Quanto è importante la corrispondenza dell'impedenza nelle applicazioni audio?

Quanto saranno importanti i segnali riflessi nelle applicazioni audio (diciamo tra un amplificatore e un altoparlante, o un preamplificatore e un amplificatore)? Principalmente per quanto riguarda la fedeltà e non il trasferimento di potenza.

Quali sono le diverse opzioni per abbinare l'impedenza e i loro pro / contro? Questo può essere sul terminale di uscita, sul terminale di ingresso o sulla modifica del cavo?

La corrispondenza dell'impedenza non viene utilizzata nell'elettronica audio moderna.

• Un'uscita microfonica potrebbe essere di circa 600 Ω, mentre gli ingressi del preamplificatore microfonico sono almeno 1 kΩ.
• Un'uscita di linea sarà simile a 100 Ω, mentre un ingresso di linea è più simile a 10 kΩ.
• Un amplificatore per altoparlanti sarà inferiore a 0,5 Ω, mentre gli altoparlanti sono più simili a 4 Ω.
• Un'uscita per chitarra potrebbe essere 100 kΩ, mentre un ingresso per amplificatore per chitarra è almeno 1 MΩ.

In tutti questi casi, l'impedenza di carico è significativamente maggiore della sorgente; non sono abbinati. Questa configurazione massimizza la fedeltà .

La corrispondenza dell'impedenza è stata utilizzata nei sistemi telefonici da cui si sono evoluti i sistemi audio ed è stata (a volte?) Utilizzata negli amplificatori a valvole a vuoto, ma anche in questo caso è un compromesso tra la massima potenza e la massima fedeltà .

Gli effetti della linea di trasmissione non si applicano. Con una lunghezza d' onda di almeno 10 km (per 20 kHz), penso che l'effetto più che tu abbia mai visto dalla riflessione è un filtro a pettine (roll-off HF) con linee lunghe pochi km? Ma questo è totalmente irrealistico.

Bill Whitlock :

I cavi audio NON sono linee di trasmissione. L'hype di marketing per cavi esotici spesso invoca la classica teoria delle linee di trasmissione e implica che la risposta in nano-secondo sia in qualche modo importante. La fisica reale ci ricorda che i cavi audio non iniziano a mostrare effetti sulla linea di trasmissione in senso ingegneristico fino a quando non raggiungono circa 4000 piedi di lunghezza fisica.

Il teorema della massima potenza non si applica, poiché:

• i segnali di basso livello sono trasportati dalla tensione, non dall'alimentazione
• le impedenze di uscita dell'amplificatore di alto livello possono essere ridotte rispetto agli altoparlanti che guidano. Il teorema della massima potenza serve per abbinare i carichi alle fonti, non per abbinare le fonti ai carichi .

Rane Corporation :

L'abbinamento dell'impedenza è uscito con tubi a vuoto, Edsels e acconciature da alveare. I moderni transistor e stadi op-amp non richiedono l'adattamento dell'impedenza. Se fatto, l' adattamento dell'impedenza degrada le prestazioni audio .

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Perché la corrispondenza dell'impedenza non è necessaria (e, di fatto, dannosa) nelle applicazioni audio professionali, vedi William B. Snow, "Impedenza - Abbinato o ottimale" [ scritto nel 1957! ], Sound Reinforcement: An Anthology , a cura di David L. Klepper (Audio Engineering Society, NY, 1978, pagg. G-9 - G-13), e RaneNote Unity Gain e Impedance Matching: Strange Bedfellows .

Shure Brothers :

Per i circuiti audio, è importante abbinare l'impedenza?

Non più. Nella prima parte del 20 ° secolo, era importante abbinare l'impedenza. Bell Laboratories ha scoperto che per ottenere il massimo trasferimento di potenza nei circuiti telefonici a lunga distanza, le impedenze di diversi dispositivi dovrebbero essere adattate. L'adattamento dell'impedenza ha ridotto il numero di amplificatori a valvole da vuoto necessari, che erano costosi, ingombranti e che producevano calore.

Nel 1948, Bell Laboratories inventò il transistor: un amplificatore economico, piccolo ed efficiente. Il transistor utilizza il massimo trasferimento di tensione in modo più efficiente rispetto al massimo trasferimento di potenza. Per il massimo trasferimento di tensione, il dispositivo di destinazione (chiamato "carico") dovrebbe avere un'impedenza di almeno dieci volte quella del dispositivo di invio (chiamato "sorgente"). Questo è noto come BRIDGING. Il bridging è la configurazione del circuito più comune quando si collegano dispositivi audio. Con i moderni circuiti audio, le impedenze corrispondenti possono effettivamente degradare le prestazioni audio.

È un malinteso comune. HyperPhysics mostrava un output dell'amplificatore da 8 ohm , ma da allora ha migliorato la pagina . Electronics Design ha mostrato per lungo tempo un'uscita dell'amplificatore da 8 ohm , ma alla fine l'hanno risolto dopo una serie di lamentele nella sezione commenti:

Pertanto, a meno che tu non sia la compagnia telefonica con cavi lunghi un chilometro, le impedenze di sorgente e carico non devono necessariamente essere abbinate ... a 600 ohm o qualsiasi altra impedenza. --- Bill Whitlock, presidente e ingegnere capo di Jensen Transformers, Inc. e AES Life Fellow.

La corrispondenza dell'impedenza non è realmente una preoccupazione per le frequenze audio e nei tuoi esempi non è davvero preferita. Tuttavia, è necessario prestare attenzione alle impedenze di ingresso e uscita.

Generalmente si combina l'impedenza per 2 motivi:

1. Riduci al minimo i riflessi: i riflessi diventano un problema quando la lunghezza della linea di trasmissione raggiunge lo stesso ordine della lunghezza d'onda del segnale. Ci sono diverse regole pratiche qui. Alcuni dicono preoccupazione quando la lunghezza del filo è 1/4 della lunghezza d'onda, alcuni dicono 1/6, 1/10 ecc. Dipende dal segnale e dalla reattanza della linea di trasmissione. In questo caso non importa davvero perché la lunghezza d'onda elettrica di un segnale da 20 kHz è ~ 49.000 piedi. In altre parole, le riflessioni non rappresentano un problema per l'applicazione richiesta.

2. Massima trasmissione di potenza - L'adeguamento dell'impedenza di uscita di un driver all'impedenza di ingresso di un carico consente il massimo trasferimento di potenza. All'inizio questo sembra importante per guidare un oratore ma ci sono considerazioni più importanti (vedi sotto).

Esempio di amplificatore:

Con un moderno design dell'amplificatore (stadio di potenza attivo, nessun trasformatore di uscita), il tuo obiettivo reale è il più alto fattore di smorzamento possibile, tra le altre cose. Quando si guida un altoparlante, l'altoparlante stesso in realtà genera corrente mentre viene pilotato, questo dovrebbe avere senso considerando che si guida un dispositivo per spostare una bobina all'interno di un campo magnetico. Nel caso ideale, questo non importerebbe poiché il cono / bobina reagirebbe istantaneamente al segnale in arrivo. In realtà vi è ritardo e superamento del cono a causa della natura meccanica del diffusore. Di conseguenza, l'altoparlante produce correnti che vengono rimandate all'amplificatore.

Per dirla in termini più semplici e più applicabili. Un elevato fattore di smorzamento consente all'amplificatore di avere un migliore controllo sul cono dell'altoparlante. Ciò è particolarmente importante in prossimità del punto di risonanza dell'altoparlante. Il fattore di smorzamento è (resistenza degli altoparlanti) / (resistenza di uscita dell'amplificatore) e alcune correzioni per la resistenza del filo. Quindi in questo caso il tuo obiettivo è la minima resistenza di uscita possibile nell'amplificatore.

livello di linea tra i dispositivi (pre amp):

Ancora una volta la corrispondenza dell'impedenza non è l'obiettivo. Generalmente si desidera l'impedenza di uscita più bassa e l'impedenza di ingresso più alta possibile. Ciò riduce al minimo l'assorbimento di corrente e di conseguenza la caduta di tensione. Questa è la configurazione di distorsione più bassa e consente il massimo trasferimento di tensione.

L'articolo fondamentale sui cavi dei diffusori è stato scritto da Bob Pease di National Semiconductors nel 1990, intitolato "Che cos'è tutto questo splicing stuff, comunque?" . Leggi e divertiti - poi vai avanti con la tua vita ignorando in sicurezza i venditori di olio di serpente!