El hilo de la impedancia de salida (AKA Zout).

Tema en 'Auriculares' iniciado por Samueru, 29/4/17.

  1. Samueru

    Samueru Medio Sordo

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    Bueno como dice el titulo el tema principalmente se enfocará en entender y saber medir impedancias de salida (O Zout para acortar).

    Está es la primera parte de espero solo sean dos partes xd.


    ¿Qué es el Zout?

    Simplemente la resistencia en serie con la salida del aparato, se graficaria así:

    [​IMG]

    El Zout lo que crea es una atenuación en la salida de nuestro ampli, para ser especificos crea un divisor de voltaje (O de tensión como sale en wiki):

    https://es.wikipedia.org/wiki/Divisor_de_tensión

    Basicamente el voltaje de salida del ampli es multiplicado por la impedancia del auri/(Impedancia del auri + impedancia de salida). El efecto será menor a medida que la impedancia del auri sea mayor vs la impedancia de salida.

    La atenuación en si no es ningun problema.


    Si no es ningun problema ¿por qué importa el Zout?

    Porque un audifono rara vez suele tener la misma resistencia en toda su respuesta de frecuencia. Esta varia, lo que se conoce como una carga reactiva. El dato de impedancia que se suele dar es solo a 1 KHz.

    Cuando la impedancia del auri varia, también lo hace la atenuación creada por la impedancia de salida, lo que efectivamente termina alterando la frecuencia de respuesta del audifono.


    ¿Cómo se determina cuanto varia?

    Calculando el voltaje del auri en el punto donde la impedancia es más alta vs más baja, y luego sacando la diferencia dB de los resultados.

    Diferencia en dB = 20log(V1/V2). Lo ideal es que el resultando sea menor a 1 dB.

    Para esto se necesitamos ver la impedancia de nuestro audifono vs su frecuencia de respuesta.

    Desafortunadamente este dato rara vez se da en las specs de un audifono, como mucho tendrás la impedancia a solo 1 KHz, que no sirve.

    Lo bueno es que varias personas ya lo miden y hay listas bien larga donde podemos encontrar ese dato, enlaces:

    http://www.innerfidelity.com/headphone-measurements
    http://reference-audio-analyzer.pro/en/report/hp.php


    Ejemplo:

    Supongamos que nuestro audifono tiene un pico de impedancia de 100 Ohm a 80 Hz mientras que a 1 KHz está a 32 Ohm. Y nuestro amplificador/teléfono/tarjeta de sonido, etc tiene una impedancia de salida de 20 Ohm.

    Recordemos que:

    Voltaje en el auri = la impedancia del auri/(Impedancia del auri + impedancia de salida) multiplicado por el voltaje del ampli.

    O para hacerlo más corto:

    Vauri = Zauri/(Zauri+Zout) * Vampli

    Vampli no es necesario saberlo, ya que sea lo que sea será igual de 20 a 20 KHz (a no ser que el ampli sea un asco total, en otras palabras no tenga una frecuencia de respuesta plana) así que podemos asumir que siempre es 1V y no ponerlo en la formula, ya que lo que nos interesa es la diferencia de voltaje al calcular Vauri en a la impedancia del auri a determinada frecuencia con determinado Zout.

    Entonces:

    Vauri a 80 Hz = 80 Ohm / (80 Ohm + 20 Ohm) = 0.8V
    Vauri a 1 KHz = 32 Ohm / (32 Ohm + 20 Ohm) = 0.615V

    Diferencia en dB = 20log(0.8/0.615) = 2.28 dB



    ¿Existe alguna referencia para no estar calculando esto cada rato?

    Sí, generalmente si la impedancia de salida es 8 veces o menos la impedancia nomimal del auri (a 1KHz), no lo ecualizará.

    Esto es porque la atenuacion de por si a 1 KHz será 1 dB o menos.

    Demostrandolo, vamos a suponer que Zout es igual a 1 Ohm y Zauri 8 Ohm:

    Vauri = 8 Ohm + (8 Ohm / 1 Ohm) = 0.888V

    Y supongamos que este auri tiene un pico de 200 Ohm, que estoy super exagerando, no sé de un audifono que varie tanto.

    Vauri pico = 200 Ohm / (200 Ohm + 1 Ohm) = 0.995V

    20log(0.995V/0.888V) = 0.98 dB

    Esto es más que todo enfocado a auris BA, el resto no suele tener variaciones tan fuertes en su impedancia, no BA como mucho están los HD598 donde un Zout de 10 Ohm ya los ecualiza 1 dB.

    Zout da completamente igual si hablamos de audifonos planar magnetic (aparte de hacer los auris más dificiles de mover) ya que estos son una carga completamente resistiva.


    ¿Cómo sé el Zout de mi amplificador/teléfono/etc?

    Al igual que con el grafico de impedancia de nuestros auris, el Zout es un dato que rara vez se da en las especificaciones de lo que usarás para mover los auris.

    Pero nuevamente, hay varios lugares donde ya lo podemos conseguir:

    Listas:

    https://www.reddit.com/r/headphones/wiki/tech/output_impedance_database
    http://monoadc.blog64.fc2.com/blog-entry-99.html



    ¿Qué contribuye al Zout?

    El Zout muchas veces en realidad es una resistencia en si en serie con la salida del ampli, cuando está resistencia no está presente Zout suele ser menor a 1 Ohm, en este caso hablamos de la resistencia en serie de las pistas del PCB, + la impedancia del salida del opamp (que el opamp tiene su Zout también) + la resistencia de contacto del jack hembra del ampli.



    ¿Es Zout el mismo valor de 20 a 20 KHz?

    No siempre, Zout puede ir incrementando en las frecuencias bajas. Cuando esto pasa es porque nuestro ampli tiene un capacitador en serie con su salida.

    Un capacitador tiene su "resistencia AC" (termino correcto impedancia) llamado reactancia. Este valor no es fijo, va aumentando a medida que la frecuencia sea menor.



    [​IMG]


    A su vez, la reactancia es menor a medida que su capacitancia sea mayor, un valor que suele ser dado en uF (micro faradios). Aunque no todos los aparatos los usan, y es muy dificil determinar su uso en base a fotos del PCB, ya que los capacitadores se usan para muchas otras cosas más que ir en serie con la salida de nuestro ampli

    El capacitador no será un problema siempre y cuando sea lo suficientemente grande para nuestros audifonos, un requerimiento que va siendo más dificil de cumplir a medida que la impedancia del auri sea menor

    Cuando es un problema afectará todos los audifonos son importar si tienen una impedancia plana, es lo mismo que ocurre cuando Zauri varia, solo que ahora es Zout el que lo hace.

    Esto con el audifono crea lo que se llama un filtro pasa alta RC.

    https://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_paso_alto


    Hay varias formas de saber si un aparato usa caps de acople: Viendo la frecuencia de respuesta del aparato en question a varias cargas, si se ve una caida en los bajos que empeora a medida que la impedancia de la carga es menor, significa que tenemos capacitadores acoplados en la salida.

    Un ejemplo de ello:

    [​IMG]

    Otra seria midiendo la impedancia de salida a 20 Hz vs 200 Hz por ejemplo, si aumenta mucho es que hay caps de acople.

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    Eso es todo aquí, asegurence de entender bien la teoria antes de la segunda parte:
     
    Last edited: 29/4/17
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  2. Samueru

    Samueru Medio Sordo

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    Segunda parte:

    ¿No encuentro la impedancia de salida de mi aparato en las listas ni en las specs?

    Primero habria que buscar en otros lados, las listas en mayor parte recopilan de varias fuentes, pero no contienen exactamente todo lo que hay en esas páginas:

    Prueba tener suerte con:

    Reference Audio Analyzer: http://reference-audio-analyzer.pro/en/report/amp.php

    Aquí la impedancia de salida es graficada (linea narajan y datos en narajan):

    Ejemplo:

    http://reference-audio-analyzer.pro/en/report/amp/xiaomi-redmi-note-4x.php
    [​IMG]


    También si el aparato usa caps de acople veremos que el Zout va subiendo en las frecuencias bajas, aunque mejor ver la respuesta con la carga de 16 Ohm para determinar si eso es un problema.


    Golden Ears: http://ko.goldenears.net/board/GR_Amp_DAC

    Desgraciadamente no todos sus aparatos lo tienen medido, el dato sale al final en una lista, con el aparato en cuestion en verde:

    http://goldenears.net/board/index.php?mid=GR_Amp_DAC&page=10&document_srl=703496

    Ejemplo:

    [​IMG]




    Seeko: https://www.seeko.co.kr/zboard4/zbo...=&sn=off&ss=on&sc=off&keyword=&sn1=&divpage=1

    Salé al final, Ejemplo:

    https://www.seeko.co.kr/zboard4/zbo...&sc=off&select_arrange=headnum&desc=asc&no=79

    [​IMG]


    Innerfidelity:

    http://www.innerfidelity.com/headphone-amp-measurements
    Y http://www.innerfidelity.com/images/AllAmpsJuly2013.pdf

    Vean el PDF del ampli en concreto y vayan a Output Impedance que está en una lista abajo a la derecha.

    Ejemplo:

    http://www.innerfidelity.com/images/JDSLabsO2ACPowered.pdf
    [​IMG]



    Si es un teléfono lo pueden determinar en GSMarena con precision más que decente (pero no el valor exacto que al final no es necesario).

    http://www.gsmarena.com/reviews.php3

    GSMarena en sus reviews de teléfonos hacen una prueba de RMAA con unos audifonos que hasta la fecha no sabemos el modelo, solo dijeron que eran unos AKG de 32 Ohm.

    Igual no necesitamos saber el modelo, por ejemplo sabemos que el Sony Xperia XA Ultra tiene un Zout de 29.5 Ohm gracias a Seeko.

    Si vemos su prueba de RAA con los auris que hizo GSMarena, veremos la ecualizacion que mete el Zout del aparato en los auris, que en este caso solo es +0.5 dB a 50 Hz en referencia a 1 KHz.

    [​IMG]

    No es la gran cosa con estos auris (no son muy efectados por un alto Zout) pero sabiendo que el Xperia XA ultra tiene un Zout de 29.5 Ohm y que ecualiza este especifico par de audifonos desconocidos 0.5 dB. Es todo lo que necesitamos para darnos una idea del Zout de otros aparatos.

    Vamos de hecho suponiendo que los auris en realidad son de 32 Ohm a 1 KHz (no siempre es el caso) significa que su impedancia sube a 36.1 Ohm a 50 Hz si se ecualziaron +0.5 dB a 50 Hz.

    Si hacemos esto y por ejemplo calculamos cuanto se ecualizaria un Xperia XZ que tiene un Zout de 10 Ohm segun Seeko, el resultado da +0.247 dB.

    Y como se ve el grafico en GSMarena del Xperia XZ? Pues:

    [​IMG]

    Exactamente eso.

    Y un Iphone 6s que tiene un Zout de 3.3 Ohm? Mis calculos dan +0.09 dB.

    Y eso es lo que tenemos si el ojo no me engaña:

    [​IMG]


    Vamos que en referncia a todo eso, por ejemplo sé que el Oneplus 2 tiene un Zout de aproximadamente 30 Ohm porque el auri se ecualiza +0.5 dB a 50 Hz, como lo hacia el Xperia XA ultra:

    [​IMG]




    Aún con todo esto no encuentro el Zout de mi aparato.

    Pues queda medir el Zout:

    Necesitamos:

    1. Un multimetro que mida medio bien AC.
    2. Un cable 3.5mm macho macho.
    3. Una resistencia de más de >20 Ohm y menos de 100 Ohm si es posible. 32 Ohm es lo ideal. Esta resistencia es nuestra carga.
    Para determinar que el multimetro sea medio decente midiendo AC, tenemos que hacer unas prueba basicas:

    Conectamos el cable jack al aparato en cuestion, y del otro lado pondremos las puntas del multimetro, ponemos el multimetro en AC Volts, y reproducimos un tono de 50/60 Hz desde el aparato en cuestion.

    El tono hay varias formas de hacerlo, pero mi metodo favorito es en audacity.

    Una vez hayamos reproducido el tono ajustamos el volumen hasta que el multimetro nos lea aproximadamente 0.5V.

    [​IMG]


    Si pasamos esta prueba, ahora hay que ir a audacity y bajar el volumen unica y solamente -6 dB (y no tocar nada más), al hacer esto el voltaje que leamos tiene que ser la mitad del que leiamos antes de bajar los -6 dB en audacity.

    Si leimos 0.5 V ahora tiene que marcar 0.25 V aproximadamente.

    Con esto ya tenemos lo necesario para medir Zout a 50/60 Hz.

    Ahora antes de medir Zout.

    1. Pongan el multiemetro en medir ohms
    2. Toquen las puntas del multimetro entre si, y recuerden el valor que les sale al tenerlas juntas, este valor es la resistencia en serie de las puntas del multimetro.
    3. Medan la resistencia que vayan a usar (para tener el valor más preciso) recuerden restar lo que midieron al tocar las puntas entre si. Una vez hecho tenemos el valor exacto de la carga.
    4. Ahora medir la resistencia en serie del cable 3.5mm que vayan a usar, tienen que tocar de punta a punta del cable, osea tiene que hacerlo de tip a tip y de sleeve a sleeve (si no saben cuál es cuál http://m.eet.com/media/1064288/nsm_fig1.jpg).
    5. Una vez tengan los valores, nuevamente resten lo que les media las puntas entre sí a cada valor. Y recuerden el resultado.
    6. La suma de la resistencia de Tip a Tip y de Sleeve a Sleeve es la resistencia en serie del cable que usaremos, que será parte del Zout que calculeremos y no queremos que se tome en cuenta. Por eso hay que hacer esto.
    .

    Ok ahora con todo listo, reproduzcan el tono que les media 0.5V aprox y verifiquen que siga midiendo aproximadamente eso, esto se llama el voltaje sin carga, una vez listo (no toquen nada en el pc) van a poner la resistencia como se ve aquí:

    [​IMG]


    PD: No toquen ningun volumen para nada en lo más minimo, de hecho pongan el tono en audacity reproduciendose como por 10 minutos para no tener que ir al PC y darle play a cada rato

    Y ahora midan el voltaje nuevamente, está vez con la resistencia, verán que ahora el cable con la resistencia mide menos que antes, apesar de que no tocamos ningun volumen:

    [​IMG]

    Cuanto midamos es el voltaje con carga.

    Ya tenemos todo lo que necesitamos, lo que falta es poner los datos aquí:

    http://www.ohmslawcalculator.com/voltage-divider-calculator

    Donde:

    Voltage Source es Voltage sin carga.
    R1 es la impedancia de salida (Zout)
    R2 es la carga (el valor exacto que medimos de la resistencia)
    Output voltage es Voltaje con carga

    Pongan los valores que tenemos, y denle a calcular, les saldrá R1, que es el Zout casi.

    Ahora a ese resultando hay que restarle la resistencia en serie del cable que usamos, una vez hecho, ya tendremos del Zout del aparato.

    Por ejemplo, supongamos que el cable que usé media 0.2 Ohm en serie, la resistencia 34.4 Ohm, y los voltajes que leí fueron 0.47 Vrms sin carga y 0.103 con carga.

    Si ponemos eso en la calculadora tenemos R1 = 122.57 Ohm menos 0.2 Ohm en serie del cable, osea Zout de 122.37 Ohm, aquí da igual restar la resistencia en serie del cable, pero por ejemplo cuando medimos Zouts cerca de 1 Ohm o menos si que importa restar ese valor.






    Detalles:

    La carga también puede ser un audifono, pero tenemos que saber la impedancia de este a la frecuencia que estaos midiendo Zout y aquí el multimetro no te ayudará a no ser que tengas unos planar magnetic, necesitaras ver el grafico de impedancia que no es 100% igual en todos los auris del mismo modelo. El problema también de este metodo es que no es super fácil medir el voltaje con los auris conectados, necesitarias abrirlos para hacerlo, los Superlux en esto son fáciles no sé otros auris.



    ¿Qué hago si no tengo multimetro ni resistencia?

    Necesitamos:

    1. Una forma de conectar los audifnos a la salida del aparato y a una linea de entrada a la vez, vamos necesitas un splitter 3.5mm (no los que dividen el jack de 4 polos a stereo y micro), los que te dejan conectar dos auris a un mismo repro por ejemplo para lograr esto, o te las puedes apañar pelando cables.
    Basicamente, comparando la amplitud de un tono grabado en audacity con y sin los audifonos, determinamos el Zout del aparato, esto lo tengo con más detalles aquí:

    https://foro.noticias3d.com/vbulletin/showthread.php?p=5579619#post5579619

    Lo bueno de este metodo es que sabes de una vez si el aparato usa caps de acople viendo la FR en una prueba de rightmark con vs sin los auris, si los bajos caen significa que hay caps de acople.

    Para lograr eso usando el multimetro habria que medir el Zout a diferentes frecuencias (20 Hz vs 200 Hz por ejemplo), si es mucho más alto a 20 Hz significa usa caps de acople y para eso el multimetro tiene que ser preciso a esas frecuencias, esto se determina midiendo un tono a 50 Hz, y luego no tocar ningun volumen y cambiar solo el tono por uno de 200 Hz y luego a 20 Hz, si en ambos casos sigue midiendo el mismo voltaje (con un leve margen de error) el multimetro te sirve para eso, pero sinceramente mejor hacer la prueba en RMAA.

    Otra ventaja de usar un ADC es que detectas si hay clipping fácilmente, si se preguntan porque se tiene que hacer a 0.5V es porque el aparato puede clipear a un voltaje mayor, cosa que aún puede pasar incluso a 0.5V (pero joder ya es muy raro).


    Y eso es todo. xd


    Se agradece que vayan reportando todos los Zout que hayan medido en la lista de impedancias de salida de reddit:

    https://www.reddit.com/r/headphones/wiki/tech/output_impedance_database
    Si no los deja editar diganme y yo los pongo.

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    Cualquier duda no duden en preguntar.
     
    Last edited: 29/4/17
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  3. Bye001

    Bye001 Orejas de Madera

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    Y lo mejor... ¡Lo he entendido casi todo! [​IMG]
     
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  4. castañas

    castañas Orejas de Madera

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  5. Victor

    Victor Medio Sordo

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    Hola.
    Tengo un duda sobre el tema, te agradecería que me echaras una mano Samuero.
    Quiero conectar varios auriculares a la salida de auriculares de una mesa de mezcla.
    Las características que pone son:
    Auriculares: Impedancia nominal de 32 Ohmios / Sensibilidad: 113 dB / mW
    Mesa Soundcraft Signature MTK12: Headphones (@150Ω): 300mW
    Como cambia la impedancia al conectar varios auriculares a una misma salida?
    Habría algún problema si lo hago?
    Es imprescindible utilizar un amplificador de auriculares o podría hacerlo solo con un adapatador de 1 jack a 5 jacks?

    Gracias de antemano.
     

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