03年3月
解決音頻電子學中最迷惑的課題之一
當我學習音頻的基礎知識時，最難理解的概念之一是輸出阻抗。 從說話人的例子我本能地理解輸入阻抗。 畢竟，揚聲器驅動器包含一個線圈，我知道一個線圈阻止電流。 但輸出阻抗？ 為什麼放大器或前置放大器的輸出端會有阻抗，我想知道？ 難道它不想把每一個可能的電壓和放大器提供給它所驅動的任何東西嗎？
在多年來與讀者和愛好者聊天時，我意識到我並不是唯一一個沒有理解輸出阻抗的人。 所以我認為在這個問題上做一個入門是很好的。 在本文中，我將介紹三種常見且非常不同的情況：前置放大器，放大器和耳機放大器。
首先，讓我們簡要回顧一下阻抗的概念。 阻力是限制直流電流量的程度。 阻抗基本上是一樣的東西，但用AC而不是DC。 典型地，部件的阻抗將隨著電信號的頻率改變而改變。 例如，一個小線圈的線圈在1Hz時的阻抗幾乎為零，而在100kHz時的阻抗很高。 一個電容器可能在1Hz時具有幾乎無限的阻抗，但在100kHz時幾乎沒有阻抗。
輸出阻抗是前置放大器或放大器輸出設備（通常是晶體管，但可能是變壓器或管）與組件的實際輸出端子之間的阻抗量。 這包括設備本身的內部阻抗。
為什麼你需要輸出阻抗？
那麼為什麼組件會有輸出阻抗？ 大多數情況下，它是為了防止短路造成的損害。
任何輸出設備的電流量都受到限制。 如果該設備的輸出短路，則會被要求提供大量電流。 例如，一個2.83伏的輸出信號將產生0.35安培的電流和1瓦的功率進入典型的8歐姆揚聲器。 那裡沒問題。 但是如果一個0.01歐姆阻抗的導線連接在放大器的輸出端子上，那麼相同的2.83伏輸出信號將產生282.7安培的電流和800瓦的功率。 這遠遠超過大多數輸出設備所能提供的。 除非放大器具有某種保護電路或設備，否則輸出設備會過熱並可能遭受永久性損壞。 是的，它甚至可能著火。
由於輸出端具有一定量的阻抗，因此該組件顯然具有更好的短路保護能力，因為輸出阻抗始終位於電路中。 假設你有一個耳機放大器，輸出阻抗為30歐姆，驅動一對32歐姆的耳機，並且你用一把剪刀不小心切斷了耳機線。 你從62歐姆的總系統阻抗下降到30.01歐姆的總阻抗，這並不是什麼大不了的事情。 當然，從8歐姆減少到0.01歐姆的極限要少得多。
輸出阻抗應該如何低？
音頻中一個非常一般的經驗法則是，您希望輸出阻抗至少比其饋入的預期輸入阻抗低10倍。 這樣，輸出阻抗對系統的性能沒有顯著影響。 如果輸出阻抗遠大於輸入阻抗的10倍，則可能會遇到一些不同的問題。
對於任何音頻電子設備，過高的輸出阻抗都會產生濾波效應，導致奇怪的頻率響應異常，並且還會導致功率輸出降低。 有關這些現象的更多信息，請查看我的第一篇和第二篇關於揚聲器電纜如何影響音質的文章。
放大器還有一個額外的問題。 當放大器向前或向後移動揚聲器錐體時，揚聲器的懸架將錐體彈回到其中心位置。 這個動作會產生一個電壓，然後在放大器處反饋回來。 （這種現像被稱為“反電動勢”或反向電動勢）。如果放大器的輸出阻抗足夠低，它將有效地縮短反電動勢，並在錐形彈簧回彈時用作制動器。 如果放大器的輸出阻抗太高，它將無法停止錐體，錐體會繼續前後跳動，直到摩擦停止。 這會產生振鈴效果，並且在應該停止之後留下餘音。
您可以在放大器的阻尼係數額定值中看到這一點。 阻尼因子是預期的平均輸入阻抗（8歐姆）除以放大器的輸出阻抗。 數字越高，阻尼因子越好。
放大器輸出阻抗
由於我們正在談論放大器，讓我們從上圖中顯示的那個例子開始。 揚聲器阻抗通常為6至10歐姆，但揚聲器在某些頻率下降至3歐姆阻抗是常見的，在某些極端情況下甚至可達2歐姆。 如果您並行運行兩個揚聲器，因為定制安裝人員在創建多房間音頻系統時經常使用這種揚聲器，所以將阻抗降低一半，這意味著揚聲器在100赫茲時降至2歐姆，現在在該頻率下降至1歐姆與另一位同類型的演講者配對。 當然，這是一個極端的例子，但放大器設計師必須考慮這種極端情況，否則他們可能會面臨一大堆需要維修的功放。
如果我們計算出1歐姆的最小揚聲器阻抗，那意味著放大器的輸出阻抗不應超過0.1歐姆。 顯而易見，沒有足夠的電阻來增加這個放大器的輸出，從而為輸出設備提供任何真正的保護。
因此，放大器將不得不採用某種保護電路。 這可能是跟踪放大器的電流輸出，並在電流消耗過高時斷開輸出。 或者它可以像輸入交流電源線上的保險絲或斷路器或電源軌道一樣簡單。 當電流消耗超過放大器可以處理時，這些斷開電源。
順便說一下，幾乎所有的管式功率放大器都使用輸出變壓器，而且由於輸出變壓器只是纏繞在金屬框架上的導線線圈，因此它們本身俱有相當大的阻抗，有時甚至高達0.5歐姆甚至更高。 事實上，為了模擬Sunfire固態（晶體管）放大器中的電子管放大器的聲音，著名設計師Bob Carver增加了一個“電流模式”開關，將1歐姆電阻與輸出設備串聯。 當然，這違反了我們上面討論的1到10的輸出阻抗與預期輸入阻抗的最小比率，因此對連接的揚聲器的頻率響應產生了實質性影響，但這是許多電子管放大器和這正是Carver想要模擬的。
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前置放大器/源設備輸出阻抗
使用前置放大器或信號源設備（CD播放機，有線電視盒等），如上圖所示，這是一種不同的情況。 在這種情況下，你不關心電源或電流。 所有你需要傳達的音頻信號是電壓。 因此，下游設備（功率放大器，在前置放大器的情況下，或者在源設備的情況下為前置放大器）可以具有高輸入阻抗。 任何通過該線路的電流幾乎全部被該高輸入阻抗所阻擋，但是電壓通過很好。
對於大多數功率放大器和前置放大器，輸入阻抗通常為10至100千歐。 工程師可以走得更高，但他們可能會以這種方式獲得更多的噪音。 順便提一下，吉他放大器的輸入阻抗通常為250千歐至1兆歐，因為電吉他拾音器的輸出阻抗通常在3至10千歐之間。
短路對於線路電路來說可能很常見，因為很容易意外地將RCA插頭的兩根裸露導線與一根使其短路的金屬片摩擦。 因此，前置放大器和信號源設備中常見的輸出阻抗為100歐姆或更高。 我已經看到一些線性輸出阻抗低至2歐姆的具有特色的高端元件，但它們將具有非常重型的輸出晶體管或防止短路損壞的保護電路。 在某些情況下，它們可能在輸出端有一個耦合電容來阻斷直流電壓並防止輸出設備燒毀。
唱機前置放大器是完全不同的主題。 雖然它們通常具有類似於CD播放機的輸出阻抗，但它們的輸入阻抗與線路級前置放大器的輸入阻抗大不相同。 這太難以進入這裡了。 也許我會在另一篇文章中深入研究這個主題。
03年03月
耳機放大器輸出阻抗
耳機的普及使得典型耳機放大器的相當奇怪的，非標準的系統阻抗排列成為焦點。 與傳統的放大器不同，耳機放大器有各種各樣的輸出阻抗。 真正便宜的耳機放大器，就像大多數筆記本電腦內置的放大器一樣，即使耳機阻抗通常在16到70歐姆之間，輸出阻抗可能高達75甚至100歐姆。
在功放運行時，消費者很少斷開和重新連接揚聲器，而在功放運行時揚聲器線纜很少損壞。 但用耳機，這些事情總是發生。 耳機放大器運行時，人們經常連接或斷開耳機。 耳機電纜在使用時經常會損壞 - 有時會造成短路。 當然，大多數耳機放大器都是便宜的設備，這可以增加一個體面的保護電路成本高昂。 因此，大多數製造商採取更簡單的方法：通過添加一個電阻（或偶爾使用電容）來提高放大器的輸出阻抗。
正如你在我的耳機測量中可以看到的那樣（走到第二個圖表），高輸出阻抗會對耳機的頻率響應產生巨大的影響。 我首先用具有5歐姆輸出阻抗的音樂保真耳機放大器測量耳機的頻率響應，然後再增加一個額外的70歐姆電阻以產生75歐姆的總輸出阻抗。
高輸出阻抗將會隨著連接耳機的阻抗而變化，特別是隨著不同頻率下耳機阻抗的變化。 具有較大阻抗擺動的耳機 - 如平衡電樞驅動器的大多數入耳式型號 - 通常會在從具有低輸出阻抗的放大器更改為具有高輸出阻抗的放大器時，在頻率響應方面發生實質性變化。 通常，當與低阻抗信號源一起使用時，具有自然音調的音調平衡的耳機會有一個小音箱，與高阻抗信號源一起使用時會發出平淡無奇的平衡。
幸運的是，許多高端耳機放大器（特別是固態模型）都有低輸出阻抗，甚至還有一些內置於iPhone等設備中的小型耳機放大器芯片。 通常沒有辦法知道耳機的輸出阻抗是高阻抗還是低阻抗，但我更願意堅持低輸出阻抗，這是因為本文前面提到的原因。
我寧願不使用具有巨大阻抗擺動的耳機，這會在使用具有高輸出阻抗的耳機放大器時引起頻率響應變化（就像我在打字的筆記本電腦中使用的耳機一樣）。 但不幸的是，我通常更喜歡使用動態驅動的耳機，因此當我將這些耳機與我的筆記本電腦搭配使用時，我通常會連接外部放大器或USB耳機放大器/ DAC。
我知道這是一個冗長的解釋，但輸出阻抗是一個複雜的話題。 感謝您的支持，如果您有任何問題，或者如果我遺漏了某些東西，請給我發電子郵件並讓我知道。