Miten impedanssi vaikuttaa soundiisi?

Impedanssi on noussut viime aikoina esille yhä useammin eri laitevalmistajien mainosteksteissä. Tuntuu jopa, että sanalla pelotellaan soittajia hankkimaan ominaisuuksia, joita he eivät oikeasti tarvitse. Muutamaa vintage-efektiä lukuun ottamatta kitaran signaalin siirrossa on harvoin niin suuria ongelmia, että impedanssia pitäisi keinotekoisesti muuttaa.

Impedanssin määritelmä

Kitaran signaali on sähkötermein ajateltuna vaihtojännitettä (Alternating Voltage). Ääni alkaa mikistä vaihtojännitteenä, ja päätyy kaiuttimeen vaihtojännitteenä. Se ei kuitenkaan siirry määränpäähänsä mutkitta.

Vaihtovirran vastusta mitataan impedanssina (Z). Sana juontaa englannin kielen sanasta impede (vastustaa, estää). Ilmiö muodostuu useasta eri osasesta. Se on siksi hankalasti mitattavissa ja ymmärretään helposti väärin.

Mistä impedanssi muodostuu?

Kitaran mikin impedanssi koostuu käytännössä kahdesta tekijästä, jotka reagoivat toisiinsa:

1) Resistanssi. Mikin kelasta mitattavan tasavirran (Direct Current) vastus- eli resistanssilukema. (Tätä mitattiin jo Mikit-artikkelissa.)

2) Reaktanssi, joka puolestaan koostuu kahdesta tekijästä:

2.1) Mikin käämin kapasitanssi. (Kyseessä on periaattessa sama ilmiö, jota käsittelin kapasitanssi-artikkelissa.)

2.2) Kun mikin punoslankaa käämitään kerälle, syntyy vielä kolmas ilmiö, nimeltään induktanssi. Mitä enemmän ja paksumpaa lankaa mikissä käytetään, sitä suurempi sen induktanssi on.

Paljon hankalia sanoja. Onneksi kaikille termeille löytyy selitys kitaran mikin eri osasista. Tämä asia voidaan myös havainnollistaa lyhyen kaavan avulla:

Z=Impedanssi, joka koostuu reaktanssin (X) ja resistanssin (R) suhteesta toisiinsa. Näiden yhteisvaikutus määrittelee impedanssin, jota mitataan ohmeissa (Ohm).

Lähtöimpedanssi ja tuloimpedanssi

Lukuun ottamatta kitarasignaalin alkua (mikki) ja loppua (kaiutin) jokaisessa järjestelmässäsi olevassa laitteessa on kaksi eri impedanssilukemaa:

  • Lähtöimpedanssi (engl. source impedance, mitataan kitaran mikin tai efektin ulostulosta)
  • Tuloimpedanssi (engl. load impedance, mitataan efektin tai vahvistimen sisäänmenosta)

Parhaassa tapauksessa näiden kahden luvun ero olisi mahdollisimman suuri. Tuloimpedanssin tulisi olla vähintään kymmenen kertaa suurempi kuin lähtöimpedanssin. Näin signaali siirtyisi parhaalla mahdollisella tavalla eteenpäin.

Kitaran mikin impedanssi

Kitaran passiivisen mikin lähtöimpedanssi on lähtökohtaisesti valitettavan suuri. Signaalin kuljetuksen kannalta se ei siis ole paras mahdollinen lähde eteenpäin syötettäväksi.

Vastaavasti, jos ensimmäisen kitaraan kytkemäsi laitteen tuloimpedanssi on liian pieni, näiden kahden impedanssilukeman ero jää liian pieneksi. Tämän ilmiön tuloksena niiden välille syntyy lisääntynyttä vastusta (engl. impede, impedanssi). Tästä seuraa, ettei parasta mahdollista signaalin siirtosuhdetta saada aikaiseksi.

Liian pieni impedanssin suhde kuormittaa kitaran mikkejä ja vaikuttaa negatiivisesti soundiin. Tuloksena on vääristynyt taajuustoisto ja signaalin tason heikkeneminen.

  • Passiivimikin luontaisesti korkea impedanssi on seurausta mikin kelan induktanssista ja vastuksesta, sekä sen oman punoslangan kapasitanssista. Nämä kaikki reagoivat vielä kitaran johdon kanssa.
  • Humbuckereissa on eniten punoslankaa, joten niiden impedanssi on suurin eli noin 30–40 K eli 30 000–40 000 ohmia.
  • Yksikelaiset mikit sisältävät puolet vähemmän materiaalia, joten niiden impedanssi on pienempi, eli noin 20–30 K eli 20 000–30 000 ohmia.
  • Aktiivimikki sisältää patterilla toimivan etuvahvistimen, joka pienentää sen kapasitanssia mikin käämin induktanssista huolimatta. Lukema on noin 10 K eli 10 000 ohmia tai vähemmän.

Putkivahvistin

Sähkökitaran mikki on suunniteltu kytkettäväksi putkivahvistimen korkeaimpedanssiseen sisäänmenoon. Normaalisti lukema on: 1 M eli 1 000 000 ohmia.

Optimaalisessa tilanteessa kaikki muutkin käyttämäsi laitteet olisi suunniteltu niin, että niiden tuloimpedanssi (sisäänmeno) on sama kuin putkivahvistimen. Samalla olisi suotavaa, että niiden lähtöimpedanssi olisi mahdollismman pieni. Näin signaalin oikea siirtosuhde säilyisi koko matkan läpi vahvistimelle.

Impedanssin oikea suhde

Yllä olevia lukuja silmäilemällä huomaamme, että signaalin siirron oikea suhde täyttyy kaikilla kitaran mikeillä, jos ne on kytketty suoraan vahvistimeen tai muuhun korkeaimpedanssiseen laitteeseen.

Hyväksi havaittu siirtosuhde on siis kymmenenkertainen: 1 M (1 000 000) ohmia / 10 = 100 K (satatuhatta) ohmia.

Kaikkien mikkien lukemat ovat tämän alle. Voisimmeko siis olettaa tämän säännön perusteella, että signaali siirtyy kunnialla eteenpäin?

Johdon vaikutus impedanssiin

  • Passiivimikkien siirtosuhde on hyvä, jos siihen ei lisätä ylimääräistä kapasitanssia huonolaatuisella kitarajohdolla. Jos kitarajohto on pitkä, sen oma kapasitanssi yhtyy mikin kapasitanssiin. Näin ne alkavat yhdessä vaikuttamaan mikin impedanssiin.
  • Aktiivimikin lähtöimpedanssi on monta kertaa pienempi. Ero on noin nelinkertainen (40 000 ohm vs. 10 000 ohm). Aktiivimikin induktanssi (kela) ja kapasitanssi (käämi) ovat itsessään sen verran pieniä, ettei vähäinen kapasitanssin (pitkän kitarajohdon) lisäys vaikuta sen soundiin.

Toisin sanoen, vaikka aktiivimikkiin kytketään huonompilaatuinen tai huomattavan pitkä kitarajohto, ei sen kapasitanssi pysty lisäämään mikin impedanssia riittävästi. Aktiivimikki on täten immuuni johdon kapasitanssille. Tiukkaa jargonia, myönnetään. Toivottavasti pysyitte kärryillä, sillä jatkan aiheesta ensi viikolla. Pienellä sinnittelyllä koko asia on käsitelty, ja pääsemme signaalitiellä eteenpäin, eikö niin?

Laitan loppuun klipin, jossa asia selitetään suhteellisen selkeäksi. Jos intoa riittää, tämän videon ja blogin yhteisvaikutuksella voi päästä maaliin suhteellisen nopeasti. Jos hermo ei kestä koko klippiä, ajassa 8:45 esitetään asia soittimen kanssa. Kuulet miten kitaran soundi reagoi, jos sille syötetty tuloimpedanssi on liian pieni.

3.7.2013 Kimmo Aroluoma
Kirjoittaja on toinen Custom Soundsin omistajista ja parantumaton kitaralaite-entusiasti.

 

comments powered by Disqus