Muutoin bandpass-koteloiden suunnittelu on monimutkaista ja valitettavan usein lopputulos ei ole paras mahdollinen. Tässä varmasti syy huonoon maineeseen. Parhaimmillaan bandpass-kotelosta saa todella tukevan potkun, suuren herkkyyden ja erinomaisen mekaanisen tehonkeston.

Bandpass-kotelon laskenta

Ohjelma laskee optimaalisen kotelon suljetulle bandpass-kotelolle (NORMAL). UPTUNED-valinnalla lasketaan hieman korkeampi viritystaajuus, jolloin yläbasso-alueelle saadaan lisää herkkyyttä ja subbasson toisto yhtyy paremmin muuhun äänialueeseen.

Eri tilavuuksia ja virityksiä voi kokeilla syöttämällä halutut arvot tietokentiin. Paina PIIRRÄ ja ohjelma laskee toistovasteen annetuilla arvoilla.

Muita koteloita

Bandpass-koteloista on edellä mainittujen lisäksi erilaisia muunnelmia. Mm. sellaisia, joissa refleksiputket johtavat kotelosta toiseen tai useammalla kuin kahdella kammiolla (kotelotilalla) toteutetut.

Lisäksi on olemassa koteloita passiivisäteilijällä (refleksiperiaate), transmissiolinjalla ja laskostetulla torvella. Oma lukunsa ovat ns. resistiiviset refleksikotelot ja vaimennetut free-air -asennukset. Vaihtoehtoja siis riittää.

Bassokotelon rakentaminen

Mitoitus

Ensimmäinen tehtävä on kotelolle käytettävissä olevan tilan arviointi. Otetaan mitat tilasta, johon kotelo tulee saada mahtumaan ja lasketaan kuvitteellisen kotelon suurpiirteinen tilavuus. Arviointia ja lopullisten piirustusten tekemistä helpottaa jonkinlainen paperille piirretty hahmotelma kotelosta ja sen lopullisesta muodosta

Tilavuus

Tilavuutta arvioitaessa ja kotelon piirustuksissa tarvitaan hieman matematiikkaa. Ohessa on esimerkkejä erimuotoisten tilavuuksien laskennasta ja tarvittavat kaavat. Jos kotelo muoto on epäsäännöllinen, esimerkiksi vinosivuinen, tulee kotelo jakaa suorakulmaisiin osa-alueisiin ja laskea kunkin tilavuus erikseen ja lopuksi kokonaistilavuus.

Tilavuuden laskennassa tulee ottaa huomioon myös käytettävän materiaalin paksuus, mahdollisten sisätukien, elementin ja mahdollisen refleksiputken syrjäyttämä tilavuus. Puhuttaessa tilavuudesta, jossa ei ole huomioitu kotelon tilavuutta vähentäviä kappaleita tarkoitetaan ns. bruttotilavuutta. Nettotilavuus on ilmatila kotelossa, joka pitää jäädä jäljelle kun elementin yms. syrjäyttämät tilavuudet on vähennetty bruttotilavuudesta. Laskenta-ohjelman tilavuudet ovat kaikki nettotilavuuksia.

Tilavuuslaskentaa

Pinta-ala (cm²) = korkeus (cm) x syvyys (cm)
Tilavuus (cm³)= korkeus (sm) x syvyys (cm) x leveys (cm)

Pinta-ala (cm²) = korkeus (cm) x syvyys (cm) / 2
Tilavuus (cm³)= korkeus (cm) x syvyys (cm) x leveys (cm) / 2

Pinta-ala (cm²) = 3.14 x säde (cm) x säde (cm)
Tilavuus (cm³)= 3.14 x säde (cm) x säde (cm) x pituus (cm)
Säde = halkaisija / 2

Tilavuus (-arvio) (cm³)= 3.14 x säde (cm) x säde (cm) x syvyys
(cm) / 3
Säde = halkaisija / 2

Monimuotoisen kotelon tilavuutta laskettaessa, kannattaa kotelo jakaa suorakulmaisiin osiin ja laskea saadut tilavuudet yhteen. Laskettaessa nettotilavuuksia, tulee materiaalin paksuus aina vähentää mitoista. Tämä koskee myös kotelon sisään tulevia osia (refleksiputki ja elementin rakenneosat).

Mittayksiköiden muunnoksia

Pituusmittoja

1 m = 100 cm = 1000 mm
1 tuuma (inch) = 2,54 cm = 25,4 mm
1 mm = 0,03979 tuumaa
1 jalka (feet) = 30,48 cm = 304,8 mm

Pinta-alamittoja

1 m² = 1000 cm²
1 neliötuuma (sq.in) = 6,452 cm²
1 cm2 = 0,155 sq.in
1 neliöjalka (sq.ft) = 929 cm²
1 sq.ft = 144 sq.in

Tilavuusmittoja

1 m³ = 1000 dm³
1 dm³ = 1000 cm³
1 l = 1 dm³
1 kuutiotuuma (cu.in) = 16.39 cm³ = 0.1639 l
1 l = 61.02 cu.in
1 kuutiojalka (cu.ft) = 2832 cm³ = 28.32 l
1 l = 0.03531 cu.ft

Onko muodolla väliä?

Minkä muotoinen kotelo on paras? Vastus on, ettei ”minkään” muotoinen.

Kahden samansuuntaisen rajapinnan välille muodostuu ns. seisovia aaltoja. Nämä resonanssit heikentävät elementin transienttitoistoa. Kotelo, jossa kaikki sivut ovat eri pituisia ja suuntaisia on paras, koska seisovien aaltojen muodostuminen on mahdotonta. Valitettavasti tällaisen kotelon rakentaminen on erittäin vaikeaa.

Täysin kuution muotoista koteloa tulee kuitenkin välttää, koska tällaisessa kotelossa seisovat aallot muodostuvat samalle taajuudelle samaan kohtaan. On myös suositeltavaa sijoittaa elementti epäsymmetrisesti hieman sivuun kotelon keskilinjoista.

Materiaali

Jo kotelon mitoitusvaiheessa tulee huomioida käytätettävän rakennusmateriaalin paksuus. Siksi materiaali on valittava ennen mitoitusta. Suositeltava rakennusaine kotelolle on MDF-levy, joka on periaatteessa samantyyppistä puristelevyä kuin tavallinen lastulevy, mutta tehty huomattavasti pienemmistä ainesosista ja siksi erittäin tukevaa. Suositeltava paksuus riippuu kuinka suuria ovat kotelon jännevälit eli kuinka suuria seinämiä käytetään. Mitä suuremmat kappaleet, sitä tuhdimpaa tavaraa tarvitaan. Pääsääntöisesti materiaalin paksuudeksi voidaan suositellaan 22 mm MDF-levyä. Mikäli kotelon seinämät ovat suurikokoiset, voidaan niitä tukea kotelon sisään rakennettavalla välituella.

Tukeva kotelo

Miksi kotelon pitää olla tukeva? Elementti aiheuttaa kotelon sisään taajuuden mukaan vaihtelevan ali- ja ylipaineen. Tämä paineenvaihtelu pyrkii liikuttamaan myös kotelon seinämiä. Nämä ylimääräiset värähtelevät pinnat aiheuttavat toistoon epätarkkuutta ja pienentävät elementin akustista herkkyyttä. Tukeva kotelo on sellainen, jonka päällä pysyy kyljellään oleva kolikko pystyssä äänenvoimakkuudesta riippumatta.

Kotelon kokoaminen

Kun tarvittava hahmotelma kotelosta on tehty, tulee tarvittavat osat mitoittaa huolellisesti. Tässä tulee olla tarkkana ja huomioida kotelon kokoamisjärjestys ja materiaalin paksuus huomioiden.

Kotelo on helppo koota itseporautuvilla senkkauskantaisilla ristipääruuveilla. Läpäisevään pintaan porataan ruuvin halkaisijaa pienemmät alkureiät, jotta ruuvin työntämä puru ei jää saumojen väliin. Sopiva ruuvitiheys on noin 15-20 senttiä. Saumoissa on hyvä käyttää runsaasti puulimaa, jonka kotelon sisäpuoliset pursokset painetaan sormella tiivisti sisäsaumoihin. Näin saadaan hyvä tiiviys ja tukevat sauman liitokset. Saumat voi toki viimeistellä vielä silikonilla kotyelon sisäpuolelta.

Elementti kiinni

Elementin kiinnitykseen olisi hyvä käyttää lyöntimuttereita, jotka kiristetään koteloon ja esimerkiksi kuusiokolopultteja. Jos elementti joudutaan irrottamaan useasti tai edes kerran, ei vanhoissa ruuvinreivissä ole enää riittävästi pitoa. Mutta kyllä tavalliset puuruuvitkin asiansa ajavat. Ruuveina tulisi käyttää ristipäisiä tasakantaisia, kartiokantaiset saattavat vääntää, erityisesti peltirunkoisten, elementtien runkoa.

Elementin ja kotelon väliin käytetään tiivistenauhaa. Ei silikonia, jos elementti halutaan vielä siististi irti.

Terminaali

Liitäntä vahvistimeen on järkevintä tehdä kaiutinterminaalilla. Niitä on useaa eri tyyppiä, joista paras on ns. naparuuvimalli, jossa kaiutinjohto kiristetään ruuvattavan liittimen alle tai käytetään banaaniliitintä.

Myös kaiutinterminaalin tiiviydestä on huolehdittava. Pienikin vuoto kotelossa, oli sitten kyseessä suljettu tai refleksi, haittaa kotelon toimintaa ja saattaa aiheuttaa sivuääniä ja jopa elementin rikkoutumisen.

Elementti liitetään terminaaliin 2-4 neliömillimetrin johdolla. Liitokset on syytä tehdä juottamalla, jos mahdollista.

Vaimennusaine

Koteloon laitetaan yleensä vaimennusainetta. Tämän pääasiallinen merkitys on vähentää kotelon sisään syntyviä resonansseja. Tällä on kuitenkin enemmän vaikutusta muilla kuin subbasso-taajuuksilla. Vaimennusaineella on vaikutusta kotelotilavuuteen.

Täyttämällä kotelo vaimennusaineella saadaan elementti ”näkemään” kotelotilavuus todellisuutta suurempana. Vaikutus voi olla jopa 30 prosenttia, käytännössä kuitenkin 10-20 prosenttia. Näin saadaan joskus tarvittava lisätilavuus kuin ”tyhjästä”.

Laskenta-ohjelman oletus on noin 0 % vaimennusainetta. Mikäli käytät vaimenusainetta voit tehdä laskennallisesta tilavuudesta oheisen kuvan mukaisen vähennyksen:

1. Ohjelman oletus
2. Vähennä 5 %
3. Vähennä 10 %
4. Vähennä 20 %

Vaimennusaineen käyttö saattaa tiputtaa elementin akustista herkkyyttä hieman, mutta ei merkittävästi. Vaimennusaineesta on hyötyä eniten suljetuissa koteloissa, mutta yhtälailla sen vaikutukset ulottuvat myös refleksi- ja bandpass koteloihin. Jotkut valmistajat eivät suosittele vaimennusaineen käyttöä refleksikoteloissa ja ehkäpä asia kannattaakin jättää kokeilun varaan.

Kuinka paljon vaimennusainetta tulee sitten laittaa ja millainen on parasta? Vaimennusaine ei saa rajoittaa sisätilavuutta, joten tavallinen, tiivissolukkoinen vaahtomuovi ei sovellu. Suositeltavaa vaimennusainetta on polyesteri vanu, jota käytetään mm. takkien vuorissa ja tyynyjen täytteenä. Myös harvarakenteinen vuorivilla soveltuu vaimennusaineeksi vaikkakin pölisee jonkin verran. Paras tulos saadaan käyttämällä kahta tai jopa kolme tiheydeltään erilaista materiaalia. Esimerkiksi kotelon seinämille voidaan laittaa 20-30% kotelon tilavuudesta keskitiheää vuorivillaa ja lopputilavuus täytetään 60-80 prosenttisesti polyesterivanulla.

Vaimennusaine vaikuttaa lisäksi elementin impedanssikäyttäytymiseen ja resonanssiominaisuuksiin, mutta vaikutus on usein vain nimellinen ja sen käytännön vaikutuksesta ollaan monta mieltä. Toinen huomionarvoinen seikka on kuitenkin refleksiputken vaimentaminen. Tämä liittyy ns. resistiiviseen refleksiviritykseen. Refleksiputkeen laitetaan ilmaa läpäisevää suodatinvaahtomuovia tai tavallista polyesterivanua. Näin saadaan aikaan ns. resistiivinen refleksiviritys. Tämä tasoittaa refleksijärjestelmälle ominaista kaksihuippuista impedanssivastetta, kontrolloi elementtiä paremmin viritystaajuuden alapuolella ja pienentää ryhmäviivettä. Kannattaa ainakin kokeilla vaikka mitään yleisohjeita refleksiputken vaimentamiseen ei olekaan.