03 01
Аудио-электроникадағы ең жаңылыстыратын тақырыптардың бірі
Аудио негіздерін оқыған кезде, мен түсіну қиын болатын түсініктердің бірі шығу импеданс болды. Кіріспе импеданс Мен сөйлеуші мысалынан инстинктивті түрде түсіндім. Өйткені, динамик драйвері сымның қаптамасын қамтиды, және мен сымның катушкасының электр ағымына қарсы екенін білдім. Бірақ шығу импеданс? Неліктен күшейткіш немесе префамптың шығуына кедергі келтірер еді? Ол кез келген мүмкін кернеуді жеткізіп бергісі келмейді ме?
Менің оқырмандарым мен энтузиастарыммен сөйлескен жылдарымда, мен шығу импеданс туралы толық түсінікке ие болмаған жалғыз адам емес екенімді түсіндім. Сондықтан, мен бұл тақырып бойынша пример жасауды жақсы көремін деп ойладым. Бұл мақалада мен үш қарапайым және өте әртүрлі жағдайлармен айналысамын: алдын ала ампер, ампер және құлақаспап ампары.
Біріншіден, импеданс туралы тұжырымдаманы қысқаша баяндап көрейік. Қарсыласу DC электр қуатының ағымын шектейтін нәрсе. Импеданс негізінен бірдей, бірақ DC-ның орнына AC-мен. Әдетте компоненттің кедергісі электр сигналының жиілігі өзгерген кезде өзгереді. Мысалы, кішігірім сымның 1 Гц-де нөлдік импеданс болады, бірақ 100 кГц-де жоғары импеданс болады. Конденсатордың 1 Гц-де шамамен шексіз импеданс болуы мүмкін, бірақ 100 кГц-де импеданс болмайды.
Шығу кедергісі - бұл преамп немесе күшейткіштің шығыс құрылғылары (әдетте транзисторлар, трансформатор немесе түтік) және импульстің нақты шығу клеммалары арасындағы импеданс саны. Бұған құрылғының ішкі кедергісі кіреді.
Неліктен шығыс кедергісі қажет?
Неліктен компонентте шығу импедансы бар? Негізінен бұл қысқа тұйықталудан зақымдану.
Кез келген шығыс құрылғысы жұмыс істей алатын электр тогының көлемінде шектеледі. Егер құрылғының шығысы қысқарса, онда үлкен көлемді ток беруге болады. Мысалы, 2.83-вольтты шығыс сигналы әдеттегі 8-ом динамигіне 0,35 ампер және 1 ватт қуат береді. Онда ешқандай проблема жоқ. Бірақ 0,01 Ом импеданс сым күшейткіштің шығыс терминалдары арқылы қосылған болса, сол 2.83-вольттық сигнал шығысы 282,7 ампер және 800 ватт қуат береді. Көптеген шығу құрылғылары жеткізе алатындай алыс. Амптың қорғаныс схемасы немесе құрылғының қандай да бір түрі болмаса, онда шығыс құрылғысы қатты қызып кетеді және тұрақты зақымдануы мүмкін. Және иә, тіпті отты ұстап алар еді.
Шығаруға салынған импеданс көлемінің аздығымен, құрамдас бөлік қысқа тұйықталудан қорғайды, себебі шығу импеданс әрдайым тізбекте болады. Сізде 30 ом шығыс импедансымен 32-омтық құлаққапты басқаратын құлаққапты амп бар екенін және құлаққапты сымнан кездейсоқ кесіп алып, оны қайшымен жұтып қойыңыз деп айтыңыз. Сіз жалпы жүйе импедансынан 62 Ом-дан 30,01 Ом-қа дейінгі импедансқа дейін барасыз, бұл үлкен емес. Әрине, 8 Омнан 0,01 Омға дейін қарағанда, өте аз экстремалды.
Шығу кедергісі қаншалықты төмен болуы керек?
Аудиодағы жалпыға қолжетімді ереже - бұл демалыс импедансының кем дегенде 10 есе аз күтілетін кіру импедансынан төмен болуын қалауыңыз. Осылайша, демалыс кедергісі жүйенің жұмысына елеулі әсер етпейді. Егер шығыс кедергісі ол берілетін кіріс импедансынан 10 еседен аса көп болса, сіз бірнеше түрлі проблемаларды аласыз.
Кез-келген аудиоэлементтің көмегімен жоғары өнімділігі жоғары импеданс сирек кездесетін жиілік реакциясының ауытқуларын тудыратын сүзгі әсерлерін жасай алады, сондай-ақ қуаттың азаюына әкеледі. Бұл құбылыстар туралы көбірек білу үшін, сөйлесу кабельдерінің дыбыс сапасына қалай әсер етуі туралы менің бірінші және екінші мақалаларымды тексеріңіз.
Күшейткіштермен қосымша проблема бар. Күшейткіш динамик конусын алға немесе артқа жылжытқанда, динамиктің суспензесі конустың ортаңғы орнын басады. Бұл әрекет күшейткішке кері қарай шығарылатын кернеуді тудырады. (Бұл құбылыс «артқа қарай» EMF «немесе кері электр қозғалтқыш күші деп аталады). Егер күшейткіштің шығу импедансі жеткілікті төмен болса, онда ол кері КМҚ-ны қысқартады және конустық тежеу ретінде әрекет етеді. Егер күшейткіштің шығу импеданс тым жоғары болса, онда конус тоқтап қалмайды және үйкеліс тоқтағанша конус бұрынғыдан әрі қарай жалғасады. Бұл қоңырау әсерін тудырады және олар тоқтағаннан кейін жазбаларды жасайды.
Оны күшейткіштердің демпферлік коэффициентінің рейтингісінде көре аласыз. Демпфирлеу коэффициенті - импэстің шығу импедансымен бөлінген күтілетін орташа кіріс кедергісі (8 Ом). Нөмірдің саны неғұрлым жоғары болса, демпферлік фактор неғұрлым жақсы болады.
Күшейткіштің шығыс кедергісі
Біз ампақтар туралы айтып жатқандықтан, жоғарыдағы суретте көрсетілген мысалдан бастасақ. Спикердің импеданстары әдетте 6-10 ом-қа тең болады, бірақ спикерлер белгілі бір жиілікте 3 Ом кедергісіне, тіпті кейбір төтенше жағдайларда 2 омға дейін жиі кездеседі. Егер параллельді екі динамикті іске қоссаңыз, тапсырыс берушілер көбінесе көп бөліктік дыбыс жүйелерін жасап шығарғанда, импедансты жартысын қысқартады, яғни 2 Ом-қа азайған динамикті білдіреді, мысалы, 100 Гц енді сол жиілікте 1 Ом-ға азайған кезде бір түрдегі басқа динамикпен жұпталған. Бұл, әрине, өте күрделі жағдай, бірақ күшейткіш дизайнерлер осындай төтенше жағдайларды есепке алу керек немесе жөндеуге келетін үлкен ампермен қапталуы мүмкін.
Егер ең төменгі динамиктің 1 Ом кедергісін анықтасақ, яғни амптың 0,1 Омнан аспайтын шығу импедансы болуы керек. Шығару құрылғыларына кез-келген нақты қорғауды беру үшін осы амптың шығуына жеткілікті қарсылығын қосудың орны жоқ екені анық.
Осылайша күшейткіш бірнеше қорғаныс тізбегін қолдануға мәжбүр болады. Бұл амптың ток шығысын бақылайтын және ағымдық тартылым тым жоғары болса, шығуды ажырататын нәрсе болуы мүмкін. Немесе кіріс айнымалы ток желісіндегі немесе қорек көзінің рельсіндегі сақтандырғыш немесе сөндіргіш сияқты қарапайым болуы мүмкін. Олар ағымдық сызбаны амптың істей алатындығынан артық болған кезде қуат көзінен ажыратады.
Айтпақшы, барлық түтік күші күшейткіштері демалыс трансформаторларын қолданады, ал демалыс трансформаторлары металдан жасалған рамаға оралған сымдардың қаптамалары болғандықтан, олар өздерінің жеке кедергілеріне, кейде 0,5 ом немесе одан да көп. Шын мәнінде, оның Sunfire қатты күйдегі (транзисторлы) күшейткіштерінде түтік ампасының дыбысын имитациялау үшін, әйгілі дизайнер Боб Карвер 1-ом резисторды шығыс құрылғыларымен сериялы «ағымдағы режим» қосқышын қосады. Әрине, бұл, жоғарыда талқыланған күтілетін енгізу импедансқа шығу импедансының 1-ден 10-ға дейінгі минималды коэффициентін бұзды және осылайша қосылған үндеткіштің жиілік реакциясына айтарлықтай әсер етті, бірақ бұл сіз көптеген түтік амптарымен және бұл Карвер модельдеуге келеді.
03 02
Preamp / Source құрылғысының шығысы импеданс
Жоғарыда келтірілген суретте көрсетілгендей, алдын ала қарау немесе бастапқы құрылғы (CD ойнатқыш, кабельді қорап және т.б.) басқа жағдай. Бұл жағдайда сіз күш немесе ток көзіне көңіл бөлмейсіз. Дыбыс сигналын беру үшін сізге кернеу керек. Осылайша, төменгі ағындық құрылғы - бастапқы сигнал көзі болған жағдайда, предусилен немесе күшейткіштің күшейткіші жоғары кіру импедансіне ие болуы мүмкін. Кез келген ток желісі арқылы өтетін бұл кіріс кедергісі жоғарыдан толықтай жабылады, бірақ кернеу өте жақсы өтеді.
Көптеген қуат амперлері мен префаматтар үшін 10-дан 100 километрге дейінгі кіру кедергісі кең таралған. Инженерлер жоғары деңгейге жете алады, бірақ олар шудың көп болуы мүмкін. Айтпақшы, гитара ампикасында әдетте 250 мкм-қа дейін 1 мегатраға арналған импеданс бар, өйткені электрогитарлы әдетте әдетте 3-тен 10 километрге дейін импеданс шығарады.
Қысқа тұйықталу тізбектік тізбектерімен ортақ болуы мүмкін, себебі RCA-ның екі жалаңаш өткізгішті кездейсоқ розеткадан металдың бір бөлігіне қарсы сығымдау оңай. Осылайша, 100 Ом немесе одан жоғары шығу импеданстары преампалар мен бастапқы құрылғыларда жиі кездеседі. Мен 2 Ом төмен деңгейдегі шығу импедансымен бірнеше экзотикалық, жоғары сапалы компоненттерді көрдім, бірақ олар шорттардан болатын зақымдарды болдырмау үшін өте қиын жүктеме транзисторларына немесе қорғау тізбегіне ие болады. Кейбір жағдайларда кернеудің кернеуін блоктау және шығыс құрылғыларының күйіп қалуын болдырмау үшін олардың шығуындағы конденсатордың конденсаторы болуы мүмкін.
Phono preamps - бұл әр түрлі тақырып. Әдетте олар CD ойнатқышы сияқты шығу импедансымен ерекшеленеді, олардың кіріс импеданстары сатылы кезеңдік прамаптан өте ерекшеленеді. Бұл жерге бару тым көп. Мүмкін, мен осы тақырыпқа тағы бір мақалада жазамын.
03 03
Құлақаспап Amp Output Impedance
Құлаққаптардың танымалдығы кеңінен таралғандықтан, құлаққапты әдеттегі құлаққапты ампандастың қалыпты емес, әдеттен тыс қалыпқа келтірді. Кәдімгі ампақтардан айырмашылығы, құлақаспап амплері шығу импедансінің кең спектріне шығады. Көптеген ноутбук компьютерлеріне ұқсас, шын мәнінде арзан құлақаспап ампары, құлаққаптың кедергісі әдетте 16-дан 70 Ом-қа дейін болса да, 75 немесе тіпті 100 Ом-да жоғары импеданс болуы мүмкін.
Тұтынушының ампер жұмыс істеп тұрған кезде үндеткіштерді ажыратып, қайта қосуына сирек кездеседі, сондай-ақ ампер жұмыс істеп тұрған кезде динамик кабельдерінің зақымдануы сирек болады. Құлаққаптармен бұл жағдайлар үнемі орын алады. Құлақаспап ампы жұмыс істеген кезде адамдар құлаққапты үнемі қосады немесе ажыратады. Құлаққап кабельдері жиі зақымдалған - кейде қысқа тұйықталуды жасайды - олар қолданыста. Әрине, құлақ аспаптары көпшілігі арзан құрылғылар болып табылады, олар лайықты қорғаныс тізбесін қымбатқа түсіруге болады. Осылайша өндірушілердің көпшілігі жеңілдетеді: күшейткіштің шығу кедергісін резисторды (кейде конденсатор) қосу арқылы көтереді.
Құлақаспапты өлшегенде (екінші графаға дейін түсетіндіктен), жоғары шығу импедансінің құлаққаптың жиіліктік әсеріне үлкен әсер етуі мүмкін. Мен құлаққаптың жиіліктік әсерін алдымен 5 Ом шығу импедансіне ие Musical Fidelity құлақаспап ампусымен өлшеймін, одан кейін 75 ом шығыс кедергісін жасау үшін қосымша 70 ohm қарсылық қосылды.
Жоғары шығу импедансінің байланысты құлаққаптың импедансымен, әсіресе құлаққаптың импедансінің әртүрлі жиілікте өзгеруімен өзгеруі мүмкін. Үлкен импеданс ауытқулары бар құлаққаптар - теңгерілген арматура драйвері бар құлақшалар үлгілерінің көпшілігі сияқты, әдетте төмен шығыс импедансымен жоғары шығыс импедансымен амптан өзгерген кезде жиілік әсерінде елеулі өзгерістерді көрсетеді. Жиі импеданс көзімен жұмыс істегенде табиғи дыбыс шығаратын тональ теңгеріміне ие құлаққапты жиі жоғары импеданс көзі қолданылған кезде бас, түтікке арналған дыбыс балансы болады.
Бақытымызға орай, төмен шығыс кедергісі көптеген жоғары дәрежелі құлақаспап амптерлерінде (әсіресе қатты күйдегі үлгілерде), тіпті iPhone сияқты құрылғыларға салынған кішкентай құлақаспап амп-чиптерінің кейбірінде қол жетімді. Әдетте жоғары немесе төмен шығыс импедансымен пайдалану үшін құлақаспаптың дауысы естіле ме, соны білудің ешқандай жолы жоқ, бірақ осы мақалада айтылған себептерге байланысты төмен шығыс импедансымен қалғым келеді.
Мен құлаққапты үлкен импеданс ауытқуларымен пайдаланбауды қалаймын, бұл үлкен шығыс кедергісі бар құлаққап амперімен (мысалы, ноутбуктың ішіндегі сияқты) жиілік реакциясының өзгеруіне әкелуі мүмкін. Өкінішке орай, мен әдетте динамикалық драйверлерді пайдаланатын жақсы теңдестірілген арматура құлағының құлақшылығын жақсы көремін, сондықтан мен осы құлаққапты ноутбуктыммен пайдаланғанда әдетте сыртқы амп-USB немесе құлақаспап ампер / DAC қосамын.
Мен бұл ұзақ уақытқа созылған түсініктеме екенін білемін, бірақ шығу кедергісі - күрделі тақырып. Менімен бірге болғаныңыз үшін рахмет, егер сізде сұрақтар туындаса немесе бірдеңе қалдырсаңыз, маған электронды хат жіберіп, маған хабарлаңыз.