Всем привет. Тема нашей статьи акустический импеданс (impedance) - что же это такое? Сейчас разберемся!
Когда Вы выбираете акустические системы для своего автомобиля, то важно обратить внимание еще на один параметр – импеданс. В общем-то, это не что иное, как электрическое сопротивление, так что и измеряется оно, соответственно, в Омах.
Звуковая катушка динамика – это не что иное, как катушка индуктивности, а ее свойства (вспоминаем уроки физики) всегда зависят от частоты. Когда напряжение на клеммах динамика изменяется медленно (низкие частоты), звуковая катушка этому почти не сопротивляется. Зато быстрому изменению напряжения она будет препятствовать уже сильнее, поэтому с ростом частоты ее сопротивление тоже увеличивается. Типичный график зависимости импеданса динамика от частоты выглядит вот так:
С ростом понятно, но откуда взялся «бугор» в самом начале графика? Динамик имеет свою резонансную частоту Fs, и на этой частоте диффузор будет стараться войти в резонанс, раскачаться. Когда он начнет это делать, то будет работать как генератор, и на выводах его звуковой катушки возникнет противодействующее напряжение. А как воспримет это противодействие усилитель? Конечно же, не иначе, как увеличение сопротивления динамика. Вот из-за этого-то и получится пик на графике, причем как раз с центром на частоте Fs.
В общем, как видите, импеданс динамика – штука непростая. Но почему же тогда так однозначно говорят, что, мол, у этих динамиков импеданс – 4 Ом, а у тех, например, 8 Ом? Откуда берутся эти цифры? Это на самом деле номинальный импеданс. Он определяется по участку графика чуть выше резонансного пика, но еще ниже тех частот, на которых уже будет сказываться индуктивность звуковой катушки. В литературе обычно дается определение, что номинальный импеданс – это минимальное значение на графике Zmin, но на практике его чаще всего округляют до ближайших целых значений. Так и получаются эти самые 2, 4, 6 и т. д. Ом.
Сопротивление динамика зависит от частоты сигнала, и его называют уже не сопротивлением, а импедансом, а график его зависимости от частоты – Z-характеристикой. Номинальный импеданс определяется по участку Z-характеристики выше резонанса, но ниже того участка, где начинается заметное влияние индуктивности звуковой катушки.
В этой статье рассмотрим очень важную тему, вникнув в ее суть Вы поймете как правильно располагать динамики например в дверных картах, как выбрать оптимальное количество динамиков и почему много динамиков не всегда лучше/хорошо.
Автор статьи: Максим Кольцов. Ссылка на группу в ВК Максима будет после изучения темы.
Давно хотелось написать простым языком о работе группы динамиков в поршневом и модальном (зональном, кому как нравится) режимах, да все руки не доходили. Второй день отпуска намекает что пора. Итак приступим:
НЧ звено 20-и сантиметровый мидбас (подразумевается установка на единой плоскости без доворотов, рама к раме в линию). Два штуки. Частота 50-10000. Красная зона — зона уверенного покрытия.
Как видим уже после 800 Герц начинается веселье в виде «яйчишек» что говорит о скором вылете такого излучателя за поршневой режим (потеря давления по оси бонусом).
Идем дальше. Ставим 3 мидбаса 20 сантиметров и повторяем симуляцию:
Тут зона покрытия приобретает «яйчишки» уже после 600 Герц. А не поставить ли нам четыре двадцатки? Да легко!
Как видим совместная работа четырех двадцаток в групповом излучателе ограничена после 500 Герц, а далее начинается дикая интерференционная «гребенка» воспринимаемая со стороны, как «рак ушей».
Разобрались с мидами и идем в сторону средних частот. «Один СЧ это несерьезно!» говорят нам «гуру» автозвука. Соглашусь, но с поправкой. Несерьезно если «распускать» за поршневой режим группу.
Проверим! 165мм СЧ два штуки, полоса 300-20000 Герц, стоят рама к раме:
И что мы видим? Уже после 1000 Герц начинают отрастать тестикулы и уменьшается давление по оси, а к 1500 Герцам «яйца» принимают угрожающие масштабы. (Мы ведь хотим равномерную зону покрытия? Мы ведь хотим показать класс на микрофоне?)
Идем далее: ставим 3 СЧ и начинаем «распускать по верху»
А? Каково? Печалька да? Чем больше излучателей тем уже полоса по правому краю АЧХ и тем более низкоиграющий нужен драйвер для избежания провалов.
Пошалим? Поставим 4 СЧ посмотрим что получится?
Поехали!!!
Уже после 500 Герц такой излучатель начинает капризничать. Какой же выход из создавшейся ситуации? Выхода два.
1. Один мощный линейный динамик (дорого и больно) со сферической диаграммой направленности.
2. Несколько излучателей меньшего калибра. (3-4дюйма)
Ну вот мы и перекрыли СЧ диапазон. Что дальше?
Конечно «много рупоров для громкости» скажет большинство и попадут пальцем в небо.
Итак два рупора диаметром 60мм магнит к магниту, полоса 3000-20000 Герц.
Нравится? Усугубим ситуацию? Ставим три ВЧ!!!
Красота! Пики-провалы… И что делать? А поставим мы 4 ВЧ в ряд!
Нравится? И мне не нравится. Тут ни покрытия, ни давки на микрофон нет. Зато присутствует мифическая «точка установки микрофона для реза». Понимаете теперь почему не можете ее найти? Излучение подобно лазерному лучу и найти куда он бьет практически невозможно.
Вариантов тут тоже два:
1. Один мощный драйвер.
2. Использование для стыковки акустических волноводов.
Оба варианта дороги по затратам и требуют провести много работы по инсталляции.
Что хочется сказать после всего этого?
1. Не выводите динамики за поршневой режим в групповом излучателе.
2. Не используйте много дешевых излучателей.
3. Не раскидывайте бездумно однотипные излучатели по «пустым местам обшивки ибо два растянутых на 40 см друг от друга рупора дадут такую картину:
Теперь понимаете почему внешний вид обшивки и расположение на ней излучателей профессионалу даст представление о звуковой картине и диаграмме направленности? И повторюсь еще раз о сфазированности излучателей плоским бафлом (или процессуально), о недопустимости использования «сисек», о недопустимости раскидывания излучателей по свободным местам. Все это формирует диаграмму направленности и сводит иной раз настройку либо к трем перекурам, либо к головной боли до полного уничтожения обшивы топором (или огнем).
Дело в том, что в первой версии достаточно много текста и получилось рассказать только об основных используемых понятиях. Во второй версии статьи я постарался собрать и более-менее упорядочить вообще всю (ну или почти всю) терминологию автозвука. Информации очень много, но ее значимость соизмерима с азбукой в школе.
Я прекрасно понимаю, что читать огромную "простыню" текста просто не возможно, именно поэтому я добавил в статью картинки с сексуальными девушками на фоне авто :)
Автозвук - caraudio - магнитолы, усилители и акустические системы в автомобилях.
Акустика - (наука о звуке, одно из направлений физики) здесь речь о динамиках. Так же используется как общий термин, динамики, сабвуфер, акустическое оформление.
Акустическая система - устройство для воспроизведения звука, состоит из акустического оформления и вмонтированных в него динамических головок.
Воспроизводящие компоненты - усилители мощности и динамики (громкоговорители). Противоположность - источники сигнала (CD-DVD ресиверы, MP-3 плееры (в простонародье магнитолы), и так далее и управляющие элементы системы, например предварительный усилитель.
НЧ-головка - динамик в акустической системе, воспроизводящий низкие частоты.
ВЧ-головка - динамик в акустической системе, воспроизводящий высокие частоты. Еще его называют твитером и пищалкой.
Активный сабвуфер - низкочастотный динамик в корпусе, сконструированный для воспроизведения низких частот с встроенным усилителем мощности.
Пассивный сабвуфер - динамик в корпусе для воспроизведения низких частот без встроенного усилителя мощности.
Акустический поглотитель - материал, либо конструкция поглощающая звук.
Акустическое оформление - методика установки динамика (как правило, низкочастотного) в корпусе акустической системы. Существуют различные вариации акустического оформления: бесконечный экран, фазоинвертор, банд-пасс и др.
Диафрагма - движущаяся поверхность динамика, создающая звуковую волну.
АЦП, Аналого - цифровой преобразователь - устройство, преобразующее аналоговый сигнал в цифровой. Все аудио/видео ресиверы и предварительные усилители, декодирующие сигнал формата «dolby pro-logic», снабжены парой АЦП.
Цифро - аналоговый преобразователь (сокращенно ЦАП) - электронное устройство, преобразующее цифровой звуковой сигнал в аналоговый. Другое их название - цифровые процессоры.
Вольт - единица измерения электродвижущей силы и напряжения. Сокращенное обозначение В.
Ампер - единица измерения тока, проходящего через участок цепи. Сокращенное обозначение А.
Герц (Гц) - единица измерения частоты, или количество колебаний в секунду. Килогерц (кГц) - тысяча колебаний в секунду.
Децибел - стандартная единица измерения относительной мощности или амплитуды сигнала, десятая часть бела. Сокращенно дБ.
Децибелы мощности, дбw - результат измерения уровня выходной мощности усилителя в децибелах относительно мощности 1 Вт.
Ом - единица измерения сопротивления, показывающая, насколько прибор будет сопротивляться току в контуре. Например, если одинаковый сигнал при одинаковом напряжении подан на 2 динамика - один из которых имеет сопротивление 4Ом, а второй 8 Ом - вдвое больший ток будет идти через динамик с сопротивлением 4 Ом по сравнению с динамиком 8 Ом, который потребует вдвое большей мощности, так как мощность пропорциональна силе тока.
Параметры Тейла-Смолла (Thiele/Small) - это группа параметров, введенных A.N. Thiele и позднее R.H. Small, при помощи которых можно полностью описать электрические и механические характеристики средне и низкочастотных головок громкоговорителей, работающих в компрессионной области, т.е. тогда, когда в диффузоре не возникают продольные колебания и его можно уподобить поршню. Эти параметры совершенно необходимы при проектировании высококачественных сабвуферов.
Бас - низкочастотная область звучания, как правило ниже 200 Гц.
Яркость - чрезмерное количество высоких и средних частот, придающее звучанию пронзительный, неприятный характер.
АЧХ - зависимость уровня воспроизводимого сигнала (звука) от частоты.
ФЧХ - фазо-частотная характеристика. Зависимость фазы воспроизводимого сигнала (звука) от частоты.
Задержка – она и есть – задержка звука с момента воспроизведения динамиком до момента, когда звук улавливается слушателем. Заметно при неудачно настроенной системе фронт-сабвуфер, когда сначала слышен спереди щелчок барабана, а потом до ушей «добегает» низкий гул из сабвуфера.
Стерео - метод записи звука с помощью, как минимум, двух микрофонов в два раздельных канала. Используя этот метод, можно точнее воспроизвести объемную картину исходного сигнала.
Сцена - виртуальное размещение исполнителей, формируемое с помощью соответственно расположенных и настроенных акустических систем при воспроизведении стереозвука. При отсутствии сцены стерео запись теряет смысл.
КИЗ - кажущийся источник звука. В идеале при воспроизведении стерео записи должно улавливаться не только четкое направление на виртуальный источник звука, например, солиста, но и даже его относительная удаленность от слушателя. Вот эта виртуальная точка – и есть КИЗ.
Звуковая сцена - позиция (право-лево и верх-низ), из которой, как кажется, исходит музыка. Это в равной степени относится и к глубине сцены. Машина, в которой динамики расположены только впереди, скорее всего будет иметь звуковую сцену спереди, но заднего звукового заполнения не будет хватать для воссоздания естественного звучания. Машина с передними и задними динамиками может иметь любую звуковую сцену от передней до задней, с сопровождающим подзвучиванием от более "мягко" звучащих динамиков в зависимости от уровней мощности и воспроизводимых частот. Верхнее/нижнее положение звуковой сцены отчетливо в машинах с передним расположением сцены. Музыка может казаться исходящей из пола, панели приборов или с потолка, в зависимости от того, как водитель взаимодействует с окружающим пространством.
Стереопанорама - ширина и очерченность звуковой сцены. Инструменты должны звучать со своих правильных позиций, с которых они были записаны. Расположение инструментов должно быть постоянно и легко определяемо, неизменно с изменением частот. Машина может иметь отличное изображение лишь с одним, расположенным в центре, динамиком, но стереоизображение будет отсутствовать.
Привязка - доминирующий звук из какого-либо динамика. Обычно из ближайшего к уху.
Локализация - определение положения в пространстве физического источника звука. Источники сверхнизких частот не локализуются.
Реверберация - многократные отражения звука в пространстве (эффект эха).
Избирательность - характеристика тюнера, описывающая способность тюнера ослаблять сигналы соседних станций. Хорошая избирательность полезна для тех, кто живет в городах, где станции расположены близко друг к другу по частоте.
Инфракрасный - пульт дистанционного управления для передачи команд использующий инфракрасное излучение, длина волны которого больше, чем у видимого красного света.
Метод сжатия видеосигнала mpeg-1 - метод кодирования видеосигнала. Обеспечивает низкое качество изображения.
Метод сжатия видеосигнала mpeg-2 - более высококачественный по сравнению с MPEG-1 метод сжатия.
Звуковой диапазон - частоты от 20 Гц до 20000 Гц.
Музыка - набор звуков, который вам нравится. Его издают музыкальные инструменты или электроника.
Низкие частоты - диапазон условно от 20 до 500 Гц.
Средние частоты - диапазон условно от 500 до 2000 Гц.
Высокие частоты - сигналы звукового диапазона частот от 3 кГц до 20 кГц.
Фильтр - электронная схема, которая выборочно подавляет сигналы определенных частот или уменьшает их амплитуду.
Фильтрверхних частот - устраняет низкие частоты из звукового сигнала. По другому называется high-pass filter.
Фильтр низких частот - пропускает высокие частоты и задерживает низкие. Другое название - «low-cut filter», обрезной фильтр нижних частот.
Динамик (дин, дины, колонка, колонки, speaker) - см. Динамическая головка.
Громкоговоритель, динамик, акустическая система - элемент системы, преобразующий электрический сигнал в звук. Состоит из головки, разделительного фильтра (кроссовер) и корпуса. Громкоговоритель - это самый последний компонент в системе звуковоспроизведения, благодаря ему мы слышим звук.
Импеданс - полное электрическое сопротивление динамика, обычно 4 Ом. Некоторые сабвуферы имеют импеданс 8 Ом, ряд динамиков - 10 Ом или 6 Ом (характерно для японских).
Двухполосная акустическая система - динамик, диапазон частот которого разложен на две составляющие части - низкочастотную и высокочастотную для воспроизведения двумя или более головками (более двух в систему внедряется специальный среднечастотный динамик).
Трехполосная акустическая система - система из трех динамиков, которая разделена на три частотные части (низкие, средние и высокие).
Качество звука (Sound Quality, SQ) - характеристика точности и естественности звучания.
SPL (sound pressure level, эспиэль) - уровень звукового давления; соревнования, один из замыслов автозвука.
Громкость - слуховое ощущение человека, реакция на SPL.
Силовой кабель (сила) - кабель, используемый для питания блоков усилителей, обычно большого сечения, связано это с ростом силы тока потребления при ограниченном напряжении бортовой сети легкового автомобиля 14,4 вольт. Обычно имеет наконечники - клеммы и по уму подключается к терминалам АКБ и усилителя в соответствии с полярностью, т.к. ток постоянный. "Плюсовой" кабель подключается через предохранитель по соображениям электробезопасности.
Мощность - произведение силы тока на напряжение P=U*I.
Номинальная (Cont Wattage, normal power, ном. мощ.) - верхняя граница постоянной мощности, с которой аппаратура может работать длительное время без искажений сигнала/ звука и разрушения конструкции;
Максимальная (Max Power, макс. мощ., максималка) - кратковременный или длительный максимум, при котором аппаратура может работать некоторое время. Зачастую за "максималку" выдают пиковую мощность.
Пиковая (peak) - пиковая кратковременная (доля секунды), после которой произойдут необратимые изменения - частичное или полное разрушение конструкции.
Постоянный ток - направленное движение электронов от "плюса" к "минусу". Если бы было наоборот, предохранители бы ставили на минус.
Напряжение - разность потенциалов на клеммах источника тока.
Источник тока, АКБ - аккумуляторная батарея.
Терминал - несколько контактных площадок для клемм одним блоком.
Предохранитель - плавкая вставка ANL и AGU типа. Обычно имеет свой "держатель" - герметичный корпус с выведенными наружу зажимами для провода/клемм.
Межблок (межблочный кабель) - слаботочный кабель, обычно с наконечниками RCA "папа" (тюльпаны), предназначенный для передачи звукового сигнала между блоками, такими, как ГУ, усилители, процессоры.
Коаксиальный кабель - меж компонентный содержащий внутри проводник, окруженный оплеткой. Оплетка экранирует сигнальный проводник. Используется для передачи сигналов между компонентами музыкальной системы.
ГУ (мафон, магнитола, CD/DVD - ресивер и прочее, так же с приставкой авто-) - головное устройство аудиосистемы. Штатно располагается в центре передней панели легкового автомобиля. Имеет кучу настроек.
CD/DVD ресивер - устройства, так же ушедшие в далекое, но уже на компакт дисках.
Ресивер - гу, содержащее несколько источников сигнала.
Связка - несколько компонентов, имеющие общие электрические выводы.
Усилитель мощности - звуковой компонент, усиливающий сигнал линейного уровня от головного устройства до мощности, достаточной для управления громкоговорителями.
Моноблок - одноканальный усилитель мощности.
Двухполосное усиление - использование двух усилителей мощности для одного двух- или трехполосных динамиков. К одному усилителю подключают низкочастотный динамик, к другому - среднечастотный и высокочастотный динамики.
Двухтактный усилитель - усилитель, в котором транзисторы либо электронные лампы включены попарно, при этом один из элементов усиливает положительную полуволну, а другой - отрицательную. Противоположность - однотактный усилитель (single-ended amplifier).
Эквалайзер, или частотный корректор - устройство, изменяющее тональный баланс.
Соотношение сигнал/шум - число, выражающее разницу уровней собственного шума аудио компонента и сигнала референтного (близкого к идеалу) уровня.
Динамический диапазон - разница между уровнями тихих и громких звуков.
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика. Для непосвященного что-то сродни кардиограмме. Измеряют её приборами, в состав которых входят микрофоны (хорошие).
Входное полное сопротивление - сопротивление току входного сигнала, оказываемое схемой или компонентом.
Выходное полное сопротивление - приводит к изменению выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки. Компонент системы звуковоспроизведения с высоким выходным сопротивлением может обеспечивать в нагрузке меньший ток по отношению к компоненту, у которого низкое выходное сопротивление.Чем ниже выходное сопротивление,тем лучше.
Выходная мощность - величина, определяющая возможность усилителя мощности создавать напряжение и ток, подаваемые на динамики.
Баланс каналов - это уровни громкости правого и левого каналов в аудиосистеме. Баланс каналов - это также относительная разница между уровнями левого и правого каналов в системе многоканального звуковоспроизведения «dolby surround».
Многоканальный звук - воспроизведение звука более двух каналов усиления и более двух динамиков.
Многоканальный усилитель мощности - усилитель мощности, количество каналов которого более двух, обычно четыре, пять или шесть.
Мостовое включение - подключение усилителя к динамикам, при котором каналы стерео усилителя работают в режиме моноблочных усилителей мощности.
Разделение каналов, переходное затухание - влияние и защита сигналов канала друг на друга. При плохом разделении звук из одного канала перетекает в другой. Пример - сигнал из центрального канала «dolby surround» проникает в тыловые каналы, возникает искажение звукового поля и ухудшается локализация звука.
Коэффициент демпфирования - величина, определяющая способность усилителя мощности управлять колебанием (движением) громкоговорителя. Зависит от ссотношения сопротивления громкоговорителя к выходному сопротивлению усилителя.
Коэффициент усиления - величина, показывающая, во сколько раз выходной сигнал отличается от входного. У усилителя увеличивающего напряжение сигнала с 0,1 В до 1 В, коэффициент усиления равен 10.
Кроссовер, или разделительный фильтр - электронная схема, разделяющая частотный диапазон.
Класс A - возможность работы усилителя, при котором один транзистор или лампа усиливает как положительную, так и отрицательную полуволны сигнала.
Класс B - возможность работы усилителя, при котором положительная полуволна сигнала усиливается одним транзистором либо лампой, а отрицательная полуволна - другим.
Класс AB - возможность работы усилителя, при котором выходной каскад мощности работает в классе А при незначительных сигналах выхода, а при высоких уровнях сигнала переходит в класс В.
Чувствительность:
1) способность громкоговорителя развивать высокую амплитуду качения (громкость) при относительно малой подаваемой мощности.
2) чувствительность тюнера - способность принимать слабые сигналы ретранслятора (радиостанции).
Динамическая головка - устройство, преобразующее электрический сигнал в звуковой благодаря перемещению катушки с током в магнитном поле постоянного магнита (реже — электромагнита) с последующим преобразованием полученных механических колебаний в колебания окружающего воздуха при помощи диффузора. Состоит из корзины, магнитной системы, диффузора, катушки, подводящих, центрующей шайбы, пылезащитного колпачка, подвеса.
Диффузор - поверхность, движения которой создают звуковые колебания.
Корзина - каркас динамической головки, получил название из-за формы.
Катушка - намотка провода на трубке с клеем. Катушка, являющаяся составной частью громкоговорителя. По ней протекает выходной ток усилителя и создается электро магнитный импульс.
Магнитная система - система, имеет сердечник и зазор для перемещения катушки.
Центрирующая шайба - сохраняет катушку в центре, расположена горизонтально относительно катушки на стыке с диффузором.
Подводящие - обычно плетеные провода от катушки до края корзины.
Подвес - прямое соединение диффузора с корзиной, не препятствующая перемещению.
Колпачок - обычно в центре диффузора над катушкой.
Компонентная акустика - обычно комплекты/наборы, где пищи и миды отдельно друг от друга.
Коаксиальная акустика - разновидность динамика, в котором одна головка высокочастотная монтируется внутри другой среднечастотной головки соосно. Есть разновидности с тремя головками.
Эстрада - громкие компоненты акустики. Миды с жестким подвесом и достаточно сильно ограничены в полосе воспроизведения звуковых частот для максимальной отдачи.
Рупора - с выраженным нижним диапазоном высоких частот.
Трех полосный фронт (трешка) - обычно фронтальная акустическая система, где каждый диапазон частот воспроизводит отдельный динамик.
Сабвуфер (саб, сабы, sw, subwoofer) - нч динамик, рабочий диапазон которого в пределах 20 - 60 Гц.
Материал взят из разных источников, находящихся в свободном доступе в интернете. Если Вы нашли какие-либо ошибки или упущения напишите пожалуйста об этом в комментариях.
Автор: Феликс СКАКУН, аудиоэксперт. Статья из журналаАвтозвук.
Регулярно посещая несколько аудиофильских интернет-форумов, где идет активное обсуждение различных компонентов, я заметил одну явную закономерность: все, кто активно заявляет о том, что соединительные провода не могут звучать по-разному, если изготовлены из одинакового материала, никогда не опираются на результаты собственных экспериментов.
Потому, что их не проводили. Их аргумент — «этого не может быть, потому что не может быть никогда». А уж тема направленности проводов для них, как красная тряпка для быка. Просто так пройти не могут, обязательно поддержат своим «+1» глумящихся над «замороченными аудиофилами». Зато все защитники другого лагеря неизменно приводят результаты своих сравнительных прослушиваний. Я себя причисляю ко второму лагерю и готов поделиться своим опытом, основанным на сотнях сравнительных прослушиваний и самостоятельном конструировании соединительных проводов. Именно конструировании, потому как при своей кажущейся простоте провода являются сложной конструкцией, а нижеперечисленные элементы конструктива справедливы как для акустических кабелей, так и для межблочных. Это верно даже для питающих кабелей, разве что с небольшой поправкой на специфику применения.
Сечение
Однажды, еще в то время, когда я занимался установкой аудиосистем в автомобили, зашёл в мой инсталляционный центр наш местный электрик, в советские годы работавший связистом. Увидев силовой провод 2Ga, который мы протянули в багажник автомобиля для подключения усилителя, был реально ошеломлён. Его слова: «Мы таким кабелем подключали радиостанции, вещающие на полмира». С тех самых пор у меня появилась поговорка: нельзя к такой тонкой теме, как звуковоспроизведение, подходить с законом Ома. Вернее, правда, будет сказать так: нельзя только с законом Ома…
Должен отметить, что в последнее время необходимость в качественном питании усилителей понимают даже начинающие свой путь в автозвуке. Это произошло благодаря тому, что на всех автозвуковых форумах даются рекомендации по сечению питающих проводов, а в магазинах есть в наличии комплекты для подключения усилителей с хоть и не очень толстыми проводами, но все же достаточными. А вот использовать толстые акустические провода не желает никто. При этом если новички покупают то, что им предлагают в магазинах, то звуколюбы «в теме» просто считают, что провода сечением 2,5 кв. мм вполне достаточны для любой фронтальной акустики, ведь мощность динамиков намного меньше утюга, который также подключен проводом 2,5 кв. мм. И действительно, если оперировать единственно доступной и понятной простому потребителю величиной — мощностью, то с этим и не поспоришь. Однако я берусь поспорить и даже рассчитываю этот спор выиграть (а иначе бы не брался). И буду в своей доказательной базе использовать электрические параметры, понятные и знакомые гипотетическому электрику, подходящему к звуковоспроизведению с законом Ома. Никакой эзотерики, никаких наездов, типа «раз ты не слышишь этого, значит, ты глухой…»
Итак. Электродинамическая головка по своей сути является электродвигателем переменного тока, который преобразует электрический сигнал в механические движения диффузора с возбуждением звуковых волн. Чем точнее диффузор повторяет электрический сигнал звуковой частоты, тем точнее звук, который мы слышим, будет соответствовать своему эталону, то есть живому звуку, который записали. Это всё теоретически и если не учитывать искажения электронного тракта. Для нашей нынешней темы отправной точкой будет точность механических колебаний. Фактически подвижная часть динамической головки имеет какую-то массу, а значит, имеет инерционность при колебаниях. И для того чтобы точно контролировать движения, усилитель должен иметь достаточный для этого коэффициент демпфирования (КД). Ещё часто применяют термин «демпфинг-фактор». Значение, которое далеко не все производители приводят в технических данных своих изделий. Вычислить значение коэффициента несложно, нужно сопротивление нагрузки разделить на выходное сопротивление усилителя и получить искомую цифру. Нам как раз надо это сейчас проделать. Выходное сопротивление я ни разу не встречал в декларируемых характеристиках усилителей, да и не константа это вовсе, сопротивление меняется от частоты, то есть это импеданс. Но для наших целей это непринципиально, ибо, даже если допустить погрешность в 100%, выводы, к которым мы придём ниже, не изменятся. Давайте возьмём среднестатистическое значение выходного сопротивления транзисторного усилителя — 0,02 Ом, а сопротивление нагрузки 4 Ом. Получаем коэффициент демпфирования, равный 200. Очень хорошее значение, хотя бывает и больше.
Теперь-то можно перейти непосредственно к доказательству необходимости применять толстые акустические провода. Искомый коэффициент мы получили, не учитывая сопротивления соединительных проводов, а оно таково, что его учёт в этой простейшей формуле даёт совершенно другие результаты. Пробежав по сайтам производителей кабельной продукции, я нашел значение сопротивления медного акустического кабеля сечением 2,5 кв. мм — 0,0075 Ом/м. Но это сопротивление одного проводника, а в цепи используются два, значит, умножим на 2. Обычно усилители располагают в багажнике автомобиля, и средняя длина кабеля до фронтальной акустики равна 4 м. Считаем сопротивление акустического кабеля такой длины: 0,0075 х 2 х 4 = 0,06 Ом, то есть в 3 раза больше выходного сопротивления усилителя! С учетом этого фактический коэффициент демпфирования становится равным не 200, а… считаем: 0,02 + 0,06 = 0,08, 4/0,08 = 50. Это уже малый коэффициент, а с учётом того, что современные автомобильные динамики имеют тяжёлую подвижку, становится ясно, что ни о каком разборчивом воспроизведении речь идти не может. Диффузор динамика будет «пролетать» по инерции точку остановки, так как усилитель не сможет контролировать колебания из-за большого сопротивления между ним и динамиком. А попробуем увеличить сечение акустического провода до 10 кв. мм и тем самым снизить сопротивление в 4 раза. Получаем уже совсем другие цифры: 0,06/4 = 0,015, а новое значение КД равно 114, а это в 2,3 раза лучше, чем в первом случае. Теперь понятно, что чем толще акустический кабель и чем он короче, тем лучше звучание. Это касается не только низкочастотного диапазона, на котором происходит большая амплитуда колебаний, но и средних частот, значительно выигрывающих в разборчивости. Толстые провода довольно проблематично протягивать в двери автомобиля, но такая сложность вознаграждается качественным звучанием. Опираясь на проделанные расчеты, сабвуфер просто необходимо подключать толстыми проводами, да и сделать это гораздо проще, чем протянуть провод в двери.
По собственному опыту скажу: разница в звучании между акустическим проводом 4 кв. мм и таким же сдвоенным — 8 кв. мм прекрасно слышна, нужно только каждому, кто желает в этом удостовериться, взять и провести этот простой эксперимент. В своей домашней системе я подключил колонки самодельным акустическим кабелем сечением 40 кв. мм и ни разу об этом не пожалел.
Материал проводника
Самый распространенный материал для звуковых проводов — медь, это известно. Но вот качество меди может быть совершенно разным, и не в наших силах его определить, для этого необходимы дорогостоящие приборы и оборудование. Я только призываю не верить в заявленные характеристики производителями, они часто не соответствуют действительности, именно по причине невозможности проверки. Надо брать и слушать самому. Очень хорошо себя показал проводник из чистого серебра — звучание благородное, богатое обертонами и послезвучиями. Однако цена такого кабеля начинается с сотни долларов за метр, и этот факт сильно ограничивает его использование даже в дорогих системах. Нередко встречается проводник из посеребренной меди, практика показала, что такой проводник сильно искажает тембр, звук окрашен, даже резок. Это объясняется тем, что ток, выдавливаемый действием скин-эффекта на высоких частотах, попадает на слой проводника с другими характеристиками, и происходят некоторые искажения. На звуке это слышно как «увеличение яркости» на средневысоких частотах (например, медные духовые, тарелки) и уменьшение «воздуха» и размеров звуковой сцены, съедается «акустика помещения». Попадается также проводник из лужёной оловом меди, звучание такого провода характеризуется ярко выраженным эффектом шепелявости, звук откровенно грязен. При этом нередки случаи, когда лужёная медь выдается за посеребрённый проводник.
Материал изоляции
Диэлектриков, которые используют в качестве изоляционного материала для аудиокабелей, огромное множество, это вообще отдельная тема, которая по объёму может потянуть на десятки страниц. Постараюсь кратко охарактеризовать часто применяемые. Самый распространённый диэлектрический материал для изоляции проводников — поливинилхлорид (ПВХ) и его вариации. Это тот самый прозрачный, полупрозрачный или и вовсе непрозрачный материал, что имеется на продаваемых нынче акустических и силовых проводах для автозвуковой индустрии. Этот диэлектрик обладает эффектом накопления заряда, поэтому на звуковой сигнал влияет сильно и негативно. Представьте себе, что по проводнику прошёл основной звуковой сигнал, а вдогонку к нему, отставая по времени (фазовые искажения) и с намного меньшей, но все же значимой амплитудой, бежит накопленный и отдаваемый изоляцией сигнал. Звучание становится мутным и невыразительным. Причём этот эффект зависит от длины кабеля и с увеличением длины усиливается. На нескольких метрах звук будет намного хуже, чем на небольшом отрезке кабеля. Кроме того, ПВХ окисляет медь, особенно на краях провода, там, где есть доступ воздуха. Изолятор из полипропилена применяют не так часто, как ПВХ, он намного лучше для звука, особенно вспененный. Это наименее дорогой из «акустически правильных» изоляторов. Изоляцию из тефлона применяют уже на дорогих аудиокабелях, особенно хорошо себя показала изоляция из тефлона низкой плотности и вспененного тефлона. Некоторые производители даже запатентовали несколько технологий изготовления изолятора из этого материала.
Экспериментальным путем было установлено, что самые нейтральные к звуку изоляторы — это натуральные материалы: хлопок, лён, шерсть, целлюлоза, их практически нельзя встретить в серийных изделиях, и лишь иногда их применяют в дорогих и штучно изготовленных аудиосоединителях самого высокого класса. Вообще, любой изолятор влияет на звуковой сигнал, даже второй слой, который никак не соприкасается с проводником. Прокладывать в автомобиле акустические провода следует как можно дальше от металла кузова, гофрированные трубы как раз позволяют «отодвинуть» кабель и от кузова, и от ковровых покрытий.
Конструкция кабеля
Казалось бы, какая разница, как расположены проводники в кабеле, ведь они в изоляции и никак не соприкасаются друг с другом. На самом деле из двух совершенно одинаковых проводников можно сделать совершенно разные по звучанию кабели. Проводники свивают под разным углом, прокладывают параллельно, разносят на разные расстояния, параллелят несколько проводников, используют проводники плоского сечения, набирают проводник из жил разного диаметра и много еще чего. Я не буду конкретно описывать каждый вариант — их огромное множество, а это означает, что единственно правильной конструкции нет. Разнесенные подальше проводники позволяют получать значения погонной емкости и индуктивности практически равными нулю — заметно возрастает детальность звучания, но теряется слитность, музыкальность. Основная задача конструкторов проводов, помимо, конечно, нейтральности и широкополосности — получить оптимальное сочетание детальность/музыкальность. Вот по этим трём критериям и стоит оценивать аудиосоединители.
Две принципиальные конструкции кабелей с очень разнящимися характеристиками
На этом все, спасибо за просмотр и до новых встреч!
Выбирая в магазине подходящий усилитель для аудиосистемы, обратите внимание на то, в каком классе они работают. Класс АВ можно назвать традиционным, в нем работает большинство усилителей. В последнее время все чаще встречаются усилки класса D, которые называют цифровыми, хотя это не совсем правильно, и скоро вы поймете почему.
Что предпочесть? Какой лучше? Как обычно, однозначного ответа нет, поскольку у каждого есть свои преимущества и недостатки. Но для начала пару слов о том, что и как там вообще происходит внутри.
Качнем току
Основные элементы практически любого усилителя — это транзисторы. Не будем вдаваться в суть построения различных схем, тем более, что их на самом деле далеко не одна, а выделим основное — сам принцип работы. Для этого на время представим усилитель в виде, ну, скажем... водопровода. Неожиданно, правда? Тем не менее, аналогия налицо, и вы сейчас в этом убедитесь.
Во-первых, в усилителе есть блок питания, преобразующий однополярное напряжение бортовой сети („плюс" и „масса") в двухполярное („плюс",„масса" и „минус"). Мы уже говорили, зачем он необходим, когда рассматривали, как измеряются мощности усилителей. Так вот, в такой системе двухполярный блок питания будет представлять собой не что иное, как два насоса (насос со стороны „+" будет как бы накачивающим, а насос со стороны „-" как бы откачивающим ток относительно массы). Наша задача — пустить эти потоки через нагрузку усилителя (нагрузка — это как раз подключенный к усилителю динамик). Для этого, понятное дело, нужны краны, которые будут управлять этими потоками.
Вот как раз роль этих кранов и играют транзисторы. Они могут открываться, пропуская через себя большой поток, или закрываться, уменьшая его. „Краны" эти по отношению друг к другу обратные: когда один начнет закрываться, другой будет открываться. Соответственно, поток от „насосов" будет направляться через нагрузку то в одну, то в другую сторону. А управляет всем этим открытием-закрытием как раз входной сигнал.
Усилители класса А
Но на самом деле просто открывать и закрывать транзистор еще мало, ведь нам нужно, чтобы сигнал усиливался без искажений, то есть, чтобы выходной сигнал по форме в точности повторял входной. Значит нам необходимо, чтобы транзисторы (эти самые краны) открывались и закрывались по строго линейному закону, строго пропорционально входному сигналу.
Но вот незадача, на самом деле транзистор может так работать не во всем своем диапазоне. Например, если входной сигнал слишком маленький, то транзистор на него почти не реагирует, зато при достижении определенного уровня резко открывается. Какая уж тут линейность?
А вот дальше этого момента реагирует на изменение управляющего сигнала вполне адекватно, почти что линейно. Значит, для того, чтобы искажений было как можно меньше, транзистор придется все время держать в приоткрытом состоянии. Это называется задать смещение транзистора или выбрать его рабочую точку.
В этом случае говорят, что усилитель работает в классе А. Такой класс усилителей по праву считается аудиофильским, поскольку обеспечивает очень маленькие искажения сигнала.
Но самый главный его недостаток — высокий ток покоя. Ток покоя — это ток, который будет течь через транзисторы, даже когда входного сигнала нет (ведь нам же пришлось задать транзисторам некоторое смещение). Из-за этого они довольно сильно нагреваются, и значительная часть энергии от блока питания уходит в тепло, а КПД усилителя составляет в лучшем случае всего лишь около 20-30%.
Усилители класса B
Но поскольку автомобильные усилители на самом деле делаются не на одном транзисторе, а строятся по так называемым двухтактным схемам, т.е. с 2 транзисторами, то возникает одна заманчивая идея. Что, если не держать их постоянно приоткрытыми? Пусть они оба при отсутствии входного сигнала будут закрытыми? Поскольку транзисторы по отношению друг к другу обратные, то получится, что один из них будет открываться, когда сигнал положительный, а другой — когда сигнал отрицательный. Иными словами, получится, что первый будет усиливать положительную полуволну сигнала, а другой — отрицательную, на нагрузке же эти половинки благополучно сложатся. Когда усилитель работает в таком режиме, то говорят, что это класс В.
Решение, несомненно, хорошее, ведь через транзисторы в такой схеме не течет бесполезный ток, когда сигнала нет, а значит и КПД усилителя получается гораздо выше. Однако все бы замечательно, но дело в том, что какие бы мы хорошие и качественные транзисторы не поставили, у них все равно будет присутствовать нелинейность в самом начале их открытия. А это значит, что в тот момент, когда один транзистор только закрывается, а второй только открывается, неизбежно появится искажение в виде ступеньки.
Когда уровень сигнала высокий, эта ступенька не выглядит очень уж большой, и если особо не придираться, то на нее еще можно и не обращать особого внимания. А вот на небольших уровнях сигнала она будет уже слишком заметна. Поэтому класс В в чистом виде в автомобильных усилителях не используется из-за больших искажений.
Так какой же режим лучше всего выбрать для усилителя? В классе А — маленькие искажения, но и КПД низкий, львиная доля мощности блока питания уйдет в тепло (вот почему усилители, работающие в этом классе, греются как утюги). Класс В обеспечит хороший КПД, но искажения будут такими, что о высоком качестве воспроизведения особо говорить не придется.
Усилители класса АB
Компромиссное решение — это смешанный режим, когда транзисторам обеспечивается лишь небольшое смещение, гораздо меньшее, чем в чистом классе А, но уже достаточное для того, чтобы избежать заметной ступеньки в выходном сигнале. При этом так и говорят — усилитель работает в классе АВ.
Выбирая рабочую точку транзисторов (ну или иными словами, выбирая насколько транзисторы будут приоткрыты в режиме покоя, то есть при отсутствии входного сигнала), можно сделать усилитель класса АВ ближе к классу А или к В. Например, в первом случае наиболее заметен тот эффект, что до достижения определенной мощности усилитель работает в классе А, а на высоких уровнях как бы автоматически переходит в класс АВ — решение, довольно часто применяемое в усилителях высокого класса (иногда в описаниях к таким усилителям можно встретить обозначение их класса как Real АВ).
Справедливости ради, нужно отметить, что классы А, В и АВ не единственные. Есть и другие, которые можно назвать производными от них, они представляют собой попытки совместить экономичность АВ-класса с качеством А-класса.
Усилители класса Super А
Например, класс А+ — симбиоз усилителей В-класса и А-класса (выход первого является средней точкой для второго). Или класс Super A (Non Switching) — в них специальная схема не дает транзисторам полностью запираться(ведь основные искажения, как вы уже знаете, как раз из-за нелинейности в самый начальный момент открытия транзисторов-„кранов").
Усилители класса G
А усилители класса G вообще представляют собой два каскада усиления, работающих каждый от своего источника питания разного напряжения (на небольшой мощности работает каскад, питающийся от источника с небольшим напряжением, а на пиках к нему подключается второй, питающийся от источника с большим напряжением).
Впрочем, все это довольно сложные схемы, которые и в домашней то технике применяются все реже, а уж в автомобильных усилителях это, мягко говоря, и вовсе экзотика.
Усилители класса H
А вот усилители класса Н можно с уверенностью назвать чисто автомобильными. В этом классе делают усилители, встроенные в головное устройство. Понятное дело, в них нет никаких сложных блоков питания, преобразующих бортовые 12 Вольт в двухполярное питание с большим напряжением (впрочем, встроенный в ГУ усилитель все равно питается отдвухполярного напряжения, просто за среднюю точку для него принимается Uпит/2, то есть, условно говоря, 6 Вольт), поэтому мощность таких усилителей невелика.
Класс Н — это попытка в какой-то мере нивелировать основной недостаток маломощных усилителей — зажатость звучания. Так как же он работает?
На самом деле, усилитель класса Н — это практически то же самое, что и обычный усилитель класса АВ. Только в нем есть так называемая схема удвоения напряжения питания, основной элемент которой — конденсатор, накапливающий заряд, когда входной сигнал не очень большой. Ну а поскольку реальный музыкальный сигнал — это вам не синус, на котором по стандарту измеряется мощность, то для него характерны кратковременные пики.
Так вот, как раз в моменты таких пиков этот самый конденсатор специальной схемой добавляется последовательно к питающему напряжению, и оно как бы кратковременно удваивается, помогая усилителю воспроизвести эти пики с меньшими искажениями. Это, на самом деле, не особо сказывается на мощности усилителя, измеренной стандартно на синусоидальном сигнале, но на средних и высоких частотах звучание субъективно становится лучше.
Кстати!
Класс усилителя в первом приближении можно распознать по характеру зависимости КНИ от мощности. Смотрите, на малых уровнях сигнала класс А обеспечивает самые маленькие искажения. А вот класс В за счет „ступеньки" в сигнале на малых уровнях непременно будет иметь повышенные искажения (так называемая проблема первого Ватта). Класс АВ где-то между ними...
Усилители класса D
Классы А, В, АВ и прочие их производные — это все традиционные классы аналоговых усилителей, принципы построения у них схожие, разве что режимы работы транзисторов выбираются разные, да добавляются кое-какие примочки. Но есть и усилители, которые строятся изначально несколько иначе. Это импульсные усилители класса D (их, кстати, иногда называют цифровыми, хотя на самом деле технически это не очень корректно, в цифровую форму там ничего не переводится).
Давайте в общих чертах разберем, как работает усилитель D-класса.
Первым делом аналоговый входной сигнал (то есть обычный непрерывный сигнал с изменяющейся амплитудой) преобразуется в импульсный (сигнал с постоянной амплитудой, но прерывающийся). Причем длительности следующих друг за другом импульсов и пауз между ними будут разными, но самое главное — они будут в строгой зависимости от входного сигнала. Например, выше амплитуда входного сигнала — импульсы длиннее, ниже амплитуда — импульсы короче. Это называется широтно-импульсная модуляция (ШИМ).
Теперь полученный импульсный сигнал нужно усилить, и делается это точно так же, как и в обычных усилителях. И тут может возникнуть вопрос: а зачем вообще было преобразовывать сигнал в импульсный, если его все равно приходится усиливать, как и в обычном усилителе? Оказывается, смысл есть. Дело в том, что транзисторы в этом случае будут работать совершенно по-другому — в ключевом режиме. То есть они будут либо полностью открытыми, либо полностью закрытыми, без промежуточных вариантов. А ведь для такой работы, во-первых, нет необходимости подбирать транзисторы с линейной ВАХ и стараться попасть на линейный участок этой характеристики. Во-вторых (а это, собственно, следствие из первого), КПД таких усилителей может запросто вплотную приблизиться к идеалу в 100%. А ведь это показатель, недостижимый для обычных усилителей в принципе. Так что усиливаем импульсный сигнал, и радуемся, как у нас это легко получается.
Однако ж подавать такой усиленный импульсный сигнал на акустические системы, понятное дело, еще рано (как, позвольте спросить, под такой сигнал будет диффузор плясать?). Для этого нужно преобразовать его в обычную, аналоговую форму. Сделать это можно с помощью катушки индуктивности и конденсатора, которые вместе будут представлять собой LC-фильтр. Пропустив через них наш импульсный ШИМ-сигнал, на выходе мы получим усиленный сигнал, своей формой повторяющий входной.
Основное достоинство усилителей D-класса — высокий КПД. Однако есть и серьезный недостаток — частотный диапазон усилителя чаще всего бывает серьезно ограничен сверху. Именно это долгое время и было причиной применения этой технологии только в басовых моноблоках, рассчитанных исключительно на сабвуферное применение. Впрочем, с ее развитием и обычные, широкополосные усилители D-класса уже давно перестали быть экзотикой.
Преимущества усилителей класса D.
Задачей звуковых усилителей является передача входного звукового сигнала к системе воспроизведения звука с необходимыми громкостью и уровнем мощности — точно, эффективно и с малыми помехами. Звуковые частоты — это диапазон от 20 Гц до 20 кГц, соответственно усилитель должен обладать хорошей АЧХ во всем диапазоне (или же в более узкой области, если речь идет о динамике с ограниченной полосой воспроизведения, например о среднечастотном или высокочастотном динамике в многополосной системе).
Мощности могут быть разными (в зависимости от конкретного устройства): милливатты в наушниках, ватты в звуковых телевизионных системах и аудио для ПК, десятки ватт в домашних и автомобильных звуковых системах, сотни и более ватт в мощных домашних и концертных звуковых системах.
В обычных аналоговых звуковых усилителях транзисторы в линейном режиме применяются для генерации выходного напряжения, которое точно масштабирует входное. Коэффициент передачи по напряжению обычно достаточно велик (около 40 дБ). Если усиление в прямом направлении входит в цепь с обратной связью, то и коэффициент усиления всей цепи с обратной связью будет велик. Обратная связь в усилителях применяется часто, так как большой коэффициент передачи в сочетании с обратной связью улучшает качество усилителя: подавляет искажения, вызванные нелинейностями в прямой цепи, и снижает шумы от источника питания за счет того, что снижается коэффициент влияния источника питания (PSRR).
В обычном транзисторном усилителе транзисторы выходного каскада обеспечивают непрерывный сигнал на выходе. Существует множество различных инженерных решений для аудиосистем: усилители классов A, AB и B.
Во всех, даже в самых эффективных, линейных выходных каскадах рассеивание мощности больше, чем в усилителях класса D. Это свойство усилителей класса D обеспечивает им преимущество в различных системах, так как малое рассеивание мощности означает меньший нагрев схемы, позволяет экономить место на плате, снижает стоимость и продлевает срок автономной работы батарей в портативных устройствах.
Материал взят из свободного доступа в интернете, выражаю благодарность настоящему автору этого труда.
