Menghubungkan Headphone ke Output Amplifier

 Pernahkah anda mengamati soket ke headphone yang terdapat pada suatu amplifier audio atau tape compo? Apakah anda pernah memikirkan bagaimana soket itu terhubung ke rangkaian amplifier di dalamnya?

Barangkali soket itu langsung terhubung ke rangkaian output dari amplifier dan memutusnya dari speaker ketika jack headphone ditancapkan. Namun terdapat permasalah ketika cara ini dilakukan. Output dari amplifier memiliki impedansi rendah yang sesuai untuk speaker, namun tidak untuk headphone. Persisnya begini:

1. Headphone mempunyai impedansi tinggi, sekitar 16-64 ohm. Sedangkan speaker pada umumnya memiliki impedansi yang lebih rendah, sekitar 4-8 ohm. Dengan demikian output amplifier diperkirakan memiliki impedansi yang kurang lebih sama dengan impedansi beban agar daya amplifier tersalurkan secara optimal.

2. Headphone memiliki rating daya yang rendah (maksimum sekitar 100-200mW). Sedangkan amplifier mengeluarkan daya lebih tinggi yang bervariasi mulai dari beberapa ratus miliwatt  sampai ratusan watt).

Jika headphone disambungkan secara langsung tanpa memperhatikan kedua pemasalahan ini, maka daya amplifier yang terlalu tinggi bisa merusak headphone.

 Nah, sebenarnya dengan impedansi headphone yang lebih tinggi ini, maka secara otomatis, daya yang dikeluarkan akan turun dari nominal daya amplifier. Teori yang diperlukan sebenarnya cukup simple yaitu hukum ohm (V = I*R) dan rumus daya (P = V*I).

Agar lebih jelas, sekarang kita tinjau sebuah kasus.

Sebuah headphone dengan impedansi 32 Ohm dan daya maksimum 135mW akan dihubungkan ke sebuah amplifier Hi-Fi berdaya maksimum 18 Watt RMS dengan impedansi 8 Ohm. Bagaimana caranya agar audio dapat didengarkan dengan headphone, dengan suara yang mendekati kualitas asli amplifier tersebut?

Setidaknya ada 4 cara yang dapat dilakukan untuk menyambungkan headphone itu. Cara pertama adalah dengan menggunakan trafo penyesuai impedansi. Namun demikian, mencari trafo yang sesuai dengan rancangan yang spesifik bukanlah hal yang praktis untuk dilakukan. Cara yang kedua yaitu dengan menyambungkan secara langsung, namun memberikan resistor pembagi tegangan atau pengatur volume pada input amplifier. Cara ini akan bekerja, namun karena sistem amplifier menghasilkan noise dan amplifier tersebut berdaya cukup besar, maka noise juga akan terdengar sangat kuat di headphone. Cara yang ketiga yaitu dengan menyambungkan resistor secara seri pada headphone. Dengan car aini maka daya pada headphone akan turun, namun kita akan kehilangan nada-nada tinggi di headphone. Hal ini disebabkan karena headphone bersifat induktor, sehingga ketika dihubungkan dengan resistor terutama yang bernilai tinggi, maka dia akan membentuk sebuah topologi Low Pass Filter. Pada prinsipnya, resistor seri harus sekecil mungkin agar frekuensi tinggi dapat dipertahankan, sedangkan daya yang dilepaskan oleh headphone harus disesuaikan dengan kemampuannya. Sehingga solusi yang paling tepat dan efisien adalah dengen memberikan resistor pembagi tegangan pada output amplifier. Nilai dari komponen yang digunakan dapat ditentukan dengan hitungan sederhana berikut ini:

Karena P = V^2/R, maka amplifier 18 watt RMS dengan impedansi 8 Ohm memiliki tegangan maksimum sebesar Vmi = sqrt(P*Rs) = 12 Volts.

Jika tegangan ini dihubungkan langsung dengan headphone maka daya yang dikeluarkan headphone adalah Ph=V^2/Rh = 4.5 Watt. Daya ini jauh di atas kemampuan maksimum headphone kita dan dapat dipastikan merusak headphone. 

Dengan rangkaian pembagi tegangan di atas, agar daya yang dikeluarkan headphone 135 mW, maka tegangan pada terminal headphone haruslah V = sqrt(0.135*32) = 2.08 Volts.

Maka nilai pembagian tegangan pada headphone dengan tegangan output amplifier haruslah sama dengan perbandingan impedansi dari 2.08/12 = (R2||32)/R1+(R2||32). Sedangkan impedansi total dari rangkaian tersebut harus dibuat sama dengan impedansi speaker seharusnya yaitu 8 Ohm. sehingga R1+(R2||32) = 8 Ohm.

Nah, dari kedua persamaan ini, maka kita bisa menentukan nilai yang tepat dari R1 dan R2 agar daya yang dikeluarkah headphone tepat, tidak terlalu besar ataupun terlalu kecil, dan amplifier terbebani dengan semestinya sehingga suara yang dikeluarkan oleh headphone mendekati suara asli dari amplifier ketika terhubung dengan speaker. Terakhir, jangan lupa memastikan bahwa semua resistor yang digunakan memiliki rating daya di atas daya yang dilepaskannya.

 Catatan:

-- Vmi adalah tegangan pada terminal output amplifier dimana ketika dia dibebani dengan impedansi yang tepat (8 Ohm) akan mengeluarkan daya maksimum (18 Watt).

-- Vol adalah tegangan amplifier ketika tanpa beban. Daya maksimum terjadi jika impedansi beban sama dengan impedansi transmisi (dalam hal ini impedansi amplifier). Jadi secara mudah dapat 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.