Äänikortilla varustetussa tietokoneessa on sekä oskilloskooppi että signaaligeneraattori. Se, mitä kyseisten instrumenttien kaistanleveydessä hävitään, saadaan takaisin vapaassa muokattavuudessa.

On olemassa lukuisia ilmaisohjelmia, joilla voi tuottaa eritaajuisia signaaleja, eri tavoin moduloituja signaaleja tai erilaisia taajuuspyyhkäisyjä. Nämä signaalit voidaan puskea ulos tietokoneen äänikortin lähdöstä ja syöttää sitten kaiuttimeen, vahvistimeen, suotimeen tai muuhun sopivaan kohteeseen.

Äänikortin tuloon voidaan vastaavasti syöttää signaaleja. Jälleen erilaisia ohjelmia voidaan käyttää nyt signaalin tutkimiseen. Saatavilla on oskilloskooppiohjelmia, joilla näkee signaalin aikatason esityksen ja reaaliaikaisen taajuusmuunnoksen hallitsevia ohjelmia, joilla voidaan tutkia taajuustason tapahtumia. Jälleen kaiken tämän saa ilmaiseksi.

Keskeinen rajoite on äänikortin taajuuskaista, eli noin 10 Hz – 20 kHz. Käytännössä äänikorttien laadussa on eroja, eli kaikkia taajuuksia ei pystytä toistamaan samalla voimakkuudella ilman säröä. Myös kohinaa ja muuta sellaista ikävää saattaa esiintyä. Käytännössä äänikortin avulla voi kuitenkin tehdä monenmoista mukavaa.

Ohjelmat

Itse olen löytänyt käyttöä kolmelle ohjelmalle:

• TrueRTA
• Room EQ Wizard
• Spectrum Lab

TrueRTA

TrueRTA ohjelmassa on oskilloskooppi, signaaligeneraattori ja spektrianalysaattori. Oskilloskoopilla voi tuottaa erilaisia aaltomuotoja ja kohinaa. Ilmaisversion spektrianalysaattorin resoluutio on vain yksi oktaavia.

Room EQ Wizard

Room EQ Wizard on kokonaan ilmainen ohjelma, jonka lataaminen vaatii rekisteröitymistä Home Theater Shack -foorumille. Ohjelma sopii erityisesti kaiuttimien taajuusvasteen ja tilan jälkikaiun mittaamiseen. Room EQ Wizardin avulla on myös helppo säätää tiettyjen Behringerin valmistamien taajuuskorjaimien parametreja.

Spectrum Lab

Spectrum Lab on ohjelma, joka sopii erityisen hyvin äänen spektrin analysointiin. Spectrum Labilla on muita ohjelmia helpompaa tarkastella tiedostojen sisältämän äänen taajuuksia eri ajan hetkillä. Ohjelman signaaligeneraattori on myös kahta muuta kehittyneempi. Sillä voi tuottaa amplitudi- ja taajuusmoduloituja signaaleja. Todennäköisesti Spectrum Lab sopii tämän lisäksi vielä tuhanteen muuhunkin tarkoitukseen.

Äänentoistojärjestelmän taajuusvasteen mittaus kuuntelutilassa

Äänentoistojärjestelmän taajuusvasteen voi mitata sekä TrueRTA että Room EQ Wizard ohjelmalla.

Ensimmäiseksi tietokone kytketään äänentoistojärjestelmään niin, että järjestelmällä voidaan toistaa tietokoneen tuottamaa ääntä. Tietokoneeseen liitetään mikrofoni. Erilaisille suosituille mikrofoneille on ohjelmissa valmiita kalibrointitiedostoja, joiden avulla voidaan korjata mikrofonin epätasaisen vasteen vaikutusta mittaukseen.

Myös tietokoneen äänikortti kannatta kalibroida. Äänikortin lähtö kytketään uros-uros-johdolla tuloon. Windowsin mikseristä otetaan Line In -tulo käyttöön, muut kytketään pois. Linjatulon ääntä ei saa toistaa uudelleen tietokoneella eli se tulee vaimentaa mikserissä. Äänenvoimakkuus asetetaan niin, että ääni ei leikkaannu. Kun ohjelman kalibrointitoiminto ajetaan, äänikortin taajuusvasteen pienet poikkeamat korjataan automaattisesti.

Nyt voidaan aloittaa mittaukset. Eli mikrofoni kytketään tietokoneeseen ja kone äänentoistojärjestelmään. Mikrofoni asetetaan kuuntelupaikalle korvan korkeudelle. Ohjelmilla voidaan nyt tuottaa erilaisia testisignaaleita ja tutkia millaiselta vuoristolta mikrofoniin tulevat äänet näyttävät. Testisignaaliksi sopivat vaaleanpunainen kohina (pink noise) tai erilaiset taajuuspyyhkäisyt. Molempia kannattaa kokeilla.

Molemmat ohjelmat soveltuvat myös kaiuttimien vasteiden mittailuun. Jotta huonetilan vaikutus ei tuntuisi mittauksessa, mikrofoni täytyy nyt viedä kaiuttimen lähikenttään eli parin sentin päähän elementistä.

Lisätietoa:

• DVDPlaza: TrueRTA-for-dummies osa 1

Mikrofonin toiminnan testaaminen

TrueRTA ohjelmaa voi käyttää myös mikrofonien toiminnan testaamiseen. Testattava mikrofoni kytketään tietokoneeseen ja mikrofonille soitetaan testisignaalia esimerkiksi kuulokkeiden avulla.

Jos testattavia mikrofoneja on paljon, kannattaa rakentaan jonkinlainen teline mikrofonille ja testisignaalia toistavalle elementille. Tässä voi vaikka uhrata vanhat kuulokkeet ja käyttää niistä saatua elementtiä. Käytännössä mikrofonien testaaminen ei eroa edellisessä kohdassa kuvaillusta äänentoistojärjestelmän vasteen mittauksesta. Viallisia mikrofoneja on tosin helppo löytää jo signaalin aikatason esityksen avulla.

Mysteerigeokätköjen ratkaiseminen

Spectrum Lab -ohjelmaa voi käyttää mysteerigeokätköjen ratkaisemiseen, jos ratkaisu löytyy äänitiedoston sisältämien taajuuksien avulla…

…on puoliksi tehty.

Tässä siis puolivalmiin Cmoy-kuulokevahvistimen suunnitteludokumentti [pdf]. Vahvistimen rakentelusta on kerrottu tarkemmin aikaisemmassa merkinnässä.

Monet pitävät Gradon valmistamaa RA-1 kuulokevahvistinta äänenlaadultaan hyvänä. Äänen on syytäkin olla hyvä, sillä laite maksaa Suomessa 459 euroa. Harrastajat ovat kuitenkin havainneet, että RA-1 vahvistimen ääni muistuttaa suuresti CMoy-nimellä tunnetun tee-se-itse vahvistimen ääntä. Onkin käynyt ilmi, että oikeastaan Gradon referenssivahvistin on rakennettu täsmälleen samoin kuin CMoy.

Edellä kerrottu sivuseikka tuli tietooni vasta sen jälkeen, kun olin jo tilannut osat omaan CMoy-vahvistimeeni. Laitteen nimi tulee sen suunnittelijan Chu Moyn nimestä. CMoy on hyvin yksinkertainen yhteen operaatiovahvistimeen perustuva laite, josta on helppo tehdä mukana kannettava. Tavallisesti energianlähteenä käytetään kahta tai yhtä 9V paristoa.

Koska CMoy on helppo valmistaa itse, ja sillä voi ajaa myös hankalina pidettyjä kuulokkeita, siitä on tullut hyvin suosittu tee-se-itse kuulokevahvistin. Laitteen toimintaperiaate on yksinkertainen ja näin myös sen parantelu komponenttiarvoja rukkaamalla on tavallista. Erilaisia parannuksia ja toteutusvaihtoehtoja löytyy verkosta vaikka kuinka paljon.

Hyvin perinpohjaiset ohjeet oman CMoyn tekemiseen voi löytää esimerkiksi Tangentsoftin sivuilta. Kannattaa lukea myös alkuperäisen suunnittelijan artikkeli, jotta vahvistimen toimintaperiaate selviää. Itse käytin pääasiassa Tangentsoftin ohjeita suunnittelun tukena. CMoyn kytkentä on yksinkertainen invertoiva operaatiovahvistin, jonka sisääntulossa on ylipäästösuodin.

Virtalähteestä halusin tehdä yhden pariston version. Vahvistimen karvalakkimallissa käytetään kahden vastuksen jännitteenjakokytkentää signaalimaan luomiseen. Laadukkaammin homma kuitenkin onnistuu tätä varten suunnitellulla jännitteenjakopiirillä, esimerkiksi TLE2426-piirillä. Operaatiovahvistinkytkennän vahvistuksen jätin yhdeksitoista, joka on useimpien ohjeiden lähtökohtana.

Rakentaminen

Aloitin oman CMoyni rakentamisen etsimällä tarvittavat puolijohteet. Texas Instruments toimittikin ilmaiset piirit parin päivän toimitusajalla. Kuriiripalvelu kantoi osat kotiovelle asti. Paketista löytyi TLE2426 jännitteenjakopiiri (rail splitter) ja OPA2132PA tuplaopari DIP8-kotelossa. Näitä komponentteja lukuunottamatta kaikki osat on saatavilla mistä tahansa elektroniikkaosia myyvästä liikkeestä. Tangentsoftin ohjeissa on mainittu jopa valmiit tilausnumerot eri komponenteille, mutta ei ole mitään merkitystä lopputuloksen kannalta hankitaanko vastukset ja konkat DigiKeystä, Bebekistä vai omasta miljoonalaatikosta. Itse poikkesin Bebekiin ja sain vitosella loput komponentit potikkaa lukuunottamatta. Se löytyi jo omasta takaa.

Väsäsin CMoyni reikälevylle. Piirilevyä ei tälläistä laitetta varten kannata alkaa valmistamaan. Reikälevyn käyttö ei vaikuta äänenlaatuun millään tavalla. Tein virtalähteen ja vahvistinosan kahdelle erilliselle levylle, koska sopivat palat olivat jääneet ylitse. Yhtä levyä käyttämällä olisi tietysti tarvittu kolme hyppylankaa vähemmän.

Potikan, virtakytkimen ja liittimet toteutin lyhyiden johtojen päähän. Tiedossa ei ollut millaiseen koteloon vahvistin tulisi lopulta sijoittumaan ja siksi nämä johdot jäivät lopulta turhan pitkiksi. Jos lopullinen kotelo olisi ollut heti tiedossa, olisi johdotuksen voinut suunnitella jämptiksi. Tuskin hiukan liian pitkistä johdoista kuitenkaan haittaa on, paitsi silloin kun vahvistinta tungetaan kotelon sisälle.

Vahvistin koottuna testausvaiheessa (klikkaamalla kuva suurenee, nuolinäppäimillä kuvia voi selata).

Seuraavaksi suuntasin Vapaa valintaan etsimään sopivaa koteloa vahvistimelleni. Usein CMoy tungetaan metallisen pastillirasian sisään. Vapaa valinnan karkkihyllyiltä sopivia pastillirasioita ei kuitenkaan löytynyt ja sen sijaan hain perinteisen lasista valmistetun metallikantisen säilyketölkin. Tässä kotelossa vahvistinta ei paljon kannella mukana, mutta olinkin ajatellut käyttää sitä pöytätietokoneen kanssa. Tölkistä jouduin pulittamaan ruhtinaalliset 1,25 euroa. Samalla ostin myös kolme 9 voltin paristoa, jotka maksoivat noin kaksi euroa. Projektin kokonaiskustannukset olivat siis noin seitsemän euroa (kaksi patteria voi hyödyntää jossain muualla).

Koteloin vahvistimeni iskemällä ruuvimeisselin ja vasaran avulla säilykepurkin peltiseen kanteen viisi reikää. Yhden potentiometrille, toisen virtakytkimelle ja loput kolme liittimille. Näin kotelo oli valmis alta aikayksikön ja vahvistin viimeistä piirtoa myöten valmis. Tosin potentiometriin täytyy vielä hankkia sopiva nuppi ja sen akselia täytyy lyhentää… Mutta varsinaista käyttöä moinen pikkuseikka ei haittaa.

Valmis kotelointi säilyketölkissä.

Testit ja parantelu

Ensimmäisessä testissä havaitsin vahvistimen äänen olevan todella hiljainen. Pitkän mietiskelyn jälkeen hoksasin asettaneeni operaatiovahvistimen kytkentään väärin päin. Onneksi piiri ei ollut vahingosta moksiskaan, enkä ollut juottanut oparia suoraan reikälevyyn kiinni. Piirilevykannasta oparin sai helposti irti ja käännettyä oikein päin. Nyt ääntä alkoi kuulumaan.

Seuraavaksi testailin, millainen vaikutus vahvistimella on äänensävyyn. CMoyn läpi musiikki kuulosti oikein hyvältä, mutta matalat äänet leikkautuivat turhan voimakkaasti pois. Ilmiö johtui vahvistimen sisäänmenossa olevan ylipäästösuotimen korkeahkosta rajataajuudesta. Juotin vahvistinkytkennän sisäänmenokondensaattorin rinnalle toisen samanlaisen, ja näin rajataajuus laski 15 hertsistä seitsemään hertsiin. Näin matalat taajuudet saatiin kuulumaan kunnolla. Ylipäästösuodin ei ole vahvistinkytkennässä pakollinen, mutta sitä suositellaan, jottei kuulokkeisiin tulisi vahingossa ajettua tasajännitettä, joka saattaisi helposti rikkoa ne.

Alun perin virtalähteessäni oli 220 uF kondensaattori nopeana energiavarastona. Lisäsin kuitenkin vielä toisen yhtä suuren konkan tämän rinnalle, jotta sähköä varmasti riittäisi kovemmassakin menossa. Säilykepurkkikotelossani kun on tilaa vaikka kuinka isoille kondensaattoreille.

CMoyn äänenlaatuun vaikuttaa kaikkein eniten se, miten huolellisesti vahvistinkytkentä on toteutettu. Hutiloimalla kovin hyvää ei saa aikaan. Itse rakennettua vahvistinta on helppo muokata omaan musiikkimakuun sopivaksi. Esimerkiksi ylipäästösuotimen arvoja kannattaa muokata mieleisekseen. Operaatiovahvistinkytkennän vahvistusta voi pudottaa, jotta kohinataso paranisi. Tällöin vaarana on kuitenkin vahvistimen epästabiilius. Virtalähteen kapasitanssia kasvattamalla vahvistin selviää paremmin suuresta hetkellisestä kuormituksesta, esimerkiksi voimakkaista bassoäänistä. Asiaan vihkiytyneet tietysti vaihtavat vahvistimensa operaatiovahvistinta aina kulloisenkin musiikkityylin mukaan, mutta perusohjeiden mukainen OPA132 on varmasti sopiva useimmille.

Käyttökokemuksia

Kuulokevahvistin yksinkertaistaa kuulokkeiden käyttöä mukavalla tavalla. On kätevää säätää äänenvoimakkuutta oikeasta potikasta verrattuna Windowsin valikoiden selailuun. Lisäksi tietokoneen kuulokelähtö voi olla todella surkea. Esimerkiksi työkoneeni kuulokelähdöstä kuuluu voimakasta rätinää, joka kuuluu hyvin pienellä äänenvoimakkuudella. Kuulokevahvistimen avulla tilanne korjaantuu, kun voimakkuus säädetään vasta vahvistimessa ja tietokoneen säädöt saavat olla riittävän korkealla.

Kuulokevahvistimen äänenlaatua en ole oikein hyvä arvioimaan. Ainakin potkua riittää aivan erinomaisella tavalla äänilähteestä riippumatta. Lukuisat hyvät kokemukset osoittavat, ettei CMoy ainakaan huononna ääntä. Lisäksi CMoy on erinomainen elektroniikkaprojekti kelle tahansa harrastelijalle. Valmista saa aikaan hyvin nopeasti ja säädettävää riittää, kun laite on ensin saatu toimintakuntoon.

Tulevaisuudessa voisi ehkä tehdä toisen samanlaisen CMoyn kannettavaa käyttöä varten. Tuon voisi toteuttaa vaikkapa pintaliitoskomponenteilla, jotta valmiista laitteesta saisi mahdollisimman pienen. Myös virtalähteen voisi tehdä niin, että vahvistin toimisi parilla 1,2 voltin akulla. Toki myös tämän pöytäversion kotelointia voisi joskus viilata paremmaksi.

Vuoden 2006 lopulla innostuin rakentamaan erittäin edulliset kotiteatterikaiuttimet Tangband-merkkisistä kolmituumaisista laajakaistaelementeistä. Muistaakseni hankin viisi W3-871S kaiutinta Audioparts Finlandilta. Elementit maksoivat tuolloin suunnilleen 20 euroa kappale. Kotelot rakennettiin ilmaisesta puutavarasta – lastulevystä ja viilupintaisesta massiivikoivusta.

Nuo kaiuttimet pysyivät käytössä peräti kokonaisen vuoden, kunnes päätin tehdä elementtien kotelot uudelleen. Ääni oli erittäin tyydyttävä, mutta koteloiden ulkonäkö aiheutti toisinaan silmäsärkyä. Koteloratkaisuksi muodostui lopulta sama kuin edellisessä versiossa. Etukaiuttimet tein Cyburgs Needle -koteloihin ja keski- sekä takakaiuttimet kolmilitraisiin suljettuihin koteloihin.

Materiaalit

Tällä kerralla päätin ostaa kotelomateriaalit kaupasta. Hankin Puukeskukselta varsin edullisesti 16 mm ja 19 mm MDF-levyä. Myöhemmin Puukeskukseen tehtiin toinen reissu, jolloin ostin reilut kolme neliömetriä pähkinäpuuviilua. Pintakäsittelyaineeksi ostin Kodin ykkösestä väritöntä Osmo Color -puuvahaa. Biltemasta hankittiin kaiutinterminaalit, pari puristinta ja kaiutinruuveja. Lisäksi läheisestä Rautiasta tuli haettua puuliimaa, joka pääsi viiluttaessa loppumaan kesken. Materiaalit maksoivat noin 70 euroa, joskin tavaraa jäi todella runsaasti varastoon tulevaa käyttöä varten.

Levyjen sahaaminen

MDF-levyt sahattiin ja elementtien upotukset sekä reiät toteutettiin erään korkeatasoisen Etelä-Pirkanmaan alakoulun puukäsityöluokassa. Laadusta vastasi paikallinen puukäsityön opettaja. Pyrin suunnittelemaan kotelot niin, että koteloissa voitaisiin käyttää mahdollisimman paljon vakiolevyistä tavaraa. Näin sahausurakka oli helpompi. Upotukset tehtiin yläjyrsimellä. Elementtien reiät muistettiin myös avartaa sisäpuolelta.

Koteloiden kokoaminen

Kokosin kaiutinkotelot ainoastaan liiman ja puristimien avulla. Hommaa olisi kannattanut helpottaa käyttämällä piiloon jääviä nauloja. Hiomistyö olisi ainakin ollut pienempi. Pitkiä puristimia olisi saanut olla pari kappaletta pitkiä koteloita varten. Kuva: kokoaminen kesken.

Pinnoitus

Ennen viilun liimaamista kotelot täytyi hioa särmiön muotoisiksi. Hiontatyöhön kului käsipelillä runsaasti aikaa, vaikka käytinkin todella karkeaa (40) hiekkapaperia. Kerrostalon parveke työtilana esti koneiden käytön.

Kaiuttimien pintaan liimasin puuliimaa ja silitysrautaa käyttäen Puukeskuksesta hankitun pähkinäpuuviilun. Puukeskuksen viilu oli melko huonolaatuista ja vuodista meni hukkaan noin 20 %. Kuva: ensimmäinen pinta viilutettu.

Ainoastaan kaiuttimien etu- ja takalevyt voitiin tehdä samasta viilukappaleesta. Muihin osiin jouduttiin yhdistämään kaksi viilukappaletta. Yhdistäminen onnistui sopivasti maalarinteipin avulla.

Kun viilut olivat kuivuneet, leikkasin ylimääräiset pois mattopuukolla. Myös elementtien reiät avasin mattopuukon avulla. Elementtien rei’istä olisi ehkä saanut aavistuksen siistimmät tekemällä ne vasta viilutuksen jälkeen.

Viiluttaminen osoittautui odotettua helpommaksi projektiksi. Aikaa tuo vaati runsaasti, mutta tuntui, että itse viilun kiinnittämistä ei saanut mokattua millään. Sen sijaan virheitä sai helposti aikaan leikkaamalla viilua huolimattomasti kiinnittämisen jälkeen. Viilu lohkesi helposti ja siksi pintaan tuli varomattomasti toimiessa lovia.

Pintakäsittely

Koteloiden pinta oli tarkoitus käsitellä Osmo Color -puuvahalla. Sen kanssa ei nimittäin tarvitse erityisiä työtiloja ja homma onnistuu vaikka pesuhuoneessa. Ennen vahan levitystä hioin viilupinnan karkeuteen 240. Pähkinäpuusta irtoava pöly teki tämän hionnan todella epämiellyttäväksi. Kuva: Kotelot hiottuina ennen vahausta.

Puuvahan levitin vaahtomuovipalalla. Vahasin kaiuttimet ainoastaan kertaalleen. Lopuksi kuiva vahapinta kiillotettiin. Vaha syvensi koteloiden sävyä todella miellyttävällä tavalla. Kuva: Cyburgs Needlet vahattuina.

Loppukokoaminen

Lopuksi porasin kaiuttimiin reiät terminaaleja varten. Myös elementtien kiinnitysruuveja varten täytyi porata reiät. Elementtien kiinnittämiseen käytin kupariin vivahtavia peltiruuveja, jotka sopivat väriltään hyvin yhteen koteoiden kanssa. Vaimennusaineena käytin hyväksi havaittua pallokuitua eli halpojen tyynyjen sisälmyksiä.

Kun kaikki elementit oli kiinnitetty ja kaiuttimet aseteltu paikoilleen, koitti kauan odotetun testaamisen aika. Pettymys oli melkoinen, kun vain yhdestä kaiuttimesta kuului ääntä. Onneksi syy löytyi nopeasti Bilteman terminaalien mukana toimitetuista muoviprikoista. Muoviprikat estivät signaalin kulkemisen elementille asti ja niiden poistamisen jälkeen homma pelasi odotetulla tavalla.

Lopputulos

Entisten, hieman rujon näköisten, koteloiden tilalle saatiin erittäin kauniit kaiuttimet. Erityisesti silmääni miellyttävät Biltemasta hankitut, juuri oikean väriset kaiutinruuvit. Toki äänikin toistuu parempana hyvän näköisistä koteloista. Cyburgs Needlet sopivat voimakkaasti suuntaavina kaiuttimina mainiosti betonibunkkeriolohuoneeseen ja ääni miellyttää korvaa.