TEKSTI & KUVAT JAAKKO PASANEN
KUVA Dissolve
OPAS | KUULOKKEIDEN TAAJUUSKORJAUS
Tähtäimessä tasapaino
kuulokkeiden taajuusvasteet eroavat voimakkaasti toisistaan. Tutkimusten mukaan hyvältä kuulostavat kuulokkeet eivät ole vasteeltaan suoria, joten millainen sitten on tavoitevaste ja miten korjauksen voi tehdä kotikonstein?
Kuulokekuuntelun suosio on kasvanut viimeisen kymmenen vuoden aikana, ja samalla myös kuulokkeiden äänenlaatu on parantunut merkittävästi. Tutkimustyö kuulokkeiden ihanteellisen taajuusvasteen selvittämiseksi on tuottanut hedelmää, ja nykyään markkinoilta alkaa löytyä useita malleja, joiden taajuusvaste vastaa kuluttajien mieltymyksiä.
Taajuusvaste kertoo äänentoistojärjestelmän eri taajuuksien tasapainon. Kuulokkeiden äänenlaatua arvioitaessa taajuusvaste on nykytietämyksen valossa ainoa merkittävä tekijä. Parhaimmatkaan kuulokkeet eivät ole kuitenkaan täydellisiä. Kuulokkeiden valintaan vaikuttaa lisäksi paljon muitakin tekijöitä kuin äänenlaatu, joten onkin erittäin kätevää, että taajuusvastetta voi muokata mieleisekseen jälkikäteen.
Taajuuskorjain on työkalu, jolla signaalin eri taajuuksien voimakkuuksia voidaan muokata vapaasti. Kuulokkeiden oman taajuusvasteen muokkaaminen ei ole kovin helppoa, sillä se vaatii fyysisiä muutoksia. Signaalin taajuusvastetta muuttamalla toiston muokkaaminen kuitenkin onnistuu, eikä lopputuloksen kannalta ole merkitystä, kohdistuuko muutos signaaliin vai kuulokkeisiin. Äkkiseltään taajuuskorjaus voi kuulostaa melkoiselta ihmelääkkeeltä – varsinkin käytettäessä sellaisia kuulokkeita, joiden äänenlaadun määrittelee taajuusvaste. Taajuuskorjaimen käytön vastustajiakin toki löytyy, eikä käyttö ole aina helppoa varsinkaan kokemattomalle.
Taajuuskorjauksen hyödyt ja haasteet
Oikein käytettynä taajuuskorjain voi parantaa kaikkien kuulokkeiden äänenlaatua. Jotkut harrastajat ovat sitä mieltä, että taajuuskorjainta ei tarvita, sillä mikäli kuulokkeiden taajuusvaste ei ole itselle sopiva, tulee hankkia toiset kuulokkeet. Kuulokkeiden suunnittelija joutuu kuitenkin tekemään kompromisseja kaikkien ominaisuuksien suhteen, myös äänenlaadun.
Kuluttajat joutuvat arvottamaan eri ominaisuuksia tehdessään päätöstä, mitkä kuulokkeet ostavat. Hinta, mukavuus, langattomuus, melunvaimennus, äänenlaatu ja ulkonäkö kaikki vaikuttavat ostopäätökseen. Pelkästään äänenlaadusta välittävät joutuvat usein tyytymään kompromisseihin muiden tekijöiden kustannuksella. Näistä kaikista ominaisuuksista ainoa, jota jälkikäteen voi korjata helposti, on taajuusvaste.
Hyvänä esimerkkinä tästä ovat Sennheiserin HD 800 -kuulokkeet, jotka ovat kotikäyttöön kaikilta ominaisuuksiltaan lähes virheettömät mutta kärsivät pahasti tietyistä taajuusvasteen ongelmista. Taajuuskorjaimella ongelmat saadaan kuitenkin helposti kuriin.
Taajuuskorjaimen käyttö ei kuitenkaan ole ongelmatonta. Ehkä selkeimpänä haittana on se, että taajuuskorjain täytyy olla aina käytettävissä. Tietokoneella kuulokkeiden taajuuskorjaus onnistuu mutkattomasti, mutta monet muut alustat ja lähteet eivät ole yhtä yhteistyöhaluisia.
Taajuuskorjaimen virittäminen ei myöskään ole helppoa – ainakaan niin, että se parantaisi kuulokkeiden äänenlaatua. Väärin säädettynä taajuuskorjaimella saa suurta haittaa aikaan. Taajuuskorjaimen säätimet voi kyllä asettaa hyvin kohdalleen ihan korvakuulolta, mutta tämän taidon kehittäminen vaatii kuukausien tai jopa vuosien perehtymistä eikä siten ole realistinen vaihtoehto useimmille.
Kaikki kuulokkeet eivät myöskään sovellu hyvin taajuuskorjattavaksi. Basson taso monissa avoimissa kuulokkeissa on alle tavoitteen, eikä sen korjaaminen aina onnistu, sillä bassojen vahvistaminen voi ylikuormittaa kuuloke-elementtiä. Tällöin elementti alkaa tuottamaan huomattavat määrät harmonista säröä. Saman ongelman tosin saa aikaan nostamalla äänenvoimakkuutta ilman taajuuskorjaintakin.
Taajuuskorjaimista liikkuu myös paljon väärinkäsityksiä, jotka eivät nykyään pidä paikkaansa. Yksi yleisimmistä väärinkäsityksistä liittyy taajuuskorjaimen vaikutuksiin vaihevasteeseen. Kritisoijat väittävät, että taajuuskorjain aiheuttaa vaiheen tai transienttien vääristymää ja siten heikentää äänenlaatua. Normaalia taajuuskorjainta käytettäessä muutokset vaihevasteessa ovat kuitenkin samat kuin mitä kuulokkeiden suunnittelija saa aikaan tuottamalla vastaavan taajuusvastemuutoksen akustisin ja mekaanisin keinoin.
Toinen yleisessä kierrossa oleva väärinkäsitys on, että taajuuskorjain aiheuttaisi resonointia signaaliin. Resonointia on toki mahdollista saada aikaan taajuuskorjaimella käyttämällä suotimia, jotka vahvistavat signaalia erittäin kapealla taajuusalueella. Ongelma on kuitenkin vältettävissä käyttämällä suurempia kaistanleveyksiä suotimissa ja jättämällä kapeat notkot taajuusvasteesta korjaamatta, sillä nämä eivät juurikaan vaikuta koettuun äänenlaatuun.
Taajuuskorjaimet, ohjelmistot ja eri suodintyypit
Taajuuskorjaimet voidaan luokitella moneen eri tyyppiin riippuen toteutustavasta ja siitä, kuinka tarkasti korjain mahdollistaa eri taajuusalueisiin vaikuttamisen.
Yleisin ja yksinkertaisin taajuuskorjaintyyppi, jota voi käyttää kuulokkeiden taajuusvasteen korjaamiseen, tunnetaan graafisena taajuuskorjaimena. Tässä tyypissä on usein kymmenen eri kaistaa tai suodinta, joiden voimakkuutta käyttäjä voi itse säätää. Graafinen taajuuskorjain on helppo ymmärtää ja käyttää, sillä vaikutus taajuusvasteeseen on visuaalisesti havaittavissa eivätkä eri suotimet vaikuta toistensa toimintaan. Valitettavasti graafiset taajuuskorjaimet jättävät toivomisen varaa säädettävyydessä, sillä eri suotimien keskitaajuuksia tai kaistanleveyksiä käyttäjä ei voi muuttaa. Tästä syystä kapeiden, suotimien väliin osuvien piikkien korjaaminen kuulokkeiden taajuusvasteesta ei tahdo onnistua. Esimerkiksi Sennheiser HD 800 -kuulokkeiden taajuusvasteen suurin ongelma on kuuden kilohertsin paikkeilla oleva kapea seitsemän desibelin korostuma, joka osuu neljän ja kahdeksan kilohertsin suotimien väliin.
Huomattavasti parempi vaihtoehto kuulokkeiden äänenlaadun parantamiseen on parametrinen taajuuskorjain. Tämä tyyppi toimii graafisen taajuuskorjaimen tapaan mutta sallii käyttäjän säätää eri suodinten vahvistuksen lisäksi keskitaajuutta ja kaistanleveyttä. Kun suotimista voi säätää kaikkia kolmea parametria, voi jo kymmenellä suotimella toteuttaa lähes minkälaisen taajuusvasteen tahansa. Tällöin hankalammatkin ongelmat eri kuulokemalleissa saadaan tarkasti kuriin. Kääntöpuolena parametrisessa taajuuskorjaimessa on käytön hankaluus. Suotimia voi laittaa päällekkäin, jolloin eri suotimien yhteinen vaikutus ei ole suoraan nähtävissä eikä sitä ole helppo mitenkään intuitiivisesti ymmärtää. Käytännössä lopputuloksen visualisointi vaatii aina ohjelmistoa, joka osaa piirtää taajuusvasteen käyttäjälle. Joissain parametrisissa taajuuskorjaimissa tämä piirto-ominaisuus on sisäänrakennettuna mutta ei läheskään kaikissa.
Parametrista taajuuskorjainta vieläkin edistyksellisempi tyyppi on konvoluutioon ja fir- eli finite impulse response -suotimiin perustuva taajuuskorjain. Fir-suotimet ovat digitaalisia impulssivasteita, joilla voi toteuttaa käytännössä minkälaisen taajuusvasteen tahansa erittäin tarkasti. Fir-suotimilla voi tämän lisäksi säätää myös vaihevastetta taajuusvasteesta riippumatta. Kuulokkeiden taajuuskorjaamisessa tämä ominaisuus ei ole oleellinen, mutta huoneakustiikan korjaamisessa siitä voi olla hyötyä. Fir-suotimien suunnittelu vaatii aina jonkin ohjelmiston, eikä käyttäjä voi käytännössä itse suoraan säätää fir-suotimeen perustuvaa taajuuskorjainta. Poikkeuksena ovat taajuuskorjainohjelmistot, joissa käyttäjä voi itse piirtää minkä tahansa taajuusvasteen, josta ohjelmisto automaattisesti laskee fir-suotimen parametrit.
Ohjelmistot
Eri taajuuskorjainratkaisuja on olemassa useita. Kysymys kuuluukin, mitä vaihtoehtoja on olemassa eri alustoille ja mitä niistä kannattaa käyttää. Windowsille paras vaihtoehto on EqualizerAPO, josta löytyy kaikki edellä mainitut taajuuskorjaintyypit. Sen avulla pääsee myös käsiksi kaikkiin käyttöjärjestelmän sisällä kulkeviin audiostriimeihin, jolloin taajuuskorjain on käytettävissä musiikkisoittimesta, pelistä, selaimesta tai muusta ohjelmistosta riippumatta. Parametrista taajuuskorjainta hyödyntävät saattavat kokea EqualizerAPOn päällä pyörivän erillisen Peace- graafisen käyttöliittymän helppokäyttöisemmäksi.
Macilla tilanne on hieman monimutkaisempi, sillä yhtä asennettavaa, kaiken hoitavaa ohjelmistoa ei ole tarjolla. Järjestelmänlaajuinen taajuuskorjaus on mahdollista kaappaamalla audiostriimi yhdellä ohjelmistolla, kuten MenuBus, SoundSource tai Hosting AU, ja hoitamalla taajuuskorjaus erillisellä plugarilla. Parametrinen taajuuskorjaus onnistuu käyttöjärjestelmän mukana tulevalla AUNBandEq-pluginilla.
Linuxilla EqualizerAPOa vastaa lähimmin PulseEffects, joka toimii samaan tapaan kaappaamalla käyttöjärjestelmän audiostriimit ja muokkaamalla niitä. Kaikki mainitut taajuuskorjaintyypit ovat käytettävissä sekä iso liuta muita signaalinkäsittelyn työkaluja.
Mobiiliilaitteilla tilanne on perinteisesti ollut heikompi. Androidilla striimin kaappaaminen on ollut mahdollista jo kauan, mutta signaalin käsittelyyn käytettävissä olevat työkalut ovat olleet hyvin rajalliset. Android on versiosta 9 lähtien kuitenkin tarjonnut paremman rajapinnan äänen käsittelyyn, ja tänä vuonna sovelluskauppaan ilmestyi ensimmäinen taajuuskorjainsovellus, nimeltään Wavelet, joka mahdollistaa kuulokkeiden taajuusvasteen tarkan korjaamisen.
Apple iOS:lle ei valitettavasti ole olemassa mitään järjestelmän laajuista sovellusta taajuuskorjaukseen. Vaihtoehdot rajoittuvat käytännössä musiikkisoitinsovelluksiin, joissa taajuuskorjaus on sisäänrakennettuna.
Erillislaitteet tarjoavat taajuuskorjausmahdollisuuden lähteille, jotka eivät sitä muuten tue ollenkaan. Erillisten taajuuskorjainten markkinat ovat pienet, mutta muutamia laitteita on tarjolla kohtuullisen edulliseen hintaan. Valikoimakin on paranemaan päin, kun taajuuskorjaimen käyttö yleistyy ja toteutukset halpenevat. Esimerkiksi RME ADI-2 DAC, EarStudio ES100, MiniDSP HS-DSP ja Qudelix 5K DAC ovat kaikki laitteita, joissa on da-muunnin, kuulokevahvistin ja taajuuskorjain samassa. EarStudion ja Qudelixin laitteista löytyy myös bluetooth langattomaan kuunteluun.
Ideaalitaajuusvaste
Mistä sitten tietää, mitä ongelmia kuulokkeiden taajuusvasteessa on ja mitä pitää korjata? Taajuusvastemittaus on hyvä apu tehtävässä, mutta ennen sitä täytyy tietää, miltä taajuusvasteen pitäisi näyttää. Kaiuttimien ideaalitaajuusvaste on selvitetty vuosikymmeniä sitten, ja se on yksinkertaistettuna täysin tasainen mitattuna kaiuttomassa tilassa suoraan kaiuttimen edessä. Kuulokkeilla asia ei ole näin yksinkertainen, vaan ideaalitaajuusvaste poikkeaa tasaisesta hyvinkin paljon.
Ensimmäinen asia, mitä kuulokkeiden mittauksista täytyy ymmärtää, on se, että kuulokkeet on suunniteltu pidettäväksi päässä eikä vapaassa ilmassa kuten kaiuttimet ovat. Korvanlehti, korvakäytävä ja tärykalvo vaikuttavat kuulokkeiden toimintaan, eli kuulokkeet toimivat eri tavalla päässä pidettynä. Tämän takia on tärkeää mitata kuulokkeiden taajuusvaste järjestelmällä, joka vaikuttaa kuulokkeeseen samalla tavalla kuin ihmiskorva. Tarkasti ihmisen korvaa jäljittelevän mittausjärjestelmän rakentaminen ei ole helppo tehtävä, ja siksi vasta verrattain myöhään on pystytty tarkasti mittaamaan kuulokkeiden taajuusvasteita.
Kuulokkeiden ideaalitaajuusvastetta on pyritty selvittämään jo vuosikymmeniä. Aiemmat yritykset ottivat lähtökohdakseen saada kuulokkeet kuulostamaan samalta kuin miltä kaiuttimet kuulostavat täysin kaiuttomassa tilassa (vapaakentässä) tai täysin kaikuvassa tilassa (diffuusiokentässä). Ajatus vapaakenttävasteen käyttämisen takana on imitoida edestä tulevaa ääntä ja diffuusiokentän kanssa tasaisesti joka suunnasta tulevaa ääntä. Hyvistä periaatteista huolimatta kuluttajat eivät kuitenkaan koskaan täysin kokeneet kumpaakaan mallia omakseen.
Sekä vapaa- että diffuusiokenttäkompensoitujen kuulokkeiden ongelma on lopulta se, että niillä kuunnellessa kuulija ei kuule musiikkia samanlaisena kuin artisti tai miksaajat ja masteroijat sen kuulevat studiossa, sillä studioiden äänentoisto perustuu kaiuttimiin. Tämän takia Sean Olive otti omaksi lähtökohdakseen ajatuksen, että kuulokkeiden pitäisi kuulostaa samalta kuin laadukkaat kaiuttimet kuulostavat normaalissa huoneessa. Ensimmäinen julkaisu näistä tutkimuksista tuli ulos vuonna 2013 ja viimeisin versio vuonna 2018. Tutkimuksissa käytetyt kuulokkeiden ideaalitaajuusvasteet ovat lähellä sitä, mikä on kaiuttimien taajuusvaste tärykalvolta mitattuna Harman Internationalin referenssikuunteluhuoneessa. Kuuntelutestien osallistujille kuitenkin annettiin mahdollisuus säätää basson ja diskanttien tasoa. Lopputulos on siis enemmänkin mieltymyksiin perustuva kuin täysin neutraali vaste.
Vaikka ihmisten keskimääräinen ideaalitaajuusvaste onkin nyt selvitetty, ei se välttämättä takaa täydellisiä tuloksia jokaiselle kuulijalle. Ihmisten korvat ovat hieman erilaiset, joten jokaisen oma ideaalitaajuusvaste eroaa tästä keskimääräisestä ideaalista, mutta yleensä melko vähän. Harmanin vuoden 2018 taajuusvaste on erinomainen lähtökohta kuulokkeiden valmistajille, sillä jokaisessa kuulokemallissa voi tietysti olla vain yksi taajuusvaste. Kuulijat saavat totta kai säätää tätä omaan kuuloonsa ja mieltymyksiinsä sopivaksi. Varsinkin matalimpien bassotaajuuksien ja korkeimpien diskanttiäänien sopiva taso riippuu erittäin paljon kuulijasta itsestään.
Korjaus taajuusvastemittauksen perusteella
Taajuuskorjaimen virittäminen on periaatteessa yksinkertainen prosessi, kun tiedossa on ideaalitaajuusvaste ja kuulokkeiden oma taajuusvaste. Taajuuskorjaimen täytyy toteuttaa taajuusvaste, joka yhdessä kuulokkeiden taajuusvasteen kanssa vastaa ideaalivastetta. Yksinkertaistettuna kuulokkeiden taajuusvaste vähennetään ideaalivasteesta ja etsitään taajuuskorjaimen parametrit, jotka toteuttavat tämän erotuksen.
Taajuuskorjaimen voi virittää manuaalisesti mittausten perusteella säätämällä visuaalisesti taajuuskorjainta, kunnes taajuusvastekäyrät kohtaavat. Prosessin voi myös automatisoida, ja tämä on juurikin se, mitä AutoEq-projekti (https://github.com/jaakkopasanen/AutoEq) tekee. Projektista löytyy valmiit taajuuskorjainasetukset yli 2 800 kuulokemallille ja lähes kaikille mahdollisille taajuuskorjaintyypeille. Käyttäjän vastuulle jää vain naputella parametrit sisään omaan taajuuskorjaimeen.
Toinen julkinen ja ilmainen tietokanta on Reddit-käyttäjän oratory1990 kokoelma (https://www.reddit.com/r/oratory1990/wiki/index/list_of_presets). Oratory1990 mittaa itse kuulokkeet akustisessa laboratoriossa tarkalla mittausjärjestelmällä ja säätää asetukset parametriselle taajuuskorjaimelle pitkälti manuaalisesti, mutta kuitenkin siten, että lopputulos on hyvin lähellä Harman over-ear 2018- tai in-ear 2019 -vasteita kuuloketyypistä riippuen.
Sonarworksin kaupallisella Reference 4 -studio-ohjelmistolla voi korjata kuulokkeiden taajuusvasteen Sonarworksin mittausten perusteella noin 300 kuulokemallille. Kuluttajille Sonarworks myy SoundID-älypuhelinsovellusta, jossa on kuulokemallin valinnan lisänä mahdollisuus muokata taajuusvastetta omiin mieltymyksiin sopivaksi.
Kuulokeharrastuksen loppu?
Onko kuulokeharrastus tullut tiensä päähän, jos kerran taajuusvaste määrittää täysin kuulokkeiden äänenlaadun ja taajuusvasteen voi mittausten perusteella säätää vastaamaan ideaalitaajuusvastetta? Ei suinkaan, ja syitä on monia. Mittauspäällä mitattu taajuusvaste ei vastaa täysin kuulijan omien korvien havaitsemaa taajuusvastetta, sillä jokaisen ihmisen korvat ovat yksilölliset. Mittausten ja yleisten ideaalitaajuusvasteiden perusteella tehdyt säädöt ovat laaja-alaiset eivätkä edes pyri huomioimaan paikallisia yksilöllisen taajuusvasteen ominaisuuksia, jotka vaikuttavat muun muassa stereokuvaan. Harman Internationalin ideaalitaajuusvasteet ovat kuluttajien keskivertoja, ja yksittäisen kuulijan omat mieltymykset poikkeavat näistä yleensä jonkin verran. Keskivertokuluttajalle yksilöinti ei välttämättä ole tärkeää, mutta harrastajat voivat vaatia omalta äänentoistoltaan enemmän.
Monet harrastajat eivät ole hyväksyneet sitä, etteikö äänenlaatuun vaikuttaisi muutkin tekijät kuin taajuusvaste. Moni kysyy, mikä määrittelee kuulokkeiden erot nopeudessa, resoluutiossa, stereokuvassa ja dynaamisuudessa. Tutkijat kuten Sean Olive eivät taasen ole ollenkaan vakuuttuneita siitä, että sellaisia ominaisuuksia kuin nopeus tai resoluutio olisi edes olemassa. Harmoninen särö ja resonointi ovat merkittäviä tekijöitä kaiuttimien ja huoneakustiikan kanssa, mutta kuulokkeissa nämä eivät tyypillisesti ole ongelmia. Nykytietämyksen valossa ei ole epäilystä, etteikö taajuusvastedata sisältäisi kaikkea tarvittavaa informaatiota, mutta edelleen avoin kysymys on se, kuinka tätä dataa tulkitaan.
Rajoituksistaan huolimatta kuulokkeiden taajuuskorjaus parantaa kuulokkeiden äänenlaatua ilman ylimääräisiä kustannuksia, mahdollistaa eri ominaisuuksien painottamisen ostopäätöstä tehdessä ja tarjoaa uuden ulottuvuuden harrastukseen.