音频应用中的阻抗匹配有多重要?

电器工程 声音的
2022-01-29 02:09:50

反射信号在音频应用(例如放大器和扬声器之间,或前置放大器和放大器之间)有多大影响?主要是关于保真度而不是权力转移。

匹配阻抗及其优缺点的不同选择是什么?这可以在输出端,输入端,还是修改电缆?

3个回答

现代音频电子设备不使用阻抗匹配。

  • 麦克风输出可能约为 600 Ω,而麦克风前置放大器输入为 1 kΩ 或更高。
  • 线路输出类似于 100 Ω,而线路输入则更像 10 kΩ。
  • 扬声器放大器将小于 0.5 Ω,而扬声器更像 4 Ω。
  • 吉他输出可能为 100 kΩ,而吉他放大器输入至少为 1 MΩ。

在所有这些情况下,负载阻抗都明显大于源阻抗;他们不匹配。 这种配置最大限度地提高了保真度

阻抗匹配用于音频系统演变而来电话系统,并且(有时?)用于真空管放大器,但即便如此,它也是最大功率和最大保真度之间的权衡

传输线效应不适用。对于至少 10 km的波长(20 kHz),我认为您从反射中看到的最大效果是一些带有几公里长的线的梳状滤波(HF 滚降)?但这完全不现实。

比尔·惠特洛克

音频线不是传输线。外来电缆的营销炒作经常引用经典的传输线理论,并暗示纳秒响应在某种程度上很重要。真实的物理学提醒我们,音频电缆直到物理长度达到约 4,000 英尺时才开始表现出工程意义上的传输线效应。

最大功率定理不适用,因为:

雷恩公司

真空管、Edsels 和蜂箱发型的阻抗匹配消失了。现代晶体管和运算放大器级不需要阻抗匹配。如果这样做,阻抗匹配会降低音频性能


关于为什么在专业音频应用中阻抗匹配不是必需的(实际上是有害的),请参阅 William B. Snow,“阻抗 - 匹配或最佳” [写于 1957 年!],声音增强:选集,由 David L. Klepper 编辑(音频工程学会,纽约州,1978 年,第 G-9 - G-13 页),以及 RaneNote Unity Gain and Impedance Matching: Strange Bedfellows

舒尔兄弟

对于音频电路,匹配阻抗重要​​吗?

不再。在 20 世纪初期,匹配阻抗非常重要。贝尔实验室发现,要在长距离电话电路中实现最大功率传输,不同设备的阻抗应该匹配。阻抗匹配减少了所需的真空管放大器的数量,这些放大器昂贵、笨重且发热。

1948 年,贝尔实验室发明了晶体管——一种廉价、小型、高效的放大器。晶体管比最大功率传输更有效地利用最大电压传输。对于最大电压传输,目标设备(称为“负载”)的阻抗应至少是发送设备(称为“源”)的十倍。这称为桥接。桥接是连接音频设备时最常见的电路配置。对于现代音频电路,匹配阻抗实际上会降低音频性能。

这是一个常见的误解。 HyperPhysics 曾经显示 8 ohm 放大器输出,但此后他们改进了页面Electronics Design显示 8 ohm 放大器输出很长一段时间,但在评论部分的一堆投诉后,他们终于修复了它:

因此,除非您是拥有一英里长电缆的电话公司,否则源阻抗和负载阻抗不需要匹配到 600 欧姆或任何其他阻抗。--- Bill Whitlock,Jensen Transformers, Inc. 总裁兼首席工程师和 AES Life Fellow。

阻抗匹配对于音频来说并不是真正的问题,在您的示例中它并不是真正的首选。但是,您确实需要注意输入和输出阻抗。

通常阻抗匹配有两个原因:

  1. 最小化反射 - 当传输线的长度与信号的波长处于同一数量级时,反射就会成为一个问题。这里有不同的经验法则。有人说当导线长度是波长的 1/4 时担心,有人说是 1/6、1/10 等。这取决于传输线的信号和电抗。在这种情况下,这真的无关紧要,因为 20khz 信号的电波长约为 49,000 英尺。换句话说,反射对于您询问的应用程序来说不是问题。

  2. 最大功率传输——将驱动器的输出阻抗与负载的输入阻抗相匹配,可实现最大功率传输。起初,这听起来对驱动扬声器很重要,但还有更重要的考虑因素(见下文)。

放大器示例:

使用现代放大器设计(有源功率级,无输出变压器),您的实际目标是尽可能高的阻尼系数等。当您驱动扬声器时,扬声器本身实际上会在被驱动时产生电流,考虑到您驱动设备以在磁场内移动线圈,这应该是有道理的。在理想情况下,这无关紧要,因为锥体/线圈会立即对输入信号做出反应。实际上,由于扬声器的机械特性,锥体存在延迟和过冲。结果,扬声器产生的电流被送回放大器。

用更简单、更适用的术语来说。高阻尼系数使放大器能够更好地控制扬声器音盆。这在扬声器的共振点附近尤为重要。阻尼系数是(扬声器电阻)/(放大器输出电阻)和一些线电阻校正。所以在这种情况下,您的目标是放大器中尽可能小的输出电阻。

设备之间的线路电平(前置放大器):

同样,阻抗匹配不是目标。您通常需要尽可能低的输出阻抗和最高的输入阻抗。这最大限度地减少了电流消耗,从而降低了电压降。这是最低失真配置并允许最大电压传输。

关于扬声器电缆的开创性文章由美国国家半导体公司的Bob Pease于 1990 年撰写,标题为“这些拼接的东西到底是什么?” . 阅读并享受 - 然后继续您的生活,同时安全地忽略蛇油推销员!