01/03
Ses Elektroniğinde En Çok Şaşkıcı Konulardan Biriyle Mücadele Etmek
Sesin temellerini öğrendiğimde, kavramak için en zor olan kavramlardan biri empedans çıktı. Giriş empedansı Bir hoparlör örneğinden içgüdüsel olarak anladım. Sonuçta, bir hoparlör sürücüsü bir tel bobini içerir ve bir tel bobininin elektrik akışına direneceğini biliyordum. Ama çıkış empedansı? Neden bir amplifikatör veya ön amplifikatör çıkışında empedansa sahip oldu, merak ettim? Mümkün olan her volt ve amperi sürmek ister istemez mi?
Yıllar boyunca okuyucular ve meraklılarla yaptığım sohbetlerimde, çıkış empedansı fikrini alamayan tek kişi ben olmadığımı fark ettim. Bu yüzden konuyla ilgili bir primer yapmak güzel olurdu diye düşündüm. Bu makalede, üç yaygın ve çok farklı durumla başa çıkacağım: preamp, amper ve kulaklık amperleri.
İlk olarak, kısaca empedans kavramını özetleyelim. Direnç, bir şeyin DC elektrik akışını kısıtlama derecesidir. Empedans temel olarak aynı şeydir, ancak DC yerine AC ile. Tipik olarak, elektrik sinyalinin frekansı değiştikçe bir bileşenin empedansı değişecektir. Örneğin, küçük bir tel bobin 1 Hz'de neredeyse sıfır empedansa, ancak 100 kHz'de yüksek empedansa sahip olacaktır. Bir kapasitör 1 Hz'de neredeyse sonsuz empedansa sahip olabilir, ancak 100 kHz'de neredeyse hiç empedans olmayabilir.
Çıkış empedansı, bir preamp veya amplifikatörün çıkış cihazları (genellikle transistörler, fakat muhtemelen bir transformatör veya tüp) ile bileşenin gerçek çıkış terminalleri arasındaki empedans miktarıdır. Bu, cihazın kendi iç empedansını içerir.
Neden Çıkış Empedansı Gerekir?
Öyleyse neden bir bileşen çıkış empedansına sahip olur? Çoğunlukla, kısa devrelerin hasarlarına karşı korumaktır.
Herhangi bir çıkış cihazı, taşıyabileceği elektrik akımı miktarında sınırlıdır. Cihazın çıkışı kısa olursa, büyük miktarda akım iletmesi istenir. Örneğin, 2.83 voltluk bir çıkış sinyali, tipik bir 8-ohm hoparlöre 0.35 amper ve 1 watt güç akımı üretecektir. Orada sorun yok. Ancak, bir amplifikatörün çıkış terminallerine 0.01 ohm empedanslı bir kablo bağlanmışsa, aynı 2.83 voltluk çıkış sinyali 282.7 amper ve 800 watt'lık bir akım üretecektir. Bu, çıkış cihazlarının çoğunun teslim edebileceğinden çok daha fazla. Amperin bir çeşit koruma devresi veya cihazı olmadığı sürece, çıkış cihazı aşırı ısınır ve muhtemelen kalıcı hasara uğrar. Ve evet, hatta ateş yakabilir.
Çıkışa bir miktar empedans yerleştirildiğinde, bileşen kısa devrelere karşı daha fazla koruma sağlar, çünkü çıkış empedansı daima devrededir. 30 ohm'luk bir çıkış empedansı olan bir kulaklık amplifikatörünüz olduğunu, bir çift 32 ohm kulaklıkla çalıştığınızı ve kulaklık kablosunu yanlışlıkla bir çift makasla keserek kısaltdığınızı varsayalım. Toplam sistem empedansı, 30.01 ohm'luk bir toplam empedansa kadar, 62 ohm'luk bir sistemden geçiyorsunuz, ki bu büyük bir sorun değil. Kesinlikle 8 ohm'dan 0,01 ohm'a çıkmadan çok daha az aşırı.
Çıkış Empedansı Ne Kadar Düşük Olmalı?
Seste çok genel bir başparmak kuralı, çıkış empedansının, besleneceği beklenen giriş empedansından en az 10 kat daha düşük olmasını istemektir. Bu şekilde, çıkış empedansı sistemin performansı üzerinde önemli bir etkiye sahip değildir. Çıkış empedansı beslenecek giriş empedansının 10 katından daha fazlaysa, birkaç farklı sorunla karşılaşabilirsiniz.
Herhangi bir ses elektroniği ile, çok yüksek bir çıkış empedansı, garip frekans yanıtı anormalliklerine neden olan filtreleme efektleri oluşturabilir ve ayrıca azaltılmış güç çıkışıyla sonuçlanabilir. Bu olaylar hakkında daha fazla bilgi için, hoparlör kablolarının ses kalitesini nasıl etkileyebileceğine dair ilk ve ikinci makalelere göz atın.
Amplifikatörler ile ek bir sorun var. Amplifikatör hoparlör konisini öne veya arkaya doğru hareket ettirdiğinde, konuşmacının süspansiyonu koniyi tekrar orta konuma getirir. Bu eylem, daha sonra amplifikatöre geri atılan voltaj üretir. (Bu olay “geri EMF” veya ters elektromotor kuvvet olarak bilinir.) Amplifikatörün çıkış empedansı yeterince düşükse, EMF'yi geri etkili bir şekilde kısaltır ve geri dönerken koni üzerinde bir fren gibi davranır. Amplifikatörün çıkış empedansı çok yüksekse, koniyi durduramaz ve koni sürtünme duruncaya kadar ileri geri yaylamaya devam eder. Bu bir zil etkisi yaratır ve durmaları gerektiğinde notların kesilmesini sağlar.
Bunu amplifikatörlerin sönümleme faktörü derecelerinde görebilirsiniz. Sönümleme faktörü, amper çıkış empedansına bölünen beklenen ortalama giriş empedansıdır (8 ohm). Sayı ne kadar yüksek olursa, sönümleme faktörü de o kadar iyi olur.
Amplifikatör Çıkış Empedansı
Amperlerden bahsettiğimizden, yukarıdaki çizimde gösterilen bu örnekle başlayalım. Hoparlör empedansları tipik olarak 6 ila 10 ohm arasındadır, ancak bazı frekanslarda hoparlörlerin belirli frekanslarda 3 ohm empedansa ve hatta bazı aşırı durumlarda 2 ohm'a düşmesi yaygındır. Paralel olarak iki hoparlör çalıştırıyorsanız, özel montajcılar genellikle çok odacıklı ses sistemleri oluştururken, empedansı yarıya düşüren , yani 2 Hz'e düşen bir hoparlör anlamına geliyorsa , 100 Hz şimdi o frekansta 1 ohm'a düşüyor Aynı türden başka bir hoparlörle eşleştirildi. Elbette bu aşırı bir durumdur, ancak amplifikatör tasarımcılar bu tür aşırı durumları açıklamak zorundadırlar veya onarım için gelen büyük bir amper yığınıyla karşı karşıya kalabilirler.
Eğer 1 ohm'luk bir minimum hoparlör empedansını belirlersek, bu amperin 0.1 ohm'dan daha fazla olmayan bir çıkış empedansına sahip olması gerektiği anlamına gelir. Açıkçası, çıkış cihazlarına gerçek bir koruma sağlamak için bu amplifikatörün çıkışına yeterli direnç ekleyecek bir yer yoktur.
Böylece, amplifikatörün bir çeşit koruma devresi kullanması gerekecektir. Bu, amperin mevcut çıkışını izleyen ve akım çekimi çok yüksek olduğunda çıkışı kesen bir şey olabilir. Ya da gelen AC güç hattında veya güç kaynağının raylarında bir sigorta veya devre kesici kadar basit olabilir. Akım çekişi amp ambilerinden fazla olduğunda bunlar güç kaynağının bağlantısını keser.
Bu arada, hemen hemen tüm tüp güç amplifikatörleri çıkış transformatörlerini kullanırlar ve çıkış transformatörleri sadece metal bir çerçeve etrafına sarılmış tel bobinleri olduklarından, bazen 0,5 ohm ve hatta daha fazla olan kendi empedanslarına sahiptirler. Aslında, Sunfire katı hal (transistör) amplifikatörlerinde bir tüp amperinin sesini simüle etmek için, ünlü tasarımcı Bob Carver, çıkış cihazlarıyla seri olarak 1-ohm direnç yerleştiren bir “akım modu” anahtarı ekledi. Tabii ki, bu, 1'den 10'a kadar minimum çıkış empedansı oranını yukarıda tartıştığımız beklenen giriş empedansı olarak ihlal etti ve böylece bağlı hoparlörün frekans cevabı üzerinde önemli bir etkiye sahipti, fakat birçok tüp amplifikatörü ile aldığınız şey budur. Carver'ın simüle etmek istediği şey tam olarak bu.
02/03
Preamp / Kaynak Cihazı Çıkış Empedansı
Yukarıdaki çizimde gösterildiği gibi bir preamp veya kaynak cihazı (CD çalar, kablo kutusu, vb.) Ile farklı bir durumdur. Bu durumda, güç veya akımla ilgilenmezsiniz. Ses sinyalini iletmeniz gereken tek şey voltajdır. Böylece, alt-cihaz - bir ön amplifikatör durumunda bir güç amplifikatörü ya da bir kaynak cihaz durumunda bir ön-amplifikatör yüksek bir giriş empedansına sahip olabilir. Hattan gelen herhangi bir akım, bu yüksek giriş empedansı tarafından neredeyse tamamen engellenir, ancak voltaj iyi bir şekilde geçer.
Çoğu güç amplifikatörü ve preamp için, 10 ila 100 kilohms'lik bir giriş empedansı yaygındır. Mühendisler daha yükseğe çıkabilir, ancak bu şekilde daha fazla gürültü elde edebilirler. Bu arada, gitar amplifikatörleri genellikle 250 kilohmluk 1 megohm'a giriş empedanslarına sahiptir, çünkü elektro gitar almaları genellikle 3 ila 10 kilohms arasında değişen çıkış empedanslarına sahiptir.
Kısa devreler hat seviyeli devrelerle ortak olabilir, çünkü bir RCA fişinin iki çıplak iletkenini kazara parçalayan bir metal parçasına kazara dökmek çok kolaydır. Böylece, preamplarda ve kaynak cihazlarda 100 ohm veya daha fazla çıkış empedansları yaygındır. 2 ohm kadar düşük hat seviyesinde çıkış empedanslarına sahip birkaç egzotik, yüksek uçlu bileşen gördüm, ancak bunlar çok ağır iş çıkışlı transistörlere veya şortlardan kaynaklanan hasarı önlemek için bir koruma devresine sahip olacak. Bazı durumlarda, çıkışta DC voltajını bloke etmek ve çıkış cihazının tükenmesini önlemek için bir kuplaj kondansatörüne sahip olabilirler.
Fono preampları tamamen farklı bir konudur. Tipik olarak bir CD çalarınkine benzer çıkış empedanslarına sahip olsalar da, giriş empedansları, bir hat-aşaması preampundan çok farklıdır. Buraya girmek için çok fazla. Belki bu konuya başka bir makalede gireceğim.
03/03
Kulaklık Amp Çıkış Empedansı
Kulaklıkların popülaritesindeki artış, tipik kulaklık amplifikatörlerinin oldukça tuhaf, standart olmayan sistem empedans düzenlemesini spot ışığa getirdi. Geleneksel amplifikatörlerden farklı olarak, kulaklık amplifikatörleri çok çeşitli çıkış empedanslarına sahiptir. Kulaklık empedansı tipik olarak yaklaşık 16 ila 70 ohm arasında değişse de, çoğu dizüstü bilgisayarında bulunanlar gibi gerçekten ucuz kulaklık amplifikatörleri 75 veya hatta 100 ohm gibi bir çıkış empedansına sahip olabilir.
Bir amper çalışırken hoparlörlerin bağlantısını kesmek ve yeniden bağlamak bir tüketici için nadirdir ve ayrıca bir amp çalıştığında hoparlör kablolarının hasar görmesi nadirdir. Ama kulaklıklarla, bu şeyler her zaman olur. Kişiler, bir kulaklık amplifikatörü çalışırken kulaklıkları rutin olarak bağlar veya çıkarır. Kulaklık kabloları genellikle kullanımda iken bazen kısa devre oluşturarak zarar görür. Elbette, çoğu kulaklık amplifikatörü ucuz bir cihazdır, bu da iyi bir koruma devresi maliyetini engelleyici olarak ekleyebilir. Bu yüzden çoğu üretici daha kolay bir çıkış sağlar: Bir rezistör (veya zaman zaman bir kondansatör) ekleyerek amplifikatörün çıkış empedansını yükseltirler.
Kulaklık ölçümlerimde gördüğünüz gibi (ikinci grafiğe inersiniz), yüksek çıkış empedansı bir kulaklığın frekans tepkisi üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilir. İlk olarak bir 5-ohm çıkış empedansına sahip bir Müziksel Fidelity kulaklık amp ile kulaklıkların frekans tepkisini ölçüyorum, daha sonra 75 ohm'luk bir toplam çıkış empedansı oluşturmak için ilave 70 ohm direnç ilave edildi.
Yüksek çıkış empedansının etkisi, bağlı kulaklığın empedansı ile ve özellikle farklı frekanslardaki kulaklığın empedansındaki değişiklik ile değişir. Büyük empedans salınımı olan kulaklıklar - dengeli armatür sürücülerine sahip çoğu kulak modeli gibi - genellikle düşük çıkış empedanslı bir amperden yüksek çıkış empedansı olan bir ampere geçiş yaptığınızda frekans cevabında önemli değişiklikler gösterir. Genellikle, düşük empedanslı bir kaynak ile kullanıldığında doğal ses tonu dengesine sahip olan bir kulaklık, yüksek empedanslı bir kaynakla kullanıldığında, bassy, donuk ses dengesine sahip olacaktır.
Neyse ki, düşük çıkış empedansı birçok high-end kulaklık amplifikatöründe (özellikle katı hal modelleri) ve hatta iPhone'lar gibi cihazlarda bulunan küçük kulaklık ampli çiplerinde mevcuttur. Genellikle bir kulaklık yüksek veya düşük çıkış empedansları ile kullanım için sesli olup olmadığını bilmenin bir yolu yoktur, ancak bu makalenin önceki bölümlerinde belirtilen nedenlerden dolayı düşük çıkış empedansı ile uğraşmayı tercih ederim.
Yüksek çıkış empedansına sahip kulaklık amplifikatörleri ile kullanıldığında frekans tepkisi değişikliklerine neden olacak dev empedans salınımlı kulaklıkları kullanmamayı tercih ederim (bunu dizüstü bilgisayarda yazdığım gibi). Ne yazık ki, ben genellikle iyi bir dengeli-armatür kulak içi kulaklık sesini dinamik sürücüler kullanan birisine tercih ediyorum, bu yüzden bu kulaklıkları dizüstü bilgisayarımla kullandığımda genellikle bir harici amp veya USB kulaklık amp / DAC bağladım.
Bunun uzun soluklu bir açıklama olduğunu biliyorum, ancak çıkış empedansı karmaşık bir konu. Benimle konuştuğunuz için teşekkürler, ve herhangi bir sorunuz varsa veya bir şey çıkarırsam, bana bir e-posta gönderin ve bana bildirin.