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 (multi)meediaseadmetega (eelkõige nutitelefoniga), kuid ka kodus saab nendega muusikat või teksti 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 mikrofoniga heli 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 töötas välja Nathaniel Baldwin, kes valmistas need oma kodus ning müüs siis Ameerika Ühendriikide mereväele.
 
Varajases raadiotöös olid detektorvastuvõtjas kasutusel tundlikud kõrvaklapid nagu need, mille valmistas Brandes umbes 1919. aastal. Need elektromagnetilised kõrvaklapid (ingl k moving iron speaker) olid raudplekist membraaniga. Kuna seadmelt nõuti eelkõige suurt tundlikkust, siis selle tõttu kannatas tugevasti heli kvaliteet. Varajased kõrvaklapid ka olid 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, näiteks 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 (nt taskuraadiod, taskumakid, sh pleierid, iPodid) 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, näiteks 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 samade 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 võivad kestvalt taluda 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 alla 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).

Kõrvaklappide liigitus 
Suuruse ja tarinduse järgi:
kõrva ümbritsevad ehk ülekõrvaklapid (ingl k circum-aural headphones);
kõrva katvad ehk kõrvapealsed klapid (supra-aural headphones);
nööpkõrvaklapid ehk nööpkuularid (in the outer ear headphones, earphones), asetamiseks kuulmekäigu ette;
nuppkõrvaklapid ehk nuppkuularid (in-ear headphones, earbuds), asetamiseks kuulmekäigu sisse.
 
Kõrva ümbritsevaid ja katvaid klappe ühendab vetruv peasang, väiksemad kõrvapealsed ja ka sisesed kuularid võivad olla varustatud kuklasangaga või kumbki kuular eraldi hoideaasaga.

Akustiliste omaduste järgi:
lahtised kõrvaklapid – klapi välisküljel on avad, mis võimaldavad parandada sageduskäiku (eriti madalatel helisagedustel) ja ühtlasi lasevad vähemal või suuremal määral läbi helisid ümbritsevast keskkonnast; mõõduka valjusega kuulamisel jõuavad need helid (nt tänavamüra) ka kõrva;
kinnised kõrvaklapid – eraldavad kuulaja peaaegu täiesti välistest helidest ja mõeldud eelkõige kasutamiseks mürarikastes ruumides, kuid mitte liikluses.

Elektrisignaali edastamise viisi järgi:
 juhtmega klapid – ühendatakse signaaliallikaga kolme- või neljasoonelise juhtme abil (juhe võib lähtuda mõlemast või ainult ühest kuularist); juhtme otsas on signaaliallikaga ühendamiseks Ø 3,5 mm pulkpistik (sirge, L-kujuline või 45° nurgaga) või USB-pistik; juhtmes võib olla helitugevusregulaator, mõnel mudelil ka mitme juhtnupuga pult;  
 juhtmeta klapid – audiosignaali kannavad kõrvaklappidesse raadiolained, enamasti Bluetooth-ühenduse kaudu.

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 silikoonist 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 telefoni vabakäesüsteemiga. 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.

Kõrvaklappide kasutamisega seotud ohud  
Kõrvaklappe pidevalt kasutades võib kuulaja kannatada kuulmislanguse käes või isegi alatiseks kurdiks jääda. Eriti väljas liikumisel kasutatavad nööpkuularid ei isoleeri kuigivõrd ümbritsevat müra. Seepärast kasutavad kuulajad suuremat helitugevust, mis võib kuulmist halvendada.

Teine suur probleem on see, et kõrvaklappe kasutades ei kuule inimene ümbritsevaid helisid, mistõttu võib temaga kergemini liiklusõnnetusi juhtuda. Samuti võib inimene kõrvaklappe kasutades ise õnnetusi põhjustada (nt autoga sõites).

Kui kasutada kõrvaklappe kestvalt suurel helitugevusel, kasvavad kõrva enda põhjustatud helimoonutused ja lüheneb tunduvalt kõrvaklappide eluiga.

Kõrvaklappe, mille esmane ülesanne on kuulmise kaitse mürarikkas keskkonnas, nimetatakse kõrvakaitseklappideks. Ka neis klappides võib müra summutamine toimuda passiivselt või aktiivselt, nagu eespool kirjeldatud.

Vaata ka 
 Valjuhääldi
 Kõlar

Viited

Kirjandus 
 Võrdleme kõrvaklappe! – Ajakiri Tehnikamaailm, august 2014

Välislingid 
 Kuidas valida kõrvaklappe?
 Kuidas valida igaks olukorraks parimaid kõrvaklappe?
 
 
Helitehnika