Mivel ez nem fizikaóra, ezért a továbbiakban az alapfogalmakhoz tartozó levezetéseket nem írom le. Fogadjátok el, hogy a dolgok úgy vannak, ahogy leírom.
A stúdióban a mikrofon, az erősítők, a keverők, az analóg effektek mind elektromos árammal működnek és ez nagyban befolyásolja a stúdiózás eredményét még akkor is ha ez egy házi stúdió. Ez az oka annak, hogy ez a fejezet megszületett.
Az elektromos áramot már több, mint száz éve használják erre-arra, de legalább 60 éve hangrögzítésre.
Az elektromos áram a töltések áramlása - gondolhatnánk. Nem az. Valójában az elektromosan közvetített energia, amit a töltések mozgása közvetít.
Az egyenáram esetén a töltések egy irányba mozognak, míg a váltakozó áram esetén a töltések oda-vissza mozognak, lényegében hosszabb idő alatt átlagban egy helyben vannak. Mindig az energia vándorlása ami fontos.
Elektromos alapfogalmak
Az elektromosan töltött részecskék - nem pontos, de mondjuk azt, hogy -, az elektronok egységnyi töltéssel rendelkeznek. Önmagában egy elektronnak értelmezhetetlenül kicsi a töltése (e= -6,24·10-18 ).
Ha sok elektron van egy helyen, akkor ezek a töltések összeadódnak és lesz egy viszonylag értelmezhető mennyiségű töltés egy helyen. Az elektronok töltése negatív (kicsi). Az atommagot alkotó protonok töltése ugyanakkora, mint az elektronoké, de pozitív. Ha egy anyagrészben ugyanannyi proton és elektron van, akkor az az anyag kívülről semleges töltésű lesz.
Ami minket érdekel a fémek. A fémekben az elektronok az anyagon belül külső gerjesztés hatására könnyen elmozdulnak. Vagyis áram keletkezik, de nem azért, mert a töltések elmozdulnak.
A külső gerjesztés hatására az elektronok elindulnak, ellökik a mellettük levőt, ami ellöki a mellette levőt és így tovább. Valójában a lökdösődéssel az energiát adják tovább és ezt a lökdösődést fénysebességgel művelik, vagyis a hanghoz képest sokkal gyorsabban. kb. 300 000 km /sec sebességgel, ami 300 millió m/s. Ez majdnem egymilliószorosa a hangsebességnek.
Ez azt jelenti, hogyha egy vezetékre feszültséget kapcsolok, akkor az áram azonnal megjelenik a vezeték túlsó végén, szinte nincsen késlekedés.
Az áramhoz szükség van közvetítő közegre, ami a leggyakrabban valamiféle fém, alumínium volt régebben, ma már szinte kizárólag réz vagy arany. Ahhoz, hogy két eszköz között az áram átmenjen két vezeték kell.
Az elektromos áram fontos jellemzője az elektromos feszültség, röviden feszültség. Jele U, a mértékegysége 1 Volt = 1 V.
A feszültség minden esetben két pont közötti különbséget jelent, vagyis akkor van értelme, ha van viszonyítási alap.
A fentiek alapján a két vezeték között értelmezhető a feszültség.
Az áramerősség a másodpercenként áthaladó töltések mennyiségét jelenti. Jele I, a mértékegysége 1 Amper = 1 A. A stúdiótechnikában általában ezred amperekről beszélünk, de például a végerősítők esetén az áram lehet több amper is.
Minden vezetőnek van egy olyan jellemzője is, amely az áram folyását akadályozza. Ezt elektromos ellenállásnak hívják. Ez tulajdonképpen veszteséget jelent. Konyhai magyarázatként az elektromos ellenállás hatására hő termelődik, ami a környező teret melegíti. Az elektromos ellenállás jele R és a mértékegysége az 1 Ohm és annak többszörösei, 1000 Ohm = 1 kOhm. A képlete R = U / I, vagyis Feszültség / áramerősséggel. Az ellenállást a vezeték (kütyü) saját tulajdonságai határozzák meg, ezért egy konkrét eszköznél ez egy állandó. Ez azt jelenti, hogyha kétszer nagyobb feszültséget kapcsolok erre az eszközre, akkor kétszer akkora áram fog folyni rajta keresztül.
Mivel a hangtechnikában számunkra elsősorban a váltakozó áram fontos, ezért beszélni kell annak speciális tulajdonságairól is.
Ha két nagy, egymástól elszigetelt fémlemezre - ez egy kondenzátor - mint két pórusra áramot kötök és nézem, hogyan viselkedik ez a rendszer, akkor azt vesszük észre, hogy egyenáram esetén a két lemez megszakításként viselkedik, azaz egyenáram nem megy tovább a lemezek között, de a váltakozó áram kis frekvencián alig-, a frekvencia növelésével egyre simábban halad át a szakadáson. Nagyon nagy frekvencián, mintha nem is lenne szakadás. Ezt a viselkedését kapacitív ellenállásnak hívják. A jele Xc és Xc = 1/(2*Pi * C), ahol C a kondenzátor kapacitása. Ebből
Ha van egy hosszú szigetelt vezetékem, amelynek a közepén vezet egy rézdrót és körülötte a szigetelés, ez is egy kondenzátor. A frekvencia növelésével egyre kisebb ellenállásként viselkedik, így egyre kisebb ellenállást mutat. Ez azt eredményezi, hogy a hosszú szigetelt kábelen a magas hangok eltűnnek, fordítottan arányosan a frekvenciával. Márpedig koncerten és stúdióban hosszú szigetelt kábelek vannak.
Ha egy vezetékben van egy tekercs, ami lehet például egy transzformátor vagy illesztő tekercs is, akkor a tekercs mivel a tekercsben mágneses tér keletkezik, a mágneses tér pedig mindig a változás ellen ható áramot gerjeszt, ezért ha egy vezetékbe beteszünk egy tekercset, akkor az bizony szintén csillapítja a magas hangok átvitelét. Ezt a viselkedést induktív ellenállásnak hívjuk. A jele XL, a képlete pedig XL = 2*Pi*f*L a képlete, ahol a L a tekercs jellemzőiből számolt érték.
Összegzésképpen tehát a vezetékeknek van Ohm-os, kapacitív és Induktív ellenállásuk is. Ezek mind veszteséget okoznak, de azért vannak a teljesítmények az elektronikus eszközökben, hogy ezeket a veszteségeket kompenzálják, illetve az eszközöket úgy kell kiválasztani, hogy a lehető legkisebb veszteség legyen.
A hangfrekvenciás vezetékek maguk is gerjesztenek mágneses teret, ezért azok is egyszerű tekercseknek tekinthetők. Ilyen módon az általuk gerjesztett mágneses tér a közelükben lévő más vezetékekben elektromos áramot indukálnak, amelyek visszahatva az eredeti vezetékekre a magas átvitelt akadályozzák kissé.
A kapacitív és induktív ellenállások témája később átvezet az elektromos zajok és áthallások kérdésköréhez is.
Kimeneti és bemeneti ellenállás, illesztés
Amikor két eszközt összedugunk - például egy előerősítőt és egy végfokot -, akkor a kimenet bizonyos feszültségen hozza létre a kimeneti jelet, és az eszköznek van egy elektromos ellenállása (R, XC, XL is). Ha a következő fokozat bemenő ellenállása túl kicsi, akkor az első fokozat által létrehozott feszültség nagy része rajta fog esni, a következő fokozat bemenetén pedig túl kicsi lesz a feszültség - kicsi lesz a jel. Ha a következő fokozat bemenetének ellenállás túl nagy, akkor a teljes jel kis áramot generál és ekkor is túl kicsi lesz a következő fokozaton megjelenő jel. Akkor is kicsi lesz a bemenő jel. Az egymás utáni eszközöket illeszteni kell.
Ez azt jelenti, hogy az elsző fokozat kimenetének és a következő fokozat bemenetének ideális esetben azonos ellenállásúnak kell lennie. Mivel általában ezek bonyolult elektronikai eszközök, ezért hozzáteszem, hogy a hangfrekvenciás tartományban, tehát 20 Hz és 20 000 Hz között. Ebben az ideális esetben az előfokozat és a következő fokozat közötti jel nagysága nem csökken.