01 din 03
Eliminarea unuia dintre subiectele cele mai confuze din domeniul electronicii audio
Când învățam bazele audio, unul dintre conceptele care mi-a fost cel mai greu de înțeles a fost impedanța de ieșire. Impedanța de intrare am înțeles instinctiv, din exemplul unui vorbitor . La urma urmei, un difuzor conține o bobină de sârmă și am știut că o bobină de sârmă rezistă fluxului electric. Dar impedanța de ieșire ? De ce ar avea un amplificator sau preamplific impedanță la ieșirea lui, m-am întrebat? N-ar vrea să ducă la fiecare volt posibil și amperi la ceea ce conduce?
În chat-urile mele cu cititori și entuziaști de-a lungul anilor, am ajuns să-mi dau seama că nu am fost singurul care nu a primit toată ideea de impedanță de ieșire. Așa că am crezut că ar fi frumos să fac o ameliorare a subiectului. În acest articol, voi aborda trei situații comune și foarte diferite: preamplificatoare, amperi și amplificatoare pentru căști.
În primul rând, să revedem pe scurt conceptul de impedanță . Rezistența este gradul în care ceva restricționează fluxul de energie electrică DC. Impedanța este în esență același lucru, dar cu AC în loc de DC. În mod tipic, impedanța unei componente se va schimba pe măsură ce se modifică frecvența semnalului electric. De exemplu, o mică bobină de sârmă va avea impedanță aproape la zero la 1 Hz, dar o impedanță ridicată la 100 kHz. Un condensator ar putea avea impedanță aproape infinită la 1 Hz, dar aproape nici o impedanță la 100 kHz.
Impedanța de ieșire este cantitatea de impedanță dintre dispozitivele de ieșire ale preamplificatorului sau ale amplificatorului (de obicei tranzistori, dar eventual un transformator sau tub) și terminalele de ieșire efective ale componentei. Aceasta include impedanța internă a dispozitivului în sine.
De ce aveți nevoie de impedanță de ieșire?
Deci, de ce ar avea o componentă o impedanță de ieșire? În cea mai mare parte, este de a proteja împotriva daunelor cauzate de scurtcircuite.
Orice dispozitiv de ieșire este limitat în cantitatea de curent electric pe care o poate manevra. Dacă ieșirea dispozitivului este scurtcircuitată, este solicitat să livreze o cantitate imensă de curent. De exemplu, un semnal de ieșire de 2,83 V va produce un curent de 0,35 amperi și 1 watt de putere într-un difuzor tipic de 8 ohmi. Nici o problema acolo. Dar dacă un cablu cu impedanță de 0,01 ohmi a fost conectat la bornele de ieșire ale unui amplificator, același semnal de ieșire de 2,83 V va produce un curent de 282,7 amperi și 800 de watți de putere. Este mult, mult mai mult decât majoritatea dispozitivelor de ieșire pot livra. Excepția cazului în care amplificatorul are un fel de circuit sau dispozitiv de protecție, atunci dispozitivul de ieșire se va supraîncălzi și probabil va suferi pagube permanente. Și da, ar putea chiar să se prăjească.
Cu o anumită cantitate de impedanță încorporată în ieșire, componenta are în mod evident o protecție mai mare împotriva scurtcircuitului, deoarece impedanța de ieșire este întotdeauna în circuit. Spuneți că aveți un amplificator pentru căști cu o impedanță de ieșire de 30 ohmi, conducând o pereche de căști de 32 ohmi și scurtcircuitând cablul căștilor prin tăierea accidentală cu o foarfecă. Te duci dintr-o impedanță totală de sistem de 62 ohmi până la o impedanță totală de 30.01 ohmi, ceea ce nu este așa de mare. Desigur, mult mai puțin extremă decât trecerea de la 8 ohmi la 0.01 ohmi.
Cât de scăzut ar trebui să fie impedanță de ieșire?
O regulă foarte generală a sunetului este că doriți ca impedanța de ieșire să fie de cel puțin 10 ori mai mică decât impedanța de intrare așteptată pe care o va alimenta. În acest fel, impedanța de ieșire nu are un efect semnificativ asupra performanței sistemului. Dacă impedanța de ieșire este mult mai mare de 10 ori impedanța de intrare pe care o va alimenta, puteți obține câteva probleme diferite.
Cu orice electronică audio, o impedanță de ieșire prea mare poate crea efecte de filtrare care generează anomalii de răspuns la frecvență ciudate și, de asemenea, conduc la o putere redusă. Pentru mai multe despre aceste fenomene, verificați primele și cele de-a doua articole despre cum cablurile difuzoarelor pot afecta calitatea sunetului.
Cu amplificatoare, există o problemă suplimentară. Atunci când amplificatorul mișcă conul difuzorului înainte sau înapoi, suspensia difuzorului întoarce conul înapoi în poziția sa centrală. Această acțiune generează tensiune care este apoi aruncată înapoi la amplificator. (Acest fenomen este cunoscut sub numele de "EMF înapoi" sau de forță inversă electromotoare.) Dacă impedanța de ieșire a amplificatorului este suficient de scăzută, aceasta va scurta în mod eficient acel EMF în spate și va acționa ca o frână pe con în momentul în care revine. Dacă impedanța de ieșire a amplificatorului este prea mare, aceasta nu va putea opri conul și conul va continua să se aprindă înainte și înapoi până când se oprește fricțiunea. Acest lucru creează un efect de apel și face ca notele să rămână neschimbate după ce ar trebui să se oprească.
Puteți vedea acest lucru în evaluarea factorului de amortizare al amplificatoarelor. Factorul de amortizare este impedanța medie de intrare așteptată (8 ohmi) împărțită la impedanța de ieșire a amplificatorului. Cu cât este mai mare numărul, cu atât este mai bine factorul de amortizare.
Amplificator Impedanță de ieșire
Deoarece vorbim despre amperi, să începem cu exemplul respectiv, care este prezentat în desenul de mai sus. Impedanțele difuzoarelor sunt în mod obișnuit evaluate între 6 și 10 ohmi, dar este normal ca difuzoarele să scadă la 3 ohmi impedanță la anumite frecvențe și chiar și 2 ohmi în unele cazuri extreme. Dacă rulați două boxe în paralel, cum fac instalatorii personalizați atunci când creați sisteme multiroom audio , care taie impedanța în jumătate, ceea ce înseamnă un difuzor care scade la 2 ohmi la, de exemplu, 100 Hz acum scade la 1 ohm la acea frecvență atunci când este asociat cu un alt difuzor de același tip. Acesta este un caz extrem, bineînțeles, dar designerii de amplificatoare trebuie să țină cont de astfel de cazuri extreme sau ar putea să se confrunte cu o grămadă de amperi care vin pentru reparare.
Dacă avem o impedanță minimă a difuzorului de 1 ohm, înseamnă că amplificatorul ar trebui să aibă o impedanță de ieșire de nu mai mult de 0,1 ohmi. Evident, nu există loc pentru a adăuga suficientă rezistență la ieșirea acestui amplificator pentru a oferi dispozitivelor de ieșire o protecție reală.
Astfel, amplificatorul va trebui să utilizeze un fel de circuit de protecție. Acesta ar putea fi un lucru care să urmărească ieșirea curentului amplificatorului și să deconecteze ieșirea dacă tragerea curentă este prea mare. Sau ar putea fi la fel de simplu ca o siguranță sau un întrerupător de circuit de pe linia de alimentare de curent alternativ sau de șinele sursei de alimentare. Acestea deconectează sursa de alimentare atunci când tragerea curentă este mai mare decât amperul poate manipula.
De altfel, aproape toate amplificatoarele de putere ale tubului folosesc transformatoare de ieșire și deoarece transformatoarele de ieșire sunt doar bobine de sârmă înfășurate în jurul unui cadru metalic, acestea au impedanță substanțială a lor, uneori până la 0,5 ohmi sau chiar mai mult. De fapt, pentru a simula sunetul unui amplificator de tuburi în amplificatoarele sale solide (tranzistor) Sunfire, designerul renumit Bob Carver a adăugat un comutator "mod curent" care a plasat un rezistor de 1 ohm în serie cu dispozitivele de ieșire. Bineînțeles, acest lucru a încălcat raportul minim de impedanță de ieșire la impedanța de intrare așteptată de la 1 la 10, pe care l-am discutat mai sus și astfel a avut un efect substanțial asupra răspunsului de frecvență al difuzorului conectat, dar asta este ceea ce obțineți cu multe amplificatoare de tub și este exact ceea ce a vrut Carver să simuleze.
02 din 03
Impedanța de ieșire a dispozitivului preamplificator / sursă
Cu un dispozitiv preamplificator sau sursă (CD player, cutie de cablu etc.), așa cum se arată în desenul de mai sus, este o situație diferită. În acest caz, nu vă interesează puterea sau curentul. Tot ce trebuie să transmiteți semnalul audio este tensiunea. Astfel, dispozitivul din aval - un amplificator de putere, în cazul unui preamplificator sau un preamplificator, în cazul unui dispozitiv sursă - poate avea o impedanță de intrare ridicată. Orice curent care trece prin linie este aproape în întregime blocat de impedanța de intrare ridicată, dar tensiunea devine foarte bună.
Pentru majoritatea amplificatoarelor de putere și a preamplificărilor, este comună o impedanță de intrare de 10 până la 100 kilohms. Inginerii pot merge mai sus, dar pot obține mai mult zgomot în acest fel. De altfel, amperi de chitară au în mod obișnuit impedanțe de intrare de 250 kilohms la 1 megohm, deoarece pickup-urile de chitară electrică au impedanțe de ieșire de la 3 la 10 kilohms.
Circuitele scurte pot fi comune cu circuitele la nivel de linie, pentru că este atât de ușor să frecați accidental doi conductori goi ai unui conector RCA împotriva unei bucăți de metal care le scurtează. Astfel, impedanțele de ieșire de 100 ohmi sau mai mult sunt comune în preamplificatoarele și dispozitivele sursă. Am văzut câteva componente exotice, de vârf, cu impedanțe de ieșire la nivel de linie de 2 ohmi, dar acestea vor avea fie tranzistoare de ieșire foarte grele, fie un circuit de protecție pentru a preveni deteriorarea de la pantaloni scurți. În unele cazuri, acestea pot avea un condensator de cuplare la ieșire pentru a bloca tensiunea DC și pentru a împiedica arderea dispozitivului de ieșire.
Preampliunile Phono sunt în întregime un subiect diferit. În timp ce acestea au în mod obișnuit impedanțe de ieșire similare cu cele ale unui CD player, impedanțele lor de intrare sunt foarte diferite de cele ale unui preamplaj în stadiul de linie. E prea mult ca să intri aici. Poate că voi intra în acest subiect într-un alt articol.
03 din 03
Amplificarea ieșirii amperului pentru căști
Creșterea popularității căștilor a adus la lumina reflectoarelor un aranjament impedanță sistemic, destul de ciudat, non-standard, al amperilor tipice pentru căști. Spre deosebire de amplificatoarele convenționale, amplificatoarele pentru căști vin într-o gamă largă de impedanțe de ieșire. Amperi de căști foarte ieftine, cum ar fi cei construiți în majoritatea laptopurilor, pot avea o impedanță de ieșire de 75 sau chiar 100 ohmi, chiar dacă impedanța căștilor variază de obicei de la 16 la 70 ohmi.
Este rar pentru un consumator să deconecteze și să reconecteze difuzoarele atunci când un amplificator funcționează și, de asemenea, rare pentru ca difuzoarele să fie deteriorate atunci când un amplificator funcționează. Dar cu căști, lucrurile se întâmplă tot timpul. Oamenii în mod obișnuit conectează sau deconectează căștile când funcționează un amplificator pentru căști. Cablurile pentru căști sunt adesea deteriorate - uneori creează un scurtcircuit - în timp ce sunt în uz. Desigur, cele mai multe amperi pentru căști sunt dispozitive ieftine, ceea ce poate face ca un circuit decent de protecție să nu fie prohibitiv. Deci majoritatea producătorilor iau calea cea mai ușoară: ridică impedanța de ieșire a amplificatorului prin adăugarea unui rezistor (sau, ocazional, a unui condensator).
După cum puteți vedea în măsurătorile căștilor mele (mergeți până la al doilea grafic), impedanța de ieșire ridicată poate avea un efect enorm asupra răspunsului la frecvență al căștilor. Măsoară mai întâi răspunsul de frecvență al căștilor cu un amplificator pentru căști Fidelity Musical care are o impedanță de ieșire de 5 ohmi, apoi din nou cu o rezistență suplimentară de 70 ohmi adăugată pentru a crea o impedanță totală de ieșire de 75 ohmi.
Efectul pe care o impedanță de ieșire mare va avea variază în funcție de impedanța căștilor conectați și mai ales de modificarea impedanței căștilor la frecvențe diferite. Căștile care au oscilații mari de impedanță - așa cum fac majoritatea modelelor în ureche cu șoferi cu armatură echilibrată - vor avea de obicei schimbări substanțiale în răspunsul de frecvență atunci când treceți de la un amplificator cu impedanță scăzută la ieșire la unul cu impedanță de ieșire mare. Adesea, o căști care are un echilibru natural de sunet atunci când este utilizată cu o sursă de impedanță scăzută va avea un echilibru bassy, plicticos atunci când este utilizat cu o sursă de impedanță ridicată.
Din fericire, impedanța de ieșire scăzută este disponibilă în multe amplificatoare de căști de înaltă calitate (în special în modele solide) și chiar și în unele chips-uri mici pentru căști integrate în dispozitive precum iPhone. De obicei, nu există nici o modalitate de a ști sigur dacă se exprimă căștile pentru utilizarea cu impedanțe de ieșire ridicate sau joase, dar prefer să rămân cu impedanță scăzută de ieșire din motivele menționate anterior în acest articol.
Aș prefera să nu folosesc căști cu leagăne mari de impedanță care ar cauza modificări ale frecvenței de răspuns atunci când sunt utilizate cu amplificatoare pentru căști care au o impedanță de ieșire ridicată (precum cea din laptop pe care o scriu). Din păcate, în general, prefer cel mai bun sunet al unei căști de intrare pentru armatură echilibrată cu cea care folosește șoferi dinamici, așa că atunci când folosesc aceste căști cu laptop-ul meu, de obicei conectez un amplificator extern sau un amplificator / DAC pentru căști USB.
Știu că aceasta a fost o explicație lungă, dar impedanța de ieșire este un subiect complicat. Vă mulțumim că v-ați purtat cu mine și dacă aveți întrebări sau dacă am lăsat ceva, trimiteți-mi un e-mail și spuneți-mi.