Co impedance odebere z barvy nástrojů i hlasu Používejte správné vstupy i kabely, abyste měli čistý signál

Převod signálu prostřednictvím kabelů z výstupů elektronických zařízení do vstupů jiných elektronických zařízení může změnit barvu původního zvuku. Zvláště při nesprávném zapojení. Obvykle ubere výšky, ale kabely mohou indikovat i nežádoucí šumy a brumy.

Jak je na tom dynamický mikrofon, kondenzátorový mikrofon, kytarový snímač i linkový výstup při propojení různě dlouhým kabelem na tzv. nízko impedanční a vysoko impedanční vstupy?

Proklatá impedance

Abychom pochopili, proč mohou kabely změnit barvu zvuku, musíme se podívat na fyzikální veličinu – impedanci.

Impedance vlastně popisuje zdánlivý odpor součástky a fázový posuv napětí proti proudu, který v důsledku tohoto odporu vzniká. To vše se děje při průchodu harmonického střídavého elektrického proudu. Protože se jedná o dva jevy, impedance je vyjádřená komplexním číslem (reálným a imaginárním), ty pak vytvoří tzv. vektor Z, fázový posun napětí. Jednotkou impedance je stejně jako u elektrického odporu Ohm.

Pro nás je nejdůležitější, že díky fázovému posunu střídavého napětí (harmonického signálu) vznikají změny v barvě – ve spektru. Některá pásma jsou tak potlačena, a to nemusí být žádoucí.

Ohlídejte brumy a šumy aneb parazitní vlastnosti kabelů

Díky průchodu proudu každý vodič kolem sebe vytváří magnetické pole. To může z okolí indukovat rušivé napětí, například ze souběžně vedeného napájecího vodiče. Oddělme proto obě cesty a nikde je ani nekřižme. Pro více signálových cest se vyplatí použít správně odstíněný vícežilný kabel (párák).

Symetrický multipárový kabel Hosa DTM-803 je určen pro připojení zařízení s výstupy DB25 k zařízením s XLR vstupy.

Vodiče vůči zemi i mezi sebou vykazují určitou kapacitu, která může být parazitní. Pomůže, když je signálový vodič obalený vodivým opletením nebo fólii, ty slouží jako stínění elektrického pole.

Pokud má vodič nízký měrný elektrický odpor, vede perfektně elektrický proud. Takovou vlastnost vykazují vzácné kovy. Běžně používané vodiče jsou vyráběné z mědi, lepší je např. stříbro (ale s cenově nedostupné). V praxi se spíše setkáme s pokovováním konektorů tenkou vrstvou vzácných kovů, nejčastěji se zlatem.

Prem-TS-2RT-6inch od Warm Audio má pozlacené konektory pro dokonalý přenos signálu a vodiče jsou proti elekromagnetickému rušení odstíněny dvouvrstvým opletením.

Výstupní impedance mikrofonů, snímače a linkového výstupu

Abychom zamezili zcizení signálu při přenosu kabely, ztrátám v barvě, je potřeba zajistit plynulý průchod proudu všemi propojenými obvody. Tak, aby byla výstupní impedance jednoho zařízení vhodná pro vstupní impedanci zařízení navazujícího.

Ukažme si proto výstupní impedance nejčastějších akusticko-elektrických měničů, jimiž jsou dynamické a kondenzátorové mikrofony, kytarový snímač a linkový výstup. Později se podíváme na typické impedance mikrofonních a nástrojových vstupů i na případy, kdy jsou zařízení nevhodně propojená.

U dynamických mikrofonů je membrána mechanicky spojena s cívkou pohybující se v mezeře permanentního magnetu. Impedance je v tomto případě daná především vlastnostmi cívky, kdy převažuje tzv. indukční složka. Obvyklá výstupní impedance dynamického mikrofonu se pak pohybuje rozsahu od 150 do 300 Ω.

Kondenzátorové mikrofony pracují tak, že akustické kmity rozechvívají membránu, jež je jednou z elektrod kondenzátoru. Změna kapacity kondenzátoru je převáděna do formy napětí. Protože sám měnič (kondenzátor) vykazuje vysokou výstupní impedanci, je do obvodu následně zabudovaný zesilovač, který snižuje celkovou výstupní impedanci mikrofonu řádově na desítky či stovky ohmů, typicky na 50 až 200 Ω. Tedy na nižší hodnoty, než mívají obvykle mikrofony dynamické.

Kytarový snímač (cívka) dokáže produkovat poměrně velké napětí (zvláště snímač typu humbucker). Ale díky velkému vnitřnímu odporu není schopen dodávat dostatečný proud. Když k jeho reálnému odporu připočteme i imaginární složku (indukční reaktanci), dostaneme značně vysokou hodnotu impedance. Řádově v desítkách až stovkách kiloohmů (kΩ). 

V případě linkového výstupu ze zesilovače závisí výstupní impedance na tom, jaký jsme použili operační zesilovač, ale také jaké jsou v obvodu rezistory ad. U jednoduchého zařízení se typická hodnota může pohybovat v rozsahu přibližně od 100 do 600 Ω.

Impedance mikrofonních a nástrojových vstupů

Pokud alespoň rámcově známe výstupní hodnoty mikrofonů, kytarového snímače a linkového výstupu, podívejme se na dva typy vstupů s jejich impedanci. Na předzesilovače s mikrofonním a nástrojovým (linkovým) vstupem.

Typická hodnota impedance mikrofonního vstupu se pohybuje v rozmezí 2 kΩ až 5 kΩ.

Linkový (nástrojový) vstup mívá již impedanci mnohem vyšší a to přibližně 10 kΩ.

USB zvuková karta M-Track DUO od M-Audio má  u každého ze vstupů tzv. Mic/Line/Instrument přepínač.

Zvláštní případ je tzv. vysoko impedanční HI-Z vstup používaný na připojovaní elektrických kytar, basových kytar, ale i vysoko impedančních dynamických mikrofonů či gramofonových přenosek. Má minimální hodnotu úrovni 100 kΩ, častěji však mnohem vyšší až do 1 MΩ.

Propojujeme správně, aneb co říkají simulace i měření

Podívejme se nyní, co podle simulací i podle měření dokáže ze spektra ubrat, anebo naopak nezkreslit zapojení mikrofonů, kytarového snímače a linkového výstupu přes různě dlouhé kabely na impedančně vhodné vstupy.

Dynamický mikrofon na mikrofonní vstup

Spektrum zůstává vyrovnané, jen úroveň signálu klesla o -1 dB. S narůstající délkou kabelu je signál strměji ořezán ve výškách, netýká se to ale slyšitelného lidského rozsahu 20 – 20.000 Hz.

Kondenzátorový mikrofon na mikrofonní vstup

Propojení zajišťuje ve slyšitelném spektru kmitočtově téměř nezkreslený signál. S narůstající délkou kabelu (50 m) se ve spektru začíná mírně zužovat jinak rovný filtr typu dolní propusť, ořez spektra však leží mimo pásmo naší slyšitelnosti.

Kytarový snímač na vysoko impedanční vstup

V případě kytarového snímače, který je jinak správně vyveden na vysoko impedanční vstup, už nastává ořez výšek začínajících na 2-3 kHz.

Pokud je kytarový snímač vyveden na linkový vstup s impedancí 10 kΩ, ořez výšek je ještě razantnější. Pro kytaru je vstup o této impedanci nevhodný.

Linkový výstup na linkový vstup

Vedeme-li linkový výstup (100 do 600 Ω) na vhodný linkový vstup, nedochází ani k ořezání slyšitelného spektra, ani k ztišení signálu.

Vidíme, že mnohem důležitější než délka kabelu, je používání vhodného nástrojového nebo mikrofonního vstupu. A také vyladění výstupní úrovně a vstupní citlivosti.