03年3月
解决音频电子学中最迷惑的课题之一
当我学习音频的基础知识时，最难理解的概念之一是输出阻抗。 从说话人的例子我本能地理解输入阻抗。 毕竟，扬声器驱动器包含一个线圈，我知道一个线圈阻止电流。 但输出阻抗？ 为什么放大器或前置放大器的输出端会有阻抗，我想知道？ 难道它不想把每一个可能的电压和放大器提供给它所驱动的任何东西吗？
在多年来与读者和爱好者聊天时，我意识到我并不是唯一一个没有理解输出阻抗的人。 所以我认为在这个问题上做一个入门是很好的。 在本文中，我将介绍三种常见且非常不同的情况：前置放大器，放大器和耳机放大器。
首先，让我们简要回顾一下阻抗的概念。 阻力是限制直流电流量的程度。 阻抗基本上是一样的东西，但用AC而不是DC。 典型地，部件的阻抗将随着电信号的频率改变而改变。 例如，一个小线圈的线圈在1Hz时的阻抗几乎为零，而在100kHz时的阻抗很高。 一个电容器可能在1Hz时具有几乎无限的阻抗，但在100kHz时几乎没有阻抗。
输出阻抗是前置放大器或放大器输出设备（通常是晶体管，但可能是变压器或管）与组件的实际输出端子之间的阻抗量。 这包括设备本身的内部阻抗。
为什么你需要输出阻抗？
那么为什么组件会有输出阻抗？ 大多数情况下，它是为了防止短路造成的损害。
任何输出设备的电流量都受到限制。 如果该设备的输出短路，则会被要求提供大量电流。 例如，一个2.83伏的输出信号将产生0.35安培的电流和1瓦的功率进入典型的8欧姆扬声器。 那里没问题。 但是如果一个0.01欧姆阻抗的导线连接在放大器的输出端子上，那么相同的2.83伏输出信号将产生282.7安培的电流和800瓦的功率。 这远远超过大多数输出设备所能提供的。 除非放大器具有某种保护电路或设备，否则输出设备会过热并可能遭受永久性损坏。 是的，它甚至可能着火。
由于输出端具有一定量的阻抗，因此该组件显然具有更好的短路保护能力，因为输出阻抗始终位于电路中。 假设你有一个耳机放大器，输出阻抗为30欧姆，驱动一对32欧姆的耳机，并且你用一把剪刀不小心切断了耳机线。 你从62欧姆的总系统阻抗下降到30.01欧姆的总阻抗，这并不是什么大不了的事情。 当然，从8欧姆减少到0.01欧姆的极限要少得多。
输出阻抗应该如何低？
音频中一个非常一般的经验法则是，您希望输出阻抗至少比其馈入的预期输入阻抗低10倍。 这样，输出阻抗对系统的性能没有显着影响。 如果输出阻抗远大于输入阻抗的10倍，则可能会遇到一些不同的问题。
对于任何音频电子设备，过高的输出阻抗都会产生滤波效应，导致奇怪的频率响应异常，并且还会导致功率输出降低。 有关这些现象的更多信息，请查看我的第一篇和第二篇关于扬声器电缆如何影响音质的文章。
放大器还有一个额外的问题。 当放大器向前或向后移动扬声器锥体时，扬声器的悬架将锥体弹回到其中心位置。 这个动作会产生一个电压，然后在放大器处反馈回来。 （这种现象被称为“反电动势”或反向电动势）。如果放大器的输出阻抗足够低，它将有效地缩短反电动势，并在锥形弹簧回弹时用作制动器。 如果放大器的输出阻抗太高，它将无法停止锥体，锥体会继续前后跳动，直到摩擦停止。 这会产生振铃效果，并且在应该停止之后留下余音。
您可以在放大器的阻尼系数额定值中看到这一点。 阻尼因子是预期的平均输入阻抗（8欧姆）除以放大器的输出阻抗。 数字越高，阻尼因子越好。
放大器输出阻抗
由于我们正在谈论放大器，让我们从上图中显示的那个例子开始。 扬声器阻抗通常为6至10欧姆，但扬声器在某些频率下降至3欧姆阻抗是常见的，在某些极端情况下甚至可达2欧姆。 如果您并行运行两个扬声器，因为定制安装人员在创建多房间音频系统时经常使用这种扬声器，所以将阻抗降低一半，这意味着扬声器在100赫兹时降至2欧姆，现在在该频率下降至1欧姆与另一位同类型的演讲者配对。 当然，这是一个极端的例子，但放大器设计师必须考虑这种极端情况，否则他们可能会面临一大堆需要维修的功放。
如果我们计算出1欧姆的最小扬声器阻抗，那意味着放大器的输出阻抗不应超过0.1欧姆。 显而易见，没有足够的电阻来增加这个放大器的输出，从而为输出设备提供任何真正的保护。
因此，放大器将不得不采用某种保护电路。 这可能是跟踪放大器的电流输出，并在电流消耗过高时断开输出。 或者它可以像输入交流电源线上的保险丝或断路器或电源轨道一样简单。 当电流消耗超过放大器可以处理时，这些断开电源。
顺便说一下，几乎所有的管式功率放大器都使用输出变压器，而且由于输出变压器只是缠绕在金属框架上的导线线圈，因此它们本身具有相当大的阻抗，有时甚至高达0.5欧姆甚至更高。 事实上，为了模拟Sunfire固态（晶体管）放大器中的电子管放大器的声音，着名设计师Bob Carver增加了一个“电流模式”开关，将1欧姆电阻与输出设备串联。 当然，这违反了我们上面讨论的1到10的输出阻抗与预期输入阻抗的最小比率，因此对连接的扬声器的频率响应产生了实质性影响，但这是许多电子管放大器和这正是Carver想要模拟的。
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前置放大器/源设备输出阻抗
使用前置放大器或信号源设备（CD播放机，有线电视盒等），如上图所示，这是一种不同的情况。 在这种情况下，你不关心电源或电流。 所有你需要传达的音频信号是电压。 因此，下游设备（功率放大器，在前置放大器的情况下，或者在源设备的情况下为前置放大器）可以具有高输入阻抗。 任何通过该线路的电流几乎全部被该高输入阻抗所阻挡，但是电压通过很好。
对于大多数功率放大器和前置放大器，输入阻抗通常为10至100千欧。 工程师可以走得更高，但他们可能会以这种方式获得更多的噪音。 顺便提一下，吉他放大器的输入阻抗通常为250千欧至1兆欧，因为电吉他拾音器的输出阻抗通常在3至10千欧之间。
短路对于线路电路来说可能很常见，因为很容易意外地将RCA插头的两根裸露导线与一根使其短路的金属片摩擦。 因此，前置放大器和信号源设备中常见的输出阻抗为100欧姆或更高。 我已经看到一些线性输出阻抗低至2欧姆的具有特色的高端元件，但它们将具有非常重型的输出晶体管或防止短路损坏的保护电路。 在某些情况下，它们可能在输出端有一个耦合电容来阻断直流电压并防止输出设备烧毁。
唱机前置放大器是完全不同的主题。 虽然它们通常具有类似于CD播放机的输出阻抗，但它们的输入阻抗与线路级前置放大器的输入阻抗大不相同。 这太难以进入这里了。 也许我会在另一篇文章中深入研究这个主题。
03年03月
耳机放大器输出阻抗
耳机的普及使得典型耳机放大器的相当奇怪的，非标准的系统阻抗排列成为焦点。 与传统的放大器不同，耳机放大器有各种各样的输出阻抗。 真正便宜的耳机放大器，就像大多数笔记本电脑内置的放大器一样，即使耳机阻抗通常在16到70欧姆之间，输出阻抗可能高达75甚至100欧姆。
在功放运行时，消费者很少断开和重新连接扬声器，而在功放运行时扬声器线缆很少损坏。 但用耳机，这些事情总是发生。 耳机放大器运行时，人们经常连接或断开耳机。 耳机电缆在使用时经常会损坏 - 有时会造成短路。 当然，大多数耳机放大器都是便宜的设备，这可以增加一个体面的保护电路成本高昂。 因此，大多数制造商采取更简单的方法：通过添加一个电阻（或偶尔使用电容）来提高放大器的输出阻抗。
正如你在我的耳机测量中可以看到的那样（走到第二个图表），高输出阻抗会对耳机的频率响应产生巨大的影响。 我首先用具有5欧姆输出阻抗的音乐保真耳机放大器测量耳机的频率响应，然后再增加一个额外的70欧姆电阻以产生75欧姆的总输出阻抗。
高输出阻抗将会随着连接耳机的阻抗而变化，特别是随着不同频率下耳机阻抗的变化。 具有较大阻抗摆动的耳机 - 如平衡电枢驱动器的大多数入耳式型号 - 通常会在从具有低输出阻抗的放大器更改为具有高输出阻抗的放大器时，在频率响应方面发生实质性变化。 通常，当与低阻抗信号源一起使用时，具有自然音调的音调平衡的耳机会有一个小音箱，与高阻抗信号源一起使用时会发出平淡无奇的平衡。
幸运的是，许多高端耳机放大器（特别是固态模型）都有低输出阻抗，甚至还有一些内置于iPhone等设备中的小型耳机放大器芯片。 通常没有办法知道耳机的输出阻抗是高阻抗还是低阻抗，但我更愿意坚持低输出阻抗，这是因为本文前面提到的原因。
我宁愿不使用具有巨大阻抗摆动的耳机，这会在使用具有高输出阻抗的耳机放大器时引起频率响应变化（就像我在打字的笔记本电脑中使用的耳机一样）。 但不幸的是，我通常更喜欢使用动态驱动的耳机，因此当我将这些耳机与我的笔记本电脑搭配使用时，我通常会连接外部放大器或USB耳机放大器/ DAC。
我知道这是一个冗长的解释，但输出阻抗是一个复杂的话题。 感谢您的支持，如果您有任何问题，或者如果我遗漏了某些东西，请给我发电子邮件并让我知道。