01 dari 03
Menangani Salah satu Subjek Paling Menyenangkan di Audio Elektronik
Apabila saya belajar asas-asas audio, salah satu konsep yang paling sukar untuk saya memahami adalah impedans output. Input impedans saya difahami secara naluriah, dari contoh pembicara . Lagipun, pemandu penceramah mengandungi gegelung dawai, dan saya tahu gegelung dawai menentang aliran elektrik. Tetapi impedans output ? Mengapa amplifier atau preamp mempunyai impedans pada keluarannya, saya tertanya-tanya? Bukankah ia mahu menyampaikan semua voltan dan amp yang mungkin untuk apa sahaja yang memandu?
Dalam perbualan saya dengan pembaca dan peminat sepanjang tahun, saya telah menyedari bahawa saya bukan satu-satunya yang tidak mendapat keseluruhan impedans output. Jadi saya fikir ia akan menjadi baik untuk membuat buku asas mengenai perkara ini. Dalam artikel ini, saya akan menangani tiga keadaan yang biasa dan sangat berbeza: preamps, amps dan ampa fon kepala.
Pertama, mari kita sebutkan konsep impedans secara ringkas. Rintangan ialah sejauh mana sesuatu mengehadkan aliran elektrik DC. Impedance pada dasarnya adalah perkara yang sama, tetapi dengan AC bukan DC. Biasanya, impedans komponen akan berubah kerana kekerapan perubahan isyarat elektrik. Sebagai contoh, gegelung dawai kecil akan mempunyai hampir impedans sifar pada 1 Hz tetapi impedans tinggi pada 100 kHz. Kapasitor mungkin mempunyai impedans hampir tak terhingga pada 1 Hz tetapi hampir tidak mempunyai impedans pada 100 kHz.
Output impedans adalah jumlah impedans antara peranti keluaran preamp atau penguat (biasanya transistor, tetapi mungkin pengubah atau tiub) dan terminal keluaran sebenar komponen. Ini termasuk impedans dalaman peranti itu sendiri.
Mengapa Anda Perlu Impedans Output?
Jadi mengapa komponen mempunyai impedans keluaran? Untuk sebahagian besar, ia untuk melindunginya daripada kerosakan dari litar pintas.
Sebarang peranti keluaran adalah terhad dalam jumlah arus elektrik yang boleh dikendalikan. Sekiranya output peranti dipalang, ia diminta untuk menghantar sejumlah besar semasa. Sebagai contoh, isyarat keluaran 2.83-volt akan menghasilkan arus 0.35 amps dan 1 watt kuasa ke dalam pembesar suara biasa 8-ohm. Tiada masalah di sana. Tetapi jika wayar dengan 0.01 ohms impedans disambungkan ke terminal output penguat, isyarat keluaran 2.83-volt yang sama akan menghasilkan arus 282.7 amp dan 800 watt kuasa. Setakat ini, jauh lebih banyak daripada kebanyakan peranti output yang boleh disampaikan. Kecuali amp mempunyai beberapa litar atau peranti perlindungan, maka peranti keluaran akan menjadi terlalu panas dan mungkin akan mengalami kerosakan yang tetap. Dan ya, ia juga boleh menembak.
Dengan beberapa impedans yang dibina ke dalam output, komponen itu jelas mempunyai perlindungan yang lebih besar terhadap litar pintas, kerana impedans keluaran sentiasa berada di litar. Katakan anda mempunyai amp fon kepala dengan impedans output sebanyak 30 ohm, memandu sepasang fon kepala 32 ohm, dan anda memendekkan kord fon kepala dengan sengaja memotongnya dengan sepasang gunting. Anda pergi dari impedans sistem total sebanyak 62 ohm ke jumlah impedans mungkin 30.01 ohms, yang tidak begitu besar. Sudah tentu banyak kurang ekstrem daripada pergi dari 8 ohms ke 0.01 ohms.
Berapa Impedans Output Keadaan Yang Rendah?
Peraturan umum yang sangat umum dalam audio ialah anda menginginkan impedans keluaran menjadi sekurang-kurangnya 10 kali lebih rendah daripada impedans input yang dijangkakan bahawa ia akan memberi makan. Dengan cara ini, impedans keluaran tidak mempunyai kesan yang signifikan terhadap prestasi sistem. Jika impedans keluaran adalah lebih daripada 10 kali impedans input yang akan memberi makan, anda boleh mendapatkan beberapa masalah yang berbeza.
Dengan mana-mana elektronik audio, impedans keluaran yang terlalu tinggi boleh menghasilkan kesan penapisan yang menyebabkan anomali tindak balas frekuensi pelik, dan juga menghasilkan keluaran kuasa yang berkurangan. Untuk lebih lanjut mengenai fenomena ini, periksa artikel pertama dan kedua mengenai bagaimana kabel pembesar suara boleh menjejaskan kualiti bunyi.
Dengan penguat, terdapat masalah tambahan. Apabila penguat menggerakkan kerusi pembesar ke hadapan atau ke belakang, suspensi pembesar suara memancarkan kerucut kembali ke kedudukan pusatnya. Tindakan ini menjana voltan yang kemudiannya dilemparkan ke penguat. (Fenomena ini dikenali sebagai "belakang EMF" atau daya elektromotivik yang terbalik.) Jika impedans keluaran penguat adalah cukup rendah, ia akan berkurang dengan cepat bahawa EMF kembali dan bertindak sebagai brek pada kon kerana ia kembali. Sekiranya impedans keluaran penguat adalah terlalu tinggi, ia tidak akan dapat menghentikan kon, dan kon akan terus berulang-ulang ke belakang sehingga geseran berhenti. Ini mencipta kesan bunyi dan membuat nota berlari selepas mereka sepatutnya berhenti.
Anda boleh melihat ini di peringkat faktor redaman penguat. Faktor redaman adalah impedans input purata yang diharapkan (8 ohms) dibahagikan dengan impedans keluaran amp. Semakin tinggi angka, semakin baik faktor redaman.
Penguat Output Impedans
Oleh kerana kita bercakap tentang amp, mari kita mulakan dengan contoh itu, yang ditunjukkan dalam lukisan di atas. Galangan penceramah biasanya diberi nilai 6 hingga 10 ohm, tetapi ia biasa digunakan untuk penceramah untuk menurunkan 3 ohm impedans pada frekuensi tertentu, dan walaupun 2 ohm dalam beberapa kes yang melampau. Jika anda menjalankan dua pembesar suara secara selari, seperti pemasang adat yang sering dilakukan ketika membuat sistem audio berbilang ruang , yang memotong impedans pada separuh, yang bermaksud pembesar suara yang turun ke 2 ohms, katakanlah, 100 Hz kini turun ke 1 ohm pada frekuensi itu apabila ia berpasangan dengan penceramah lain yang sama. Itulah kes yang melampau, tentu saja, tetapi pereka penguat perlu mengambil kira kes-kes yang melampau atau mereka mungkin menghadapi tumpukan am besar yang datang untuk dibaiki.
Jika kita mengira impedans pembesar suara minimum 1 ohm, itu bermakna amp harus mempunyai impedans keluaran tidak lebih daripada 0.1 ohm. Jelas sekali, tidak ada ruang untuk menambah rintangan yang mencukupi untuk output amp ini untuk memberikan peranti output sebarang perlindungan sebenar.
Oleh itu, penguat akan menggunakan beberapa jenis litar perlindungan. Itu boleh menjadi sesuatu yang menjejaki keluaran semasa amp dan memutuskan output jika undian semasa terlalu tinggi. Atau ia boleh semudah pemutus fius atau pemutus litar pada garisan kuasa AC yang masuk atau rel bekalan kuasa. Ini cabut bekalan kuasa apabila seri semasa lebih daripada amp boleh mengendalikan.
Secara kebetulan, hampir semua penguat kuasa tiub menggunakan transformer output, dan kerana transformer output hanyalah gegelung dawai yang dibalut dengan bingkai logam, mereka mempunyai impedan yang besar sendiri, kadang-kadang sebanyak 0.5 ohm atau lebih. Malah, untuk mensimulasikan bunyi amp tiub di dalam penguat keadaan pepejal Sunfire (transistor), pereka terkenal Bob Carver menambahkan suis "mod semasa" yang meletakkan perintang 1-ohm secara siri dengan peranti output. Sudah tentu, ini melanggar nisbah min 1-ke-10 output impedans kepada impedans input yang dijangka yang kita dibincangkan di atas, dan dengan itu mempunyai kesan besar pada tindak balas frekuensi penceramah yang disambungkan, tetapi itulah yang anda dapatkan dengan banyak ampa tiub dan Itulah yang Carver mahu mensimulasikan.
02 dari 03
Impedance Output Device Output / Sumber
Dengan peranti preamp atau sumber (pemain CD, kotak kabel, dan lain-lain), seperti yang ditunjukkan dalam lukisan di atas, ia adalah satu keadaan yang berbeza. Dalam kes ini, anda tidak peduli dengan kuasa atau semasa. Apa yang anda perlukan untuk menyampaikan isyarat audio ialah voltan. Oleh itu, peranti hiliran - penguat kuasa, dalam kes preamp, atau preamp, dalam kes peranti sumber - boleh mempunyai impedans input yang tinggi. Mana-mana arus yang datang melalui garisan hampir seluruhnya disekat oleh impedans input yang tinggi, tetapi voltan yang diperolehi dengan baik.
Untuk kebanyakan kuasa amp dan pra, impedans input 10 hingga 100 kiloh adalah perkara biasa. Jurutera boleh pergi lebih tinggi, tetapi mereka boleh mendapatkan lebih banyak bunyi seperti itu. Secara kebetulan, papan gitar biasanya mempunyai impedan input 250 kilohms hingga 1 megohm, kerana pickup gitar elektrik biasanya mempunyai impedan output antara 3 hingga 10 kilohms.
Litar pintas boleh menjadi sama dengan litar paras talian, kerana ia sangat mudah untuk secara tidak sengaja menggosokkan dua konduktor telanjang daripada palam RCA terhadap sekeping logam yang melepaskannya. Oleh itu, impedansi output sebanyak 100 ohms atau lebih adalah biasa dalam prapapar dan peranti sumber. Saya telah melihat beberapa komponen eksotik yang mewah dengan impedans keluaran peringkat serendah serendah 2 ohms, tetapi ini akan mempunyai sama ada transistor keluaran yang sangat berat atau litar perlindungan untuk mengelakkan kerosakan daripada seluar pendek. Dalam sesetengah kes, mereka mungkin mempunyai kapasitor gandingan pada output untuk menyekat voltan DC dan menghalang pembakaran peranti output.
Phono preamps adalah subjek yang berbeza sepenuhnya. Walaupun mereka biasanya mempunyai impedan output yang serupa dengan pemain CD, impedans input mereka adalah sangat berbeza daripada mereka sebelum peringkat peringkat. Itu terlalu banyak untuk masuk ke sini. Mungkin saya akan menggali topik itu dalam artikel lain.
03 dari 03
Output Amp Headphone Impedance
Lonjakan populariti fon kepala telah membawa susunan impedans sistem yang agak pelik dan bukan standard ampa fon tipikal kepada perhatian. Tidak seperti amps konvensional, amp fon kepala datang dalam pelbagai impedans keluaran. Amplas fon kepala yang murah, seperti yang dibina ke dalam kebanyakan komputer riba, mungkin mempunyai impedan output setinggi 75 atau 100 ohm, walaupun impedans fon kepala biasanya berkisar dari kira-kira 16 hingga 70 ohm.
Ia jarang berlaku bagi pengguna untuk memutuskan sambungan dan menyambung semula speaker apabila sebuah amp sedang berjalan, dan juga jarang untuk kabel pembesar suara akan rosak apabila sebuah amp sedang berjalan. Tetapi dengan fon kepala, perkara-perkara ini berlaku sepanjang masa. Orang-orang secara rutin menyambung atau melepaskan fon kepala apabila amp fon kepala sedang berjalan. Kabel fon kepala sering rosak - kadang-kadang mencipta litar pintas - semasa ia sedang digunakan. Sudah tentu, kebanyakan ampaid fon kepala adalah peranti murah, yang boleh menjadikan penambahan litar perlindungan yang layak. Jadi kebanyakan pengeluar mengambil jalan keluar yang lebih mudah: Mereka menaikkan impedansi keluaran penguat dengan menambahkan perintang (atau kadang-kadang sebuah kapasitor).
Seperti yang anda dapat lihat dalam ukuran fon kepala saya (turun ke graf kedua), impedans keluaran yang tinggi boleh mempunyai kesan besar pada tindak balas frekuensi fon kepala. Saya mengukur tindak balas frekuensi fon kepala terlebih dahulu dengan fon kepala fidelity Musical Fidelity yang mempunyai impedans keluaran 5 ohm, sekali lagi dengan tambahan rintangan 70 ohms ditambah untuk menghasilkan impedans keluaran maksimum 75 ohm.
Kesan bahawa impedans keluaran yang tinggi akan bervariasi dengan impedans fon kepala yang disambungkan, dan terutamanya dengan perubahan dalam impedans fon kepala pada frekuensi yang berbeza. Fon kepala yang mempunyai perubahan impedans besar - kerana kebanyakan model telinga dengan pemandu yang seimbang - biasanya akan menunjukkan perubahan besar dalam tindak balas frekuensi apabila anda berubah dari sebuah amp dengan impedans keluaran yang rendah kepada satu dengan impedans keluaran yang tinggi. Selalunya, fon kepala yang mempunyai baki keseimbangan semula jadi apabila digunakan dengan sumber impedans rendah akan mempunyai keseimbangan, bosan yang membosankan apabila digunakan dengan sumber impedans yang tinggi.
Nasib baik, impedans keluaran yang rendah boleh didapati di banyak am fon kepala tinggi (terutamanya model keadaan pepejal), dan juga beberapa cip amp fon kepala yang dibina ke dalam peranti seperti iPhone. Selalunya tidak ada cara untuk mengetahui dengan pasti jika fon kepala disuarakan untuk digunakan dengan impedans keluaran tinggi atau rendah, tetapi saya lebih suka melekat dengan impedans keluaran yang rendah atas alasan yang disebutkan di dalam artikel ini.
Saya lebih suka untuk tidak menggunakan fon kepala dengan perubahan impedans besar yang akan menyebabkan perubahan tindak balas frekuensi apabila digunakan dengan amp fon kepala yang mempunyai impedans keluaran yang tinggi (seperti yang ada dalam komputer riba yang saya menaipkan ini). Malangnya, pada umumnya saya lebih suka bunyi fon kepala yang seimbang di dalam telinga yang menggunakan pemacu dinamik, jadi apabila saya menggunakan fon kepala ini dengan komputer riba saya, biasanya saya menyambungkan amp luar atau USB headphone amp / DAC.
Saya tahu ini merupakan penjelasan yang panjang, tetapi output impedans adalah topik rumit. Terima kasih kerana memberi saya, dan jika anda mempunyai sebarang pertanyaan atau jika saya meninggalkan sesuatu, hantarkan saya e-mel dan beritahu saya.