Kõrvaklapid

Kõrvaklapid ehk kuuldeklapid ehk kuularid on paar pisikõlareid, mis asetatakse kuulamiseks kõrvade peale (vetruva sangaga kõrvaklapid), kõrva kuulmekäigu vastu (nööpkuularid) või kuulmekäigu sisse (nuppkuularid).  
Kõrvaklapid (kuularid) on laialdaselt kasutusel eriti koos kaasaskantavate seadmetega (eelkõige nutitelefoniga), kuid ka kodus saab nendega kuulata soovikohase valjusega ilma teisi häirimata. Kvaliteetsed kõrvu katvad klapid loovad avara läbipaistva helipildi, mis on täiesti võrreldav suurte kõlarite süsteemi heliga. Asendamatud on kõrvaklapid mikrofonist salvestamise jälgimisel, sest pole akustilise tagasiside ohtu.

Ajalugu

Sellised vanamoodsad telefonikuularid nagu parempoolsel pildil, olid tavalised veel 20. sajandi alguses. Kõrvaklapid ongi sellesama kuulari edasiarendus, mis enne helivõimendi väljatöötamist oli ainuke viis helisignaalide kuulamiseks. Esimesed tõelised kõrvaklapid projekteeris Nathaniel Baldwin, kes valmistas need oma kodus ning müüs siis Ameerika Ühendriikide mereväele.

 
Varajases raadiotöös olid detektorvastuvõtjas kasutuses tundlikud kõrvaklapid nagu need, mille valmistas Brandes umbes 1919. aastal. Need elektromagnetilised kõrvaklapid (ingl k moving iron speaker) kasutasid raudplekist membraani. Kuna seadmelt nõuti eelkõige suurt tundlikkust, siis selle tõttu kannatas tugevasti heli kvaliteet. Samuti olid varajased kõrvaklapid ka väga ebamugavad, sest neil puudus pehmendav polster (kõrvapadjad). Elektromagneti mähise takistus oli telegraafi- ja telefonitöös kasutatavatel klappidel 75 oomi. Raadio kuulamiseks mõeldud kõrvaklapid pidid olema tundlikumad, mistõttu kasutati neis rohkemate keerdudega mähist ja 1000–2000-oomine takistus oli tavaline. Esimestes raadiotes olid kõrvaklapid elektronlambi vooluringis ning seetõttu ohtliku pinge all.
Järgmistel aastakümnetel töötati välja mitmesuguseid elektroakustilise muunduri süsteeme, nt piesoelektriline, isodünaamiline (tasapinnalisele membraanile trükitud võnkepooliga), elektrostaatiline (elektrit juhtiv tasapinnaline membraan kahe elektroodi vahel), kuid nagu valjuhääldid, nii on ka kuularid praegusajal kõik elektrodünaamilise muunduriga.
Koos kaasaskantavate heliseadmetega, nagu taskuraadiod, taskumakid (pleierid, iPod-id) tulid 1980. aastatel kasutusele väikesed, kõrva kuulmekäiku asetatavad kuularid.

Elektrodünaamilise kuulari tööpõhimõte

Tänapäeva kõrvaklappide elektroakustilistes muundurites muudetakse audiosignaal heliks samal põhimõttel kui dünaamilistes valjuhääldites. 
Võnkepool paikneb rõngasmagneti püsivas magnetväljas. Püsimagnet on valmistatud eriti tugevat magnetvälja tekitavast materjalist, nt neodüümist. Sünteesmaterjalist kerge membraan on ühendatud võnkepooliga, mille mähisesse juhitakse audiosignaali vool. Magnetväljas asuva mähise keerdudele mõjub juhet läbiva vooluga võrdeline mehaaniline jõud, mille mõjul hakkab võnkepool koos membraaniga võnkuma, tekitades elektrisignaalile vastavad helilained.

Parameetrid

Kõrvaklappe iseloomustatakse peamiselt nendesamade parameetritega kui kõlareid, ainult tundlikkust väljendatakse ühikuga dB/mW. Kuna kõrva jõuab peaaegu kogu kuulari tekitatud akustiline energia, piisab õige väiksest elektrilisest võimsusest (nimivõimsus paar millivatti) kõrge helitaseme tekitamiseks. Kuularite tundlikkus on vähemalt 94 dB/mW (vastavalt helirõhk 1 Pa) sagedusel 1000 Hz).
Kuularikapslid on suutelised kestvalt taluma nimivõimsusest kümneid kordi suuremat elektrilist võimsust (DIN 45500 järgi peab nimikoormatavus olema vähemalt 100 mW).
Väike ja kerge võnkesüsteem on vaba omaresonantsidest, mistõttu sageduskäik püsib lineaarsena avaras sagedusalas (juba suhteliselt odavatele mudelitele pakutakse tootja poolt 20–20 000 Hz; sageduskäigu ebaühtlus piirsagedustel jääb aga enamasti teadmata, sellest ka olulised tämbrierinevused mudelite vahel). Membraani üliväike võnkeamplituud tagab minimaalse mittelineaarmoonutuse, mis jääb ka keskmise hinnaklassi kuulareil allapoole tajutavuse piiri, s.o alla 1%. 
Kõrvaklappide kasutegur on üldiselt seda väiksem, mida parem on heli kvaliteet. 
Nimitakistuse järgi jagunevad kuularid madala- ja kõrgeoomilisteks, piiriks 100 Ω. Laiatarbekuulareil on takistus 16, 32 või 64 Ω, stuudiokuulareil ka 600 Ω (siis vastab võimsusele 1 mW pinge 0,775 V).

Nööp- ja nuppkuularid

Nööpkuularid, mis paigutatakse kõrva kuulmekäigu ette (mitte kuulmekäigu sisse), on kindla suurusega, seetõttu ei tarvitse need igas kõrvas hästi püsida. Ka sobiva suuruse korral võivad bassid kaduma minna, kui „nööbid“ pole kuulmekäigu suhtes optimaalses asendis.  
2010. aasta paiku hakkasid nööpkuulareid asendama nuppkuularid. Need paigutatakse otse väliskõrvas asuvasse kuulmekäiku. Individuaalseks sobitamiseks on nupp-kõrvaklappidel tavaliselt valida kolme eri mõõdus elastse silikooonist või vahtplastist muhvi vahel. Nuppkuularid toimivad ühtlasi kõrvatropina, summutades oluliselt väliskeskkonnast tingitud müra.
Professionaalseks kasutamiseks valmistatakse kandja kuulmekäigu suurusele kohandatud kujuga kuulareid. Need isoleerivad veelgi parema välismüra ning on mugavamad.

Kõrva katvad kõrvaklapid

Kõrvalesta katvad klapid surub peasang kas vastu kõrvalesta (kõrvapealsed klapid) või siis vastu pead kõrva ümber (ülekõrvaklapid). Mõlemat tüüpi klapid võivad olla lahtise (avadega) või kinnise välisküljega.
Kõrvapealsed klapid on võrdlemisi väiksed ja kerged. Vetruv sang surub klappide padjad vastu kõrva. Basside kuuldavus sõltub suuremal või vähemal määral kuularikapslite survest kõrvale ja asendist kuulmekäigu suhtes.
Märksa mugavamad ja parema helikvaliteediga on suured, kõrvalesta täielikult ümbritsevad ümmargused või ellipsikujulised klapid. Need võivad küll olla raskemad, ent püsivad kindlalt õiges asendis kuulmekäigu suhtes ja surve kõrvalestale võib olla minimaalne. Kõrvapadjad on (kunst)nahast või tekstiilmaterjalist; viimased tunduvad mugavamad kinniste kõrvaklappide korral (hoiavad paremini ära kõrvade higistamist).
Ülekõrvaklappe kasutatakse tavaliselt koos kvaliteetse signaaliallikaga (AV-ressiiver, muusikakeskus, mängukonsool). Kaasaskantavate seadmete helivõimendi signaal võib niisuguste, võrdlemisi madala kasuteguriga klappide jaoks jääda liiga nõrgaks.

Juhtmeta kõrvaklapid

Mugav on kasutada juhtmeta kõrvaklappe, millesse signaal edastatakse raadiolainete vahendusel kas analoogsignaalina detsimeeterlainetel või digitaalsignaalina sentimeeterlainetel (2,4 GHz sagedusribas). Analoogsignaali ülekandel ei küüni heli kvaliteet siiski juhtmeühenduse tasemele, sest dünaamikaulatust ahendatakse tugevasti, et ära hoida saatja ületüürimisega kaasnevaid veelgi suuremaid moonutusi. 
Märksa parema helikvaliteedi tagab signaali ülekanne digitaalkujul, kuigi ka sel juhul on signaali kodeerimis-moduleerimisprotsessid seotud mõningase helikvaliteedi kaoga, samuti signaali teatava viivitusega.
Digitaalsignaali edastus võib toimuda Bluetooth-ühenduse kaudu, nt nutitelefonist. Siis on klappides ka mikrofon ja nupud telefoni juhtimiseks. Enamikus klappides on samuti helitugevuse nupud (ka kummagi kõrva jaoks eraldi). Toodetakse ka kõrvaklappe, millesse raadiosignaal edastatakse Wi-Fi kaudu või eraldi raadiosaatjast.
Signaaliallikaga (nt AV-ressiiver, teler, mängukonsool) ühendatud raadiosaatjaga kõrvaklappide korral võib signaal levida mitmekümne meetri kaugusele. Ühe saatja signaali on võimalik kuulata samaaegselt mitme raadiokuulariseadmega. 
Juhtmeta kõrvaklapid on harilikult varustatud nuppudega helitugevuse ja lugude valikuks.

Müra summutavad kõrvaklapid

Ümbritsevast keskkonnast kõrva jõudva häiriva müra taset saab alandada passiivsete ja aktiivsete meetmetega.
Passiivselt vähendavad müra suured suletud kõrvaklapid, mille suure summutusvõimega materjalid tagavad võimalikult tiheda kontakti kõrvapadja ning pea vahel. Samuti vähendavad hästi müra kvaliteetsete ja suuruse poolest hästi sobivate muhvidega kõrvasisesed klapid.
Aktiivse summutuse korral muundab klapi välisküljel paikneva mikrofoniga elektroonikalülitus vastuvõetava müra vastandfaasiliseks elektrisignaaliks Kui selline „antimüra“ sobiva tasemeni võimendatult klapi kõlarist kõrva jõuab, kompenseerib see läbikostva akustilise müra peaaegu täielikult (eriti kui kasuliku heli tase on piisavalt kõrge).
Selline summutus toimib tõhusalt ainult sagedustel kuni mõnisada hertsi. Enamasti aga ongi kestvalt häiriv müra (nt lennukis, rongis, tööstusruumis) suures osas madalsageduslik.
Elektroonikaplokk vajab kõrvaklappides toiteallikat.

Peakomplekt

Peakomplekt kujutab endast kõrvaklappe, millega on ühendatud lisaks veel mikrofon. Peakomplektid pakuvad samu võimalusi käed-vabad telefoniga. Neid kasutatakse Skype'i-kõnedeks ja töökohtadel, kus kasutatakse intensiivselt telefoni. Peakomplektid tehakse kas ühe kuulariga (mono) või kahe kuulariga (mono mõlemasse kõrva või stereo). Mikrofon on tavaliselt kas varda küljes, millega see on viidud kasutaja suu ette, või asub kõrvaklappidest tuleva juhtme küljes. 
Telefoni peakomplekt ühendatakse tavatelefoniga, nii et ta asendab telefonitoru. Kõik tavatelefonisüsteemi ühendatavad peakomplektid on standardse 4P4C-pistikuga, mida kutsutakse ka RJ-9 konnektoriks.

Kõrvaklappide valimine

Kõrvaklappide valik sõltub suuresti kuulaja vajadustest. Koos kaasaskantavate seadmetega kasutamiseks valitakse üldiselt väiksemad ja kergemad mudelid, seega nuppkuularid. Kodus kasutatavad kõrvaklapid võivad aga olla suuremad ja raskemad, samuti on nad üldiselt parema helikvaliteediga. 
Kaasaskantavate seadmete jaoks sobivad väikse sisetakistusega (16 või 32 Ω) kuularid, sest need tekitavad ka piiratud signaalipinge korral küllaldase tugevusega heli.
Aktiivsel liikumisel kasutatavad klapid peavad kindlalt peas püsima, ka ei tohiks sammude müdin ja juhtme hõõrdumise krõbin võimendatult kõrva kosta (selles suhtes on eriti tundlikud nuppkuularid). Samuti on oluline niiskuskindlus.