解决音频电子学中最令人困惑的问题之一
当我学习音频的基础知识时，我最难掌握的一个概念是输出阻抗。从扬声器的例子中我本能地理解输入阻抗。毕竟，扬声器驱动器包含一个线圈，我知道线圈阻止电流。但 产量 阻抗？为什么放大器或前置放大器的输出会有阻抗，我想知道吗？难道它不想将所有可能的电压和放大器提供给它正在驱动的任何东西吗？
多年来，在我与读者和爱好者的谈话中，我逐渐意识到我并不是唯一一个没有完全了解输出阻抗的人。所以我觉得做一个关于这个主题的入门很好。在本文中，我将讨论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。阻抗基本上是相同的，但用AC而不是DC。通常，组件的阻抗将随着电信号的频率改变而改变。例如，一小圈线在1 Hz时几乎为零阻抗，在100 kHz时具有高阻抗。电容器在1 Hz时可能具有几乎无限的阻抗，但在100 kHz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，但可能是变压器或电子管）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。
为什么需要输出阻抗？
那么为什么元件会有输出阻抗？在大多数情况下，它是为了保护它免受短路损坏。
任何输出设备都受限于它可以处理的电流量。如果设备的输出短路，则会要求它输出大量电流。例如，2.83伏输出信号将为典型的8欧姆扬声器产生0.35安培的电流和1瓦的功率。没问题。但如果阻抗为0.01欧姆的导线连接在放大器的输出端子上，则相同的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，否则输出设备将过热并可能遭受永久性损坏。是的，它甚至可以起火。
由于输出中内置了一定量的阻抗，因此输出阻抗始终存在于电路中，因此该组件显然具有更强的短路保护。假设您有一个输出阻抗为30欧姆的耳机放大器，驱动一对32欧姆耳机，并且用一把剪刀意外切断耳机线短路。你可以从62欧姆的总系统阻抗下降到可能30.01欧姆的总阻抗，这不是什么大问题。当然比从8欧姆降至0.01欧姆要低得多。
输出阻抗有多低？
音频中非常通用的经验法则是，您希望输出阻抗至少比它所输入的预期输入阻抗低10倍。这样，输出阻抗对系统性能没有显着影响。如果输出阻抗远大于输入阻抗的10倍，则可能会出现一些不同的问题。
对于任何音频电子设备，过高的输出阻抗会产生滤波效应，导致奇怪的频率响应异常，并导致功率输出降低。有关这些现象的更多信息，请查看我的第一篇和第二篇文章，了解扬声器电缆如何影响音质。
对于放大器，还有一个问题。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其中心位置。该动作产生电压，然后将其抛回放大器。 （这种现象被称为“反电动势”或反电动势。）如果放大器的输出阻抗足够低，它将有效地使反电动势短路，并在回弹时作为制动器在锥体上起作用。如果放大器的输出阻抗太高，它将无法阻止锥体，并且锥体将继续前后弹跳直到摩擦停止为止。这会产生铃声效果，并且在它们应该停止后使音符停留。
您可以在放大器的阻尼系数等级中看到这一点。阻尼系数是预期的平均输入阻抗（8欧姆）除以放大器的输出阻抗。数字越大，阻尼系数越好。
放大器输出阻抗
由于我们正在谈论放大器，让我们从该示例开始，如上图所示。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，在某些极端情况下甚至降至2欧姆。如果您并行运行两个扬声器，就像定制安装人员在创建多房间音频系统时经常做的那样，将阻抗减少一半，这意味着扬声器下降到2欧姆，比如100赫兹现在在该频率下降到1欧姆与另一个相同类型的扬声器配对。当然，这是一个极端的情况，但放大器设计师必须考虑到这种极端情况，否则他们可能会面临一大堆放大器进行维修。
如果我们计算出最小扬声器阻抗为1欧姆，这意味着放大器应具有不超过0.1欧姆的输出阻抗。显然，没有空间为这个放大器的输出增加足够的阻力，为输出设备提供任何真正的保护。
因此，放大器必须采用某种保护电路。如果电流消耗太高，那可能会跟踪放大器的电流输出并断开输出。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。当电流消耗大于放大器可以处理的电流时，这些断开电源。
顺便提一下，几乎所有的管功率放大器都使用输出变压器，并且由于输出变压器只是缠绕在金属框架周围的线圈，因此它们具有相当大的阻抗，有时甚至高达0.5欧姆甚至更多。实际上，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添加了一个“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输出阻抗与预期输入阻抗的1到10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的影响，但这就是许多电子管放大器和这正是Carver想要模拟的东西。
03年02月前置放大器/源设备输出阻抗
使用前置放大器或信号源设备（CD播放器，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，您不关心电源或电流。传送音频信号所需要的只是电压。因此，下游设备 - 功率放大器，在前置放大器的情况下，或前置放大器，在源设备的情况下 - 可以具有高输入阻抗。通过线路的任何电流几乎完全被高输入阻抗阻挡，但电压通过很好。
对于大多数功率放大器和前置放大器，输入阻抗通常为10到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噪音。顺便提一下，吉他放大器的输入阻抗通常为250千欧到1兆欧，因为电吉他拾音器的输出阻抗通常在3到10千欧之间。
短路可能与线路电路很常见，因为它很容易意外地将RCA插头的两根裸导线对着一块将它们短路的金属。因此，前置放大器和源设备中的输出阻抗为100欧姆或更高。我见过一些奇特的高端元件，其线路输出阻抗低至2欧姆，但这些元件将具有非常重的输出晶体管或保护电路，以防止短路损坏。在某些情况下，它们可能在输出端有一个耦合电容，以阻止直流电压并防止输出设备烧毁。
唱机前置放大器完全是一个不同的主题。虽然它们的输出阻抗通常与CD播放器的输出阻抗相似，但它们的输入阻抗与线路级前置放大器的阻抗非常不同。这太过分了。也许我会在另一篇文章中深入研究这个主题。
03年3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系统阻抗布置成为人们关注的焦点。与传统放大器不同，耳机放大器具有多种输出阻抗。真正便宜的耳机放大器，如大多数笔记本电脑中内置的那些，可能具有高达75或甚至100欧姆的输出阻抗，即使耳机阻抗通常在大约16到70欧姆的范围内。
消费者在放大器运行时断开和重新连接扬声器很少见，并且在放大器运行时扬声器电缆也很少被损坏。但是使用耳机，这些事情总是会发生。当耳机放大器运行时，人们通常会连接或断开耳机。耳机线经常在使用时损坏 - 有时会造成短路。当然，大多数耳机放大器都是便宜的设备，这可以使增加一个体面的保护电路成本过高。因此，大多数制造商采取更简单的方法：通过增加一个电阻（或偶尔增加一个电容）来提高放大器的输出阻抗。
正如您在耳机测量中所看到的那样（下至第二张图），高输出阻抗会对耳机的频率响应产生巨大影响。我首先使用具有5欧姆输出阻抗的Musical Fidelity耳机放大器测量耳机的频率响应，然后再添加额外的70欧姆电阻以产生75欧姆的总输出阻抗。
高输出阻抗的影响会随着所连接耳机的阻抗而变化，特别是在不同频率下耳机阻抗的变化。具有大阻抗摆动的耳机 - 如同大多数具有平衡电枢驱动器的耳内型号 - 当您从具有低输出阻抗的放大器变为具有高输出阻抗的放大器时，通常会出现频率响应的显着变化。通常，当与低阻抗源一起使用时，具有自然发声音调平衡的耳机在与高阻抗源一起使用时将具有低音，暗沉的声音平衡。
幸运的是，许多高端耳机放大器（特别是固态型号）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。通常无法确定耳机是否有高音或低输出阻抗的声音，但由于本文前面提到的原因，我更倾向于坚持低输出阻抗。
一世 将 当与具有高输出阻抗的耳机放大器一起使用时，我宁愿不使用具有巨大阻抗摆动的耳机，这会引起频率响应变化（就像笔记本电脑中我输入的那样）。不幸的是，我通常更喜欢使用动态驱动器的平衡电枢入耳式耳机的声音，因此当我将这些耳机与我的笔记本电脑一起使用时，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。感谢您对我的评价，如果您有任何疑问或者我遗漏了什么，请给我发电子邮件告诉我。
