Stereokuvan muodostuminen

Usein näkee asennuksia, joissa kaiuttimet on asennettu hyvältä näyttävään paikkaan. Samalla rahalla ja samoilla komponenteilla voisi saada huomattavasti paremman stereotoiston, jos kaiuttimet asennettaisiin oikealla tavalla ja oikeisiin paikkoihin. No mitkä ne oikeat paikat ovat? Lue eteenpäin!

Autoäänentoistossa on ideana saada kuuntelija luulemaan orkesterin sijaitsevan konepellillä. Jotta kuuloa pystyttäisiin huijaamaan oikealla tavalla, pitää ensin ymmärtää miten ihminen aistii äänen sijainnin. Kuulo ei ole virheetön ja käyttämällä virheitä hyväksi, voidaan asennuksessa tehdä sopivia kompromisseja vaikuttamatta stereokuvan muodostumiseen.

Ihmisellä äänen paikallistamiskyky on hyvin taajuussidonnainen. Äänen suunta tunnistetaan korviin tulevan äänen vaihe-erosta ja amplitudista eli siitä, miten lujaa ääni kuuluu. Matalilla taajuuksilla ääniaaltojen pituus voi olla kymmeniä metrejä, jolloin vaihe-erot oikean ja vasemman korvan välillä ovat lähes olemattomat. Korvat kun sijaitsevat vain parinkymmenen sentin päässä toisistaan. Ihminen ei tällöin pysty hahmottamaan äänen suuntaa. Ainoastaan äänen voimakkuusero oikean ja vasemman korvan välillä antaa kalpean aavistuksen siitä, onko äänilähde lähempänä oikeaa korvaa vai vasenta korvaa. Jos äänilähde on edessä tai takana, ei suuntatietoa havaita vaan ihminen luulee sen tulevan samasta suunnasta kuin muukin ääni. Tämän vuoksi on mahdollista sijoittaa subwoofer auton takaosaan ilman että matalat taajuudet tuntuisivat tulevan takaa.

Taajuuden noustessa lähelle sataa hertsiä alkaa vaihe-eroihin ja äänenvoimakkuutteen perustuva suunnan tulkinta toimia sen verran, että ihminen pystyy kertomaan tuleeko ääni edestä vai takaa. Tämä tieto saadaan äänen heijastumista, joita tulee päästä, korvalehdistä ja hartioista. Äänilähteen korkeuden tunnistaminen perustuu samaan tekniikkaan, mutta se ei kuitenkaan vielä onnistu ennen kuin taajuus on noussut 250-300 Hz:n tuntumaan. Tämän vuoksi yläbassoelementit voidaan sijoittaa penkin eteen tai oviin. Stereokuvan korkeus pysyy silti vakaana. Äänilähteen korkeusinformaatio havaitaan heti 300 Hz:n jälkeen, joten jos mielii saada kojelaudan tasolle sijoittuvaa stereokuvaa, on tätä korkeammat taajuudet syytä toistaa kojelaudan päältä. Mutta jotta asia ei olisi liian yksioikoinen, tulee kojelauta-asennuksessa usein ongelmaksi stereokuvan syvyysinformaation häipyminen.

Yli 400 Hz:n taajuuksilla kuulemamme stereokuvan muodostumiseen vaikuttavat ensisijaisesti vaihe-erot ja vasta toissijaisesti amplitudi. Alle 400 Hz:n taajuuksilla tilanne on toisin päin. Jos otamme esimerkiksi vaikkapa 1 kHz:n äänen, jota syötetään vaihe- ja amplitudikorjattuna auton etukaiuttimiin siten, että ääni saapuu kuuntelupisteeseen kummastakin kaiuttimesta samanaikaisesti ja samalla voimakkuudella, niin muodostamme äänilähteen mielessämme sijaitsemaan auton keskilinjan kohdalle konepellille, vaikka sillä kohtaa ei oikeasti ole mitään äänilähdettä. Jos jomman kumman kaiuttimen amplitudia muutetaan, tapahtuu stereokuvan siirtyminen kohti voimakkaamin soivaa kaiutinta hitaasti. Jos viivästystä muutetaan, on stereokuvan muutos rajumpi. Jos sama testi toistetaan 350 Hz:n signaalilla, on tulos päinvastainen. Tällöin äänenvoimakkuuden muutos saa aikaan voimakkaamman muutoksen stereokuvassa kuin viiveen muuttaminen.

DSP latistaa stereokuvan

DSP:tä käytetään useimmiten korjaamaan stereokuvan vaihe- ja amplitudiongelmat, jotka aiheutuvat oikean ja vasemman puolen kaiuttimien eri etäisyysksistä kuuntelupisteeseen. Kuljettajan puolella vasemman puoleinen kaiutin voi olla jopa vajaan metrin päässä kun oikean puoleiseen kaiuttimeen on matkaa lähes kaksi metriä. DSP yksinkertaisesti vaimentaa ja viivästää lähinnä olevan kaiuttimen signaalia, jolloin stereokuva loksahtaa paikoilleen ja alkaa toimia.

Usein kuulee väitettävän, että DSP:n tekemä digitaalinen kanavaviivästys latistaa stereokuvaa syvyyssuunnassa. Jos kanavaviivästys tekee tosiaankin vain viiveen lähempänä olevaan kaiuttimeen ja se on oikein säädetty, ei näin pitäisi tapahtua. Niin kuitenkin usein käy, jos kaiuttimet ovat kojelaudalla suoraan kuuntelupisteeseen suunnattuina. Missä vika? No vika on siinä, että kaiuttimet ovat lähellä kuuntelupistettä. Kick-paneeliasennuksessa ongelmaa ei aiheudu, koska kaiuttimien ja kuuntelupisteen välissä on tarpeeksi ilmaa. Kojelauta-asennuksessa kaiuttimet tulevat väkisinkin hyvin lähelle ja stereokuva muodostuu kolmannen ulottuvuuden suhteen latteaksi ja hyvin lähelle kuuntelijaa. Stereokuvan syvyyden muokkaaminen signaaliprosessorilla ei ole mahdollista. Jos stereokuva on läjässä, se pysyy läjässä, vaikka signaalia korjaisi miten. Ainoastaan kaiuttimien siirto kauemmaksi kuuntelupisteestä auttaa tilanteeseen. Tätä voi kukin kokeilla myös kotona kahdella kaiuttimella. Stereokuvan syvyys latistuu, jos kaiuttimet tuodaan lähelle kuuntelupistettä.

Ongelmaa helpottaa myös, jos stereokuvan muodostumisen kannalta oleelliset keskiäänielementit on suunnattu niin, että ääni heijastuu tuulilasin kautta kuuntelupisteeseen. Tällöin signaali kulkee pidemmän matkan ennen kuuntelupisteeseen tuloa. No hyvä, nythän kaikki pitäisi olla kunnossa. Väärin. Ikkunan kautta tuleva ääni aiheuttaa nimittäin moneen suuntaan lähteviä heijastumia, jotka sotkevat stereokuvaa pompattuaan tuulilasin lisäksi kojelaudasta tai sivuikkunasta. Ääneen tulee automainen toisto, jolloin heijastumattoman soundin tarkkapiirtoisuus ja ilmavuus häviävät. Lisäksi diskantin ja keskiäänielementin yhteensovitus tulee hankalaksi, koska lähellä toisiaankin olevista elementeistä tuleva ääni joutuu kulkemaan eri pituisen matkan kuuntelupisteeseen. Diskanttia harvemmin kun heijastetaan, vaan se tulee tavallisesti suorana äänenä kaiuttimesta kuuntelupisteeseen.

Syvällä kojelaudalla etunsa

Soundillisesti paras ratkaisu saavutetaan, jos sekä diskantti että keskiääni saataisiin osoittamaan kojelaudan päältä, tarpeeksi kaukaa, suoraan kuuntelupisteeseen. Näin suurin osa äänestä olisi suoraa kaiuttimista tullutta ääntä eikä heijastunutta. Joissain autoissa on niin syvä kojelauta, jotta tarpeeksi suurin etäisyyden saaminen kuuntelupisteen ja kaiuttimien väliin onnistuu. Hyvänä esimerkkinä ovat mm. uudehkot viistokeulaiset tila-autot. Viisto tuulilasi saattaa aiheuttaa aikaisia heijastumia ääneen, mutta ne eivät ole stereokuvan kannalta niin haitallisia kuin sivulaseista tulevat myöhemmät heijastumat.

Stereokuvan syyvyysongelmaan ei ole olemassa hyvää ratkaisua. Harvoilla autohifisteillä on käytössään auto, joka tarjoaa pitkän kojelaudan. Kick-paneelit tarjoavat stereokuvan syvyyden kannalta hyvän ratkaisun, koska elementit tulee tällöin sijoitetuksi hyvin etäälle kuuntelupisteestä. Ongelmana on usein vain stereokuvan korkeus. Jos äänilähde on alhaalla, niin se on alhaalla eikä sitä pelkästään lujaa uskomalla saa kojelaudan tasolle. Ihminen kuulee, millä korkeudella äänilähde on. Tämän voi helposti kokeilla istumalla penkille ja laittamalla silmät kiinni. Sitten kaveri kilisyttämään kelloa eri korkeuksilla. Korkeuden pystyy sanomaan tarkkuudella "lähellä lattiaa, silmien tasolla, lähellä kattoa". Sama pätee kaiuttimiin. Jos kaiuttimet ovat lähellä lattiaa, niin ääni kuuluu tulevan läheltä lattiaa.

Yksi kokeilun arvoinen kompromissi on sellainen, jossa repsikan puolen keskiääni ja diskantti ovat tarkasti kuuntelupisteeseen suoraan suunnattuina. Kuljettajan puolella keskiäänen signaali heijastettaisiin tuulilasin kautta ja suoraan kuuntelupisteeseen suunnatun diskantin signaalia viivästettäisiin vielä keskiääntä enemmän, jolloin keskiäänisen ja diskantin jakotaajuuden ympäristössä oleva vaihevirhe kompensoituisi. Tiedossamme ei ole yhtään tällä tavalla tehtyä asennusta, joten teorian toimivuus käytännössä on toistaiseksi auki.

Stereokuvan leveys ja keskipiste

Kuten edellä todettiin, kahden kaiuttimen väliin pystyy tuottamaan stereokuvan, joka levittäytyy kaiuttimien väliin ja joissain tilanteissa jopa kaiuttimien ohi. Yksi varsinkin kilpailijoiden keskuudessa esillä oleva kuuma peruna on stereokuvan keskipiste ja laulajan paikka. Sen sijaan, että laulaja sijoittuu kaiuttimien väliin, niin sillä on myös tietty syvyys stereokuvassa. Se miten keskipistettä ohjataan onkin hankalampi ongelma. Lisäksi eri äänitemateriaaleilla on erilainen syvyysinformaatio.

DSP:n kanavaviivästyksellä on keskeinen osa stereokuvan muodostuksessa, mikäli vaihe-erot oikean ja vasemman kaiuttimen välillä ovat suuria. Mikäli kanavaviivästystä ei tehdä, painottuu stereokuva helposti siihen laitaan, jota lähinnä kuuntelija on. Vaikka balanssisäädöllä laulaja saadaan keskelle stereokuvaa, löytyvät soittimet vääriltä paikoilta. Balanssilla korjattu vaihevirhe aiheuttaa helposti myös aukon keskelle stereokuvaa. Tällöin stereokuvan keskiosa vaikuttaa utuiselta, vaikka laidoilla olevat instrumentit toistuisivatkin puhtaasti. Monet harkitsevat tässä tilanteessa keskikanavan rakentamista, vaikka ongelmasta selviää useimmiten kokeilemalla eri balanssi- ja viivästysasetuksia. Aukko aiheutuu siitä, että väärä vaihekorjaus työntää stereokuvaa toiseen laitaan. Kun tätä yritetään virheellisesti balanssilla korjata, jää stereokuvan keskikohdalle ontto kohta.

Stereokuvan kannalta oikea vaiheistus ja oikea balanssi ovat siis ensiarvoisen tärkeitä. Jos ne ovat kohdallaan, leviää stereokuva jopa kaiuttimien ulkopuolelle. Tämä ilmiö perustuu nimittäin juuri vaiheistukseen. Stereokuvan leveyteen vaikuttaa myös kaiuttimien sijainti. Jos kaiuttimet eivät ole aivan auton äärilaidoissa, jää stereokuva kapeahkoksi. Paras tulos siis saadaan, kun kaiuttimet ovat niin äärimmäisissä laidoissa kuin mahdollista.

Stereokuvan viilauksessa kaiuttimien suuntausta ei tule väheksyä, mutta siitä ei ole mitään apua, jos vaiheet tai balanssi eivät ole kohdallaan. Hyvin usein käy niin, että kahden edellä mainitun asian ollessa kohdallaan paras lopputulos saadaan kaiuttimien osoittaessa suoraan kuuntelupisteeseen. Poikkeuksia toki löytyy. Suoraan kuuntelupisteeseen suunnattuina ääneen saattaa tulla ikkunoiden tai kojelaudan aiheuttamia värittymiä, jotka heikentävät syvyyserottelua.

Stereokuva kummallekin etuistuimelle

Monet kilpailijatkin ovat luopuneet matkustajan puolen stereokuvan virittämisestä ja keskittyneet yksinomaan kuljettajan äänimaailman viilaamiseen. Stereokuvan saaminen toimimaan kummaltakin etuistuimelta hyvin onkin todella haasteellinen tehtävä. IASCAn kilpailuista löytyy vain muutamia autoja, joissa tämä on onnistuttu toteuttamaan suorastaan loistavasti.

Tämän tyyppisessä ratkaisussa keskikanava esittää tärkeää osaa. Siksi keskikanavan toteutustapa onkin tehtävä asiallisesti