Menghubungkan Headphone ke Output Amplifier

Pernahkah kamu mengamati suatu amplifier audio yang mempunyai lubang soket ke headphone? Pernahkah kamu memikirkan bagaimana seharusnya soket itu terhubung di rangkaian amplifier?

Mari kita coba renungkan. Permasalahannya adalah bagaimana caranya menghubungkan headphone ke output amplifier. Ada dua hal yang perlu diperhatikan yaitu:
1. Headphone mempunyai impedansi 16-32 ohm, sedangkan output amplifier lebih rendah yaitu 4-8 ohm. Amplifier harus diberi beban sesuai impedansi outputnya agar bekerja sesuai spesifikasi desain.
2. Headphone mengeluarkan daya rendah (100-200mW) sedangkan amplifier mengeluarkan daya lebih tinggi (bervariasi beberapa watt - ratusan watt). Jika disambung secara langsung, daya amplifier ini bisa merusak headphone atau telingamu.

Sekarang, mari kita tinjau sebuah kasus.
Aku mempunyai sebuah headphone sennheiser dengan impedansi 16 ohm dan daya maksimum yang mampu dikeluarkannya adalah 135mW. Aku ingin memodifikasi sebuah speaker PC Altec Lansing yang berdaya 18 watt RMS dengan impedansi 4 ohm agar bisa didengarkan dengan headphoneku, dengan kualitas suara yang persis/mendekati suara speaker Altec Lansing itu. Bagaimanakah caranya?

Solusi:

Pmaks headphone = (Vmaks headphone ^ 2)/ Z
Vmaks headphone = sqrt(Pmaks headphone * Z)
             = sqrt(0.135 * 16)
             = 1.469693846

Pmaks amplifier = (Vmi amplifier ^ 2)/ Z
Vmi amplifier   = sqrt(Pmaks amplifier * Z)
             = sqrt(18 * 4)
             = 8.485281374
Vol amplifier   = 2 * Vmi
             = 16.970562748

Catatan:
-- Vmi adalah tegangan pada terminal output amplifier ketika dia dibebani dengan impedansi yang tepat (4 ohm) sehingga mengeluarkan daya maksimum.
-- Vol adalah tegangan amplifier ketika tanpa beban. Kamu ingat kan, daya maksimum terjadi jika impedansi beban sama dengan impedansi transmisi (dalam hal ini impedansi amplifier). Jadi secara mudah bisa kita temukan tegangan ketika tanpa beban adalah dua kali tegangan pada beban saat daya maksimum.
-- Daya amplifier adalah RMS, sehingga bisa kita gunakan pendekatan perhitungan rangkaian DC.

Setidaknya ada 4 cara untuk menyambungkan headphone itu:
1. Gunakan trafo penyesuai impedansi. Tetapi mencari trafo yang sesuai dengan rancangan kita bukanlah hal yang mudah. (lebih baik digunakan untuk aktifitas lain daripada membuang waktu)
2. Sambungkan secara langsung. Berikan pembagi tegangan atau pengatur volume pada input amplifier. Cara ini akan bekerja, tetapi karena sistem amplifier menghasilkan noise dan amplifier itu berdaya cukup besar, maka noise akan terdengar sangat kuat di headphone.
3. Sambungkan resistor secara seri. Oke, tegangan akan turun, tapi kamu akan kehilangan nada-nada tinggi di headphone. Karena komponen headphone adalah induktor, sedangkan resistor yang tinggi akan mengakibatkan rangkaian RL menjadi suatu Low Pass Filter.
4. Ini adalah cara yang paling tepat.
Kamu harus membuat rangkaian resistor seperti ini.

to amp  <--------
            a-> |
                _
               | |
               | |
               | |  R 1
               | |
                T
                |
           b->  |--------------
                |              |
                -              |
               | |             -
               | |              -
               | |  R 2          ) Z Headphone
               | |              -
                T              T
                |              |
           c->  |              |
gnd    -----------------------

Dimana:

Z total                   = 4 ohm = Zac
Z hp                      = 16 ohm
Vamp                      = 8.485281374
Vheadphone                = 1.469693846

Vamp/Vhp                  = Zac / Zbc
8.485281374 / 1.469693846 = 4 / Zbc
Zbc                       = 4 / (8.485281374 / 1.469693846)
                        = 0.692820323

Sehingga:

Zbc                        = (Z hp * R 2) / (Z hp + R 2)
Zbc * (Z hp + R 2)         = (Z hp * R 2)
(Zbc * Z hp) + (Zbc * R 2) = (Z hp * R 2)
(Zbc * Z hp)               = (Z hp * R 2) - (Zbc * R 2)
                         = (Z hp - Zbc) * R 2
R 2                        = (Zbc * Z hp) / (Z hp - Zbc)
                         = (0.692820323 * 16) / (16 - 0.692820323)
                         = 0.724178157 ohm
R 1                        = Zac - Zbc    
                         = 4 - 0.692820323
                         = 3.307179677

Terakhir, jangan lupa memastikan bahwa semua resistor memiliki rating daya di atas daya yang dilepaskannya.
Solved !!