высокий импеданс что это

Высокоимпедансное состояние

Высокоимпедансное состояние или Z-состояние — такое состояние контакта логической схемы, при котором сопротивление между этим контактом и остальной схемой очень велико. Физически реализуется закрытым транзистором, работающим в ключевом режиме.

Вывод, переведённый в Z-состояние, ведёт себя как не подключенный к схеме. Внешние устройства, подключенные к этому выводу, могут изменять напряжение на нём по своему усмотрению (в некоторых рамках), не влияя на работу схемы. И наоборот — схема не мешает внешним устройствам менять напряжение на контакте.

Потребность

В цифровой электронике существуют понятия «логическая единица» (контакт присоединён к источнику питания и может выдавать в нагрузку большой ток, порядка сотен миллиампер) и «логический ноль» (контакт присоединён к «земле», и также выдерживает высокие токи). Но такие выходы нельзя объединять: если на одном будет 1, а на другом 0, возникает короткое замыкание, чреватое выгоранием выходных транзисторов.

Поэтому, чтобы можно было организовывать соединение типа «шина», было введено третье «высокоимпедансное состояние», когда дополнительный ключ просто отключает выход и он «повисает в воздухе» — соединяется с остальной схемой через высокое сопротивление (импеданс) закрытого транзистора. Такой выход не влияет на подключённый к нему провод, следовательно к одному проводу можно подключать несколько выходов, нужно только следить, чтобы в каждый момент времени только один был активным, а остальные в высокоимпедансном состоянии. Получается соединение типа «шина».

Близкими свойствами обладает выход «открытый коллектор», но он имеет ряд недостатков, например требует применения подтягивающего резистора, который уменьшает крутизну фронта импульса.

Применение

Z-состояние применяется, когда устройству приходится временно отключаться от шины — например, в программаторах, мультиплексорах, многоточечных интерфейсах передачи данных наподобие JTAG, I2C или USB, и т. д.

Например: если интерфейс SPI настроен как подчинённый, он будет находиться в состоянии ожидания до тех пор, пока на выводе SS будет присутствовать высокий уровень, при этом линия MISO будет находиться в высокоимпедансном состоянии.

Источник

На что влияет сопротивление наушников

После интервью наибольшее количество вопросов было связано характеристикой сопротивления наушников. Рассмотрим, на что влияет характеристика и с чем ее едят. Для лучшего усвоения материала мы будем последовательно выпускать материалы, собирать вопросы и комментарии и двигаться дальше.

Прежде чем разобрать, на что и как влияет сопротивление наушников, разберемся, что это за заморская птица такая. И готовимся к тому, что здесь будут аж две формулы из стандартного школьного курса физики. Т.е. материал сложный и тяжелый.

Сопротивление наушников часто называют как импеданс или полным сопротивлением наушников.

С точки зрения терминов, где под сопротивлением подразумевается только активная (резистивная) часть, под импедансом (полным сопротивлением) подразумевается совокупность активного и реактивного сопротивления. Вспоминая школьный курс физики, мы знаем, что к реактивному сопротивлению относится емкость и индуктивность.

Конечное сопротивление наушников зависит от того, на какой частоте измерено сопротивление. На коробках часто приводят только активное сопротивление или изредка значение, полученное на частоте 1 кГц. К сожалению, редко указывают сопроводительные параметры и можно только гадать, какое значение импеданса у наушников на самом деле.

Если речь идет о динамических наушниках, то значения в виде 16, 24, 32 Ом и т.п. означают сопротивление лишь катушки индуктивности динамика и не учитывают сопротивление провода, пайки контактов и штекера. В реальности сопротивление наушников обычно на 1-3 Ом выше и немного различается между правым и левым каналом. Наиболее добросовестные производители честно указывают, что точность указанного сопротивления составляет 20 или 30% и это нормально (бурно возражает на это только маркетолог, никакие погрешности на коробке приводить нельзя – «правда» убивает продажи).

Низкоомные и высокоомные наушники

Наушники принято делить на низкоомные и высокоомные. Для внутриканальных и полноразмерных наушников граница разделения разная.

Для полноразмерных: никзкоомные наушники обладают сопротивление менее 100 Ом, а высокоомные выше 100 Ом.

Для внутриканальных: низкоомные не выше 32 Ом, выше 32 Ом – высокоомные.

Какой вид импеданса у разных наушников?

Внутриканальные наушники

Большинство внутриканальных динамических наушников обладают ровной кривой импеданса и значение в 16, 24 или 32 Ом не имеют отклонений для частот от 20 до 20 кГц.

На графике по горизонтали указаны частоты, от 20 Гц до 20 кГц. По вертикали – сопротивление (в логарифмическом масштабе).

Полноразмерные динамические наушники

У полноразмерных динамических наушников довольно часто можно встретить неравномерную кривую импеданса, с локальным подъемов в области низких частот и небольшим подъемом в области высоких частот.

Сопротивление может быть равно 32 Ом без учета реактивной части (условно, это 0 Гц, измеряется любым универсальным мультиметром), но на практике может быть вдвое выше на определенных частотах.

Неравномерность (подъемы) могут указывать как на резонансы, так и на конструктивные особенности излучателя в данном корпусе наушников. Так, при измерении сопротивления, частота и величина подъема может сильно меняться от того, лежат наушники свободно на столе, или одеты на манекен (в этом случае внутреннее пространство наушников задемпфировано).

У некоторых динамических наушников нет заметных резонансов или отклонений. Такая линия условна идеальна, но подбирать наушники таким путем не рекомендуется. В погоне за улучшением одной характеристики, приходится жертвовать другой.
Среди наушников топ-класса можно встретить кривые импеданса как с минимальными отклонениями, так и со значительными. Если у наушников виден узкополосной подъем (на графике выше это Grado GS1000), то усилитель стоит подбирать с низким выходным сопротивлением для лучшего контроля низких частот (как к слову сделано у фирменного усилителя Grado RA1).

Изодинамические (ортодинамические) наушники

Помимо динамических излучателей широкое распространение сейчас получает изодинамический тип излучателя (и его схожий тип — ортодинамический). У таких наушников всегда прямая линия импеданса. Изодинамические наушники сейчас выпускают: Abyss, Audez’e, HiFiMan, Oppo, Fostex. В советское время были наушники ТДС-5/м, ТДС-7, ТДС-15, ТДС-16 и ТДС-25. Сегодня для моделей ТДС-7 и ТДС-15 чаще всего делают моддинг.

Формально, это идеальная нагрузка для усилителя, однако в области ультравысоких частот (мегагерцы и гигагерцы) у некоторых моделей сопротивление снижается и стремится к нулю. Такое коварство на стандартном графике не увидеть и с некоторыми усилителями это может привести к некачественному режиму работы.

Внутриканальные арматурные наушники

Едва предсказуемо выглядит импеданс у внутриканальных наушников с арматурным излучателем. Для однодрайверных моделей есть общая черта — всегда существует локальный подъем в области верхних средних частот (в районе 1-3 кГц) и в области самых высоких частот. Благодаря подъему в области высоких частот, большинство однодрайверных арматурных моделей «звучат чисто» в области высоких частот, т.к. в этой области частот усилитель дает меньше искажений.

В низкочастотной области обычно типовое сопротивление в виде 8, 16, 24 или 32 Ом. Выше 500 Гц начинаются подъемы.
В случае, если указано сопротивление в 100 Ом на 1 кГц – то это не означает, что наушники высокоомные, их сопротивление может быть и всего 16 Ом по показаниям мультиметра (в области низких частот).

Гибридные и многодрайверные наушники

Нельзя предугадать кривую импеданса для многодрайверных и гибридных внутриканальных наушников. Кривая импеданса может быть какой угодно выше 500 Гц. Просадка сопротивления может спокойно доходить до 4 Ом при заявленных 100 Ом на 1 кГц.

Общие выводы

Если надо узнать реальное сопротивление у арматурных или гибридных наушников, то можно попробовать поискать результаты измерений в интернет. Методы измерения импеданса обычно дают единый результат и не зависят от ПО со стендом или измерительного комплекса.

На что влияет импеданс наушников?

Чувствительность наушников

Чувствительность наушников обычно приводится к мощности, что учитывает сразу две характеристики: подаваемое на наушники напряжение и ток. Это удобная конечная характеристика для теоретиков и крайне запутанная для практического применения конечными потребителями.
Для обычного потребителя логично представлять, что «чувствительность = громкость». С колонками это работает, т.к. всегда значение указывается сопротивлением колонки в виде 4 или 8 Ом, и аналогично указывается мощность усилителя. Запутаться сложно.

Но если для колонок всего два типовых сопротивлений в 4 и 8 Ом и у каждого усилителя приводится мощность под два типа сопротивления, то у наушников порядка 11 сопротивлений: 8,16,24,32,64,128,256,320, 608 и т.п.

В итоге потребитель берет в руки наушники с разным сопротивлением и наивно полагает, что по чувствительности он может что-то сравнить.

Чтобы связь «чувствительность = громкость» была применима к наушникам, чувствительность необходимо выражать к напряжению, а не мощности (как это делает Sennheiser). Но большинство производителей вообще не указывают, в каких единицах чувствительность приводится.

Именно по этому «все знают» — что высокоомные наушники тихие, а низкоомные наушники — громкие. И наивно полагают, что для высокоомных наушников нужен «мощный усилитель», а для низкоомных наушников хватит и вшивого смартфона. И хотя на деле все совсем не так, из-за крайне неудачных терминов из стандартов ГОСТ и AES сформировались отдельные «понятия», противоречащие законам физики, но на простонародном языке достаточно точно описывающими результат, вроде: «Для высокоомных наушников нужен мощный усилитель». Физически безграмотно, зато «всё всем понятно».

Затронем эту тему глубже (осторожно, переходим к формулам из школы, начинаем напрягать мозг!)

На выходе усилителя мы напрямую регулируем вовсе не мощность, а лишь уровень напряжения. В зависимости от сопротивления наушников получается уровень тока, потребляемый наушниками, что в свою очередь определяет итоговый уровень мощности.

Это очень важно понимать, т.к. не изменяя уровень напряжения на выходе усилителя, мы никак физически не можем отдельно увеличить уровень тока и тем самым увеличить уровень мощности.

U=I*R, где
U – напряжение на выходе усилителя, В
I – сила тока, А
R – сопротивление наушников, Ом

W=I*U, где
W – мощность на выходе усилителя, Вт
U – напряжение на выходе усилителя, В
I – сила тока, А

Если у вас мозги не вскипели от двух простых формул, можно двигаться дальше.

Отличным примером служат наушники Beyerdynamic серии DT 770 с разным сопротивлением, в 32, 80, 250 и 600 Ом (часть моделей снята с производства).

У всех наушников единая чувствительность в 96 дБ/мВт, что означает, что если мы подадим на наушники ровно 1 мВт, то уровень звукового давления будет равен 96 дБ SPL.

При 1 мВт для разных моделей нам надо подать разные соотношения напряжения и тока:

Т.е. низкоомной модели в 32 Ом требуется самое низкое напряжение, но самое высокое значение уровня тока.

Высокоомной модели наоборот нужно самое высокое напряжение, но низкий уровень тока.

Возвращаемся к тому, что на выходе усилителя мы выставляем уровень напряжения. У смартфонов это порядка 200-300 мВ. Физически видно ограничение по громкости для высокоомных наушников, что делает высокоомные наушники автоматически «тихими». И нам на деле не хватает не «мощности» усилителя, а банально напряжения.

А ведь если бы все производители указывали чувствительность к напряжению, то все было бы очень наглядно:

Как видно из таблицы, разница в громкости между моделями с чувствительностью в 96 дБ/мВт для 32 и 600 Ом составляет 13 дБ.
По данным чувствительности к напряжению мы видим прямую связь с громкостью.

Основные выводы

И теперь, когда мы видим, что при разном сопротивлении от усилителя требуются разные уровни напряжения и тока, можно перейти к другим зависимостям, на которые влияет сопротивление наушников.

Время работы плеера или смартфона

Чем выше сопротивление наушников – тем дольше будет работать плеер или смартфон без подзарядки, т.к. высокоомные наушники потребляют меньше тока (при условии, что наушники слушаются на «максимуме» независимо от итоговой фактической громкости).

Если у вас тихий смартфон – то реального выбора в наушниках с разными сопротивлениями нет, достаточная чувствительность будет только у низкоомных наушников.

Однако, если у вашего смартфона или плеера «мощный» выход (т.е. обеспечивающий уровень по напряжению выше 200-300 мВ), то можно выбирать между высокочувствительными низкоомными наушниками и менее чувствительными с более высоким сопротивлением. В этом случае при равной громкости на выходе, замена 16 Ом на 32 Ом уменьшит потребление тока на одну треть. На фоне потребления энергии процессором и прочих микросхем, смартфон или плеер возможно проработает конечно не на одну треть дольше, а на четверть или пятую часть. Например с плеером Colorfly C4 Pro время работы варьируется от 5 до 8 часов (5 часов с M-Audio IE40 с сильной просадкой в области высоких частот и 8 часов с высокоомными наушниками).

К «мощным» плеерам, таким как iHiFi или Hidisz, стоит подбирать наушники с большим сопротивлением, а проверять достаточность уровня громкости, в магазине «не отходя от кассы». В магазинах Soundpal все можно послушать и попробовать до покупки.

Качество звучания

«Все знают», что «высокоомные наушники звучат качественнее». Но в данном случае не наушники качественнее звучат, а усилитель отдает меньше тока и в итоге меньше искажений со стороны усилителя. Но это правило — не догма, если усилитель будет работать с уровнем напряжения, превышающего его штатный режим, то источником искажений будет перегрузка не по току, а по напряжению.

В этом и заключается большой секрет качества однодрайверных арматурных наушников (таких, как Grado GR8 и GR10, моделей Etymotic, старших Klipsh), где благодаря подъемам в области верхних средних и высоких частот получается качественное звучание с теми плеерами и телефонами, где полный ужас с низкоомными динамическими наушниками.

АЧХ наушников

Если усилитель не обладает нулевым сопротивлением, то итоговая АЧХ будет меняться в зависимости от кривой импеданса как наушников, так и усилителя. Подробно это рассмотрим в одном из следующих выпусков, тем более, что для этого требуется рассмотреть на что влияет полное выходное сопротивление (импеданс) усилителя.

Как измерить сопротивление наушников?

Для получения детального графика нужно специализированное ПО и стенд. Но для выяснения величины активного сопротивления (в области самых низких частот) достаточно бюджетного мультиметра, стоимостью от 200 руб.

Вполне нормально при покупке наушников проверить сопротивление правого и левого канала, расхождение не должно превышать 2-3 Ом между каналами в большинстве случаев.

Источник

Что такое импеданс колонок и как подобрать усилитель по этому параметру

Содержание

Содержание

Про импеданс обычно узнают при выборе усилителя для набора комнатной акустики или автомобильных колонок. Чем важен этот параметр, что от него зависит? Что лучше — высокий или низкий импеданс, отражается ли это на звуке, и что произойдет, если колонки с низким импедансом подключить к усилителю, рассчитанному на высокий? Обо всем этом ниже.

Что такое импеданс

Строго говоря, импеданс представляет собой полное электрическое сопротивление акустической системы. Она обычно состоит из динамиков и кроссоверов, у которых за счет электромагнитной катушки и небольшого набора радиодеталей есть определенное сопротивление постоянному току. Однако звук в проводах представляет собой ток переменный, соответственно, при разной частоте сигнала сопротивление будет разным. Чтобы избежать путаницы, импеданс акустики обычно измеряется на частоте 1000 Гц. Таким образом, термины «сопротивление» и «импеданс» тождественны.

В общем и целом, импеданс говорит о том, насколько сложно будет усилителю нагрузить динамик и какую нагрузку он предоставляет усилителю. При этом действует правило:

Чем меньше импеданс динамика/колонки, тем сложнее усилителю будет ее нагрузить.

То есть, динамик с сопротивлением 4 Ом усилителю будет сложнее раскачать, чем динамик с импедансом 8 Ом. Это следует из закона Ома: напряжение, деленное на сопротивление, дает силу тока. Т. е. сила тока обратно пропорциональна сопротивлению в цепи. Если последнее снижается, то либо току, либо напряжению нужно увеличиваться, чтобы сохранить тот же уровень громкости.

Импеданс можно измерить и в домашних условиях: понадобится аудиокарта, усилитель, динамик и соответствующий софт. В результате получится график, который, к удивлению экспериментатора, может быть далек от паспортных данных.

Обычно импеданс имеет большой горб в области баса из-за резонансов и плавно растет на высоких — из-за реактивного сопротивления магнитной катушки динамика. На пиках сопротивление может подскакивать намного выше заявленных характеристик, что нужно учитывать при конструировании концертных залов и студий. Однако это не является большой проблемой для домашней акустики, если не эксплуатировать ее на пределе возможностей.

Почему импеданс важен?

Согласованность усилителя и колонок по импедансу обеспечит безопасную и долговечную работу обоих приборов, избавит от проблем и искажений звука. В свою очередь, если подключить колонки с импедансом в пару Ом к усилителю, рассчитанному минимум на 8 Ом, и включить громкую музыку, тогда динамикам можно сказать до свидания.

Помимо этого, мощность усилителя на выходе напрямую зависит от импеданса акустики: чем выше импеданс, тем меньше мощность. Например, усилитель, выдающий по 50 Вт на канал с колонками на 4 Ом, обеспечит лишь по 25 Вт на колонку с импедансом 8 Ом. Грубо говоря, в первом случае будет громче. Часто в спецификациях усилителя указывается, какова будет его мощность в сочетании с акустикой, исходя из базовых значений импеданса.

Что лучше — высокий или низкий импеданс?

Ценители качественного звука обычно предпочитают колонки с более высоким импедансом. Эта традиция отчасти идет от наушников: там студийные и аудиофильские модели имеют импеданс в 300 и более Ом. Считается, что высокоомная нагрузка более благоприятна для усилителя, так он выдает меньше искажений.

В автозвуке и бытовой акустике, где мощность важнее нюансов звучания, чаще выбирают акустику с более низким импедансом. Но здесь стоит помнить, что чем ниже импеданс, тем большую роль в общем сопротивлении играют провода. Отчасти поэтому аудиофилы уделяют им так много внимания и предпочитают высокое сопротивление динамиков.

Тем не менее, в конечном счете, куда важнее оказывается качество изготовления прибора, а не его импеданс, а также правильное согласование усилителя и громкоговорителей.

Как подобрать усилитель по импедансу?

На самом деле с импедансом все просто. В большинстве случаев сопротивление и колонок, и усилителей находится в диапазоне 4-8 Ом, так что долго ломать голову с выбором не придется. Стандарты динамиков для автозвука — 2, 3 и 4 Ом. При выборе усилителя нужно, чтобы колонки подпадали под этот диапазон. При этом:

Нестандартные значения импеданса бывают, в основном, в экзотических аудиофильских системах. Бывают и многоканальные усилители, в которых сопротивление на канал можно переключать самостоятельно в определенном диапазоне. Яркий пример — гитарные усилители, которые имеют отдельные выходы для динамиков с разным сопротивлением.

Как подогнать импеданс под усилитель?

Есть простой хинт, позволяющий точно согласовать почти любые колонки с любым усилителем. Если импеданс колонок слишком высок, нужно подключить их к усилку параллельно, а если слишком низкий — последовательно:

Также можно использовать комбинации последовательного и параллельного подключения, если динамиков много. Есть и специальные приборы, которые упрощают коммутацию и предлагают гибкость в выборе нужного импеданса.

Некоторые также используют обычный резистор, чтобы подогнать импеданс под нужное значение. К примеру, если импеданс колонок всего 2 Ом, а усилитель рассчитан на 4-16 Ом, тогда резистор на пару Ом может решить дело для тех, кто знаком с радиотехникой и понимает, какой провод куда идет. В фирменных приборах с выбором импеданса внутри находится как раз пара резисторов, прикрепленных к радиаторам, чтобы не перегревались при нагрузке.

Мостовое подключение

Мост позволяет подключить мощные колонки или, чаще всего, сабвуфер к усилителю, поддерживающему соответствующую функцию (об этом должно быть написано в мануале). Суть его очень проста: к динамику подключается плюс от одного канала и минус от другого канала усилителя. Таким образом левый и правый каналы объединяются в один моноканал, мощность которого в 4 раза выше каждого по отдельности.

На что еще смотреть при выборе усилителя?

Помимо импеданса, нужно учесть мощность и чувствительность.

Мощность — это квадрат напряжения, поделенный на сопротивление, измеряется в ваттах. Обычно в спецификациях указывают номинальную и пиковую мощность, в этом случае нужно смотреть на номинальную: она показывает, грубо говоря, насколько громким будет усилитель при обычном режиме работы. К примеру, 200 Вт при 4 Ом. При согласовании мощности нужно быть внимательным:

Грубо говоря, если акустика имеет номинальную мощность 50 Вт, то номинальная мощность усилителя должна примерно ей соответствовать. Некий разброс при этом допустим и не критичен, если нет задачи слушать музыку подолгу на максимальной громкости.

Параметр чувствительности относится только к колонкам и определяет, как громко будет звучать колонка на расстоянии в 1 м, если подать на нее 1 Вт. Чувствительность измеряется в децибелах. Чем ниже чувствительность колонок/динамиков, тем тише они звучат, тем более мощный усилитель им нужен. Высокая чувствительность снижает требования к усилителю.

Заключение

Активная акустика со встроенным усилителем лидирует в сегменте бытовых колонок. Она избавляет от необходимости подбирать одно к другому и полностью исключает риск роковой ошибки. Поэтому об импедансе чаще всего задумываются любители автозвука, которым приходится выбирать динамики и усилитель по отдельности, либо аудиофилы, которые строят свою кастомную систему. В обоих случаях достаточно посмотреть, сколько мощности выдаст усилитель на импедансе выбранных колонок, и проверить по их номинальной мощности, не надорвутся ли динамики от такой нагрузки.

Источник