Kõlar

Kõlar on elektroakustiline muundur, mis koosneb harilikult ühest, kahest või enamast valjuhääldist, neid eraldavatest sagedusfiltritest ja korpusest. Viimase moodustavad kõlari konstruktsiooniosad (eelkõige kast), mille suuruse ja kuju sobiva valikuga saab mõjutada kõlari sagedus- ja suunakarakteristikuid.

Üldehitus ja liigid

Korpuseta valjuhääldi kiirgab helilaineid ruumi nii esi- kui ka tagaküljelt. Need lained on vastandfaasis (kui ees toimub õhu tihendamine, siis tagapool hõrendamine, ja vastupidi). Ette- ja tahapoole kiirgunud helilained võivad peegeldudes ja liitudes ruumis ka nõrgeneda. Vabas õhus paikneva valjuhääldi korral esineb lisaks nähtus, mida tuntakse akustilise lühisena – membraan nagu pumpab õhku ümber valjuhääldi serva eest taha ja vastupidi. See heli kiirgamist nõrgendav efekt sõltub valjuhääldi mõõtmetest ja algab umbkaudu sagedusest, millel heli lainepikkus saab suuremaks kui valjuhääldi läbimõõt. 15 cm läbimõõdu juures langeb valjuhääldi poolt kiiratav helirõhk selle tõttu võrdeliselt sagedusega alates sagedusest 2000 Hz kuni sageduseni, mille juures ilmneb valjuhääldi elektromehaaniline resonants (mis 15 cm läbimõõdu korral on tavaliselt vahemikus 50...100 Hz).
Helilaine teekonda saab pikendada ja sellega madalate helide esitust parandada, kui kinnitada valjuhääldi suurele plaadile, nn kõlalauale, või tagant lahtisesse kasti. Kuid piisavalt heade tulemuste saamiseks kujuneksid niisuguse tarindi mõõtmed kohatult suureks, sest kõlalaua või kasti mõõtmed peaksid olema suuremad kui soovitava madalate sageduste piirsageduse poollaine pikkus (näiteks 100 Hz jaoks 1,5 m, kasti korral vähem, sest sügavusmõõt omab ka mõju, olles nagu tagasipööratud kõlalaua osa). Kui kasutatava valjuhääldi omaresonantsi sagedus on soovitavast alumisest sageduspiirist oluliselt madalam, siis on sellise akustilise süsteemi sagedus-  ja vastavalt ka impulsskarakteristikud esimest järku, mistõttu selline süsteem annab eksponentsiaalselt sumbuva (mitte võnkuva) impulssreaktsiooni. Sellise akustilise süsteemi kasutegur on suhteliselt suur ja helikõla loomulik.
Mõõtmete vähendamise eesmärgil kasutatakse kõlari korpuse põhitüübina valdavalt kinnist kasti ja selle erikuju – bassireflekskasti. Reflekskõlaril on madalatel sagedustel mõnevõrra parem kasutegur kui kinnisel kõlaril ja ühesuguste gabariitide korral ka mõnevõrra madalam alumine piirsagedus, kuid see saavutatakse sagedus- ja impulsskarakteristiku resonantsilise iseloomu tekkimise hinnaga (millega kaasneb kõmisemise efekt). Kasti sisekajade nõrgestamiseks ja seisulaine efekti nõrgestamiseks kesk- ja kõrgematel sagedustel kaetakse kasti sisepinnad tihti paksu vatikihiga.
Suuruse järgi võib eristada võrdlemisi väikseid riiulikõlareid ja suuremaid põrandakõlareid. Viimased on üldiselt ka suurusjärgu võrra suurema võimsusega ja tunduvalt madalama alumise piirsagedusega. Ka kasuteguri poolest võivad nad olla paremad kui väikesed riiulikõlarid, milles alumist sageduspiiri on kasuteguri arvel püütud võimalikult madalaks saada, kuid üldiselt ei ole nendelt põhjust oodata alumist sageduspiiri alla 80…100 hertsi.  (Varem laialt kasutusel olnud –14 dB normeerimistaseme korral võiks sellele vastata 40...50 Hz).

Kõlaritüübid

Kõlari sagedusala alumise piiri määravad lisaks valjuhääldi omadustele (omaresonants) kõlari kasti suurus ja tüüp, olgu siis tegemist kolmeribalise stereokõlariga või eraldi bassikõlariga. Valjuhääldi võnkeruumi tarvilik maht väheneb võrdeliselt alumise piirsageduse 3. astmega (nt sagedusel 150 Hz on vajalik maht 8 korda väiksem kui sagedusel 75 Hz), ehk teiste sõnadega, kasti lineaarmõõt väheneb pöördvõrdeliselt alumise piirsagedusega.

Kinnine kõlar

Kinnises kastis paiknev valjuhääldi kiirgab helindatavasse ruumi ainult oma esiküljelt, nii et akustilist lühist ei saa tekkida. Kuid kinnine kast tõstab oluliselt võnkesüsteemi omaresonantsi sagedust. Kõlari sageduspiiri aitavad alandada eriehitusega, nn kompressioonvaljuhääldid, millel on algselt väga madal omaresonantsi sagedus ja mille võnkesüsteem saab moonutusvabalt liikuda suure amplituudiga. Suletud ruumis olev õhk pidurdab madalatel sagedustel valjuhääldi difuusori võnkeulatust. Seetõttu tõuseb valjuhääldi põhiresonantsi sagedus seda enam, mida suurem on valjuhääldi suudme läbimõõdu ja kasti mahu suhe. Seega üldjuhul väiksema valjuhääldi kasutamisel kõlari sageduspiir alaneb mõnevõrra (seda küll kasuteguri arvel). 
Kinnisel kõlaril on hea impulsiesitus (väike DIM-moonutus) ning bassid kõlavad puhtalt. Arvutuslikult optimaalse vabamahu korral on sageduskarakteristiku kasv sujuv; liiga väikese mahuga kastis kasvab helirõhk ülabasside piirkonnas (tajutav kõlarile isloomuliku sagedusega tüminana).

Ribapääskõlar

Kinnise ja reflekskorpuse kombinatsioonina leiavad teatavat kasutamist ka ribapääskõlarid. Niisuguse kõlari kast on jaotatud kahte ossa, kusjuures valjuhääldi asetseb kinnise ruumi ja bassikanaliga ruumi vahelises seinas. Seega on näha ainult bassikanali suue korpuse ühel küljel. Valjuhääldi ette jääv õhumaht koos kanaliga moodustab Helmholtzi resonaatori, mis toimib madalpääsfiltrina. 
Ribapääskõlari nimetus tulebki kaheosalise korpuse omadusest piirata nii ülimadalaid kui ka bassihelidest kõrgemaid sagedusi (nt alates 120…150 hertsist); sagedustunnusjoon langeb mõlemale poole kiirusega umbes 12 dB oktavi kohta (ehk ligikaudu teist järku süsteemile vastavalt). Niisiis on tegemist bassikõlariga, kusjuures pole vaja infrahelifiltrit ega kõrgemaid sagedusi tõkestavat madalpääsfiltrit. Seda tüüpi kõlar tekitab ka tagasihoidliku mahu korral küllalt tugeva helirõhu, kuid bassid pole alati kuigi puhtad.

Bassikõlarid

Eriti madalate sageduste – basside – esiletoomiseks ühendatakse helivõimendi või ressiivri eriväljundisse bassikõlar. Nii satelliit- kui ka lairibakõlaritega akustilistes süsteemides kasutatakse enamasti aktiivset bassikõlarit, mille korpuses paikneb madalpääsfilter ja võimsusvõimendi. Nagu teada, on madalamatel sagedustel vaja oluliselt võimsamat signaali, sest sama helirõhu tekitamiseks peab õhuvõnkumise amplituud kasvama pöördvõrdeliselt sagedusega. 
Ka väheneb inimkõrva tundlikkus nõrkade helide korral aga tugevasti (vt helivaljus). Näiteks kostavad ühevaljuselt 1000-hertsine toon tasemel 80 dB ja 50-hertsine toon tasemel 92 dB. Helirõhutaseme tõstmisega 3 dB võrra kaasneb aga võimsuse kahekordistumine. Toodud näite puhul vastaks võrra signaalitugevuse 4-kordsele kasvule (12 dB) võimsuse 16-kordne kasv. 
Bassikõlarid võivad olla kinnises või reflekskorpuses. Kast on traditsiooniliselt kuubile lähedase kujuga. Reflekskõlari alumine sageduspiir on tööpõhimõttest tulenevalt mõnevõrra madalam kui niisama suurel kinnisel kõlaril. Seevastu on kinnise kõlari bassid puhtamad.
Toimepõhimõttelt tuntakse otsekiirgureid, millest helilained levivad ruumi nagu tavalisest kõlarist ettepoole, ja põrandakiirgureid, mis suruvad olulise osa võnkeenergiat välja kõlari põhja ja põranda vahelt ümberringi, seejuures ka põrandatarindite kaudu (seega mõeldav kasutada ainult üksikelamus).
Süvabassikõlari ülemine piirsagedus (tasemel –3 dB) jääb tüüpiliselt vahemikku 50...120 Hz. Kallitel  mudelitel võib madalaim esitatav sagedus olla 15...30 Hz.
Kvaliteetsete süvabassikõlarite võimenditel on jaotussagedus astmeliselt või sujuvalt reguleeritav; nii saab akustise süsteemi kõlarite sageduskarakteristikuid omavahel katsetamise teel nii sobitada, et kõik kõlarid koos looksid tervikliku helivälja. Parematel kõlaritel on ka faasinihkeregulaator saabuva helilaine ajaliseks nihutamiseks (enamasti sujuvalt vahemikus 0...180°). Siis saab kindlas kuulamiskohas kuuldeliselt sobitada omavahel bassikõlari ja lairibakõlarite (või ka teise bassikõlari) helitasemed, kasutades muidugi ka bassikõlari helitugevusregulaatorit.
Kui süvabassikõlaril on infrahelifilter, lõikab see ära kuuldamatud sagedused allpool 15...20 Hz, kaitstes niiviisi kõlarit ja ka kuulajat võimsate infrahelide eest. Selliseid filtreid toodetakse ka eraldi üksusena signaalikaablisse ühendamiseks.
Aktiivkõlari ja võimendi vaheline ühendus luuakse varjestatud madalsageduskaabliga; selleks on ka spetsiaalseid bassikõlarikaableid. Kui helitugevuse suurendamisel on märgata tugevnevat võrgumüra, võib põhjus peituda just kaabli puudulikus varjestuses. Abi võib sel juhul olla ka varjevoolufiltrist (lihtsaimal juhul kaablikeeruga ümbritsetud ferriitrõngast).

Kõlarite paigutus

Kõlarite paigutamisel on oluline saavutada otseheli ja ruumi seintelt peegelduva heli sobiv tasakaal. Ruumikõla komponent osutub märgatavaks vähemalt keskmise suurusega (25...30 m²) elutoas, kus pole väga palju pehmet mööblit ega vaipu, nii et järelkõla kestus on umbes 0,5 s.
Peegeldused pääsevad rohkem mõjule, kui kõlarid asetsevad paralleelselt, teineteisest paari meetri kaugusel, külgseintele mitte lähemale kui pool meetrit. Põrandakõlarid on soovitatav asetada ka otsaseinast veidi eemale. Riiulikõlarid on konstrueeritud sellistena, et nende sageduskäik on madalatel sagedustel parem (riiuli) tagaseina lähedal. 
Lähedalt kuulamisel osutub valdavaks otseheli. Selle osa kasvab ka stereokõlarite pööramisel kuulamiskoha poole; siis paraneb ühtlasi heliallikate (häälte, pillide) eristatavus kõlaritevahelises helipanoraamis ja seega ka stereoefekt. Täiuslik stereokuuldeala jääb siiski võrdlemisi ahtaks, nt stereokõlarite normaalse, 2...3-meetrise vahekauguse korral 3 m kaugusel kuulates osutub helipanoraam sümmeetriliseks ainult paarikümne sentimeetri laiuses alas, arvates kõlaritevahelisest sümmeetriatasandist. Hoopis ruumilisema helivälja loovad muidugi mitmekanalilise kodukino helisüsteemi kõlarid.
Kuna kõrged helid kiirguvad võrdlemisi kitsas ruuminurgas, seatakse stereokõlarid sellisele kõrgusele (alusel, konsoolil, statiivil), et nende kõrgsageduselemendid jäävad istuva kuulaja kõrvade tasandile. 
Bassikõlari asukohta peetakse üldiselt suvaliseks, sest sagedustel alla 120 Hz pole helilainete saabumise suund enam määratav. Näiteks sagedusel 100 Hz on heli lainepikkus 340/100 = 3,4 m, nii et kummagi kõrva mõnesentimeetrist kaugusevahet heliallikast ei suuda kuulmistaju eristada.
Ometi väljuvad bassikõlarist sujuvalt nõrgenevalt ka jaotusfiltri siirdealasse jäävad alumised kesksagedused kuni mõnesaja hertsini, mõjutades üldist stereopanoraami. Seepärast on soovitatav paigutada see kõlar esikõlarite vahele ja seejuures suunatuna ruumi seinte suhtes kaldu, et vähendada seisulainete tekkimise võimalust (seisulaine sagedusel kujuneksid ruumi eri kohtades paisud ja sõlmed, kusjuures viimastes on seisulaine amplituud null). Praktikas on seisulaine tekkimise oht siiski väike, sest see eeldaks kaua kestva muutumatu sagedusega signaali olemasolu täpselt õigel sagedusel (nagu see võiks olla näiteks orelil).
Sobiva difuussusega (ruumikõlaosaga) ning võimalikult ühtlase sageduskäiguga helivälja saavutamine on igas konkreetses ruumis võimalik ainult katsetamise teel. Juba kõlari nihutamine paarikümne sentimeetri võrra võib üldist kõlapilti üsna märgatavalt muuta. 
Kõlaritootjate andmeil vajavad kõlarid parameetrite stabiliseerimiseks teatud sissemängimisaega – paarist päevast kuni nädalani. Siis keskmisel signaalitugevusel koormamisel väheneb võnkesüsteemi jäikus ja selle ühe tulemusena alaneb madalsageduselemendi resonantsisagedus.