01 03
Mengatasi Salah Satu Subjek Yang Paling Membingungkan dalam Audio Electronics
Ketika saya mempelajari dasar-dasar audio, salah satu konsep yang paling sulit untuk saya pahami adalah impedansi keluaran. Impedansi masukan yang saya mengerti secara naluriah, dari contoh seorang pembicara . Setelah semua, driver pembicara berisi gulungan kawat, dan saya tahu bahwa gulungan kawat menahan aliran listrik. Tetapi impedansi keluaran ? Mengapa amplifier atau preamp memiliki impedansi pada outputnya, saya bertanya-tanya? Bukankah itu ingin memberikan setiap volt dan amp yang mungkin untuk apa pun itu mengemudi?
Dalam obrolan saya dengan pembaca dan penggemar selama bertahun-tahun, saya telah menyadari bahwa saya bukan satu-satunya yang tidak mendapatkan seluruh gagasan tentang impedansi keluaran. Jadi saya pikir itu akan bagus untuk melakukan primer pada subjek. Dalam artikel ini, saya akan membahas tiga situasi umum dan sangat berbeda: preamps, amps, dan ampli headphone.
Pertama, mari kita rekap secara singkat konsep impedansi . Perlawanan adalah sejauh mana sesuatu membatasi aliran listrik DC. Impedansi pada dasarnya adalah hal yang sama, tetapi dengan AC, bukan DC. Biasanya, impedansi komponen akan berubah ketika frekuensi sinyal listrik berubah. Misalnya, gulungan kawat kecil akan memiliki hampir nol impedansi pada 1 Hz tetapi impedansi tinggi pada 100 kHz. Kapasitor mungkin memiliki impedansi hampir tak terbatas pada 1 Hz tetapi hampir tidak ada impedansi pada 100 kHz.
Impedansi output adalah jumlah impedansi antara perangkat output preamp atau amplifier (biasanya transistor, tetapi mungkin transformator atau tabung) dan terminal output aktual dari komponen. Ini termasuk impedansi internal perangkat itu sendiri.
Mengapa Anda Membutuhkan Impedansi Output?
Jadi mengapa komponen memiliki impedansi keluaran? Untuk sebagian besar, itu untuk melindunginya terhadap kerusakan dari sirkuit pendek.
Setiap perangkat output terbatas dalam jumlah arus listrik yang dapat di atasi. Jika output dari perangkat ini korsleting, itu diminta untuk mengirimkan sejumlah besar arus. Misalnya, sinyal output 2,83-volt akan menghasilkan arus 0,35 amp dan 1 watt daya ke speaker 8-ohm yang khas. Tidak masalah di sana. Tetapi jika sebuah kawat dengan impedansi 0,01 ohm dihubungkan melalui terminal output amplifier, sinyal output 2,83-volt yang sama akan menghasilkan arus 282,7 ampere dan daya 800 watt. Itu jauh, jauh lebih banyak dari yang bisa diberikan oleh perangkat output. Kecuali amp memiliki semacam sirkuit perlindungan atau perangkat, maka perangkat output akan terlalu panas dan mungkin akan mengalami kerusakan permanen. Dan ya, itu bahkan bisa terbakar.
Dengan beberapa jumlah impedansi yang dibangun ke dalam output, komponen jelas memiliki perlindungan yang lebih besar terhadap sirkuit pendek, karena impedansi output selalu di sirkuit. Katakanlah Anda memiliki headphone amp dengan impedansi output 30 ohm, mengendarai sepasang headphone 32-ohm, dan Anda mengecilkan kabel headphone secara tidak sengaja memotongnya dengan gunting. Anda pergi dari total sistem impedansi 62 ohm ke total impedansi mungkin 30,01 ohm, yang bukan masalah besar. Tentu saja jauh lebih sedikit daripada pergi dari 8 ohm ke 0,01 ohm.
Seberapa Rendah Haruskah Impedansi Output?
Aturan praktis yang sangat umum dalam audio adalah Anda menginginkan impedansi keluaran setidaknya 10 kali lebih rendah daripada impedansi masukan yang diharapkan yang akan diumpankannya. Dengan cara ini, impedansi output tidak memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kinerja sistem. Jika impedansi output lebih dari 10 kali impedansi input yang akan diumpankan, Anda bisa mendapatkan beberapa masalah yang berbeda.
Dengan audio elektronik apa pun, impedansi output yang terlalu tinggi dapat menciptakan efek penyaringan yang menyebabkan anomali respons frekuensi aneh, dan juga menghasilkan output daya yang berkurang. Untuk lebih lanjut tentang fenomena ini, periksa artikel pertama dan kedua tentang bagaimana kabel speaker dapat memengaruhi kualitas suara.
Dengan amplifier, ada masalah tambahan. Ketika amplifier menggerakkan speaker ke depan atau ke belakang, suspensi speaker memancangkan kerucut kembali ke posisi tengahnya. Tindakan ini menghasilkan tegangan yang kemudian dilemparkan kembali ke amplifier. (Fenomena ini dikenal sebagai "EMF belakang" atau gaya elektromotif balik.) Jika impedansi keluaran amplifier cukup rendah, maka secara efektif akan mengurangi EMF dan bertindak sebagai rem pada kerucut karena muncul kembali. Jika impedansi keluaran amplifier terlalu tinggi, ia tidak akan bisa menghentikan kerucut, dan kerucut akan terus bergerak maju mundur sampai berhenti gesekan. Ini menciptakan efek dering dan membuat catatan berlama-lama setelah mereka seharusnya berhenti.
Anda dapat melihat ini dalam peringkat faktor peredam penguat. Faktor redaman adalah impedansi masukan rata-rata yang diharapkan (8 ohm) dibagi dengan impedansi keluaran amp. Semakin tinggi angkanya, semakin baik faktor redaman.
Impedansi Output Amplifier
Karena kita berbicara tentang amp, mari kita mulai dengan contoh itu, yang ditunjukkan pada gambar di atas. Impedansi speaker biasanya diberi nilai 6 hingga 10 ohm, tetapi biasanya speaker dapat turun ke impedansi 3 ohm pada frekuensi tertentu, dan bahkan 2 ohm dalam beberapa kasus ekstrem. Jika Anda menjalankan dua speaker secara paralel, seperti yang sering dilakukan oleh installer khusus saat membuat sistem audio multi-ruang , yang memotong impedansi menjadi setengah, yang berarti speaker yang dips menjadi 2 ohm, katakanlah, 100 Hz sekarang dips ke 1 ohm pada frekuensi tersebut ketika itu dipasangkan dengan pembicara lain dengan tipe yang sama. Itu adalah kasus ekstrim, tentu saja, tetapi desainer amplifier harus memperhitungkan kasus-kasus ekstrim seperti itu atau mereka bisa menghadapi tumpukan besar ampli yang datang untuk diperbaiki.
Jika kita mencari impedansi speaker minimum 1 ohm, itu berarti amp harus memiliki impedansi output tidak lebih dari 0,1 ohm. Tentunya, tidak ada ruang untuk menambahkan cukup perlawanan terhadap output amp ini untuk memberikan perangkat output perlindungan nyata.
Dengan demikian, penguat harus menggunakan semacam sirkuit perlindungan. Itu bisa menjadi sesuatu yang melacak keluaran arus amp dan memutus output jika imbang saat ini terlalu tinggi. Atau bisa sesederhana sekering atau pemutus sirkuit pada saluran listrik AC yang masuk atau rel dari catu daya. Ini memutus catu daya ketika imbang saat ini lebih dari amp dapat menangani.
Kebetulan, hampir semua penguat daya tabung menggunakan trafo output, dan karena trafo output hanya gulungan kawat yang membungkus bingkai logam, mereka memiliki impedansi substansial dari mereka sendiri, kadang-kadang sebanyak 0,5 ohm atau bahkan lebih. Bahkan, untuk mensimulasikan suara amp tabung di amplifier Sunfire solid-state (transistor) -nya, desainer terkenal Bob Carver menambahkan switch "mode aktif" yang menempatkan resistor 1-ohm secara seri dengan perangkat output. Tentu saja, ini melanggar rasio minimum 1-ke-10 dari impedansi output untuk impedansi input yang diharapkan yang kita diskusikan di atas, dan dengan demikian memiliki efek substansial pada respon frekuensi dari speaker yang terhubung, tetapi itulah yang Anda dapatkan dengan banyak ampli tabung dan itu persis apa yang ingin disimulasikan oleh Carver.
02 03
Impedansi Output Perangkat Preamp / Sumber
Dengan perangkat preamp atau sumber (pemutar CD, kotak kabel, dll.), Seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, ini adalah situasi yang berbeda. Dalam hal ini, Anda tidak peduli dengan kekuatan atau arus. Yang Anda butuhkan untuk menyampaikan sinyal audio adalah tegangan. Dengan demikian, perangkat hilir - penguat daya, dalam kasus preamp, atau preamp, dalam kasus perangkat sumber - dapat memiliki impedansi input yang tinggi. Setiap arus yang datang melalui garis hampir seluruhnya diblokir oleh impedansi input yang tinggi, tetapi tegangan akan lancar.
Untuk sebagian besar power amp dan preamps, impedansi input 10 hingga 100 kiloh adalah hal biasa. Insinyur bisa lebih tinggi, tetapi mereka mungkin mendapatkan lebih banyak suara dengan cara itu. Kebetulan, ampli gitar biasanya memiliki impedansi input 250 kilohms hingga 1 megohm, karena pickup gitar listrik biasanya memiliki impedansi keluaran mulai dari 3 hingga 10 kilohms.
Sirkuit pendek bisa umum dengan sirkuit tingkat-garis, karena begitu mudah untuk secara tidak sengaja menggosok dua konduktor telanjang dari sebuah konektor RCA terhadap sepotong logam yang memotongnya. Dengan demikian, impedansi output 100 ohm atau lebih umum dalam preamps dan perangkat sumber. Saya telah melihat beberapa komponen eksotis, high-end dengan impedansi output tingkat lini serendah 2 ohm, tetapi ini akan memiliki transistor output tugas berat atau rangkaian perlindungan untuk mencegah kerusakan dari celana pendek. Dalam beberapa kasus, mereka mungkin memiliki kapasitor kopling pada output untuk memblokir tegangan DC dan mencegah keletihan perangkat keluaran.
Phono preamps adalah subjek yang sama sekali berbeda. Sementara mereka biasanya memiliki impedansi keluaran yang serupa dengan pemutar CD, impedansi input mereka sangat berbeda dari yang dimiliki preamp baris-tahap. Terlalu banyak untuk masuk ke sini. Mungkin saya akan menggali topik itu di artikel lain.
03 03
Impedansi Output Headphone Amp
Lonjakan popularitas headphone telah membawa pengaturan impedansi sistem non-standar yang agak aneh dari ampli headphone yang khas menjadi sorotan. Tidak seperti amplifier konvensional, ampli headphone memiliki berbagai macam impedansi output. Amplas headphone benar-benar murah, seperti yang dibangun di sebagian besar komputer laptop, mungkin memiliki impedansi output setinggi 75 atau bahkan 100 ohm, meskipun impedansi headphone biasanya berkisar dari sekitar 16 hingga 70 ohm.
Jarang bagi konsumen untuk memutuskan dan menyambungkan kembali speaker ketika amp berjalan, dan juga jarang untuk kabel speaker rusak ketika amp sedang berjalan. Tetapi dengan headphone, hal-hal ini terjadi setiap saat. Orang-orang secara rutin menyambungkan atau memutus sambungan headphone ketika amplifier headphone sedang berjalan. Kabel headphone sering rusak - terkadang menciptakan sirkuit pendek - saat sedang digunakan. Tentu saja, kebanyakan ampli headphone adalah perangkat yang murah, yang dapat membuat penambahan rangkaian perlindungan yang layak menjadi penghalang biaya. Jadi sebagian besar produsen mengambil jalan keluar yang lebih mudah: Mereka meningkatkan impedansi keluaran penguat dengan menambahkan resistor (atau kadang-kadang sebuah kapasitor).
Seperti yang Anda lihat dalam pengukuran headphone saya (turun ke grafik kedua), impedansi output tinggi dapat memiliki efek besar pada respons frekuensi headphone. Saya mengukur respon frekuensi headphone pertama dengan headphone headphone Fidelity Musical yang memiliki impedansi output 5-ohm, kemudian lagi dengan tambahan 70 ohm resistansi ditambahkan untuk menciptakan impedansi keluaran total 75 ohm.
Efek impedansi output yang tinggi akan bervariasi dengan impedansi headphone yang terhubung, dan terutama dengan perubahan impedansi headphone pada frekuensi yang berbeda. Headphone yang memiliki ayunan impedansi besar - seperti kebanyakan model in-ear dengan driver angker-seimbang lakukan - biasanya akan menunjukkan perubahan substansial dalam respons frekuensi ketika Anda mengubah dari amp dengan impedansi output rendah menjadi satu dengan impedansi output tinggi. Seringkali, sebuah headphone yang memiliki keseimbangan nada suara yang alami ketika digunakan dengan sumber impedansi rendah akan memiliki keseimbangan suara yang membosankan dan membosankan ketika digunakan dengan sumber impedansi tinggi.
Untungnya, impedansi output rendah tersedia di banyak ampli headphone high-end (terutama model solid-state), dan bahkan beberapa chip amp headphone kecil yang dibangun ke dalam perangkat seperti iPhone. Biasanya tidak ada cara untuk mengetahui dengan pasti apakah headphone disuarakan untuk digunakan dengan impedansi output tinggi atau rendah, tetapi saya lebih suka tetap dengan impedansi output rendah untuk alasan yang disebutkan sebelumnya di artikel ini.
Saya lebih suka tidak menggunakan headphone dengan ayunan impedansi besar yang akan menyebabkan perubahan respons frekuensi ketika digunakan dengan ampli headphone yang memiliki impedansi keluaran tinggi (seperti yang ada di laptop yang saya ketik ini). Sayangnya, meskipun demikian, saya biasanya lebih menyukai suara headphone in-ear balada yang seimbang dengan yang menggunakan driver dinamis, jadi ketika saya menggunakan headphone ini dengan laptop saya, saya biasanya menghubungkan amplifier ampli atau USB eksternal / DAC.
Saya tahu ini telah menjadi penjelasan bertele-tele, tetapi impedansi keluaran adalah topik yang rumit. Terima kasih telah mendukung saya, dan jika Anda memiliki pertanyaan atau jika saya meninggalkan sesuatu, kirimi saya e-mail dan beri tahu saya.