Trở kháng đầu vào và đầu ra là gì

Đầu tiên, phải nói ngắn gọn rằng điện thế đầu ra (V out) tỷ lệ với điện thế đầu vào (V in) theo tỷ lệ giữa điện trở Z2 và tổng điện trở Z1 + Z2 của mạch. Ví dụ, Z2 bằng 1/8 tổng điện trở, thì điện thế V out sẽ bằng 1/8 điện thế V in.

Chúng ta có thể dùng hình mẫu của một bộ chia điện thế (voltage divider) để hiểu về trở kháng đầu ra (output impedance) của một nguồn âm thanh, ví dụ như microphone, làm việc như thế nào với trở kháng đầu vào (input impedance) của một thiết bị khuếch đại, ví dụ như là preamp.

Ví dụ như chúng ta có một chiếc microphone dynamic. Khi sóng âm thanh tác động lên màng mic, màng sẽ dao động vào và ra, và tạo ra một điện thế giữa hai sợi dây đi ra từ màng. Nếu màng này không nối với gì cả, thì dòng điện được sinh ra không được dẫn đi đâu hết.

Khi chúng ta kết nối microphone với một trở kháng ngoài, ở đây là một preamp. Thì dòng điện từ microphone đi qua bao nhiêu bị ảnh hưởng bởi hai thứ: trở kháng của mic là bao nhiêu và trở kháng của preamp là bao nhiêu. Mọi nguồn phát âm thanh đều có trở kháng trong, trở kháng này giới hạn bao nhiêu dòng điện có thể đi ra khỏi thiết bị, ta gọi trở kháng này là trở kháng đầu ra, vì nó liên quan đến đầu ra của nguồn phát. Bởi vì là trở kháng, nên nó cư xử khác khi tần số khác. Ở một tần số cụ thể, nó như một điện trở cụ thể. Định luật Ohm quy định bao nhiêu dòng có thể tuôn ra khỏi thiết bị phát, dựa trên điện trở và điện thế cụ thể tại một tần số cụ thể.

Khi kết nối mic và preamp, cũng như mic có trở kháng đầu ra có khả năng giới hạn dòng điện, thì preamp có trở kháng đầu vào, và trở kháng này cũng giới hạn dòng điện đi vào thiết bị. Trên thực tế, mạch đầu vào của preamp phức tạp hơn nhiều, nhưng chúng ta có thể xem rằng toàn bộ trở kháng đầu vào này như một điện trở đơn nằm giữa đầu vào và tín hiệu nối đất (0 V). Định luật Ohm quy định bao nhiêu dòng điện có thể đi vào thiết bị, dựa trên điện thế và điện trở ở một tần số cụ thể.

Lúc này chúng ta xem microphone khi đã kết nối với preamp, với sự kết hợp của hai trở kháng, tạo thành một bộ phân điện thế tương tự như hình minh họa. Trở kháng đầu ra của microphone được xem là điện trở Z1. Tương tự, trở kháng đầu vào của preamp được xem như là điện trở Z2.

Nếu Z2 nhỏ hơn Z1, thì điện thế từ microphone sang preamp sẽ bị giảm xuống. Từ sự tương tác này, chúng ta rút ra một quy luật là trở kháng đầu vào của thiết bị nhận nên gấp ít nhất 10 lần trở kháng của thiết bị phát.

Nếu bạn đã từng cắm một guitar điện với trở kháng đầu ra 20,000 Ohm vào một amplifier có trở kháng đầu vào cũng là 20,000 Ohm, thì bạn sẽ trải nghiệm cái gọi là "impedance mismatch" - không tương xứng trở kháng: âm thanh mỏng lét, level thấp. Bạn lướt nhìn vào chỉ số trở kháng và nhận ra rằng chỉ có khoảng một nửa điện thế từ guitar pickup được gửi đến khuếch đại. Một nửa còn lại đã mất ? Hay bạn có thể nghĩ là nó còn đang mắc kẹt bên trong nhạc cụ. Nó không hẳn là đã biến mất, nó chỉ là nạn nhân của sự việc trở kháng đầu vào quá thấp.