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Eingangsimpedanz für Piezos

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Offline dukesupersurf

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Eingangsimpedanz für Piezos
« am: 15.11.2006 13:46 »
Hallo Leute,
von Magnetpickups ist ja bekannt,wie wichtig eine hohe Eingangsimpedanz ist,und das auf Kosten der Rauschunempfindlichkeit.Deshalb will ich sie für folgende Sache nicht zu hoch machen,vielleicht genügt ja eine simple Transitorstufe:
Wie hoch sollte sie denn bei Piezotonabnehmern(für die ich einen Vorverstärker baue)
mind. sein?
tschüß,Thomas,
ich bedanke mich jetzt schon für eine Antwort,da ich nur einen kurzen Tipp brauche(sonst nehme ich halt standardmäßig 1M und dann OP),von jemand der sich damit schonmal beschäftigt hat.Also seid nicht böse,
wenn das hier keine Diskussionsrunde wird,da ich eh erst in ein paar Wochen sagen könnte,ob das was im Endergebnis was gebracht hat.

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Offline Tube_S_Cream

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Re: Eingangsimpedanz für Piezos
« Antwort #1 am: 16.11.2006 11:53 »
Hallo Duke,

für Piezos gilt ähnliches wie für magnetische Pickups. So hochohmig, wie möglich. Eine zu niedrige Impedanz sorgt für einen drastischen Abfall der Bässe und Mitten. Anders beim magnetischen, der dann seine Höhen verliert.
Der Piezo arbeitet kapazitiv und bildet mit dem Eingangswiderstand einen Hochpass. Am besten sollte schon in der Gitarre ein Preamp oder Impedanzwandler unmittelbar in der Nähe untergebracht werden.

Piezos haben zudem die fiese Eigenschaft, daß sie eine deutliche Eigenresonanz haben, die genau im wichtigen Formatbereich zwischen 2 und 6 KHz liegt.
Gute Preamps haben hier spezielle Vorfilterungen, wie z.B. die Fishman Preamps.
Die Jungs wissen, wo der ihr PU nervt und im Preamp wird das entsprechend linearisiert.

Ein Preamp sollte am besten mit einer FET-Eingangsstufe ausgestattet werden oder halt mit einem hochwertigen OP-AMP mit JFET-Inputs.
Normale Transistoren sind hier wenig geeignet, wenn man nicht gerade mit einer Bootstrap-Schaltung die Inputimpedanz hochschraubt.
Audio-OPs wie z.B. der rauscharme NE5534 etc. sind hier völlig fehl am Platze.
Bei den hohen Impedanzen rauscht selbst ein einfacher TL072 (15nV/rtHz) weniger als diese Low-Noise-Typen mit 3nVrtHz und weniger, weil die ihr Können erst im Bereich von wenigen K-Ohm Eingangsimpedanz ausspielen können. Piezos liefern gottseidank relativ hohe Ausgangsspannungen bis zu einigen 100mV bei lautem Spiel.

Ich habe für solche Fälle eine simple Impedanzwandlerstufe mit einem BF245 oder 2SK30 vorgeschaltet. Für den Betrieb mit 9V benötigt man dafür einen Gate-Widerstand von 1-2 Meg nach GND, von Source einen 3K3 nach GND und einen 4K7 von Drain nach +9V. Am Drain wird das Signal dann über 1- 10µF abgegriffen. Am besten sowas gleich in die Gitarre einbauen.


Passivbetrieb:
Zwar würde ein längeres Kabel keinen Höhenabfall wie bei magnetischen PUs bewirken, höchstens einen leichten Pegelabfall, aber man wird sehr schnell feststellen, wie mikrofonisch so ein Kabel sein kann, wenn es so hochohmig betrieben wird. Da ist allerhöchste Kabelqualität gefragt.
Der angeschlossene Amp sollte idealerweise über 1 parametrischen Mitten-EQ verfügen, um den Bad-Spot der Piezos zu unterdrücken.
Sonst kommt schnell dieser hässliche nasale Sound zustande.

Gruß

Tube_S_Cream
« Letzte Änderung: 16.11.2006 12:04 von Tube_S_Cream »

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Offline dukesupersurf

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Re: Eingangsimpedanz für Piezos
« Antwort #2 am: 16.11.2006 13:45 »
Hallo Tube_S_Cream,
vielen Dank nochmal,das sind wirklich sehr viele Anregungen,vieles wußte ich noch nicht.
Hab mich wohl zu früh gefreut,daß das so einfach wie ein Pickupbooster werden könnte.

Das mit dem nasalen Sound und der Kabelmikrofonie ist mir tatsächlich genauso beim
Kontrabaß Vorführen aufgefallen.
Für die Mittenresonanz überlege ich,notfalls einen T-Filter nach dem Impedanzwandler zu
implementieren,durch Versuch und Irrtum.
Mit den BF 245 und anderen Feldeffekttransitoren hatte ich bis jetzt schlechte Erfahrungen gesammelt.So ganz geblickt habe ich deren Verhalten noch nicht,aber kann es auch sein,daß die Dinger bei ---- eine große Materialstreuung haben und bei 9V
noch nicht so stabil laufen,wie Helmut Lemme in "Gitarrenpowersound" behauptet?

Jedenfalls muß ich jetzt irgendwie in diesem Monat einen Mischer für 2 Piezos fertig kriegen.Einer am Schlagbrett soll eh nur Höhen rüberbringen,wahrscheinlich reicht da eine
normale Transitorvorstufe(das mit den Feldeffekt... probier ich aber auch weiter).
Für dem am Steg nehme ich dann einen halben T072 als Wandler,dann kommt für je beide ein Volumenpoti(eventuell vorher T-Filter),und von da gehts zur zweiten Hälfte des OP als Summierverstärker mit Boostreseven.

Und was war denn nV/rtHz ?schade daß ich noch soviele Wissenlücken habe,liegt wohl auch daran,daß ich keinen Nerv mehr auf FH oder dicke Wälzer habe.

Tschüß,Thomas

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Offline Tube_S_Cream

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Re: Eingangsimpedanz für Piezos
« Antwort #3 am: 16.11.2006 23:00 »
Hallo Duke, dieses nV/rtHz bedeutet in Ermangelung geeigneter mathematscher Zeichen nanovolt / Wurzel Hertz.
Dieser Wert bezeichnet das sogenannte äquivalente Eingangsrauschen. Hat ein OP-Amp z.B. 15nV/rtHz und soll eine Bandbreite von 20KHz übertragen, so beträgt das Eingangsrauschen 15nV x Wurzel aus 20000 = 2µV. Dieser Wert wird dann noch mit dem Verstärkungsfaktor (natürlich gegengekoppelt) multipliziert und man hat in etwa den Rauschpegel am Ausgang. Liefert so ein Piezo z.B. Peaks von etwa 100mV, wäre der Dynamikumfang etwa 50.000, also knapp 95dB.
So könnte es zur Not sogar ein TL062 tun, der allerdings gut 6 - 10dB schlechter ist vom Rauschverhalten, aber erheblich weniger Strom verbraucht, was für den Batteriebetrieb sinnvoll ist.
Beachte bei allen JFET OPamps allerdings immer, daß sie nicht zu stark ausgesteuert werden. Die Eingänge sollten im ungünstgsten Fall immer noch 3- 4 Volt positiver sein als die negative Versorgung. Das meine ich inclusive NF-Signal. Wird dieser sog. Common-Mode-Bereich überschritten, fängt der OP an, abartig zu verzerren. Das heisst: Bei 9V Versorgung und 4,5V Mittelspannung sind am Input höchstens 1V peak to peak sinnvoll, sonst wird der OP instabil.
Bipolare OPAMPs gibt's ja schon in sog. Rail-To-Rail-Technik, was bedeutet, daß der Eingang sich komplett zwischen der positiven und negativen Versorgung befinden darf, nur leider eignen sie sich selten für Audio-Applikationen.
Programme wie LTSpice können übrigens enorm helfen, so ein Teil zu designen. Es befindet sich zwar kein TL072 in der Bauteilebibliothek, aber etliche Pendants aus dem Hause Linear Technology, die so präzise modelliert sind, daß das Modell auch instabil wird, rauscht und schwingt, so wie der echte Chip es täte.

Eventuell kann ich dir da aber auch mit einer Schaltung bzw. Simulation unter die Arme greifen, besonders was das Equalizing angeht.
Hier ist es nur sinnvoll, den Kontrabass oder das betreffende Instrument mal direkt per PC ausfzunehmen und das Spektrum mit geeigneter Software darzustellen,
oder man nimmt ein Wave-Editor-Tool, das einen Parametric EQ hat und stellt den Ton des aufgenommenen Samples so ein, wie er gefällt und dann brauche ich nur die Info wie z.B. Frequenz: 4KHz, Amplitude -8dB, Bandbreite 1 Oktave...., was man aus den PC-Parametern oder eventuell einem vorhandenen richtigen Paranetric EQ ablesen könnte.
Mit den Daten ließe sich ein Filternetzwerk maßschneidern.

Zu den Transistoren...
Diese BF245 haben übrigens enorme Streuungen. Da empfiehlt es sich immer, mehrere zu besorgen. Der andere Typ 2SK30 wird z.B. im AKG C535-Kondensatormikro eingesetzt. So eins hatte ich mal und die Mics sind abartig rauscharm!

Gruß
Tube_S_Cream

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Offline dukesupersurf

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Re: Eingangsimpedanz für Piezos
« Antwort #4 am: 17.11.2006 12:31 »
Hallo ,
hast Du vielleicht auch einen guten Literaturtipp(analoge Musiktechnik,leicht verständlich),bei dem Thema muß ich unbedingt am Ball bleiben.Ich werde aber erstmal ganz pragmatisch loslegen,vielleicht gefällts ja,denn viel (Computer)Geräte und Zeitaufwand kann ich dafür nicht einplanen.
Mir fällt noch ein,daß wenn ich die jeweiligen Eingangsbuffer unterschiedlich implementiere,ich noch beachten müßte,das es keine gegenseitigen ungünstigen
Phasenauslöschungen beim Mischen der beiden Signale gibt,und dann berichte ich auch,wie es geworden ist,bis dann,vielen Dank,
tschüß,Thomas

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Offline Tube_S_Cream

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Re: Eingangsimpedanz für Piezos
« Antwort #5 am: 17.11.2006 22:40 »
Oh haua.. wenn auch noch verschiedene Pickups gemischt werden sollen, dann ist auf jeden Fall ein Phase-Switch nötig.
Bist Du dir wirklich sicher, nicht einen schönen süßen Fishman-Preamp zu wollen  :angel:
Dort gibt es Ausführungen, die quasi in die Klinken-Endbuchse mit integriert sind und sogar z.T. noch einen Zusatzinput für ein Kondensator-Mic haben.
Hier ein paar Beispiele:
http://www.thomann.de/de/fishman_powerjack.htm
http://www.thomann.de/de/fishman_powerchip.htm
http://www.thomann.de/de/fishman_b_2_acoustic_bass_preamp.htm

Die "Mir wird schlecht"-Preisklasse habe ich jetzt mal bewusst weggelassen.
Bei den drei Teilen da oben lohnt sich eine Eigenentwicklung kaum.

Das wildeste Teil (allerdings bisher nur Ac. Guitar) habe ich bei Takamine gesehen. Dieser Einbaupreamp arbeitet mit Miniaturröhren in Niedervolttechnik.
Da habe ich mich leider überhaupt noch nicht mit beschäftigt.

Thema "Buchtipps" . Für den Anfang von Null gibt's noch die guten alten Schwarten von Helmut Lemme. Das ist vielleicht nix für Freaks aber schon mal ein guter Einstieg. Früher war ich auch mal begeisterter ELRAD-Abo-Leser. Damals hatten die noch viel Fachwissen im Bereich Audiotechnik vermittelt, bis sie zum Schluß nur noch Computergedöns gemacht haben...
Dazu bin ich seit gut 25 Jahren in der Audiobranche (jetzt nur noch nebenberuflich) tätig.
Aber... hand aufs Herz... das meiste Fachwissen bekommt man heutzutage durch geschickten Umgang mit der Suchmaschine, bzw. Wikipedia. Leider ist das Knowhow um Piezo-Pickups immer noch etwas verschleiert. Kaum jemand gibt da seine Schaltungen preis..


Gruß

Tube_S_Cream