Kõlakoda: Miks kõlakoda kõlab?

Tiit K?ler, teadus.ee

  Kõlakoda. Mis ilus sõna. Kõlab nagu muusika. Kõlakoda kõliseb, laululava laliseb.

Inglise keeles polegi kõlakojal muud nime kui bandstand. Vene keeli on kõlakoja vasteks рaковина – otsese viitena selle kujule. Noh, ja prantslastel estrade. Kõlakojas kõlab vastu iga keele hingekeel.

ENE kõlakojast lugu ei pea. Kuid esimeses Eesti Entsüklopeedias leiduvad märksõnana nii “kõlakoda” kui “laululava”. Kõlakoda nimetatakse seal kenasti kui “sageli konnakarbikujuline ehitis”. Milline ettenägelikkus! 1960. aastal valminud Alar Kotli ja Heino Sepmani konnakarbikujulise laulukaare alt laotub heli laiali 340 meetri kaugusele, nii et pole asigi. Selle tee läbimiseks kulub laulul üks sekund.

Tee Euroopa parima kõlakojani kestis vähemalt 6000 aastat. Kõige loomulikum kõlakoda on looduse kõlakoda. Metsa ees, mäe serval alles tunned, kuis häälel kõla ja jõudu. Koolis ma veel ei käinud, kui läksime Simunas tädiga metsa marjule. Veidi enne metsa soovitas tädi mul hõikuda. Ja mets hõikas vastu. See oli veidi õudne ja veidi joovastav kogemus, kuulda esmakordselt metsa oma häälega vastu hüüdmas.

 

Looduse loomulikud kõlakojad

Kui heli peegeldub, siis ei tule see meile tagasi endisena. Osa on neeldunud. Ja kindlasti ei neeldu võrdsena kõik helisagedused. Isegi ime, et metsast üldse midagi tagasi tuleb. Aga see juhtub, kuna helilained on nõnda pikad. Inimkõrv kuuleb helisid, mille sagedus on 20 – 20 000 hertsi. Kõige tundlikum on kõrv umbes 3500 hertsi juures. Siis võnguvad õhumolekulid vastu meie kõrvatrummikilet 3500 korda sekundis. Sellise võnkumise toob meieni laine, mille pikkuseks on 10 cm. See peegeldub puudelt hästi, kõrgem heli kipub rohkem neelduma. Sama kehtib ka õhu kohta. Mida kõrgem on heli, seda enam see neeldub. Kaja kajab alati madalamalt.

Ja kas pole mitte Jumala koda samuti üks kõlakoda. Kantsli kohale on seal ehitatud kõlakatuski. Ja paremad kirikud on ehitatud ikka nõnda, et kantslist tulnud sõnum oleks kogudusele mõistetav. Tähendab, kiriku seintelt peegelduvate helilainete liitumine ehk interferents ei tohi hävitada, vaid pigem võimendab heli. Moodsal ajal kasutavad kirikud valjuhääldeid. Ja neid pannakse laiali üle kiriku. See võib pigem segada kui aidata. Üle-eelmisel jõululaupäeval juhtus Kaarli kirikus nõnda, et vool läks ära. Pimedus ja vaikus keset jutlust. Kui selgus, et asi võtab aega, hakkas õpetaja uuesti kõnelema. Nüüd juba valjuhääldite abita. Ja sündis jõuluime. Sõnad, mille kuulmiseks tuli varem veidi pingutada, olid nüüd üsna selged. Sest heli tuli ühest kohast, nii nagu kiriku ehitamisel plaanis oli.

Laul kostab ikka paremini ja kaugemale õues kui umbses toas. Setud mõistsid seda hästi, kui nad oma mäenukkidele rajatud külades laulu lahti lasksid, et teistele küladele järjekordsest kirmaskist teada anda. See setu naiste laul kõlas ja kajas. Sellest võib kujutluse saada, kui kõmpida ringi näiteks Värska kandis, Määsovitsa, Velna ja Podmotsa küla lahutavate kuplikeste vahel.

 

Parim keskkond muusikale

Kuid ühe hea inimese tehtud kõlakoja tarbeks pole vaja mitte ainult puud või rauda, vaid ka üsna ohtralt matemaatikat. Et rehkendada välja, kuidas helilained seintelt tagasi peegelduvad, nõnda et need ei hakkaks üksteist mitte kustutama, vaid võimendama. Ülesanne pole kerge, kuid akustikuid aitab siin ka heli enda füüsika.

Füüsikud, õieti kosmoloogid, armastavad pajatada antroopsusprintsiibist. See on umbes sama asi, mida kuulutas Voltaire Candide’i suu läbi: elame parimas maailmas võimalikest. Füüsikute jaoks on ime, et kui valguse kiirus ja mõned teised olulised konstandid oleksid kas või pool juuksekarva siia- või sinnapoole, siis meie universum kas ei püsiks üldse koos või siis vähemasti ei oleks olnud võimalik Päikesel küpsetada meie keha tarbeks raskemaid elemente kui vesinik. Harvem räägitakse sellest, et Maa atmosfääris on just parasjagu hapnikku. Kui oleks rohkem, lõhkeksid me kopsud, kui vähem, siis… noh, eks elage Everesti otsas.

Peaaegu üldse ei kõnelda aga sellest, et kui õhk oleks hõredam või tihedam, siis kas ei saaks me üldse häälekalt suhelda või siis kostuks meie kõrvadesse pasunakoori ja setu leelotajate asemel lihtsalt üks kakofoonia. Kõlakojal on mõtet ikka siis, kui on, mida võimendada ja kõlada lasta.

Muusika on heli, ja hääl on heli, ja heli kujutab endast õhus levivat lainet. Õhus ja vees levivad vaid pikilained, see tähendab, et õhu molekulid võnguvad piki heli levikusuunda. Tahkes rauas või kullas levivad aga nii piki- kui ristilained. Mis tähendab seda, et kui elaksime kullakamaka sees, siis muutuks muusika võimatuks või vähemasti üsna omapäraseks.

Kuid see on alles algus. Vaadake vikerkaart – kui ilus, eks ole. Ja vana hea Newton lahutaski päikesevalguse oma klaasprismaga vikerkaareks, mille eest sai Keatsilt pragada, et oli vikerkaare lahti harutanud ja selle poeesia hävitanud. Kuid õnneks ei saa keegi nõnda teha häälega, olgu ta Newton, Einstein või turumajandus ise. Sest valgus laguneb eri värvideks, kuna selle kiirus oleneb sagedusest. Mida suurem sagedus, mida energilisem on valgusosake, seda aeglasemalt see liigub. Ja seepärast ka klaasis rohkem murdub. See on valguse dispersioon. Õhus pole see erinevus paista – muidu me puhtaid toone üldse ei näeks –, kuid veepiisakestes küll, ja sellest piisab vikerkaareks.

Kuid heli on meie õnneks teise loomuga. Selle kiirus sagedusest ei sõltu. Olgu bass või sopran, lauluhääl levib kuulajani ikka sama ajaga. Nii et koorilaul saab kõlada nimelt tänu helilaine sellisele füüsikalisele omadusele – või vahel ka selle tõttu. Et dispersioon puudub.

 

Kõlab ehitaja taip

Heli kiirus õhus sõltub küll temperatuurist, kuid nii vähe, et kui ka laulupidu algab nullkraadises temperatuuris ja lõpeb 30-kraadises kuumuses, levib laul kuulajani vaid 7% kiiremini.

Et aga helilaine üldse levida saaks, selleski peame tänama õhu soodsat tihedust. Helilaine tekitab õhus tihedamaid ja hõredamaid fronte. Ja selleks, et see laine leviks, peab lainepikkus olema suurem kui õhumolekulid keskmiselt liiguvad, enne kui teisega kokku põrkavad. Ainult nõnda saab laine edasi kanduda. Muidu liiguksid molekulid kohe laineharjalt orgu ja kustutaksid helilaine.

Läheme nüüd jälle kõlakotta tagasi. Tundub ju lihtne asi, et heli selja tagant tagasi peegeldada ja siis jälle kuulajate poole suunata. Kuid miks siis iga kõlakoda ei kõla? Eks kõlakoja kõla sõltu nii sellest, mis materjalist on valmistatud peegeldav pind, kui sellest, mis kujuga see on. Kuidagi alateadlikult, katse ja eksituse meetodil, on saadud jälile enne kõrgema matemaatika olemasolugi põhilistele akustilistele seadustele, misläbi ehitada kõlakoda nõnda, et peegelduvad helid üksteist ei segaks.

Üks tore kõlakoda on keelpilli kõlakast. Neist kõlakodadest kõige legendaarsem on kahtlemata Stradivari viiulil. Mida selle kohta pole räägitud, kehtib ikka sama, mis kõigi kõlakodade kohta. Hoolikat valitud või töödeldud materjal, mis helisid parajal määral peegeldab, ja täpselt välja töötatud kuju. Nii lihtne see ongi. Ülejäänud töö teevad ära juba helilained.