01 od 03
Reševanje enega od najbolj zmedenih predmetov v avdio elektroniki
Ko sem se učil osnove avdio, je bil eden od konceptov, ki mi je bil najtežje razumeti, izhodna impedanca. Vhodno impedanco, ki sem ga instinktivno razumel, iz primera zvočnika . Konec koncev, voznik zvočnikov vsebuje tuljavo žice, in vedel sem, da tuljava žice upira električni tok. Ampak izhodna impedanca? Zakaj bi ojačevalnik ali preamp imelo impedanco na svojem izhodu, sem se spraševal? Ali ne bi želel dostaviti vseh možnih voltov in amperov , karkoli vozi?
V mojem klepetu z bralci in navdušenci skozi leta sem spoznal, da nisem edini, ki ni dobil celotne ideje izhodne impedance. Zato sem mislil, da bi bilo lepo narediti prašek na temo. V tem članku se bom ukvarjal s tremi pogostimi in zelo različnimi situacijami: predamps, amps in slušalke.
Najprej na kratko povzamemo koncept impedance . Odpornost je stopnja, do katere nekaj omejuje pretok električne energije iz DC. Impedanca je v bistvu ista stvar, toda z AC namesto DC. Običajno se impedanca komponente spremeni, ko se spremeni frekvenca električnega signala. Na primer, majhna tuljava žice ima skoraj ničelno impedanco pri 1 Hz, vendar visoko impedanco pri 100 kHz. Kondenzator ima lahko skoraj neskončno impedanco pri 1 Hz, skorajda brez impedance pri 100 kHz.
Izhodna impedanca je količina impedance med predojačevalnimi izhodnimi napravami (običajno tranzistorji, a morda tudi transformatorjem ali cevjo) in dejanskimi izhodnimi priključki komponente. To vključuje notranjo impedanco naprave same.
Zakaj potrebujete izhodno impedanco?
Zakaj bi komponenta imela izhodno impedanco? Večinoma je to zaščititi pred poškodbami zaradi kratkih stikov.
Vsaka izhodna naprava je omejena v količini električnega toka, s katerim lahko roča. Če je proizvodnja naprave skrajšana, se zahteva, da dostavi ogromno količino toka. Na primer, 2.83-voltni izhodni signal bo ustvaril tok 0,35 ampera in 1 vat moči v tipičen 8-ohmski zvočnik. Ni problema tam. Ampak, če je bila žica z impedanco 0,01 ohmov priključena na izhodne sponke ojačevalnika, bo ta isti 2.83-voltni izhodni signal ustvaril tok 282,7 ampera in 800 vatov moči. To je daleč, veliko več, kot lahko večina izhodnih naprav prinese. Razen če ima ojačevalnik nekakšen zaščitni krog ali napravo, se bo izhodna naprava pregreva in bo verjetno utrpela trajne poškodbe. In ja, lahko bi se celo ognil.
Z nekaj količino impedance, ki je vgrajena v izhod, ima komponenta očitno večjo zaščito pred kratkimi stiki, ker je izhodna impedanca vedno v vezju. Recite, da imate slušalčni ojačevalnik z izhodno impedanco 30 ohmov, vožnjo parih 32-ohmnih slušalk in kratkim kablom za slušalke, ki ga slučajno izrežete s škarjami. Pojdite iz celotne impedance sistema od 62 ohm do celotne impedance morda 30,01 ohm, kar ni tako težko. Zagotovo veliko manj ekstremno kot pri 8 ohmih do 0,01 ohmov.
Kako nizka bi morala biti izhodna impedanca?
Zelo splošno pravilo v avdio je, da želite, da je izhodna impedanca najmanj 10-krat nižja od pričakovane vhodne impedance, ki jo bo krmil. Na ta način izhodna impedanca nima pomembnega vpliva na delovanje sistema. Če je izhodna impedanca veliko več kot 10-kratna vhodna impedanca, ki jo bo krmilila, lahko dobite nekaj različnih težav.
S katero koli zvočno elektroniko lahko prenizka izhodna impedanca ustvari učinke filtriranja, ki povzročajo čudne anomalije s frekvenčnim odzivom in povzročijo manjšo izhodno moč. Za več o teh pojavih si oglejte moj prvi in drugi članek o tem, kako lahko zvočniški kabli vplivajo na kakovost zvoka.
Z ojačevalniki je dodaten problem. Ko ojačevalnik premakne konus zvočnikov naprej ali nazaj, zvočnikova vzmet vrne stožec nazaj v sredinski položaj. To dejanje ustvarja napetost, ki se nato vrže nazaj na ojačevalnik. (Ta pojav je znan kot "nazaj EMF" ali obratna elektromotorna sila.) Če je izhodna impedanca ojačevalnika dovolj nizka, bo ta povratni elektromotor učinkovito izklopil in deloval kot zavora na stožcu, ko se vzvratni. Če je izhodna impedanca ojačevalnika previsoka, ne bo mogla ustaviti stožca in stožec bo nadaljeval z vzpenjanjem naprej in nazaj, dokler se ne ustavi trenje. To ustvarja zvonjen učinek in opozarja, da se opomnijo, ko se morajo ustaviti.
To lahko vidite pri ocenjevanju faktorja dušenja ojačevalnikov. Damping faktor je pričakovana povprečna vhodna impedanca (8 ohmov), deljena z izhodno impedanco amp. Čim višje je število, boljši je faktor dušenja.
Izhodna impedanca ojačevalnika
Ker govorimo o ojačevalnikih, začnimo s tem primerom, kar je prikazano na zgornji risbi. Impedance za zvočnike imajo običajno oceno od 6 do 10 ohmov, običajno pa je, da zvočniki padajo na impedanco 3 ohma na določenih frekvencah in celo v dveh ekstremnih primerih. Če zaženete dva zvočnika vzporedno, kot običajno nameščajo monterji pri ustvarjanju večnamenskih zvočnih sistemov , to zmanjša impedanco na polovico, kar pomeni, da se zvočnik, ki sega do 2 ohmov pri, recimo, 100 Hz, zdaj sega na 1 ohm na tej frekvenci, ko je seznanjen z drugim zvočnikom iste vrste. To je izjemen primer, seveda, toda ojačevalni oblikovalci morajo upoštevati take ekstremne primere ali pa bi se morali soočiti z velikim kupom ojačevalnikov, ki prihajajo v popravilo.
Če ugotovimo minimalno impedanco zvočnika 1 ohm, to pomeni, da mora ojačevalnik imeti izhodno impedanco največ 0,1 ohma. Očitno je, da ni prostora za dodajanje dovolj odpornosti na izhod za to amp, da bi izhodnim napravam zagotovili resnično zaščito.
Tako bo ojačevalnik moral uporabiti neke vrste zaščitni krog. To bi lahko bilo nekaj, kar spremlja trenutno izhodno moč amp in prekine izhod, če je trenutni žrebanje previsok. Ali pa je lahko tako preprosto kot varovalka ali odklopnik na prihajajoči AC napajalni liniji ali tirnice napajanja. Ti izklopijo napajanje, ko je trenutni vlečenje več, kot lahko ojačevalnik.
Mimogrede, skoraj vsi ojačevalniki moči cevi uporabljajo izhodne transformatorje, in ker so izhodni transformatorji le tuljave žice, ovite okoli kovinskega okvirja, imajo znatno impedanco svoje, včasih celo 0,5 ohm ali celo več. Dejansko je simuliran zvok cevnega ojačevalnika v Sunfire trdnih (tranzistorskih) ojačevalnikih, znani oblikovalec Bob Carver pa je dodal stikalo »trenutni način«, ki je z izhodnimi napravami serijsko uporoval 1-ohmni upor. Seveda je to kršilo 1 do 10 minimalno razmerje izhodne impedance na pričakovano vhodno impedanco, o kateri smo razpravljali zgoraj, in tako imeli znaten učinek na frekvenčni odziv povezanega zvočnika, vendar to dobite s številnimi cevnimi ojačevalniki in ravno to je Carver želel simulirati.
02 od 03
Izhodna impedanca predojačevalnika / izhodne naprave
S predhodnikom ali izvorno napravo (CD-predvajalnik, kabelsko omarico itd.), Kot je prikazano na zgornji risbi, je drugačna situacija. V tem primeru vam ni mar za moč ali tok. Vse kar potrebujete za prenos avdio signala je napetost. Tako lahko naprava za nadaljnjo obdelavo - ojačevalnik moči, v primeru predpomnilnika ali predpomnilnika, v primeru izvorne naprave - ima visoko vhodno impedanco. Vsak tok, ki prihaja skozi črto, je skoraj v celoti blokiran s to visoko vhodno impedanco, vendar napetost gre skozi čisto dobro.
Za večino močnostnih ojačevalcev in predojačevalnikov je vhodna impedanca od 10 do 100 kilohmov pogosta. Inženirji lahko gredo višje, vendar lahko na ta način dobijo več hrupa. Mimogrede, kitarski ojačevalniki imajo običajno vhodne impedance od 250 kilohms do 1 megahm, ker električni kitare imajo običajno izhodne impedance v razponu od 3 do 10 kilohms.
Kratek stik je lahko običajen pri linijskih nivojih, saj je tako enostavno nenamerno obrezati dva gola prevodnika RCA vtikača na košček kovine, ki jih hrani. Tako so izhodne impedance 100 ohmov ali več pogoste v predojačevalnikih in v izvornih napravah. Videl sem nekaj eksotičnih visokokakovostnih komponent z izhodno impedanco ravni linije, ki je nizek kot 2 ohmov, vendar bodo ti imeli bodisi zelo težke izhodne tranzistorje ali zaščitno vezje, da bi preprečili poškodbe kratkih hlač. V nekaterih primerih imajo na izhodu sklopilni kondenzator, ki blokira napetost enosmerne napetosti in preprečuje izgorelost izhodne naprave.
Fono predojačevalci so popolnoma drugačni subjekt. Medtem ko imajo običajno izhodne impedance, podobne tistim predvajalnika CD-jev, so njihove vhodne impedance zelo drugačne od tistih v predpomnilniku linijske stopnje. To je preveč, da gremo sem notri. Morda bom kopiral v to temo v drugem članku.
03 od 03
Izhodna impedanca za slušalke
Povišanje priljubljenosti slušalk je prineslo precej čudno, nestandardno sistemsko impedančno razporeditev značilnih ojačevalnikov za slušalke v središču pozornosti. Za razliko od običajnih ojačevalnikov, ojačevalci za slušalke prihajajo v številnih izhodnih impedancah. Dejansko poceni napajalniki za slušalke, kot so vgrajeni v večino prenosnih računalnikov, imajo lahko izhodno impedanco do 75 ali celo 100 ohmov, čeprav se impedanca slušalk običajno giblje od približno 16 do 70 ohmov.
Redko je, da potrošnik odklopi in znova poveže zvočnike, ko deluje amp, in redkeje, da se kabli zvočnikov poškodujejo, ko deluje amp. Toda s slušalkami se te stvari dogajajo ves čas. Ljudje rutinsko priključijo ali odklopijo slušalke, ko se zažene slušalke. Kable za slušalke so pogosto poškodovane - včasih pa ustvarijo kratek stik - medtem ko se uporabljajo. Seveda je večina slušalk ojačevalnik poceni naprave, kar lahko dodate dostojno zaščito vezja stroškovno previsoko. Torej večina proizvajalcev lažje izstopa: Dvigneta izhodno impedanco ojačevalnika z dodajanjem upora (ali občasno kondenzatorja).
Kot lahko vidite v meritvah za slušalke (pojdite na drugi graf), lahko visoka izhodna impedanca močno vpliva na frekvenčni odziv slušalke. Najprej izmerim frekvenčni odziv slušalke s slušalko za slušalke Musical Fidelity, ki ima 5-ohmno izhodno impedanco, nato pa še z dodatnimi 70 ohmskimi uporami, ki so bili dodani, da bi ustvarili skupno izhodno impedanco 75 ohmov.
Učinek, da se bo visoka izhodna impedanca spreminjala z impedanco priključenih slušalk in še posebej s spremembo impedance slušalk pri različnih frekvencah. Slušalke, ki imajo velike impedančne nihanje - kot pri večini modelov z umerjenimi armaturnimi nastavitvami - običajno kažejo znatne spremembe pri frekvenčnem odzivu, ko spremenite iz ojačevalnika z nizko izhodno impedanco na eno z visoko izhodno impedanco. Pogosto sluąalke, ki imajo naravno ravnovesje tonalnega ravnovesja, kadar se uporabljajo z virom z nizko impedanco, bodo imele bassy, dolgočasno ravnovesje med uporabo z virom visoke impedance.
Na srečo je nizka izhodna impedanca na voljo v mnogih visoko zmogljivih ojačevalnikih za slušalke (zlasti na trdnih modelih) in celo na nekaterih čipih za slušalke, ki so vgrajeni v naprave, kot so telefoni iPhone. Običajno ni nobenega načina, da bi zagotovo vedeli, ali so slušalke predvajane za uporabo z visoko ali nizko izhodno impedanco, vendar se raje držim z nizko izhodno impedanco iz razlogov, ki so bili navedeni v tem članku prej.
Raje ne bi uporabljal slušalk z ogromnimi impedančnimi nihanji, ki bi povzročili spremembe frekvenčnega odziva, kadar se uporabljajo z ojačevalniki za slušalke, ki imajo visoko izhodno impedanco (kot na primer v prenosnem računalniku, ki ga vnesem). Na žalost pa navadno raje zvok dobre uravnotežene slušalke za slušalke z ušesom, ki uporablja dinamične gonilnike, zato, ko uporabljam te slušalke z mojim prenosnikom, običajno priključim zunanji amper ali USB slušalke amp / DAC.
Vem, da je to bila dolgočasna razlaga, vendar je izhodna impedanca zapletena tema. Hvala, ker ste z mano, in če imate kakšna vprašanja ali če nekaj pustim, mi pošljite e-pošto in mi sporočite.