01 de 03
Abordando un dos temas máis confusos en Audio Electronics
Cando estaba aprendendo os conceptos básicos do audio, un dos conceptos máis difíciles de entender foi a impedancia da saída. Impedancia de entrada que entendín instintivamente, desde o exemplo dun altofalante . Despois de todo, un controlador de altofalante contén unha bobina de fío e sabía que unha bobina de fío resistía o fluxo eléctrico. Pero a impedancia de saída ? Por que un amplificador ou preamplificador ten a súa impedancia na súa saída, pregúntome? Non quererá ofrecer todos os voltajes e amplificadores posibles para o que está a dirixir?
Nos meus chats cos lectores e entusiastas ao longo dos anos, comprobei que non era o único que non obtivo a idea de impedancia de saída. Entón, pensei que sería bo facer unha imprimación sobre o tema. Neste artigo, tratarei de tres situacións comúns e moi diferentes: preamplificadores, amplificadores e amplificadores de auriculares.
Primeiro, repasemos brevemente o concepto de impedancia . A resistencia é o grao en que algo restrinxe o fluxo de electricidade en corrente continua. A impedancia é basicamente a mesma cousa, pero con AC en vez de DC. Normalmente, a impedancia dun compoñente cambiará a medida que a frecuencia do sinal eléctrico cambie. Por exemplo, unha pequena bobina de fío terá unha impedancia case nula a 1 Hz pero unha alta impedancia a 100 kHz. Un condensador pode ter unha impedancia case infinita a 1 Hz pero case ningunha impedancia a 100 kHz.
A impedancia de saída é a cantidade de impedancia entre os dispositivos de saída dun preamplificador ou amplificador (normalmente transistores, pero posiblemente un transformador ou tubo) e os terminais de saída reais do compoñente. Isto inclúe a impedancia interna do dispositivo.
Por que precisa impedancia de saída?
Entón, por que un compoñente ten unha impedancia de saída? Na súa maior parte, é protexelo contra os danos causados por cortocircuitos.
Calquera dispositivo de saída está limitado pola cantidade de corrente eléctrica que pode manipular. Se falta a saída do dispositivo, pedíuselle que entregase unha gran cantidade de corrente. Por exemplo, un sinal de saída de 2,83 voltios producirá unha corrente de 0,35 amperios e 1 vatio de potencia nun altofalante típico de 8 ohmios. Non hai problema alí. Pero se un fío con impedancia de 0,01 ohms estaba conectado a través dos terminais de saída do amplificador, o mesmo sinal de saída de 2,83 voltios producirá unha corrente de 282,7 amperios e 800 watts de potencia. Isto é moi lonxe, moito máis que a maioría dos dispositivos de saída poden entregar. A menos que o amplificador teña algún tipo de circuíto ou dispositivo de protección, o dispositivo de saída se sobrecalentará e probablemente sufrirá danos permanentes. E si, ata podería incendiar.
Con algunha cantidade de impedancia incorporada á saída, o compoñente obviamente ten maior protección contra os curtos, xa que a impedancia de saída está sempre no circuíto. Dicir que ten un amplificador de auriculares cunha impedancia de saída de 30 ohmios, conducindo un par de auriculares de 32 ohmios e cortou o cable do auricular cortándolle accidentalmente cun par de tesoiras. Vai dunha impedancia total de sistema de 62 ohmios ata unha impedancia total de talvez 30.01 ohmios, o que non é un gran problema. Certamente é moito menos extremo que pasar de 8 ohmios a 0.01 ohmios.
¿Que mínimo debe ter a impedancia de saída?
Unha regra moi xeral no audio é que desexa que a impedancia de saída sexa, polo menos, 10 veces menor que a impedancia de entrada esperada que alimentará. Deste xeito, a impedancia de saída non ten un efecto significativo no rendemento do sistema. Se a impedancia de saída é moito maior que 10 veces a impedancia de entrada que alimentará, pode obter algúns problemas diferentes.
Con calquera electrónica de son, unha impedancia de saída moi elevada pode crear efectos de filtrado que causen anomalías de resposta de frecuencia estrañas e tamén producen unha menor potencia de saída. Para máis información sobre estes fenómenos, consulta os meus primeiros e segundos artigos sobre como os cables de altofalante poden afectar a calidade de son.
Con amplificadores, hai un problema adicional. Cando o amplificador move o cono do altofalante cara adiante ou cara atrás, a suspensión do altofalante xera o cono cara atrás á súa posición central. Esta acción xera un voltaje que despois se tire no amplificador. (Este fenómeno é coñecido como "EMF traseiro" ou a forza electromotriz inversa). Se a impedancia de saída do amplificador é o suficientemente baixa, efectivamente cortará o EMF e fará que frene o cono cando regrese. Se a impedancia de saída do amplificador é demasiado alta, non poderá parar o cono e o cono seguirá xirando cara atrás e cara atrás ata que fence a fricción. Isto crea un efecto de chamada e fai que as notas continúen despois de que deberían parar.
Podes ver isto nas puntuacións dos amplificadores dos factores de amortiguamento. O factor de amortiguación é a media esperada de impedancia de entrada (8 ohms) dividida pola impedancia de saída do amplificador. Canto maior sexa o número, mellor será o factor de amortiguación.
Impedancia de saída de amplificador
Xa estamos falando de amplificadores, imos comezar con ese exemplo, que se mostra no debuxo anterior. As impedancias de altofalante adoitan clasificarse entre 6 e 10 ohmios, pero é habitual que os altofalantes caian a 3 ohmios de impedancia en certas frecuencias e ata a 2 ohmios nalgúns casos extremos. Se executas dous altofalantes en paralelo, como frecuentemente fan os instaladores personalizados cando se crean sistemas de audio multiroom , que corta a impedancia á metade, o que significa un altofalante que baixa a 2 ohmios en, por exemplo, 100 Hz agora caia a 1 ohmio naquela frecuencia cando está emparejado con outro altofalante do mesmo tipo. Ese é un caso extremo, por suposto, pero os diseñadores de amplificadores deben ter en conta casos tan extremos ou poden enfrontarse a unha gran pila de amperes que se atopan para a súa reparación.
Se atopamos unha impedancia de altofalante de 1 ohmio, isto significa que o amplificador debería ter unha impedancia de saída de non máis de 0,1 ohmios. Obviamente, non hai espazo para engadir resistencia suficiente á saída deste amplificador para dar aos dispositivos de saída unha protección real.
Deste xeito, o amplificador terá que empregar algún tipo de circuíto de protección. Isto podería ser algo que rastrexa a saída actual do amplificador e desconecta a saída se o sorteo actual é demasiado alto. Ou podería ser tan sinxelo coma un fusible ou interruptor na liña de alimentación de corrente alterna ou os raios da fonte de alimentación. Estes desconectan a fonte de alimentación cando o empate actual é máis que o amplificador.
Por certo, case todos os amplificadores de potencia do tubo utilizan transformadores de saída e porque os transformadores de saída son só bobinas de fíos envoltos nun marco metálico, teñen unha impedancia substancial propia, ás veces ata 0,5 ohmios ou máis. De feito, para simular o son dun amplificador de canón nos seus amplificadores de estado sólido Sunfire (transistor), o famoso diseñador Bob Carver engadiu un interruptor de "modo actual" que colocaba unha resistencia de 1 ohmio en serie cos dispositivos de saída. Por suposto, isto violou a proporción mínima de 1 a 10 da impedancia de saída á impedancia de entrada esperada que discutiremos anteriormente e así tivo un efecto substancial sobre a resposta de frecuencia do altofalante conectado, pero iso é o que obtén con moitos amperes de tubo e É exactamente o que Carver quería simular.
02 de 03
Impedancia de saída do dispositivo de preamplificación / fonte
Cun preamplificador ou dispositivo de orixe (reprodutor de CD, caixa de cable, etc.), como se mostra no debuxo anterior, é unha situación diferente. Neste caso, non lle importa o poder nin a actualidade. Todo o que precisa para transmitir o sinal de audio é a tensión. Deste xeito, o dispositivo descendente: un amplificador de potencia, no caso dun preamplificador ou un preamplificador, no caso dun dispositivo de orixe, pode ter unha alta impedancia de entrada. Calquera corrente que pase pola liña está case completamente bloqueada por esa alta impedancia de entrada, pero o voltaje pasa ben.
Para a maioría dos amperes de potencia e os preamplificadores, é común unha impedancia de entrada de 10 a 100 kilohms. Os enxeñeiros poden ir máis alto, pero poden obter máis ruído dese xeito. Por certo, os amperios de guitarra adoitan ter impedancias de entrada de 250 kilohms a 1 megohm, porque as pastillas de guitarra eléctrica normalmente teñen impedancias de saída que varían entre 3 e 10 kilohms.
Os cortocircuitos poden ser comúns cos circuítos de nivel de liña, porque é tan fácil de roubar accidentalmente os dous condutores espidos dun enchufe RCA contra unha peza de metal que os curta. Así, as impedancias de saída de 100 ohmios ou máis son comúns nos preamplificadores e dispositivos de orixe. Vin algúns compoñentes exóticos de gama alta con impedancias de saída de nivel de liña de ata 2 ohmios, pero estes terán transistores de saída moi resistentes ou un circuíto de protección para evitar danos dos shorts. Nalgúns casos, poden ter un condensador de acoplamento na saída para bloquear o voltaje de corrente continua e evitar que o dispositivo se quente.
Os preamplificadores Phono son completamente diferentes. Aínda que normalmente teñen impedancias de saída similares ás dun reprodutor de CD, as súas impedancias de entrada son moi diferentes ás dun preamplificador de liña. Isto é demasiado para entrar aquí. Quizais cavulei nese asunto noutro artigo.
03 de 03
Impedancia de saída de amperímetro de auriculares
A oleada de popularidade dos auriculares trouxo o arranque de impedancia do sistema non estraño, típico dos amplificadores de auriculares típicos aos focos. A diferenza dos amperes convencionais, os amperios de auriculares veñen nunha gran variedade de impedancias de saída. Os amplificadores de auriculares realmente baratos, como os integrados na maioría das computadoras portátiles, poden ter unha impedancia de saída tan alta como 75 ou ata 100 ohms, aínda que a impedancia de auriculares normalmente varía entre 16 e 70 ohmios.
É raro que un consumidor desconecte e volva conectar os altofalantes cando se está a executar un amplificador, e tamén é raro que os cables do altofalante se danan cando se está a executar un amplificador. Pero cos auriculares, estas cousas ocorren todo o tempo. As persoas conectan rutineiramente ou desconectan os auriculares cando se está a executar un amplificador de auriculares. Os cables de auriculares adoitan estar danados, ás veces, creando un cortocircuíto mentres estean en uso. Por suposto, a maioría dos amperios de auriculares son dispositivos baratos, o que pode facer que o custo prohibitivo sexa un custo de protección decente. Polo tanto, a maioría dos fabricantes toman o camiño máis fácil: levantan a impedancia de saída do amplificador engadindo unha resistencia (ou ocasionalmente un condensador).
Como podes ver nas miñas medicións de auriculares (baixar ao segundo gráfico), a alta impedancia de saída pode ter un efecto enorme sobre a resposta de frecuencia dun auricular. Eu medir a resposta de frecuencia dun auricular primeiro cun amplificador de auriculares Fidelity Musical que ten unha impedancia de saída de 5 ohmios, e de novo cunha extra de 70 ohms de resistencia engadida para crear unha impedancia de saída total de 75 ohmios.
O efecto que terá unha alta impedancia de saída variará coa impedancia dos auriculares conectados, e especialmente co cambio na impedancia do auricular a diferentes frecuencias. Os auriculares que teñen grandes cambios de impedancia -como fan os modelos máis in-ear con controladores de armadura equilibrada- normalmente mostrarán cambios substanciais na resposta de frecuencia cando se cambia dun amplificador con baixa impedancia de saída a un con alta impedancia de saída. Moitas veces, un auricular que ten un equilibrio tonal de son de son natural cando se usa cunha fonte de baixa impedancia terá un saldo de sonido abrasivo cando se usa cunha fonte de alta impedancia.
Afortunadamente, a baixa impedancia de saída está dispoñible en moitos amplificadores de auriculares de gama alta (especialmente os modelos de estado sólido), e ata algúns pequenos fichas de amplificadores de auriculares integrados en dispositivos como iPhones. Normalmente non hai forma de saber con certeza se un auricular é expresado para usalo con impedancias de saída alta ou baixa, pero prefiro manter a impedancia de saída baixa polos motivos citados anteriormente neste artigo.
Preferiría non usar auriculares con enormes cambios de impedancia que causen cambios de resposta de frecuencia cando se empreguen con amplificadores de auriculares que teñan unha elevada impedancia de saída (como a que hai no ordenador portátil). Desafortunadamente, porén, en xeral prefiro o son dun bo auricular interno de armadura equilibrada a un que usa controladores dinámicos, polo que cando uso estes auriculares co meu portátil, normalmente conecto un amplificador externo ou un amplificador de auriculares USB / DAC.
Sei que esta foi unha explicación longa, pero a impedancia de saída é un tema complicado. Grazas por roubar con min, e se tes algunha dúbida ou me deixei algo, envíame un correo electrónico e déixame saber.