01 od 03
Rješavanje jednog od najzahtjevnijih predmeta u audio elektronici
Kad sam učio osnove zvuka, jedan od pojmova koji su mi najteže shvatiti bila je izlazna impedancija. Inputa impedancija sam instinktivno shvatio, s primjera zvučnika . Uostalom, vozač zvučnika sadrži zavojnicu žice, i znao sam da spirala žice otpora električnom protoku. Ali izlazna impedancija? Zašto bi pojačalo ili predpojačalo imalo impedanciju na izlaz, pitao sam se? Ne bi li želio isporučiti svaki mogući volt i pojačalo na sve što vozi?
U svojim razgovorima s čitateljima i entuzijastima tijekom godina, shvatio sam da nisam jedini koji nije dobio cjelokupnu ideju o izlaznoj impedanciji. Zato sam mislio da bi bilo lijepo napraviti primer na temu. U ovom članku ću se baviti s tri zajedničke i vrlo različite situacije: predpojačala, pojačala i pojačala za slušalice.
Prvo, kratko recimo koncept impedancije . Otpor je stupanj do kojeg nešto ograničava protok DC električne energije. Impedancija je u osnovi ista stvar, ali s AC umjesto DC. Obično će impedancija komponente promijeniti kada se frekvencija električnog signala mijenja. Na primjer, mali žica žice će imati gotovo nulu impedancija pri 1 Hz, ali visoka impedancija na 100 kHz. Kondenzator može imati gotovo beskonačnu impedanciju pri 1 Hz, ali gotovo nikakvu impedanciju na 100 kHz.
Izlazna impedancija je količina impedancije između predpojačala ili pojačala (obično tranzistora, ali eventualno transformatora ili cijevi) i stvarnih izlaznih terminala komponente. To uključuje unutarnju impedanciju samog uređaja.
Zašto vam je potrebna izlazna impedancija?
Pa zašto bi komponenta imala izlaznu impedanciju? Uglavnom, štiti ga od oštećenja od kratkog spoja.
Svaki izlazni uređaj je ograničen u količini električne struje koju može podnijeti. Ako je izlaz uređaja kratko spojen, od njega se traži da dostavi veliku količinu struje. Na primjer, izlazni signal od 2,83V proizvodi struju od 0,35 ampera i 1 watt snage u tipičan zvučnik od 8 ohma. Nema problema. Ali ako je žica s impregnacijom od 0,01 ohma spojena preko izlaznog stezaljki pojačala, taj isti izlazni signal od 2,83 volti će proizvesti struju od 282,7 ampera i 800 wata snage. To je daleko, daleko više od većine izlaznih uređaja. Ako strujni krug nema neku vrstu zaštitnog kruga ili uređaja, izlazni uređaj će se pregrijati i vjerojatno će trajati trajno oštećenje. I da, moglo bi i zapaliti.
S nekom količinom impedancije ugrađen u izlaz, komponenta očito ima veću zaštitu od kratkog spoja, jer je izlazna impedancija uvijek u krugu. Recimo da imate amp za slušalice s izlaznom impedancijom od 30 ohma, koja pokreće par slušalica od 32 ohm, a kratko spajate kabel slušalica slučajnim rezanjem paricom. Idete od ukupne impedancije sustava od 62 ohma do ukupne impedancije možda 30,01 ohma, što nije tako velika stvar. Sigurno je puno manje ekstremni nego od 8 ohma do 0,01 ohma.
Koliko je niska bi trebala biti izlazna impedancija?
Vrlo opće pravilo u audio je da želite izlazne impedancije biti najmanje 10 puta manji od očekivanog ulazne impedancije da će se hraniti. Na taj način, izlazna impedancija nema značajan utjecaj na performanse sustava. Ako je izlazna impedancija mnogo više od 10 puta od ulazne impedancije koju će se hraniti, možete dobiti nekoliko različitih problema.
Kod bilo koje audio elektronike, prevelika izlaznu impedancija može stvoriti filtriranje koji uzrokuje čudne anomalije frekvencijskog odziva, a također rezultira smanjenom snagom. Više o ovim pojavama potražite u prvom i drugom članku o tome kako kabeli zvučnika mogu utjecati na kvalitetu zvuka.
Kod pojačala postoji dodatni problem. Kad pojačalo pomiče konus zvučnika naprijed ili unatrag, oslonac zvučnika opruzi konus natrag u središnji položaj. Ova akcija generira napon koji se zatim baca natrag na pojačalo. (Ova pojava je poznata kao "back EMF" ili obrnuto elektromotorna sila.) Ako je izlazna impedancija pojačala dovoljno niska, učinkovito će ukloniti leđa EMF i djelovati kao kočnica na konusu dok se vrati natrag. Ako je izlazna impedancija pojačala previsoka, neće moći zaustaviti konus i konus će nastaviti opuštanje naprijed-natrag sve dok se trenje ne zaustavi. To stvara efekt zvonjenja i čini napomene da ostanu nakon što su trebali prestati.
To možete vidjeti u procjenama prigušnih faktora pojačala. Faktor prigušenja je očekivana prosječna ulazna impedancija (8 ohms) podijeljena s izlaznom impedancijom pojačala. Što je veći broj, to je bolji faktor prigušenja.
Impedancija pojačala
Budući da govorimo o pojačalima, počnimo s tim primjerom, koji je prikazan na gornjem crtežu. Impedanse zvučnika obično su ocijenjene s 6 do 10 ohma, ali uobičajeno je da zvučnici padaju na impedanciju od 3 ohma na određenim frekvencijama, a čak i 2 ohma u nekim ekstremnim slučajevima. Ako istodobno izvodite dva zvučnika paralelno, kao što ih prilagođeni instalaci često rade pri stvaranju višenamjenskih audio sustava koji rezultiraju impedancijom na pola, što znači da se zvučnik koji pada na 2 ohma, recimo, 100 Hz sada padne na 1 ohma na toj frekvenciji kada je upareni s drugim zvučnikom istog tipa. To je ekstremni slučaj, naravno, ali dizajneri pojačala moraju računati na takve ekstremne slučajeve ili bi mogli biti suočeni s velikim gomilom pojačala koji dolaze na popravak.
Ako ustanovimo minimalnu impedanciju zvučnika od 1 ohma, to znači da amp treba imati izlaznu impedanciju ne više od 0,1 ohma. Očito, nema mjesta za dodavanje dovoljno otpora na izlaz ove pojačala kako bi se izlazni uređaji pružili stvarnom zaštitom.
Dakle, pojačalo će morati zaposliti neku vrstu zaštite. To bi moglo biti nešto što prati strujni izlaz struje i odspojuje izlaz ako je trenutni prijelaz previsok. Ili bi mogao biti jednostavan kao osigurač ili prekidač na dolaznoj mreži za napajanje ili na vodilicama napajanja. Odspojite mrežni napon kada strujni izlaz bude veći od mogućnosti upravljanja pojačalima.
Usput, gotovo svi cjevasti pojačala koriste izlazne transformatore, i zato što izlazni transformatori su samo zavojnice žice omotane oko metalnog okvira, imaju znatnu impedanciju vlastitog, ponekad čak 0,5 ohma ili čak više. Zapravo, kako bi simulirao zvuk cijevnog pojačala u njegovim Sunfire solid state (tranzistor) pojačalima, glasoviti dizajner Bob Carver dodao je "trenutni način rada" prekidača koji je postavio 1 ohma otpornik u nizu s izlaznim uređajima. Naravno, to je narušilo minimalni omjer izlazne impedancije od 1 do 10 za očekivanu ulaznu impedanciju o kojoj smo govorili gore i time imali značajan utjecaj na frekvencijski odziv spojenog zvučnika, ali to je ono što dobivate s mnogo cijevnih pojačala i to je upravo ono što Carver želi simulirati.
02 od 03
Poboljšanje izlaza pretvarača / izvora uređaja
S predpojačalom ili izvornim uređajem (CD player, kabelska kutija itd.), Kao što je prikazano na crtežu gore, to je drugačija situacija. U ovom slučaju, ne brinete se o struji ili struji. Sve što trebate prenijeti audio signal je napon. Prema tome, nizvodni uređaj - pojačalo snage, u slučaju pretpojačala ili pretpojačala, u slučaju izvora - može imati visoku ulaznu impedanciju. Svaka struja koja dolazi kroz liniju gotovo je u potpunosti blokirana tom visokom ulaznom impedancijom, ali napona dobiva pravedan prekid.
Za većinu strujnih pojačala i predpojačala uobičajena je ulazna impedancija od 10 do 100 kilohma. Inženjeri mogu ići veći, ali oni svibanj dobiti više buke na taj način. Usput, gitara pojačala obično imaju ulazne impedancije od 250 kilohm do 1 megohm, jer električni gitara pickups obično imaju izlazne impedancije u rasponu od 3 do 10 kilohma.
Kratki krugovi mogu biti uobičajeni s krugovima na razini linija, jer je tako lako slučajno trljati dva gola vodiča RCA utikača na komad metala koji ih skraca. Dakle, izlazne impedancije od 100 ohma ili više su uobičajene u predpojačalima i izvornim uređajima. Vidio sam nekoliko egzotičnih, high-end komponenti s line-level izlazne impedancije kao niska kao 2 ohma, ali oni će imati ili vrlo teške izlazni tranzistora ili zaštitni krug kako bi se spriječilo oštećenje od kratke hlače. U nekim slučajevima mogu imati spojni kondenzator na izlazu kako bi blokirali istosmjerni napon i spriječili izgaranje izlaznog uređaja.
Phono preamps su potpuno drugačiji predmet. Iako obično imaju izlazne impedancije slične onima CD-a, njihove ulazne impedancije su vrlo različite od onih predprijava u linijskom stupnju. To je previše za ulazak. Možda ću kopati tu temu u nekom drugom članku.
03 od 03
Impedancija izlaza jakosti slušalica
Prevelika popularnost slušalica donijela je prilično čudan, nestandardni sustav impedancije raspored tipičnih slušalica pojačala u središte pozornosti. Za razliku od uobičajenih pojačala, slušalice imaju široku lepezu izlaznih impedancija. Istinski jeftini slušalice, poput onih ugrađenih u većinu prijenosnih računala, mogu imati izlaznu impedanciju čak 75 ili čak 100 ohma, iako se impedancija slušalica tipično kreće od oko 16 do 70 ohm.
Rijetko je da potrošač odspoji i ponovno poveže zvučnike kada se radi o strujnom krugu, a rijetko se i kada se kabel zvučnika ošteti kad se radi o pojačalu. Ali sa slušalicama, sve se to događa cijelo vrijeme. Ljudi rutinski povezuju ili odspoju slušalice kada se radi o pojačalu slušalica. Kabeli slušalica često su oštećeni - ponekad stvaraju kratki spoj - dok su oni u upotrebi. Naravno, većina pojačala slušalica su jeftini uređaji, što može dodati pristojan zaštitni krug troškovno zabranjen. Dakle, većina proizvođača uzima lakši put: oni povećavaju izlaznu impedanciju pojačala dodavanjem otpornika (ili povremeno kondenzatora).
Kao što možete vidjeti u svojim mjerenjima za slušalice (idite na drugi grafikon), visoka izlazna impedancija može imati ogroman utjecaj na frekvencijski odziv slušalica. Mjerim frekvencijski odziv slušalica najprije pomoću zvučnika Fidelity slušalica koji ima 5-ohmsku izlaznu impedanciju, a zatim ponovo dodavanjem dodatnih 70 ohm otpora kako bi se stvorila ukupna izlazna impedancija od 75 ohma.
Učinak koji će imati visoku izlaznu impedanciju varira od impedancije spojene slušalice, a posebno s promjenom impedancije slušalica na različitim frekvencijama. Slušalice koje imaju velike impedancijske ljuljačke - kao i većina modela u uhu s uravnoteženim armatim vozačima - obično pokazuju bitne promjene u frekvencijskom odzivu kada se prebacujete s pojačala s niskom izlaznom impedancijom na jedan s visokom izlaznom impedancijom. Često, slušalice koje imaju prirodno zvučnu tonsku ravnotežu kada se koriste s niskim impedancijskim izvorom, imat će ravnotežu s velikom količinom zvuka kada se koriste s visokim impedancijskim izvorom.
Srećom, niska izlazna impedancija dostupna je u mnogim naprednim slušalicama (pogotovo u modelima čvrstog stanja), pa čak i neke male slušalice s mikrofonom ugrađene u uređaje poput iPhona. Obično nema načina da znate sigurno hoće li se slušalica koristiti za visoke ili niske izlazne impedancije, ali radije bih se držala niske izlazne impedancije iz razloga navedenih ranije u ovom članku.
Ja bih radije ne koristiti slušalice s ogromnim impedancija ljuljačke koji bi izazvao frekvencijski odziv promjene kada se koristi s slušalice pojačala koji imaju visoku izlaznu impedancija (kao što je jedan u laptop sam upisati na ovaj). Nažalost, ipak, ja općenito volim zvuk dobre balansirane slušalice za slušalice na uho koji koristi dinamičke upravljačke programe, tako da kad koristim ove slušalice s mojim prijenosnim računalom, obično priključujem vanjsku pojačalu ili USB slušalice / DAC.
Znam da je to bilo dugo objašnjenje, ali izlazna impedancija je složena tema. Hvala što ste nosili sa mnom, a ako imate bilo kakvih pitanja ili ako nešto ostavim, pošaljite mi e-mail i javite mi.