¿Cómo medir la impedancia de los auriculares para una frecuencia de corte objetivo?

Question

Digamos que tengo una señal de audio con un desplazamiento de corriente continua y quiero usar mis auriculares para escucharla claramente. Dado que soy humano, mi rango auditivo es de 20Hz a 20kHz. Esto significa que necesito filtrar componentes de muy baja frecuencia, es decir, donde f<20Hz. Significa que la frecuencia de corte para el circuito del filtro paso alto simple en mi figura debe ser tal que 1/2*pi_R_C=20Hz. Aquí necesito conocer la impedancia del auricular (mostrado como R en la figura) para elegir un condensador adecuado.

En este punto estoy confundido:

Mi pregunta es ¿cómo puedo medir esta impedancia? ¿Simplemente utilizando un ohmímetro? ¿Pero qué sucede si tiene diferentes impedancias en diferentes frecuencias? ¿Debo aplicar una señal de CA a una frecuencia particular y medir su impedancia? ¿La impedancia del auricular es puramente resistiva?

Answer 1

Depender de la impedancia de los auriculares para filtrar probablemente no es una buena idea. Diferentes tipos de auriculares serán significativamente diferentes. Incluso diferentes instancias del mismo modelo de auriculares pueden ser diferentes. La impedancia de los auriculares no es solo resistiva sino también reactiva, y se necesitará algún trabajo para caracterizarla. Alguien podría enchufar tu cosa en una entrada de línea, en lugar de auriculares, y esperar que funcione.

En su lugar, considera amplificar la salida. Para auriculares, un amplificador operacional servirá. De hecho, puedes encontrar un montón de diseños en línea para "amplificadores de auriculares". Algunos de ellos incluso utilizan amplificadores operacionales muy costosos de Burr-Brown que cuestan $50 o más, y, me han dicho, que suenan mejor que las conexiones de flujo de unobtainium. Personalmente, solo uso los amplificadores operacionales que tengo en el cajón de piezas. De todos modos:

simula este circuito – Esquemático creado utilizando CircuitLab

Ahora calcular C1 es fácil, porque también puedes elegir R1. Solo hazlo significativamente más grande que tu impedancia de origen. Haz que C1 sea lo que quieras para obtener la respuesta de frecuencia deseada. La impedancia de los auriculares es en gran medida irrelevante, porque la impedancia de salida de OA1 es tan pequeña.

Answer 2

Usaría la impedancia nominal de los auriculares y acolchar generosamente. Necesitarás un gran condensador electrolítico, de cientos de microfaradios o más.

Si buscas fidelidad, entonces los cálculos de filtro que tienes en mente podrían ser descartados, porque si buscas fidelidad, los condensadores de acoplamiento de altavoces deben ser significativamente sobredimensionados para minimizar la distorsión de baja frecuencia. [Fuente: Manual de diseño de amplificadores de potencia de audio, Douglas Self].

(Si no buscas fidelidad, entonces ¿por qué molestarse en tratar de lograr una excelente respuesta en baja frecuencia?)

Existe una solución de amplificador para evitar el condensador que no implica obtener un suministro de voltaje dual para un amplificador operacional.

Es decir, puedes utilizar algún chip de amplificador de audio barato y fácil de usar. Existente chips que tienen salidas que consisten en etapas de amplificación en puente, lo que permite que el chip funcione con un suministro de voltaje único, pero que conduzca un altavoz sin condensador de acoplamiento. A diferencia de los amplificadores operacionales, tales chips pueden conectar cargas de altavoces de baja impedancia (para lo que están diseñados).

Answer 3

La impedancia variará con diferentes frecuencias, pero esto está principalmente gobernado por las propiedades acústicas de los auriculares al usarlos. A cualquier frecuencia que no sea realmente baja, el capacitor que elijas será una impedancia pequeña y cualquier variación a partir de 200Hz será en gran medida imperceptible.

Si tus auriculares tienen una impedancia de 30 ohmios, entonces el capacitor que elijas tendrá una impedancia de 30 ohmios a 20 Hz - a 200 Hz el capacitor será de 3 ohmios y a 2 kHz el capacitor será de 0.3 ohmios. Como puedes ver, a medida que la frecuencia aumenta, esto se vuelve mucho menos importante.

En cuanto a la entrega de energía, la impedancia de los auriculares es principalmente resistiva pero habrá una pequeña inductancia de fuga en serie que será aproximadamente de 10uH. Si eliges un capacitor de 270 uF (29 ohmios a 20Hz), podrías esperar un poco de resonancia con la inductancia de la bobina y esto ocurriría en F = \$\dfrac{1}{2\Pi\sqrt{LC}}\$ = 3063Hz.

Pero todo esto es muy amortiguado por las resistencias. Por ejemplo, un altavoz de 30 ohmios podría tener una resistencia en cd de 25 ohmios y esto reduciría seriamente el amortiguamiento y nuevamente no notarías realmente nada acústicamente. Una resistencia de 1 ohmio produciría un factor Q significativamente menor que la unidad.