Mis on väljundimpedants?

01 03

Audioelektroonika ühe häirivaima teemaga tegelemine

Brent Butterworth

Kui ma õppisin heli põhitõdesid, oli mõni mõte, mida mul kõige raskem oli mõista, väljundpinge. Sisendimpedants Mõistsin instinktiivselt kõneleja näitel . Lõppude lõpuks on kõlari draiver koos traat spiraaliga ja ma teadsin, et traadi spiraal takistab elektrivoolu. Aga väljundvõimendus ? Miks peaks võimendi või eelvõimendi impedants oma väljundis minema? Kas ta ei taha anda igat volti ja võimendit, mis iganes see sõidab?

Aastate jooksul lugejate ja harrastajatega minu vestlustes olen jõudnud mõista, et ma ei olnud ainuke, kes ei saanud kogu väljundi impedantsi ideed. Nii et ma arvasin, et oleks tore teha teema praimer. Käesolevas artiklis käsitletakse kolme ühist ja väga erinevat olukorda: preamps, amps ja kõrvaklappide amprit.

Kõigepealt laseme lühidalt kokku impedantsi kontseptsiooni. Vastupanuvõime on see, kui palju midagi piirab alalisvoolu voolu. Impedants on põhimõtteliselt sama asi, kuid AC-ga asemel DC. Tavaliselt muutub komponendi impedants kui elektrisignaali sagedus muutub. Näiteks väikese traatkihiga on peaaegu nullimpedants 1 Hz juures, kuid kõrge impedants on 100 kHz. Kondensaatoril võib olla peaaegu lõpmatu impedants 1 Hz juures, kuid peaaegu pole takistust 100 kHz juures.

Väljundimpedants on preampi või võimendi väljundseadmete (tavaliselt transistorid, kuid võib-olla ka transformaator või toru) ja komponendi tegelike väljundklemmide vaheline impedants. See hõlmab ka seadme sisemist impedantsi.

Miks on teil vaja väljundi takistust?

Miks peaks komponendil olema väljundvõimendus? Enamasti kaitseb see lühise põhjustavate kahjustuste eest.

Iga väljundseade on piiratud selle elektrivooluga, mida see saab töödelda. Kui seadme väljund on lühike, palutakse see tohutult hankida. Näiteks annab 2,83-voldine väljundsignaal tüüpiliseks 8-oomiseks kõlariks voolu 0,35 amprit ja 1 vatt energiat. Siin pole probleemi. Kuid kui 0,01 oomi takistus on ühendatud võimendi väljundklemmidega, annab see sama 2,83-voldine väljundsignaal 282,7 amprini ja 800 vatti voolu. See on palju, palju enam kui väljundseadmed suudavad pakkuda. Kui ampul pole mingisugust kaitseahelat või seadet, siis väljundseade üle kuumeneda ja tõenäoliselt kannatab püsiva kahjustuse. Ja jah, see võib isegi tulla.

Väljundisse sisestatud mõnevõrra impedantsi puhul on ilmselgelt paremini kaitset lühise eest, sest väljundliides on alati ahelas. Ütle, et teil on kõrvaklappide võimendi, mille väljundvõimendus on 30 oomi, 32-oomi kõrvaklappide paaristamine ja lühendage kõrvaklappide juhtmest, juhuslikult lõikades seda kääride paariga. Sina lähete kogu süsteemi vastupanust 62 oomi kuni kokku takistus võib-olla 30,01 oomi, mis ei ole nii suur asi. Kindlasti palju vähem äärmuslikum kui minnes 8 oomi kuni 0,01 oomi.

Kui vähe peaks väljundimpedants olema?

Heli väga üldine rusikareegel on see, et väljundvõimendus on vähemalt 10 korda väiksem kui eeldatav sisendimpedatsioon, mida see toidab. Sel moel ei mõjuta väljundvõimendus süsteemi oluliselt toimivust. Kui väljundvõimendus on palju rohkem kui 10 sisendimpedantsi, mida see toidab, saate mõne erineva probleemi.

Mis tahes heli elektroonika puhul võib liiga kõrge väljundimppedaator luua filtreerivaid efekte, mis põhjustavad hämmastavaid sagedusaktsioonide kõrvalekaldeid ja vähendavad ka väljundvõimsust. Lisateavet nende nähtuste kohta leiate minu esimesest ja teisest artiklist selle kohta, kuidas kõlarite kaablid mõjutavad helikvaliteeti.

Võimenditega on veel üks probleem. Kui võimendi liigub kõlarikoonuse suunas edasi või tagasi, suunab kõlari vedrustus koonuse keskasendisse tagasi. See tegevus tekitab pinge, mis seejärel visatakse võimendisse tagasi. (See nähtus on tuntud kui "tagasi EMF" või pöördvõrdeline elektromotoorjõud.) Kui võimendi väljundi impedants on piisavalt madal, vähendab see efektiivselt EMF-i tagasi ja see toimib koonuse pidurina, kui see tagurpidi liigub. Kui võimendi väljundi impedants on liiga kõrge, ei suuda see koonust peatada ja koonus jätkub vedrud edasi-tagasi, kuni hõõrdumine on peatunud. See loob helina efekti ja muudab märkmed kinni pärast seda, kui nad peaksid peatuma.

Seda näete võimendite summutusfaktori reitingutes. Summutav tegur on eeldatav keskmine sisendtakistus (8 oomi), mis on jagatud võimendi väljundvõimendiga. Mida suurem on number, seda parem on summutusfaktor.

Võimendi väljundimpedants

Kuna me räägime amprites, alustame selle näitega, mis on näidatud ülaltoodud joonisel. Speaker impedantsid on tüüpiliselt hinnatud 6 kuni 10 oomi, kuid kõlarid levivad teatud sagedustel 3 oomi takistuseks ja mõnel äärmuslikul juhul isegi 2 oomi. Kui kasutate paralleelselt kahte kõlarit, kuna mitmemõõtmelised helisüsteemid loovad tihti kohandatud paigaldajad, siis lõikab impedants poole võrra, mis tähendab, et kõlaris, mis langeb kuni 2 oomi juures, näiteks 100 Hz, langeb hetkel 1 ohm niivõrd sagedusel, kui see on mis on seotud sama tüüpi teise kõlariga. Loomulikult on see äärmuslik juhtum, kuid võimendi disainerid peavad arvestama selliste äärmuslike juhtumitega või nad võivad seista vastu suurele ampsimahule, mis tulevad remontimiseks.

Kui me näeme minimaalse kõlari impedantsi 1 oomi, tähendab see, et võimendil peaks väljundimpedants olema mitte rohkem kui 0,1 oomi. Ilmselgelt ei ole ruumi selle tugevuse väljundile piisavalt takistuseks, et anda väljundseadmetele tõeline kaitse.

Seega peab võimendi kasutama mingisugust kaitseahelat. See võib olla midagi, mis jälgib võimendi praegust väljundit ja katkestab väljundi, kui praegune jookseb liiga kõrgeks. Või see võib olla nii lihtne kui kaitsme või kaitselüliti sissetuleva toiteliini või toiteallika rööbastel. Need lahutavad toiteallika, kui praegune joonistus on suurem kui võimsus saab käidelda.

Muide, peaaegu kõik tuubi võimsusvõimendid kasutavad väljundtrafone ja kuna väljundtrafod on ainult metallraamiga ümbritsetud traatraamid, on neil märkimisväärne impedants nende vahel, mõnikord isegi 0,5 oomi või isegi rohkem. Tegelikult simuleerides oma Sunfire tahkis-olekus (transistor) võimendites toru võimendi heli, tutvustas kuulus disainer Bob Carver praeguse režiimi lülitit, mis paigutas väljundseadmetega seeriaga 1-oomi takisti. Loomulikult rikkus see väljundimpedantsi minimaalset suhet 1 kuni 10 protsendini eeldatavast sisemise impedantsiga, millest me eespool arutlesime ja millel oli seega märkimisväärne mõju ühendatud kõlari sagedusreaktsioonile, kuid see on nii palju toru võimendi ja see oli täpselt see, mida Carver tahtis simuleerida.

02 03

Eelpinguti / allika seade väljundimpedants

Brent Butterworth

Eelneva või allika seadmega (CD-mängija, kaablikarbik jne), nagu ülaltoodud joonisel näidatud, on olukord teistsugune. Sellisel juhul ei huvita teid voolu või voolu. Kõik, mida pead edastama helisignaali, on pinge. Seega on allavoolu seade - võimendusvõimendi, eelvõimendi või eelseadise puhul lähtekoodiseadme puhul - suur sisendtakistus. Kõik praegused jooned on peaaegu täielikult blokeeritud selle suure sisemise takistusega, kuid pinge läheb lihtsalt hästi.

Enamike võimsuspistikute ja eelseadmete puhul on sisendimpedants 10 kuni 100 kilohmsest tavaline. Insenerid võivad minna kõrgemale, kuid nad võivad saada rohkem müra nii. Muide, kitarripistikul on tavaliselt 250-kilohmine sisendvõimendus kuni 1 megohmile, kuna elektrikitarr pickupil on tavaliselt väljundvõimendid vahemikus 3 kuni 10 kilohms.

Lühispaigaldised võivad olla tavalised ka lineahela vooluahelatega, sest see on nii lihtne, et kogemata hõõruda RCA pistiku kaks alasti juhti metalli tükkiga, mis neid lühikeseks. Seega on preampiates ja allika seadmetes levinud väljundvõimendid 100 oomi või rohkem. Olen näinud mõnda eksootilist, tipptasemel komponenti, mille line-level väljundvõimendid on nii madalad kui 2 ohm, kuid neil on pingetest tekkivate kahjustuste vältimiseks kas väga suure võimsusega väljundi transistorid või kaitselülitus. Mõnel juhul võivad nad väljundis kondensaatoril blokeerida alalispinget ja vältida väljundseadme läbipõlemist.

Phono eelpesad on täiesti erinevad objektid. Kuigi neil on tüüpiliselt väljundvõimendid, mis sarnanevad CD-mängija omadustega, on nende sisendvõimendid väga erinevad lineaarsest preampist. See on liiga palju, et siia minna. Võibolla ma kaevan selle teema juurde teises artiklis.

03 03

Kõrvaklappide väljundimpedants

Brent Butterworth

Kõrvaklappide populaarsuse suurenemine on toonud kaasa üsna tavalise, ebastandardse süsteemi impedantsi paigutuse tüüpiliste kõrvaklappide võimendid tähelepanu keskpunktis. Erinevalt tavalistest võimenditest on kõrvaklappide võimendid saadaval väga erineva väljundvõimendiga. Tõeliselt odavate kõrvaklappide amprites, nagu enamikus sülearvutitel ehitatud, võib väljundvõimendus olla kuni 75 või isegi 100 oomi, kuigi kõrvaklappide impedants on tavaliselt vahemikus 16 kuni 70 oomi.

Tarbijale on harva lahtiühendada ja ühendada kõlarid, kui amp töötab, samuti harva esineb valjuhääldite kaableid, kui amp töötab. Kuid kõrvaklappidega need asjad juhtuvad kogu aeg. Kui kõrvaklappide amp töötab, ühendatakse või lahutatakse kõrvaklapid. Kõrvaklappide kaablid on sageli kahjustatud - mõnikord lühise tekitades -, kui neid kasutatakse. Loomulikult on enamik kõrvaklappide amprites odavaid seadmeid, mis võivad lisada korralikule kaitsekõlarile liiga kulukaks. Nii et enamik tootjaid teevad lihtsamaid võimalusi: nad suurendavad võimendi väljundvõimendust, lisades takisti (või mõnikord kondensaatori).

Nagu näete minu kõrvaklappide mõõtmisel (teise graafiga edasi minnes), võib suure väljundi impedantsil olla suur mõju kõrvaklappide sagedusreaktsioonile. Mõõdendan esimese kõrvaklappide sagedusreaktsiooni koos 5-oomi väljundimppedaatoriga Musical Fidelity, millele lisandub täiendav 70 oomi takistus, et luua kogu väljundvõimendus 75 oomi.

Kõrge väljundvõimendi efekt sõltub ühendatud kõrvaklappide impedantsist ja eriti kõrvaklappide impedantsi muutusest erinevatel sagedustel. Kõrvaklappidel, millel on suured impedantsi kiiged - nagu enamik sisemise kõrgsagedusega mudelitel, millel on tasakaalustatud armatuurijuhid - tavaliselt esineb olulisi muutusi sagedusreaktsioonis, kui muudate võimendiga võimsust madala väljundimpandentsiga ühe väljundvõimendiga. Sageli on peakomplekt, millel on madala impedantsi allikaga kasutatav looduslik helitugevus, olema bassi, tühjeneva tasakaalu, kui seda kasutatakse koos kõrge impedantsi allikaga.

Õnneks on väike väljundvõimendus saadaval paljudes kõrglahutusega kõrvaklappide amprites (eriti tahkete osakestega mudelites) ja isegi mõnda sellesse seadmesse nagu iPhone sisse ehitatud väikseimat kõrvaklappide kiipkaadrit. Tavaliselt pole mingit võimalust kindlasti teada saada, kas kõrvaklappide kasutamine on kas kõrge või madala väljundvõimendiga, kuid ma eelistan väikese väljundvõimendi saavutamist käesolevas artiklis varem esitatud põhjustel.

Ma eelistan mitte kasutada kõrvaklappide tohutuid takistustehinguid, mis põhjustaksid sagedusreaktsiooni muutusi, kui kasutate kõrgetasemelisemaid impulsse, millel on kõrge väljundimppedatsioon (nagu see, mida ma seda tüüpi sülearvutil kirjutan). Kahjuks eelistan üldiselt heli tasakaalustatud armatuurlaua kõrvaklappide heli, mis kasutab dünaamilisi draivereid, nii et kui ma oma sülearvutiga neid kõrvaklappe kasutaksin, ühendan ma tavaliselt välise võimendi või USB-kõrvaklappide amp / DAC-i.

Ma tean, et see on pikka aega seletatav, kuid väljundvõimendus on keeruline teema. Täname, et kandisite minuga ja kui teil on küsimusi või kui ma jätnud midagi välja, saatke mulle e-kiri ja andke mulle teada.