Коэффициент демпфирования - Damping factor

В аудио система, то коэффициент демпфирования дает отношение номинального импеданса громкоговорителя к импедансу источника. Используется только резистивная часть импеданса громкоговорителя. Выходное сопротивление усилителя также предполагается полностью резистивным. Импеданс источника (видимый через громкоговоритель) включает импеданс соединительного кабеля. В сопротивление нагрузки ${ displaystyle Z _ { mathrm {load}}}$ (входное сопротивление) и сопротивление источника ${ displaystyle Z _ { mathrm {источник}}}$ (выходное сопротивление) показаны на диаграмме.

Фактор демпфирования ${ displaystyle DF}$ является:

{ displaystyle DF = { frac {Z _ { mathrm {load}}} {Z _ { mathrm {source}}}} ,}

Решение для ${ displaystyle Z _ { mathrm {источник}}}$ :

{ Displaystyle Z _ { mathrm {источник}} = { frac {Z _ { mathrm {load}}} {DF}} ,}

Объяснение

В громкоговоритель систем, значение коэффициента затухания между конкретным громкоговорителем и конкретным усилитель мощности описывает возможности усилителя контролировать нежелательное перемещение диффузора динамика возле резонансная частота акустической системы. Обычно он используется в контексте поведения низкочастотного драйвера, и особенно в случае электродинамических драйверов, которые используют магнитное поле. мотор для создания сил, которые перемещают диафрагма.

Диафрагмы динамиков имеют масса, и их окружение жесткость. Вместе они образуют резонансный системы, и резонанс механического конуса может быть возбужден электрическими сигналами (например, импульсы ) на звуковых частотах. Но водитель с звуковая катушка также является генератором тока, поскольку у него есть катушка, прикрепленная к конусу и подвеске, и эта катушка погружена в магнитное поле. При каждом движении катушки она будет генерировать ток, который будет восприниматься любым электрически подключенным оборудованием, например усилителем. Фактически, выходная схема усилителя будет основной электрической нагрузкой на «генератор тока звуковой катушки». Если эта нагрузка имеет низкое сопротивление, ток будет больше, и звуковая катушка будет более сильно вынуждена замедляться. Высокий коэффициент демпфирования (который требует низкого выходного сопротивления на выходе усилителя) очень быстро гасит нежелательные движения конуса, вызванные механическим резонансом динамика, действуя как эквивалент «тормоза» движения звуковой катушки (как короткое замыкание через клеммы роторного электрического генератора будет очень трудно повернуть). Обычно (хотя и не повсеместно) считается, что желателен более жесткий контроль движения звуковой катушки, поскольку считается, что это способствует лучшему качеству звука.

Высокий коэффициент демпфирования указывает на то, что усилитель будет лучше контролировать движение диффузора динамика, особенно в области низких частот около резонансной частоты механического резонанса динамика. Однако коэффициент демпфирования на любой конкретной частоте будет изменяться, поскольку звуковые катушки драйвера представляют собой комплексные импедансы, значения которых меняются с частотой. Кроме того, электрические характеристики каждой звуковой катушки будут изменяться с температурой; высокие уровни мощности увеличивают температуру катушки и, следовательно, сопротивление. И, наконец, пассивные кроссоверы (состоящие из относительно больших катушек индуктивности, конденсаторов и резисторов) находятся между усилителем и драйверами динамиков и также влияют на коэффициент демпфирования, опять же в зависимости от частоты.

Для аудио мощность усилители, импеданс этого источника ${ displaystyle Z _ { mathrm {источник}}}$ (также: выходное сопротивление ) обычно меньше 0,1 Ом (Ом), и с точки зрения звуковой катушки драйвера это почти короткое замыкание.

Номинал громкоговорителя сопротивление нагрузки (входное сопротивление) ${ displaystyle Z _ { mathrm {load}}}$ обычно составляет от 4 до 8 Ом, хотя доступны и другие громкоговорители с импедансом, иногда до 1 Ом.

Схема демпфирования

Напряжение, создаваемое движущейся звуковой катушкой, пропускает ток через три сопротивления:

сопротивление самой звуковой катушки;
сопротивление соединительного кабеля; и
выходное сопротивление усилителя.

Влияние сопротивления звуковой катушки

Это ключевой фактор в ограничении величины демпфирования, которое может быть достигнуто электрически, потому что его значение больше (скажем, от 4 до 8 Ом, как правило), чем любое другое сопротивление в выходной цепи усилителя, не использующего выходной трансформатор (почти каждый твердотельный усилитель на массовом рынке).

Обратный ток громкоговорителя рассеивается не только через выходную цепь усилителя, но также через внутреннее сопротивление самого громкоговорителя. Поэтому выбор разных громкоговорителей приведет к разным коэффициентам демпфирования при использовании одного и того же усилителя.

Влияние сопротивления кабеля

На коэффициент демпфирования в некоторой степени влияет сопротивление акустических кабелей. Чем выше сопротивление акустических кабелей, тем ниже коэффициент демпфирования. Когда эффект небольшой, его называют напряжением. мосты. ${ displaystyle Z _ { mathrm {load}}}$ >> ${ displaystyle Z _ { mathrm {источник}}}$ .

Выходное сопротивление усилителя

Современные твердотельные усилители, в которых используются относительно высокие уровни негативный отзыв для управления искажениями должны иметь чрезвычайно низкие выходные сопротивления - одно из многих последствий использования обратной связи - и небольшие изменения и без того низкого значения изменяют общий коэффициент демпфирования лишь на небольшую и, следовательно, незначительную величину.

Таким образом, высокие значения коэффициента демпфирования сами по себе мало что говорят о качестве системы; они есть в большинстве современных усилителей, но они, тем не менее, различаются по качеству.

Трубка усилители обычно имеют гораздо более низкие коэффициенты обратной связи и в любом случае почти всегда имеют выходные трансформаторы, которые ограничивают, насколько низким может быть выходное сопротивление. Их более низкие коэффициенты демпфирования - одна из причин, по которой многие аудиофилы предпочитают ламповые усилители. Если говорить даже дальше, то некоторые ламповые усилители вообще не имеют NFB.

На практике

Типичные современные твердотельные усилители с негативный отзыв как правило, имеют высокие коэффициенты демпфирования, выше 50, а иногда и выше 150. Высокие коэффициенты демпфирования имеют тенденцию уменьшать степень "звонка" громкоговорителя (подвергается нежелательным кратковременным колебаниям после подачи импульса мощности), но степень, в которой коэффициенты демпфирования выше примерно 20 помогают в этом отношении легко переоценить; будет значительное эффективное внутреннее сопротивление, а также некоторое сопротивление и реактивность в перекрестных сетях и акустических кабелях.^[1]^[2] Старые усилители, а также современные триоды и даже твердотельные усилители с низкой отрицательной обратной связью будут иметь коэффициент демпфирования ближе к единице или даже меньше 1 (очень низкий коэффициент демпфирования / усилители с высоким выходным сопротивлением приблизительно соответствуют источникам тока).

Большое количество демпфирования динамика не обязательно лучше,^[3] Например, разница в реальных результатах между высоким (100) и средним (20) коэффициентами демпфирования составляет всего 0,35 дБ.^[4] Некоторые инженеры, в том числе Нельсон Пасс утверждать, что громкоговорители могут звучать лучше с пониженным электрическим демпфированием.^[5] Более низкий коэффициент демпфирования помогает улучшить низкочастотные характеристики громкоговорителя на несколько децибелы (где импеданс динамика будет максимальным), что полезно, если для всего звукового диапазона используется только один динамик. Поэтому некоторые усилители, в частности винтажные усилители 1950-х, 60-х и 70-х годов, оснащены элементами управления для изменения коэффициента демпфирования. Хотя такое «усиление» низких частот может понравиться некоторым энтузиастам, оно, тем не менее, представляет собой искажение входного сигнала.

Одним из примеров старинного усилителя с регулятором демпфирования является Accuphase E-202, который имеет трехпозиционный переключатель, описанный в следующем отрывке из руководства пользователя:^[6]

«Speaker Damping Control улучшает характерные тональные качества динамиков. Коэффициент демпфирования твердотельных усилителей, как правило, очень велик и идеально подходит для демпфирования динамиков. Однако для некоторых динамиков требуется усилитель с низким коэффициентом демпфирования для воспроизведения насыщенного, насыщенного звука. E-202 имеет регулятор демпфирования динамика, который позволяет выбрать один из трех коэффициентов демпфирования и обеспечивает максимальные потенциальные характеристики любого динамика. Коэффициент демпфирования при нагрузке 8 Ом становится больше 50, когда этот регулятор установлен на НОРМАЛЬНОЕ. Точно так же он равен 5 при нагрузке. Положение MEDIUM и положение 1 SOFT. Это позволяет выбрать звук динамика, который вы предпочитаете ».

Напротив, в современных усилителях с высокой точностью воспроизведения существует тенденция разделять басовый сигнал и усиливать его с помощью специального усилителя. Часто усилители для низких частот интегрированы в корпус динамика, такая конфигурация известна как активный сабвуфер. В топологии, которая включает в себя специальный усилитель для низких частот, коэффициент затухания основного усилителя не имеет значения, а коэффициент демпфирования усилителя низких частот также не имеет значения, если этот усилитель интегрирован с динамиком и корпусом как единое целое, поскольку все эти компоненты разработаны вместе и оптимизированы для воспроизведения басов.

Демпфирование также является проблемой в гитарных усилителях (приложение, в котором желательны искажения), и низкое демпфирование может быть лучше. Многие гитарные усилители имеют регуляторы демпфирования, и тенденция к включению этой функции усиливается с 1990-х годов. Например, стоечный стереоусилитель Marshall Valvestate 8008.^[7] имеет переключатель между режимами «линейный» и «Valvestate»:

«Селектор Linear / Vstate. Сдвиньте, чтобы выбрать линейное исполнение или исполнение Valvestate. Режим Valvestate дает дополнительные теплые гармоники плюс богатство тона, которое является уникальным для силового каскада Valvestate. В линейном режиме создается четко определенный тон Hi-Fi, который дает полностью отличается по характеру звука и подходит для определенных современных "металлических" стилей или приложений PA.

Фактически это регулирование демпфирования, основанное на отрицательной обратной связи по току, что видно из схемы,^[8] где тот же переключатель обозначен как «Режим выходной мощности: ток / напряжение». Режим «Valvestate» вводит отрицательную обратную связь по току, которая увеличивает выходное сопротивление, снижает коэффициент демпфирования и изменяет частотную характеристику, аналогично тому, что происходит в ламповом усилителе. (Вопреки утверждениям в руководстве, эта топология схемы использовалась во многих твердотельных гитарных усилителях с 1970-х годов.)

Смотрите также

Сноски

^ Тул, Флойд Э. (февраль 1975 г.). "Демпфирование, коэффициент демпфирования и чертовски вздор" (PDF). AudioScene Canada: 16–17.
^ Аугспургер, Джордж Л. (январь 1967). "Дебаты о демпфирующем факторе" (PDF). Мир электроники. Издательская компания "Зифф-Дэвис".
^ Эллиотт, Род (20 января 2010 г.). «Импеданс и его влияние на звуковое оборудование». ESP. Получено 15 февраля 2016.
^ «Коэффициент демпфирования». Получено 15 февраля 2016.
^ Проходи, Нельсон. "1 усилители источника тока и чувствительные / полнодиапазонные драйверы" (PDF). Получено 15 февраля 2016.
^ «Интегрированный стереоусилитель Accuphase E-202» (PDF). Получено 22 августа 2011.
^ "Руководство по усилителям мощности Marshall Valvestate" (PDF). Получено 22 августа 2011.
^ "Схема Marshall 8008 Valvestate" (PDF). Получено 22 августа 2011.

использованная литература

Джулиан Л. Бернштейн, Audio Systems p364, паб John Wiley 1966

внешние ссылки

[1] Тул, Флойд Э. (февраль 1975 г.). "Демпфирование, коэффициент демпфирования и чертовски вздор" (PDF). AudioScene Canada: 16–17.

[2] Аугспургер, Джордж Л. (январь 1967). "Дебаты о демпфирующем факторе" (PDF). Мир электроники. Издательская компания "Зифф-Дэвис".

[3] Эллиотт, Род (20 января 2010 г.). «Импеданс и его влияние на звуковое оборудование». ESP. Получено 15 февраля 2016.

[4] «Коэффициент демпфирования». Получено 15 февраля 2016.

[5] Проходи, Нельсон. "1 усилители источника тока и чувствительные / полнодиапазонные драйверы" (PDF). Получено 15 февраля 2016.

[6] «Интегрированный стереоусилитель Accuphase E-202» (PDF). Получено 22 августа 2011.

[7] "Руководство по усилителям мощности Marshall Valvestate" (PDF). Получено 22 августа 2011.

[8] "Схема Marshall 8008 Valvestate" (PDF). Получено 22 августа 2011.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]