Τι είναι η αντίσταση εξόδου;

01 από 03

Αντιμετώπιση ενός από τα πλέον σύγχυση θέματα στο Electronics Audio

Brent Butterworth

Όταν έμαθα τα βασικά του ήχου, μια από τις έννοιες που ήταν πιο δύσκολο για μένα να κατανοήσω ήταν η αντίσταση εξόδου. Αντίσταση εισόδου έχω καταλάβει ενστικτωδώς, από το παράδειγμα ενός ομιλητή . Μετά από όλα, ένας οδηγός ηχείου περιέχει ένα πηνίο καλωδίων και ήξερα ότι ένα πηνίο καλωδίου αντιστέκεται στην ηλεκτρική ροή. Αλλά αντίσταση εξόδου ; Γιατί ένας ενισχυτής ή προενισχυτής θα έχει αντίσταση στην έξοδο του, αναρωτήθηκα; Δεν θα ήθελε να προσφέρει κάθε δυνατή τάση και ενισχυτή σε ό, τι οδηγεί;

Στις συνομιλίες μου με τους αναγνώστες και τους ενθουσιώδες μέσα από τα χρόνια, έχω καταλάβει ότι δεν ήμουν ο μόνος που δεν έλαβε ολόκληρη την ιδέα της σύνθετης αντίστασης εξόδου. Έτσι σκέφτηκα ότι θα ήταν ωραίο να κάνω ένα αστάρι στο θέμα. Σε αυτό το άρθρο, θα ασχοληθώ με τρεις συνήθεις και πολύ διαφορετικές καταστάσεις: προενισχυτές, ενισχυτές και ενισχυτές ακουστικών.

Πρώτον, ας ανακεφαλαιώσουμε σύντομα την έννοια της σύνθετης αντίστασης . Η αντίσταση είναι ο βαθμός στον οποίο κάτι περιορίζει τη ροή ηλεκτρισμού συνεχούς ρεύματος. Η αντίσταση είναι βασικά το ίδιο πράγμα, αλλά με AC αντί για DC. Τυπικά, η σύνθετη αντίσταση ενός εξαρτήματος αλλάζει καθώς αλλάζει η συχνότητα του ηλεκτρικού σήματος. Για παράδειγμα, ένα μικρό πηνίο καλωδίου θα έχει σχεδόν μηδενική σύνθετη αντίσταση στο 1 Hz, αλλά υψηλή αντίσταση στα 100 kHz. Ένας πυκνωτής μπορεί να έχει σχεδόν άπειρη σύνθετη αντίσταση στο 1 Hz, αλλά σχεδόν καμία αντίσταση στα 100 kHz.

Η αντίσταση εξόδου είναι η ποσότητα σύνθετης αντίστασης μεταξύ των συσκευών εξόδου του προενισχυτή ή του ενισχυτή (συνήθως τρανζίστορ, αλλά ενδεχομένως μετασχηματιστής ή σωλήνας) και των πραγματικών ακροδεκτών εξόδου του εξαρτήματος. Αυτό περιλαμβάνει την εσωτερική σύνθετη αντίσταση της ίδιας της συσκευής.

Γιατί χρειάζεστε αντίσταση εξόδου;

Γιατί λοιπόν ένα εξάρτημα θα έχει αντίσταση εξόδου; Ως επί το πλείστον, είναι να προστατεύεται από βλάβες από βραχυκύκλωμα.

Οποιαδήποτε συσκευή εξόδου περιορίζεται στο ποσό ηλεκτρικού ρεύματος που μπορεί να χειριστεί. Αν η έξοδος της συσκευής είναι βραχυκυκλωμένη, ζητείται να παραδώσει ένα τεράστιο ποσό ρεύματος. Για παράδειγμα, ένα σήμα εξόδου 2,83 volt θα παράγει ρεύμα 0,35 amp και 1 watt ισχύος σε ένα τυπικό ομιλητή 8 ohm. Δεν υπάρχει πρόβλημα εκεί. Αλλά αν ένα καλώδιο με αντίσταση 0.01 ohms συνδεόταν στους ακροδέκτες εξόδου ενός ενισχυτή, το ίδιο σήμα εξόδου 2.83-volt θα παράγει ρεύμα 282.7 amp και 800 watts ισχύος. Αυτό είναι πολύ, πολύ περισσότερο από ό, τι οι περισσότερες συσκευές εξόδου μπορούν να παραδώσουν. Εάν ο ενισχυτής δεν έχει κάποιο είδος κυκλώματος προστασίας ή συσκευής, τότε η συσκευή εξόδου θα υπερθερμανθεί και πιθανόν να υποστεί μόνιμη βλάβη. Και ναι, θα μπορούσε να πάρει ακόμη και φωτιά.

Με κάποια ποσότητα εμπέδησης ενσωματωμένη στην έξοδο, το στοιχείο προφανώς έχει μεγαλύτερη προστασία από βραχυκύκλωμα, επειδή η αντίσταση εξόδου είναι πάντα στο κύκλωμα. Ας υποθέσουμε ότι έχετε ενισχυτή ακουστικών με αντίσταση εξόδου 30 ohm, οδηγώντας ένα ζεύγος ακουστικών των 32 ωμών, και εσείς βραχυκυκλώστε το καλώδιο των ακουστικών τραβώντας το τυχαία με ένα ψαλίδι. Πηγαίνετε από μια συνολική αντίσταση συστήματος 62 ohm κάτω σε μια συνολική αντίσταση ίσως 30,01 ohms, η οποία δεν είναι τόσο μεγάλη υπόθεση. Σίγουρα πολύ λιγότερο ακραία από ό, τι πηγαίνει από 8 ohms κάτω σε 0,01 ohms.

Πόσο χαμηλή πρέπει να είναι η αντίσταση εξόδου;

Ένας πολύ γενικός κανόνας στον ήχο είναι ότι θέλετε η αντίσταση εξόδου να είναι τουλάχιστον 10 φορές χαμηλότερη από την αναμενόμενη αντίσταση εισόδου που θα τροφοδοτήσει. Με αυτόν τον τρόπο, η σύνθετη αντίσταση εξόδου δεν έχει σημαντική επίδραση στην απόδοση του συστήματος. Εάν η αντίσταση εξόδου είναι πολύ περισσότερο από 10 φορές η αντίσταση εισόδου που θα τροφοδοτήσει, μπορείτε να πάρετε μερικά διαφορετικά προβλήματα.

Με οποιοδήποτε ηλεκτρονικό ήχο, μια πολύ μεγάλη αντίσταση εξόδου μπορεί να δημιουργήσει εφέ φιλτραρίσματος που προκαλούν περίεργες ανωμαλίες απόκρισης συχνότητας και επίσης να έχουν ως αποτέλεσμα μειωμένη ισχύ εξόδου. Για περισσότερα σχετικά με αυτά τα φαινόμενα, δείτε το πρώτο και δεύτερο άρθρο μου σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο τα καλώδια των ηχείων μπορούν να επηρεάσουν την ποιότητα του ήχου.

Με τους ενισχυτές, υπάρχει ένα πρόσθετο πρόβλημα. Όταν ο ενισχυτής κινεί το κώνο του ηχείου προς τα εμπρός ή προς τα πίσω, η ανάρτηση του ηχείου αναδιπλώνει τον κώνο προς την κεντρική του θέση. Αυτή η ενέργεια παράγει τάση που στη συνέχεια ρίχνεται πίσω στον ενισχυτή. (Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως "οπίσθιο EMF" ή αντίστροφη ηλεκτρομαγνητική δύναμη.) Εάν η αντίσταση εξόδου του ενισχυτή είναι αρκετά χαμηλή, θα μειώσει αποτελεσματικά το οπίσθιο EMF και θα λειτουργήσει ως φρένο στον κώνο καθώς αναβλύζει. Εάν η αντίσταση εξόδου του ενισχυτή είναι πολύ υψηλή, δεν θα είναι σε θέση να σταματήσει τον κώνο και ο κώνος θα συνεχίσει να πηγαίνει εμπρός και πίσω μέχρι να σταματήσει η τριβή. Αυτό δημιουργεί ένα εφέ κλήσης και κάνει τις σημειώσεις να παραμένουν αφότου υποτίθεται ότι θα σταματήσουν.

Μπορείτε να δείτε αυτό στους συντελεστές απόσβεσης των ενισχυτών. Συντελεστής απόσβεσης είναι η αναμενόμενη μέση σύνθετη αντίσταση εισόδου (8 ohms) που διαιρείται με την αντίσταση εξόδου του ενισχυτή. Όσο υψηλότερος είναι ο αριθμός, τόσο καλύτερος είναι ο παράγοντας απόσβεσης.

Αντίσταση εξόδου ενισχυτή

Εφόσον μιλάμε για ενισχυτές, ας ξεκινήσουμε με αυτό το παράδειγμα, το οποίο φαίνεται στο παραπάνω σχέδιο. Οι σύνθετες αντιστάσεις των ηχείων είναι συνήθως 6 έως 10 ohm, αλλά είναι κοινό για τα ηχεία να πέφτουν σε αντίσταση 3 ohms σε ορισμένες συχνότητες και ακόμη και σε 2 ohms σε ορισμένες ακραίες περιπτώσεις. Εάν εκτελείτε παράλληλα δύο ηχεία παράλληλα, όπως συμβαίνει συχνά με τους εγκατεστημένους τεχνικούς κατά τη δημιουργία πολλαπλών ηχητικών συστημάτων , αυτό κόβει τη σύνθετη αντίσταση στο μισό, πράγμα που σημαίνει ότι ένα ηχείο μειώνεται στα 2 ohms στα 100 Hz, δηλαδή μειώνεται στο 1 ohm σε αυτή τη συχνότητα όταν είναι σε συνδυασμό με ένα άλλο ηχείο του ίδιου τύπου. Αυτό είναι μια ακραία περίπτωση, φυσικά, αλλά οι σχεδιαστές ενισχυτών πρέπει να λογοδοτούν για τέτοιες ακραίες περιπτώσεις ή θα μπορούσαν να αντιμετωπίσουν ένα μεγάλο σωρό ενισχυτές που έρχονται για επισκευή.

Αν υπολογίσουμε μια ελάχιστη αντίσταση ηχείου 1 ohm, αυτό σημαίνει ότι ο ενισχυτής θα πρέπει να έχει αντίσταση εξόδου όχι μεγαλύτερη από 0,1 ohm. Προφανώς, δεν υπάρχει περιθώριο να προσθέσετε αρκετή αντίσταση στην έξοδο αυτού του ενισχυτή για να δώσετε στις συσκευές εξόδου οποιαδήποτε πραγματική προστασία.

Έτσι, ο ενισχυτής θα πρέπει να χρησιμοποιήσει κάποιο είδος κυκλώματος προστασίας. Αυτό θα μπορούσε να είναι κάτι που παρακολουθεί την τρέχουσα έξοδο του ενισχυτή και αποσυνδέει την έξοδο αν η τρέχουσα κλήρωση είναι πολύ υψηλή. Ή θα μπορούσε να είναι τόσο απλό όσο μια ασφάλεια ή ένας διακόπτης κυκλώματος στην εισερχόμενη γραμμή εναλλασσόμενου ρεύματος ή στις ράγες του τροφοδοτικού. Αυτά αποσυνδέουν την τροφοδοσία ρεύματος όταν η τράβηγμα ρεύματος είναι μεγαλύτερη από ό, τι μπορεί να χειριστεί ο ενισχυτής.

Παρεμπιπτόντως, σχεδόν όλοι οι ενισχυτές ισχύος σωλήνων χρησιμοποιούν μετασχηματιστές εξόδου και επειδή οι μετασχηματιστές εξόδου είναι απλώς πηνία σύρματος τυλιγμένοι γύρω από ένα μεταλλικό πλαίσιο, έχουν σημαντική αντίσταση της δικής τους, μερικές φορές έως και 0,5 ohm ή και περισσότερο. Στην πραγματικότητα, για να προσομοιώσει τον ήχο ενός ενισχυτή σωλήνα στους ενισχυτές στερεάς κατάστασης (τρανζίστορ) του Sunfire, ο φημισμένος σχεδιαστής Bob Carver πρόσθεσε έναν διακόπτη "τρέχουσας λειτουργίας" που έβαλε σε σειρά έναν αντιστάτη 1-ohm σε σειρά με τις συσκευές εξόδου. Φυσικά, αυτό παραβίασε την ελάχιστη αναλογία 1 προς 10 της αντίστασης εξόδου στην αναμενόμενη αντίσταση εισόδου που συζητήσαμε παραπάνω και επομένως είχε ουσιαστική επίδραση στην απόκριση συχνότητας του συνδεδεμένου ηχείου, αλλά αυτό παίρνετε με πολλούς ενισχυτές σωλήνων και αυτό ακριβώς ήθελε να προσομοιώσει ο Carver.

02 του 03

Προενισχυτής / εξόδου εξόδου συσκευής πηγής

Brent Butterworth

Με προενισχυτή ή συσκευή προέλευσης (συσκευή αναπαραγωγής CD, κουτί καλωδίων κ.λπ.), όπως φαίνεται στο παραπάνω σχέδιο, είναι μια διαφορετική κατάσταση. Σε αυτή την περίπτωση, δεν σας ενδιαφέρει η ισχύς ή το ρεύμα. Το μόνο που χρειάζεστε για να μεταδώσετε το ηχητικό σήμα είναι η τάση. Έτσι, η συσκευή κατάντη - ένας ενισχυτής ισχύος, στην περίπτωση ενός προενισχυτή, ή ένας προενισχυτής, στην περίπτωση μιας συσκευής πηγής - μπορεί να έχει υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου. Οποιοδήποτε ρεύμα έρχεται μέσω της γραμμής είναι σχεδόν αποκλεισμένο από αυτή την υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου, αλλά η τάση περνάει πολύ καλά.

Για τους περισσότερους ενισχυτές ισχύος και προενισχυτές, μια σύνθετη αντίσταση εισόδου από 10 έως 100 kohms είναι κοινή. Οι μηχανικοί μπορούν να πάνε ψηλότερα, αλλά μπορεί να πάρουν περισσότερο θόρυβο με αυτόν τον τρόπο. Παρεμπιπτόντως, οι ενισχυτές κιθάρας έχουν τυπικά αντίσταση εισόδου 250 kilo έως 1 megohm, επειδή οι ηλεκτρικές κιθάρες έχουν συνήθως αντίσταση εξόδου που κυμαίνεται από 3 έως 10 kohohms.

Τα σύντομα κυκλώματα μπορεί να είναι κοινά με τα κυκλώματα επιπέδου γραμμής, επειδή είναι τόσο εύκολο να τρίβετε τυχαία τους δύο γυμνούς αγωγούς ενός βύσματος RCA πάνω σε ένα κομμάτι μεταλλικού που τα σφίγγει. Έτσι, οι σύνθετες αντιστάσεις εξόδου 100 ohm ή και περισσότερο είναι κοινές στις προειδοποιήσεις και στις συσκευές πηγής. Έχω δει μερικά εξωτικά, high-end εξαρτήματα με impedances εξόδου γραμμής τόσο χαμηλά όσο 2 ohms, αλλά αυτά θα έχουν είτε πολύ ισχυρά τρανζίστορ εξόδου είτε ένα κύκλωμα προστασίας για την αποφυγή ζημιών από σορτς. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορεί να έχουν έναν πυκνωτή ζεύξης στην έξοδο για να μπλοκάρουν την τάση συνεχούς ρεύματος και να εμποδίζουν την εξουδετέρωση της συσκευής εξόδου.

Οι προειδοποιήσεις Phono είναι ένα διαφορετικό θέμα εξ ολοκλήρου. Ενώ τυπικά έχουν αντιστάσεις εξόδου παρόμοιες με αυτές ενός CD player, οι σύνθετες αντιστάσεις εισόδου τους είναι πολύ διαφορετικές από εκείνες ενός προενισχυτή σταδίου γραμμής. Αυτό είναι πάρα πολύ για να πάει εδώ. Ίσως θα σκάψω σε αυτό το θέμα σε ένα άλλο άρθρο.

03 του 03

Αισθητήρας εξόδου ενισχυτών ακουστικών

Brent Butterworth

Η αύξηση της δημοτικότητας των ακουστικών έφερε στο προσκήνιο την μάλλον περίεργη, μη τυποποιημένη διάταξη σύνθετης αντίστασης των τυπικών ενισχυτών ακουστικών. Σε αντίθεση με τους συμβατικούς ενισχυτές, οι ενισχυτές ακουστικών έρχονται σε μια μεγάλη ποικιλία των αντιστάσεων εξόδου. Τα πραγματικά φθηνά ενισχυτικά ακουστικών, όπως αυτά που είναι ενσωματωμένα στους περισσότερους φορητούς υπολογιστές, μπορεί να έχουν αντίσταση εξόδου τόσο υψηλές όσο 75 ή ακόμα και 100 ohm, παρόλο που η σύνθετη αντίσταση των ακουστικών κυμαίνεται συνήθως από 16 έως 70 ohms.

Είναι σπάνιο για τον καταναλωτή να αποσυνδέει και να επανασυνδέει τα ηχεία όταν λειτουργεί ενισχυτής και επίσης σπάνια τα καλώδια των ηχείων να υποστούν βλάβη όταν λειτουργεί ένας ενισχυτής. Αλλά με τα ακουστικά, αυτά τα πράγματα συμβαίνουν όλη την ώρα. Οι άνθρωποι συνηθίζουν να συνδέουν ή να αποσυνδέουν τα ακουστικά όταν λειτουργεί ενισχυτής ακουστικών. Τα καλώδια ακουστικών συχνά καταστρέφονται - μερικές φορές προκαλούν βραχυκύκλωμα - ενώ χρησιμοποιούνται. Φυσικά, οι περισσότεροι ενισχυτές ακουστικών είναι φτηνές συσκευές, οι οποίες μπορούν να καταστήσουν απαγορευτική την προσθήκη ενός αξιοπρεπούς κυκλώματος προστασίας. Έτσι, οι περισσότεροι κατασκευαστές λαμβάνουν την ευκολότερη διέξοδο: Αυξάνουν την αντίσταση εξόδου του ενισχυτή προσθέτοντας μια αντίσταση (ή περιστασιακά έναν πυκνωτή).

Όπως μπορείτε να δείτε στις μετρήσεις ακουστικών μου (πηγαίνετε κάτω στο δεύτερο γράφημα), η υψηλή αντίσταση εξόδου μπορεί να έχει τεράστια επίδραση στην απόκριση συχνότητας ενός ακουστικού. Μετρούμε την απόκριση συχνότητας ενός ακουστικού πρώτα με έναν ενισχυτή ακουστικών μουσικής Fidelity που έχει μια αντίσταση εξόδου 5 Ω, και πάλι με επιπλέον 70 ohms αντοχής που προστέθηκε για να δημιουργήσει μια συνολική αντίσταση εξόδου 75 ohms.

Το φαινόμενο ότι η σύνθετη αντίσταση εξόδου θα ποικίλει ανάλογα με την αντίσταση των συνδεδεμένων ακουστικών και ιδιαίτερα με τη μεταβολή της σύνθετης αντίστασης των ακουστικών σε διαφορετικές συχνότητες. Τα ακουστικά που έχουν μεγάλες κούνιες σύνθετης αντίστασης - όπως συμβαίνουν τα περισσότερα μοντέλα στο αυτί με προγράμματα οδήγησης με ισορροπημένο οπλισμό - συνήθως θα παρουσιάσουν ουσιαστικές αλλαγές στην απόκριση συχνότητας όταν αλλάζετε από ενισχυτή με χαμηλή αντίσταση εξόδου σε ένα με υψηλή αντίσταση εξόδου. Συχνά, ένα ακουστικό που έχει μια φυσιολογική ηχητική ισορροπία όταν χρησιμοποιείται με μια πηγή χαμηλής σύνθετης αντίστασης θα έχει μια μπάσο, θαμπή ηχητική ισορροπία όταν χρησιμοποιείται με μια πηγή υψηλής σύνθετης αντίστασης.

Ευτυχώς, η σύνθετη αντίσταση εξόδου είναι διαθέσιμη σε πολλούς ενισχυτές ακουστικών υψηλών επιδόσεων (ειδικά μοντέλα στερεάς κατάστασης) και ακόμη και μερικά από τα μικρά μάρκες ενισχυτών ακουστικών ενσωματωμένα σε συσκευές όπως τα iPhone. Συνήθως δεν υπάρχει κανένας τρόπος να γνωρίζετε με σιγουριά εάν ακούγεται ένα ακουστικό για χρήση με σύνθετες αντιστάσεις υψηλής ή χαμηλής ισχύος, αλλά προτιμώ να κολλήσω με χαμηλή αντίσταση εξόδου για τους λόγους που αναφέρονται παραπάνω σε αυτό το άρθρο.

Θα προτιμούσα να μην χρησιμοποιώ ακουστικά με τεράστιες μεταβολές σύνθετης αντίστασης που θα προκαλούσαν μεταβολές απόκρισης συχνότητας όταν χρησιμοποιήθηκαν με ενισχυτές ακουστικών που έχουν υψηλή αντίσταση εξόδου (όπως αυτή του φορητού υπολογιστή που πληκτρολογώ αυτό). Δυστυχώς, ωστόσο, προτιμώ γενικά τον ήχο ενός καλού ακουστικού με ενσωματωμένο οπλισμό σε ένα ακουστικό που χρησιμοποιεί δυναμικούς οδηγούς, οπότε όταν χρησιμοποιώ αυτά τα ακουστικά με το φορητό υπολογιστή μου, συνδέω συνήθως έναν εξωτερικό ενισχυτή ή ενισχυτή ακουστικών USB / DAC.

Γνωρίζω ότι αυτό ήταν μια μακροχρόνια εξήγηση, αλλά η αντίσταση εξόδου είναι ένα πολύπλοκο θέμα. Ευχαριστώ που έφερα μαζί μου και εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή εάν έχω αφήσει κάτι έξω, στείλτε μου ένα e-mail και ενημερώστε με.