01 de 03
Abordant un dels temes més confusos en l'àudio de l'electrònica
Quan estava aprenent els conceptes bàsics de l'àudio, un dels conceptes més difícil de comprendre era la impedància de sortida. Impedància d'entrada que he entès instintivament, des de l' exemple d'un parlant . Després de tot, un controlador d'altaveus conté una bobina de filferro, i sabia que una bobina de filferro resisteix el flux elèctric. Però la impedància de sortida ? Per què un amplificador o un preamplificador tenen una impedància a la sortida, em vaig preguntar? No volgués lliurar tots els voltatges i amplificadors possibles a allò que està conduint?
En els meus xats amb lectors i entusiastes al llarg dels anys, he arribat a adonar-me que no era l'únic que no tenia tota la idea de la impedància de sortida. Així que vaig pensar que seria bo fer una imprimació sobre el tema. En aquest article, tractaré tres situacions molt habituals i molt diferents: preamplificadors, amperes i amplificadors d'auriculars.
Primer, repassem breument el concepte d' impedància . La resistència és el grau en què alguna cosa restringeix el flux d'electricitat de corrent continu. La impedància és bàsicament la mateixa cosa, però amb AC en lloc de DC. Normalment, la impedància d'un component canviarà a mesura que la freqüència del senyal elèctric canvia. Per exemple, una petita bobina de cable tindrà una impedància gairebé zero a 1 Hz, però una alta impedància a 100 kHz. Un condensador podria tenir una impedància gairebé infinita a 1 Hz, però gairebé cap impedància a 100 kHz.
La impedància de sortida és la quantitat d'impedància entre un dispositiu de sortida de preamplificador o amplificador (generalment transistors, però possiblement un transformador o tub) i els terminals de sortida real del component. Això inclou la impedància interna del propi dispositiu.
Per què necessiteu impedància de sortida?
Llavors, per què un component té una impedància de sortida? En la seva major part, és protegir-lo contra el dany dels curtcircuits.
Qualsevol dispositiu de sortida està limitat en la quantitat de corrent elèctrica que pot manejar. Si la sortida del dispositiu està curta, es demana que lliuri una gran quantitat de corrent. Per exemple, un senyal de sortida de 2,83 volts produirà un corrent de 0,35 amperes i 1 watts de potència en un altaveu típic de 8 ohms. No hi ha problema. Però si un cable amb impedància de 0,01 ohms estava connectat a través dels terminals de sortida d'un amplificador, aquesta mateixa senyal de sortida de 2,83 volts produiria una corrent de 282,7 amperes i 800 watts de potència. Això és molt, molt més que la majoria dels dispositius de sortida que es poden lliurar. A menys que l'amplificador tingui algun tipus de circuit o dispositiu de protecció, el dispositiu de sortida se sobreescalfarà i probablement patiran danys permanents. I sí, fins i tot podria incendiar-se.
Amb una certa quantitat d'impedància incorporada a la sortida, el component, òbviament, té una major protecció contra els curtcircuits, ja que la impedància de sortida sempre està en el circuit. Digueu que teniu un amplificador d'auriculars amb una impedància de sortida de 30 ohms, que conduïa un parell d'auriculars de 32 ohms i que us cortem el cable de l'auricular per tallar-lo accidentalment amb un parell de tisores. Vas des d'una impedància total del sistema de 62 ohms fins a una impedància total de potser 30.01 ohms, que no és tan gran. Sens dubte molt menys extrem que anar de 8 ohms a 0.01 ohms.
Què tan baix hauria de ser la impedància de sortida?
Una regla molt general en l'àudio és que voleu que la impedància de sortida sigui almenys 10 vegades inferior a la impedància d'entrada prevista que alimentarà. D'aquesta manera, la impedància de sortida no té un efecte significatiu en el rendiment del sistema. Si la impedància de sortida és molt superior a 10 vegades la impedància d'entrada que alimentarà, podeu obtenir uns quants problemes diferents.
Amb qualsevol electrònica d'àudio, una impedància de sortida massa alta pot crear efectes de filtració que causen anomalies de resposta freqüencials de freqüència, i també produeixen una menor potència de sortida. Per obtenir més informació sobre aquests fenòmens, consulteu els meus articles primer i segon sobre com els cables de l'altaveu poden afectar la qualitat de so.
Amb amplificadors, hi ha un problema addicional. Quan l'amplificador moveu el con de l'altaveu cap endavant o cap endarrere, la suspensió de l'altaveu provoca que el connector torni a la seva posició central. Aquesta acció genera tensió que després es tira cap a l'amplificador. (Aquest fenomen es coneix com a "esquena EMF" o la força electromotriu inversa). Si la impedància de sortida de l'amplificador és prou baixa, reduirà el pes d'EMF i actuarà com a fre al con quan torna. Si la impedància de sortida de l'amplificador és massa alta, no podrà aturar el con, i el con continuarà sortint d'anada i tornada fins que s'aturi la fricció. Això crea un efecte de trucada i fa que les notes continuïn després de la seva detenció.
Podeu veure això a les puntuacions dels amplificadors del factor d'amortiment. El factor d'amortiment és la mitjana d'impedància d'entrada prevista (8 ohms) dividida per la impedància de sortida de l'amplificador. Com més gran sigui el nombre, millor serà el factor d'amortiment.
Impedància de sortida d'amplificador
Com que estem parlant d'amps, comencem amb aquest exemple, que es mostra al dibuix anterior. Les impedàncies de parlants solen ser de 6 a 10 ohms, però és habitual que els parlants caiguin a impedància de 3 ohms a certes freqüències, i fins i tot a 2 ohms en alguns casos extrems. Si s'executen dos altaveus de forma paral·lela, com solen fer els instal·ladors a mida quan es creen sistemes d'àudio multiroom , això redueix la impedància a la meitat, és a dir, un altaveu que cau a 2 ohms en, per exemple, 100 Hz ara cau a 1 ohm a aquesta freqüència quan és emparellat amb un altre parlant del mateix tipus. Aquest és un cas extrem, per descomptat, però els dissenyadors d'amplificadors han de tenir en compte casos tan extrems o podrien enfrontar-se a una gran pila d'amplificadors que arriben a la reparació.
Si es calcula una impedància mínima d'altaveu d'1 ohm, això significa que l'amplificador ha de tenir una impedància de sortida de no més de 0,1 ohms. Òbviament, no hi ha cap espai per afegir prou resistència a la sortida de l'amplificador perquè els dispositius de sortida tinguin una protecció real.
D'aquesta manera, l'amplificador haurà d'emprar algun tipus de circuit de protecció. Això podria ser una cosa que rastreja la sortida actual de l'amplificador i desconnecta la sortida si el sorteig actual és massa alt. O podria ser tan senzill com un fusible o interruptor a la línia d'alimentació de corrent altern o els rails de la font d'alimentació. Aquests desconnecten la font d'alimentació quan el sorteig actual és més que l'amplificador pot manejar.
Per cert, gairebé tots els amplificadors de potència de tub utilitzen transformadors de sortida, i perquè els transformadors de sortida són només bobines de filferro embolicades al voltant d'un marc metàl·lic, tenen una impedància substancial pròpia, de vegades fins a 0,5 ohms o més. De fet, per simular el so d'un amplificador de canó en els seus amplificadors de sòlids Sunfire (transistor), el famós dissenyador Bob Carver va afegir un interruptor de "mode actual" que va col · locar una resistència de 1 ohm en sèrie amb els dispositius de sortida. Per descomptat, això va incomplir la proporció mínima de 1 a 10 de la impedància de sortida a la impedància d'entrada prevista que vam comentar anteriorment, i així va tenir un efecte considerable sobre la resposta de freqüència de l'altaveu connectat, però això és el que obteniu amb molts amplificadors i és exactament el que Carver volia simular.
02 de 03
Impedància de sortida de dispositiu d'impulsos / fonts
Amb un preamp o un dispositiu d'origen (reproductor de CD, caixa de cable, etc.), tal com es mostra en el dibuix anterior, és una situació diferent. En aquest cas, no us preocupa el poder ni el corrent. Tot el que necessiteu per transmetre el senyal d'àudio és la tensió. Així, el dispositiu descendent: un amplificador de potència, en el cas d'un preamplificador o un preamplificador, en el cas d'un dispositiu font, pot tenir una gran impedància d'entrada. Qualsevol corrent que vingui a través de la línia està gairebé completament bloquejat per aquesta impedància d'entrada alta, però la tensió passa molt bé.
Per a la majoria d'amperes de potència i preamplificadors, és habitual una impedància d'entrada de 10 a 100 kilohms. Els enginyers poden anar més altes, però poden obtenir més soroll d'aquesta manera. Per cert, els amperes de guitarra solen tenir impedàncies d'entrada de 250 kilohms a 1 megohm, ja que les recanvis de guitarra elèctrica solen tenir impedàncies de sortida de 3 a 10 kilohms.
Els circuits curts poden ser comuns amb els circuits de nivell de línia, ja que és tan fàcil de fregar accidentalment els dos conductors nus d'un endoll RCA contra una peça de metall que els fa curtir. D'aquesta manera, les impedàncies de sortida de 100 ohms o més són comuns en preamplificadors i dispositius d'origen. He vist alguns components exòtics d'alta gamma amb impedàncies de sortida a nivell lineal tan baixes com 2 ohms, però que comptaran amb transistors de sortida molt resistents o amb un circuit de protecció per evitar danys de pantalons curts. En alguns casos, poden tenir un condensador d'acoblament a la sortida per bloquejar la tensió de corrent continu i evitar que el dispositiu de sortida es redueixi.
Les preamplificacions Phono són totalment diferents. Encara que generalment tenen impedàncies de sortida similars a les d'un reproductor de CD, les seves impedàncies d'entrada són molt diferents a les d'un preamplificador de línia. Això és massa per entrar aquí. Potser cavaré en aquest tema en un altre article.
03 de 03
Impedància de sortida Amp d'auriculars
L'augment de la popularitat dels auriculars ha suposat l'arranjament de la impedància del sistema més estrany i no estàndard dels amplificadors típics d'auriculars. A diferència dels amperes convencionals, els amperes d'auriculars tenen una gran varietat d'impedàncies de sortida. Els amplificadors d'auriculars molt barats, com els integrats a la majoria d'ordinadors portàtils, poden tenir una impedància de sortida de fins a 75 o fins a 100 ohms, tot i que la impedància d'auriculars normalment oscil·la entre 16 i 70 ohms.
És rar que un consumidor desconnecti i torneu a connectar els altaveus quan s'executi un amper, i també és estrany que els cables de l'altaveu es danyin quan s'executi un amplificador. Però amb auriculars, aquestes coses passen tot el temps. La gent normalment connecta o desconnecta els auriculars quan s'executa un amplificador d'auriculars. Els cables de l'auricular sovint es malmeten, de vegades creen un curtcircuit, mentre estan en ús. Per descomptat, la majoria d'amperes d'auriculars són dispositius barats, cosa que pot fer que l'addició d'un circuit de protecció decent sigui prohibitiu pel cost. Així, la majoria dels fabricants prenen la forma més senzilla: augmenten la impedància de sortida de l'amplificador afegint una resistència (o ocasionalment un condensador).
Com podeu veure a les meves mesures d'auriculars (baixeu al segon gràfic), la impedància d'alta pot tenir un gran efecte en la resposta de freqüència d'un auricular. Vaig mesurar la resposta de freqüència d'un auricular per primera vegada amb un amplificador d'auriculars de Fidelity Musical que té una impedància de sortida de 5 ohms i, de nou, amb un extra de 70 ohms de resistència afegit per crear una impedància de sortida total de 75 ohms.
L'efecte que tindrà una alta impedància de sortida variarà amb la impedància dels auriculars connectats, i especialment amb el canvi en la impedància de l'auricular a diferents freqüències. Els auriculars que presenten grans oscil·lacions d'impedància -com els models més in-ear amb controladors d'armadura equilibrada- solen mostrar canvis substancials en la resposta de freqüència quan canvieu d'un amplificador amb baixa impedància de sortida a un amb una alta impedància de sortida. Sovint, un auricular que tingui un balanç tonal de so natural quan s'utilitzi amb una font d'impedància baixa tindrà un balanç baix i compacte quan s'utilitzi amb una font d'alta impedància.
Afortunadament, la baixa impedància de sortida està disponible en molts amplificadors d'auriculars de gamma alta (especialment en models d'estat sòlid), i fins i tot alguns xips d'amplificadors d'auriculars petits integrats en dispositius com iPhones. En general, no hi ha manera de saber amb certesa si s'utilitza un auricular per utilitzar amb impedàncies d'alta o baixa producció, però prefereixo quedar-me amb impedància de baixa producció per les raons esmentades anteriorment en aquest article.
Prefereixo no utilitzar auriculars amb gronxadors d'impedància enormes que causarien canvis de resposta de freqüència quan s'utilitzen amb amperes d'auriculars que tenen una alta impedància de sortida (com la que hi ha al portàtil estic escrivint això). Tanmateix, malauradament, en general, prefereixo el so d'un bon auricular d'ordit equilibrat a un que utilitza controladors dinàmics, de manera que quan faig servir aquests auriculars amb el meu ordinador portàtil, solen connectar un amplificador extern o un amplificador / amplificador de auriculars USB.
Sé que aquesta ha estat una explicació de llarg recorregut, però la impedància de sortida és un tema complicat. Gràcies per suportar amb mi, i si teniu alguna pregunta o si he deixat alguna cosa fora, envieu-me un correu electrònic i hágamelo saber.