SÄHKÖKITARAN JA SOITINLAITTEIDEN ELEKTRONIIKKA SEKÄ SEN MODIFIOINTI


18.8.2012

YLEISTÄ SOITINLAITTEIDEN TEKNIIKASTA JA SEN KESTÄVYYDESTÄ

Käsittelen tätä asiaa tekniikan laadun ja kestävyyden suhteen mm. sen kokemuksen perusteella mitä minulle on kertynyt pitkän aikaa työskennellessäni ammattielektronikan parissa teollisuuden, ilmailu - ja sotilaselektroniikan sekä tietoliikennetekniikan laitteiden korjauksen ja niiden valmistuksen yhteydessä.

Soittimien ja soitinlaitteiden käytössä voitaneen erotella selkeästi kolme ryhmää eli koti-, studio- ja keikkakäyttö. Kaksi ensinmainittua ryhmää eivät asettane suuria vaatimuksia ympäristörasitusten keston suhteen vaikkakin kontaktien toimivuus kaikissa kytkimissä, liittimissä yms. onkin varsinkin studiokäytössä erittäin tärkeää.

Keikkakäytössä tulevat eteen sitten lähes samat ongelmat kuin viestilaitteilla sotilaskäytössä. Vaikkakin soittimia kuljetettaisiin säälivämmin niin muut laitteet altistuvat kuljetuksen aiheuttamille iskuille ja tärinälle, ympäristön kosteuden- ja lämpötilanvaihteluille jne. Vaikka henkilökunta olisikin ammattitaitoista niin homman vauhdin takia kaikkea ei voi käsitellä pumpulissa ja itse esitystilanteissakin meno rasittaa laitteita. Jotta keikka menisisi sujuvasti läpi se edellyttää ripeätoimista osaavaa henkilökuntaa, varalaitteita ja soittimia jne. Mitä parempia laitteet ovat käyttörasitusten kestävyydeltään sitä vähemmän edellisille on tarvetta.

Laitteiden valmistusmaissa ei välttämättä tunnisteta ongelmia joita syntyy toisessa maailmankolkassa jossa on täysin erilaiset sääolot. Tämä on nähty monia kertoja muun elektroniikan vikaantumisprosesseissa. Olisi mielenkiintoista saada tilastotietoa erilaisten soitinpuolen laitteiden vioista ja alkaa päätellä niiden syntymekanismeja ja ratkaisuja niiden välttämiseksi.

PIIRILEVYRAKENNE VAI POINT-TO-POINT JOHDOTUS?

Yleisenä käsityksenä tuntuu muusikkopiireissä olevan kehua klassisen johdotustavan hyvyyttä laitteissa ja luonnollisesti sillä periaatteella laitteita valmistavat yritykset myös tätä rakennetta kehuvat. Asia ei kuitenkaan ole tässä kuitenkaan suoraviivaisesti niin yksinkertainen.

Laitteissa on luonnollisesti moderneilla komponenteilla ja suurilla komponenttimäärillä toteutettuja juttuja joissa kaikille piirilevyn käyttö on itsestäänselvyys. Kun sitten mennään yksinkertaisempiin laitemalleihin kuten perinteisillä kytkennöillä tehdyt vahvistimet niin toteutustapa voi olla useammankinlainen.

Piirilevyn käyttöön siirryttiin pikkuhiljaa aikoinaan kaikilla tekniikan laatutasoilla halvimmasta kulutuselektroniikasta sotilas-ja avaruusteknologiaan asti monista syistä. Piirilevyn idea on vanhempi kuin koko tuntemamme elektroniikka ja ensi askeleet siinä otettiin jo ennen vuotta 1910 vaikkakin sen yleistyminen käytössä pääsi vauhtiin vasta 1950-luvun lopulla. Sen käytöstä joka puolella on ollut luonnollisena seurauksena myös mittava tutkimustyö valmistusmenetelmistä ja valmiiden tuotteiden kestävyydestä sekä luotettavuudesta. Vaativimmat teknologian alueet edellyttävät jo luonnostaan hyvin laajaa testausta ennen lopulliseen käyttöön hyväksymistä.

Toinen linja on luonnollisesti kulutuselektroniikan massavalmistuksessa jossa pyritään mahdollisimman tehokkaaseen tuotantoon minmikustannuksin. Määrätynlaista laadunvalvontaa on tässäkin pakko pitää jotta saantoprosentti valmistuksessa on riittävän korkea ja takuuaikaisia vikoja ei tule liikaa. Sillä tehtäisiinkö tuote sitten millä teknologialla tahansa ei muuten ole vaikutusta edellämainittuun kuin, että automaattinen piirilevyjen kokoonpano tuottaa laadukkaampaa tavaraa kuin urakkavauhtinen manuaalinen kokoonpano kaukoidässä (tai muuallakin). Kulutuselektroniikan piirilevyissä ei oteta huomioon vaihtelevia ympäristörasituksia (sääolot, tärinä, iskut jne) ja tuotteen rakenne on usein painotettu siten, että valmistus on mahdollisimman suoraviivaista ja nopeaa. Tämä tarkoittaa usein raskaiden ja isovirtaisten osienkin sijoittamasta piirilevyille niin, että käsin tehtävän johdotuksen tarve on minimaalinen.

Valmistettaessa ammattielektroniikkaa vaativiin käyttöolosuhteisiin huomioidaan niin laitteen itsensä kuin käyttöympäristön aiheuttamat rasitukset aivan toisella tavalla. Usein tehdään niin, että todella suurivirtaiset osat laitteesta tehdään perinteisesti johdottamalla. Mahdollista on silti tehdä piirilevyteknologialla hyvinkin järeitä juttuja. Monilla on valitettavan vajavaiset tiedot materiaalien eri mahdollisuuksista. Kulutuselektroniikka on käyttänyt perinteisesti pertinaxpohjaista levyä jonka ainoa paikka on mielestäni roskakori. Suurin osa muusta elektroniikasta on toteutettu jollain FR-4 tms. tyyppisellä lasikuitulevyllä ja samoilla ohuilla folionvahvuuksilla jotka ovat yleiskäyttöön riittäviä. Piirilevyä on lasikuituisena, keraamisena, teflonisena jne. saatavissa paksuudeltaan paperinohuista varmaan 10 milliseen. Samoin kuparifoliot voivat olla minkä paksuisia tahansa. Minulla on esimerkiksi joitain 4mm paksuja levynpaloja joissa foliovahvuus on kolminkertainen peruslevyyn verrattuna. Tämä mahdollistaa rakentaa tukevia ja isovirtaisempiakin juttuja piirilevylle. Piirilevyn etuja ovat litteän ohuen johtimen parempi jäähtyminen pyöreään lankaan verrattuna, mahdollisuus tehdä häiriösuojausta "ylimääräiseksi jäävillä" folion osuuksilla, helpompi teollinen ja manuaalinenkin valmistus, oikein tehtynä tukevampi rakenne kuin point-to-point-johdotus, huoltoystävällisempi rakenne varsinkin paljon komponentteja sisältävissä laitteissa.

Se, että piirilevyteknologian suhteen on ollut ongelmia soitinlaitteiden puolella on ymmärrettävää kun katsoo tyypillisten ja kalliimpienkien pedaalien sisuskalujen ja työn laatutasoa. Jos kulutuselektroniikkatasoista rakennetta yritetään soveltaa esim putkivahvistimiin niin toki syntyy huonoja tuotteita. Käyttämällä niin sanottua maalaisjärkeä toteutuksessa, komponenttivalinnoissa ja laatua työssä voidaan piirilevyrakenteilla tarvittaessa yhdistämällä perinteistä johdotusta ersim. pääteputkien osalta tehdä vuosikymmeniä kestäviä laitteita. Myös johdotuksessa on syytä muistaa oikeanlaiset taipuisat johtimet, oikeanlaiset johtimien liittimet ja putkien kunnolliset kannat. Niille jotka eivät itse tee piirilevyjä on luonnollisesti helpompaa tehdä jokin yksittäinen laite perinteisellä johdotusmenetelmällä.

SITTEN ITSE KITARASTA

Perinteisen sähkökitaran passivinen elektroniikka muodostuu melkoisen vähäisestä määrästä komponentteja ollen esimerkiksi radioalan ihmisen mielestä kytkenällisesti "parin kidekoneen luokkaa". Alunperin 50-luvulla ei komponenttien kytkentöjä ollut kovinkaan monta erilaista, mutta myöhemmin variaatioita on tullut lisää ja monet niistä ovat ihan merkityksellisiäkin.

. Tällä aluella on samoin kuin hi-fi-puolella myös täyttä huuhaata tai sitten henkilöitä jolla on jokin normaalista poikkeava kuuloaisti. Ja en tarkoita tällä hyvää sävelkorvaa. Muusikot ovat usein aika "perinteisiä" soitinvalinnoissaan mikä itse soittimen perusrakenteen suhteen voi olla hyvinkin perusteltua mm.siinä, että vanhoissa soittimissa on usein käytetty parempilaatuista puuta ja käsityönä valmistettu tuote on yleensä ollut huolellisemmin valmistettu kuin edullinen sarjatuotantosoitin. Tosiasia on kuitenkin se, että automaattikoneitakin oikein soveltaen ja materiaalit hyvin valiten päästään tänäkin päivänä yhtä hyvään tulokseen ja kun apuna on vielä yli puoli vuosisataa soitinvalmistusta sähkökitaroiden osalta niin ovat niiden materiaalit, niiden käyttäytyminen ja mahdolliset erehdykset paljon paremmin tiedossa kuin soitinvalmistuksen alkuaikoina.

Sähkökitaran elektroniikka muodostuu useimmiten kahdesta tai kolmesta mikrofonista jotka voivat olla yksikelaisia tai kaksikelaisia eli Humbucker-tyyppisiä. Signaali johdetaan mikrofonien valintakytkimien, voimakkuuden- ja värinsäätöpotikoiden kautta liitäntäjakkiin. Tässä järjestelmässä on muina komponentteina 1 tai 2 kondensaattoria ja mahdollisia muita kytkimiä mikrofonien kelojen erilaisen kytkennän toteuttamiseksi. Mikrofonin valintakytkin on yleensä 3- tai 5-asentoinen. Potentiometrit ovat tyypillisesti 500 kohm ja uudemmissa kytkennöissä myös 250 kohm. Käytössä on sekä lineaarisia että logaritmisia malleja. Hyvin tyypillinen arvo perinteisessä värinsäädössä kondensaattorille on 22nF. Soitinlaitteiden standardiliitännäksi on muodostunut 6.3 mm jakki. Tämä on primitiivisestä rakenteestaan huolimatta yleensä luotettava ja "lievästi lukkiutuvan" rakenteensa takia ei plugi löysty ja irtoa vastakappaleestaan kuten käy monilla muilla liitintyypeillä joissa ei ole varsinaista lukitusmekanismia sekä se on lisäksi pyörivä.

Haluttaessa modifioida alkuperäistä kytkentää niin netistä löytyy runsaasti ohjeita. Suurin osa on langoituskuvia joista ei itse kytkennän toiminta selviä. Eli "maallikoille" tehtyjä kuvia jotka ovat kuin autosähköpiirustuksia... Varsinaisia kytkentäkaavioita on alkuperäiskytkennöistä esim. Gibsonin sivuilla.

Jos lähdetään kritisoimaan kitaran elektroniikan yleistä toteutusta ja hakemaan parannuksia niihin niin ensimmäisenä mieleen tulee potentiometrien ja kytkinten laatu. En tiedä siitä mitään onko joku tutkinut sitä kuinka paljon huolto- ja korjaustöitä joudutaan tekemään aktiivissa käytössä oleville soittimille pätkivien tai muuten huonosti toimivien em. komponenttien takia. Kun olen tutkaillut saatavilla olevia osia niin näyttää siltä, että 99% niin irtotavarasta kuin soitinvalmistajien käyttämistä edustaa semmoista laatutasoa jonka voisi elektroniikan yleisen luokittelun suhteen sanoa edustavan laatua joka vastaa viihde-elektroniikan tasoa ollen kalliimmissa soittimissa tuon luokittelun paremmassa päässä - ei kuitenkaan hi-end-hifiä lähelläkään. On toki havaittu, että parempi vaihtoehto on käyttää esim. MIL-laatuvaatimukset täyttäviä suljettuja potentiometrejä ja tältä alueelta löytyy jopa myyjiäkin ainakin Jenkeissä. Jollain foorumilla kritisoitiin tätä siten, "ettei soitintekniikassa tarvita atomipommin kestoa kuten sotilaspuolella". Sitähän ei militääriluokittelulla haetakaan vaan kestoa tärinän, iskujen ja epäpuhtauksien sekä lämpötilan vaihtelujen suhteen. Tämmöistä sietoa minusta keikkakäytössä olevat soittimet ja laitteet juuri tarvitsevatkin. Luonnollisesti hinta ei ole tämmöisillä komponenteilla yhtä halpa kuin tusinatavaralla. Onko sillä sitten merkitystä jos itse soittimen hinta on vaikka tonneja ja luotettavuuteen saadaan roima lisä.



Tässä kuvassa on tyypillinen soittimissa käytetty potentiometri. Tällä kertaa Gibson Les Paul Studio kitarasta (Made in U.S.A.). Jos tekee vertailun muuhun elektroniikkavalmistukseen niin tämänkaltaisia tyyppejä ei käytetä muualla kuin halvemman pään tuotannossa. Pellistä prässätty avoin rakenne kuin odottamassa epäpuhtauksia sisäänsä. Ainoana hyvänä puolena voi keksiä sen, että pääsee helpommin ruiskuttamaan sisään kontaktiaerosolia kun ongelmia alkaa esiintyä. Todellisuus on kuitenkin se, että siinä vaiheessa kun tämmöiseen huoltoon on tarvetta on myös komponentin elinikä loppupäässä.

Seuraavassa kuvassa esimerkkejä hyvistä potikoista. En tarkoita, että nämä juuri mallit sopisivat kitaraan vaan millaista laatua on mahdollista saada. Kuvan potikat ovat tarkoitetut jatkuvaan pyöritykseen moottorilla ja kestävät tässä käytössä vuosia! Paremmat mallit ovat kuulalaakeroituja. Niissä on suljettu koneistettu metallirunko ja voidaan myös avata työkalulla. Kevyemmin tehtyjä löytyy täysin suljettuina rakenteina ja valmistajat kyllä tekevät isoillekin vastusarvoille jos vaan löytyy riittävän suuri tilausmäärä. Nykypäivänä satojen kilo-ohmien potikoiden käyttö kun on muualla vähäistä.



Soitin ja soitinvahvistinkäyttöön markkinoidaan myös edullisempia, mutta kunnon laatuvaatimukset täyttäviä potikoita esim. West Lab'in toimesta.
Militääripotikoiden valmistajia on runsaasti ja spesifikaatiot ovat tarkkaan tiedossa. Tässä yksi RV4-sarjan esittely.

Kitaramikrofonin antama jännite on aika pieni. Tällöin erityisen merkitykselliseksi tulee kytkimien ja potikoiden kontaktien toimivuus sekä ylimenovastus. Yritin selvittää ammattielektroniikassa yleisiä speksejä tunnettujenkin kitarakomponenttien valmistajien sivuilta. Aika laihoiksi jäivät tulokset. Pitäisi kyllä tietää kuinka monta kytkentäkertaa valmistaja lupaa kytkimen toimivan kärkien ylimenoresistanssin pysyessä vielä riittävissä arvoissa yms.



Tämän kuvan kytkin on tyypillinen - tässä tapauksessa halvemman pään Line 6 Variax kitaran - 5 - asentoinen mikkikytkin. Rakenne on kuitenkin ns. paremmilla tuotteilla samankaltainen. Eli täysin avoin vastaanottamaan kaikki roskat ja epäpuhtaudet muun ohella. Radiomies edellyttäisi ainakin keraamista runkoa ja kullattuja kontakteja - mieluummin vielä täysin suljettua rakennettakin. Jonkun "Made in USA:n" arvostaminen on tänä päivänä lähinnä vitsi monessa muussakin elektroniikassa - tuskin se soitinpuolellakaan on pääsääntöisesti entisaikojen tasolla koska kaikki pitää tehdä halvalla koskien myös työvoimaa - ja sen ammattitaitoa.

Aika merkillistä on, ettei esim. muusikkopiireissä kehuttu Switchcraft ilmoita kitaroissa yleisen 12000-sarjan mikkikytkimestä tätä kummempia tietoja (ainakaan erikseen kysymättä). - Monilla eurooppalaisilla ammattielektroniikan valmistajalla on itsestäänselvyys ilmoittaa kytkimien, liittimien yms. spekseissä huomattavasti enemmän tarpeellista tietoa ominaisuuksista. Riippuen soittajan soittotavoista voi niin kytkimien kuin potikoiden kääntökertojen määrä olla huomattava. Pitäisin suorastaan itsestään selvyytenä, että kontaktit olisivat kytkimissa kullatut mikä tapa on vakio paremmassa ammattielektroniikassa. Tämmöisiä ei juuri näe kitaroissa. Ylimenovastuksen kasvaminen voi aiheuttaa myös muutoksia soundiin vaikkei potikka tai kytkin vielä pätkisikään.

Seuraavissa kuvissa on nähtävissä, miten soittimen kytkimiin ja "sisäämenoaukkoja sisältäviin" potikoihin voi olla roskat valmiina jo asennuslokeroissa huolimattoman valmistuksen jäljiltä. Esimerkkikitara on Gibson Les Paul Studio (made in U.S.A.) vuosituhannen vaihteen tienoilta. Kitran elelektroniikassa on muutenkin huomauttamista koska mitään suojausta ei ole asennuslokeroissa (ainoa maadoitettu osa on potikoiden pohjapelti).



Nuolella merkittyys kohtaan on työstön jäljiltä jäänyt törröttämään puukuituja. Toinen nuolella merkitty paikka on epäsiisti kaapelin päättäminen



Nämä lähtivät kevyellä pyyhkäisyllä irti. Olisivat voineet varista yhtä hyvin potikoiden sisään



Saman kitaran mikkikytkimen kolon seinässä on vastaava työstöjäänne. Tämä kytkin on muuten vaatinut välillä edestakaista hemputtelua jotta alkaisi toimimaan kunnolla

Internetistä löytyy runsaasti materiaalia erilaisiin modifionteihin. Suurimassa osassa ei ole mitään teoreettista tarkastelua asiaan kuten ei mittaustuloksiakaan joten vaikutukset ovat havaittavissa vain joko tekijän tai hyvällä tuurilla kuulijoidenkin korvissa. Värinsäätöjen konkkien tarkastelu voi mennä tämmöiseksi hifistelyksi. Valittaessa hyvä keraaminen-, kiille-, polypropyleeni- tai öljypaperikonkka päästään kaikilla riittävän hyvään tulokseen ja ainoastaan kapasitanssi on merkityksellinen. Tulin ostaneeksi (omaan tarpeeseen - huom! en myy mitään!) onneksi aikoinaan kohtalaisen paljon Neuvostoliittolaisia militääriputkia ja -konkkia yms. joista joidenkin kuten 0.022 uF PIO-konkan hinnat ovat nousseet amerikkalaisen hamstrauksen yms. ansiosta varmaan vähintään kymmenkertaiseksi vuodessa parissa. Eli jatkossa näitä on tarkoitus käyttää esim. kitaroissa ja vahvistinrakenteluissa ja -modifioinneissa.

Vanhemmissa kitaroissa ei häiriösuojaukseen ole kiinnitetty samanlaista huomiota kuin nykyisin. Tosiasia on myöskin se, että häiriöitä on nykyajan ympäristössä paljon enemmän kuin vuosikymmeniä sitten. Foliovuorauksen sijaan voi käyttää johtavia aerosolimaaleja joista itsellä on mm. grafiitti- ja kupariversiota. Vähemmän kauniin lopputuloksen saa aikaan alumiinifoliolla. Suojaukset pitää muistaa vielä maadoittaa oikein.