Tại sao ampe âm thanh yêu cầu điện áp đường sắt cao như vậy?

Đây có thể là một câu hỏi ngớ ngẩn, nhưng tôi chưa thể tìm thấy nó được giải quyết trực tiếp ở bất cứ đâu trên internet. Tôi cũng có một số câu hỏi liên quan trực tiếp, mà tôi hy vọng không đi lạc quá xa chủ đề.

Trong thiết bị chuyên nghiệp, tín hiệu âm thanh ở mức Đường dây xấp xỉ ~ 3,5V đến cực đại , vậy tại sao các mạch âm thanh thường yêu cầu hoặc đề nghị điện áp đường ray từ +/- 12 v trở lên?

Đây hoàn toàn là một điều đầu tiên? Hoặc phi tuyến tính trong op amps phụ thuộc vào điện áp cung cấp?

Hoặc để hỗ trợ các thành phần rẻ hơn? Nhìn vào bảng dữ liệu của TL072, điện áp đầu ra tối đa có thể thấp bằng 2/3 đường ray nếu điện trở tải xuống thấp (2k Ohm), nhưng thường ở mức 90% của đường ray cho tải 10k Ohm. Nhưng, bạn cũng có thể sử dụng một op-amp cao cấp hơn là đường sắt-ray?

Điều chính đặt ra câu hỏi này là xem bảng dữ liệu cho Cirrus CS4272 và sơ đồ / dữ liệu trên bảng đánh giá. Trong trường hợp đó, mặc dù ADC hoạt động từ 0v đến 5v, họ vẫn chọn sử dụng nguồn cung cấp lưỡng cực +/- 18V cho bộ đệm đầu vào. Trong ví dụ cụ thể đó, họ đang sử dụng NE5532D8, có độ xoáy đầu ra trong trường hợp xấu nhất là 80% của đường ray và hỗ trợ các đường ray thấp tới +/- 3v.

Vậy, tại sao họ sẽ sử dụng nguồn cung cấp +/- 18V nếu ADC chỉ hỗ trợ âm thanh 0-5v (có lẽ bị sai lệch khoảng 2,5v) và sử dụng nguồn cung cấp +/- 3v vẫn có thể dễ dàng phù hợp với phạm vi đỉnh-đỉnh 3,5V?

Theo biểu dữ liệu, cũng không có tỷ lệ (tăng hoặc giảm) xảy ra trong mạch này:

Đầu nối XLR cung cấp đầu vào tương tự CS4272 thông qua hệ số khuếch đại đơn vị, mạch vi sai ghép nối AC. Tín hiệu vi sai 2 Vrms sẽ đưa các đầu vào CS4272 lên toàn thang đo.

Vì vậy, bất kỳ tín hiệu nào vượt quá mức đường dây sẽ bị cắt bởi ADC bằng mọi cách. Có tốt hơn khi có sự cắt trong ADC so với op amp không? Hoặc là đường ray cao hơn cần thiết cho giai đoạn đầu ra, mặc dù nó vẫn chỉ cung cấp tín hiệu đầu ra mức đường dây từ đỉnh đến đỉnh ~ 3,5v?

Trong bối cảnh điều khiển ADC cung cấp đơn 5v, lý do nào khiến việc sử dụng giai đoạn đầu vào với nguồn cung lưỡng cực cao hơn là tốt hơn so với sử dụng một thứ như LT1215 trên nguồn cung cấp đơn ở 5v? (Tôi không thể đăng một liên kết vì tôi chưa có 10 danh tiếng trên Stack Exchange cụ thể này ... Nó đủ dễ để google)

Cảm ơn!

1. Ngày nay, thiết bị âm thanh độ phân giải cao hoạt động với âm thanh 24 bit, chẳng hạn như bộ trộn, sử dụng đầu vào vi sai 600 ohm và kết nối buss bên trong (cho đến khi tín hiệu được số hóa) cần dao động điện áp +/- 10 volt để xử lý dải động 120dB của các rãnh âm thanh SACD / DVDV / Blu-Ray. IC trình điều khiển khác thường là SSM2142 có đường ray cung cấp +/- 18 volt (trong các bộ trộn).
2. Có, một số điện áp phụ này là để bù cho Vdrop trên các tải 600 ohm ở xa, do đó, một xoay +/- 10 volt có sẵn khi tải. Điện áp ổ đĩa cao hơn này bắt đầu với CD (đầu những năm 1980) có dải động khoảng 90dB và chúng làm quá tải đầu vào của nhiều âm thanh nổi cũ nên âm thanh rất méo.
3. Cách khắc phục là cài đặt bộ điều hợp phono-plug -6dB để mức độ được giảm xuống mức mà âm thanh nổi cũ đã sử dụng. Tôi không thể giải thích được tại sao một nhà thiết kế sẽ sử dụng op-amp điện áp cao để điều khiển ADC điện áp thấp, trừ khi đầu vào là tiêu chuẩn SACD +/- 10 volt, sau đó chia nó xuống trước ADC.
4. Ngày nay, đầu ra CD / SACD / DVD / Blu-Ray có dao động +/- 10 volt làm đầu ra tối đa, do đó, chỉ cần IC đầu ra tương tự phải có đường ray điện áp cao. Trước IC này, tín hiệu vẫn ở định dạng kỹ thuật số. Máy nghe nhạc MP3 có thể hoạt động với điện áp thấp hơn nhiều, vì dải động khoảng 60dB.
5. Một trình phát chất lượng cao hơn có thể phát các tệp CD có thể có phạm vi động 90dB bằng cách chỉ tăng điện áp cho IC của trình điều khiển tai nghe / tai nghe.
6. Trừ khi bạn xử lý âm thanh 24 bit hoặc các phép đo DC cực kỳ chính xác, các nguồn cung cấp đơn 5 volt và 5 volt và 3,3 volt của ADC và DAC đủ tốt cho CD, MP3 và âm thanh thông thường. Vì vậy, các bộ khuếch đại 'chopper' cũng có thể thực hiện các phép đo DC chính xác với nguồn 5 volt, mặc dù tốc độ mẫu được giới hạn ở mức có thể là 100 sps, điều này sẽ tăng theo thời gian. Bộ khuếch đại công suất sử dụng đường ray +/- 15 volt (hoặc cao hơn) cho op-amps để xử lý âm thanh độ phân giải cao ngày nay mà hầu như không bị méo tiếng.
7. Nếu nhà thiết kế cài đặt op-ampe +/- 12 volt trong mạch ADC 5 volt, thì có thể dễ thiết kế, có thể điều khiển tải trở kháng thấp hơn và / hoặc để tránh mua op-ampe điện áp thấp 'đặc biệt' có thể chỉ cần thêm đến chi phí tồn kho.
8. Nếu bạn tra cứu SACD, đó là định dạng ghi âm 24 bit ở cấp độ studio được trộn lẫn với các bản âm thanh DVD / Blu-Ray, với các buổi hòa nhạc cũng có định dạng trộn xuống 16 bit cho CD. +/- 10 volt là mức dòng tối đa cho tải 600 ohm hoặc cao hơn, nhưng âm thanh gia đình ngày nay mong đợi các mức này từ các thiết bị này.
9. Tiêu chuẩn 'Băng vào' và 'Băng ra' và MP3 và băng cassette vẫn hoạt động ở mức tín hiệu ban đầu, khoảng +/- 1 volt. Các tiêu chuẩn mức cũ vẫn tồn tại, nhưng bên cạnh âm thanh độ phân giải cao (24 bit).
10. ADC năm volt và 3,3 volt có khả năng phạm vi động hơn nhiều (sàn có độ ồn rất thấp) trong quá khứ. Tôi không có ý ám chỉ rằng ADC 5 hoặc 3,3 volt không thể xử lý âm thanh độ phân giải cao, miễn là mục đích được xây dựng cho nhiệm vụ đó. Chi phí ban đầu của họ rất cao nhưng đang giảm dần qua từng năm.
11. Vì vậy, gọi là op-amps "điện áp cao" được sử dụng vì nhiều lý do, bao gồm âm thanh và âm thanh siêu âm. Đường ray cung cấp +/- 12 volt thực sự ở phía thấp, vì LTC6090 có đường ray cung cấp +/- 70 volt, để kiểm soát siêu âm và chuyển động.
12. Một số bộ khuếch đại công suất âm thanh, chẳng hạn như các bộ khuếch đại trong dòng Metron của Cerwin-Vega, có đường ray cung cấp +/- 130 volt, cho công suất 1.500 watt, do đó, giai đoạn preamp với đường ray +/- 15 volt có vẻ như điện áp thấp.
13. Trong trường hợp này và các trường hợp khác, điện áp cao hơn là cần thiết bởi vì giai đoạn tiếp theo hoặc thiết bị mục tiêu cần dải điện áp rộng đó để hoạt động đúng. Tải có thể là một bộ chia điện áp được thiết kế cho tải có độ ồn thấp trở kháng thấp hoặc kết hợp trở kháng đơn giản.
14. Nhân tiện, "xxdB" có liên quan đến tầng tiếng ồn của mạch hoặc bản ghi, sao cho độ ồn cao nhất ở mức sàn quá thấp để phát hiện hoặc có thể nhận thấy, so với 'âm lượng đầy đủ'. Ngoài ra, nó không cho biết điện áp mà IC được cung cấp bởi, nhưng IC yên tĩnh như thế nào khi không có tín hiệu được áp dụng, so với mức âm thanh đầy đủ.
15. Đường ray cung cấp +/- 12 volt trở lên đang được giảm xuống cho những thiết bị thực sự cần chúng, chẳng hạn như ampe điện, nguồn điện, thiết bị kiểm tra, v.v.
    
    EDIT: Do sự cải tiến liên tục trong tầng tiếng ồn của DC và IC âm thanh điều đáng nói là tại một số thời điểm, 'tiêu chuẩn' +/- 10 volt cũ thành thông số kỹ thuật 600 ohms sẽ được thay thế bằng điện áp thấp hơn thành 600 ohms. Tiêu chuẩn 600 ohm xuất phát từ những ngày chạy 200 feet cáp 32 sợi đôi được bảo vệ (STP) từ giai đoạn hòa nhạc đến tháp âm thanh cách đó 200 feet, và tại thời điểm đó thuận tiện cho các bộ trộn analog có đầu vào XLR 600 ohm .
    
    Tất cả những bước đắt là cần thiết để giữ cho tiếng ồn ra khỏi micro và nhạc cụ dây cáp, chẳng hạn như đèn trên cao, đèn nhấp nháy, laser, máy bộ đàm rằng phi hành đoàn giai đoạn sử dụng, vv
    
    Nói như vậy, rõ ràng là như thời gian qua đi nhiều nguồn âm thanh đang được số hóa tại nguồn, tránh sự cần thiết của "con rắn" 200 feet. Tại một thời điểm nào đó trong tương lai, tất cả các nguồn sẽ được số hóa ngay lập tức và có thể không trở lại tương tự cho đến khi tín hiệu đến tai nghe và loa, khiến câu trả lời hiện tại của tôi bị lỗi thời về tín hiệu, nhưng không phải là nguồn.

Trong những ngày xưa, các bộ khuếch đại cần một lượng biên tốt giữa dải điện áp đầu ra và điện áp cung cấp. Các opamp cũ hơn thường có 3V sụt áp trên mỗi đường ray.

Ngoài ra, việc có đầu ra tín hiệu ở xa giới hạn này sẽ đảm bảo tỷ lệ loại bỏ nguồn cung tốt hơn (các thiết kế cũ thường sử dụng nguồn cung cấp được điều tiết kém, chỉ sử dụng zener + NPN làm bộ điều chỉnh). Và những opamp nói chung có thông số kỹ thuật tổng thể tốt hơn (PSRR, CMR, THD + N, ...) khi điện áp cung cấp là higer. Ví dụ, xem thông số kỹ thuật THD + N của OPA134 (xuất hiện vào giữa những năm 90), một loại opamp phổ biến được sử dụng trong âm thanh cao cấp:

Bạn thấy rõ rằng THD + N tốt hơn với điện áp cung cấp cao hơn. Thậm chí không đề cập đến việc những opamp cũ hơn thường không bao giờ được chỉ định đầy đủ ở mức +/- 5V.

Vì vậy, mọi người sử dụng điện áp cung cấp khá cao. Đó chỉ là một điều tự nhiên để làm.

Ngày nay, tôi không chắc liệu điều này có còn hợp lý hay không. Các opamp đầu ra đường sắt mới hơn có thông số kỹ thuật tốt, và nếu nguồn cung của bạn đủ ổn định, từ chối cung cấp không phải là một vấn đề. Nhưng thông thường, những người thiết kế "thiết bị hifi cao cấp" không dễ dàng bắt đầu sử dụng những thứ mới hơn, vì vậy họ vẫn có thói quen này, tôi đoán vậy.

Bây giờ, nếu bạn muốn sử dụng LT1215 với một nguồn cung cấp 5V và nếu thông số kỹ thuật LT1215 đủ tốt cho bạn, thì mọi thứ đều ổn. Thông số kỹ thuật của nó không phải là vô lý. Chỉ cần kiểm tra xem dải điện áp đầu vào / xoay điện áp đầu ra có phù hợp với ứng dụng của bạn không. Nếu ADC có phạm vi đầu vào 0-5V, thì có LT1215 với mức tối đa đầu ra ~ 4.4V giới hạn sẽ cắt giảm một chút phạm vi động, nhưng có thể chấp nhận được. Tùy bạn

Tôi nghĩ rằng, với một nắp chặn DC ở đầu vào và một nắp chặn DC khác ở đầu ra, bất kỳ mạch op-amp chạy bằng lưỡng cực nào cũng có thể được kích hoạt lại để hoạt động với một nguồn cung cấp năng lượng duy nhất.

và tôi nghĩ rằng họ đã tạo ra một số op-amps trong thời hiện đại hoạt động hết công suất xuống còn 3,3 v. đây là một ví dụ tôi chỉ đơn giản là tìm thấy trên web: