Äänirasia ratkaisee

Paraneeko levysoittimen ääni rasiaa vaihtamalla – edes rahalla? Seuraa kattava tietopaketti äänirasioista sekä vertailu, johon osallistui 13 mallia hintahaarukassa 170–500 euroa.

Testissä mukana: Audio-Technica, Denon, Grado, Goldring, MOFI, Ortofon, Rega.

Teksti & kuvat Teppo HirviKunnas Mittaukset & kuuntelu Teppo HirviKunnas

Levysoitin, jota nykyään kutsutaan yleisesti vinyylisoittimeksi, on perustaltaan mekaaninen laite, ja ensimmäiset niistä olivat itse asiassa täysin mekaanisia. Aluksi käsi ja sittemmin jousi antoivat voiman levyn pyörittämiseen. Levyyn mekaanisesti kaiverretun uran poikkeamat liikuttavat urassa kulkevaa neulaa. Neula on kiinni metallikalvossa, joka värähtelee neulan liikkeestä. Kalvon eteen kiinnitetty torvi vahvistaa äänen kovemmaksi – kokonaan ilman sähköä. Neulan ja metallikalvon muodostamaa yksikköä kutsutaan äänirasiaksi (englanniksi cartridge). Myöhemmin (1930–40-luvulla) täysmekaaninen äänirasia muuttui sähkömekaaniseksi. Siinä neulan mekaaninen liike muutetaan sähkövirran vaihteluksi.

Rakenne ja toiminta

Äänirasia, tai oikeastaan äänirasian neula, on se osa levysoittimesta, joka varsinaisesti lukee äänilevyä. Neula seuraa levyssä olevaa uraa, joka mutkittelee siihen kaiverretun äänisignaalin värähtelyjen mukaisesti. Levyn lähes mikroskooppisen pieneen uraan on siis tavallaan kaiverrettu äänisignaalin aaltomuoto.

Uran mutkittelu liikuttaa neulaa sivusuunnassa ja samalla neulan varressa olevia magneetteja tai keloja, riippuen äänirasian rakenteesta. Magneetit tai kelat sijaitsevat vastaavasti kahden kelan tai magneetin välissä. Keloihin indusoituu liikkeen ja magneettikentän vaihtelun mukaisesti taajuudeltaan ja voimakkuudeltaan vaihtelevaa sähkövirtaa. Äänirasia siis muuttaa mekaanisen liikkeen sähköksi vähän kuin generaattori.

Neulan lukeman uran leveys on vain 0,04–0,08 millimetriä. Tämä ura siis mutkittelee tallennetun äänen värähtelyn ja sen voimakkuuden mukaan. Mitä korkeampi taajuus, sitä tiheämpää mutkittelua, ja mitä voimakkaampi ääni, sitä suurempaa mutkittelua.

Levyn pyöriessä neula etenee ulkoreunalla peräti 50 senttimetriä sekunnissa. Se voi joutua lukemaan urasta 20 kilohertsin taajuista eli 20 000 kertaa sekunnissa värähtelevää ääntä. Tämä tarkoittaa, että neulan pitää lukea 400 eräänlaista mutkaa yhden senttimetrin matkalta!

Levyn sisäuralla etenemisnopeus on enää 30 senttimetriä sekunnissa, jolloin nuo mutkat on pitänyt kaivertaa lähes puolta pienempään tilaan. Musiikkihan ei ole tietenkään mitään yhtä taajuutta vaan joukko yhtäaikaisia ääniä. Ura on äärimmäisen kompleksinen mekaaninen mallinne äänen aaltomuodosta. Se, että äänirasia kykenee tuottamaan siitä parhaimmillaan korvia hivelevän huippuluokan äänen, on suorastaan ihme.

Rasialla on merkitystä

Kuten edellä olevasta voidaan päätellä, on äänirasia levysoittimen herkin ja samalla tärkein komponentti. Sen toiminta on näennäisestä yksinkertaisuudestaan huolimatta hyvinkin monimutkaista. Tai sanotaanko, että sen toiminnassa on monta muuttujaa.

Äänirasia vaikuttaakin yleensä kaikkein eniten levysoittimen äänenlaatuun, ja siksi sitä on helpoin parantaa nimenomaan äänirasiaa vaihtamalla. Etenkään edullisten tai edes keskihintaisten soittimien vakiorasiat eivät voi muodostaa kovinkaan suurta osuutta niiden hinnasta. Siksi juurikin niissä lisäinvestoinnilla äänirasiaan luulisi saavan selvän parannuksen ääneen. Tästä on toki poikkeavia mielipiteitä: edulliseen soittimeen ei kuulemma edes kannata laittaa kallista äänirasiaa, koska sen ominaisuudet menevät tavallaan hukkaan. Esimerkiksi eräs maahantuoja ei halunnut suositella 400 euron soittimeen mitään yli 800 euron äänirasiaa.

Neljä pointtia

Rasian valintaan vaikuttaa pääasiassa neljä asiaa, joista kaksi viimeksi mainittua ovat tärkeimmät:

1) Levysoittimen äänirasian kiinnitystapa, joka voi olla kiinteä, jolloin rasiaa ei voi vaihtaa ollenkaan (tällaista soitinta ei pidä hankkia), T4P-kiinnitys (eräänlainen pikakiinnitys) ja yleisin kiinnitystapa eli ½-tuuman ruuvikiinnitys. P4-kiinnitteisiä rasiota ei enää juurikaan ole saavilla.

2) Rasian toimintaperiaate, joka voi olla mm eli moving magnet tai mc eli moving coil (näihin palataan tarkemmin tuonnempana). Mm-rasiat ovat yleisin rasiatyyppi. Mc-rasioiden lähtöjännite on mm-rasioita matalampi, ja niiden käyttö edellyttää, että vahvistimen levysoitinesivahvistimessa on erillinen asento mc-rasialle. Kolmas, harvinaisempi rasiatyyppi on mi eli moving iron.

3) Rasian yhteensopivuus levysoittimen äänivarteen ja vahvistimeen. Eikä äänvarteen sopivuudella tarkoiteta pelkästään rasian kokoa tai kiinnitystapaa, vaan neulan ripustuksen joustavuutta (komplianssia), josta enemmän tuonnempana. Tietysti äänirasian koollakin on merkitystä, etenkin korkeudella, jos äänirasia on selvästi matalampi tai korkeampi kuin alkuperäinen rasia (ja äänivarren korkeus ei ole säädettävissä). Äänirasian pitää olla myös sähköisiltä ominaisuuksiltaan sopiva vahvistimeen (kapasitanssi ja impedanssi).

4) Tärkeimpänä tietenkin ääni, joka on jokaisella rasialla jossain määrin omanlaisensa. Vähän niin kuin kaiuttimillakin, on äänirasiolla jossain määrin tietynlainen soundin perusluonne: kirkas, neutraali, tumma, lämmin, erotteleva ja niin edelleen. Lopullinen soundi määräytyy levysoittimen, rasian ja vahvistimen muodostamasta kokonaisuudesta.

MM vai MC?

Äänirasia toimii siten, että levyn uran mutkittelu liikuttaa neulan varressa olevia magneetteja, jotka sijaitsevat ohuesta langasta punottujen kahden kelan välissä. Magneettikentän vaihtelu muodostaa keloihin magneetin liikkeen mukaisesti vaihtelevaa virtaa. Tällöin on kyse mm- eli moving magnet (liikkuva magneetti) -äänirasiasta.

Rakenne voi toimia myös päinvastoin, eli neulan liikuttaa keloja, jotka sijaitsevat magneettikentässä. Liike tuottaa keloihin liikkee mukaisesti vaihtelevaa virtaa.

Mc-rasian neulan ja sen varren liikkuva massa on mm-rasiaa pienempi, jolloin neula pystyy periaatteessa liikkumaan mm-rasian neulaa herkemmin. Niin, neula timanttikärkineen on tosiaankin myös yksi liikkuva mekaaninen osa, jolla on massa.

Äänirasiat jaetaan kahteen pääluokkaan niiden toimintaperiaatteen perusteella: mm- eli moving magnet -rasioissa neula liikuttaa magneetteja, jotka sijaitsevat ohuesta langasta punottujen kahden kelan välissä. Keloihin indusoituu virtaa. Rakenne voi toimia myös päinvastoin, eli neula liikuttaa keloja, jotka sijaitsevat magneettikentässä. Tämän lisäksi on vielä mi-rasioita, joissa neula liikuttaa magneettikentässä olevaa rautaputkea.

Toimintaperiaatteensa ja erityisesti kelojen koon johdosta mc-rasian antojännite on mm-rasioita selvästi pienempi. Mc-rasian antojännite on tyypillisesti alle 0,5 millivolttia, kun mm-rasioilla se on yli kolme millivolttia.

Siksi mc-rasiat tarvitsevat enemmän vahvistusta, ja levysoitinesivahvistimessa pitää olla valmius mc-rasialle. Markkinoilla on tosin niin sanottuja high-output-mc-rasioita, jotka eivät tarvitse lisävahvistusta. Tyypillisesti mc-rasiat ovat myös mm-rasioita kalliimpia. Rakenteesta johtuen mc-rasiaan ei voi vaihtaa neulaa, vaan koko rasia vaihdetaan aina uuteen. Mm-rasioihin voi vaihtaa pelkän neulan.

Kolmas, harvinaisempi rasiatyyppi on mi eli moving iron, jonka toimintaperiaate on periaatteessa mm-rasiaa vastaava, mutta neulan liikuttama osa on rautaputki, joka liikkuu kestomagneetin magneettikentässä aiheuttaen magneettikentän muutoksia, joka generoi keloihin sähkövirtaa. Myös mi-rasioissa neulan ja sen varren liikkuva massa on mm-rasioita pienempi, mutta mc-rasioihin nähden niiden antojännite on mm-rasioita vastaava.

Testin rasioista suurin osa on mm-rasioita, Denonit ja kalliimpi Ortofoneista mc-rasioita ja Goldringit mi-rasioita.

Rasia varren mukaan

Koska äänirasia on sähkömekaaninen laite, sen toimintaan vaikuttaa mekaanisen fysiikan lait. Tämä tarkoittaa muun muassa neulan kärjen muotoa, kulmaa suhteessa levyn uraan, sähkövirtaa tuottavan rakenteen toteutusta ja toleransseja sekä erityisesti äänirasian neulan ripustuksen ja tuennan joustavuutta tai vääntöjäykkyyttä eli niin sanottua komplianssia.

Äänirasian ja sen neulan kiinnityksen joustavuus (eli jäykkyys) muodostaa yhdessä äänirasian oman ja äänivarren tehollisen massan kanssa mekaanisen rakenteen, jolla on tietty  ominaisresonanssi. Sen taajuus riippuu massan ja joustavuuden suhteesta. Epäsuhta massan ja joustavuuden välillä voi aiheuttaa ongelmia toistossa: bassotoisto korostuu tai on epätarkkaa, ääni alkaa kiertämään, korkeat taajuudet vaimenevat, neula ei ehkä kykene seuraamaan uraa ja ääni säröytyy, neula voi jopa hypätä pois urasta, levy ja neula kuluvat ja niin edelleen.

Äänivarren ja äänirasian ominaisresonanssin tulisi jäädä selvästi alle kuuloalueen, mutta se ei saa olla myöskään liian matalalla. Optimaalisena alueena pidetään tyypillisesti 8–12 hertsiä.

Yhtälön muodostavat tässä siis äänivarren, äänirasian ja sen kiinnitystarvikkeiden yhteinen massa suhteessa äänirasian neulan ripustuksen komplianssiin.

Jotta ei tehtäisi kuitenkaan asiasta liian monimutkaista, niin todettakoon, että suurin osa äänivarsista je äänirasioista (poislukien ehkä kalliimmat ja eksoottisemmat mallit) ovat tässä suhteessa hyvinkin yhteensopivia. Tänä päivänä on vaikeaa löytää sellaista äänivarsi–äänirasia-yhdistelmää, jossa tämä asia olisi täysin pielessä. Äänirasioiden painot ja komplianssiarvot ovat sen verran samalla asteikolla, että kovin metsään on vaikea mennä. Toki jos ollaan lukuarvojen ääripäissä, niin asialla alkaa olla jo vaikutusta.

Yksinkertaistaen voidaan todeta, että raskaan äänivarren (>25 grammaa) ja rasian kanssa tulisi käyttää matalan komplianssin (<11) rasioita ja kevyillä äänivarsilla (<10 grammaa) ja äänirasioilla korkean komplianssin (>15) rasioita. Matalan komplianssin rasiat sopivat siis kevyille äänivarsille ja korkean komplianssin rasiat raskaille äänivarsille – tietenkin huomioiden myös itse äänirasian paino.

Jos äänivarren massa ja muut suureet ovat kuitenkin tiedossa, niin lopputulos on tietenkin tarkempi ja luotettavampi. Testin rasioista vain Grado ja molemmat Regat eivät ilmoita komplianssiarvoa. Myöskään testin levysoittimen äänivarren painoa ei ilmoiteta. Arvioimme sen olevan noin 20 grammaa.

Myös sähkö merkitsee

Äänirasia muuttaa mekaanisen liikkeen sähköksi. Siksi rasian sähköisellä sovituksella on merkitystä. Levysoittimien kanssa pitää käyttää niin sanottua riaa-korjainta ja esivahvistinta. Riaa-korjain on olennainen osa levysoittimen toiminnassa. Se on oikeastaan taajuuskorjain. Tallennuksen aikana äänen matalia taajuuksia vaimennetaan. Tällöin levyyn kaiverrettavan uran liikepoikkeaman ei tarvitse olla niin suuri. Tämä mahdollistaa urien kaivertamisen tiheämmin, siis lähemmäksi toisiaan, ja levylle mahtuu pidempi ura. Pienempi liikepoikkeama myös pienentää äänirasian seurantasäröä. Riaa-korjaus myös vahvistaa korkeita taajuuksia.

Toistettaessa riaa toimii käänteisesti. Matalien taajuuksien toisto vahvistetaan alkuperäiselle tasolle, ja korkeiden taajuuksien vaimennus vastaavasti vähentää kohinaa ja levyn häiriöitä.

Riaa sisältää myös esivahvistimen, joka vahvistaa äänirasian tuottamaa hyvin heikkoa sähkövirtaa. Riaa-korjaimella on suuri vaikutus äänenlaatuun.

Levysoitin tarvitsee aina riaa-korjaimen/esivahvistimen. Se voi olla sisäänrakennettuna vahvistimessa, itse levysoittimessa tai erillinen laite. Jos levysoittimissa riaa-korjain on sisäänrakennettuna, se voidaan liittää suoraan mihin tahansa vahvistimen tavalliseen linjasisääntuloon. Jos vahvistimessa on levysoittimelle oma liitäntä, on se merkitty yleensä tekstillä ”phono” tai ”turntable” ja sen yhteydessä on yleensä myös liitäntä levysoittimissa käytettävälle erilliselle maadoitusjohdolle.

Kuorma ja kapasitanssi

Äänirasian ääneen, erityisesti korkeilla taajuuksilla, vaikuttaa myös äänirasian sähköisten ominaisuuksien sovitus riaa-korjaimeen ja esivahvistimeen. Kyse on impedanssista ja kapasitanssista. Joissain tapauksissa vaikutus voi olla merkittävä.

Mc-rasiat ovat lähes immuuneja kapasitanssille, mutta liitäntäimpedanssilla on vaikutus niidenkin toistoon. Mm-rasioiden toistoon vaikuttaa sekä impedanssi että kapasitanssi. Mm-rasioissa ja esivahvistimissa impedanssi on standardi 47 kilo-ohmia, joten siihen ei tarvitse kiinnittää huomioita, mutta kapasitanssin sovituksella on merkitystä. Mm-rasioille suositeltava liitäntäkapasitanssi on yleensä 100–300 pikofaradia. Tämä arvon pitäisi löytyä aina teknisistä tiedoista.

Liitäntäkapasitanssi muodostuu vahvistimen levysoitinesivahvistimen (tai erillisen riaa-esivahvistimen) sisääntulon, välikaapaleiden ja soittimen sisäisen johdotuksen yhteenlasketusta kapasitanssista. Tämän pitäisi olla suosituksen rajoissa. Valitettavasti hyvin harvassa vahvistimessa ilmoitetaan levysoitintulon kapasitanssia, eikä sille ole mitään vakioarvoa. Miksiköhän? Tyypillisesti se on 100, 120 tai 200 pikofaradia.

Myöskään levysoittimen sisäisen johdotuksen saati välikaapelin kapasitanssin arvoja on hyvin harvoin saatavilla. Levysoittimen sisäinen kapasitanssi on tyypillisesti 30–50 pikofaradia, mutta välikaapelin kapasitanssissa voi olla suuriakin eroja. Halvoissa kaapeleissa kapasitanssi on yleensä kalliita suurempi, jopa 150–200 pikofaradia per metri. Tyypillisesti laadukkaissa kaapeleissa se on 70–90 pikofaradia metriltä. Kaapeleiden kapasitanssi on suhteessa niiden pituuteen; siksi arvo ilmoitetaan per metri.

Jos liitäntäketjun kapasitanssikuorma on merkittävästi pienempi kuin äänirasialle suositeltu kuorma, niin korkeiden taajuuksien toisto voi vaimentua ja ääni kuulostaa tunkkaiselta ja tummalta. Jos taas kuorma on suositusta suurempi, niin korkeat taajuudet voivat korostua ja ääni kuulostaa liian kirkkaalta. Jos kuorma on merkittävästi suositusta suurempi, niin korostuma siirtyy hieman alemmaksi, mutta sen jälkeen korkeimmat taajuudet alkavat jälleen vaimentua jyrkästi. Ääni on pistävä mutta samalla tukkoinen.

Yleisesti ottaen ongelma on yleensä liian korkea kuin liian matala kapasitanssikuorma. Tässä ongelman ratkaisuna on yleensä erillinen levysoitinesivahvistin, jonka kapasitanssi on tiedossa tai siinä on peräti säädettävä kapasitanssi, sekä perustasoa laadukkaammat ja mahdollisimman lyhyet välijohdot.

Mc-rasioilla liitäntäimpedanssi saattaa vaikuttaa samaan tapaan kuin mm-rasioilla kapasitanssi. Jos sisääntulon liitäntäimpedanssi on huomattavasti äänirasian impedanssia suurempi (yli 15 kertaa), niin korkeat taajuudet voivat korostua. Jos liitäntäimpedanssi on taas hyvin lähellä rasian impedanssia tai sitä matalampi, niin korkeat taajuudet vaimentuvat. Levysoitintulon impedanssin suositellaan olevan 5–10 kertaa suurempi kuin rasian lähtöimpedanssi. Esimerkiksi 10 ohmin rasialle 50–100 ohmia. Tässä kannattaa toki luottaa myös valmistajan suositukseen. Tyypillisesti mc-esivahvistimien sisääntuloimpedanssi onkin juuri tuo 50–100 ohmia.

Miten siis valita?

Vaikuttaako edellä mainittu vaikealta ja monimutkaiselta? No sitä se tavallaan onkin, kun mennään hieman pintaa syvemmälle. Toisaalta tämä kaikki on myös mielenkiintoista. Viinyylitoiston uumeniin uppoutuneelle hifiharrastajalla tämä aihepiiri on loputon suo ja useiden tuhansien eurojen äänirasiat vain pähkinöitä. Mutta tärkein kysymys kuuluu, että kannattaako muutaman sadan euron perussoittimeen vaihtaa uusi äänirasia, ja jos kannattaa, niin millainen ja minkä hintainen. Paraneeko ääni summien kasvaessa?

Perussoitin paremmaksi

Valitsimme testin soittimeksi 400 euron hintaisen Denon DP-400 -puoliautomaattisoittimen. Se on jo sinällänsä laadukas soitin, joskin hieman ehkä kevytrakenteinen. Denonissa ei ole muuten kiinteitä signaalijohtoja, jolloin siihen voi hankkia kunnolliset välikaapelit. Vakiona Denonissa on mm-äänirasia, joka lienee kuitenkin Audio-Technican valmistama, sama vaihtoneula (DSN85) sopii ainakin AT:n rasiaan. Denon DP-400 soi kaikkiaan asiallisesti  ja tasapainoisesti, joskin aavistuksen tummasti ja elottomasti.

Soittimessa on sisäänrakennettu riaa-esivahvistin (jonka voi myös ohittaa), joten sen voi tarvittaessa liittää suoraan vahvistimen tavalliseen linjatuloon. Sisäänrakennetussa esivahvistimessa on myös se etu, että äänirasian kapastanssisovituksessa ei ole huolta enää soittimen ja vahvistimen välijohdon kapasitanssista, ja ainakin periaatteessa soittimen rasia ja esivahvistin on voitu valita toinen toisensa huomioiden.

Denonin soittimessa on niin sanottu S-varsi, joka on siis muodoltaan hieman S:n mallinen. S-varret ovat kuitenkin tyypillisesti suoria äänivarsia painavampia. Emme nyt syvenny äänivarsien muotoon tämän enemmpää.

Valitettavasti Denon ei ilmoita varren tehollista massaa, mikä on hyvin tyypillistä tällaisissa perussoittimissa. Näin ollen rasian valinnassa täytyy mennä nyt näppituntumalla. Tyypillisesti nykyaikaisten S-varsin tehollinen massa on jossain 17–23 gramman välillä.

Rasiakiinnitys on Denonissa standardi ½-tuuman ruuvikiinnitys, ja äänivarressa on myös irroitettava rasiakelkka. Siis teline, johon äänirasia kiinnitetään. Se mahdollistaa rasian helpon vaihtamisen. Esimerkiksi vanhat savikiekot tarvitsevat omanlaisensa äänirasian, ja rasiakelkalla vaihto on helppoa. Tämä sopii hyvin myös testiimme, jossa on tarkoitus vertailla useita erilaisia äänirasioita.

Mihin kannattaa vaihtaa?

Pyysimme alan kauppiaita ja maahantuojia suosittelemaan kyseiseen Denonin soittimeen uutta äänirasiaa kolmessa eri hintaluokassa: 180–250 euroa, 400–550 euroa ja 700–1 000 euroa. Osa oli hyvinkin hämillään: “Ei siihen kannata mitään rasiaa vaihtaa”, “ei me näistä tiedetä” tai “tuohon ei ainakaan kannata laittaa kallista rasiaa”. Osalle oli taas ihan selvää mitä suositella.

Lopulta testiin kuitenkin valikoitui selkeät kaksi hintaluokkaa tunnetuilta rasiamerkeiltä: Audio-Technica, Denon, Goldring, Grado, MoFi (Mobile Fidelity), Ortofon ja Rega.

Kalleimpaan hintaluokkaan sijoittuvia rasioita ei juurikaan suositeltu haaskattavaksi.

Perusrasiat (180-280 €)

Kaikki tiedot ovat valmistajan ja maahantuojan ilmoittamia (paitsi rasian mitat).

(*) Ns High Output MC -rasia, ei tarvitse MC-esivahvistusta
(**) Uudesta rasiasta hyvityksenä -25%
(***) Uuden rasian hyvityshinta 119 €

Pykälää paremmat (400-550 €)

Kaikki tiedot ovat valmistajan ja maahantuojan ilmoittamia (paitsi rasian mitat).

(*) Uudesta rasiasta hyvityksenä -25%
(**) Uuden rasian hyvityshinta 249 €