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오디오 전자 제품에서 가장 혼란스러운 주제 중 하나를 다루기
오디오의 기초를 배울 때 가장 이해하기 힘든 개념 중 하나가 출력 임피던스였습니다. 입력 임피던스 는 스피커 의 예 에서 본능적으로 이해했습니다. 결국, 스피커 드라이버는 와이어 코일을 포함하고 있으며 와이어 코일이 전기 흐름에 저항한다는 것을 알고있었습니다. 하지만 출력 임피던스? 왜 앰프 나 프리 앰프는 임피던스가 출력됩니까? 운전할 때마다 모든 가능한 볼트 와 앰프 를 전달하고 싶지 않습니까?
몇 년 동안 독자와 열광 자들과 대화를 나누면서 나는 출력 임피던스에 대한 아이디어를 얻지 못한 유일한 사람이 아니라는 것을 깨닫게되었습니다. 그래서 주제에 대한 입문서를 작성하는 것이 좋을 것이라고 생각했습니다. 이 기사에서는 프리 앰프, 앰프 및 헤드폰 앰프와 같은 세 가지의 매우 일반적인 상황을 다룰 것입니다.
먼저, 임피던스 의 개념을 간단히 요약 해 봅시다. 저항은 무언가가 DC 전기의 흐름을 제한하는 정도입니다. 임피던스는 기본적으로 똑같지 만 DC 대신 AC가 있습니다. 일반적으로 구성 요소의 임피던스는 전기 신호의 주파수가 변경 될 때 변경됩니다. 예를 들어, 작은 와이어 코일은 1 Hz에서 거의 제로 임피던스를 가지지 만 100 kHz에서 높은 임피던스를 갖습니다. 커패시터는 1Hz에서 거의 무한 임피던스를 가질 수 있지만 100kHz에서는 거의 임피던스가 없을 수 있습니다.
출력 임피던스는 프리 앰프 또는 증폭기의 출력 장치 (일반적으로 트랜지스터, 가능하면 변압기 또는 튜브)와 부품의 실제 출력 단자 사이의 임피던스 양입니다. 여기에는 장치 자체의 내부 임피던스가 포함됩니다.
왜 출력 임피던스가 필요합니까?
그렇다면 왜 부품에 출력 임피던스가 있습니까? 대부분의 경우 단락으로 인한 손상으로부터 보호해야합니다.
모든 출력 장치는 처리 할 수있는 전류의 양이 제한적입니다. 장치의 출력이 단락 된 경우 엄청난 양의 전류를 전달해야합니다. 예를 들어, 2.83V 출력 신호는 일반적인 8 옴 스피커에 0.35A의 전류와 1W의 전류를 생성합니다. 문제 없습니다. 그러나 0.01 ohms 임피던스의 전선이 증폭기의 출력 단자에 연결되어있는 경우 동일한 2.83V 출력 신호는 282.7 amps 및 800 와트의 전류를 생성합니다. 이는 대부분의 출력 장치가 제공 할 수있는 것보다 훨씬 큽니다. 앰프에 일종의 보호 회로 나 장치가 없다면 출력 장치가 과열되어 영구적 인 손상을 입을 수 있습니다. 그리고 네, 심지어 불을 질 수도 있습니다.
일정량의 임피던스가 출력에 내장되면 출력 임피던스가 항상 회로에 있기 때문에 구성 요소는 단락 회로에 대해 더 큰 보호 기능을 제공합니다. 30 옴의 출력 임피던스를 가진 헤드폰 앰프를 사용하고 한 쌍의 32 옴 헤드폰을 구동하고 우연히 가위로 헤드폰 코드를 절단하여 헤드폰 코드를 단락한다고 가정 해보십시오. 당신은 62 ohm의 총 시스템 임피던스에서 30 ohl의 임피던스로 갈 것입니다. 확실히 8 옴에서 0.01 옴으로 떨어지는 것보다 극단적으로 덜 극단적입니다.
출력 임피던스는 얼마나 낮습니까?
오디오의 가장 일반적인 규칙은 출력 임피던스가 피드 할 예상 입력 임피던스보다 최소 10 배 낮추 길 원한다는 것입니다. 이렇게하면 출력 임피던스가 시스템 성능에 중요한 영향을 미치지 않습니다. 출력 임피던스가 공급되는 입력 임피던스의 10 배를 넘으면 몇 가지 다른 문제가 발생할 수 있습니다.
모든 오디오 전자 제품을 사용하면 지나치게 높은 출력 임피던스로 인해 필터링 효과가 생겨 이상한 주파수 응답 이상 현상이 발생하고 전력 출력이 감소합니다. 이러한 현상에 대한 더 자세한 내용은 스피커 케이블이 음질에 어떤 영향을 줄 수 있는지에 대한 첫 번째 와 두 번째 기사를 확인하십시오.
앰프에는 추가 문제가 있습니다. 앰프가 스피커 콘을 앞으로 또는 뒤로 움직이면 스피커의 서스펜션이 원뿔을 중심 위치로 다시 밉니다. 이 동작으로 인해 전압이 생성되고 앰프에서 다시 발생합니다. (이 현상을 "역기전력 (back EMF)"또는 역기전력이라고합니다.) 앰프의 출력 임피던스가 충분히 낮 으면 역기전력을 효과적으로 차단하고 원뿔의 스프링 역할을합니다. 앰프의 출력 임피던스가 너무 높으면 콘을 멈출 수 없으며 마찰이 멈출 때까지 원추가 계속해서 앞뒤로 튀어 나옵니다. 이것은 울리는 효과를 만들어 내고 정지하기로 한 후에 메모를 남깁니다.
앰프의 댐핑 팩터 등급에서이를 볼 수 있습니다. 댐핑 팩터는 예상 평균 입력 임피던스 (8 옴)를 앰프의 출력 임피던스로 나눈 것입니다. 수치가 높을수록 댐핑 계수가 좋아집니다.
증폭기 출력 임피던스
우리가 앰프에 관해서 이야기하고 있기 때문에, 위의 그림에서 보여지는 예제에서 시작해 봅시다. 스피커 임피던스는 일반적으로 6 ~ 10 옴으로 정해져 있지만 스피커가 특정 주파수에서 3 옴 임피던스로 떨어지거나 심지어 극단적 인 경우 2 옴까지 떨어지는 경우가 일반적입니다. 두 대의 스피커를 병렬로 작동 시키면 멀티 룸 오디오 시스템을 만들 때 커스텀 설치자가 종종하는 것처럼 임피던스가 반으로 줄어 듭니다. 예를 들어 100Hz에서 2ohm으로 떨어지는 스피커는 이제 해당 주파수에서 1ohm으로 떨어집니다 동일한 유형의 다른 스피커와 페어링됩니다. 물론 이것은 극단적 인 경우이지만 증폭기 설계자는 이러한 극단적 인 경우를 고려해야합니다. 그렇지 않으면 수리를 위해 많은 양의 앰프에 직면 할 수 있습니다.
우리가 1 옴의 최소 스피커 임피던스를 계산한다면, 앰프의 출력 임피던스는 0.1 옴을 넘지 않아야 함을 의미합니다. 출력 장치에 실제 보호 기능을 제공하려면이 앰프의 출력에 충분한 저항을 추가 할 여지가 없습니다.
따라서 증폭기는 일종의 보호 회로를 사용해야합니다. 이는 앰프의 전류 출력을 추적하고 전류가 너무 높은 경우 출력을 차단하는 것입니다. 또는 들어오는 AC 전원 선이나 전원 공급 장치의 레일에있는 퓨즈 나 회로 차단기만큼 간단 할 수 있습니다. 전류 뽑기가 앰프가 처리 할 수있는 것보다 많은 경우 전원 공급 장치를 분리합니다.
부수적으로, 거의 모든 튜브 전력 증폭기는 출력 변압기를 사용하며, 출력 변압기는 금속 프레임 주위에 감겨 진 철선 코일이므로 0.5ohm 이상의 자체 임피던스를 갖습니다. 실제로 Sunfire 솔리드 스테이트 (트랜지스터) 앰프에서 튜브 앰프의 사운드를 시뮬레이트하기 위해 유명한 디자이너 Bob Carver는 출력 장치와 직렬로 1 옴 저항을 배치하는 "전류 모드"스위치를 추가했습니다. 물론 이것은 위에서 논의한 예상 입력 임피던스에 대한 출력 임피던스의 1 대 10의 최소 비율을 위반했기 때문에 연결된 스피커의 주파수 응답에 상당한 영향을 미치지 만 많은 튜브 암페어와 그것은 정확하게 Carver가 시뮬레이션하려고했던 것입니다.
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프리 앰프 / 소스 디바이스 출력 임피던스
프리 앰프 나 소스 장치 (CD 플레이어, 케이블 박스 등)는 위 그림과 같이 다른 상황입니다. 이 경우 전원이나 전류에 신경 쓰지 않아도됩니다. 오디오 신호를 전달하는 데 필요한 것은 전압뿐입니다. 따라서, 다운 스트림 디바이스 (프리 앰프의 경우에는 전력 증폭기, 소스 디바이스의 경우에는 프리 앰프)는 높은 입력 임피던스를 가질 수 있습니다. 라인을 통해 들어오는 전류는 높은 입력 임피던스에 의해 거의 완전히 차단되지만 전압은 정상적으로 유지됩니다.
대부분의 파워 앰프와 프리 앰프의 입력 임피던스는 10 ~ 100kohm입니다. 엔지니어는 더 높은 곳으로 갈 수 있지만, 그렇게하면 더 많은 소음을 낼 수 있습니다. 덧붙여서, 기타 앰프는 일반적으로 250 킬로 옴 ~ 1 메가 옴의 입력 임피던스를 가지고 있습니다. 일렉트릭 기타 픽업의 출력 임피던스는 보통 3 ~ 10 킬로 옴입니다.
단락 회로는 RCA 플러그의 두 도체를 우연히 마주 치게하는 금속 조각에 우연히 문지르는 것이 쉽기 때문에 라인 레벨 회로와 공통으로 사용됩니다. 따라서 프리 앰프와 소스 장치에서 100 옴 이상의 출력 임피던스가 일반적입니다. 필자는 라인 레벨 출력 임피던스가 2 옴에 불과한 이국적인 하이 엔드 부품을 보았습니다. 그러나이 제품은 단단한 손상을 방지하기 위해 매우 견고한 출력 트랜지스터 또는 보호 회로를 가지고 있습니다. 경우에 따라 DC 전압을 차단하고 출력 장치가 소모되는 것을 방지하기 위해 출력에 커플 링 커패시터가있을 수 있습니다.
포노 프리 앰프 는 전적으로 다른 주제입니다. 일반적으로 CD 플레이어와 비슷한 출력 임피던스를 가지지 만 입력 임피던스는 라인 스테이지 프리 앰프의 임피던스와 매우 다릅니다. 여기에 들어가기 엔 너무 힘듭니다. 아마 나는 다른 기사에서 그 주제를 파헤 칠 것이다.
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헤드폰 앰프 출력 임피던스
헤드폰의 인기가 급증하면서 전형적인 헤드폰 앰프의 다소 이상하고 비표준 시스템 임피던스 배열이 각광을받습니다. 기존 앰프와 달리 헤드폰 앰프는 다양한 출력 임피던스를 제공합니다. 헤드폰 임피던스가 일반적으로 약 16 ~ 70 옴 범위인데도 대부분의 노트북 컴퓨터에 내장 된 것과 같이 매우 저렴한 헤드폰 앰프는 75 또는 100 옴의 출력 임피던스를 가질 수 있습니다.
소비자가 앰프가 작동 중일 때 스피커를 분리했다가 다시 연결하는 일은 드뭅니다. 또한 앰프가 작동 중일 때 스피커 케이블이 손상되는 경우는 거의 없습니다. 그러나 헤드폰을 사용하면 이러한 일이 항상 발생합니다. 헤드폰 앰프가 작동 중일 때 사람들은 일상적으로 헤드폰을 연결하거나 연결을 끊습니다. 헤드폰 케이블은 종종 사용 중에 손상을 입기도하고 때로는 단락이 발생합니다. 물론 대부분의 헤드폰 앰프는 값싼 장치이므로 비용이 많이 들지 않는 적절한 보호 회로를 추가 할 수 있습니다. 따라서 대부분의 제조업체는보다 쉬운 방법을 사용합니다. 저항 (또는 경우에 따라 커패시터)을 추가하여 증폭기의 출력 임피던스를 높입니다.
내 헤드폰 측정에서 볼 수 있듯이 (두 번째 그래프로 이동) 고출력 임피던스는 헤드폰의 주파수 응답에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 필자는 5 옴 출력 임피던스를 갖는 Musical Fidelity 헤드폰 앰프로 헤드폰의 주파수 응답을 먼저 측정 한 다음 추가 70 옴 저항을 추가하여 75 옴의 총 출력 임피던스를 생성했습니다.
높은 출력 임피던스가 미치는 영향은 연결된 헤드폰의 임피던스에 따라 달라지며, 특히 다른 주파수에서 헤드폰의 임피던스가 변경 될 때 달라집니다. 임피던스 스윙이 큰 헤드폰은 평형 아마추어 드라이버가있는 대부분의 이어폰 모델과 같이 출력 임피던스가 낮은 앰프에서 높은 출력 임피던스로 변경하면 대개 주파수 응답이 크게 변경됩니다. 종종 낮은 임피던스 소스와 함께 사용할 때 자연스러운 음색 밸런스를 갖는 헤드폰은 고 임피던스 소스와 함께 사용할 때 저음의 둔한 음질의 균형을 유지합니다.
다행스럽게도 낮은 출력 임피던스는 많은 하이 엔드 헤드폰 앰프 (특히 솔리드 스테이트 모델) 및 iPhone과 같은 장치에 내장 된 일부 소형 헤드폰 앰프 칩에서도 사용할 수 있습니다. 일반적으로 헤드폰의 출력 임피던스가 높거나 낮은 경우 헤드폰을 사용할 수 있는지 알 수있는 방법이 없지만이 기사 앞부분에서 언급 한 이유로 낮은 출력 임피던스를 유지하는 것이 좋습니다.
나는 출력 임피던스가 높은 헤드폰 앰프와 함께 사용할 때 주파수 응답 변화를 유발할 수있는 커다란 임피던스 스윙을 가진 헤드폰을 사용하지 않는 것을 선호한다. 불행하게도, 나는 일반적으로 다이나믹 드라이버를 사용하는 헤드폰과 평형이 좋은 이어폰 헤드폰의 사운드를 선호하기 때문에 랩톱으로이 헤드폰을 사용할 때 대개 외부 앰프 또는 USB 헤드폰 앰프 / DAC를 연결합니다.
나는 이것이 오래 동안의 설명 이었지만 출력 임피던스는 복잡한 주제라는 것을 알고있다. 저와 함께 해 주셔서 감사합니다. 질문이 있거나 뭔가 남겨둔 경우 나에게 이메일을 보내 알려주세요.