放大器和扬声器的阻抗不匹配会导致声音失真吗?

电器工程 放大器 阻抗匹配 失真
2022-02-02 13:39:53

我打算买一副耳机和一个内置放大器的音频接口。规格说明放大器的阻抗为“<30 欧姆”。

我想买的耳机是 Beyerdynamic DT 990,它有不同阻抗的版本。

我只有在电子方面的资格才能知道耳机阻抗越高,达到相同功率所需的“放大”(因为没有更好的词)就越多。

但是,我担心阻抗明显不同会导致声音失真。我不是说饱和度,而是传输特性的轻微变化,这显然不是我想要处理的。

高度赞赏有关此主题的任何见解。

4个回答

您可以简单地忘记家庭音频的阻抗匹配。

只有当信号的波长接近传输该信号的电缆长度时才需要阻抗匹配。电信号几乎以光速通过电缆传播,对于最高音频频率(给出最短波长),波长约为 15 公里。我猜你的电缆没那么长。

需要阻抗匹配来防止信号反射和扭曲它们。这通常只与高频信号有关,与音频无关(例外:模拟电话线)。

在我看来,音频放大器的“阻抗匹配”真的更好理解为:“这个放大器可以驱动这个扬声器吗?”

示例:某些放大器仅适用于 4 和 8 欧姆扬声器。将它与 2 欧姆扬声器(或两个 4 欧姆扬声器并联)一起使用可能会出现问题。

对于耳机来说,这几乎不是问题,除非耳机的阻抗非常低(小于 10 欧姆)或非常高(600 欧姆)。即便如此,如果存在“不匹配”,最大音量可能会降低。

通常家庭音频放大器通过串联电阻从扬声器输出驱动耳机输出,以提供一些防止耳机过载的保护,因为它们需要功率比扬声器少得多。因此,几乎任何耳机都可以作为家用音频放大器的驱动器。

使用电池运行的移动设备无法提供如此多的功率和电压,因此过载不​​再是问题。由于这些设备的输出电压有限,我建议使用低阻抗耳机,30 或 50 欧姆将是一个不错的选择。

无论哪种情况,您都不必担心阻抗匹配,这对于耳机来说真的不是问题。

边注:

对于扬声器,放大器的输出阻抗是相关的。通常的建议是放大器需要输出阻抗。越低越好,因为这样可以更好地“控制”扬声器。不是阻抗匹配,实际上是“最佳失配”情况,因为放大器输出阻抗(< 0.1 ohms)和扬声器阻抗(> 4 ohms)一样。

您当然可以忘记任何质量合理的放大器的“阻抗匹配”,因为阻抗是故意不匹配的!

优质音频放大器的输出阻抗应该非常低——通常为 0.01 甚至 0.001 欧姆。大多数扬声器或耳机的阻抗随频率变化很大,但总是比放大器的输出阻抗高几个数量级。

结果是,如果扬声器设计为响应信号电压(而不是电流),则放大器提供的电压将取决于任何特定扬声器品牌的阻抗变化,并且音频响应不会有任何不需要的音频范围内特定频率的峰值或谷值。

阻抗匹配仅在您需要从一个设备到另一个设备的最大可能功率传输时才重要,但这与设计音频放大器无关。(但如果你试图通过几千英里的海底电缆发送信号,那是非常重要的!)

放大器规格中提到扬声器或电话可接受的输出阻抗范围的原因只是为了确保当您将放大器音量控制调到最大时,(1)如果扬声器阻抗太高,声音水平会更低超出您的预期,并且(2)如果阻抗太低,您将试图从放大器中汲取过多电流,这可能会导致一些失真,并且(更有可能)会烧断放大器中某处的保险丝以防止它过载。

历史注释:以上适用于现代放大器设计 - 固态和电子管(阀门)。一些旧的(1950 年代或 60 年代)电子管放大器设计对连接到它们的扬声器输出阻抗敏感,并且在后面板上有一个开关来选择正在使用的实际阻抗(当时通常是 8 或 16 欧姆,虽然很高有源现代扬声器通常具有较低的阻抗,例如 4 或 2 欧姆)。在没有连接扬声器的情况下操作这样的“老式”放大器在某些情况下可能会损坏放大器——但现代电子管放大器的设计不存在这个问题。

放大器上的“< 30 Ohms”标识很可能不是放大器的输出阻抗,而是其设计负载的阻抗。好的音频放大器的输出阻抗远低于 1 欧姆。

这种标签很常见,因为阻抗匹配在音频设备中不是一个东西。但是,驱动阻抗超出放大器设计区域的扬声器或耳机可能会影响声音。

驱动阻抗高于放大器设计驱动阻抗的耳机可能没问题。我认为唯一的缺点是放大器无法提供其全部输出功率,因为​​它无法产生足够高的输出电压,您需要保持相当低的输出电平。使用音量旋钮可能很繁琐,但电量并不是真正的问题,因为耳机从不需要太多电量。

大多数时候,公认的答案是可以接受的。电子管放大器也被讨论过。好吧,如果放大器是 D 类放大器,这会变得越来越普遍。普通的 D 类放大器在输出晶体管和扬声器之间会有一个 LC 滤波器。一些低端低功率的东西依赖于扬声器电感和非常短的扬声器线。LC滤波器将减少来自长扬声器线的辐射。LC滤波器通常设置在低负载Q,截止频率高于音频但低于PWM频率。Ballpark 数字可以是 PWM 200KHz F cut 25 KHz 和 Q .7。现在扬声器阻抗将改变滤波器参数。提高阻抗会提高大多数正统 LC 滤波器设计的 Q。这可能会产生可怕的高端峰值,并且可能搞砸负反馈循环。您可能会得到糟糕的性能,这可以通过简单的无源网络来处理。