출력 임피던스란 무엇이며 왜 신경 써야 할까요?
이상적인 신호원의 출력 임피던스 또는 소스 임피던스 Ri 은 다음과 같습니다: 0Ω. 직류(DC) 전원에 대해 말할 때는 내부 저항이라고도 부릅니다(기타 픽업이 교류(AC) 신호원이더라도 제가 Ri 이라고 부르는 이유입니다). (패시브) 기타 픽업은 결코 이상적인 신호원이 아닙니다 (Ri > 0Ω). 이는 부하(이펙터 페달, 앰프)에 연결되었을 때 출력 전압이 감소한다는 것을 의미합니다. 이 현상은 기타 픽업의 출력 임피던스가 높을수록, 그리고 앰프/이펙터 페달의 입력 임피던스가 낮을수록 더 두드러지게 나타납니다 (Ri 와 RL).
최근 LTspiceIV로 Fuzz Face 회로를 시뮬레이션하면서 기타의 출력 임피던스가 이펙터 페달의 최종 출력 파형에 영향을 미친다는 것을 깨달았습니다.
예시:
Fuzz Face 회로도:
이상적인 신호원을 사용한 Fuzz Face의 출력 파형(Ri=0Ω) 입력단:
실제 신호원을 사용한 Fuzz Face의 출력 파형 (Ri=10kΩ)입력단:
이러한 상호작용으로 발생하는 사운드가 마음에 드는지 여부는 직접 확인해 보셔야 합니다. 마음에 들지 않는다면 신호 체인에서 기타 이펙터가 배치된 순서를 재검토해야 합니다. 버퍼 및 부스터/프리아웃 페달은 높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 가집니다. 신호 체인의 첫 번째 페달로 사용할 경우 기타 픽업에서 나오는 원래 파형을 보존하는 데 도움이 됩니다. 기타 케이블 역시 (용량성) 부하 역할을 하기 때문에, 액티브 기타 픽업은 버퍼 페달보다 훨씬 더 효과적입니다.
기타 픽업의 출력 임피던스는 어떻게 측정할까요?
기타의 소스 임피던스를 측정하려면 오실로스코프가 필요합니다. 오실로스코프가 없다면 오차가 크지 않으므로 제 측정 결과를 참고하셔도 됩니다. 참고로 제 기타 픽업의 정확한 모델명은 브리지 위치의 Seymour Duncan SH-4 JB입니다.
- 출력 개방 상태에서 피크-피크 전압 측정:
포텐셔미터가 측정에 영향을 미치지 않도록 기타 볼륨을 끝까지 올립니다. 그런 다음 노트를 하나 튕깁니다 (저는 가장 두꺼운 E弦을 튕겼습니다).
- 부하 연결 상태에서 피크-피크 전압 측정 (RL=1kΩ):
최상의 결과를 얻으려면 이전과 동일한 강도로 동일한 노트를 튕깁니다.
- 기타 픽업의 출력 임피던스 계산:
마지막으로 위의 분배 전압 공식을 가져와 변수를 측정한 값으로 대체할 수 있습니다.
결과: 제 기타의 출력 임피던스는 약 10kΩ.
참고: 임피던스는 주파수에 따라 변합니다. 이 결과는 낮은 E弦에만 해당하지만, 주파수가 달라져도 극적으로 변하지는 않을 것으로 추정할 수 있습니다. 더 자세한 결과를 얻으려면 다양한 주파수(다른 노트)에서 이 과정을 반복하면 됩니다.
USB 충전식 기타 이펙터
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Und wie misst du den Rest, also den Imaginärteil der Impedanz? Brauch man den nicht auch?
Hallo Erik,
danke für deine sehr interessante Frage. Du hast natürlich recht: Die Impedanz ist eine komplexe Größe und besitzt als solche einen Realteil und einen Imaginärteil. Ich messe nur den Betrag der Impedanz, auch Scheinwiderstand genannt, zur komplexen Größe fehlt also noch der Phasenwinkel.
Benötigt man die Information über den Phasenwinkel?
Das kommt drauf an. Wenn du Schaltungsentwickler bist und die Eingangsstufe deines Verstärkers oder eines Effektpedals dimensionierst, dann reicht der Betrag der Impedanz aus.
Falls du verschiedene Tonabnehmer vergleichen möchtest oder eine Abschätzung über die Qualität eines Tonabnehmers machen möchtest, kann der Phasenverlauf (Phasenwinkel über die Frequenz) interessant werden. Idealerweise beträgt der Phasenwinkel von der tiefsten bis zur höchsten Note am Griffbrett 0°, beim Spielen von mehreren Noten gleichzeitig kommt es sonst zu Verzerrungen.
Wie misst man den Phasenverlauf?
Eine Abschätzung über den Phasenverlauf kannst du aus dem Impedanzverlauf schließen: Ist der Betrag der Impedanz bei steigender Frequenz gleichbleibend, so beträgt der Phasenwinkel 0°. Dort wo der Betrag der Impedanz über die Frequenz steigt, ist der Phasenwinkel positiv, dort wo er fällt ist er negativ. Je steiler der Scheinwiderstand bei steigender Frequenz steigt oder fällt, desto positiver bzw. negativer ist der Phasenwinkel an diesen Stellen (+20dB/Dekade entsprechen einem Phasenwinkel von 90°, -20dB/Dekade einem Phasenwinkel von -90°). Mehr dazu findest du bei einer Suche nach Bode-Diagramm.
Rock On!
Dieter
Vielen Dank für die Antwort. Bei meinem Problem geht es tatsächlich um die Eingangstufe eines Verstärkers. Ich dachte man bräuchte dort eine Schaltung zur komplexen Impedanzanpassung (auch wenn man nicht im HF-Bereich ist)
Vorsicht! Bei einer Eingangsstufe ist das Ziel nicht die maximale Leistung zu übertragen, sonder die maximale Spannung. Anstatt der Impedanzanpassung verwendet man Spannungsanpassung -> Der Eingangswiderstand soll so hoch wie möglich sein, damit die Signalquelle nicht belastet wird.
A more accurate way can be done with a signal generator, a voltmeter, and a resistor. Connect in series as follows:
SignalGen –> R –> Z –> gnd
Where:
R is a resistor of known value
Z is the pickup
Measure the voltage across R (call it V1)
Measure the voltage across Z (call it V2)
The current (I) through the circuit is equal to V1/R. The impedance of the pickup is equal to V2/I. Since I = V1/R we can do a little algebra to get:
Z = (V2/V1)*R
Repeat for multiple frequencies.
Great idea, thanks for sharing!
Hallo songbirdfx,
Mich beschäftigt seit 20 Jahren eine Frage, die mir niemand beantworten konnte!
Hier mein Problem:
Manche Gitarren Effekte “arbeiten” nicht richtig bei Line Signalen (Synthesizer)… liegt ja daran, dass diese eine zu niedrige Impedanz haben und der Eingang vieler Effekte, auf hoch ohmige Signale ausgelegt ist. Gibt es eine Möglichkeit ein Line Signal “hoch ohmiger” zu bekommen? Also genau “andersrum” als ein buffer/booster in eurem Beispiel!
Vielen Dank schon mal und Grüße aus Heilbronn…
Servus Stefan,
danke für deine Nachricht! Um das Signal hochohmiger zu bekommen kannst du einen Widerstand in Serie zu deinem Line Signal schalten oder auch ein Potentiometer. Die Größenordnung sollte, wie oben berechnet, bei ca. 10kΩ liegen. Mich würde interessieren, bei welchen Gitarreneffekten genau du diese Probleme hast?
Liebe Grüße
Dieter
Wäre da nicht eine Reamping Box geeignet?
Möglicherweise. Falls das Synth Signal unbalanced ist, ist eine Reamping Box mMn nicht nötig. Bei einem balanced Signal kommt man wahrscheinlich nicht daran vorbei.
Hallo, entspricht die Ausgangsimpedanz eines Bodentreters wiederum der Ausgangsimpedanz einer Gitarre? Bzw. stecke ich den Ausgang eines Bodentreters besser in einen Line-In oder HI-Z Eingang eines Mischpultes?
Grüß Dich Mello!
Da Gitarrenverstärker auch Hi-Z Eingänge haben, sind Bodentreter eher dafür ausgelegt. Viele Bodentreter haben dennoch eine recht niederimpedante Ausgangsstufe, deshalb könnten sie auch am Line-In gut klingen. Probieren geht hier über studieren.
Liebe Grüße
Dieter
Danke für die schnell Rückmeldung, sehr interessant. Wie misst man denn die Spannung bei offenen Ausgang und unter Last? Ich nehme an, einmal wird das Oszilloskop an das andere Ende des Gitarrenkabels geklemmt. Aber wie findet die zweite Messung statt?
Gerne! Ich hab das Gitarrenkabel in eine Klinkenbuchse gesteckt, an der ich einen 1 Kiloohm Widerstand angelötet habe. Dort hab ich das Oszilloskop angeschlossen. Den offenen Ausgang hab ich gemessen, bevor ich den Widerstand angelötet habe.
Danke für die ausführliche Info. Vielleicht kann mir soetwas auch mal bauen oder kaufen. Ich würde gerne aus Neugierde meine Synhthis/Sampler messen. Ich habe mir erstmal ein günstiges Oszi und ein Buch über Elektronik bestellt 😉
Freut mich wirklich das zu hören! Die Messungen werden bestimmt erfolgreich!