オーディオアプリケーションでのインピーダンスマッチングの重要性


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オーディオアプリケーション(アンプとスピーカー間、またはプリアンプとアンプ間など)で反射信号はどの程度重要ですか?主に、電力伝送ではなく忠実度に関してです。

インピーダンスとその長所/短所を一致させるさまざまなオプションは何ですか?これは、出力端子、入力端子、またはケーブルの変更にありますか?


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答えは、あなたが電気技師なのかオーディオフォイルなのかによって異なります。後者の場合、満月の間にアンプの上で死んだ魚を振るときに従わなければならない無酸素ケーブル、余分なコンデンサ、そして他の多くの高価なナンセンスについて長々とつぶやくことができます。
オリンラスロップ

回答:


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インピーダンスマッチングは、最新のオーディオエレクトロニクスでは使用されません。

  • マイク出力は約600Ωで、マイクプリアンプ入力は1kΩ以上です。
  • ライン出力は100Ωのようになり、ライン入力は10kΩのようになります。
  • ラウドスピーカーは4Ωに似ていますが、ラウドスピーカーアンプは0.5Ω未満です。
  • ギター出力は100kΩで、ギターアンプ入力は少なくとも1MΩです。

これらすべての場合において、負荷インピーダンスはソースよりも大幅に大きくなります。それらは一致しません。 この構成により、忠実度が最大化されます

インピーダンスマッチング、オーディオシステムの進化元である電話システムで使用され、真空管アンプでも使用されていましたが、それでも、最大電力と最大忠実度の間のトレードオフです。

送電線効果は適用されません。少なくとも10 km(20 kHzの場合)の波長は、反射から最も影響を受けるのは、長さ数kmのラインでのコムフィルター(HFロールオフ)です。しかし、それは完全に非現実的です。

ビル・ホイットロック

オーディオケーブルは伝送ラインではありません。エキゾチックなケーブルの宣伝は、しばしば古典的な伝送線路理論を呼び起こし、ナノ秒応答が何らかの形で重要であることを暗示しています。実際の物理学では、物理的な長さが約4,000フィートに達するまで、オーディオケーブルは工学的な意味で伝送ライン効果を示さないことを思い出させます。

次の理由により、最大電力定理は適用されません。

レーン株式会社

インピーダンスマッチングは、真空管、Edsels、および蜂の巣のヘアスタイルで行われました。最新のトランジスタおよびオペアンプ段は、インピーダンス整合を必要としません。完了した場合、インピーダンスマッチングによりオーディオのパフォーマンスが低下します


プロオーディオアプリケーションでインピーダンスマッチングが必要ない(そして実際には有害である)理由については、William B. Snowの「Impedance-Matched or Optimum」[ 1957年に書かれた!]、サウンド補強:アンアンソロジー、デビッドL. Klepper(オーディオエンジニアリング協会、NY、1978、頁G-9 - G-13。)によって編集され、そしてRaneNote ユニティ・ゲインおよびインピーダンス整合:奇妙なBedfellows

Shure Brothers

オーディオ回路の場合、インピーダンスを一致させることは重要ですか?

もう違います。20世紀の初めには、インピーダンスを一致させることが重要でした。ベル研究所は、長距離電話回線で最大の電力伝送を実現するには、さまざまなデバイスのインピーダンスを一致させる必要があることを発見しました。インピーダンス整合により、高価でかさばり、発熱する真空管アンプの数が削減されました。

1948年、Bell Laboratoriesはトランジスタを発明しました。これは、安価で小型で効率的なアンプです。トランジスタは、最大電力伝送よりも効率的に最大電圧伝送を利用します。最大電圧転送を行うには、宛先デバイス(「負荷」と呼ばれる)のインピーダンスが送信デバイス(「ソース」と呼ばれる)のインピーダンスの少なくとも10倍である必要があります。これは、ブリッジングとして知られています。ブリッジは、オーディオデバイスを接続する際の最も一般的な回路構成です。最新のオーディオ回路では、インピーダンスを一致させると実際にオーディオ性能が低下する可能性があります。

よくある誤解です。 HyperPhysicsは以前は8オームのアンプ出力を表示していましたが、それ以降はページ改善しまし。Electronics Design は長い間8オームのアンプ出力を示していましたが、コメントセクションで多くの苦情があり、最終的に修正しました。

したがって、長距離ケーブルを使用する電話会社でない限り、ソースと負荷のインピーダンスを600オームまたは他のインピーダンスに合わせる必要はありません。--- Jensen Transformers、Inc.およびAES Life Fellowの社長兼チーフエンジニア、ビルホイットロック。


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全体像の一部が欠落しています。負荷とドライバーが反応したため、インピーダンスマッチングは昔行われましたオーディオの例では、トランスが信号経路にあるのが一般的であり、インピーダンスを一致させないと、単に動作しません。現代の電子機器のほとんどは、反応性のものではなく抵抗性の入力と出力を備えているため、インピーダンスを一致させなくても問題ありません。しかし、無効成分が信号経路にある機器の場合、インピーダンス整合は依然として重要な考慮事項です。
ロバートハーベイ

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@endolith:両側にトランスがあるものには、インピーダンス整合が必要です。確かに、現代のほとんどの電子機器には抵抗入力と出力があるため、目標は入力の高インピーダンスと出力の低インピーダンスになります。ただし、必ずしも理想的な状態になるとは限りません。ミキシングデスク用のマイク入力を構築する場合、10メガオームの入力インピーダンスは必要ありません。敏感な入力はあらゆる種類のノイズを拾うからです。代わりに、10Kオームの線に沿ってさらに何かが必要です。
ロバートハーベイ

1
@endolith:チューブアンプの出力インピーダンスが「チューブサウンド」の要因として言及されていないことに驚いています。また、チューブサウンドを模倣するためのより高い「効果」出力インピーダンスを持つアンプの設計についての議論もありません。アンペア。出力インピーダンスを調整するために電力消費抵抗を使用する必要はありません。電流検出フィードバックはかなり良い仕事になると思います。
supercat

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これはクラスDアンプに適用されますか(リアクティブ出力がありますか)
finnw

1
@Kaz:はい。ただし、バイオリンはスピーカーエンクロージャではなく楽器です。楽器のデザインの目標は、何もないところからすてきな音を出すことです。スピーカーエンクロージャの設計の目標は、元々録音されていた素晴らしい音を、変更することなく再現することです。(ギターアンプを設計している場合を除きます。これらはより楽器に似ています。)
endolith

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インピーダンスマッチングは、オーディオ周波数の問題ではありません。例では、あまり好ましくありません。ただし、入力インピーダンスと出力インピーダンスに注意する必要があります。

通常、インピーダンスの整合には2つの理由があります。

  1. 反射の最小化-伝送ラインの長さが信号の波長と同じオーダーになると、反射が問題になります。ここにはさまざまな経験則があります。ワイヤの長さが波長の1/4であると心配する人もいれば、1 / 6、1 / 10などと言う人もいます。これは、伝送ラインの信号とリアクタンスに依存します。この場合、20khz信号の電気波長は約49,000フィートであるため、実際には問題になりません。言い換えれば、リフレクションはあなたが尋ねるアプリケーションにとって問題ではありません。

  2. 最大電力伝送-ドライバーの出力インピーダンスを負荷の入力インピーダンスに一致させると、最大電力伝送が可能になります。最初はこれはスピーカーを運転するために重要に聞こえますが、より重要な考慮事項があります(以下を参照)。

アンプの例:

最新のアンプ設計(有効電力段、出力トランスなし)では、実際の目標は可能な限り最も高い減衰係数です。スピーカーを駆動すると、スピーカー自体が実際に電流を生成して駆動します。これは、磁場内でコイルを動かすためにデバイスを駆動することを考えると意味があります。理想的なケースでは、コーン/コイルが入力信号に即座に反応するため、これは問題になりません。実際には、スピーカーの機械的性質により、コーンの遅延とオーバーシュートがあります。その結果、スピーカーは電流を生成し、アンプに送り返します。

これをより単純で、より適切な用語で言えば。高い減衰係数により、アンプはスピーカーコーンをより適切に制御できます。これは、スピーカーの共振点付近で特に重要です。減衰係数は(スピーカー抵抗)/(アンプ出力抵抗)で、ワイヤ抵抗の補正値です。したがって、この場合の目標は、アンプの出力抵抗を可能な限り小さくすることです。

デバイス間のラインレベル(プリアンプ):

繰り返しますが、インピーダンス整合は目標ではありません。通常、可能な限り低い出力インピーダンスと最高の入力インピーダンスが必要です。これにより、消費電流が最小限に抑えられ、結果として電圧降下が最小限に抑えられます。これは最小の歪み構成であり、最大の電圧伝達が可能です。


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「ドライバーの出力インピーダンスを負荷の入力インピーダンスに一致させることで、最大の電力伝送が可能になります。」そうでもない。負荷を固定ソースインピーダンスに一致させると、電力伝送が最大になりますが、出力インピーダンスを制御できる場合は、負荷の電力を増やすためにできるだけ小さくする必要があります。
エンドリス

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私は同意しません。出力インピーダンスの値が低いと、負荷抵抗を下げることができなければ電力伝送は増加しません。負荷抵抗を合わせるには、ミックスにソース抵抗を追加する必要があるだけです。負荷がほとんど抵抗性であると仮定します。負荷の電圧を最大化することと電力を最大化することは、2つの異なることです。
マーク

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その論理により、すべてを0Ωにし、無限の電力を得ます。:)最大電力定理は、ソースインピーダンスが固定されている場合にのみ適用されます。その状態で、負荷をソースと等しくすることで、最大限の電力を引き出します。 en.wikipedia.org/wiki/Maximum_power_theorem ただし、固定負荷(スピーカー)があり、ソースの出力インピーダンスを変更できる場合は、できるだけ小さくする必要があります。0Ωのソースは、電源全体を4Ωの負荷に駆動しますが、4Ωのソースを4Ωの負荷に駆動すると、使用可能な電力の半分が無駄になります。
エンドリス

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私が疑問に思ったことの1つは、スピーカーの出力インピーダンスが周波数によってどのように変化するか、インピーダンス対周波数応答が音出力対周波数(均一電圧)応答でどのように追跡するか、そしてアンプが使用できるかどうかです部屋のスピーカーのフラットな周波数応答を生成しようとする際のこのような変動の。それが検討されている場合、何かアイデアはありますか?
-supercat

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@supercatさて、SPLレベルへのインピーダンスは複雑な機能であり、スピーカーエンクロージャー、ドライバーメカニック機能、およびtsパラメーターなどの影響を確実に受けます。平均的な「8Ω」スピーカーのインピーダンスは、3Ω〜50Ωの範囲でスイングしますが、非常にフラットな周波数応答を実現できます。一般に、すべての部屋が異なるため(特に低周波数では)、スピーカーを音響環境に合わせて調整することはありません。部屋の修正はEQで行われます。最も人気のある自動部屋補正システムのGoogle Audyssey。
マーク

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スピーカーケーブルに関する独創的な記事は、1990年にNational SemiconductorsのBob Peaseによって、「とにかくこのスプライシングスタッフとは何ですか?」というタイトルで書かれました。読んで楽しんでください-そして、ヘビ油のセールスマンを安全に無視しながら、あなたの人生を続けてください!


私は、インピーダンス整合についてその記事には何も表示されない
endolith

この記事は、「...またはケーブルを変更する」という質問の最後の部分を参照しています。また、コネクタの影響、インピーダンス不整合点からの反射などにも対処します。
u10
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