03.06.2024: DI-bokseista syvällisemmin

Kirjoittanut felix-hilden – 03.06.2024

"Käytä passiivista DI-boksia aktiivisen lähteen kanssa ja päinvastoin."

Alla selitän, miksi tämä yleinen nyrkkisääntö on järkevä, mutta myös miksi se ei kerro koko totuutta. Käymme läpi hämmentäviä ja usein väärinymmärrettyjä käsitteitä syventyessämme hieman ääni- ja sähkötekniikkaan, eli ota hatusta kiinni! Tässä ovat DI-boksin perusmyyntivaltit:

- audiosignaalin balansointi
- signaalitasoon vaikuttaminen (tai vaikuttamattomuus)
- impedanssisovitus
- äänen/sävyn värittäminen

Monissa DI-bokseissa on myös lisäominaisuuksia, mutta käsittelen nyt vain tärkeimpiä ominaisuuksia, ja ennen kaikkea milloin tietyt ominaisuudet eivät ole tärkeitä. Huomautus: vertailen teknisiä eroja laadukkaiksi oletettujen aktiivisten ja passiivisten DI-boksien välillä, enkä ota huomioon tiettyjen mallien puutteita.

Anteeksi jo etukäteen suomennoksista ja suomentamattomuuksista.


Audiosignaalin balansointi

Tämä tehdään vähentämään melua pitkissä kaapeleissa. Mikä tahansa kaapeliin tuleva sähköinen melu todennäköisesti ilmenee tasaisesti kaikkissa johtimissa. Käänteisen signaalin lähettämällä melu voidaan poistaa vastaanottopäässä. Mielenkiintoista on se, että käänteisen signaalin kuljettaminen ei ole välttämätöntä, koska myös hiljainen signaali poimii melun, jonka vastaanottaja voi sitten poistaa.

Havainnollistava kuva näkyy artikkeliin liitettynä (kuva 1).

Balansointipiirit eroavat toteutuksiltaan. Passiiviset piirit käyttävät muuntajia, kun taas aktiiviset käyttävät operaatiovahvistimia (op-amp), mutta lopputulos on sama. Mikrofonit tuottavat itsessään balansoituja signaaleja, joten ne eivät tarvitse DI-bokseja. Kitaramikrofonit voidaan myös kytkeä tuottamaan balansoidun signaalin, mikä voi olla hyödyllistä meluisassa ympäristössä. Lisätietoja balansoinnista löytyy Neatcircuits-sivustolta (https://neatcircuits.com/audio/balanced.htm).


Signaalin tasoon vaikuttaminen

DI-bokseilla voi muuttaa signaalin tasoa. Tässä passiiviset ja aktiiviset boksit eroavat toisistaan. Passiiviset DI:t käyttävät muuntajaa vähentämään jännitettä ilmoitetun kierrossuhteen mukaisesti (yleensä ~10:1 eli 20 dB). Aktiiviset DI:t käyttävät puskurivahvistinta (buffer amplifier) joka ei muuta signaalin jännitettä, mikä on etu hiljaisten lähteiden kanssa. Tämän piirin käyttäminen tarkoittaa kuitenkin, että aktiivisilla DI:llä on absoluuttinen jännitekatto. Se ilmoitetaan usein dBu:na, tyypillisesti 10 dBu (2,4 V) aktiivisissa malleissa. Passiivisissa malleissa ilmoitetaan myös enimmäistulotaso, usein noin 20 dBu (7,7 V), mutta tämän ylittäminen ei johda kovaan säröön vaan lempeämpään saturaation muuntajan ylikuormittuessa. DI-boksien vaimennus- tai "pad"-kytkimillä voidaan edelleen vähentää jännitettä.

DI-boksit on siis jossain määrin valittava lähteen ja kohteen jännitetasot huomioiden. Esitän muutaman lisäesimerkin asian havainnollistamiseksi. Muistisääntönä 20 dB:n vahvistus vastaa jännitteen kymmenkertaistumista. Mikrofonisignaalit ovat yleensä noin 1 mV:n luokkaa, linjatason signaalit suuruusluokkaa 1 V (60 dB lujempia) ja kaiutinsignaalit vielä enemmän. Miksauspöydät käyvät linjatasolla. Oletetaan, että meillä on konsoli, jossa on 0-40 dB vahvistusta (hyvin vähän) ja muuntimet, jotka kestävät 4 V signaalin.

Havainnollistava kuva näkyy artikkeliin liitettynä (kuva 2).

- mikrofonia, joka tuottaa 1 mV, voisimme vahvistaa 40 dB saadaksemme hiljaisen 0,1 V signaalin
- äänekästä aktiivista akustista kitaraa, joka tuottaa jopa 7 V:a, voisimme vaimentaa DI-boksilla esimerkiksi 20 dB turvalliseen 0,7 V:iin
- passiivisen bassokitaran, joka tuottaa 0,2 V:a, kanssa voi käyttää passiivista DI:tä, jonka kierrossuhde on 10:1, jolloin 40 dB:n vahvistus riittäisi vielä mainioon 2 V:iin
- hiljaista instrumenttia, joka tuottaa 10 mV, ei ole hyvä kytkeä samaan passiiviseen DI:hin, koska vahvistin nostaisi signaalin vain 0,1 V:iin, kun taas aktiivinen DI riittäisi 1 V:iin asti


Impedanssisovitus

DI-boksit auttavat impedanssisovituksessa (impedance bridging). Sen tärkeyden ymmärtämiseksi hyppäämme hetkeksi elektroniikan puolelle. Ääni sähköisessä piirissä on jännitteen muutosta, jota sitten vahvistetaan tai nauhoitetaan. Tätä varten käytämme jännitejakajaa, joka sulkee piirin mitaten samalla sen sähköistä potentiaalia. Jakajan vaste riippuu kuorman (konsolin) ja lähteen (soittimen) impedanssien suhteesta. Korkeaa suhdetta käyttäen, eli kun kuorman impedanssi on paljon suurempi, jännite siirtyy tehokkaasti samalla vaikuttamatta lähteeseen merkittävästi.

Jos kuorman impedanssi on liian matala, jännitteen siirtotehokkuus laskee. Lisäksi soittimien ja mikrofonien impedanssi vaihtelee taajuuden mukaan. Siispä lähteen taajuusvaste muuttuu, kun kuorman impedanssi on liian matala, minkä vuoksi haluamme mahdollisimman korkean impedanssisuhteen. Siirtotehokkuus on kuitenkin tasapainotettava signaalin melun suhteen etenkin pitkissä kaapeleissa, koska jakajan "herkkyys" lisää melun suhdetta.

Lähteiden ja kuormien impedanssit on siis sovitettava. Tavalliset mikrofoniesivahvistimet, joiden impedanssi on tyypillisesti noin 1-10 kOhm, eivät riitä nauhoittamaan sähköisiä instrumentteja (20-200 kOhm), saati sitten piezo-mikrofoneja (1-10 MOhm). Linjatuloilla on kuitenkin yleensä korkeampi impedanssi, ja niissä voi olla jopa kytkin lisäämään impedanssia entisestään (Hi-Z), mikä voi nostaa sen lähemmäksi 1 MOhmia. Tällä impedanssisovituslaskurilla (http://www.sengpielaudio.com/calculator-bridging.htm) voi laskea, kuinka paljon signaalihäviötä missäkin tilanteessa tapahtuu.

Taas kerran passiiviset ja aktiiviset DI:t eroavat toteutuksiltaan, mutta molemmat pärjäävät käytännössä yhtä hyvin. Muuntajien käyttö passiivisissa DI:ssä suurentaa kuorman impedanssin kierrossuhteen neliöllä. Aktiivisissa yksiköissä operaatiovahvistimien luonnollisen korkea tuloimpedanssi ja alhainen lähtöimpedanssi sovittaa lähteen ja kuorman erikseen.

Noin kymmenkertaista kuormaimpedanssia voidaan pitää sovitettuna, mutta se ei ole tarkka tavoite. Jos melu ei ole ongelma, voit ylittää sen reilusti, ja vähempikin on ok. Käydään läpi lisää esimerkkejä.

Havainnollistava kuva näkyy artikkeliin liitettynä (kuva 3).

- Mikrofoni, jonka huippuimpedanssi on 200 Ohm, kytketään esivahvistimeen, jonka impedanssi on 2 kOhm, ja impedanssi on sovitettu.
- Kitara, jonka huippuimpedanssi on 50 kOhm, kytketään linjatuloon, jossa on Hi-Z kytkin, joka nostaa impedanssin 1 MOhmiin, jolloin impedanssi on sovitettu.
- Basso, jonka huippuimpedanssi on 20 kOhm, kytketään esivahvistimeen, jonka impedanssi on 2 kOhm. Tässä tarvitaan joko passiivinen DI, jonka kierrossuhde on 10:1 tai enemmän (useimmissa niistä), tai aktiivinen DI, jonka tulonimpedanssi on >200 kOhm ja lähtöimpedanssi <200 Ohm impedanssin sovittamiseksi.
- Kosketinsoitin, jonka lähtöimpedanssi on 200 Ohm, kytketään linjatuloon, jonka impedanssi on 10 kOhm, ja impedanssi on sovitettu.

Passiivisten DI:den tuotetiedoissa ilmoitetaan usein pysyvät tulo- ja lähtöimpedanssit. Se on lievästi harhaanjohtavaa, koska muuntaja vain suurentaa kuorman impedanssia. Ilmoitettu lähtöimpedanssi kuvaa usein muuntajan itsensä impedanssia, jonka pitäisi olla merkityksetön, koska lähteen impedanssi on paljon suurempi. Huomioi siis se kuormaimpedanssi, jolla muuntajaa testattiin, ja kysy valmistajalta, toimiiko malli merkittävästi erilaista kuormaa käyttäessä. Tässä mielessä aktiivinen piiri on turvallisempi valinta, koska se käyttäytyy aina samalla tavalla. Yksityiskohtaisen keskustelun tästä aiheesta löydät täältä (https://electronics.stackexchange.c … and-low-impedance-reported-directly).


Äänen/sävyn värittäminen

Vielä lyhyt huomautus sävystä. Signaalin tasojen oikeaoppinen asettaminen (gain staging) ja impedanssisovitus riittävät välttämään suuret mokat äänenlaadun kanssa. Joissain huonosti rakennetuissa tai vanhoissa malleissa saattaa olla taajuusvasteongelmia, usein bassotaajuuksissa. Jos näin ei ole, ja varsinaiset ongelmat on ratkaistu, DI:n komponentit ja piiri vaikuttavat äänen sävyyn vain vähän. Kuuntele kuitenkin ääninäytteitä ja kokeile eri malleja itse, kuullaksesi ovatko erot sinusta merkittäviä.

Lopuksi, DI-boksit on suunniteltu ratkaisemaan ongelmia. Jos ongelmia ei ole, ei DI-boksiakaan tarvita. Useimmat modernit instrumentit tuottavat tarpeeksi lujan signaalin, useimmat DI-boksit ovat hyvin suunniteltuja, ja mikseripöydissä on runsaasti vahvistusvaraa. Niin kauan kuin DI:ssä ja muussa laitteistossa ei ole perustavanlaatuista yhteensopimattomuutta, sekä passiivisella tai aktiivisella mallilla pärjää hyvin, varsinkin jos olet vasta aloittamassa uraasi tai käytät sitä keikoilla. Jos kuulet selvän eron, valitse tietenkin se, mikä kuulostaa parhaalta. Mieti myös, tarvitsetko muita ominaisuuksia. Ja pidä mielessä, että mähän olen vain joku tyyppi internetissä. Älä minua usko. Mutta kommentoi toki, jos kirjoitin ihan puuta heinää!

Arvostelu

Kommentit