전자 키보드를 가변 주파수 AC 신호 발생기로 활용하기

필요 재료

• 전자 음악 키보드 (피아노, 플루트, 하프 등 다양한 음색 보유 권장)
• 모노(단일 채널) 헤드폰 잭 어댑터
• 임피던스 매칭 트랜스포머 (1kΩ → 8Ω, 예: Radio Shack #273-1380)
• 10kΩ 저항

이 실험은 일반 음악 키보드가 저비용 가변 주파수 AC 전압원으로 작동할 수 있음을 보여줍니다. 키보드 헤드폰 출력이 AC 파형을 공급하며, 트랜스포머로 증압하거나 증폭해 추가 측정에 쓸 수 있습니다.

대부분 키보드엔 최소 수십 가지 음색이 있습니다. 팬플루트나 플루트 톤이 가장 깨끗한 정현파를 내어 초기 테스트에 이상적입니다.

모노 플러그는 키보드 헤드폰 잭과 맞아야 합니다. 연결하면 키보드 내장 스피커가 차단되고, 플러그 선에서 AC 신호가 나옵니다.

오디오 출력 트랜스포머(8Ω 2차)로 전압을 올리세요. 전력 트랜스포머를 쓴다면 키보드를 저전압 권선에 연결해 승압 효과를 내세요. 키보드 출력은 저전압이므로 감전 위험이 없습니다.

핵심 개념

• 진폭 대 주파수: 전압 레벨과 파형 주파수가 독립적임을 이해
• AC 측정: 전압과 주파수 기능이 있는 멀티미터로 파형 특성 기록
• 트랜스포머 동작: 승압비와 임피던스 매칭이 신호 품질에 미치는 영향 관찰

참조 자료

• Lessons In Electric Circuits, Vol. 2, Chap. 1 – "Basic AC Theory" (기본 교류 이론)
• Lessons In Electric Circuits, Vol. 2, Chap. 7 – "Mixed-Frequency AC Signals" (혼합 주파수 교류 신호)

회로도

실물 배선도

절차

1. 키보드를 지속음 모드로 설정해 키를 누르는 동안 진폭이 일정하게 유지되게 하세요.
2. 모노 플러그를 키보드 헤드폰 잭과 측정 회로에 연결하세요.
3. 멀티미터로 플러그에서 원시 AC 전압을 읽으세요. 그런 다음 트랜스포머 2차 양단 승압 전압을 측정하세요. 두 읽기값의 비율을 기록하세요.
4. 미터에 주파수 표시 기능이 있다면 누른 음마다 주파수를 기록하세요. 표준 평균율 음계를 관찰할 수 있습니다: 옥타브마다 주파수가 2배, 반음마다 2^(1/12) 배 증가합니다.
5. 키보드 볼륨(진폭) 변경이 측정된 주파수에 영향을 주지 않음을 확인하세요.
6. 헤드폰 출력과 직렬로 10kΩ 저항을 연결하고 AC 전류를 측정하세요. 전류 주파수도 각 음에 대해 전압 주파수와 일치해야 합니다.

워크시트

• Mixed-Frequency Signals Worksheet