入力インピーダンスってなに？

前の投稿に引き続き、基本をおさらい。

脳波でも筋電でも、はかるものは電位差（電圧つまり単位はV（ボルト））だ。

生体内の神経細胞が発する電位差は非常に小さい！
脳波なら、数十マイクロボルト。
筋電は発揮している力によるけれど、数百マイクロボルト程度である。

そんな微弱な信号を計測するために、脳波（筋電）計がある！
皮膚上に貼付した電極間の電位差を、アンプによって増幅し、サンプリングする機器だ。

計測工学の超基礎だけれど、アンプには入力インピーダンスというものがある。
基本的には、入力インピーダンスは高いほど良い！とされている。

さて、入力インピーダンスってなんだろう？


インピーダンス、日本語で言うと抵抗のことである。単位はΩ（オーム）だ。
脳波計測のときにはよく、「インピーダンス（抵抗）を落としましょう」と言ったりする。インピーダンスを落とさないと、ノイズが大きくちゃんと脳波を計測できない。

このインピーダンスは、正確には「接触インピーダンス」という。
入力インピーダンス、そして接触インピーダンス。
それぞれいったいどんな抵抗なんだろう？

抵抗はギザギザで書く派です（笑）

この回路は、電極を設置した頭皮上を簡略化したものと思ってほしい。
接触インピーダンス（Zs）とは、皮膚の角質などの組織の持っている抵抗値を示している。一方で、入力インピーダンス(Zi)は脳波計内部にある抵抗だ。
知りたい脳波（電位差）はEとする。そして、アンプに入る電位差はVである。理想は、V＝Eとなることだ。しかし、接触インピーダンスがそれを許してくれない。
この回路から、導かれるVは式の通りとなる（分圧の法則だ！）。

この式が意味するところを考えよう。

もし、接触インピーダンスと入力インピーダンスが同じだったら、V=E/2となってしまう。つまり、計測できる電圧は半減することとなる。Zi/(Zs+Zi)を1に近づけることが出来れば、VはEに近づく。そのためには、Ziを大きく（高いほど良い！とはこういうことか！）、Zsを小さくすることである。

入力インピーダンスはアンプの性能次第だ。
一方で接触インピーダンスは、計測するときに皮膚の角質を落としたりといった前処理によって、下げることができる。


ここから余談．．．

いままでの話はパッシブ電極（受動電極）を想定していた。
それに対して、アクティブ電極（能動電極）と呼ばれるものがある。

この電極では、接触インピーダンスを下げる前処理が要らないのだ。
アクティブ電極の一つ一つには、回路が仕込まれていて、その回路は入力インピーダンスの調整をする機能がある。電極ごとの接触インピーダンスに応じて、十分に入力インピーダンスを上げてくれるという仕組みだ。