Re: [请益] 灵敏度跟扩的必要性

楼主: andyewan (eeboy)   2023-07-04 10:10:56
Hi all, 这是我在耳机版首发
想藉著J大的文章,也来阐述一下我的看法。
尽量用通俗的方式来讲。
凑巧我也是学电的,对于放大器电路的印象
停留在大一的电子实验与大二的电子学,
如果内容不精确请原谅我,因为已经十年了。
首先我这篇文的目的是想要尝试回答两个问题:
1. "放大器的功能是把讯号放大,那与音量旋钮的放大一样吗?"
(其实这也是我最近在看这类的文章,自己的一个疑问)
结论是:不完全一样
2. 推力是什么意思?
## 先来讲讲第一个问题,
我们先来拆解一下电压讯号(电流讯号也可同理)
Vall = Vdc + vs + vn
这里的大写指的是含有DC讯号的意思,小写指的是小讯号的意思
Vdc :直流电压,可以理解为湖面的水位
vs :小讯号,一般来说我们所听到的音乐讯号就是这个,
可以类比为湖面水上的美丽的涟漪
vn :噪声,可以类比为湖面上的碎浪,比较丑陋
一般的音量旋钮原理,其实就是颗可变电阻与耳机的输入阻抗并联。
所谓的可变电阻,是一种被动元件,也就是它本身的能量完全来自于输入讯号,
电阻可以类比为水管粗细,电阻越大水管管径越小,水流(电流)越难通过,
而可变电阻是与耳机输入阻抗并联,意思就是在耳机的输入水管旁边也接出去一条水管,
我们可以借由音量旋钮来调整进入耳机的电流大小,
可变电阻调小时,外接出去的这条水管越大,也就是流进耳机的电流会越少,音量就越小
"重点是,音量旋钮所控制的电压或电流讯号指的是Vall"
而讲到放大器电路,放大器电路是一种主动元件,
也就是除了输入输出的接头以外,放大器元件本身还会接VDD以及GND,就是电源的意思。
这样的话,放大器电路本身就有能量的输入。
"重点在,放大器电路的目的在于维持Vdc的情况下,放大小讯号也就是 vs"
这里转换为听感就是,我们希望音乐讯号被放大。
(这里所谓的维持Vdc的意思并不代表放大器电路永远不会调整dc电位,而是不太会去调整
有必要时它们也会利用level shift电路调整Vdc,但大多数的放大器电路不会去动Vdc)
眼尖的朋友会发现,疑~ 那vn是小讯号阿是不是也会被放大? 对会被放大,所以大家才说
耳机系统的重点在于电源,也就是维持Vdc且降低vn。
这边我想大家可以一起想想看
单纯转动音乐旋钮改变Vall,以及只有放大vs在音感上的差别
##再来讲讲第二个问题,究竟推力是啥?
这个问题我想回到开头讲的我大一的电子实验,
记忆中,我们也是要做放大器电路,并且要推动助教给的玩具喇叭,
这边我需要定义一个参数叫做gain,gain指的是输出讯号相对于输入讯号的放大倍数。
当时我设计了好几级的放大器电路,串在一起并且得到很好的gain值,
接上助教的喇叭(我说玩具喇叭),也推的风生水起。
接着坏心眼的助教跟我们说,这个玩具喇叭音质不好,于是拿出了个小音响。
我一接上去后,我他妈原本gain值很高的电路,声音突然变超小声,真的是gain 你娘。
疯狂翻课本最后找到答案的我,发现问题在于这个电路的输出阻抗与小音响的输入阻抗。
所谓把电路接上小音响是指,把电路的输出并联在小音响的输入阻抗上。
这时候会有第一个问题所讲的,电阻分流问题。
若是小音响的输入阻抗很大,也就是它的水管很小,
那这时我的放大器的输出级的阻抗如果相对很小,也就是水管比较粗,
那水(也就是电流)会全部从我的输出阻抗流向GND(地线),流到音响的会变少。
那就会没声音囉!!
后来我解决的方法是用课本里面的一个乍看之下没屁用的电路 gain几乎等于1,
但它的输出阻抗够大,能把电流引流至小音响去。
"所以推力就是输出级放大电路的电流能力"
讲完了,最后我想讨论一下输入阻抗小的耳机会有底噪问题,
引用一下J大的内容,如果要维持一样的电压讯号也就是音量的话,阻抗小的耳机会流入
更大的电流,这时候vn也会跟着流比较多进耳机,底噪会出来。
然后再引用一下J大的内容,他提到放大器会有工作电压的准位问题,
其实实务上会让Vdc固定在放大器的线性放大的电位,然后再去当冲小讯号音讯。
这样放大器就能如实的把输入讯号放大成输出讯号出去。
感谢大家在巴哈与ptt的讨论,也让我能重新思考耳机跟电路这两个我都很热爱的东西。
另外我有讲错的话,真的要原谅我,我的本业是数位电路设计,
耳机这类的类比电路我确实没有很强。
楼主: andyewan (eeboy)   2023-07-04 10:15:00
另外补充,放大器的输出阻抗,并不是真的电阻而是等效的阻抗
作者: bh2142 (濒临绝种的Emacser)   2023-07-04 12:16:00
推这篇,“但它的输出阻抗够大,能把电流引流至小音响去。”这边应该是输出阻抗够小才对(?另外音量旋钮一般并不是做在耳扩的output,而是input
楼主: andyewan (eeboy)   2023-07-04 12:25:00
我这里说的输出阻抗是指 放大器的输出级这边,因为电流会选阻抗小的地方钻,所以他不会选择走放大器的输出阻抗流到GND,而是耳机那头另外您讲的对,为音量旋钮没讲清楚,我讨论音量旋钮的时候,只有讨论旋钮与耳机电路两者,没有同时看放大器,我怕搞混。感谢提醒
作者: bh2142 (濒临绝种的Emacser)   2023-07-04 12:31:00
但放大器的输出跟耳机是串联输出捏你要往输出阻抗钻势必就要往耳机钻
楼主: andyewan (eeboy)   2023-07-04 12:35:00
https://i.imgur.com/7crlHSR.jpg是并联,输出阻抗这边,是从输出级的接点往内部电路再往gnd 去,如果是您说的串联,就不会在这边就接地,会往耳机那头找gndhttps://i.imgur.com/fdP2HCu.jpg我画完整一点好了,虽然图片里头的放大器不是我文章提到的输出级放大器,但还算好读。另外图中的图案是CMOS
作者: bh2142 (濒临绝种的Emacser)   2023-07-04 13:00:00
那你的输出阻抗定义跟我认知中的不一样就是了https://bit.ly/3D0rLBm 借一下wiki这才是我认知中的输出阻抗您的说法正确,但对于普通音响玩家而言,看spec的时候看到的输出阻抗大多视为跟耳机喇叭的串联,越小越好
楼主: andyewan (eeboy)   2023-07-04 13:12:00
理解您的意思,主要不同点在于,您贴的这个是一般的电源供应器接上 loading 的样貌,不过电路里头各个元件的相对位置不一样,输出阻抗的串并联会不一样。就我学过的放大器来说,我刚刚所画的图的输出点位是最常见的,因为这样gain 值会比较大,但也能弄成串联,可是比较少看到这样设计。阿不过…我其实对大家习惯的音响spec 读法不是很熟悉,我怕误导..这边我是新手
作者: TAZUSA (...)   2023-07-04 13:17:00
音量控制是衰减吧
作者: bh2142 (濒临绝种的Emacser)   2023-07-04 13:29:00
我也是怕你误导,所以提醒一下:)
楼主: andyewan (eeboy)   2023-07-04 13:32:00
我刚刚查了一下,我发现我们两个讲的其实是同一件事,就是用电压分压来看输出阻抗,等效电路是串联。如果是我文中讲的电流分流,等效电路会是并联。详细可以查关键字”戴维宁电路,以及诺顿电路” 所以我想您说的音响spec 常用的是电压那套。结案,我不囉嗦了,黑砖2刚寄到家
作者: bh2142 (濒临绝种的Emacser)   2023-07-04 13:34:00
确实我是资工系的斜杠仔电路学没学好
楼主: andyewan (eeboy)   2023-07-04 13:46:00
我则是十年前学的电路学..

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