¿Qué tan importante es la correspondencia de impedancia en aplicaciones de audio?

¿Cuánto importan las señales reflejadas en las aplicaciones de audio (por ejemplo, entre un amplificador y un altavoz, o un preamplificador y un amplificador)? Principalmente con respecto a la fidelidad y no a la transferencia de poder.

¿Cuáles son las diferentes opciones de igualar la impedancia y sus ventajas y desventajas? ¿Puede estar en el terminal de salida, terminal de entrada o modificando el cable?

La adaptación de impedancia no se utiliza en la electrónica de audio moderna.

• Una salida de micrófono puede ser de alrededor de 600 Ω, mientras que las entradas de preamplificador de micrófono son de 1 kΩ o más.
• Una salida de línea será algo así como 100 Ω, mientras que una entrada de línea es más como 10 kΩ.
• Un amplificador de altavoz será inferior a 0,5 Ω, mientras que los altavoces se parecerán más a 4 Ω.
• Una salida de guitarra puede ser de 100 kΩ, mientras que la entrada de un amplificador de guitarra es de al menos 1 MΩ.

En todos estos casos, la impedancia de carga es significativamente mayor que la fuente; No están igualados. Esta configuración maximiza la fidelidad .

La coincidencia de impedancia se usó en los sistemas telefónicos a partir de los cuales evolucionaron los sistemas de audio, y se usó (¿a veces?) En amplificadores de tubo de vacío, pero incluso entonces, es una compensación entre la potencia máxima y la fidelidad máxima .

Los efectos de la línea de transmisión no se aplican. Con una longitud de onda de al menos 10 km (para 20 kHz), creo que el mayor efecto que verías en la reflexión es un filtrado de peine (caída de HF) con líneas de unos pocos kilómetros de largo. Pero eso es totalmente poco realista.

Bill Whitlock :

Los cables de audio NO son líneas de transmisión. La exageración del marketing para cables exóticos a menudo invoca la teoría clásica de la línea de transmisión e implica que la respuesta en nanosegundos es de alguna manera importante. La física real nos recuerda que los cables de audio no comienzan a exhibir efectos de línea de transmisión en el sentido de ingeniería hasta que alcanzan aproximadamente 4,000 pies de longitud física.

El teorema de potencia máxima no se aplica, ya que:

• las señales de bajo nivel se transmiten por voltaje, no por energía
• Las impedancias de salida del amplificador de alto nivel pueden reducirse en comparación con los altavoces que manejan. El teorema de potencia máxima es para hacer coincidir las cargas con las fuentes, no para hacer coincidir las fuentes con las cargas .

Rane Corporation :

La coincidencia de impedancia salió con tubos de vacío, Edsels y peinados de colmena. Las etapas modernas de transistores y amplificadores operacionales no requieren una adaptación de impedancia. Si se hace, la adaptación de impedancia degrada el rendimiento de audio .

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Para saber por qué la compatibilidad de impedancia no es necesaria (y, de hecho, perjudicial) en aplicaciones de audio profesional, vea William B. Snow, "Impedance - Matched or Optimum" [¡ escrito en 1957! ], Sound Refforcement: An Anthology , editado por David L. Klepper (Audio Engineering Society, NY, 1978, pp. G-9 - G-13), y RaneNote Unity Gain and Impedance Matching: Strange Bedfellows .

Hermanos Shure :

Para circuitos de audio, ¿es importante hacer coincidir la impedancia?

Ya no. A principios del siglo XX, era importante igualar la impedancia. Bell Laboratories descubrió que para lograr la máxima transferencia de energía en los circuitos telefónicos de larga distancia, las impedancias de los diferentes dispositivos deben coincidir. La adaptación de impedancia redujo la cantidad de amplificadores de tubo de vacío necesarios, que eran caros, voluminosos y producían calor.

En 1948, los Laboratorios Bell inventaron el transistor, un amplificador económico, pequeño y eficiente. El transistor utiliza la transferencia de voltaje máximo de manera más eficiente que la transferencia de potencia máxima. Para la transferencia de voltaje máximo, el dispositivo de destino (llamado "carga") debe tener una impedancia de al menos diez veces la del dispositivo emisor (llamado "fuente"). Esto se conoce como PUENTE. El puente es la configuración de circuito más común al conectar dispositivos de audio. Con los circuitos de audio modernos, las impedancias coincidentes en realidad pueden degradar el rendimiento del audio.

Es un error común. HyperPhysics solía mostrar una salida de amplificador de 8 ohmios , pero desde entonces han mejorado la página . Electronics Design mostró una salida de amplificador de 8 ohmios durante mucho tiempo , pero finalmente lo arreglaron después de un montón de quejas en la sección de comentarios:

Por lo tanto, a menos que sea la compañía telefónica con cables de una milla de largo, las impedancias de fuente y carga no necesitan ser igualadas ... a 600 ohmios o cualquier otra impedancia. --- Bill Whitlock, presidente e ingeniero jefe de Jensen Transformers, Inc. y AES Life Fellow.

La coincidencia de impedancia no es realmente una preocupación para las frecuencias de audio y, en sus ejemplos, no es realmente preferida. Sin embargo, debe prestar atención a sus impedancias de entrada y salida.

Generalmente la coincidencia de impedancia por 2 razones:

1. Minimice las reflexiones: las reflexiones se convierten en un problema cuando la longitud de la línea de transmisión se pone en el mismo orden que la longitud de onda de la señal. Hay varias reglas generales aquí. Algunos dicen preocuparse cuando la longitud del cable es 1/4 de la longitud de onda, algunos dicen 1/6, 1/10, etc. Depende de la señal y la reactancia de la línea de transmisión. En este caso, realmente no importa porque la longitud de onda eléctrica de una señal de 20 kHz es de ~ 49,000 pies. En otras palabras, las reflexiones no son un problema para la aplicación por la que pregunta.

2. Transferencia de potencia máxima: hacer coincidir la impedancia de salida de un controlador con la impedancia de entrada de una carga permite la transferencia de potencia máxima. Al principio, esto suena importante para conducir un altavoz, pero hay consideraciones más importantes (ver más abajo).

Ejemplo de amplificador:

Con un diseño de amplificador moderno (etapa de potencia activa, sin transformador de salida), su objetivo real es el factor de amortiguación más alto posible, entre otras cosas. Cuando conduce un altavoz, el altavoz en sí mismo genera corriente a medida que se conduce, esto debería tener sentido teniendo en cuenta que está manejando un dispositivo para mover una bobina dentro de un campo magnético. En el caso ideal, esto no importaría ya que el cono / bobina reaccionaría instantáneamente a la señal entrante. En realidad, hay retraso y sobreimpulso del cono debido a la naturaleza mecánica del hablante. Como resultado, el altavoz produce corrientes que se envían de vuelta al amplificador.

Para poner esto en términos más simples y más aplicables. Un alto factor de amortiguación permite que el amplificador tenga un mejor control sobre el cono del altavoz. Esto es especialmente importante cerca del punto de resonancia del hablante. El factor de amortiguación es (resistencia del altavoz) / (resistencia de salida del amplificador) y alguna corrección para la resistencia del cable. Entonces, en este caso, su objetivo es la menor resistencia de salida posible en el amplificador.

Nivel de línea entre dispositivos (preamplificador):

Nuevamente, la coincidencia de impedancia no es el objetivo. Generalmente desea la impedancia de salida más baja y la impedancia de entrada más alta posible. Esto minimiza el consumo de corriente y, como resultado, la caída de voltaje. Esta es la configuración de distorsión más baja y permite la máxima transferencia de voltaje.

El artículo seminal sobre los cables de los altavoces fue escrito por Bob Pease de National Semiconductors en 1990, titulado "¿Qué es todo esto?" . Lea y disfrute, ¡luego continúe con su vida mientras ignora con seguridad a los vendedores de aceite de serpiente!