Qual a importância da correspondência de impedâncias em aplicativos de áudio?

Quanto os sinais refletidos são importantes em aplicativos de áudio (por exemplo, entre um amplificador e um alto-falante ou um pré-amplificador e um amplificador)? Principalmente no que diz respeito à fidelidade e não à transferência de poder.

Quais são as diferentes opções para combinar a impedância e seus prós / contras? Isso pode estar no terminal de saída, no terminal de entrada ou na modificação do cabo?

A correspondência de impedância não é usada na eletrônica eletrônica de áudio moderna.

• Uma saída de microfone pode ter cerca de 600 Ω, enquanto as entradas de pré-amplificador de microfone são de 1 kΩ ou mais.
• Uma saída de linha será algo como 100 Ω, enquanto uma entrada de linha é mais como 10 kΩ.
• Um amplificador de alto-falante será menor que 0,5 Ω, enquanto os alto-falantes são mais parecidos com 4 Ω.
• Uma saída de guitarra pode ser de 100 kΩ, enquanto uma entrada de amplificador de guitarra é de pelo menos 1 MΩ.

Em todos esses casos, a impedância de carga é significativamente maior que a fonte; eles não são correspondentes. Essa configuração maximiza a fidelidade .

A correspondência de impedância foi usada nos sistemas telefônicos a partir dos quais os sistemas de áudio evoluíram e foi (às vezes?) Usada em amplificadores a tubo a vácuo, mas mesmo assim é uma troca entre potência máxima e fidelidade máxima .

Os efeitos da linha de transmissão não se aplicam. Com um comprimento de onda de pelo menos 10 km (para 20 kHz), acho que o maior efeito que você já viu da reflexão é uma filtragem de pente (rolagem HF) com linhas de alguns quilômetros de comprimento? Mas isso é totalmente irreal.

Bill Whitlock :

Os cabos de áudio NÃO são linhas de transmissão. O hype do marketing para cabos exóticos geralmente invoca a teoria clássica das linhas de transmissão e implica que a resposta em nano-segundo é de alguma forma importante. A física real nos lembra que os cabos de áudio não começam a exibir efeitos da linha de transmissão no sentido de engenharia até atingirem cerca de 4.000 pés de comprimento físico.

O teorema da potência máxima não se aplica, pois:

• sinais de baixo nível são transmitidos por tensão, não por energia
• as impedâncias de saída do amplificador de alto nível podem ser reduzidas em comparação com os alto-falantes que eles dirigem. O teorema da potência máxima é para corresponder cargas às fontes, não corresponder fontes às cargas .

Rane Corporation :

A correspondência de impedância saiu com tubos de vácuo, Edsels e penteados de colméia. Os estágios modernos do transistor e do amplificador operacional não requerem correspondência de impedância. Se feito, a correspondência de impedância prejudica o desempenho do áudio .

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Para saber por que a correspondência de impedância não é necessária (e, de fato, prejudicial) em aplicativos de áudio profissional, consulte William B. Snow, "Impedância - compatível ou ideal" [ escrita em 1957! ], Sound Reforcement: An Anthology , editado por David L. Klepper (Sociedade de Engenharia de Áudio, NY, 1978, pp. G-9 - G-13) e o RaneNote Unity Gain and Impedance Matching: Strange Bedfellows .

Irmãos Shure :

Para circuitos de áudio, é importante combinar a impedância?

Não mais. No início do século 20, era importante igualar a impedância. Os Laboratórios Bell descobriram que, para obter a máxima transferência de energia em circuitos telefônicos de longa distância, as impedâncias de diferentes dispositivos devem ser comparadas. A correspondência de impedância reduziu o número de amplificadores de tubo de vácuo necessários, que eram caros, volumosos e produtores de calor.

Em 1948, a Bell Laboratories inventou o transistor - um amplificador barato, pequeno e eficiente. O transistor utiliza a transferência máxima de tensão com mais eficiência do que a transferência máxima de potência. Para transferência máxima de tensão, o dispositivo de destino (chamado de "carga") deve ter uma impedância de pelo menos dez vezes a do dispositivo de envio (chamado de "fonte"). Isso é conhecido como ponte. A ponte é a configuração de circuito mais comum ao conectar dispositivos de áudio. Com os circuitos de áudio modernos, as impedâncias correspondentes podem realmente prejudicar o desempenho do áudio.

É um equívoco comum. O HyperPhysics costumava mostrar uma saída de amplificador de 8 ohm , mas melhorou a página desde então. A Electronics Design mostrou uma saída de amplificador de 8 ohms por um longo tempo , mas finalmente a corrigiu após várias reclamações na seção de comentários:

Portanto, a menos que você seja a companhia telefônica com cabos de uma milha, as impedâncias de fonte e carga não precisam corresponder ... a 600 ohms ou qualquer outra impedância. --- Bill Whitlock, presidente e engenheiro-chefe da Jensen Transformers, Inc. e da AES Life Fellow.

A correspondência de impedâncias não é realmente uma preocupação para frequências de áudio e, nos seus exemplos, não é realmente a preferida. No entanto, você precisa prestar atenção às impedâncias de entrada e saída.

Você geralmente corresponde à impedância por 2 razões:

1. Minimizar reflexões - As reflexões se tornam um problema quando o comprimento da linha de transmissão fica na mesma ordem que o comprimento de onda do sinal. Existem várias regras práticas aqui. Alguns dizem que se preocupam quando o comprimento do fio é 1/4 do comprimento de onda, outros dizem 1/6, 1/10 etc. Depende do sinal e da reatância da linha de transmissão. Nesse caso, isso realmente não importa, porque o comprimento de onda elétrico de um sinal de 20khz é ~ 49.000 pés. Em outras palavras, as reflexões não são um problema para o aplicativo que você está perguntando.

2. Transferência máxima de energia - Combinar a impedância de saída de um driver com a impedância de entrada de uma carga permite a transferência máxima de energia. No começo, isso parece importante para dirigir um alto-falante, mas há considerações mais importantes (veja abaixo).

Exemplo de amplificador:

Com um design moderno de amplificador (estágio de potência ativo, sem transformador de saída), seu objetivo real é o maior fator de amortecimento possível, entre outras coisas. Quando você dirige um alto-falante, o próprio alto-falante gera corrente à medida que está sendo acionado, isso deve fazer sentido, considerando que você dirige um dispositivo para mover uma bobina dentro de um campo magnético. No caso ideal, isso não importaria, pois o cone / bobina reagiria instantaneamente ao sinal recebido. Na realidade, há atraso e ultrapassagem do cone devido à natureza mecânica do alto-falante. Como resultado, o alto-falante produz correntes que são enviadas de volta ao amplificador.

Para colocar isso em termos mais simples e mais aplicáveis. Um alto fator de amortecimento permite que o amplificador tenha melhor controle sobre o cone do alto-falante. Isso é especialmente importante próximo ao ponto de ressonância do alto-falante. O fator de amortecimento é (resistência do alto-falante) / (resistência de saída do amplificador) e algumas correções para a resistência do fio. Portanto, neste caso, seu objetivo é a menor resistência de saída possível no amplificador.

nível de linha entre dispositivos (pré-amplificador):

Novamente, a correspondência de impedância não é o objetivo. Você geralmente deseja a menor impedância de saída e a maior impedância de entrada possível. Isso minimiza o consumo de corrente e, como resultado, a queda de tensão. Essa é a configuração de menor distorção e permite a transferência máxima de tensão.

O artigo seminal sobre cabos de alto-falante foi escrito por Bob Pease, da National Semiconductors, em 1990, intitulado "O que é todo esse material de emenda, afinal?" . Leia e aproveite - então continue sua vida enquanto ignora com segurança os vendedores de óleo de cobra!