Was ist die Ausgangsimpedanz und warum sollte sie mich überhaupt kümmern?
Die Ausgangsimpedanz oder Quellimpedanz Ri einer perfekten Signalquelle beträgt 0Ω.Bei Gleichspannungsquellen wird sie auch Innenwiderstand genannt (Deshalb nenne ich sie Ri obwohl ein Gitarren-Pickup eine Wechselspannungsquelle ist). Ein (passiver) Gitarren-Pickup ist keineswegs eine perfekte Signalquelle (Ri > 0Ω). Das bedeutet, dass die Ausgangsspannung abfällt, wenn eine Last angeschlossen wird (Effektgeräte, Verstärker). Dieser Effekt ist umso ausgeprägter, je höher die Ausgangsimpedanz Ihres Gitarren-Pickups und je niedriger die Eingangsimpedanz Ihres Verstärkers/Effektgeräts ist (Spannungsteiler zwischen Ri und RL).
Vor Kurzem habe ich die Schaltung eines Fuzz Face mit LTspiceIV simuliert und festgestellt, dass die Ausgangsimpedanz der Gitarre die resultierende Ausgangswellenform des Effektgeräts beeinflusst.
Beispiel:
Fuzz Face Schaltplan:
Ausgangswellenform eines Fuzz Face mit perfekter Signalquelle(Ri=0Am Eingang:Am Eingang:
Ausgangswellenform eines Fuzz Face mit realistischer Signalquelle (Ri=10kAm Eingang:Am Eingang:
Sie müssen für sich selbst herausfinden, ob Ihnen der Klang dieser Wechselwirkungen gefällt oder nicht. Wenn er Ihnen nicht gefällt, sollten Sie die Reihenfolge Ihrer Gitarreneffekte in Ihrer Signalkette überdenken. Buffer- und Booster/Preamp-Pedale haben eine hohe Eingangs- und eine niedrige Ausgangsimpedanz. Sie können verwendet werden, um die ursprüngliche Wellenform Ihrer Gitarren-Pickups zu erhalten, wenn sie als erstes Pedal in Ihrer Signalkette eingesetzt werden. Aktive Gitarren-Pickups sind sogar noch besser als Buffer-Pedale, da das Gitarrenkabel ebenfalls eine (kapazitive) Last darstellt.
Wie misst man die Ausgangsimpedanz Ihres Gitarren-Pickups?
Um die Quellimpedanz Ihrer Gitarre zu messen, benötigen Sie ein Oszilloskop. Wenn Sie keines haben, können Sie meine Ergebnisse verwenden, da sie sich nicht allzu sehr unterscheiden werden. Der genaue Modellname meines Gitarren-Pickups lautet übrigens Seymour Duncan SH-4 JB in der Stegposition.
- Messen Sie die Spitze-Spitze-Spannung bei offenem Ausgang:
Drehen Sie Ihre Gitarre voll auf, um sicherzustellen, dass die Potis Ihre Messung nicht beeinflussen. Schlagen Sie dann eine Note an (ich habe die dickere E-Saite angeschlagen).
- Messen Sie die Spitze-Spitze-Spannung mit einer Last (RL=1kΩ):
Schlagen Sie dieselbe Note mit derselben Intensität wie zuvor an, um die besten Ergebnisse zu erzielen.
- Berechnen Sie die Ausgangsimpedanz Ihres Gitarren-Pickups:
Schließlich können wir die Spannungsteilerformeln von oben nehmen und die Variablen durch unsere Messwerte ersetzen.
Ergebnis: Die Ausgangsimpedanz meiner Gitarre beträgt etwa 10kΩ.
Hinweis: Die Impedanz ändert sich mit der Frequenz. Dieses Ergebnis gilt nur für die tiefere E-Saite, wir können jedoch davon ausgehen, dass es sich nicht dramatisch ändern wird. Um ein detaillierteres Ergebnis zu erhalten, können Sie diesen Vorgang bei verschiedenen Frequenzen (verschiedenen Noten) wiederholen.
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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!