Quelle est l'importance de la correspondance d'impédance dans les applications audio?

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Quelle sera l'importance des signaux réfléchis dans les applications audio (par exemple entre un ampli et un haut-parleur, ou entre un pré-ampli et un ampli)? Principalement en ce qui concerne la fidélité et non le transfert de puissance.

Quelles sont les différentes options pour faire correspondre l'impédance et leurs avantages / inconvénients? Cela peut être sur le terminal de sortie, le terminal d’entrée ou la modification du câble?

audio Eruditass
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Les réponses varient selon que vous êtes ingénieur électricien ou audiophoole. Si ce dernier moyen, nous pouvons parler longuement de câbles sans oxygène, de condensateurs inutiles et de nombreuses autres absurdités coûteuses que vous devez suivre tout en agitant un poisson mort sur votre amplificateur pendant la pleine lune.
Olin Lathrop

Réponses:

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La correspondance d'impédance n'est pas utilisée dans l'électronique audio moderne.

  • Une sortie micro peut être d’environ 600 Ω, tandis que les entrées de préampli micro ont 1 kΩ ou plus.
  • Une sortie de ligne sera quelque chose comme 100 Ω, alors qu'une entrée de ligne sera plus comme 10 kΩ.
  • Un amplificateur de haut-parleur aura une puissance inférieure à 0,5 Ω, tandis que les haut-parleurs auront plutôt la valeur 4 Ω.
  • Une sortie guitare peut être de 100 kΩ, tandis qu'une entrée d'ampli guitare est d'au moins 1 MΩ.

Dans tous ces cas, l'impédance de charge est nettement plus grande que la source; ils ne sont pas appariés. Cette configuration maximise la fidélité .

L'adaptation d'impédance a été utilisée dans les systèmes téléphoniques à partir desquels les systèmes audio ont évolué et était (parfois?) Utilisée dans les amplificateurs à tubes à vide, mais même dans ce cas, il s'agit d'un compromis entre puissance maximale et fidélité maximale .

Les effets de ligne de transmission ne s'appliquent pas. Avec une longueur d’ onde d’au moins 10 km (pour 20 kHz), je pense que l’effet le plus efficace de la réflexion est le filtrage en peigne (atténuation des ondes décamétriques) avec des lignes de quelques kilomètres de long? Mais c'est totalement irréaliste.

Bill Whitlock :

Les câbles audio ne sont PAS des lignes de transmission. Le battage publicitaire des câbles exotiques fait souvent appel à la théorie classique des lignes de transmission et implique que la réponse en nanosecondes est en quelque sorte importante. La physique réelle nous rappelle que les câbles audio ne commencent à présenter des effets de ligne de transmission au sens technique du terme que lorsqu'ils atteignent une longueur physique de 4 000 pieds environ.

Le théorème de puissance maximale ne s'applique pas, car:

Rane Corporation :

L'appariement d'impédance est sorti avec des tubes à vide, des Edsels et des coiffures pour ruches. Les transistors et les amplificateurs opérationnels modernes ne nécessitent pas d’adaptation d’impédance. Si cela est fait, la correspondance d'impédance dégrade les performances audio .

Pourquoi l’adéquation d’impédance n’est-elle pas nécessaire (et en fait blessante) dans les applications audio professionnelles, voir William B. Snow, «Impedance - Matched or Optimum» [ écrit en 1957! ], Sound Reinforcement: An Anthology , sous la direction de David L. Klepper (Audio Engineering Society, NY, 1978, p. G-9 - G-13), et l’appariement du gain et de l’impédance de RaneNote : Strange Bedfellows .

Shure Brothers :

Pour les circuits audio, est-il important de faire correspondre l'impédance?

Plus maintenant. Au début du 20ème siècle, il était important de faire correspondre l'impédance. Les laboratoires Bell ont constaté que, pour obtenir un transfert de puissance maximal dans les circuits téléphoniques longue distance, il convient de faire correspondre les impédances de différents appareils. L’adaptation d’impédance a permis de réduire le nombre d’amplificateurs à tube à vide nécessaires, coûteux, encombrants et produisant de la chaleur.

En 1948, les laboratoires Bell ont inventé le transistor - un amplificateur bon marché, petit et efficace. Le transistor utilise le transfert de tension maximum de manière plus efficace que le transfert de puissance maximum. Pour un transfert de tension maximum, le périphérique de destination (appelé "charge") doit avoir une impédance au moins dix fois supérieure à celle du périphérique émetteur (appelé "source"). Ceci est connu comme BRIDGING. Le pontage est la configuration de circuit la plus courante lors de la connexion de périphériques audio. Avec les circuits audio modernes, des impédances correspondantes peuvent en fait dégrader les performances audio.

C'est une idée fausse commune. HyperPhysics affichait auparavant une sortie d’amplificateur de 8 ohms , mais ils ont amélioré la page depuis. Electronics Design a montré une sortie d'amplificateur de 8 ohms pendant longtemps , mais ils l'ont finalement corrigée après de nombreuses plaintes dans la section commentaires:

Par conséquent, à moins que vous ne soyez la compagnie de téléphone avec des câbles de plusieurs kilomètres, l'impédance de la source et de la charge n'a pas besoin d'être adaptée ... à 600 ohms ou à toute autre impédance. --- Bill Whitlock, président et ingénieur en chef de Jensen Transformers, Inc. et AES Life Fellow.

endolithe
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Vous manquez une partie de la grande image. L'appariement de l'impédance a été fait dans le passé, car les charges et les conducteurs étaient réactifs. Dans l'exemple de l'audio, il était courant que les transformateurs se trouvent dans le chemin du signal, et si l'impédance ne correspondait pas, cela ne fonctionnerait tout simplement pas. Vous pouvez vous en tirer avec une impédance qui ne correspond pas, car la plupart des équipements électroniques modernes ont des entrées et des sorties résistives , et non réactives. Mais pour les équipements dans lesquels des composants réactifs se trouvent dans le chemin du signal, l’adaptation d’impédance reste un facteur important.
Robert Harvey
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@endolith: tout ce qui a un transformateur des deux côtés nécessite une adaptation d'impédance. Certes, la plupart des équipements électroniques modernes ont des entrées et des sorties résistives, de sorte que l'objectif consiste à obtenir des impédances élevées sur les entrées et des impédances faibles sur les sorties. Cela ne produit toutefois pas toujours les conditions idéales; si vous construisez une entrée micro pour une table de mixage, vous ne voulez pas d'une impédance d'entrée de 10 mégohms, car une entrée sensible capturera toutes sortes de bruits. Au lieu de cela, vous voulez quelque chose de plus dans les lignes de 10 000 ohms.
Robert Harvey
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@endolith: Je suis surpris de ne pas avoir vu l'impédance de sortie des amplis à lampes mentionnée en tant que facteur du "son à lampes", ni de discussions sur la conception d'amplificateurs avec une impédance de sortie "effective" plus élevée pour imiter le son du tube. ampères. Il ne serait pas nécessaire d’utiliser des résistances gaspilleuses d’énergie pour ajuster l’impédance de sortie; Je pense que la rétroaction avec détection de courant pourrait être un très bon travail.
Supercat
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Est-ce que cela s'applique aux amplificateurs de classe D (ils ont des sorties réactives?)
finnw
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@Kaz: Oui, mais un violon est un instrument et non une enceinte. La conception des instruments a pour objectif de produire un son agréable à partir de rien. Le but de la conception des enceintes est de reproduire le bon son enregistré à l’origine, sans aucune modification. (Sauf si vous concevez des amplis pour guitare. Ce sont plutôt des instruments.)
endolith
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La correspondance d'impédance ne concerne pas vraiment les fréquences audio et, dans vos exemples, elle n'est pas vraiment préférée. Cependant, vous devez faire attention à vos impédances d'entrée et de sortie.

En général, l'impédance correspond pour 2 raisons:

  1. Minimiser les réflexions - Les réflexions deviennent un problème lorsque la longueur de la ligne de transmission entre dans le même ordre que la longueur d'onde du signal. Il existe différentes règles de base ici. Certains disent qu'ils s'inquiètent quand la longueur du fil est égale à 1/4 de la longueur d'onde, d'autres disent 1/6, 1/10, etc. Cela dépend du signal et de la réactance de la ligne de transmission. Dans ce cas, cela n’a vraiment aucune importance, car la longueur d’onde électrique d’un signal de 20 kHz est d’environ 49 000 pieds. En d'autres termes, les réflexions ne sont pas un problème pour l'application que vous demandez.

  2. Transfert de puissance maximal - L'adaptation de l'impédance de sortie d'un conducteur à l'impédance d'entrée d'une charge permet un transfert de puissance maximal. Au début, cela semble important pour conduire un haut-parleur, mais il y a des considérations plus importantes (voir ci-dessous).

Exemple d'ampli:

Avec une conception d'ampli moderne (étage de puissance active, aucun transformateur de sortie), votre objectif actuel est, entre autres, d'obtenir le facteur d'amortissement le plus élevé possible. Lorsque vous conduisez un haut-parleur, le haut-parleur lui-même génère du courant au fur et à mesure de son pilotage. Cela devrait donc être logique si vous pilotez un périphérique pour déplacer une bobine dans un champ magnétique. Dans le cas idéal, cela n'aurait pas d'importance, car le cône / bobine réagirait instantanément au signal entrant. En réalité, il y a un retard et un dépassement du cône en raison de la nature mécanique du haut-parleur. En conséquence, le haut-parleur produit des courants qui sont renvoyés à l'amplificateur.

Pour le dire en termes plus simples et plus applicables. Un facteur d'amortissement élevé permet à l'amplificateur de mieux contrôler le cône du haut-parleur. Ceci est particulièrement important près du point de résonance du locuteur. Le facteur d'amortissement est (résistance de l'enceinte) / (résistance de sortie amp) et une correction pour la résistance du fil. Donc, dans ce cas, votre objectif est la résistance de sortie la plus petite possible dans l'amplificateur.

niveau de ligne entre les appareils (préampli):

Encore une fois, l'adéquation de l'impédance n'est pas l'objectif. Vous voulez généralement une impédance de sortie la plus faible et une impédance d'entrée la plus élevée possible. Cela minimise la consommation de courant et, par conséquent, la chute de tension. C'est la configuration de distorsion la plus basse et permet un transfert de tension maximal.

marque
la source
3
"Faire correspondre l'impédance de sortie d'un conducteur à l'impédance d'entrée d'une charge permet un transfert de puissance maximal." Pas assez. Faire correspondre la charge à une impédance de source fixe optimise le transfert de puissance, mais si vous avez le contrôle sur l'impédance de sortie, vous voulez qu'elle soit aussi petite que possible pour augmenter la puissance de la charge.
endolith
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Je ne suis pas d'accord, la valeur de l'impédance de sortie étant plus faible n'augmente pas le transfert de puissance, sauf si vous pouvez réduire la résistance de charge pour faire correspondre, cela signifie simplement que vous auriez besoin d'une résistance de source ajoutée au mélange pour correspondre à la résistance de charge. En supposant que la charge soit principalement résistive. Maximiser la tension sur la charge et maximiser la puissance sont deux choses différentes.
Mark
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Par cette logique, vous feriez tout 0 0 ohms et obtenir un pouvoir infini. :) Le théorème de puissance maximale ne s'applique que lorsque l'impédance de la source est fixe. Dans cette condition, vous associez la charge à la source pour obtenir le maximum de puissance. en.wikipedia.org/wiki/Maximum_power_theorem Mais si vous avez une charge fixe (haut-parleur) et que vous pouvez modifier l'impédance de sortie de la source, vous voulez la réduire au maximum. Une source de 0 ohm entraîne la totalité de l'alimentation dans une charge de 4 ohms, tandis qu'une source de 4 ohms dans une charge de 4 ohms ne gaspille que la moitié de la puissance disponible.
endolith
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Je me suis demandé comment l’impédance de sortie des haut-parleurs varie en fonction de la fréquence, et comment la réponse impédance-fréquence suit la réponse du son-sortie-fréquence (à tension uniforme) et si un amplificateur peut en tirer parti de telles variations en essayant de produire une réponse en fréquence plate pour un haut-parleur dans une pièce. Une idée si cela a été examiné?
Supercat
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@supercat Eh bien, l'impédance au niveau SPL est une fonction compliquée et elle est définitivement impactée par le boîtier de l'enceinte, les fonctionnalités du conducteur et les paramètres ts, entre autres. Un haut-parleur moyen '8 ohms' aura des impédances oscillant entre ~ 3 ohms et plus de 50 ohms tout en pouvant atteindre une réponse en fréquence très proche de celle de l'aplatissement. En règle générale, vous n'adapteriez pas un haut-parleur à un environnement acoustique car toutes les pièces sont différentes (en particulier aux basses fréquences). La correction de la pièce est effectuée avec EQ. Google Audyssey pour le système de correction de pièce automatique le plus populaire.
Marc
3

L'article fondamental sur les câbles de haut-parleur a été écrit par Bob Pease de National Semiconductors en 1990, intitulé "Qu'est-ce que tout cela a de quoi épisser, de toute façon?" . Lisez et appréciez - alors continuez votre vie en ignorant en toute sécurité les vendeurs d'huile de serpent!

uɐɪ
la source
Je ne vois rien dans cet article sur l'adaptation d'impédance
endolithe
L'article se réfère à la dernière partie de la question "... ou modifier le câble". Il aborde également les effets des connecteurs, des réflexions à partir de points de non - concordance d'impédance , etc.
uɐɪ