Kandityön aihe 

Työssä käsittelin yliopiston kaiuttoman huoneen soveltuvuutta kaiutinmittauksiin ja erityisesti kaiuttimen vapaakenttävasteen mittaamiseen. Kun kaiuttimen vaste mitataan sellaisessa tilassa, jossa heijastuksia ei pääse syntymään tai ne eivät saavu mittauspaikalle, on mitattu vapaakenttävaste.

Sisältö

Työssä tarkastellaan kaiutinmittauksia ja ääntä seuraavin aihepiirein:

Mittauskokoonpano

Mittauskokoonpanoon voi kuulua esimerkiksi mittausmikrofoni, esivahvistin ja audioanalysaattori sekä pulssigeneraattori, sen vahvistin ja mitattava kaiutin.

Mittausmikrofoni

Mittausmikrofoni voi olla tyypiltään vapaakenttämikrofoni, diffuusin äänikentän mikrofoni tai painemikrofoni.

Kaiutinmittauksen testisignaali

Kaiutinmittauksissa käytettäviä testisignaaleja ovat esimerkiksi eri tyyppiset kohinat, sinipyyhkäisy tai impulssisignaali.

Kaiuttimen suuntautuvuus

Suuri kaiutin suuntaa lyhyttä aallonpituutta eli korkeaa taajuutta tehokkaasti osoitettuun suuntaan. Matala taajuus sen sijaan säteilee kaiuttimesta jokaiseen suuntaan.

Vapaakenttä- ja tehovaste

Tehovaste sisältää suoran kaiuttimen äänen lisäksi huoneen pinnoilta mittauspaikalle heijastuneet ääniaallot. Tehovasteesta voidaan tarkastella huoneen vaikutusta ääneen.

Kaiuttimen kauko- ja lähikenttä

Kaiuttimen kaukokenttä on vähintään kolme kertaa kaiutinelementin kalvon halkaisijan mitan etäisyydellä kaiuttimesta.

Kaiuttimen akustinen keskipiste

Kaiutin voidaan mieltää pistemäiseksi äänilähteeksi, kun sitä tulkitaan sen akustisesta keskipisteestä. Yleensä kaiuttimen akustinen keskipiste sijaitsee vaakatasossa keskellä kaiutinta ja pystytasossa kaiutinelementtien välissä.

Äänen vaimentuminen

Matalan taajuuden vaimentaminen vaatii enemmän vaimennusmateriaalia kuin korkean taajuuden vaimentaminen. Vaimennuksen tehokkuus määritellään absorptiokertoimella.

Seisovat aallot

Seisova aalto muodostuu, kun ääniaallon puolikas vastaa seinien välistä etäisyyttä toisistaan. Seisovat aallot vahvistavat toisiaan, jolloin tuloksena on kasvanut äänenpaine.

Lisäksi pohdin kaiutinmittauksien valmistelua IEC:n (International Electrotechnical Commission) standardin 60268-5 näkökulmasta. Standardissa määritellään, miten ja millaisissa olosuhteissa kaiutinmittaukset tulisi tehdä.

Kaiuttoman huoneen alarajataajuus

Teoreettisesti tulkittuna yliopiston kaiuttoman huoneen vaimennusmateriaali rajoittaa alarajataajuuden arvoon 900 Hz. Alemmalla kuin 900 Hz taajuudella, huone ei ole enää kaiuton.

Kaiuttomassa huoneessa tehdyn kaiutinmittauksen tuloksen perusteella huone ei kuitenkaan heijastanut ääntä taajuusalueella 400 – 20 000 Hz.

Kaiuttoman huoneen ylärajataajuus

Ylärajataajuuden määrittävät huoneessa olevat kiinteät kalusteet, kuten valot, pistorasiat ja lattiaritilä. Myös käytettävä mittausmikrofoni voi vaikuttaa ylärajataajuuteen.

Seisovat aallot

Yliopiston kaiuttomassa huoneessa syntyy seisovia aaltoja taajuusalueella 43 – 270 Hz. Kriittinen taajuus kertoo mille taajuudelle asti seisovat aallot ovat merkitseviä.

Mittaussignaali

Impulssisignaalin avulla voidaan mitata taajuuksia, jolloin huone ei ole enää kaiuton. Oikein tulkittuna voidaan impulssivasteesta erottaa suora kaiuttimen ääni heijastuksista.

Johtopäätökset

Olennaisena asiana työssä on alarajataajuus, jonka määrittäminen teoreettisesti oli hankalaa, sillä huoneessa käytetystä vaimennusmateriaalista oli enää hyvin vähän tietoa saatavilla.

Jatkotutkimusta työhön saisi erityisesti absorptiokertoimen selvittämisestä. Kertoimen avulla voitaisiin ylä- ja alarajataajuudet määrittää tarkemmin.

Mikäli haluat lukea koko kandidaatintutkielman, löytyy se alta:

http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018100937894

The post Kandidaatintyö: Kaiuton huone kaiutinmittauksissa appeared first on Esko Heino.

Kokonaisbudjetti 5155 €

• Kaiuttimet 3000 €
• Videotykki 1500 €
• Vahvistin 300 €
• Valkokangas 140 €
• Yleiskaukosäädin 200 €
• Videotykin teline 15 €

Kuten kuvasta näkyy, heijastuu valo valkokankaalta erityisesti lähellä oleviin vinoseiniin. Valkea pinta valkokankaan lähellä vie paitsi huomiota, valaisee myös kankaan pintaa tehden pimeistä kohtauksista harmaita. Korjasin tämän ongelman niittaamalla kattoon mustaa edullista kirpputorilta löytämääni kangasta, joka ei heijasta valoa. Asensin myös molempiin sivuseiniin verhokiskot, joille asetin mustat verhot peittämään heijastavat kohteet näkökentän oikeasta ja vasemmasta laidasta. Verhokiskojen ansiosta verhot voidaan työntää kankaan taakse, kun elokuvia ei katsella. Lopuksi asetin lattialle vielä mustan karvamaton estämään lakatusta puupinnasta tulevat heijastumat.

Päätin myös laittaa kaksi kappaletta akustiikkalevyjä molemmin puolin teatteritilaa estämään sivuseinien kautta tulevia aikaisia heijastuksia. Aikainen heijastus on heijastus, joka saavuttaa kuulijan 5 – 35 ms sisällä kaiuttimesta tulevan suoran äänen jälkeen. Aivot yhdistävät ne yhdeksi ääneksi vääristäen äänikokemusta.

Kuvia projektista:

Kiitokset lukijoille, jotka jaksoivat seurata projektia tänne asti.

The post Projekti: Kotiteatteri (osa 4/4) appeared first on Esko Heino.

Videotykki (budjetti: 1500 €)

Videotykki on kotiteatterin olennaisin yksittäinen laite. Kuitenkin hintatason kasvaessa alkaa ero suorituskyvyssä kaventua kalliimpaan nähden. Siispä videotykin budjettia miettiessä panostin aikaani eri arvostelujen lukemiseen ja tulin siihen tulokseen, että 3000 € videotykki täyttäisi vaatimukseni. Tätä arvokkaammista videotykeistä vasta 6000 € hintalapulla saisi merkittävää parannusta, joten tunsin tekeväni oikean päätöksen. 3000 € hintaluokassa suosittuja videotykkimalleja valmistaa muun muassa Epson, JVC ja Sony.

Tärkeimpänä kriteerinä videotykkiä valitessani pidin sen kykyä toistaa mustaa mustana eli korkeaa kontrastia. Videotykkejä tutkiessani löysin käytettynä myynnistä Epson EH-TW9200 tykin. Tämä malli täyttäisi vaatimukseni ja käytettynä ostettaessa voisin käyttää säästetyt rahat kaiuttimien hankintaan.

Kaiuttimet (budjetti 3000 €)

Kaiuttimien hankintaan vaikutti suuresti aikaisempi kokemukseni Genelecin kaiuttimista. Omistin aikaisemmin Genelec 8020A kaiuttimet, joiden äänenlaatu on vertaansa vailla. Nyt kotiteatteritilassani kuunteluetäisyydeksi tulisi 3,3 m, joten tarvitsin isompaa kaiutinta suuremman äänenpaineen mahdollistamiseksi ja elokuvakokemuksen tavoittamiseksi. Genelec -kaiuttimissa arvostan niiden tasaista taajuusvastetta sekä kotimaisuutta. Jos ääni vääristyy kaiuttimissa, on mahdotonta päästä hyvään lopputulokseen huomioiden huoneen tuomat väritykset.

Genelecin kaiuttimissa helppoutta tuo se, että ne ovat aktiivikaiuttimia. Aktiivikaiuttimet eivät tarvitse erillistä päätevahvistinta, sillä vahvistin on sisäänrakennettuna. Erikseen tarvitsee hankkia vain esivahvistin, joka purkaa mediasoittimelta tulevan digitaalisen äänen analogiseen muotoon, jota kaiuttimet osaavat toistaa.

Genelec 80-sarjan ollessaan entuudestaan hyväksi todettu, valitsin sarjasta kaiuttimet, jotka sopivat budjettiini sekä käytettävään kuunteluetäisyyteen. Kahden etukaiuttimen malliksi valikoitui Genelec 8050A joka toistaa taajuusalueen 38 – 20 000 Hz.



Koska kyseessä on elokuvateatteri, halusin kuulla koko elokuvien taajuuskaistan, joka useimmissa elokuvissa ylettää alemmas kuin 38 Hz. Tämän vuoksi päätin täydentää kuuntelukokemusta erillisellä subwooferilla. Bassokaiuttimeksi valikoitui Genelec 7070A, joka sopii hyvin yhteen valitsemieni kaiuttimien kanssa. 7070A toistaa taajuusaluetta 19 – 85 Hz, joten toistettavat äänet ulottuvat ihmisen kuuloalueen ulkopuolelle asti.

Kun kyseessä on elokuvateatteri, täytyi minun kuulla myöskin elokuvissa olevat takakaiuttimien äänet. Takakaiuttimien hankintaan jäi budjetista enää hyvin pieni osa, joten en voinut asettaa niille kriteereiksi muuta kuin riittävän äänenpaineen 1,3 metrin kuunteluetäisyydelle. Takakaiuttimien ei tarvitse olla yhtä isot kuin pääkaiuttimet, sillä ne ovat lähempänä kuuntelijaa. Behringer Truth B2031A aktiivikaiuttimien äänenpaine yltäisi tällä etäisyydellä suunnilleen samaan tasoon kuin valitut etukaiuttimet.

Keskikaiutinta en budjettiini saanut valitettavasti mahdutettua, joten päädyin lopulta 4.1 kaiutinjärjestelmään. 4.1 järjestelmään kuuluu siis 2 etukaiutinta, 2 takakaiutinta ja matalien taajuuksien bassokaiutin.

Päädyin hankkimaan kaikki kaiuttimet käytettyinä, sillä uutena ostettaessa budjettiini sopivat Genelecin kaiuttimet olisivat olleet kotiteatteritilaani armottomasti liian pienet.

Vahvistin (budjetti 300 €)

Vahvistimen valintaan vaikuttaa paitsi budjetti, myös kaiuttimet joille vahvistimella ääni syötetään. Genelec kaiuttimet ovat aktiviikaiuttimia, joten tarvetta varsinaiselle päätevahvistimelle ei ole. Vahvistimen tehtäväksi jää siis mahdollinen äänikoodekkien purku sekä eri äänilähteiden yhdistäminen kaiuttimiin. Vahvistimia ilman päätteitä kutsutaan esivahvistimiksi. Esivahvistinten valikoima on valitettavasti hieman suppeampi verrattuna pääteasteen sisältäviin vahvistimiin.

Valitsemani Genelecin aktiivikaiuttimet ottavat sisäänsä vain analogista signaalia, joten vahvistimen täytyy purkaa sille digitaalisesti syötetty ääni analogiseen muotoon. Analoginen äänisignaali voidaan siirtää esimerkiksi RCA tai XLR -kaapelia pitkin. Halusin myös, että voin kuunnella ääniä ja katsella tykiltä kuvaa tietokoneesta ja Playstationista, joten vahvistimessa täytyy olla HDMI tuloja ja vähintään yksi lähtö. Omat vaatimuksensa asettivat myös Blu-ray -elokuvat, joiden katsomiseksi vahvistimen täytyy osata purkaa yleisimmät DTS ja Dolby Digitalin äänikoodekit sekä muuttaa ne analogiseen muotoon.

Esivahvistimen valintaa pohjustin lukemalla arvosteluja ja käyttökokemuksia. Vaadittavat liittimet ja ominaisuudet omaava laite löytyikin Verkkokaupan valikoimasta: Procaster DE-4337H. Esivahvistin tuottaa vähemmän hukkalämpöä ja on kooltaan pienempi kuin päätevahvistimet sisältävä vahvistin.

Yleiskaukosäädin (budjetti 200 €)

Kun kaikki laitteet oli ostettu ja yhdistetty toisiinsa, oli johtoa ja kaukosäädintä ripoteltuna pitkin teatteritilaa. Yleiskaukosäädin parantaa käyttökokemusta huomattavasti, sillä se korvaa usean laitteen kaukosäätimet. Halvempia yksinkertaisia yleiskaukosäätimiä valmistavat useat eri valmistajat, mutta näiden ominaisuudet ovat hyvin rajalliset. Halusinkin hankkia kerralla kaukosäätimen, jolla voin ohjata jokaista teatteritilan laitetta nyt ja tulevaisuudessa.

Valintani kohdistui Logitech Harmony Ultimateen. Kaukosäädin voidaan asentaa joko puhelinsovelluksella tai tietokoneohjelmalla, kun se on vain ensin kytketty verkkoon. Harmonyllä voidaan ohjata tavallisen infrapunakaukosäätölaitteiden lisäksi myös bluetoothin avulla esimerkiksi tietokonetta tai Playstationia. Säädintä ei myöskään tarvitse osoittaa mitään laitetta kohti sitä käytettäessä, sillä se on radioyhteydessä nettiin kytkettyyn siltaan, joka toimittaa infrapunasignaalin perille. Harmonyyn asennettuja laitteita voidaan myös ohjata sisäverkon välityksellä älypuhelimen Harmony -sovelluksella.

Monipuolisten yhteysvaihtoehtojen lisäksi hhyödyllinen ominaisuus Harmonyssa on erilaisten kombinaatioiden ohjelmoiminen. Harmonyn voi asettaa käynnistämään videotykin, vahvistimen ja Playstationin yhdellä napinpainalluksella. Samalla Harmony asettaa ääni- ja videolähteet oikein, jotta Playstationin ääni kuuluu ja kuva näkyy. Vastaavasti yhtä nappia painamalla sulkeutuvat kaikki päällä olevat laitteet.

Seuraavassa osassa yhteenvetoa projektin kulusta.

The post Projekti: Kotiteatteri (osa 3/4) appeared first on Esko Heino.

Videotykin teline (budjetti: 15 €)

Videotykki tarvitsee kattoon asennettavan telineen, jotta se ei vie tilaa teatterihuoneesta. Kattoon asennettava teline voi olla pelkkä hylly tai moneen eri suuntaan kääntyvä niveliä sisältävä kompleksi, johon videotykki kiinnitetään pohjastaan. Tykin tuottama kuva voidaan helposti kääntää ylösalaisin, joten pohjakiinnitys onnistuu tarvittaessa ongelmitta.

Varsinaisen projektoritelineen etuina ovat siro ulkonäkö, sekä joissain malleissa korkeussäätö, joka voi olla kriittisen tärkeä linssinsiirron omaamattomien projektorien asennuksessa. Mikäli videotykin linssi ei ole siirrettävissä, projisoituu tykin tuottama kuva tehtaalla asetettuun kohtaan. Tällöin erityisesti korkeissa tiloissa videotykkiä täytyy tuoda alas katosta jonkin verran, että kuva saadaan heijastettua kankaalle, jonka yläreunasta on matkaa kattoon.

Projektoritelineen etäisyys valkokankaasta riippuu käytettävästä videotykistä. Mitä isompi kuva halutaan heijastaa, sitä kauemmaksi täytyy videotykki asentaa valkokankaasta. Parhaan mahdollisen tuloksen saavuttamiseksi pitäisi videotykin etäisyys olla tarkalleen se, jolla kyseinen videotykki kykenee tuottamaan halutun kokoisen kuvan. Halvemmissa projektoreissa kuvan kokoa voidaan muuttaa linssiä siirtämällä, mutta tällä tavoin kuvaa pienentämällä hävitetään osa projektorin lampun tuottamasta valotehosta pidempään heijastusmatkaan.

Itse arvostan telineessä yksinkertaisuutta, sillä minulla oli jo valmiiksi huonoja kokemuksia edullisen hintaluokan projektoritelineistä. Näissä telineissä videotykki saattoi kääntyä vaaka- tai pystysuunnassa sivuun, kun joku kulki portaita tai tärisytti lattiaa. Valmiiden telineiden kiinnitys videotykkiin ei myöskään ole aina yksinkertainen tehtävä. Telineen jalkoja voi joutua kääntämään eri asentoihin ja ruuvit voivat olla erilaiset eri tykkivalmistajilla.

Edellä mainituista syistä, sekä budjetin kurissa pitämiseksi päätin tehdä kiinteän hyllymuotoisen telineen.

 Rakentaminen

Videotykin telineen rakentaminen oli hyvin lyhyt prosessi, joskin asennusvaiheessa on tärkeää, että teline saadaan asennettua suoraan ja keskelle kangasta, jolle kuva tullaan heijastamaan.

Materiaalit

• 800x400x18mm Liimapuulevy – 10 €
• Kulmaraudat ja ruuvit 5 €

Projektoritelineen valmistuksen aloitin sahaamalla liimapuulevyn kolmeen osaan, joista kaksi toimi hyllyn seininä ja yksi pohjana. Käytin kulmarautoja sivuseinien kiinnittämiseen sekä hyllyn asentamiseen kattoon.

Tulos oli erittäin hyvä hintaan nähden, teline pysyy paikallaan, vaikka sitä tökkisi kämmenellä. Ulkonäkökin oli miellyttävä ja vielä telineen maalaamalla voisi lopputulos olla entistä parempi.

Projektin kulku jatkuu vielä seuraavassa osassa.

The post Projekti: Kotiteatteri (osa 2/4) appeared first on Esko Heino.

Aloitin suunnittelun valkokankaasta, tavoitteena luoda kotiini mahdollisimman aito elokuvateatterikokemus. Kaksi minulle tärkeintä asiaa olivat valkokankaan koko sekä äänentoiston laatu. Budjettiin piti laskea mukaan myös mahdollisimman tarkkaan oheislaitteet, joita kotiteatteriin vaaditaan.

Kokonaisbudjetti 5155 €

• Valkokangas 140 €
• Videotykin teline 15 €
• Videotykki 1500 €
• Kaiuttimet 3000 €
• Vahvistin 300 €
• Yleiskaukosäädin 200 €

Valkokangas (budjetti: 120 €)

Valkokankaan päätin tehdä itse, sillä edullisista rullavalkokankaista oli jo valmiiksi huonoja kokemuksia. Halpa rullavalkokangas ei pysynyt suorana, vaan alkoi menettämään muotoaan ajan kuluessa. Rypyt kankaassa saattoivat häiritä elokuvan aikanakin, ja rispaantuva rullakangas toi ikävästi mieleen luokkahuoneen.

Valmis kiinteä valkokangas olisi syönyt sen hetkisestä budjetista liian suuren osan ja halusin myös mahdollisuuksien mukaan välttää asentamasta asuntoon reikien poraamista vaativia kiinteitä kalusteita. Tämän vuoksi päädyin MDF-levyyn, joka seisoisi lattialla omilla jaloillaan.

MDF (medium-density fibreboard) on puukuiduista kuumapuristettu levy, joka on tiheämpää kuin vaneri. MDF-levyn valitsin helpon maalattavuuden, saatavuuden ja hinnan mukaan. MDF-levyä on saatavilla lähes jokaisesta rautakaupasta, ja sahauspalvelu auttaa saamaan juuri oikean kokoisen levyn.

Valkokankaan kuvasuhteeksi valitsin 16:9. Kuvasuhteella tarkoitetaan kuvan leveyttä suhteessa sen korkeuteen. Suurin osa televisiossa näytettävistä ohjelmista on kuvattu kuvasuhteella 16:9, pois lukien useimmat elokuvista, jotka on kuvattu suhteella 2,35:1. Vaikka kyse onkin elokuvateatterista, päädyin silti 16:9 kuvasuhteeseen, sillä sarjat on yleisemmin kuvattu tällä kuvasuhteella ja videotykkiä tullaan käyttämään myös tietokoneen kanssa. Haittapuolena valitsemassani kuvasuhteessa on televisiosta tutut mustat palkit kuvan ylä- ja alareunassa elokuvia katsellessa.

Valkokankaan koon määritti seinät, sillä teatterihuoneen katto on ylöspäin kapeneva. Kankaan alareunan hahmottelin niin alas, kuin mahdollista ja laskin suurimman mahdollisen koon, johon 16:9 kuvasuhteen kangas mahtuu. Valkokankaan kooksi tuli 225×127 cm (101,7”). Tähän laskin vielä lisäksi 5 cm paksun reunuksen joka sivulle. Mustasta reunuksesta löytyy montaa mielipidettä, mutta omasta mielestäni se saa kuvan näyttämään paremmalta luomalla reunoille kontrastia.

Rakentaminen

Muutaman päivän nettiä selattuani ja tilaa teatterille raivattuani päätin pyytää ystävääni auttamaan varsinaisissa rakennustöissä. Työt aloitin hakemalla tarvittavat materiaalit paikallisista rakennustarvikeliikkeistä.

Materiaalit

• 20 mm MDF-levy – 50 € (sahattuna)
• Maalit 50 €
• Kulmaraudat ja ruuvit 20 €
• Puumateriaali 20 €

Aloitin valkokankaan teon maalaamisella. Ennen varsinaista valkokangasmaalia käsittelin MDF-levyn kertaalleen pohjamaalilla, jotta varsinainen maali tarttuisi levyn pintaan paremmin. Maalin levittämiseen valitsin vaahtomuovitelan, jotta maalausjäljestä tulisi siistiä.

Itse valkokangasmaaliksi valikoitui vaalean harmaa Harmony X073. Harmaahko kangas heijastaa vähemmän valoa kuin valkoinen kangas eli harmaan kankaan gain-luku on vähemmän kuin yksi, jolloin huoneen ulkopuolelta teatteritilaan tuleva valo häiritsee elokuvan katselua vähemmän. Harmaahko kangas vähentää myös seinistä kankaalle heijastuvan valon näkymistä valkokankaalla. Haittapuolena harmaahkossa kankaassa on hieman tummempi kuva. Alemmassa kuvassa maalin harmaus näkyy vielä hyvin selkeänä vaaleaa pohjamaalia vasten. Levy maalattiin kolme kertaa antaen pinnan aina välillä kuivua, ja lopputuloksena maalipinta oli hyvinkin tasainen.

Levy kannattaa maalata myös kääntöpuolelta, jottei kuivuva maalipinta vedä levyä kieroon. Lopuksi oli aika maalata mustat reunukset maalarinteipin avustuksella.

Valkokankaan jalkojen materiaaliksi valitsin puun, sillä se sopi hyvin yhteen puulattian ja seinien kanssa. Lopputulos oli enemmän kuin miellyttävä siihen nähden, että kyseessä oli ensimmäinen kotiteatteriprojektini. Omilla jaloillaan seisova valkokangas ei ole esteettisesti kaunein vaihtoehto, mutta tässä projektissa mentiin toimivuus ja budjetti edellä.

Kiitän mielenkiinnosta projektiani kohtaan, rakentaminen jatkuu seuraavassa blogipostauksessa.

The post Projekti: Kotiteatteri (osa 1/4) appeared first on Esko Heino.