吃Tone怎麼辦?》淺談阻抗對訊號的影響

把吉他接上音箱就可以得到好聽的聲音,這件事情非常簡單;但你可曾經想過以下:為何許多音箱上會有區分High/Low 兩個Input 孔?為什麼把電吉他直接接上Mixer 或是錄音介面後,有時聲音聽起來會有點虛?為什麼音量踏板會有高阻抗跟低阻抗之分?

▲好琴加好音箱等於好聲音,但當器材串連多了之後就沒這麼簡單了。

一切都跟「阻抗」有關

阻抗是由電阻、電容、電感所產生的電阻值和電抗值合併在一起的稱呼。每個電路都有輸入阻抗和輸出阻抗,也就是訊號從輸入孔及輸出孔看到的這一整個電路的阻抗。可以把阻抗想像成一個會把訊號吸進來的黑洞,輸入阻抗越大,代表這個電路能夠從上一個電路吸進來的訊號越多。輸出阻抗越大,則代表越多訊號會被消耗在這個電路裡面,無法傳遞到下一個電路。

訊號有多少被傳遞出去、有多少被消耗在電路內部是由輸出阻抗與下一個器材的輸入阻抗的比例決定。我們先來簡單複習一下歐姆定律:V=IR,其中V是電壓,也就是電吉他的訊號大小,I 是電流、R 是阻抗;透過歐姆定律我們可以得知電壓跟阻抗成正比,阻抗越大電壓也就越大。

於是我們可以得到一個結論:輸入阻抗越大越好,輸出阻抗越小越好,這樣訊號的傳遞會越完整。也就是說第二顆效果器輸入黑洞的吸力,要比第一顆效果器輸出黑洞的大許多,才能吸收到足夠的訊號,這就是所謂的阻抗匹配

舉例來說,一般中高出力的雙線圈拾音器阻抗大約在10k ohm,設計優良的音箱輸入阻抗一般為1M ohm,忽略導線的狀況下,音箱獲得的訊號比例為1M/(10k+1M),意即超過99%的訊號都會送到音箱中。

▲以阻抗15k ohm 的拾音器為例,輸出至1M ohm 的效果器中,效果器亦能獲得99%以上的訊號量。圖片來源:ScreaminFX.com

然而效果器可就不一定有這麼高的輸入阻抗和更低的輸出阻抗了,特別是老式的鍺晶體Fuzz 效果器阻抗通常不理想。如Fuzz Face 的輸入阻抗只有10K ohm,10K/(10K+10K),等於只有一半的訊號進入Fuzz Face,另一半則是耗損在拾音器中。

▲如果拾音器的輸出阻抗和效果器的輸入阻抗均為15k ohm,那麼效果器僅能得到一半的訊號量。圖片來源:ScreaminFX.com

接著,如果加上導線來看,對訊號而言導線的導體以及屏蔽層,就像是與效果器的輸入阻抗並聯一個電容一樣,這個電容所產生的阻抗在頻率越高時阻抗值就越低;將這個電容產生的阻抗和效果器的輸入阻抗合併在一起看時,它會將整體的輸入阻抗拉低,代表對於越高的頻率來說能夠送到效果器中的訊號量越少,造成高頻的衰減。

▲考慮導線的狀況下,直流訊號在15k 的輸入阻抗下依然會有一半進入效果器中(如圖)。但如果是10k Hz 的交流訊號效果器僅能獲得36mV,詳細公式可參考:ScreaminFX.com

阻抗的概念之所以重要,在於它無所不在且必須要匹配才能夠完整發揮音色。有許多例子可見,像是許多音箱上有高阻抗與低阻抗兩個Input 孔,直接接上吉他就能發現兩者的音量並不同,原因就在於阻抗不同造成訊號大小不同。被動式的音量踏板區分為高阻抗及低阻抗兩種,低阻抗要放在效果器後,而高阻抗要放在效果器前,也因為要跟吉他高輸出阻抗或是效果器的低輸出阻抗做匹配,部份Mixer和錄音介面上會有標明Hi-Z input 或是Instrument 代表給樂器用的超高阻抗(1M ohm),讓吉他可以直接輸入而不需要再接其他效果器或是DI。

▲Fender ’68 Custom Princeton Reverb的Input 1 輸入阻抗為1M ohm,Input 2則為135k Ohm。圖片來源:Fender

▲Zoom UAC-2 錄音介面上的Hi-Z 開關就是用於切換輸入阻抗以對應不同的器材輸入。圖片來源:Zoom

有時候阻抗不匹配並不是太嚴重的事,可能只是音色變的比較虛或是訊號過大,不過如果想完整發揮所有器材該有的音色,阻抗匹配就是基本的功課。原則上各項器材的阻抗值在各家官網或是說明書上都會標明,在購買前不妨注意一下與現有的器材是否匹配。

文字:髮哥

資料來源:ScreaminFX.comFenderZoom