01. 03. sz
Az Audio Electronics egyik legérzékenyebb témája
Amikor elsajátítottam az audio alapjait, az egyik fogalom, amelyre a legnehezebb megragadni, a kimeneti impedancia volt. Bemeneti impedancia Intuitív módon értettem egy hangszóró példájából . Végtére is, a hangszóró-meghajtó tartalmaz egy tekercset, és tudtam, hogy egy tekercs drót ellenáll az elektromos áramlásnak. De a kimeneti impedancia? Miért lenne egy erősítő vagy előerősítő impedancia a kimenetelére? Nem akarna minden lehetséges feszültséget és erősítőt szállítani, bármit is vezet?
Az évek során az olvasókkal és a rajongókkal folytatott beszélgetések során rájöttem, hogy nem én vagyok az egyetlen, aki nem kapta meg a kimeneti impedanciát. Szóval azt hittem, jó lenne egy alapozó a témában. Ebben a cikkben három közös és nagyon különböző helyzetet fogok foglalkozni: előerősítők, erősítők és fejhallgató-erősítők.
Először írjuk le rövid időn belül az impedancia fogalmát. Az ellenállás az a mérték, amire valami korlátozza a DC áram áramlását. Az impedancia alapvetően ugyanaz, de AC helyett DC. Általában az alkatrész impedanciája megváltozik, ahogy az elektromos jel frekvenciája megváltozik. Például egy kis tekercsnek közel nulla impedanciája van 1 Hz-en, de nagy impedanciája 100 kHz-en. A kondenzátor közel határtalan impedanciája 1 Hz-es, de szinte nincs impedancia 100 kHz-en.
A kimeneti impedancia az impedancia mennyisége az előerősítő vagy az erősítő kimeneti eszközei között (általában tranzisztorok, de esetleg transzformátor vagy cső) és az alkotó tényleges kimeneti termináljai. Ez magában foglalja a készülék belső impedanciáját.
Miért kell kimeneti impedancia?
Tehát miért lenne egy alkatrész kimeneti impedanciája? A legtöbb esetben védeni kell a rövidzárlat okozta károsodástól.
Bármely kimeneti eszköz korlátozott az általa kezelhető elektromos áram mennyiségében. Ha az eszköz kimenete rövidzárlatos, nagy mennyiségű áramot kell megkapni. Például egy 2,83 voltos kimeneti jel 0,35 amper áramot és 1 watt teljesítményt ad egy tipikus 8 ohmos hangszóróhoz. Nem probléma. De ha egy 0,01 ohm impedanciájú vezetéket csatlakoztattak egy erősítő kimeneti kapcsain, ugyanaz a 2,83 voltos kimenőjel 282,7 amper és 800 watt áramot eredményez. Ez sokkal messze van, mint a legtöbb kimeneti eszköz. Hacsak az erősítő nem rendelkezik védőkörrel vagy eszközzel, akkor a kimeneti készülék túlmelegszik és valószínűleg tartós károkat okoz. És igen, még tűzbe is kerülhet.
A kimenetbe beépített impedancia mennyiségével a komponens nyilvánvalóan nagyobb védelmet nyújt a rövidzárlat ellen, mivel a kimeneti impedancia mindig az áramkörben van. Mondja meg, hogy fejhallgatóerősítője 30 ohm kimeneti impedanciával rendelkezik, és 32 ohmos fejhallgatót vezet, és rövid ideig levágja a fejhallgató vezetékét egy ollóval. A teljes rendszer impedanciát 62 ohm-ról egészen 30,01 ohm teljes impedanciájáig tartod, ami nem olyan nagy dolog. Természetesen sokkal kevésbé szélsőséges, mint a 8 ohmtól a 0,01 ohmig.
Mennyire alacsony lenne a kimeneti impedancia?
Egy nagyon általános szabály a hangban az, hogy azt szeretné, hogy a kimeneti impedancia legalább 10-szer alacsonyabb legyen, mint a várható bemeneti impedancia, amelyet betáplál. Így a kimeneti impedancia nem befolyásolja jelentősen a rendszer teljesítményét. Ha a kimeneti impedancia jóval több, mint tízszer akkora bemeneti impedancia, amennyit be fog táplálni, akkor néhány különböző problémát tapasztalhat.
Bármely audióelektronikával a túl nagy kimeneti impedancia szűrőhatásokat hozhat létre, amelyek furcsa frekvencia-válasz-anomáliákat okozhatnak, és csökkentett teljesítményt eredményeznek. Ha többet szeretne ezekről a jelenségekről, nézze meg első és második cikkemet arról, hogy a hangszóró kábelek hogyan befolyásolhatják a hangminőséget.
Az erősítőknél további probléma van. Ha az erősítő előre vagy hátra mozgatja a hangszóró kúpot, akkor a hangszóró felfüggesztése a kúpot visszaállítja a középső pozícióba. Ez a művelet feszültséget generál, amelyet ezután visszahúzunk az erősítőre. (Ez a jelenség az úgynevezett "back EMF" vagy fordított elektromotoros erő.) Ha az erősítő kimeneti impedanciája elég alacsony, akkor hatékonyan rövidíti ki a hátsó EMF-et, és fékként működik a kúpra, ahogy visszaforral. Ha az erősítő kimeneti impedanciája túl magas, akkor nem lesz képes megállítani a kúpot, és a kúp folytatja a rugózást oda-vissza, amíg a súrlódás leáll. Ez csengő effektust hoz létre, és a jegyzetek elhallgatnak, miután leálltak.
Ezt láthatja az erősítők csillapítási tényezői alapján. A csillapítási tényező a várható átlagos bemeneti impedancia (8 ohm) osztva az erősítő kimeneti impedanciájával. Minél nagyobb a szám, annál jobb a csillapítási tényező.
Erősítő kimeneti impedancia
Mivel az erősítőkről beszélünk, kezdjük el azt a példát, amely a fenti rajzon látható. A hangszóró impedancia jellemzően 6-10 ohm értékű, de gyakori, hogy a hangszórók bizonyos frekvenciákon 3 ohmos impedanciára esnek, és néhány szélső esetben akár 2 ohm is. Ha párhuzamosan két hangsugárzót futtat, mivel az egyéni telepítők gyakran többszemélyes audio rendszerek létrehozásakor gyakran feszültségmentesítik az impedanciát, ami azt jelenti, hogy egy hangszóró, amely 2 ohmra esik, mondjuk 100 Hz-re, akkor 1 ohmra esik, párosítva egy másik típusú hangszóróval. Természetesen ez egy rendkívüli eset, de az erősítő tervezőknek figyelembe kell venniük az ilyen szélsőséges eseteket, vagy egy nagy halom erősítővel néznek szembe, amelyek javításra érkeznek.
Ha legalább egy ohmos hangsugárzó impedanciát jelezünk, akkor ez azt jelenti, hogy az erősítő kimeneti impedanciája legfeljebb 0,1 ohm. Nyilvánvaló, hogy nincs elegendő hely ahhoz, hogy elegendő ellenállást biztosítsunk ennek az erősítő kimenetnek, hogy a kimeneti eszközök valódi védelmet nyújtsanak.
Így az erősítőnek valamiféle védelmi áramkört kell alkalmaznia. Ez lehet valami, ami követi az erősítő aktuális kimenetét, és lekapcsolja a kimenetet, ha az aktuális rajz túl magas. Vagy egyszerű lehet, mint a biztosíték vagy megszakító a bejövő hálózati tápellátó vagy a tápegység síneken. Ezek leválasztják a tápegységet, ha az áramcsúcs nagyobb, mint az erősítő képes kezelni.
Egyébként szinte minden csöves teljesítményerősítő kimeneti transzformátorokat használ, és mivel a kimeneti transzformátorok csak fémtekercsek köré tekercselt tekercsek, lényeges impedanciájuk van, néha akár 0,5 ohm, vagy még több. Tény, hogy szimulálja a csöves erősítő hangját Sunfire szilárd állapotú (tranzisztoros) erősítőiben, a híres tervező Bob Carver hozzáadta az "aktuális üzemmód" kapcsolót, amely egy soros soros 1 ohmos ellenállást hozott a kimeneti eszközökkel. Ez természetesen megsértette a kimeneti impedancia 1-től 10-ig terjedő minimális arányát a várt bemeneti impedanciához, amit fent tárgyaltunk, és ezáltal jelentős hatást gyakoroltak a csatlakoztatott hangszóró frekvenciaválaszára, de ez az, amit sok csőerősítővel és pontosan azt akarta Carver szimulálni.
02. 03. sz
Előerősítő / forrás eszköz kimeneti impedanciája
Előerősítővel vagy forráskészülékkel (CD-lejátszó, kábeldoboz stb.) A fenti rajzon látható módon ez egy másik helyzet. Ebben az esetben nem érdekel a hatalom vagy az áram. Az audio jel közvetítéséhez csak a feszültség szükséges. Így a downstream eszköz - egy erősítő, előerősítő esetén vagy egy előerősítő esetében, egy forráseszköz esetén - nagy bemeneti impedanciával rendelkezhet. A vonalon keresztül érkező áramokat szinte teljesen blokkolja az a nagy bemeneti impedancia, de a feszültség csak finom lesz.
A legtöbb erősítő és előerősítő esetében 10-100 kilohm bemeneti impedancia gyakori. A mérnökök magasabbak lehetnek, de ennél több zajt kaphatnak. Egyébként a gitárerősítők tipikus bemeneti impedanciája 250 kHz-től 1 megohm-ig terjed, mivel az elektromos gitár pickupok általában kimeneti impedanciája 3-10 kiló.
A rövidzárlatok gyakoriak lehetnek a vonalszintű áramkörökkel, mert annyira könnyű véletlenül dörzsölni az RCA dugó két meztelen vezetékét egy olyan fémdarab ellen, amely rövidíti őket. Így a 100 ohm vagy nagyobb kimeneti impedancia gyakori az előerősítőkben és a forrásberendezésekben. Láttam néhány egzotikus, csúcskategóriás komponenst, amelyek vonalszintű kimeneti impedanciája legalább 2 ohm volt, de ezeknek nagyon nehéz kimeneti tranzisztorjai vagy védelmi áramkörei vannak, hogy megakadályozzák a rövidnadrágot. Bizonyos esetekben a kimeneten kondenzátor lehet a DC feszültség blokkolására, és megakadályozhatja a kimeneti eszköz kiégését.
A phono előerősítők teljesen más téma. Miközben tipikusan kimeneti impedanciájuk van, mint a CD-lejátszóé, azok bemeneti impedanciája nagyon különbözik a vonalszintű előerősítőtől. Ez túl sok ahhoz, hogy bejusson ide. Talán egy másik cikkbe belemennek a témába.
03. 03. sz
Fejhallgató erősítő kimeneti impedancia
A fejhallgató népszerűségének növekedése a tipikus fejhallgató-erősítők meglehetősen furcsa, nem szabványos rendszerimpedancia-elrendezését eredményezte a reflektorfénybe. A hagyományos erősítőkkel ellentétben a fejhallgató-erősítők a kimeneti impedanciák széles skáláján jönnek létre. A valóban olcsó fejhallgató-erősítők, mint a legtöbb hordozható számítógéphez beépített, akár 75 vagy akár 100 ohm-os kimeneti impedanciával rendelkezhetnek, annak ellenére, hogy a fejhallgató impedanciája tipikusan 16-70 ohm tartományba esik.
Ritkán fordul elő, hogy a fogyasztó a hangszórók kihúzásával és újra csatlakoztatásával foglalkozik, és ritka a hangszórók kábelének károsodása, amikor egy erősítő működik. De fejhallgatóval ezek a dolgok egész idő alatt megtörténnek. Az emberek rutinszerűen csatlakoztatják vagy leválasztják a fejhallgatót, amikor fejhallgató-erősítő fut. A fejhallgató kábelei gyakran károsodnak - néha rövidzárlat keletkeznek - használat közben. Természetesen a legtöbb fejhallgató-erősítő olcsó eszközök, amelyek költséghatékonyabbá tehetik a tisztességes védelmi áramkört. Tehát a legtöbb gyártó megkönnyíti a kiutat: az erősítő kimeneti impedanciáját ellenállás (vagy esetenként kondenzátor) hozzáadásával emeli.
Ahogy láthatja a fejhallgató méréseimet (lásd a második grafikonra), a nagy kimeneti impedancia hatalmas hatással lehet a fejhallgató frekvenciaválaszára. A fejhallgató frekvenciaátvitelét először a Musical Fidelity fejhallgatóerősítővel végezzük, amely 5 ohmos kimeneti impedanciával rendelkezik, majd ismét további 70 ohm ellenállással egészíti ki a 75 ohm teljes kimeneti impedanciát.
Az a hatás, hogy a nagy kimeneti impedancia változik a csatlakoztatott fejhallgató impedanciájával, és különösen a fejhallgató impedanciájának különböző frekvenciákon történő változtatásával. A nagy impedancia-ingadozású fejhallgatók - amint a legtöbb fülbe helyezhető modellek - a kiegyensúlyozott armatúrákkal - rendszerint jelentős változásokat mutatnak a frekvenciaválaszban, amikor alacsony kimeneti impedanciájú, nagy kimeneti impedanciájú erősítőről vált. Gyakran előfordul, hogy az alacsony impedanciájú forrású hangszórókkal rendelkező, természetes hangzású hangzású hangzású hangzású hangzású hangszórók nagyfokú impedanciájú forrással rendelkeznek.
Szerencsére alacsony kimeneti impedancia áll rendelkezésre sok csúcskategóriás fejhallgató-erősítőben (különösen a szilárdtest-modellekben), és még néhány olyan fejhallgató-erősítőhöz is, amely beépített eszközökbe, például az iPhone készülékekbe épül. Rendszerint nincs mód arra, hogy biztosan tudjunk-e egy fejhallgatót magas vagy alacsony kimeneti impedanciákkal kapcsolatban, de inkább az alacsony kimeneti impedanciát szeretném használni a korábban idézett okok miatt.
Nem szeretnék olyan fejhallgatót használni, amely hatalmas impedancia-ingadozással járna, ami frekvenciaváltozást okozna olyan fejhallgató-erősítők esetén, amelyek nagy kimeneti impedanciával rendelkeznek (mint például a laptopban, amelyet beírtam). Sajnos azonban általában egy jól kiegyensúlyozott, harmonikus fülbe helyezhető fejhallgató hangját használom, amely dinamikus illesztőprogramokat használ, ezért amikor ezeket a fejhallgatót használom a laptopjával, általában külső erősítőt vagy USB fejhallgatóerősítőt / DAC-ot csatlakoztatok.
Tudom, hogy ez hosszú távú magyarázat, de a kimeneti impedancia bonyolult téma. Köszönöm, hogy velem tartott, és ha bármilyen kérdése van, vagy ha valamit hagytam, küldjön nekem egy e-mailt, és tudassa velem.