Re: [請益] 靈敏度跟擴的必要性

作者: andyewan (eeboy)   2023-07-04 10:10:56
Hi all, 這是我在耳機版首發
想藉著J大的文章,也來闡述一下我的看法。
盡量用通俗的方式來講。
湊巧我也是學電的,對於放大器電路的印象
停留在大一的電子實驗與大二的電子學,
如果內容不精確請原諒我,因為已經十年了。
首先我這篇文的目的是想要嘗試回答兩個問題:
1. "放大器的功能是把訊號放大,那與音量旋鈕的放大一樣嗎?"
(其實這也是我最近在看這類的文章,自己的一個疑問)
結論是:不完全一樣
2. 推力是什麼意思?
## 先來講講第一個問題,
我們先來拆解一下電壓訊號(電流訊號也可同理)
Vall = Vdc + vs + vn
這裡的大寫指的是含有DC訊號的意思,小寫指的是小訊號的意思
Vdc :直流電壓,可以理解為湖面的水位
vs :小訊號,一般來說我們所聽到的音樂訊號就是這個,
可以類比為湖面水上的美麗的漣漪
vn :雜訊,可以類比為湖面上的碎浪,比較醜陋
一般的音量旋鈕原理,其實就是顆可變電阻與耳機的輸入阻抗並聯。
所謂的可變電阻,是一種被動元件,也就是它本身的能量完全來自於輸入訊號,
電阻可以類比為水管粗細,電阻越大水管管徑越小,水流(電流)越難通過,
而可變電阻是與耳機輸入阻抗並聯,意思就是在耳機的輸入水管旁邊也接出去一條水管,
我們可以藉由音量旋鈕來調整進入耳機的電流大小,
可變電阻調小時,外接出去的這條水管越大,也就是流進耳機的電流會越少,音量就越小
"重點是,音量旋鈕所控制的電壓或電流訊號指的是Vall"
而講到放大器電路,放大器電路是一種主動元件,
也就是除了輸入輸出的接頭以外,放大器元件本身還會接VDD以及GND,就是電源的意思。
這樣的話,放大器電路本身就有能量的輸入。
"重點在,放大器電路的目的在於維持Vdc的情況下,放大小訊號也就是 vs"
這裡轉換為聽感就是,我們希望音樂訊號被放大。
(這裡所謂的維持Vdc的意思並不代表放大器電路永遠不會調整dc電位,而是不太會去調整
有必要時它們也會利用level shift電路調整Vdc,但大多數的放大器電路不會去動Vdc)
眼尖的朋友會發現,疑~ 那vn是小訊號阿是不是也會被放大? 對會被放大,所以大家才說
耳機系統的重點在於電源,也就是維持Vdc且降低vn。
這邊我想大家可以一起想想看
單純轉動音樂旋鈕改變Vall,以及只有放大vs在音感上的差別
##再來講講第二個問題,究竟推力是啥?
這個問題我想回到開頭講的我大一的電子實驗,
記憶中,我們也是要做放大器電路,並且要推動助教給的玩具喇叭,
這邊我需要定義一個參數叫做gain,gain指的是輸出訊號相對於輸入訊號的放大倍數。
當時我設計了好幾級的放大器電路,串在一起並且得到很好的gain值,
接上助教的喇叭(我說玩具喇叭),也推的風生水起。
接著壞心眼的助教跟我們說,這個玩具喇叭音質不好,於是拿出了個小音響。
我一接上去後,我他媽原本gain值很高的電路,聲音突然變超小聲,真的是gain 你娘。
瘋狂翻課本最後找到答案的我,發現問題在於這個電路的輸出阻抗與小音響的輸入阻抗。
所謂把電路接上小音響是指,把電路的輸出並聯在小音響的輸入阻抗上。
這時候會有第一個問題所講的,電阻分流問題。
若是小音響的輸入阻抗很大,也就是它的水管很小,
那這時我的放大器的輸出級的阻抗如果相對很小,也就是水管比較粗,
那水(也就是電流)會全部從我的輸出阻抗流向GND(地線),流到音響的會變少。
那就會沒聲音囉!!
後來我解決的方法是用課本裡面的一個乍看之下沒屁用的電路 gain幾乎等於1,
但它的輸出阻抗夠大,能把電流引流至小音響去。
"所以推力就是輸出級放大電路的電流能力"
講完了,最後我想討論一下輸入阻抗小的耳機會有底噪問題,
引用一下J大的內容,如果要維持一樣的電壓訊號也就是音量的話,阻抗小的耳機會流入
更大的電流,這時候vn也會跟著流比較多進耳機,底噪會出來。
然後再引用一下J大的內容,他提到放大器會有工作電壓的準位問題,
其實實務上會讓Vdc固定在放大器的線性放大的電位,然後再去當沖小訊號音訊。
這樣放大器就能如實的把輸入訊號放大成輸出訊號出去。
感謝大家在巴哈與ptt的討論,也讓我能重新思考耳機跟電路這兩個我都很熱愛的東西。
另外我有講錯的話,真的要原諒我,我的本業是數位電路設計,
耳機這類的類比電路我確實沒有很強。
作者: andyewan (eeboy)   2023-07-04 10:15:00
另外補充,放大器的輸出阻抗,並不是真的電阻而是等效的阻抗
作者: bh2142 (瀕臨絕種的Emacser)   2023-07-04 12:16:00
推這篇,「但它的輸出阻抗夠大,能把電流引流至小音響去。」這邊應該是輸出阻抗夠小才對(?另外音量旋鈕一般並不是做在耳擴的output,而是input
作者: andyewan (eeboy)   2023-07-04 12:25:00
我這裡說的輸出阻抗是指 放大器的輸出級這邊,因為電流會選阻抗小的地方鑽,所以他不會選擇走放大器的輸出阻抗流到GND,而是耳機那頭另外您講的對,為音量旋鈕沒講清楚,我討論音量旋鈕的時候,只有討論旋鈕與耳機電路兩者,沒有同時看放大器,我怕搞混。感謝提醒
作者: bh2142 (瀕臨絕種的Emacser)   2023-07-04 12:31:00
但放大器的輸出跟耳機是串聯輸出捏你要往輸出阻抗鑽勢必就要往耳機鑽
作者: andyewan (eeboy)   2023-07-04 12:35:00
https://i.imgur.com/7crlHSR.jpg是並聯,輸出阻抗這邊,是從輸出級的接點往內部電路再往gnd 去,如果是您說的串聯,就不會在這邊就接地,會往耳機那頭找gndhttps://i.imgur.com/fdP2HCu.jpg我畫完整一點好了,雖然圖片裡頭的放大器不是我文章提到的輸出級放大器,但還算好讀。另外圖中的圖案是CMOS
作者: bh2142 (瀕臨絕種的Emacser)   2023-07-04 13:00:00
那你的輸出阻抗定義跟我認知中的不一樣就是了https://bit.ly/3D0rLBm 借一下wiki這才是我認知中的輸出阻抗您的說法正確,但對於普通音響玩家而言,看spec的時候看到的輸出阻抗大多視為跟耳機喇叭的串聯,越小越好
作者: andyewan (eeboy)   2023-07-04 13:12:00
理解您的意思,主要不同點在於,您貼的這個是一般的電源供應器接上 loading 的樣貌,不過電路裡頭各個元件的相對位置不一樣,輸出阻抗的串並聯會不一樣。就我學過的放大器來說,我剛剛所畫的圖的輸出點位是最常見的,因為這樣gain 值會比較大,但也能弄成串聯,可是比較少看到這樣設計。阿不過…我其實對大家習慣的音響spec 讀法不是很熟悉,我怕誤導..這邊我是新手
作者: TAZUSA (...)   2023-07-04 13:17:00
音量控制是衰減吧
作者: bh2142 (瀕臨絕種的Emacser)   2023-07-04 13:29:00
我也是怕你誤導,所以提醒一下:)
作者: andyewan (eeboy)   2023-07-04 13:32:00
我剛剛查了一下,我發現我們兩個講的其實是同一件事,就是用電壓分壓來看輸出阻抗,等效電路是串聯。如果是我文中講的電流分流,等效電路會是並聯。詳細可以查關鍵字”戴維寧電路,以及諾頓電路” 所以我想您說的音響spec 常用的是電壓那套。結案,我不囉嗦了,黑磚2剛寄到家
作者: bh2142 (瀕臨絕種的Emacser)   2023-07-04 13:34:00
確實我是資工系的斜槓仔電路學沒學好
作者: andyewan (eeboy)   2023-07-04 13:46:00
我則是十年前學的電路學..

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