Šta je izlazna impedansa?

01 od 03

Rešavanje jednog od najvećih zbunjujućih predmeta u audio elektronici

Brent Butterworth

Kada sam učio osnove zvuka, jedan od koncepata koji mi je najteže shvatio bila je izlazna impedancija. Inputnu impedanciju koju sam instinktivno shvatio, iz primera govornika . Na kraju krajeva, zvučnik za zvučnike sadrži kabl žice, i znao sam da se žica od žice otporna na električni tok. Ali izlazna impedansa? Zašto bi pojačalo ili preamp imao impedanciju na svom izlazu, pitao sam se? Zar ne bi želeo da isporuči sve moguće voltove i amp za sve ono što vozi?

U mojim časovima sa čitaocima i entuzijastima tokom godina, shvatio sam da nisam bio jedini koji nije imao celu ideju izlazne impedanse. Tako da sam mislio da bi bilo lepo napraviti prajmer na temu. U ovom članku ću se baviti sa tri uobičajene i veoma različite situacije: preamp, amps i pojačalo za slušalice.

Prvo, ukratko recimo koncept impedancije . Otpor je stepen u kojem nešto ograničava protok struje DC. Impedansa je u osnovi ista stvar, ali sa AC umesto DC. Tipično, impedansa komponente će se promeniti s obzirom da se frekvencija električnog signala menja. Na primer, mali namotaj žice ima skoro nulu impedanciju na 1 Hz, ali visoka impedansa na 100 kHz. Kondenzator može imati gotovo beskonačnu impendanciju na 1 Hz, ali gotovo bez impedanse na 100 kHz.

Izlazna impedancija je količina impedanse između izlaznih uređaja za pretpojačalo ili pojačala (obično tranzistora, ali možda i transformatora ili cevi) i stvarnih izlaznih priključaka komponente. Ovo uključuje unutrašnju impedanciju samog uređaja.

Zašto vam je potrebna izlazna impedansa?

Pa zašto bi komponenta imala izlaznu impedanciju? Većinom je to zaštititi od oštećenja od kratkih spojeva.

Svaki izlazni uređaj je ograničen u količini strujnog toka sa kojim se može rukovati. Ako je izlazak uređaja kratak, od njega se traži da isporuči ogromnu količinu struje. Na primer, izlazni signal od 2,83 volta će proizvesti struju od 0,35 ampera i 1 vati snage u tipičan 8-ohmski zvučnik. Nema problema tamo. Ali ako je žica sa impedancijom 0,01 oma povezana preko izlaznih priključaka pojačala, isti isti izlazni signal od 2,83 volti će proizvesti struju od 282,7 ampera i 800 vati snage. To je daleko, daleko više nego što većina izlaznih uređaja može isporučiti. Osim ako amper ima neku vrstu zaštite ili uređaja, onda će se izlazni uređaj pregrijati i verovatno će trajati trajna oštećenja. I da, čak bi se mogao upaliti.

Sa izuzetnom količinom impedanse ugrađene u izlaz, komponenta očigledno ima veću zaštitu od kratkih spojeva, jer je izlazna impedancija uvek u krugu. Recimo da imate pojačavač za slušalice sa izlaznom impedansom od 30 oma, i vozite par 32-oma slušalica, a kratkospojite kabl za slušalice slučajno ga isecavši par makaza. Vi ide od ukupne impedancije sistema od 62 oma do ukupne impedancije od možda 30,01 oma, što nije tako velika stvar. Svakako mnogo manje ekstremno nego od 8 ohma do 0,01 oma.

Koliko bi trebalo biti izlazna impedansa?

Veoma opšte pravilo u audio-zapisu je to što želite da izlazna impedancija bude najmanje 10 puta niža od očekivane ulazne impedanse koju će se hraniti. Na taj način, izlazna impedancija nema značajan uticaj na performanse sistema. Ako je izlazna impedancija mnogo više od 10 puta od ulazne impedanse koju će se hraniti, možete dobiti nekoliko različitih problema.

Sa bilo kojom audio elektronikom, previsoka izlazna impedancija može da stvori efekte filtriranja koji uzrokuju čudne anomalije sa frekvencijskim odzivom, a takođe rezultiraju smanjenom izlaznom snagom. Više o ovim fenomenima, pogledajte moj prvi i drugi članak o tome kako kablovi zvučnika mogu uticati na kvalitet zvuka.

Sa pojačavačima postoji dodatni problem. Kada pojačalo premjesti konus zvučnika unapred ili unazad, suspenzija zvučnika izvlači konus nazad u središnji položaj. Ova akcija stvara napon koji se onda baci na pojačalo. (Ovaj fenomen je poznat kao "natrag EMF" ili obratna elektromotorna sila.) Ako je izlazna impedancija pojačavača dovoljno niska, ona će efikasno skratiti taj povratni EMF i djelovati kao kočnica na konusu dok se izvlači. Ako je izlazna impedancija pojačala previsoka, neće biti u mogućnosti zaustaviti konus, a konus će nastaviti da se kreće napred i nazad dok se ne zaustavi trenje. Ovo stvara efekat zvonjenja i beleži beleške nakon što je trebalo da se zaustave.

Ovo možete videti u oceni faktora prigušenja pojačala. Damping faktor je očekivana prosečna ulazna impedancija (8 oma) podeljena sa izlaznom impedancijom ampera. Što je veći broj, to je bolji faktor apsorpcije.

Izlazna impedansa pojačala

Pošto govorimo o amperima, počnimo sa tom primjerom, koji je prikazan na gornjim crtežima. Impedansa zvučnika je tipično od 6 do 10 oma, ali je uobičajeno da zvučnici padnu na impedanciju od 3 oma na određenim frekvencijama, pa čak i na 2 oma u nekim ekstremnim slučajevima. Ako pokrećete dva zvučnika paralelno, pošto često postavljaju prilagođeni monteri prilikom stvaranja višekorisnih audio sistema , to smanjuje impedanciju na pola, što znači zvučnik koji se ispušta na 2 oma na, recimo, 100 Hz sada se sipa na 1 oma na toj frekvenciji kada je uparen sa drugim zvučnicima istog tipa. To je ekstremni slučaj, naravno, ali dizajneri pojačala moraju da objasne takve ekstremne slučajeve ili bi mogli da se suoče sa velikom gomilom ampera koji dolaze u popravku.

Ako smislimo minimalnu impedancu zvučnika od 1 oma, to znači da amper treba da ima izlaznu impedancu ne više od 0,1 oma. Očigledno, nema mesta za dodavanje dovoljnog otpora na izlaz ovog ampera da bi izlaznim uređajima pružila pravu zaštitu.

Stoga, pojačalo će morati koristiti neku vrstu zaštite. To bi moglo biti nešto što će pratiti trenutni izlaz ampera i isključiti izlaz ako je trenutni izvlačak previsok. Ili bi to moglo biti jednostavno kao osigurač ili prekidač na dolaznom AC liniji napajanja ili šinama napajanja. Oni isključuju napajanje kada je trenutni izvlačenje više nego što amper može rukovati.

Usput, gotovo svi cevni pojačavači koriste izlazne transformatore, a izlazni transformatori su samo namotaji žice omotane oko metalnog okvira, imaju značajnu impedanciju sopstvene, ponekad čak i 0,5 oma ili više. Zapravo, kako bi simulirali zvuk cevnog ampera u svojim Sunfire čvrstim (tranzistorskim) pojačavačima, poznati dizajner Bob Carver dodao je prekidač "current mode" koji je postavio 1-oma otpornik u seriji sa izlaznim uređajima. Naravno, ovo je narušilo minimalni odnos izlazne impedancije od 1 do 10 na očekivanu ulaznu impedanciju o kojoj smo već govorili, i time je imao značajan uticaj na frekventni odziv povezanog zvučnika, ali to je ono što dobijate sa mnogim amperima i upravo to je Carver želio da simulira.

02 od 03

Izlazna impedancija preamp / izvor uređaja

Brent Butterworth

Sa preampom ili izvornim uređajem (CD plejer, kutija za kabl, itd.), Kako je prikazano na gornjoj crteži, to je druga situacija. U ovom slučaju vam nije stalo do struje ili struje. Sve što treba da prenesete audio signal je napon. Na taj način, nizvodni uređaj - pojačalo snage, u slučaju preampa ili preamp, u slučaju izvornog uređaja - može imati visoku ulaznu impedanciju. Svaka struja koja prolazi kroz liniju je gotovo u potpunosti blokirana tom visokom ulaznom impedansom, ali napon se dobija tek tako dobro.

Za većinu potenciometara i prijemnika, uobičajena je ulazna impedansa od 10 do 100 kilohmova. Inženjeri mogu ići viši, ali mogu na taj način dobiti više buke. Usput, gitarski pojačavači obično imaju ulazne impedance od 250 kilohms do 1 megahm, s obzirom na to da električni gitarski uređaji obično imaju izlazne impedance od 3 do 10 kilohms.

Kratki spojevi mogu biti uobičajeni sa linijskim krugovima, jer je tako lako slučajno prorezati dva gola provodnika RCA utikača na komad metala koji ih sprečava. Stoga, izlazne impedance od 100 oma ili više su uobičajene u preampama i izvornim uređajima. Vidio sam nekoliko egzotičnih, high-end komponenata sa izlaznim impedancijama nivoa na nivou od 2 oma, ali ovi će imati ili vrlo teške izlazne tranzistore ili zaštitni krug kako bi se spriječila oštećenja od kratkih. U nekim slučajevima, oni mogu imati kondenzator sklopa na izlazu da blokiraju DC napon i spreče sagorevanje izlaznog uređaja.

Fono preamori su potpuno različiti subjekti. Iako obično imaju izlazne impedancije slične onima kod CD plejera, njihova ulazna impedancija se mnogo razlikuju od onih u pretinacu linijske faze. To je previše da uđemo ovde. Možda ću iskopati ovu temu u još jednom članku.

03 od 03

Izlazna impedansa na slušalici

Brent Butterworth

Porast popularnosti slušalica donio je prilično čudan, nestandardni sistemski impedansni raspored tipičnih slušalica za slušalice u centru pažnje. Za razliku od konvencionalnih ampera, pojačalo za slušalice dolazi u širokom spektru izlaznih impedanci. Stvarno jeftini pojačavači za slušalice, poput onih ugrađenih u većinu laptop računara, mogu imati izlaznu impedancu čak 75 ili čak 100 oma, iako impedancija slušalica obično kreće od oko 16 do 70 oma.

Rijetko je potrošač da isključi i ponovo poveže zvučnike kada radi amp, a također retko kada kablovi zvučnika oštećuju kada se radi na amp. Ali sa slušalicama, ove stvari se događaju stalno. Ljudi rutinski povezuju ili isključuju slušalice kada se pokreće slušalica. Kablovi za slušalice su često oštećeni - ponekad stvaraju kratki spoj - dok su u upotrebi. Naravno, većina pojačala za slušalice su jeftini uređaji, što može dodati pristojan zaštitni krug. Dakle, većina proizvođača polako izbacuje: podižu izlaznu impedanciju pojačala dodavanjem otpornika (ili povremeno kondenzatora).

Kao što možete videti u merenjima za slušalice (idite na drugi grafikon), impedansa visoke impedanse može imati veliki utjecaj na frekventni odziv slušalice. Prvo izmerim frekvencijski odziv slušalice s Musical Fidelity amperom za slušalice koji ima izlaznu impedanciju od 5 oama, a zatim ponovo sa dodatnim 70 ohmima otpora koji su dodati da bi se ostvarila ukupna izlazna impedansa od 75 oma.

Efekat koji će impedansa visoke izlazne snage imati će varirati s impedancijom priključenih slušalica, a posebno sa promjenom impedanse slušalica na različitim frekvencijama. Slušalice koje imaju velike impedancne promene - kao što većina modela u ušima sa balansiranim armaturnim upravljačima - obično će pokazati značajne promjene u frekvencijskom odzivu kada se promenite iz ampera sa niskom izlaznom impedancijom na jednu sa visokom impedansom izlaza. Često, slušalice koje imaju prirodno zvučnu tonalnu ravnotežu kada se koriste sa izvorom sa niskom impedansom, imaće bassy, ​​dugotrajan balans kada se koristi sa izvora visoke impedanse.

Na sreću, niska izlazna impedansa je dostupna u mnogim vrhunskim pojačavačima za slušalice (naročito u čvrstim modelima), pa čak i na neke male čipove za slušalice, ugrađene u uređaje kao što su iPhone uređaji. Očigledno nema načina da se sigurno sazna da li su slušalice zvučane za upotrebu sa impendancijama visoke ili niske izlazne snage, ali više volim da držim nisku izlaznu impedanciju iz razloga navedenih u ovom članku.

Ja više ne bih voleo da koristim slušalice sa ogromnim impedancama koje bi izazvale promjene frekvencijskog odziva kada se koriste sa pojačalom za slušalice koji imaju visoku impedanciju izlaza (poput onog na laptopu na koji unosim ovo). Nažalost, ipak, ja uglavnom preferiram zvuk dobro uravnotežene slušalice u ušima za one koji koriste dinamičke drajvere, pa kada koristim ove slušalice sa mojim laptopom, obično povezujem amper ili DAC za naušnicu za USB slušalice.

Znam da je ovo dugotrajno objašnjenje, ali izlazna impedancija je složena tema. Hvala što ste se nosili sa mnom, i ako imate bilo kakvih pitanja ili ako sam nešto ostavio, pošaljite mi e-mail i javite mi.