Was ist die Ausgangsimpedanz eines Tonabnehmers und wofür muss man sie wissen?
Die Ausgangsimpedanz Ri einer idealen Signalquelle beträgt 0Ω. Für DC-Spannungsquellen verwendet man den Begriff Ausgangswiderstand, Quellwiderstand oder Innenwiderstand (deshalb die Abkürzung Ri, obwohl es sich bei uns um eine AC-Signalquelle handelt). Ein passiver Tonabnehmer einer Gitarre ist keineswegs eine ideale Signalquelle (Ri > 0Ω), d.h. dass die Ausgangsspannung sinkt, wenn man eine Last anschließt (z.B. Effektpedale, Verstärker). Dieser Effekt ist stärker ausgeprägt, je höher die Ausgangsimpedanz bzw. je niedriger die Eingangsimpedanz des Effektpedals/Verstärkers (Spannungsteiler zwischen Ri und RL).
Kürzlich habe ich den Schaltkreis eines Fuzz Face simuliert (mit LTspiceIV) und bemerkt, dass der Ausgangswiderstand der Gitarre einen großen Einfluss auf die Signalform am Effektausgang hat.
Beispiel:
Fuzz Face Schaltplan:
Ausgangs-Signalform eines Fuzz Face mit idealer Signallquelle (Ri=0Ω) am Eingang:
Ausgangs-Signalform eines Fuzz Face mit realer Signallquelle (Ri=10kΩ) am Eingang:
Ob man den Klang dieser Veränderung mag ist Geschmackssache. Falls nicht sollte man die Anordnung seiner Effektpedale in der Signalkette überdenken: Ein Buffer- oder Booster/Preamp-Pedal besitzt eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz. Es kann dazu verwendet werden die originale Signalform der Gitarrentonabnehmer zu bewahren, indem man es an erster Stelle vor den Effektgeräten platziert. Aktive Tonabnehmer sind noch besser, weil selbst das Gitarrenkabel eine (kapazitive) Last darstellt.
Wie misst man die Ausgangsimpedanz eines Tonabnehmers?
Damit man die Quellimpedanz der Gitarre messen kann, benötigt man ein Oszilloskop. Falls Du keines besitzt kannst Du auch mein Ergebnis verwenden, da es mehr um eine Größenordnung geht, als um einen exakten Wert. Für Interessierte: Das genaue Modell meiner Bridge-Tonabnehmer lautet „Seymour Duncan SH-4 JB“.
- Messen der Spitze-Spitze Spannung bei offenem Ausgang:
Die Lautstärke der Gitarre sollte ganz aufgedreht sein, damit die Potis unsere Messung nicht beeinflussen. Dann wird eine Note angespielt (Ich habe die dicke E-Saite angeschlagen).
- Messen der Spitze-Spitze Spannung unter Last (RL=1kΩ):
Dieselbe Note, wie vorher mit der selben Intensität anschlagen um das bestmögliche Resultat zu erhalten.
- Berechnen der Ausgangsimpedanz des Tonabnehmers:
Schließlich muss man nur noch die Messwerte in die Spannungsteiler-Formeln (ganz oben bereits erwähnt) einsetzen.
Ergebnis: Die Ausgangsimpedanz meiner Gitarre beträgt ungefähr 10kΩ.
Hinweis: Die Impedanz ändert sich mit der Frequenz. Dieses Ergebnis stimmt nur für die dicke E-Saite, jedoch können wir davon ausgehen, dass es sich nicht drastisch verändern wird. Um ein genaueres Ergebnis zu erhalten kannst du dieselbe Prozedur bei verschiedenen Frequenzen (verschiedene 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.
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!