2013年9月27日 星期五
ヘッドホンとヘッドホンアンプの出力インピーダンスの関係
ヘッドホンアンプには出力インピーダンスという要素があります。
これはヘッドホンアンプのジャック側から見たアンプのインピーダンスのことです。電池に例えますと内部抵抗と言えます。ここに10Vで内部抵抗が10Ωの電池があったとします。この電池に15Ω、10Ω、5Ωの抵抗を付けて、どれが一番電力を吸収して熱くなるかを実験してみます。15Ωの場合、合成抵抗は電池の内部抵抗と電池に取りつけた15Ωの抵抗の合計の25Ωになります。この時に流れる電流は10V÷25Ω=0.4Aになります。電池の内部抵抗と電池に取り付けた抵抗両方に同じ電流が流れますから、内部抵抗に掛かる電圧は10Ω×0.4A=4Vが掛かることになり、残りの6Vが抵抗に掛かることになります。よって抵抗が吸収する電力は0.4A×6V=2.4Wとなります。同様に10Ω、5Ωの場合も計算しますと
15Ω 10Ω 5Ω
電流 0.4A 0.5A 0.66A
電圧 6V 5V 3.3V
電力 2.4W 2.5W 2.2W
となります。5Ωになりますと、電流は増えますが、同時に掛かる電圧が減ってしまうため電力は一番少なくなってしまいました。結果電力が一番多かったのは内部抵抗と抵抗が等しい場合でした。実はこのことがヘッドホンアンプの出力インピーダンスとヘッドホンのインピーダンスの関係にも言えるのです。つまりヘッドホンアンプの出力インピーダンスとヘッドホンのインピーダンスが等しいとき、もっとも効率的にヘッドホンに電力を送ることが出来るのです。
これはヘッドホンアンプのジャック側から見たアンプのインピーダンスのことです。電池に例えますと内部抵抗と言えます。ここに10Vで内部抵抗が10Ωの電池があったとします。この電池に15Ω、10Ω、5Ωの抵抗を付けて、どれが一番電力を吸収して熱くなるかを実験してみます。15Ωの場合、合成抵抗は電池の内部抵抗と電池に取りつけた15Ωの抵抗の合計の25Ωになります。この時に流れる電流は10V÷25Ω=0.4Aになります。電池の内部抵抗と電池に取り付けた抵抗両方に同じ電流が流れますから、内部抵抗に掛かる電圧は10Ω×0.4A=4Vが掛かることになり、残りの6Vが抵抗に掛かることになります。よって抵抗が吸収する電力は0.4A×6V=2.4Wとなります。同様に10Ω、5Ωの場合も計算しますと
15Ω 10Ω 5Ω
電流 0.4A 0.5A 0.66A
電圧 6V 5V 3.3V
電力 2.4W 2.5W 2.2W
となります。5Ωになりますと、電流は増えますが、同時に掛かる電圧が減ってしまうため電力は一番少なくなってしまいました。結果電力が一番多かったのは内部抵抗と抵抗が等しい場合でした。実はこのことがヘッドホンアンプの出力インピーダンスとヘッドホンのインピーダンスの関係にも言えるのです。つまりヘッドホンアンプの出力インピーダンスとヘッドホンのインピーダンスが等しいとき、もっとも効率的にヘッドホンに電力を送ることが出来るのです。
感度とインピーダンスの関係
電力・電流・電圧の関係は電力(W)=電流(I)×電圧(V)
抵抗・電流・電圧の関係は電圧(V)=抵抗(R)×電流(I)
ですので電力と抵抗の関係は電力(W)=抵抗(R)×電流(I)×電流(I)
又は電力(W)=電圧(V)×電圧(V)÷抵抗(I)
ここに感度97dB、インピーダンス30ΩのヘッドホンAと感度106dB、インピーダンス240ΩのヘッドホンBがあるとします。仮に100dBまで音量を上げるとするとAでは+3dB必要です。音圧レベルの3dBは物理的な値で言うと2倍なので2倍の電力が必要となります。一方Bは－6dBで1/4倍なので、電力も1/4で良いことになります。感度は通常1mW時の値なのでヘッドホンAは2mW、ヘッドホンBは0.25mW必要となります。この電力を得るために必要な電圧を求めるとAの電圧7.7mV、Bの電圧7.7mVとなりボリュームの位置は両方とも同じ位置になります。これはAの上げた3dBとBの下げた6dBの合計9dB=2×2×2=8倍の差とAのインピーダンス30ΩとBのインピーダンス240Ωの差240÷30=8倍の差が等しいためです。
つまり
感度が3dB大きいのとインピーダンスが1/2小さいのはボリュームの位置的には同じことになります。A:97dB30Ω=B:100dB60Ω=C:103dB120Ω=D:106dB240ΩのAからDのヘッドホンがあったとすると、左から見ると3dBずつ感度が上がって行き、右から見るとインピーダンスが1/2ずつ減って行きますが、ボリュームの位置は皆同じになります。これは単純に考えた場合で、実際はこうぴったりにはならないでしょう。また電流の側面から見ると同じボリューム位置でもインピーダンスが低いヘッドホンの方が電流が沢山流れるため、ヘッドホンアンプには優しくないと言えます。ヘッドホンアンプの保証以上に低いインピーダンスのヘッドホンを使うと電流の供給が間に合わず、音にクリップや歪みが乗ったり、最悪の場合異常発熱、発火などがあるかもしれませんので、ご注意ください。
抵抗・電流・電圧の関係は電圧(V)=抵抗(R)×電流(I)
ですので電力と抵抗の関係は電力(W)=抵抗(R)×電流(I)×電流(I)
又は電力(W)=電圧(V)×電圧(V)÷抵抗(I)
ここに感度97dB、インピーダンス30ΩのヘッドホンAと感度106dB、インピーダンス240ΩのヘッドホンBがあるとします。仮に100dBまで音量を上げるとするとAでは+3dB必要です。音圧レベルの3dBは物理的な値で言うと2倍なので2倍の電力が必要となります。一方Bは－6dBで1/4倍なので、電力も1/4で良いことになります。感度は通常1mW時の値なのでヘッドホンAは2mW、ヘッドホンBは0.25mW必要となります。この電力を得るために必要な電圧を求めるとAの電圧7.7mV、Bの電圧7.7mVとなりボリュームの位置は両方とも同じ位置になります。これはAの上げた3dBとBの下げた6dBの合計9dB=2×2×2=8倍の差とAのインピーダンス30ΩとBのインピーダンス240Ωの差240÷30=8倍の差が等しいためです。
つまり
感度が3dB大きいのとインピーダンスが1/2小さいのはボリュームの位置的には同じことになります。A:97dB30Ω=B:100dB60Ω=C:103dB120Ω=D:106dB240ΩのAからDのヘッドホンがあったとすると、左から見ると3dBずつ感度が上がって行き、右から見るとインピーダンスが1/2ずつ減って行きますが、ボリュームの位置は皆同じになります。これは単純に考えた場合で、実際はこうぴったりにはならないでしょう。また電流の側面から見ると同じボリューム位置でもインピーダンスが低いヘッドホンの方が電流が沢山流れるため、ヘッドホンアンプには優しくないと言えます。ヘッドホンアンプの保証以上に低いインピーダンスのヘッドホンを使うと電流の供給が間に合わず、音にクリップや歪みが乗ったり、最悪の場合異常発熱、発火などがあるかもしれませんので、ご注意ください。
Gain
功率的公式 P(功率,如Watt) = I x V ,只要流過電流量與電壓數相同
300ohm下的30mW和30ohm下的30mW是相同的功率
擴大器的增益電路為固定,也就是最高輸出電壓是固定的,高阻耳機的R越高,同樣的電壓(增益)下換到的電流越少,電流越少輸出功率越小,導致只能放出越小的聲音
兩隻耳機的音壓感度都是100dB/1mW, 一支耳機30ohm另一隻300ohm
如果剛好要發出100dB的聲音,照性能規格上需要1mW的功率以下30ohm耳機來說
電力(W)=抵抗(R)×電流(I)×電流(I)
1mW = 30ohm x I ^2 , 求得 I = 5.77mA, 電壓 Ｖ=IxR -> V = 5.77mA x 30ohm = 173mV = 0.173V
如果以300ohm計算
1mW = 300ohm x I ^2 , 求得 I = 1.82mA, 電壓 Ｖ=IxR -> V = 1.82mA x 300ohm = 546mV = 0.546V
所以發出同樣的音量來說, 300ohm的耳機需要比30ohm的耳機使用上3倍的電壓,也就是放大電路的增益比需要大3倍
以最大輸出電壓固定的角度來說,的確是會有越高阻抗(ohm)耳機越難推的傾向
但若放大電路中增益比是可變的,那就不會受到這個限制
300ohm下的30mW和30ohm下的30mW是相同的功率
擴大器的增益電路為固定,也就是最高輸出電壓是固定的,高阻耳機的R越高,同樣的電壓(增益)下換到的電流越少,電流越少輸出功率越小,導致只能放出越小的聲音
兩隻耳機的音壓感度都是100dB/1mW, 一支耳機30ohm另一隻300ohm
如果剛好要發出100dB的聲音,照性能規格上需要1mW的功率以下30ohm耳機來說
電力(W)=抵抗(R)×電流(I)×電流(I)
1mW = 30ohm x I ^2 , 求得 I = 5.77mA, 電壓 Ｖ=IxR -> V = 5.77mA x 30ohm = 173mV = 0.173V
如果以300ohm計算
1mW = 300ohm x I ^2 , 求得 I = 1.82mA, 電壓 Ｖ=IxR -> V = 1.82mA x 300ohm = 546mV = 0.546V
所以發出同樣的音量來說, 300ohm的耳機需要比30ohm的耳機使用上3倍的電壓,也就是放大電路的增益比需要大3倍
以最大輸出電壓固定的角度來說,的確是會有越高阻抗(ohm)耳機越難推的傾向
但若放大電路中增益比是可變的,那就不會受到這個限制
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