ギターのインピーダンスとは?入力出力の基本!ロスが少ない伝送をする為の理解度を深めよう

この記事ではギターのインピーダンスとは何か?についてすべて解説しています。インピーダンスと言っても一言で説明できるものではありません。ですから順を追って覚えていきましょう。

まず、インピーダンスの話をするためには、音とオーディオ信号の関係について理解してもらわなければなりません。

ですから、最初は「音」の話から始めます。

目次

インピーダンスの基礎を学ぶ前の準備

ここではギターにおけるインピーダンスを効率よく学ぶための、土台となる基礎部分を解説していきます。
この部分を理解することによって、インピーダンスの理解度がグッと高まります。

シールドの中は電気が流れている

音は、空気中で物体が振動することによって発生します。

その振動は、秒速340メートル(これを音速と言います)の速さで周囲の空気に伝わって、我々の耳の鼓膜に到達します。

その振動を受けて鼓膜が振動することで、我々は「音が聞こえた」と認識するのです。

一方で、エレキギターは、弦の音(弦の振動)をピックアップで交流の電気(オーディオ信号)に変換します。

その電気が、ボリュームポットやトーンを経由して、ギターのアウトジャックから出力されます。

その電気が、シールド内を流れてギターアンプへ送られ、アンプで大きくなってスピーカーから音(空気の振動)として出てくるのです。

ですから、シールドコードの中は、音が流れているのではなく、電気が流れていることを理解しておいてください。

電子部品の話

では、インピーダンスの理解に必要な、電子部品の話をしましょう。

エフェクターやギターアンプ、テレビ、ラジオなど、電気製品には基板と呼ばれるものが入っています。

基板には、抵抗、コイル、コンデンサーやオペアンプなど、数多くの部品がはんだ付けされて、電気製品の回路を形成しています。

それぞれの部品ですが、抵抗は電気を流れにくくする、コイルは磁力を発生する、コンデンサーは電気を貯める、オペアンプは電気を大きくするなどの働きがあります。

交流とインピーダンス

電子回路は、それらの部品に電気が流れることによって稼働します。

電気の流れ(電流)には、直流と交流があるのはご存じですね。

実は、これらの電子部品は、直流が流れた時と交流が流れた時で、キャラクターが変わるのです。

直流が流れた時は、電気を流れにくくする部品は抵抗だけなのですが、交流(オーディオ信号を含む)が流れると、全ての部品に流れにくさが発生するのです。

このように、交流を流した際に発生する合成抵抗を『インピーダンス』というのです。

音響製品や電子楽器にはインピーダンスが存在

エレキギターには、ピックアップ、ボリューム、トーンなどの部品が取り付けられています。

ピックアップは磁石とコイル、ボリュームは可変抵抗、トーンは可変抵抗とコンデンサー(RC直列回路)で構成されているので、エレキギターやエレキベースにもインピーダンスがあります。

エフェクターの中身(回路)にも、抵抗やコンデンサー、オペアンプ、トランジスターなどが使われていますから、インピーダンスがあります。

ギターアンプにも、コンデンサー、抵抗、真空管またはオペアンプ、可変抵抗などの部品が使われています。

スピーカーもコイルと磁石で構成されていますから、インピーダンスがあります。

つまり、電気を使用する音響製品や電子楽器には、必ず、インピーダンスが存在するのです。

インピーダンスの単位と記号

抵抗の単位は『Ω(オーム)』、コンデンサーの単位は『F(ファラッド)』、コイルの単位は『H(ヘンリー)』と言います。

一方で、インピーダンスの単位も抵抗値(合成抵抗値)なので『Ω(オーム)』になります。

又、インピーダンスの記号は『Z』で表します。

ロー出しハイ受けとは

エレキギターやエレキベースは、アンプに繋ぐことを前提に作られています。

つまり、

【エレキギター】→シールドコード→【ギターアンプ】

という接続が必要になるわけです。

機器同士を接続する際には、必ず、片方が出力、もう片方は入力という関係になります。

先ほどの例では

エレキギターが出力側、ギターアンプが入力側ということです。

【エレキギター(出力側)】 → 【ギターアンプ(入力側)】

この場合、エレキギターには出力インピーダンス、ギターアンプには入力インピーダンスが存在します。

ここで、注目したいのは、両者のインピーダンスの関係です。

音響機器(電子楽器を含む)同士を接続する場合、出力側が【低インピーダンス】、入力側が【高インピーダンス】でなければなりません。

もし、出力側のインピーダンスが入力側よりも高インピーダンスだった場合、「音痩せ」や「音質劣化」などの不具合が発生してしまうのです。

ですから、「出力側のインピーダンスは低く、入力側のインピーダンスは高く」というのが、音響機器を接続する際の鉄則なのです。

これを音響用語で『ロー出しハイ受け』と言います。

なぜ、ロー出しハイ受けが必要な理由

答えは簡単です。

出口の大きさに対して、入り口の大きさが狭いから、上手く入れないということなのです。

例えば、身長2メートルの人が、入り口の高さが1.5メートルの部屋に入ろうとしても、そのままでは通れませんね。

逆に、身長1.5メートルの人が入り口の高さが2メートルの部屋に入ろうとしても問題ありません。

つまり、小さい出口から出られたら、大きい入り口はスムーズに通れるが、逆は無理ということなのです。

ぼんやりでもいいですから、ロー出しハイ受けのイメージが掴めたでしょうか?

インピーダンスマッチングとは

出力インピーダンスと入力インピーダンスが同じ数値になると、電力の伝送効率は最大になります。

この状態を、インピーダンスマッチング(整合)と言います。

インピーダンスマッチング:入力インピーダンス = 出力インピーダンス 

オーディオ信号の伝送は、ロー出しハイ受けを実行していれば問題ありませんが、微弱な信号を高い周波数で伝送する場合には、インピーダンスマッチングは重要な条件となります。

エレキギターのインピーダンス

パッシブタイプ(ノーマルのストラトやレスポールなど乾電池を使わないタイプ)のピックアップを使用しているエレキギターは、周波数によって出力インピーダンスが大きく変化するので、一概に何Ωということは言えません。

しかし、それでは具体的な説明ができませんから、あえて数値化すると数kΩから数百キロオームというように、かなりハイ・インピーダンスになります。

このようなエレキギターの場合、長いシールドコードを使用すると、ノイズが増えたり、音痩せしたりというデメリットが発生しやすくなります。

一方で、EMG81や85、SAのようなアクティブタイプのピックアップや、ミュージックマンStingRayのようにプリアンプを内蔵しているタイプのエレキギターの出力インピーダンスは、10kΩ程度なので、電池を使うタイプのエレキギターは、かなりローインピーダンスになっています。

ですから、多少、シールドコードを長くしても、ノイズや音質劣化の心配はなりません。

エフェクターのインピーダンス

ペダル・エフェクターは、もともとパッシブタイプのエレキギター用に設計されていますから、入力インピーダンスは数百kΩから1MΩ(メガオーム:1000kΩ)というように、かなりハイ・インピーダンスになっています。

一方で、出力インピーダンスですが、低いもので500Ω程度、高くても数kΩというように、かなりロー・インピーダンスなっています。

ですから、エレキギターから1台目のエフェクターまでのシールドコードを短くするほど、音痩せやノイズ対策のためには有利になるということです。

ギターアンプのインピーダンス

入力インピーダンス

ギターアンプの入力も、パッシブタイプのエレキギターを前提に設計されていますから、ハイ・インピーダンス仕様になっています。

マーシャルのアンプは470kΩ、フェンダーのツインリバーブは1MΩなので、余裕のハイ受け設計になっています。

又、ローランドのJC120などは、入力がHIGH(680kΩ)とLOW(100kΩ)というように、複数のインプットで幅広く対応しています。

ちなみに、エレキギターを直接つなぐ場合(いわゆるアン直)はHIGH、エフェクターを経由してつなぐ場合はLOWが良いという口コミもあります。

出力インピーダンス

ギターアンプやオーディオ用パワーアンプの出力は、スピーカーに接続することによって音になります。

つまり、アンプのスピーカー端子が出力、スピーカー側が入力ということです。

ここにも、ロー出しハイ受けは存在します。

アンプの背面にあるスピーカー端子(ギターアンプの場合はフォンジャック)の側には、必ず、『定格インピーダンス』の記載があるはずです。

多くのアンプは、4Ω~16Ωの範囲になっています。

エレキギターよりも、かなり低い数値ですね。

一方で、スピーカーのインピーダンスは、スピーカーユニットの背面に刻印(または印刷)されています。

カーステレオのスピーカーは4Ωが多く、オーディオ用スピーカーは8Ωが多いです。

アンプの出力をスピーカーにつなぐ際に、アンプ側から見たスピーカーのインピーダンスを負荷と言います。

アンプとスピーカーのインピーダンスは、エレキギターよりはかなり低いですが、パワーアンプやギターアンプの出力は、かなり高い電圧(触ると感電します)なので、ロー出しハイ受けを守らないと危険です。

もし、ハイ出しロー受け(アンプのインピーダンスが高く、スピーカーのインピーダンスが低い状態)になると、アンプに対する負荷が足らずに電気(アンプの出力)が流れすぎてしまいます。

その結果、スピーカーに過電流が流れ続けることになるので、スピーカーが発熱し、最悪の場合、発火することもあります。

ですから、アンプの定格インピーダンスは、必ず守らなければならないのです。

複数のスピーカーをつなぐ計算方法

では、マーシャルのように複数のスピーカーが入ったキャビネットを鳴らす場合、インピーダンス対策はどうすれば良いかを解説します。

直列接続と並列接続

小学校の理科で、乾電池のつなぎ方を習ったときに出てきた単語ですが、覚えていますか?

直列というのは、1個目の乾電池のマイナスを2個目の乾電池のプラスへつなぐ方法で、並列は、2個の乾電池のプラス同士、マイナス同士をまとめてつなぐ方法ですね。

スピーカーもこれと同じで、直列と並列のつなぎ方があり、それぞれでインピーダンスが変わります。

スピーカーの直列接続

スピーカーを直列に接続する場合のインピーダンスの計算方法は、単純に足し算になります。

つまり、8Ωのスピーカーが2本なら16Ωということです。

8Ω+8Ω=16Ω

ですから、アンプの適合インピーダンスが4Ω~16Ωの場合、直列で8Ωのスピーカーを4本にすると32Ωになってしまいますから、4本は繋げないということになります。

(いくらハイ受けと言っても、アンプに負荷がかかりすぎて、アンプが壊れてしまいます)

この場合、4Ωのスピーカーを4本なら、16Ωでおさまります。

4Ω+4Ω+4Ω+4Ω=16Ω

ちょっと発想を変えると、同じインピーダンスのスピーカーを複数つなぐ場合は、インピーダンスにスピーカーの個数を掛け算しても、算出できますね。

4Ω×4個=16Ω

スピーカーの並列接続

スピーカーを並列でつなぐ場合の計算は、少々複雑です。

8Ωのスピーカーを2本並列でつなぐ場合は、以下の計算式になります。

1/1/8Ω  +   1/1/8Ω     =4Ω

(8分の1分の1)+(8分の1分の1)

これも、発想を変えてみますと、同じインピーダンスのスピーカーの場合は、インピーダンスをスピーカーの個数で割り算すれば、簡単に算出することができます。

8Ω÷2個=4Ω

ですから、スピーカーを4本並列でつなぎたい場合は、8Ωのスピーカーでは合成抵抗値が2Ωになってしまいますから、スピーカーに過電流が流れて発熱します。

この場合は、16Ωのスピーカーにすれば、許容範囲で収まります。

16Ω÷4個=4Ω

8Ωスピーカーを4個つなぐ方法

では、スピーカーのインピーダンスで、最もポピュラーな8Ωスピーカーを4本つなぐ方法はないものでしょうか?

計算が得意な人は、もう判りますね?

直列と並列を組み合わせれば良いのです。

8Ωの直列:8Ω×2個=16Ω

これを2セット作り、並列でつなぐと

16Ωの並列:16Ω÷2セット=8Ω

これで、全て解決ですね!

ロー・インピーダンス接続とハイ・インピーダンス接続

今、説明したスピーカーの接続方法(アンプの定格インピーダンス内のスピーカーを接続する方法)は、『ロー・インピーダンス接続』と言います。

それに対して、スピーカーに専用トランスを付けて、インピーダンスを数百Ω~数kΩまで上げてパワーアンプに接続する方法を『ハイ・インピーダンス接続』と言います。

ハイ・インピーダンス接続のメリットは、ロー・インピーダンス接続よりも、かなり少ない電流でスピーカーを鳴らすことができるので、より多く(数十台)のスピーカーを接続することができる点です。

又、スピーカーケーブルは長く伸ばすほど電気抵抗が大きくなり、音質が劣化する性質がありますが、ハイ・インピーダンス接続の場合は、その影響を受けにくいというメリットもあります。

仮に、ケーブルの抵抗値が8Ωになった場合、ロー・インピーダンスで8Ωのスピーカーを接続していたら、スピーカー2本分の負荷がかかる計算になってしまいますが、ハイ・インピーダンス接続の場合は、スピーカーのインピーダンスは数百Ω~数kΩと、ケーブル抵抗の8Ωよりも、はるかに高インピーダンスなので、ケーブル抵抗値はほとんど無視することができます。

したがって、ケーブル抵抗による伝送ロスの影響をほとんど受けないため、音質劣化が少ない長距離伝送が可能になるのです。

ただし、ハイ・インピーダンス接続を行うためには、ハイ・インピーダンス接続に対応(70Vまたは100Vライン)したパワーアンプと、スピーカートランスが必要になります。

インピーダンスの問題点

楽器の収音方法には、楽器にマイクをセットする『マイク録り』と、エレキギターなどの電子楽器などの出力を直接、又はエフェクターを経由してミキサーへ接続する『ライン録り』という方法があります。

ここで、問題になるのは、エレキギターをライン録りした際のインピーダンスです。

直接接続ではインピーダンスがマッチングしない

ミキサーには、マイク入力とライン入力がありますが、パッシブタイプのギターはマイク入力でないと信号レベルが足りないと思います。

さて、この場合、気になるのがミキサーの入力インピーダンスです。

ちょっと前までは、プロ用のミキサーは、マイク入力のインピーダンスが600Ωと言われていました。

マイクロホンの出力インピーダンスが150Ω~300Ωくらいなので、600Ωもあれば充分だったのです。

ちなみに、ダイナミックマイクの定番と言われているシュアーのSM57やSM58の出力インピーダンスは150Ω、パーカッションやドラムに使われるゼンハイザーのMD421は200Ω、コンデンサーマイクではAKGのC414やノイマンのU87も200Ωです。

又、DTMなどに使われるオーディオインターフェイスのマイク入力のインピーダンスは10kΩ未満の製品が多いです。

ですから、エレキギターの出力は、パッシブでもアクティブでも、エフェクターを経由したり、そのままミキサーやオーディオインターフェイスのマイク入力にインプットしても、インピーダンスがミスマッチなのです。

これを、インピーダンスの不整合と言います。

実際にダイレクトにミキサーへつないだことがありますが、音質劣化(ハイ落ち)が激しかったです。

エレキギターのトーンコントロールが全く利きませんでした。

直接接続は、なぜ不整合になる?

インピーダンスの不整合が、なぜ音質劣化を招くのかということを、簡単に説明します。

電気的な話をすると、かなり面倒くさいので、ここではイメージ的な話に置き換えて説明します。

仮に、エレキギターの出力インピーダンスが10kΩだったとします。

10kΩというのは、EMG(アクティブピックアップ)の出力インピーダンスで、音響的には、パッシブよりも優れているエレキギターということです。

一方で、ミキサーの入力インピーダンスが600Ωです。

この場合、10kΩから出たオーディオ信号を、600Ωで受け止めきれるかということです。

出力:10kΩ → 入力:600Ω

両者の比較を分かりやすくするために、補助単位のk(キロ)を外します。

出力:10,000kΩ → 入力:600Ω

更に、単純に数値の対比にするために、両者に共通する『00Ω』を取ってしまいます。

出力:100 → 入力:6

つまり、「100」から出たものを「6」で受け止めるという関係になります。

では、ここで話を分かりやすくするために、ホースと水に置き換えて説明します。

この関係は、直径100cmのホースから水を放出して、直径6cmの瓶に水を入れるような状態です。

100cmというと、1mですね。

直径が1mもあるとホースというよりは、土管というほうがピンときますね。

出力側(土管):直径1m → 入力側(瓶):直径6cm

土管から一気に水を出して瓶に入れようとしても、瓶の中に入る水もあれば、入らずにこぼれる水もありますね。

この瓶に入りきらなかった水が、ギターの音で失われた高音や低音の成分なのです。

その結果、音痩せやハイ落ちといった音質劣化につながるのです。

インピーダンスを下げる方法

エレキギターの出力をミキサーやオーディオインターフェイスへ接続するには、何らかの方法でインピーダンスを下げなければなりません。

エレキギターのインピーダンスを600Ω以下まで下げることができれば、音質劣化が防げるのです。

ダイレクトボックス

インピーダンスを下げるために音響業界では、ダイレクトボックスを使用する方法が、一般的です。

ダイレクトボックスを使うことでインピーダンスが下がるのは、先ほどの水とホースの話に戻して説明しますと、土管の口が瓶の口にはまるような『じょうご』をつけるイメージです。

つまり、片側が1m以上で反対側が6cm以下ならば、全ての水は、こぼれないで瓶に入ることができるということです。

この役目を果たしてくれるのが、ダイレクトボックスです。

ダイレクトボックスは、世界的に有名な機種ではカントリーマンのTYPE85(2万円程度)、国産ではボスのDI-1(1万円程度)が常用されています。

バッファーアンプ

アンプと言っても、オーディオ信号を大きくするためのものではありません。

入力されたオーディオ信号を、変化させずに次の回路へ送るためのアンプなので、基本的に、入力が「1」だったら出力も「1」のままです。

では、バッファーアンプには、どのような働きがあるのかを説明します。

バッファーアンプは、入力されたオーディオ信号の情報を正確に読み取り、インピーダンスを下げることによって、ノイズやケーブルによる影響(損失)を受けない信号にするという回路です。

つまり、高インピーダンスの弱い信号を、低インピーダンスの強い信号にするためのアンプということです。

バッファーアンプは、トランジスター1個でも製作できますから、ダイレクトボックスよりも低コストでインピーダンスを下げることができます。

市販品では、フェンダーから「レベル・セット・バッファー・ペダル(税込9,900円)」、MXRは「M133マイクロ・プリアンプ(税込10,098円)」などが販売されています。

※価格はサウンドハウス調べ(2020年10月12日現在)

又、安価な製品では、「モスキー・ピュア・バッファー」という製品が2,099円でネット通販で販売されており、なかなか評判が良いようです。

インピーダンスとHI-Zについて

ミキサーによっては、HI-Z端子やHI-Z入力を備えている機種もあります。

HI-Zとは、HI(高い)-Z(インピーダンス)インプットのことで、エレキギターやエレキベースをダイレクトボックスを使わなくても、直接つなげられるように設計されたハイ・インピーダンス楽器用インプットです。

自宅録音ユーザー向けのオーディオインターフェイスには、装備されている機種も多いですが、プロ用のミキシング・コンソールでも見かける事もあります。

インピーダンスの重要性

ここまで、インピーダンスについて色々とお話してきました。

では、インピーダンスとは何か?

一言でいうと、【電気を流れにくくする力】のことです。

では、なぜ流れにくくする必要があるのかを考えてみましょう。

電気を水に例えてみます。

出力側がプールで、その水の量が電圧だとします。

プールの水が直径1mの土管から水が排水されると、あっという間に水量が減ってしまいますが、ダイレクトボックスの項目で説明したような、先端を直径6cmに絞るような「じょうごを」取り付けることで、水が流れにくくなります。

すると、プールの水位(電圧)が下がるのを抑制してくれるわけです。

つまり、機器同士を接続する際に、入力インピーダンスを出力インピーダンスよりも高くしておけば、流れにくい力が発生して、流れ過ぎを防いでくれるということなのです。

逆に、出力側のインピーダンスよりも入力側のインピーダンスが高くないと、電気が流れすぎてしまい、スピーカーの場合は発熱しますし、マイクやラインレベルのオーディオ信号の場合は、音質劣化や音痩せにつながります。

ですから、インピーダンスは、機器の接続には必要なものなのです。

ギターのインピーダンスまとめ

最後に、ここまでの要点をまとめておきます。

  • ハイ・インピーダンスはノイズやケーブル抵抗に弱い
  • インピーダンスは低いほうが良い
  • 基本は【ロー出しハイ受け】
  • ハイ・インピーダンスはバッファーアンプ、ダイレクトボックスで下げる
  • HI-Zは直接つないでOK
  • スピーカーの直列は【Ω×個数】
  • スピーカーの並列は【Ω÷個数】

楽器や音響機器をつなぐときは、これらのことを思い出して、ロスが少ない伝送を心がけてください。

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