Насколько важно согласование импеданса в аудио приложениях?

Какое значение будут иметь отраженные сигналы в аудиоприложениях (скажем, между усилителем и динамиком или предварительным усилителем и усилителем)? Главным образом в отношении верности, а не передачи власти.

Какие существуют варианты соответствия импеданса и его плюсов / минусов? Это может быть на выходной клемме, входной клемме или модификации кабеля?

audio

— Eruditass
источник

Ответы зависят от того, являетесь ли вы инженером-электриком или аудиофулом. Если последнее, мы можем ворчать на длинных о бескислородных кабелях, внешних конденсаторах и многих других дорогих глупостях, которым вы должны следовать, покачивая мертвую рыбу над вашим усилителем в полнолуние.

— Олин Латроп

Ответы:

Сопротивление импеданса не используется в современной аудиоэлектронике.

Выход микрофона может составлять около 600 Ом, в то время как входы предусилителя микрофона составляют 1 кОм или больше.
Линейный выход будет примерно 100 Ом, а линейный - больше 10 кОм.
Усилитель громкоговорителя будет менее 0,5 Ом, тогда как громкоговорители больше похожи на 4 Ом.
Выходной сигнал гитары может составлять 100 кОм, а вход гитарного усилителя - не менее 1 МОм.

Во всех этих случаях импеданс нагрузки значительно больше, чем у источника; они не совпадают. Эта конфигурация максимизирует точность .

Согласование импеданса было использовано в телефонных системах , которые аудио система эволюционировала от, и был (иногда?) , Используемым в ламповых усилителей, но даже в этом случае, это компромисс между максимальной мощностью и максимальной точностью .

Эффекты линии передачи не применяются. Я думаю, что при длине волны не менее 10 км (для 20 кГц) самый эффект, который вы когда-либо видели от отражения, - это некоторая гребенчатая фильтрация (спад ВЧ) с линиями длиной несколько километров? Но это абсолютно нереально.

Билл Уитлок :

Аудио кабели НЕ являются линиями передачи. Маркетинговая реклама экзотических кабелей часто использует классическую теорию линий электропередачи и подразумевает, что нано-секундный отклик как-то важен. Реальная физика напоминает нам, что аудио кабели не начинают демонстрировать эффекты линии передачи в инженерном смысле, пока они не достигают около 4000 футов физической длины.

Теорема о максимальной мощности не применима, так как:

сигналы низкого уровня передаются по напряжению, а не по мощности
Выходное сопротивление усилителя высокого уровня может быть небольшим по сравнению с динамиками, которыми они управляют. Теорема о максимальной мощности предназначена для сопоставления нагрузок с источниками, а не сопоставления источников с нагрузками .

Rane Corporation :

Сопоставление импеданса прошло с вакуумными трубками, Edsels и прическами улья. Современные транзисторные и операционные усилители не требуют согласования импедансов. Если это сделано, согласование импеданса ухудшает качество звука .

Почему согласование импеданса не является необходимым (и фактически вредным) в профессиональных аудиоприложениях, см. Уильям Б. Сноу, «Сопротивление - согласованное или оптимальное» [ написано в 1957 году! ], « Усиление звука: антология» , под редакцией Дэвида Л. Клеппера (Audio Engineering Society, NY, 1978, p. G-9 - G-13), и RaneNote Unity Gain и согласование импеданса: странные партнеры .

Братья Шуре :

Для звуковых цепей важно ли согласовывать импеданс?

Уже нет. В начале 20-го века было важно соответствовать импедансу. Компания Bell Laboratories обнаружила, что для достижения максимальной передачи мощности в телефонных сетях на большие расстояния необходимо согласовать импедансы различных устройств. Согласование импеданса уменьшило количество необходимых ламповых усилителей, которые были дорогими, громоздкими и выделяли тепло.

В 1948 году Bell Laboratories изобрели транзистор - дешевый, маленький, эффективный усилитель. Транзистор использует передачу максимального напряжения более эффективно, чем передача максимальной мощности. Для максимальной передачи напряжения устройство назначения (называемое «нагрузкой») должно иметь сопротивление, по крайней мере, в десять раз больше, чем полное сопротивление отправляющего устройства (называемого «источником»). Это известно как МОСТ. Мостовое соединение является наиболее распространенной схемотехнической конфигурацией при подключении аудиоустройств. В современных аудиосхемах согласование импедансов может фактически ухудшить качество звука.

Это распространенное заблуждение. HyperPhysics раньше показывал выход усилителя на 8 омов , но с тех пор они улучшили страницу . Electronics Design долгое время показывал выходной сигнал усилителя на 8 Ом , но они наконец исправили его после множества жалоб в разделе комментариев:

Поэтому, если вы не телефонная компания с кабелями длиной в милю, полное сопротивление источника и нагрузки не нужно согласовывать ... с сопротивлением 600 Ом или любым другим сопротивлением. --- Билл Уитлок, президент и главный инженер Jensen Transformers, Inc. и AES Life Fellow.

— эндолиты
источник

Вы упускаете часть большой картины. Сопоставление импеданса было сделано в старые времена, потому что нагрузки и драйверы были реактивными. В примере со звуком трансформаторы часто находились в тракте сигнала, и если вы не соответствовали импедансу, он просто не работал. Вы можете избавиться от несоответствия импеданса сегодня, потому что большинство современного электронного оборудования имеет резистивные входы и выходы, а не реактивные. Но для оборудования, где реактивные компоненты находятся на пути прохождения сигнала, согласование импеданса все еще является важным фактором.

— Роберт Харви

@endolith: все с трансформатором с обеих сторон требует согласования импеданса. Конечно, большинство современного электронного оборудования имеет резистивные входы и выходы, поэтому целью являются высокие импедансы на входах и низкие импедансы на выходах. Однако это не всегда создает идеальные условия; если вы строите микрофонный вход для микшерного пульта, вам не нужен входной импеданс 10 МОм, потому что чувствительный вход будет воспринимать все виды шума. Вместо этого вы хотите что-то большее по 10 кОм.

— Роберт Харви

@endolith: Я удивлен, что не видел выходного импеданса ламповых усилителей, упомянутых в качестве фактора в "ламповом звуке", и я не видел никакого обсуждения разработки усилителей с более высоким "эффективным" выходным импедансом для имитации звука лампового амперы. Не нужно было бы использовать теряющие энергию резисторы, чтобы регулировать выходное сопротивление; Я думаю, что текущая обратная связь может быть довольно хорошей работой.

— суперкат

Относится ли это к усилителям класса D (у них есть реактивные выходы?)

— finnw

@Kaz: Да, но скрипка - это инструмент, а не корпус динамика. Цель дизайна инструмента - создать приятный звук из ничего. Цель дизайна корпуса динамика - воспроизвести приятный звук, который был изначально записан, без каких-либо изменений. (Если вы не разрабатываете гитарные усилители. Это больше похоже на инструменты.)

— endolith

Сопоставление импеданса на самом деле не имеет значения для звуковых частот, и в ваших примерах это не очень предпочтительно. Однако вам нужно обратить внимание на ваши входные и выходные сопротивления.

Как правило, вы соответствуете сопротивление по 2 причинам:

Минимизируйте отражения - отражения становятся проблемой, когда длина линии передачи попадает в тот же порядок, что и длина волны сигнала. Здесь есть разные правила. Некоторые говорят, что волнуются, когда длина провода составляет 1/4 длины волны, некоторые говорят 1/6, 1/10 и т. Д. Это зависит от сигнала и реактивного сопротивления линии передачи. В этом случае это действительно не имеет значения, потому что электрическая длина волны сигнала 20 кГц составляет ~ 49 000 футов. Другими словами, размышления не являются проблемой для приложения, о котором вы спрашиваете.
Передача максимальной мощности - согласование выходного импеданса драйвера с входным импедансом нагрузки обеспечивает максимальную передачу мощности. Сначала это звучит важно для управления динамиком, но есть и более важные соображения (см. Ниже).

Пример усилителя:

Благодаря современной конструкции усилителя (ступень активной мощности, без выходного трансформатора) вашей фактической целью является, среди прочего, максимально возможный коэффициент демпфирования. Когда вы управляете громкоговорителем, сам громкоговоритель фактически генерирует ток в процессе его возбуждения, это должно иметь смысл, если учесть, что вы управляете устройствами для перемещения катушки внутри магнитного поля. В идеальном случае это не имеет значения, поскольку конус / катушка мгновенно реагирует на входящий сигнал. На самом деле происходит задержка и превышение конуса из-за механической природы динамика. В результате динамик создает токи, которые отправляются обратно на усилитель.

Проще говоря, более применимые условия. Высокий коэффициент демпфирования позволяет усилителю лучше контролировать конус динамика. Это особенно важно вблизи резонансной точки динамика. Коэффициент демпфирования (сопротивление динамика) / (выходное сопротивление усилителя) и некоторая поправка на сопротивление провода. Таким образом, в этом случае вашей целью является наименьшее возможное выходное сопротивление усилителя.

уровень линии между устройствами (предварительный усилитель):

Опять же, согласование импеданса не является целью. Как правило, вы хотите наименьшее выходное сопротивление и максимально возможное входное сопротивление. Это минимизирует потребление тока и, как следствие, падение напряжения. Это конфигурация с наименьшим искажением и обеспечивает максимальную передачу напряжения.

— отметка
источник

«Согласование выходного импеданса драйвера с входным импедансом нагрузки обеспечивает максимальную передачу мощности». Не совсем. Согласование нагрузки с постоянным импедансом источника максимизирует передачу мощности, но если у вас есть контроль над выходным импедансом, вы хотите, чтобы он был как можно меньше, чтобы увеличить мощность в нагрузке.

— эндолит

Я не согласен, что значение выходного импеданса ниже, не увеличивает передачу мощности, если вы не можете снизить сопротивление нагрузки для согласования, это просто означает, что вам потребуется добавить резистор-источник в смесь, чтобы соответствовать сопротивлению нагрузки. Предполагая, что нагрузка в основном резистивная. Максимизация напряжения на нагрузке и максимизация мощности - это две разные вещи.

— Отметить

По этой логике вы просто сделаете все 0 Ом и получите бесконечную мощность. :) Теорема о максимальной мощности применяется только тогда, когда полное сопротивление источника фиксировано. В этом состоянии вы делаете нагрузку равной источнику, чтобы получить от него наибольшую мощность. en.wikipedia.org/wiki/Maximum_power_theorem Но если у вас есть фиксированная нагрузка (громкоговоритель), и вы можете изменить выходное сопротивление источника, вы хотите сделать его как можно меньше. Источник 0 Ом приводит весь источник питания в нагрузку 4 Ом, в то время как источник 4 Ом в нагрузку 4 Ом просто теряет половину доступной мощности.

— эндолит

Одна вещь, которая меня интересует, заключается в том, как выходной импеданс громкоговорителей изменяется в зависимости от частоты, и как отклик импеданс-частота отслеживает отклик звук-выход-частота (при одинаковом напряжении), и может ли усилитель использоваться таких вариаций в попытке произвести плоский частотный отклик для динамика в комнате. Любая идея, если это было рассмотрено?

— суперкат

@supercat Ну, сопротивление на уровне SPL является сложной функцией и определенно зависит от корпуса динамика, характеристик механики драйвера и параметров ts среди прочего. Средний громкоговоритель с сопротивлением 8 Ом будет иметь колебания импеданса от ~ 3 Ом до 50 + Ом, но может достигать очень близкого к плоскому частотному отклику. Как правило, вы не адаптируете динамик к акустической среде, поскольку все комнаты разные (особенно на низких частотах). Коррекция помещения производится с помощью эквалайзера. Google Audyssey для самой популярной системы автоматической коррекции номера.

— Отметить

Оригинальная статья о кабелях громкоговорителей была написана Бобом Пизом из National Semiconductors в 1990 году под названием «Что это за штука, во всяком случае?» , Читайте и наслаждайтесь - затем продолжайте жить, не обращая внимания на продавцов змеиного масла!

— uɐɪ
источник

Я не вижу в этой статье ничего о согласовании импедансов

— эндолит

Статья ссылается на последнюю часть вопроса «... или модификация кабеля». В нем также рассматриваются эффекты разъемов, отражения от точек несоответствия импеданса и т. Д.

— 2010 г.