Mi is ez? Kérdezheti a laikus, hiszen lépten-nyomon találkozik a kifejezéssel. Megpróbáljuk közérthető módon, gyakorlati példák bemutatásával elmagyarázni anélkül, hogy mélyreható tanulmányokat kéne folytatni, vagy bele kell merülni az elektrotechnika rejtelmeibe. Fény derül néhány alapfogalom jelentésére, mint egyen- és váltakozó áramú ellenállás, Ohm-törvény, feszültség, áram, teljesítmény, fáziseltolás és energia!
Az impedancia kifejezés a latin nyelvből származik, az „impedire” jelentése: „gátol”. Elvileg a jelenség hátterében nem más rejtőzik, mint az elektromos ellenállás, ami minden szempontból alapvető. Az Ohm (jele Ω, a görög abc nagy omega betű) az elektromos ellenállás alap-mértékegysége a SI rendszerben. Nevét Georg Simon Ohm német fizikusról kapta. Ennek megfelelően, az impedancia mértékegysége Ohm. Az elektromos egyenáram ellenállásának etalon mértékegysége: egy 106,3 cm hosszú, 1 mm² keresztmetszetű, 0°C hőmérsékletű higanyszál ellenállása éppen egy Ohm. Mint sok más alap egység, ez is önkényesen lett kiválasztva, az adott kor technológiai lehetőségeinek figyelembevételével. Az egyenáramú ellenállás értékét az egyenfeszültség és az egyenáram erősség hányadosa adja.
Az impedancia jelentése váltakozó áramú ellenállás. Váltakozó áramú elektromos hálózatban egy fogyasztó komplex impedanciájának nevezzük a komplex feszültség és a komplex áramerősség hányadosát, jele Z, és jóval bonyolultabb kiszámítani.
Mi teszi az impedanciát olyan különlegessé?
Impedancia nem állandó Ohm-os, hanem a frekvencia gyakoriságának függvényében változó ellenállás. Az impedancia „mértéke”, mivel egy átlag, függ a különböző frekvencia értékek nem állandó, hanem a pillanatnyi árammal szemben tanúsított ellenállásától. Különbséget kell tennünk induktív és kapacitív ellenállás között. Nagy induktív értékek olyan elektronikus alkatrészek esetében jellemzőek, mint a tekercsek illetve kapacitív ellenállásról a kondenzátorok esetében beszélhetünk. Ezek az elemek alapvető építőkövei minden hifi-berendezésnek. Még a legegyszerűbb eszközöknek, mint egy összekötő kábel is van a tiszta Ohmikus ellenálláson kívül kapacitása és induktivitása.
Reaktancia: kapacitív reaktancia, induktív reaktancia, fázistolás.
Az induktivitás vagy a vonatkozó reaktancia okozza a szerkezetben lévő egyes áramvezetők körül kialakuló mágneses mezőt. Egy tekercs, amely megfelelően hosszú és spirális felépítésű, képes felerősíteni ezt a hatást. A tekercs alkalmazkodik az aktuális frekvenciához, hiszen minden polaritás váltás, újrateremti a mágneses mezőt, majd a nulla állapotról ismét újjáépíti ellen-pólusban. Jellemző az induktivitásra, hogy fázistolást hoz létre az áram és a feszültség között. Egyenáramú szempontból egy tekercs rövidzárlatot jelent. Mi értelme van ezt tudni? A hangfalak keresztváltója bizony tartalmaz induktivitásokat, gyakran nem is csak egyet! A kapacitív reaktancia viselkedése pontosan fordítottan aránylik az alkalmazott frekvencia értékéhez. Miért? Az ok itt is az elektromos mező váltakozó irányú felépülése. A kapacitás a kondenzátor elektromos töltéstároló képességét tükrözi. Mivel egyenfeszültségű szempontból szakadás, az aktuális elektromos mező iránya vagy a polaritása gyorsabban változhat. Egy kondenzátor az feszültséget késlelteti az áramhoz képest, így okoz fázistolást.
Hol találkozhatunk ezekkel a hatásokkal a gyakorlatban?
A legrövidebb válasz az, hogy a hifi-rendszerben mindenhol. A műsor forrásától kezdve a kábeleken át az erősítőig, sőt még a hangsugárzókban is. Ezek mindegyikében található kondenzátor, tekercs, és kábelek. Gyanítjuk, hogy az könnyen elfogadható, miként befolyásolja egy kondenzátor és egy tekercs a hangzást, hiszen alkatrészekről beszélünk, amiknek vannak paramétereik. Az inkább nehezebben megérthető, hogy milyen hatással lehet egy kábel az átvitelre, illetve a különböző reaktancia típusok milyen hatást gyakorolnak a hangra.
Kezdjük a könnyen megérthetővel, és mondunk felhasználási példát rá. Egy kondenzátor kiválóan alkalmazható felül-áteresztő szűrőnek. A hangfalak magas hangszórója előtt minden esetben található legalább egy. Az alacsony frekvenciák nem jutnak át rajta, de a magasak igen. A tekercs pedig kiváló alul-áteresztő szűrő, mivel azon a magasabb frekvenciák nem jutnak át. Természetesen ezeket lehet kombinálni, így létre lehet hozni hatékonyabb szűrőket, de valahol innen eredeztethető a hatás.
Túl egyértelmű lenne a világ, ha minden eszközünk csak kapacitív, vagy induktív lehetne, de ez sajnos nincs így. Ha bele gondolunk a hangfal keresztváltója mennyi kondenzátort és tekercset tartalmaz, könnyen belátni, hogy kedvencünk bizony kombinált támadást indít az erősítő ellen, amit a hangszóró összekötő kábel többé-kevésbé híven közvetít. A baj csak ott van, ha a közvetítés módjára a „kevésbé” az igaz. Ebben az esetben ugyanis a kábel kapacitív és induktív paraméterei is komolyan beleszólnak a végeredménybe, tovább fokozza a káoszt, esetleg szerencsés esetben enyhítve a problémát. Erre is mondunk példát, hogy érthető legyen. Ha olyan japános hangzású erősítőt használunk, aminek a hangja inkább magasba húz és olyan hangfalat kötünk rá, amelynek magas sugárzója kemény hangzású (például házimozira optimalizált), kifejezett enyhet nyújt egy összekötő kábel, amelyen elfogy a magas tartomány nagy része, mire a végéig ér. Egy ilyen kábel hangja másik rendszerben maga lenne a borzalom, de a gondolat kísérletünkhöz éppen ideális. Az, hogy egy erősítő nagyteljesítményű önmagában nem elegendő, szükségképpen, a terhelés függvényében stabilitást kell mutatni és el kell kerülje a tonális elszíneződéseket. A kapacitás, az induktivitás és az ellenállás mellett ez is mutatja, milyen hatással lehet egy kábel.
Vissza az impedanciához
Reméljük, hogy a fentiek fényében még senki nem tett le az impedancia fogalmának megértéséről! Tudni kell, hogy ezt a rendkívül komplex kérdést szinte képtelenség teljes mélységében megérteni, a szakemberek ezért leegyszerűsítik a dolgot és szimplán megmérik. Különböző frekvencia értékek meghatározzák a váltakozóáramú ellenállást (impedancia pillanatnyi értéke) és ennek átlag értékét kötik az orrunkra például egy hangsugárzó esetében (4 Ohm, 8 Ohm). Persze a kiugró értékeket ravasz módon kihagyják, mert az rossz fényt vetne. Ennyi engedményt tehetünk, mert azért a korrekt gyártók megadják az impedancia minimumot és a hozzá tartozó frekvencia értéket. Aki pedig megérti a cikk korábbi tartalmát, az rögtön tudni fogja, hogy a minimál érték közelében induktív jellegű reaktancia uralkodott, a meg nem adott maximumon meg a kapacitív reaktancia. A névleges érték pedig nagyon ritkán következett be, bármennyire is szerettük volna.
