Jak ważne jest dopasowanie impedancji w aplikacjach audio?

Ile odbijanych sygnałów będzie miało znaczenie w aplikacjach audio (powiedzmy między wzmacniaczem a głośnikiem lub przedwzmacniaczem i wzmacniaczem)? Głównie w odniesieniu do wierności, a nie transferu mocy.

Jakie są różne opcje dopasowania impedancji i ich zalet / wad? Może to być na terminalu wyjściowym, terminalu wejściowym lub modyfikacji kabla?

Dopasowywanie impedancji nie jest stosowane w nowoczesnej elektronice audio.

• Wyjście mikrofonowe może wynosić około 600 Ω, a wejścia przedwzmacniacza mikrofonowego wynoszą 1 kΩ lub więcej.
• Wyjście liniowe będzie miało wartość około 100 Ω, a wejście liniowe będzie bardziej zbliżone do 10 kΩ.
• Wzmacniacz głośnikowy będzie miał mniej niż 0,5 Ω, podczas gdy głośniki są bardziej zbliżone do 4 Ω.
• Wyjście gitarowe może wynosić 100 kΩ, a wejście wzmacniacza gitarowego co najmniej 1 MΩ.

We wszystkich tych przypadkach impedancja obciążenia jest znacznie większa niż źródło; nie są dopasowane. Ta konfiguracja maksymalizuje wierność .

Dopasowywanie impedancji było stosowane w systemach telefonicznych, z których ewoluowały systemy audio i były (czasami?) Stosowane we wzmacniaczach lampowych, ale nawet wtedy jest to kompromis między maksymalną mocą a maksymalną wiernością .

Efekty linii przesyłowej nie mają zastosowania. Wydaje mi się, że przy długości fali co najmniej 10 km (dla 20 kHz) najbardziej efektownym efektem odbicia jest filtrowanie grzebienia (zwijanie HF) z liniami o długości kilku kilometrów? Ale to całkowicie nierealne.

Bill Whitlock :

Kable audio NIE są liniami transmisyjnymi. Marketingowy szum egzotycznych kabli często przywołuje klasyczną teorię linii przesyłowych i implikuje, że reakcja w nanosekundach jest w jakiś sposób ważna. Prawdziwa fizyka przypomina nam, że kable audio nie zaczynają wykazywać efektów linii transmisyjnej w sensie inżynieryjnym, dopóki nie osiągną długości fizycznej około 4000 stóp.

Twierdzenie o maksymalnej mocy nie ma zastosowania, ponieważ:

• sygnały niskiego poziomu są przenoszone przez napięcie, a nie moc
• impedancje wyjściowe wzmacniacza wysokiego poziomu mogą być niewielkie w porównaniu z głośnikami, które napędzają. Twierdzenie o maksymalnej mocy dotyczy dopasowywania obciążeń do źródeł, a nie dopasowywania źródeł do obciążeń .

Rane Corporation :

Dopasowywanie impedancji wychodziło z lampami próżniowymi, Edsels i fryzurami ulowymi. Nowoczesne stopnie tranzystora i wzmacniacza operacyjnego nie wymagają dopasowania impedancji. Jeśli to zrobione, dopasowanie impedancji obniża wydajność audio .

---

Aby dowiedzieć się, dlaczego dopasowanie impedancji nie jest konieczne (a wręcz szkodliwe) w aplikacjach pro audio, zobacz William B. Snow, „Impedancja - dopasowana lub optymalna” [ napisany w 1957 roku! ], Sound Reinforcement: An Anthology , pod red. Davida L. Kleppera (Audio Engineering Society, NY, 1978, ss. G-9 - G-13), oraz dopasowanie wzmocnienia i impedancji RaneNote Unity: Strange Bedfellows .

Shure Brothers :

Czy w przypadku obwodów audio ważne jest dopasowanie impedancji?

Nigdy więcej. Na początku XX wieku ważne było dopasowanie impedancji. Bell Laboratories stwierdził, że aby osiągnąć maksymalny transfer mocy w obwodach telefonicznych na duże odległości, należy dopasować impedancje różnych urządzeń. Dopasowywanie impedancji zmniejszyło liczbę potrzebnych wzmacniaczy lampowych, które były drogie, nieporęczne i wytwarzały ciepło.

W 1948 r. Bell Laboratories wynalazł tranzystor - tani, mały, wydajny wzmacniacz. Tranzystor wykorzystuje maksymalne przenoszenie napięcia bardziej efektywnie niż maksymalne przenoszenie mocy. W celu maksymalnego przeniesienia napięcia urządzenie docelowe (zwane „obciążeniem”) powinno mieć impedancję co najmniej dziesięciokrotnie większą niż impedancja urządzenia wysyłającego (zwanego „źródłem”). Jest to znane jako MOSTOWANIE. Mostkowanie jest najczęstszą konfiguracją obwodu podczas podłączania urządzeń audio. Dzięki nowoczesnym obwodom audio dopasowanie impedancji może faktycznie obniżyć jakość dźwięku.

To powszechne nieporozumienie. HyperPhysics pokazywał wyjście wzmacniacza 8 omów , ale od tego czasu poprawiły stronę . Firma Electronic Design przez długi czas wykazywała moc wyjściową wzmacniacza 8 omów , ale ostatecznie to naprawiła po wielu skargach w sekcji komentarzy:

Dlatego, chyba że jesteś firmą telefoniczną z długimi na milę kablami, impedancji źródła i obciążenia nie trzeba dopasowywać ... do 600 omów lub innej impedancji. --- Bill Whitlock, prezes i główny inżynier Jensen Transformers, Inc. i AES Life Fellow.

Dopasowywanie impedancji nie jest tak naprawdę problemem dla częstotliwości audio, aw twoich przykładach nie jest tak naprawdę preferowane. Musisz jednak zwrócić uwagę na impedancję wejściową i wyjściową.

Zazwyczaj dopasowuje się impedancję z dwóch powodów:

1. Minimalizuj odbicia - odbicia stają się problemem, gdy długość linii transmisyjnej osiąga ten sam porządek, co długość fali sygnału. Istnieją różne praktyczne zasady. Niektórzy mówią, że martwią się, gdy długość drutu wynosi 1/4 długości fali, inni mówią 1/6, 1/10 itd. Zależy to od sygnału i reaktancji linii przesyłowej. W tym przypadku tak naprawdę nie ma znaczenia, ponieważ długość fali elektrycznej sygnału 20 kHz wynosi ~ 49 000 stóp. Innymi słowy, refleksje nie stanowią problemu dla aplikacji, o którą pytasz.

2. Maksymalne przenoszenie mocy - dopasowanie impedancji wyjściowej sterownika do impedancji wejściowej obciążenia umożliwia maksymalne przeniesienie mocy. Na początku wydaje się to ważne przy prowadzeniu głośnika, ale są ważniejsze uwagi (patrz poniżej).

Przykład wzmacniacza:

Dzięki nowoczesnej konstrukcji wzmacniacza (stopień mocy czynnej, brak transformatora wyjściowego) Twoim rzeczywistym celem jest, między innymi, najwyższy możliwy współczynnik tłumienia. Kiedy prowadzisz głośnik, sam głośnik faktycznie generuje prąd podczas napędzania, powinno to mieć sens, biorąc pod uwagę, że napędzasz urządzenia do przemieszczania cewki w polu magnetycznym. W idealnym przypadku nie miałoby to znaczenia, ponieważ stożek / cewka zareagowałaby natychmiast na nadchodzący sygnał. W rzeczywistości występuje opóźnienie i przekroczenie stożka ze względu na mechaniczny charakter głośnika. W rezultacie głośnik wytwarza prądy przesyłane z powrotem do wzmacniacza.

Mówiąc prościej, bardziej odpowiednie warunki. Wysoki współczynnik tłumienia pozwala wzmacniaczowi lepiej kontrolować stożek głośnika. Jest to szczególnie ważne w pobliżu punktu rezonansowego głośnika. Współczynnik tłumienia to (rezystancja głośników) / (rezystancja wyjściowa wzmacniacza) i pewna korekta rezystancji drutu. Tak więc w tym przypadku Twoim celem jest jak najmniejsza rezystancja wyjściowa we wzmacniaczu.

poziom linii między urządzeniami (przedwzmacniacz):

Ponownie dopasowanie impedancji nie jest celem. Na ogół chcesz najniższej impedancji wyjściowej i najwyższej możliwej impedancji wejściowej. Minimalizuje to pobór prądu, aw rezultacie spadek napięcia. Jest to najniższa konfiguracja zniekształceń i umożliwia maksymalne przeniesienie napięcia.

Przełomowy artykuł na temat kabli głośnikowych został napisany przez Boba Pease'a z National Semiconductors w 1990 r., Zatytułowany „Co to za splot?”. . Czytaj i ciesz się - a następnie kontynuuj swoje życie, bezpiecznie ignorując sprzedawców oleju z węża!