01 จาก 03
การแก้ไขปัญหาเรื่องหนึ่งที่น่าสับสนที่สุดใน Audio Electronics
เมื่อฉันได้เรียนรู้พื้นฐานของเสียงหนึ่งในแนวคิดที่ยากที่สุดสำหรับฉันที่จะเข้าใจคือความต้านทานเอาท์พุท Input impedance ฉันเข้าใจสัญชาตญาณจาก ตัวอย่างของลำโพง หลังจากที่ทุกคนขับลำโพงมีขดลวดและฉันรู้ว่าขดลวดต่อต้านการไหลของกระแสไฟฟ้า แต่ความต้านทาน เอาต์พุต ? ทำไมเครื่องขยายเสียงหรือ preamp มีอิมพีแดนซ์ที่เอาท์พุทฉันสงสัย? มันจะไม่ต้องการที่จะส่งมอบทุก โวลต์ที่ เป็นไปได้และ แอมป์ กับสิ่งที่มันขับรถ?
ในการแชทของฉันกับผู้อ่านและผู้ที่ชื่นชอบในช่วงหลายปีที่ผ่านมาฉันได้ตระหนักว่าฉันไม่ใช่คนเดียวที่ไม่ได้รับความคิดทั้งหมดเกี่ยวกับความต้านทานเอาต์พุต ดังนั้นฉันคิดว่ามันจะดีที่จะทำไพรเมอร์ในเรื่อง ในบทความนี้ฉันจะจัดการกับสถานการณ์ทั่วไปและแตกต่างกันสามอย่าง: ไฟหน้า, แอมป์และแอมป์สำหรับหูฟัง
ขั้นแรกให้สรุปแนวคิดเรื่อง ความต้านทาน สั้น ๆ ความต้านทานเป็นระดับที่บางสิ่งบางอย่าง จำกัด การไหลของกระแสไฟฟ้ากระแสตรง ความต้านทานเป็นพื้นเดียวกัน แต่มี AC แทน DC โดยปกติความต้านทานของส่วนประกอบจะเปลี่ยนแปลงไปตามความถี่ของการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นม้วนเล็ก ๆ ของลวดจะมีอิมพีแดนซ์เกือบเป็นศูนย์ที่ 1 Hz แต่มีความต้านทานสูงที่ 100 kHz ตัวเก็บประจุอาจมีอิมพีแดนซเกือบอนันตที่ 1 Hz แต่แทบจะไม่มีอิมพิแดนเซอร์ที่ 100 kHz
อิมพีแดนซ์เอาท์พุทคือจำนวนอิมพีแดนซ์ระหว่างอุปกรณ์นำสัญญาณ preamp หรือเครื่องขยายเสียง (โดยปกติจะเป็นทรานซิสเตอร์ แต่อาจเป็นหม้อแปลงหรือหลอด) และขั้วสัญญาณเอาท์พุทจริงของส่วนประกอบ ซึ่งรวมถึงความต้านทานภายในของอุปกรณ์ด้วยเช่นกัน
คุณต้องการ Output Impedance ทำไม?
ดังนั้นทำไมองค์ประกอบจะมีความต้านทานเอาต์พุต? ส่วนใหญ่ก็เพื่อป้องกันความเสียหายจากการลัดวงจร
อุปกรณ์ส่งออกใด ๆ มีจำนวน จำกัด ในปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่สามารถรับมือได้ ถ้าเอาต์พุตของอุปกรณ์สั้นลงระบบจะขอให้ส่งกระแสข้อมูลเป็นจำนวนมาก ตัวอย่างเช่นสัญญาณเอาต์พุต 2.83 โวลต์จะผลิตกระแสไฟฟ้าที่ 0.35 แอมป์และ 1 วัตต์ในลำโพงทั่วไป 8 โอห์ม ไม่มีปัญหาที่นั่น แต่ถ้ามีสายที่มีความต้านทาน 0.01 โอห์มเชื่อมต่อผ่านเทอร์มินัลเอาต์พุตของเครื่องขยายสัญญาณสัญญาณเอาท์พุท 2.83 โวลต์จะให้กระแสไฟ 282.7 แอมป์และ 800 วัตต์ ที่ไกลเกินกว่าอุปกรณ์ส่งออกมากที่สุดสามารถส่งมอบ เว้นเสียแต่ว่าแอมป์มีวงจรป้องกันหรืออุปกรณ์บางชนิดอุปกรณ์ส่งสัญญาณจะร้อนมากเกินไปและอาจจะได้รับความเสียหายอย่างถาวร และใช่มันอาจจะไฟ
มีจำนวนของความต้านทานที่สร้างขึ้นในการส่งออกองค์ประกอบอย่างเห็นได้ชัดมีการป้องกันที่ดีขึ้นกับลัดวงจรเนื่องจากความต้านทานเอาท์พุทอยู่เสมอในวงจร สมมติว่าคุณมีแอมป์สำหรับหูฟังที่มีความต้านทานเอาต์พุต 30 โอห์มขับหูฟังคู่ขนาด 32 โอห์มและคุณตัดสายหูฟังโดยเผลอตัดด้วยกรรไกรคู่ คุณไปจากความต้านทานของระบบทั้งหมด 62 โอห์มลงไปที่ความต้านทานรวมของอาจจะ 30.01 โอห์มซึ่งไม่ได้เป็นเรื่องใหญ่ แน่นอนมากน้อยกว่าไปจาก 8 โอห์มลงไป 0.01 โอห์ม
ความต้านทานต่อการรับส่งข้อมูลต่ำควรเป็นอย่างไร?
กฎทั่วไปทั่วไปของเสียงคือคุณต้องการให้ความต้านทานเอาต์พุตต่ำกว่าอิมพีแดนซ์อินพุทที่คาดว่าจะน้อยกว่า 10 เท่า ด้วยวิธีนี้ความต้านทานขาออกไม่ได้มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพของระบบ ถ้าความต้านทานขาออกมากเกินกว่า 10 เท่าของความต้านทานขาเข้าที่จะป้อนข้อมูลคุณจะได้รับปัญหาที่แตกต่างกันเล็กน้อย
ด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์แบบอิเลคทรอนิคส์อิมพีแดนซ์เอาท์พุทที่สูงเกินไปสามารถสร้างผลการกรองที่ก่อให้เกิดความผิดปกติในการตอบสนองความถี่แปลก ๆ และส่งผลให้เอาต์พุตลดลง สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับปรากฏการณ์เหล่านี้โปรดดูบทความ แรก และบทความ ที่สอง ของฉันเกี่ยวกับสายลำโพงที่มีผลต่อคุณภาพเสียง
มีเครื่องขยายเสียงมีปัญหาเพิ่มเติม เมื่อเครื่องขยายเสียงขยับกรวยลำโพงไปข้างหน้าหรือข้างหลังลำโพงจะระงับกรวยกลับไปที่ตำแหน่งกึ่งกลาง การกระทำนี้สร้างแรงดันไฟฟ้าซึ่งจะถูกส่งกลับไปที่เครื่องขยายเสียง (ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "EMF ย้อนกลับ" หรือแรงดึงดูดทางไฟฟ้าย้อนกลับ) ถ้าอิมพีแดนซ์เอาต์พุตของเครื่องขยายเสียงอยู่ในระดับต่ำพอจะทำให้ EMF ด้านหลังสั้นและทำหน้าที่เป็นเบรคบนกรวยขณะที่สปริงกลับ ถ้าอิมพีแดนซ์เอาท์พุทของเครื่องขยายเสียงสูงเกินไปจะไม่สามารถหยุดกรวยได้และกรวยจะยังคงหงายไปมาจนกว่าแรงเสียดทานจะหยุดลง นี้จะสร้างผลกระทบเสียงเรียกเข้าและทำให้บันทึกอ้อยอิ่งหลังจากที่พวกเขาควรจะหยุด
คุณสามารถดูสิ่งนี้ได้จากการจัดอันดับปัจจัยการทำให้หมาด ๆ ของเครื่องขยายเสียง Damping factor คืออิมพีแดนซ์อินพุตเฉลี่ยที่คาดไว้ (8 โอห์ม) หารด้วยความต้านทานเอาต์พุตของแอมป์ จำนวนที่สูงกว่าปัจจัยการทำให้หมาด ๆ ดีขึ้น
ความต้านทานขาออกแอมพลิฟายเออร์
เนื่องจากเรากำลังพูดถึงแอมป์โปรดเริ่มต้นด้วยตัวอย่างเช่นซึ่งแสดงในภาพวาดด้านบน impedances ลำโพงมักจะจัดอันดับ 6 ถึง 10 โอห์ม แต่ทั่วไปลำโพงจะลดลง 3 โอห์มอิมพีแดนซ์ที่ความถี่บางอย่างและแม้กระทั่ง 2 โอห์มในกรณีที่รุนแรงบางอย่าง หากคุณเรียกใช้ลำโพงสองตัวแบบขนานเนื่องจากโปรแกรมติดตั้งแบบกำหนดเองมักทำอย่างไรเมื่อสร้าง ระบบเสียงแบบ multiroom ซึ่งจะลดอิมพีแดนซ์ลงครึ่งหนึ่งซึ่งหมายความว่าลำโพงที่ลดลงถึง 2 โอห์มที่กล่าวว่า 100 Hz จะลดลงเหลือ 1 โอห์มที่ความถี่ดังกล่าว จับคู่กับลำโพงชนิดอื่น นี่เป็นกรณีที่แน่นอน แต่นักออกแบบเครื่องขยายเสียงต้องคำนึงถึงกรณีที่รุนแรงหรืออาจต้องเผชิญกับกองแอมป์ขนาดใหญ่ที่เข้ามาซ่อมแซม
ถ้าเราคิดค่าความต้านทานต่ำสุดของลำโพง 1 โอห์มนั่นหมายความว่าแอมป์ควรมีความต้านทานเอาต์พุตไม่เกิน 0.1 โอห์ม เห็นได้ชัดว่าไม่มีความสามารถในการเพิ่มความต้านทานให้กับเอาท์พุทของแอมป์นี้ได้เพื่อให้อุปกรณ์ส่งสัญญาณมีการป้องกันที่แท้จริง
ดังนั้นเครื่องขยายเสียงจะต้องใช้วงจรป้องกันบางประเภท นั่นอาจเป็นข้อมูลที่ติดตามเอาต์พุตปัจจุบันของแอมป์และตัดการเชื่อมต่อออกถ้ามีการดึงกระแสสูงเกินไป หรือมันอาจจะเป็นง่ายๆเป็นฟิวส์หรือตัดวงจรบนสายไฟ AC ที่เข้ามาหรือทางรถไฟของแหล่งจ่ายไฟ ถอดแหล่งจ่ายไฟออกเมื่อดึงกระแสมากกว่าแอมป์
อนึ่งแอมพลิไฟเออร์ที่ใช้หลอดเกือบทั้งหมดใช้หม้อแปลงไฟฟ้าขาออกและเนื่องจากหม้อแปลงไฟฟ้าขาออกเป็นขดลวดที่ห่อหุ้มรอบโครงโลหะจึงมีความต้านทานที่เป็นของตัวเองซึ่งบางครั้งอาจมีค่ามากถึง 0.5 โอห์มหรือมากกว่านั้น ในความเป็นจริงในการจำลองเสียงของหลอดแอมป์ในตัวขยายสัญญาณทรานซิสเตอร์ของแข็ง Sunfire ผู้ออกแบบที่มีชื่อเสียง Bob Carver ได้เพิ่มสวิตช์ "current mode" ที่วางตัวต้านทาน 1 โอห์มไว้ในชุดพร้อมกับอุปกรณ์เอาท์พุท แน่นอนนี่เป็นการละเมิดอัตราส่วนขั้นต่ำ 1 ถึง 10 ของความต้านทานขาออกไปยังอิมพีแดนซ์อินพุตที่คาดไว้ซึ่งเราได้กล่าวไว้ข้างต้นและมีผลอย่างมากต่อการตอบสนองต่อความถี่ของลำโพงที่เชื่อมต่ออยู่ แต่นั่นคือสิ่งที่คุณได้รับกับแอมป์ในหลอดจำนวนมากและ มันเป็นสิ่งที่ Carver ต้องการที่จะจำลอง
02 จาก 03
ความต้านทานต่อเอาท์พุท Preamp / อุปกรณ์ต้นทาง
ด้วยอุปกรณ์ preamp หรืออุปกรณ์ต้นทาง (เครื่องเล่นซีดีกล่องสายเคเบิล ฯลฯ ) ดังที่แสดงในภาพวาดด้านบนเป็นสถานการณ์ที่แตกต่างกัน ในกรณีนี้คุณไม่สนใจเกี่ยวกับพลังงานหรือกระแส สิ่งที่คุณต้องนำสัญญาณเสียงคือแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นอุปกรณ์ปลายน้ำ - เครื่องขยายเสียงในกรณีที่มีแหล่งจ่ายไฟก่อนหรือ preamp ในกรณีของอุปกรณ์ต้นทาง - สามารถมีอิมพีแดนซ์อินพุตสูงได้ กระแสใด ๆ ที่ไหลผ่านสายเกือบทั้งหมดถูกบล็อกโดยความต้านทานขาเข้าสูง แต่แรงดันไฟฟ้าได้รับผ่านได้ดี
สำหรับแอ็ปสแต็คและไฟหน้าแบบส่วนใหญ่ความต้านทานการป้อนข้อมูล 10 ถึง 100 กิโลวัตต์เป็นเรื่องปกติ วิศวกรสามารถไปสูงกว่าได้ แต่อาจมีเสียงดังมากขึ้น อนึ่งแอมป์กีตาร์มักมี impedances อินพุต 250 กิโลเฮิรตซ์เป็น 1 เมกกะเฮิร์ตเพราะกีตาร์ไฟฟ้ามักจะมีเอาต์พุตเอาต์พุตตั้งแต่ 3 ถึง 10 กิโลโมล
วงจรลัดอาจเป็นไปได้ทั่วไปกับวงจรระดับสายเนื่องจากง่ายต่อการขัดถูตัวนำเปล่าสองอันของปลั๊ก RCA กับชิ้นส่วนโลหะที่ทำให้เกิดการลัดวงจร ดังนั้น impedances เอาท์พุทของ 100 โอห์มหรือมากกว่าเป็นเรื่องปกติใน preamps และอุปกรณ์ต้นทาง ฉันเคยเห็นอุปกรณ์แปลกใหม่และแปลกใหม่ไม่กี่ชิ้นที่มีอิมพีแดนซ์เอาท์พุทระดับสายต่ำถึง 2 โอห์ม แต่เหล่านี้จะมีทรานซิสเตอร์เอาต์พุตเอาต์พุตที่หนักมากหรือวงจรป้องกันเพื่อป้องกันความเสียหายจากกางเกงขาสั้น ในบางกรณีพวกเขาอาจมีตัวเก็บประจุที่ coupling capacitor ที่เอาต์พุตเพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้า DC และป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ส่งออกเกิดความเสียหาย
preamp Phono เป็นหัวข้อที่แตกต่างกันทั้งหมด ในขณะที่พวกเขามักจะมี impedances เอาต์พุตคล้ายกับของเครื่องเล่นซีดี, impedances input ของพวกเขาจะแตกต่างจากที่ preamp เส้นเวที ที่มากเกินไปที่จะเข้ามาที่นี่ บางทีฉันอาจจะขุดหัวข้อนั้นในบทความอื่น
03 จาก 03
เอาท์พุตขาออกของหูฟัง
การเพิ่มความนิยมในหูฟังทำให้ระบบอินพุตเอฟเฟ็กต์หูฟังทั่วไปไม่เป็นไปตามมาตรฐานที่ไม่ได้มาตรฐาน แอมป์แบบแอมป์ของหูฟังมีความหลากหลายของเอาท์พุทเอาต์พุต แอมป์สำหรับหูฟังราคาถูกจริงๆเช่นตัวที่มีอยู่ในคอมพิวเตอร์แล็ปท็อปส่วนใหญ่อาจมีความต้านทานเอาต์พุตสูงถึง 75 หรือ 100 โอห์มแม้ว่าความต้านทานของหูฟังจะอยู่ที่ประมาณ 16 ถึง 70 โอห์ม
ผู้บริโภคขาดการเชื่อมต่อและเชื่อมต่อลำโพงอีกครั้งเมื่อแอมป์กำลังทำงานอยู่และหายากสำหรับสายลำโพงที่จะเกิดความเสียหายเมื่อแอมป์กำลังทำงานอยู่ แต่ด้วยหูฟังสิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นตลอดเวลา ผู้คนมักเชื่อมต่อหรือตัดการเชื่อมต่อหูฟังเมื่อแอมป์ของหูฟังกำลังทำงานอยู่ สายหูฟังเสียหายบ่อยครั้ง - บางครั้งสร้างวงจรลัด - ขณะที่ใช้อยู่ แน่นอนว่าแอมป์ของหูฟังส่วนใหญ่เป็นอุปกรณ์ราคาถูกซึ่งสามารถเพิ่มวงจรป้องกันที่เหมาะสมได้ เพื่อให้ผู้ผลิตส่วนใหญ่ใช้วิธีที่ง่ายขึ้น: เพิ่มความต้านทานเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียงโดยการเพิ่มตัวต้านทาน (หรือตัวเก็บประจุ)
อย่างที่คุณเห็นในการวัดค่าหูฟัง (ไปที่กราฟที่สอง) ความต้านทานขาออกสูงอาจมีผลอย่างมากต่อการตอบสนองต่อความถี่ของหูฟัง ฉันวัดการตอบสนองความถี่ของหูฟังก่อนด้วยแอมป์หูฟัง Musical Fidelity ซึ่งมีอิมพีแดนซ์เอาท์พุท 5 โอห์มแล้วเพิ่มอีก 70 โอห์มเพื่อเพิ่มความต้านทานเอาต์พุตเป็น 75 โอห์ม
ผลกระทบที่ความต้านทานขาออกสูงจะแตกต่างกันไปตามความต้านทานของหูฟังที่เชื่อมต่อและโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของหูฟังในความถี่ที่ต่างกัน หูฟังที่มีการชิงช้าสมรรถนะสูงเช่นเดียวกับโมเดลหูฟังส่วนใหญ่ที่มีตัวควบคุมแบบเกร็งสมดุลมักจะแสดงการเปลี่ยนแปลงความถี่ในการตอบสนองความถี่เมื่อคุณเปลี่ยนจากแอมป์ที่มีความต้านทานต่อเอาต์พุตต่ำไปเป็นหนึ่งเดียวที่มีความต้านทานขาออกสูง บ่อยครั้งที่หูฟังที่มีโทนเสียงที่ให้ความรู้สึกเป็นธรรมชาติเมื่อใช้กับแหล่งความต้านทานต่ำจะมีความสมดุลของเสียงทุ้มและน่าเบื่อเมื่อใช้กับแหล่งความต้านทานสูง
โชคดีที่ความต้านทานขาออกต่ำมีให้บริการในแอ็ปสเตอริโอหูฟังระดับไฮเอนด์ (โมเดล solid-state โดยเฉพาะอย่างยิ่ง) และแม้แต่ชิพแอมป์ขนาดเล็กบางตัวที่มีอยู่ในอุปกรณ์เช่น iPhones มักจะไม่มีวิธีใดที่จะทราบแน่ชัดว่าหูฟังถูกเปล่งออกมาสำหรับใช้กับอิมพีแดนซ์เอาต์พุตสูงหรือต่ำ แต่ฉันชอบที่จะยึดติดกับสมรรถภาพเอาต์พุตต่ำด้วยเหตุผลที่อ้างถึงก่อนหน้าในบทความนี้
ฉันไม่ต้องการใช้หูฟังที่มีการแกว่งความต้านทานสูงซึ่งจะทำให้การตอบสนองต่อความถี่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อใช้กับแอมป์ของหูฟังที่มีความต้านทานต่อการส่งออกสูง (เช่นเดียวกับแล็ปท็อปที่ฉันกำลังพิมพ์) แต่น่าเสียดายที่ฉันมักชอบเสียงของชุดหูฟังชนิดใส่ในหูที่สมดุลเพื่อให้ใช้ไดร์เวอร์แบบไดนามิกดังนั้นเมื่อใช้หูฟังกับแล็ปท็อปของฉันฉันมักจะต่อแอมป์ภายนอกหรือแอมป์หูฟัง USB / DAC
ฉันรู้ว่านี่เป็นคำอธิบายที่ยาวมาก แต่ความต้านทานเอาต์พุตเป็นหัวข้อที่ซับซ้อน ขอขอบคุณที่แบกรับกับฉันและถ้าคุณมีข้อสงสัยหรือถ้าฉันทิ้งอะไรบางอย่างไว้ให้ส่งอีเมลฉันและแจ้งให้เราทราบ