Impedancja słuchawek lub impedancja odnosi się do nominalnej lub impedancji przez prąd zmienny / na wejściu słuchawek. Impedancja jest sumą składowej rezystancyjnej i reaktancyjnej.
Impedancja słuchawek powinna być dobrana odpowiednio do sprzętu, z którym zamierzamy ich używać. Zasadą jest, że słuchawki o niższej impedancji powinny być wybierane do użytku ze sprzętem przenośnym, natomiast słuchawki o wyższej impedancji powinny być wybierane do sprzętu stacjonarnego. Słuchawki niskoimpedancyjne są definiowane jako słuchawki o impedancji do 100 ohm. W przypadku konwencjonalnego sprzętu przenośnego zalecane są słuchawki o impedancji od 16 do 32 omów, maksymalnie 50 omów. Jeśli jednak słuchawki mają wysoką czułość, można zastosować również wyższe impedancje.
Wzmacniacze przenośne mają mocno ograniczone poziomy napięcia wyjściowego, ale generalnie nie mają twardych limitów na poziomy prądu. Dlatego tylko słuchawki o niskiej impedancji mogą zapewnić maksymalną możliwą moc wyjściową dla sprzętu przenośnego. W przypadku urządzeń stacjonarnych ograniczenie napięcia nie jest zwykle tak niskie, a do uzyskania wystarczającej mocy można użyć słuchawek o wysokiej impedancji. Słuchawki o wysokiej impedancji są korzystniejszym obciążeniem dla wzmacniacza, z mniejszymi zniekształceniami.
Głośność słuchawek zależy przede wszystkim od ich czułości, a impedancja określa, jak dużą moc może dostarczyć wzmacniacz. Na przykład słuchawki A i B mają taką samą czułość - 110dB/mW (czułość podawana jest w odniesieniu do mW). Odtwarzacz przenośny wytwarza na wyjściu napięcie nie większe niż 1V. Słuchawki A mają impedancję 16 omów, słuchawki B mają impedancję 150 omów. Dla słuchawek A odtwarzacz dostarczy 62 mW, ale dla słuchawek B już tylko 7 mW. W związku z tym, aby uzyskać taką samą głośność na słuchawkach B, należałoby dostarczyć takie same 62 mW, co jest możliwe przy napięciu 3V, podczas gdy w naszym przykładzie odtwarzacz jest ograniczony do 1V. Warto jednak pamiętać, że czułość może być określona w kategoriach napięcia, a nie mocy. Jeśli obie słuchawki mają określoną czułość, np. 110dB/V (czułość określona w stosunku do V), to niezależnie od ich impedancji będą grały tak samo głośno (jeśli wzmacniacz ma impedancję wyjściową bliską zeru).
Krzywa impedancji słuchawek może się różnić w zależności od typu słuchawek, np. dla dynamicznych słuchawek pełnowymiarowych w większości przypadków na wykresie można zaobserwować rezonans w zakresie niskich częstotliwości.
Wady i usterki mogą być również wykryte na krzywej Rz, jeśli krzywa wykazuje silne rezonanse w wąskich pasmach częstotliwości.
Zależność AFC i SPL od impedancji słuchawek
AFC słuchawek zależy od krzywej Rz i impedancji wyjściowej wzmacniacza. Im wyższa impedancja wyjściowa wzmacniacza, tym bardziej zmienia się AFC słuchawek zgodnie z krzywą Rz. W przykładzie, słuchawki mają czułość 110dB/V, impedancję 20 omów, a wartość szczytowa na krzywej Rz dla 60Hz wynosi 60 omów.
Po podłączeniu do wzmacniaczy o różnych impedancjach wyjściowych widać, jak zmienia się AFC. Widać, że po podłączeniu słuchawek do wzmacniacza o impedancji wyjściowej 300 Ohm, AFC przy 60 Hz zmienia się aż o 7 dB.
AFC jest wyświetlany na różnych poziomach, zgodnie z tym, jak zmieni się SPL (poziom ciśnienia akustycznego), gdy słuchawki o niskiej impedancji zostaną podłączone do wzmacniacza o danej impedancji wyjściowej. Jeśli podłączysz słuchawki do wzmacniacza o impedancji wyjściowej 300 omów, poziom SPL będzie niższy o 25 dB. W tym przypadku, wyjście wzmacniacza było ustawione na 1V RMS bez obciążenia (lub obciążenie większe niż 1000 omów). Tak więc słuchawki o niskiej impedancji grają ciszej niż słuchawki o wysokiej impedancji o tej samej czułości napięciowej, podłączone do wzmacniacza o wysokiej impedancji wyjściowej przy tej samej pozycji regulatora głośności.
Spadek amplitudy o dB w funkcji stosunku impedancji wewnętrznej wzmacniacza do obciążenia Rz przy danej częstotliwości można oszacować na poniższym wykresie.
Można zauważyć, że jeśli np. wzmacniacz ma rezystancję wewnętrzną 50 omów i bez obciążenia wytwarza pewien poziom sygnału, to po podłączeniu słuchawek o impedancji 25 omów - otrzymujemy stosunek rezystancji wzmacniacza do obciążenia równy 2, a spadek amplitudy wynosi ok. 10 dB. Jeżeli słuchawki mają impedancję 50 omów, to stosunek wynosi 1 i spadek amplitudy wynosi już 6dB, natomiast jeżeli słuchawki mają impedancję 100 omów, to stosunek wynosi 0,5 i spadek amplitudy wynosi 4dB.
Bardziej interesujący jest jednak wpływ działki Rz na ostateczny wynik AFC bez SPL. Przyjrzyjmy się małemu przykładowi.
Należy zwrócić uwagę na wartości maksymalne i minimalne na wykresie Rz. Otrzymujemy 150 omów przy maksimum i 40 omów przy minimum. Rezystancję wewnętrzną wzmacniacza przyjęto jako 60 omów. Mamy dwa współczynniki rezystancji, wzmacniacza wewnętrznego do Rz, które wynoszą 60/150=0,4 i 60/40=1,5.
Uzyskujemy nakładanie się 3 i 8 dB. Ich różnica będzie wynosić 5dB.
Teraz dla tego przypadku różnica pomiędzy minimum a maksimum będzie wynosić 5dB. Podobne obliczenia można przeprowadzić dla innych wartości impedancji wyjściowej. Dla 0 Ohmów otrzymujemy 0 dB, dla 25 Ohmów - 3 dB, dla 100 Ohmów - 6,5 dB, a dla 300 Ohmów - 9 dB.
