Mic's & Preamps: impedance bridging vs impedance matching

το θέμα με την σχέση αντίστασης εξόδου-εισόδου ανάμεσα σε 2 συσκευές φαντάζει κάπως περίπλοκο αλλά στην ουσία δεν είναι....

Στην πραγματικότητα ισχύουν 2 διαφορετικές καταστάσεις

1. αυτό που ονομάζουμε impedance matching , δηλαδή το "ταίριασμα" των αντιστάσεων των 2 συσκευών (να έχουν την ίδια ονομαστική τιμή) και το οποίο έχει εφαρμογή σε υψηλές τάσεις (πχ διασύνδεση ενισχυτών ισχύος και μεγαφώνων)

2. αυτό που ονομάζουμε impedance bridging, δηλαδή την ιδανική σχέση ανάμεσα στην αντίσταση εξόδου μιας ηλεκτρικής ηχητικής πηγής ή μετατροπέα - transducer (όπως είναι ένα μικρόφωνο) με χαμηλή τάση έξόδου και ενός ενισχυτικού κυκλώματος που θα κληθεί να ενισχύσει αυτή την τάση.

Στα μικρόφωνα και τις προενισχύσεις ισχύει το δεύτερο....ο λόγος είναι ότι στην μεν πρώτη περίπτωση (impedance matching) μας ενδιαφέρει να διατηρήσουμε ακέραιο το ηλεκτρικό φορτίο ως "ποσότητα", ως "ένταση" αν προτιμάτε (ή ακόμη και εντέχνως να την ενισχύσουμε αν το τελικό στάδιο ενίσχυσης μπορεί να έχει μεταβλητή προς τα κάτω αντίσταση εξόδου ώστε να συνδεθεί με το αντίστοιχο μεγάφωνο - πάντα όμως με την ίδια τιμή και για τα 2) ενώ στην δεύτερη να διατηρήσουμε ή ακόμη καλύτερα να διασφαλίσουμε την ηχητική συμπεριφορά (συχνοτικά αλλά και ως ευαισθησία) που θέλει να πετύχει κατ'αρχάς ο σχεδιαστής του μικροφώνου (ή οποιουδήποτε άλλου transducer). Αυτό εκ των πραγμάτων συνεπάγεται διαφοροποίηση στην ένταση (ως ταση) κάτι όμως που είναι αδιάφορο γιατί αφενός στις συγκεκριμένες πολύ χαμηλές τάσεις η ποσοστιαία μεταβολή είναι αδιάφορη στο συγκεκριμένο τμήμα της επεξεργαστικής αλυσίδας και  ούτως ή άλλως αυτό που ακολουθεί είναι το βασικό ενισχυτικό τμήμα.

Έτσι κάθε κατασκευαστής βγάζει τα χαρακτηριστικά του εκάστοτε μικροφώνου βασισμένος σε ένα υποθετικό loading στην έξοδο του....αυτό και πάλι σε γενικές γραμμές είναι συνήθως πολλαπλάσιο της αντίστασης εξόδου του εκάστοτε μικροφώνου κατά 4-5 φορές ή και περισσσότερο...έτσι στην πράξη υπάρχει ο απλός κανόνας ότι για να αποδώσει τα μέγιστα κατά τον κατασκευαστή specs ένα μικρόφωνο θα πρέπει η αντίσταση εισόδου ενός μικροφώνου να είναι 4-5 φορές μεγαλύτερη.

Αυτός είναι και ο λόγος που οι περισσότερες generic προενισχύσεις έχουν αντίσταση εισόδου 1 με 1.2Kohm....γιατί αντίστοιχα τα πειρσσότερα σύγχρονα  μικρόφωνα έχουν αντίσταση εξόδου γύρω στα 200ohm.....έτσι διασφαλίζουν ότι οι προενισχύσεις τους δουλεύουν καλά ή έστω αρκετά καλά με την πλειονότητα των μικροφώνων. Και το ίδιο φυσικά ισχύει και από την αντίθετη πλευρά, δηλαδή οι περισσότεροι κατασκευαστές μικροφώνων "μαζικής" παραγωγής και χρήσης και ειδικά όταν μιλάμε για budget πυκνωτικά μικρόφωνα, επιλέγουν σχετικά χαμηλές τιμές αντίστασης εξόδου ώστε να υπάρχει σχετικά "έυκολα" το προσδοκώμενο αποτέλεσμα.

Παρ'όλα αυτά πολλά μικρόφωνα και ειδικά κάποια δυναμικά και ribbon έχουν αρκετά υψηλότερες τιμές στην αντίσταση εξόδου (από 300 έως και 450ohm) ενώ και οι κατασκευαστές τους θεωρούν ιδανικό σενάριο μια τιμή αντίστασης εισόδου για την προενίσχυση μια δεκαπλάσια ή ακόμη και εικοσαπλάσια τιμή.

Αυτό πολλές φορές γίνεται όχι μόνο για να υπάρξει το κατάλληλο συχνοτικό προσδωκόμενο αποτέλεσμα αλλά και για να μπορέσει να επιτευχθεί η κατάλληλη πλέον ενίσχυση. Χαρακτηριστικές περιπτώσεις είναι κάποιες προενισχύσεις πχ της ΑΕΑ , η οποία κατασκευάζει αποκλειστικά ribbon mics και προενισχύσεις για αυτά και στις οποίες η αντίσταση εισόδου είναι αν θυμάμαι καλά 10Kohm.....ή αντίστοιχα οι προενισχύσεις της grace design που έχουν ένα "ribbon mode"....αυτό δεν είναι τίποτα άλλο από μια μεταβλητή αντίσταση που ανεβάζει την τιμή εισόδου από 1.2 Kohm (αν θυμάμαι καλά) στα 20Kohm.....ας συνπολογίσουμε οτί εκτός από την "καλύτερη" συμπεριφορά του ίδιου του μικροφώνου, στην περίπτωση της grace έχουμε και ένα κέρδος +10db .

Σε ότι αφορά τα ίδια τα μικρόφωνα και με βάση αυτά που περιέγραψα η αντίσταση εξόδου είναι κάτι που αφενός έχει να κάνει με τον ίδιο τον τύπο του μικροφώνου αναγκαστικά, δηλαδή ένα μικρόφωνο το οποίο δουλεύει με βάση την αρχή ενός μόνιμα φορτισμένου πηνίου (δυναμικά και ribbon) και δεν περιλαμβάνει κάποιο ενεργό ενισχυτικό τμήμα στην έξοδο ή ακόμη και κάποιον ειδικά σχεδιασμένο μετασχηματιστή, θα εμφανίζει πάντα μικρότερη τάση και μεγαλύτερη αντίσταση στην έξοδο σε σχέση με κάποιο πυκνωτικό που λόγω αρχής λειτουργίας απαιτεί τροφοδοσία αλλά περιλαμβάνει και ενεργό ενισχυτικό τμήμα στην έξοδο αλλά και σε σχεση με κάποιο ενεργό του ίδιου (ribbon) τύπου. Αυτός όμως είναι και ο λόγος για τον οποίο αυτού του τύπου τα μικρόφωνα έχουν αυτή την  ηχητική συμπεριφορά και ηχόχρωμα, επιθυμητό ή όχι.

Στην ουσία του θέματος .....το τεχνικά σωστό είναι αυτό που περιέγραψα παραπάνω...δηλαδή το κατάλληλο impedance bridging μεταξύ μικροφώνου και προενίσχυσης....από εκεί και πέρα και ακριβώς επειδή η συγκεκριμένη σχέση επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την "ηχητική" ταυτότητα και συμπεριφορά του κάθε μικροφώνου , είναι τελικά πιο πολύ θέμα γούστου και ζητούμενου και όχι τόσο του απόλυτα τεχνικά σωστού....και εκεί έρχεται η σημμασία της ύπαρξης μεταβλητής αντίστασης εισόδου στις προενισχύσεις γιατί σε βοηθάνε να πετύχεις όχι μόνο το τεχνικά σωστό αν αυτό είναι το ζητούμενο αλλά και να πειραματιστείς με μια μεγάλη γκάμα ηχοχρωμάτων από το κάθε μικρόφωνο ανεξαρτήτος τύπου....

Κάτι τελευταίο.....πιάσαμε τα 2 άκρα....δηλαδή την σχέση μικροφώνου - προενίσχυσης και τελικής ενίσχυσης - μεγαφώνου...

Ανάμεσα τους σε μια recording επεξεργαστική αλυσίδα υπάρχει και μια σειρά από διασυνδέσεις συσκευών από επεξεργαστές έως μετατροπείς....εκεί αν παρατηρήσει κάποιος θα διαπιστώσει ότι έχει υιοθετηθεί ένα στάνταρτ σε ότι αφορά την αντίσταση εξόδου για το line level σήμα (600 Ohm) ενώ τις περισσότερες φορές ισχύει το ίδιο και για την είσοδο (με εξαιρέσεις που έχουν υπερυψηλές τιμές αντίστασης εισόδου ώστε να διασφαλίσουν μια συγκεκριμένη "σωστή" συμπεριφορά ασχέτως του τι προηγήται , συνήθως σε συσκευές που είτε ανοίκουν στην prosumer κατηγορία, είτε αποτελούν "αντίγραφα" πολύ παλιών σχεδιάσεων όπου δεν υπήρχε ακόμη η έννοια της τυποποίησης και κάθε σχεδιαστής έφτιαχνε αυτό που θεωρούσε ή του ακουγόταν σωστό με βάση και τον υπόλοιπο εξοπλισμό ).....σε αυτή την πρίπτωση αυτό γίνεται για να διασφαλιστεί η ομαλή μετάβαση και gain staging και να αποτευχθεί τυχόν ανεπιθύμητη υπεροδήγηση κάποιας συσκευής αλλά και για να υπάρχει μια συνοχή και συνέχεια στο πως αντιλαμβανόμαστε τιο level ακόμη και ως απεικόνιση...

Στην σχέση λοιπόν των αντισάσεων μικροφώνου - προενίσχυσης αυτό που θεωρούμε τεχνικά σωστό είναι το impedance bridging (το οποίο πολλές φορέ καταχρηστικά ονομάζουμε Matching εννοώντας όμως το "ταίριασμα" ως αισθητικό αποτέλεσμα και όχι ως τεχνική έννοια και πως χρησιμοποιήται) το οποίο πρακτικά σημαίνει ότι η εμπέδηση εισόδου της προενίσχυσης πρέπει να είναι πολλαπλάσια της εμπέδησης εξόδου του μικροφώνου....το πόσο είναι σχετικό και ποικίλει ανά σχεδίαση μικροφώνου...παρ'όλα αυτά ένας γενικός κανόνας είναι το 4-5 φορέ μεγαλύτερη.....από εκεί και περα όμως και όπως συμβαίνει πάντα στον ήχο "σωστό" είναι αυτό που ακούγεται καλύτερα και εξυπυρετεί βέλτιστα τον σκοπό της εκάστοτε ηχογράφησησης. Έτσι στην πράξη αυτή η ακριβώς η σχέση και κυρίως η δυνατότητα παρέμβασης στην μεταξύ τους αναλογία (των αντιστάσεων) είναι ένα πολύ δυνατό sound shaping εργαλείο ικανό να μας δώσει πολλά διαφορετικά ηχοχρώματα από το ίδιο μικρόφωνο ώστε να μπορούμε να το προσαρμόζουμε κατα το δοκούν.....

vspandagos

Δεν είμαι ειδικός στο θέμα, αλλά θα ήθελα να προσθέσω μερικά πράγματα. Πριν μερικά χρόνια πήρα ένα προενισχυτή , τον ART MPA, γιατί παρατήρησα όταν τον είδα ότι έχει ρυθμιζόμενη αντίσταση εισόδου (150-2400 ohm). Στο εγχειρίδιο αναφέρει σχετικά ότι η ρύθμιση αυτή χρησιμεύει σε κάτι που το ονομάζει mic voicing. δηλαδή όταν η αντίσταση είναι μικρή ο ήχος είναι πιο εστιασμένος στην πυγή ενώ με μεγάλη αντίσταση ο ήχος "ανοίγει".  δοκίμασα πρώτη φορά τον προενισχυτή σε μία ηχογράφηση τυμπάνων και συγκεκριμένα στο sm57 του ταμπούρου. Όντος όταν έβαλα την αντίσταση εισόδου στην ελάχιστη τιμή  το μικρόφωνο σαν να έγινε πιο δυναμικό με λιγότερη διαρροή από τα υπόλοιπα κομμάτια του σετ, πιο κοντό sustain και πολύ λιγότερο χώρο. Ακόμα το συχνοτικό εύρος στένεψε και ανέβηκε η στάθμη του θορύβου (θερμικός θόρυβος όχι πολύ δυσάρεστου) . Η ένταση του σήματος δεν έπεσε αλλά το γεγονός ότι ο ήχος "καθάρισε" είχε σαν πιο φτωχό ήχο. Μετά από κάποιες δοκιμές με διαφορετικές τοποθετήσεις του sm57 κάποια στιγμή σταμάτησε να δουλεύει. Το έλυσα να δω τι έχει και αυτό που είχε συμβεί είναι ότι το voice coil είχε βγει από το αυλάκι του και είχε καβαλήσει με αποτέλεσμα να έχει ακινητοποιηθεί. Μετά από έρευνα στο internet και ερωτήσεις σε φίλους τεχνικού κατέληξα στα εξής αποτελέσματα (όπως ανέφερα πριν δεν είμαι ειδικός οπότε δεκτές οι διορθώσεις) Όταν η αντίσταση του προενισχυτής είναι μικρή επιτρέπεται η ανάπτυξη υψηλών ρευμάτων (ένταση) στο μικρόφωνο και έτσι επιτρέπεται στα κινούμενα μέρη του μικροφώνου να έχουν μεγαλύτερο πλάτος ταλάντωσης με αποτέλεσμα τον κίνδυνο καταστροφής τους σε χαμηλότερες εντάσεις από αυτές που αναγράφει ο κατασκευαστής. Η ανάπτυξη υψηλών ρευμάτων (ένταση) για την ίδια τάση έχει σαν αποτέλεσμα και την αύξηση του θερμικού θορύβου του μικροφώνου. Η απόσβεση της ταλάντωσης της μεμβράνης (damping) από την θερμική απώλεια στις αντιστάσεις του κυκλώματος είναι μεγαλύτερη όταν η συνολική αντίσταση είναι μικρότερη και αυτό γιατί το ρεύμα (ένταση) αυξάνει όσο η αντίσταση πέφτει και οι απώλειες είναι ανάλογες του τετραγώνου του ρεύματος. Αυτό μάλλον εξηγεί γιατί ο ήχος είναι πιο κοντός, και φαινομενικά πιο εστιασμένος. Η μικρή αντίσταση του κυκλώματος έχει το κακό ότι τονίζονται οι ιδιοσυχνότητες του μικροφώνου με αποτέλεσμα το διάγραμμα απόκρισης να χαλάει. Από τα παραπάνω είναι φανερό γιατί οι κατασκευαστές επιθυμούν μεγάλη αντίσταση εισόδου στους προενισχυτές (χαμηλότερη στάθμη θορύβου, βελτίωση διαγράμματος απόκρισης, αντοχή σε μεγαλύτερες εντάσεις) η δυνατότητα όμως για πειραματισμό με αυτή την παράμετρο μπορεί να είναι σωτήρια σε κάποιες περιπτώσεις αρκεί να ξέρει ο χρήστης τι να κάνει αλλιώς κινδυνεύει να βρεθεί με ένα κατεστραμμένο μικρόφωνο.