Коэффициент демпфирования усилителя что это такое
Коэффициент демпфирования
Часто можно слышать фразы «усилитель хорошо контролирует динамик» или «у усилителя недостаточно контроля». Иногда с этим связывают такой параметр как коэффициент демпфирования усилителя. Давайте сегодня разберёмся что всё это означает.
Для начала обратим внимание на динамик. Он представляет собой самую настоящую колебательную систему, в которой диффузор и прикрепленная к нему звуковая катушка могут двигаться. Принцип работы — как у электродвигателя: через катушку, находящуюся в магнитном поле, течет ток, и возникает толкающее усилие.
И всё бы хорошо, но вся эта подвижная система имеет вполне конкретную массу, а это значит, что на какой-то определенной частоте будет входить в резонанс (эту частоту так и называют — частота собственного резонанса динамика — и обозначают как Fs). А во что превращается электродвигатель, если его раскрутить принудительно? Он сам становится генератором и начинает вырабатывать электрический ток.
Так и динамик — когда он входит в резонанс, то сам превращается в генератор и вырабатывает напряжение «в противовес» сигналу с усилителя. При этом ни о какой точности движений диффузора вслед за сигналом с усилителя речи уже не идёт. Поэтому такое своевольничанье динамика нужно пресекать.
В нормальном режиме работы усилитель — это источник сигнала, а динамик — нагрузка для него. Когда же сам динамик превращается в подобие генератора, то тут уже усилитель становится для него нагрузкой. Вернее, его выходное сопротивление. Чтобы усмирить возникающие паразитные колебания, оно должно быть как можно ниже. Усилитель должен попросту закорачивать этот «генератор» и тем самым гасить резонансные колебания динамика. Собственно, выражение о том, хорошо ли усилитель контролирует динамик, как раз и означает, насколько эффективно он противостоит всем этим резонансным явлениям.
А можно ли выразить это в цифрах? Например, просто измерить выходное сопротивление усилителя? Ведь чем оно будет меньше — тем лучше? Можно, но лучше соотнести его с сопротивлением нагрузки (нагрузкой для усилителя является акустическая система). Это соотношение — и есть коэффициент демпфирования. Его еще называют демпинг-фактором (damping-factor).
Коэффициент демпфирования = Rнагрузки / Rвыходное усилителя
Чем выше этот коэффициент, тем, при прочих равных, лучше. Например, старым стандартом DIN 45500 определялось, что он должен быть хотя бы 20. Сейчас он во многом утратил свою актуальность, ведь современные усилители могут иметь коэффициент демпфирования уже порядка сотен.
#ddaudio #dd #sq #ddkrd #krasnodar #Краснодар #пофактуотddkrd
Что такое коэффициент демпфирования нагрузки
ВОПРОС
Собираюсь приобрести усилитель и в процессе выбора задался вопросом: что такое коэффициент демпфирования нагрузки? Его указывают в документации далеко не ко всем усилителям — он что, не важен?
На одном форуме читал, что демпинг-фактор на звук не влияет, поэтому нет смысла на него вообще смотреть. И указывают его, мол, только на старых моделях усилителей которые выпускают не один десяток лет с незначительными изменениями. Так ли это на самом деле?
ОТВЕТ
Под коэффициентом демпфирования (иногда его ещё называют демпинг-фактором) подразумевают отношение импеданса нагрузки (то есть акустики) к выходному сопротивлению усилителя. У идеального усилителя напряжение на выходе не должно зависеть от изменения нагрузки, но для этого он должен обладать собственным нулевым импедансом. На практике это, конечно, невозможно, хотя в своё время было разработано немало схем с отрицательным выходным сопротивлением. Речь идёт, естественно, о транзисторных усилителях, поскольку у ламповых моделей высокий импеданс обусловлен сопротивлением вторичной обмотки выходного трансформатора или внутренним сопротивлением выходной лампы, если схема бестрансформаторная.
Итак, чем ниже выходное сопротивление усилителя и, соответственно, больше демпинг-фактор, тем, по идее, меньше напряжение на выходных клеммах усилителя зависит от импеданса колонок. Это особенно важно, поскольку последний параметр в большинстве случаев зависит от частоты.
Ещё один важный момент: в громкоговорителе во время работы возникает противо-ЭДС, то есть катушка динамика не только движется в магнитном зазоре под воздействием переменного тока, но и в ней самой наводится электродвижущая сила. И хотя её амплитуда существенно меньше, чем у сигнала на входных клеммах акустики, она вызывает паразитные колебания диффузора, которые «размазывают» музыкальные импульсы. На слух в наибольшей степени это проявляется в нечёткости басов, гулкости и потере музыкального разрешения. Величина противо-ЭДС зависит от выходного сопротивления усилителя — чем оно меньше, тем слабее наведённый ток и тем менее заметно его влияние. При условии, конечно, что динамическая головка подключена предельно коротким проводом непосредственно к усилителю. Такое бывает — в активной акустике.
Естественно, это объяснение является предельно упрощённым, поскольку громкоговоритель — очень сложная электромеханическая резонансная система. Тем не менее даже из этой примитивной трактовки должно быть понятно, что высокое значение коэффициента демпфирования является благом. Вопрос только в том, как конструкторы добиваются его увеличения. Главным образом — за счёт увеличения глубины обратной связи. Одновременно снижается уровень искажений, выравнивается частотная характеристика, в общем, улучшаются все основные параметры усилителя. Однако в 70-х годах прошлого века инженеры обратили внимание, что глубокая отрицательная обратная связь увеличивает время реакции усилителя на быстрые импульсы в музыкальном сигнале, что пагубно сказывается на верности воспроизведения. Пришло понимание, что увеличение коэффициента демпфирования за счёт обратной связи приносит больше вреда, чем пользы. Более того, высчитанный по формулам или измеренный в лаборатории коэффициент на практике оказывается значительно меньше из-за кабелей и пассивных кроссоверов, имеющих собственное сопротивление — оно складывается с выходным импедансом усилителя, отчего реальный коэффициент демпфирования становится совсем небольшим. Вот почему производители и перестали бахвалиться высоким демпинг-фактором и указывать его в технических характеристиках усилителей.
Но тогда возникает вопрос: как гасить паразитные колебания, возникающие в динамике? Только за счёт механического демпфирования в акустике, чтобы паразитные колебания гасились и превращались в тепло внутри колонки. Естественно, это усложняет и удорожает конструкцию драйверов и акустического оформления. Вот почему мы всегда советуем брать колонки «на вырост» — более дорогие, чем вы можете, как вам кажется, себе позволить. Хотя и при выборе остальных компонентов системы следует действовать точно так же.
Опции темы
механическое демпфирование, определяемое потерями на внутреннее трение в подвесе
акустическое демпфирование, определяемое особенностями акустического оформления
электрическое демпфирование, определяемое выходным сопротивлением усилителя
Механическое демпфирование определяется конструктивными особенностями динамической головки и закладывается на этапе ее проектирования. Изменить его величину в готовом динамике редко представляется возможным. Как самостоятельное решение акустическое демпфирование применяется в виде заполнения корпуса акустической системы звукопоглощающим материалом. Кроме того, акустическое демпфирование входит в конструктивное оформление закрытых СЧ и ВЧ головок. Некоторое влияние на акустическое демпфирование оказывает и сопротивление излучения динамической головки. Однако, вклад всех этих составляющих в общую степень демпфирования головки невелик. Таким образом, электрическое демпфирование становится основным инструментом воздействия на переходные характеристики системы «усилитель-динамическая головка».
Вычислить выходное сопротивление усилителя в любительских условиях можно, если при одинаковом входном сигнале измерить его выходное напряжение на холостом ходу (Eo) и на нагрузке (U) определенного сопротивления (R). Однако точность этого простого метода снижается при выходном сопротивлении усилителя меньше 0,05 Ом.
Высокий демпинг-фактор (более 50) требуется для динамических головок с легким подвесом и большой массой подвижной системы, работающих с заходом в область основного механического резонанса (сабвуфер или мидбас с активным кроссовером, широкополосные головки без кроссовера);
Для динамических головок, резонансная частота которых находится за пределами рабочей полосы частот (СЧ, ВЧ) демпинг-фактор при многополосном усилении значения не имеет, поскольку электрическое демпфирование наиболее эффективно для подавления основного механического резонанса подвижной системы;
При работе с пассивным кроссовером демпинг-фактор системы определяется главным образом выходным сопротивлением кроссовера в полосе его пропускания, поэтому требования к демпинг-фактору усилителя можно снизить (20. 30). Дальнейшее увеличение выходного сопротивления усилителя может вызвать изменение частот среза кроссовера;
Демпфирование структурных резонансов в материале диффузора и подвеса не входит в функцию усилителя и может осуществляться только механически. Это проблема динамической головки;
Для усилителей с высоким выходным сопротивлением (источников тока) понятие демпинг-фактора лишено смысла. В этом случае для подавления основного механического резонанса подвижной системы можно использовать только акустическое демпфирование.
выбираем усилок Демпфинг-фактор
Определение: Демпфинг-фактор (коэффициент демпфирования) — характеристика усилителя, определяющая его взаимодействие с нагрузкой (акустической системой).
Немного теории:
«Демпфинг-фактор(ДФ) это один из способов (и не очень хороший) выражения выходного импеданса усилителя. Идеальный усилитель должен был бы иметь нулевое выходное сопротивление — вне зависимости от отдаваемого им тока выходное напряжение не менялось бы и не подсаживалось.
В реальности, усилители обладают некоторым выходным импедансом. В хорошей конструкции он очень мал, порядка сотых долей ома. ДФ выражает его в виде отношения с импедансом нагрузки, так что усилитель с выходным импедансом 80 миллиом, нагруженный на 8-омный динамик, будет иметь ДФ 8/0.08=100. Усилитель с выходным импедансом 8 миллиом будет иметь ДФ 8/0.008=1000. Коэффициенты демпфирования отличаются сильно, но разница в работе усилителя составляет лишь малую часть ома.
Не всегда понимают, что ДФ меняется в зависимости от частоты, оставаясь постоянным на низких частотах (скажем до 1 кгц) и падая в высокочастотной части диапазона. В паспортных данных всегда приводится значение на низких частотах.
Проблема с термином «Коэффициент демпфирования» в том, что название подразумевает, будто он сильно влияет на демпфирование громкоговорителя, но это не так. Конечно, на резонанс НЧ головки громкоговорителя влияет последовательное сопротивление ее электрической цепи, но почти все оно состоит из сопротивления катушки динамика, которое обычно находится в пределах 5-7 ом. Кроссовер (фильтр) добавляет еще порядка 1 ома, да еще соединительный кабель вносит порядка 1/4 ома. Ясно, что выходное сопротивление хорошего усилителя составляет совсем незначительную долю в этом сопротивлении, и таким образом, разница между ДФ 100 и 1000 с точки зрения демпфирования громкоговорителя пренебрежимо мала. (К тому же низкочастотный резонанс громкоговорителя тщательно выбирается его разработчиком и его произвольное изменение вряд ли улучшит звучание.)
Это не значит, что выходной импеданс усилителя не имеет значения. Нагрузка, которую громкоговоритель представляет для усилителя, сильно зависит от частоты, так что если выходной импеданс велик, уровень выходного сигнала будет изменяться с изменением частоты, внося нежелательные изменения в частотную характеристику системы. Чем ниже выходной импеданс, тем лучше.»
А что на практике?
Сабвуферные динамики имеют большую площадь, соответственно они имеют большую массу диффузора, поскольку им во время работы приходится толкать большую массу воздуха. Этот факт приводит к тому, что в тот момент когда нет сигнала (переход синусоиды через «0») динамик совершает не контролируемые усилителем колебания, которые на слух воспринимаются как подгуживание, размазывание, отставание звука. Для того чтоб этого эфекта не было необходимо либо сделать невесомым дифузор, либо сделать так, чтобы все колебания которых нет в исходном звуковом сигнале-компенсировались. Такое компенсирование (удержание дифузора динамика) есть ни что иное как демпфинг фактор. У хороших усилителей класса АВ демпфинг фактор составляет порядка 200-300. При мостовом включении усилителя класса АВ демпфинг фактор у него падает почти в 2 раза. Иная картина наблюдается у усилителей класса D. Несмотря на то, что нагрузка включается в мост, из-за особенностей работы усилителя происходит эффект двойного демпфирования (DDX). Демпфинг фактор в этом случае наоборот вырастает. Правда при этом падает коэффициент использования питающего напряжения и на несколько процентов падает КПД.
Пример:
Подключение к усилителю(моноблок) 2х катушечного сабвуфера (4+4 Ом). Т.е. + и — при возможных вариантах включения 8 или 2 Ом:
— При нагрузке усилителя на 8ом демпфинг фактор повысится, т.е. контроль над динамиком возрастёт, точность воспроизведения улучшится. Но при этом мощность упадёт.
При нагрузке в 2 ом всё с точностью до наоборот — контроль теряется(звук смазанный, грязнее), но выигрыш в мощности.
В заключении
-высокий демпинг-фактор требуется для динамических головок с легким подвесом и большой массой подвижной системы, работающих с заходом в область основного механического резонанса (сабвуфер или мидбас с активным кроссовером, широкополосные головки без кроссовера);
-для динамических головок, резонансная частота которых находится за пределами рабочей полосы частот (СЧ, ВЧ) демпинг-фактор при многополосном усилении значения не имеет, поскольку электрическое демпфирование наиболее эффективно для подавления основного механического резонанса подвижной системы;
— при оценке значения ДФ надо иметь ввиду значение частоты, на которой оно замерялось(обычно на 1 КГц меряют), но принцип «чем больше — тем лучше» для ДФ справедлив.
— Конструктивное оценочное значение ДФ и возможности усилителя достойно контролировать именно НЧ-динамики(сабвуферы) зависит от качества ПН(преобразователя напряжения). «Питание — это наше всё!»
Для того, чтобы понять сущность демпфирующего фактора усилителя, рассмотрим поведение мембраны сабвуфера в период между импульсами. Низкочастотый импульс, посылаемый усилителем на катушку динамика заставляет его мембрану двигаться вперед. Достигнув определенной верхней точки мембрана начинает возвратное движение. Вернувшись в исходную точку мембрана не замирает сразу, а продолжает вибрировать по инерции некоторое время, что генерирует в обмотке динамика обратный электрический ток.
Усилители конструируются таким образом, чтобы закорачивать обратный ток от динамика и, тем самым тормозить вибрацию мембраны в период между импульсами. Чем выше демпфирующий фактор усилителя, тем быстрее мембрана останавливается, возвращаясь назад в исходную точку после импульса.
Демпфирующий фактор усилителя определяется как отношение сопротивления динамика к сопротивлению усилителя. Чем ниже сопротивление динамика, тем ниже демпфирующий фактор.
Ламповые усилители в силу конструктивных особенностей имеют низкий демпфирующий фактор, что обуславливает «мягкий» бас в звуковой картине. Производители транзисторных усилителей стараются повысить демпфирующий фактор для репродукции «жесткого» баса, так как при желании бас можно смягчить, заключив в короб низкочастотный динамик. Ужесточить же «мягкий» бас сабвуферным коробом гораздо сложнее.»
Опции темы
механическое демпфирование, определяемое потерями на внутреннее трение в подвесе
акустическое демпфирование, определяемое особенностями акустического оформления
электрическое демпфирование, определяемое выходным сопротивлением усилителя
Механическое демпфирование определяется конструктивными особенностями динамической головки и закладывается на этапе ее проектирования. Изменить его величину в готовом динамике редко представляется возможным. Как самостоятельное решение акустическое демпфирование применяется в виде заполнения корпуса акустической системы звукопоглощающим материалом. Кроме того, акустическое демпфирование входит в конструктивное оформление закрытых СЧ и ВЧ головок. Некоторое влияние на акустическое демпфирование оказывает и сопротивление излучения динамической головки. Однако, вклад всех этих составляющих в общую степень демпфирования головки невелик. Таким образом, электрическое демпфирование становится основным инструментом воздействия на переходные характеристики системы «усилитель-динамическая головка».
Вычислить выходное сопротивление усилителя в любительских условиях можно, если при одинаковом входном сигнале измерить его выходное напряжение на холостом ходу (Eo) и на нагрузке (U) определенного сопротивления (R). Однако точность этого простого метода снижается при выходном сопротивлении усилителя меньше 0,05 Ом.
Высокий демпинг-фактор (более 50) требуется для динамических головок с легким подвесом и большой массой подвижной системы, работающих с заходом в область основного механического резонанса (сабвуфер или мидбас с активным кроссовером, широкополосные головки без кроссовера);
Для динамических головок, резонансная частота которых находится за пределами рабочей полосы частот (СЧ, ВЧ) демпинг-фактор при многополосном усилении значения не имеет, поскольку электрическое демпфирование наиболее эффективно для подавления основного механического резонанса подвижной системы;
При работе с пассивным кроссовером демпинг-фактор системы определяется главным образом выходным сопротивлением кроссовера в полосе его пропускания, поэтому требования к демпинг-фактору усилителя можно снизить (20. 30). Дальнейшее увеличение выходного сопротивления усилителя может вызвать изменение частот среза кроссовера;
Демпфирование структурных резонансов в материале диффузора и подвеса не входит в функцию усилителя и может осуществляться только механически. Это проблема динамической головки;
Для усилителей с высоким выходным сопротивлением (источников тока) понятие демпинг-фактора лишено смысла. В этом случае для подавления основного механического резонанса подвижной системы можно использовать только акустическое демпфирование.