2014-02-10T19:57

2014-02-10T19:57

Software pentru audiofili

PROLOG R: Impedanța de ieșire a căștilor este unul dintre cele mai comune motive pentru care aceleași căști pot suna diferit în funcție de locul în care sunt conectate. Acest parametru important este rar specificat de producători, dar, în același timp, poate provoca diferențe semnificative de calitate a sunetului și poate afecta foarte mult compatibilitatea căștilor.

REZUMAT: Tot ce trebuie să știți este că majoritatea căștilor funcționează cel mai bine atunci când impedanța de ieșire a dispozitivului este mai mică de 1/8 din impedanța căștilor. Deci, de exemplu, pentru 32 ohmi Grados, impedanța de ieșire ar trebui să fie de maximum 32/8 = 4 ohmi. Etymotic HF5 este de 16 ohmi, astfel încât impedanța maximă de ieșire ar trebui să fie de 16/8 = 2 ohmi. Dacă doriți să fiți sigur că sursa va funcționa cu orice căști, asigurați-vă că impedanța sa de ieșire este mai mică de 2 ohmi.

DE CE ESTE IMPEDANȚA DE IEȘIRE ATÂT DE IMPORTANTĂ? Din cel puțin trei motive:

• Cu cât este mai mare impedanța de ieșire, cu atât este mai mare căderea de tensiune la impedanțe de sarcină mai mici. Această scădere poate fi suficient de mare pentru a împiedica căștile cu impedanță scăzută să „oscieze” la nivelul dorit de volum. Un exemplu este Behringer UCA202 cu o impedanță de ieșire de 50 ohmi. Pierde mult din calitate atunci când folosești căști de 16 - 32 ohmi.
• Impedanța căștilor variază în funcție de frecvență. Dacă impedanța de ieșire este mult mai mare decât zero, aceasta înseamnă că tensiunea căzută la căști se va schimba, de asemenea, cu frecvența. Cu cât impedanța de ieșire este mai mare, cu atât planeitatea răspunsului în frecvență este mai mare. Căști diferite vor interacționa diferit (și de obicei imprevizibil) cu surse diferite. Uneori, aceste diferențe pot fi semnificative și destul de audibile.
• Pe măsură ce impedanța de ieșire crește, factorul de amortizare scade. Nivelul de bas, care a fost calculat pentru căști în timpul proiectării, poate fi redus semnificativ cu o amortizare insuficientă. Frecvențele joase vor fi mai zgomotoase și nu la fel de clare (pătate). Răspunsul tranzitoriu se deteriorează, iar adâncimea basului are de suferit (mai mult roll-off la frecvențe joase). Unii oameni, cum ar fi cei cărora le place „sunetul tub cald”, ar putea chiar să găsească acest bas slab amortizat pe placul lor. Dar, în marea majoritate a cazurilor, acest lucru oferă un sunet mai puțin sincer decât atunci când se utilizează o sursă cu impedanță scăzută.

REGULA A OPTIMA: Pentru a minimiza fiecare dintre efectele de mai sus, este necesar doar să vă asigurați că impedanța de ieșire este de cel puțin 8 ori mai mică decât impedanța căștilor. Și mai simplu: Împărțiți impedanța căștilor la 8 pentru a obține impedanța maximă a amplificatorului pentru a evita distorsiunile audibile.

EXISTĂ STANDARD PENTRU IMPEDANȚA DE IEȘIRE? Singurul astfel de standard pe care îl cunosc este IEC 61938 (1996). Setează cerința de impedanță de ieșire la 120 ohmi. Există mai multe motive pentru care aceste cerințe sunt depășite și, în general, nu sunt o idee bună. Articolul Stereophile despre valoarea standard de 120 ohmi spune literalmente următoarele:

„Cine a scris asta trăiește în mod clar într-o lume de vis”

Trebuie să fiu de acord. Poate că o valoare de 120 ohmi era încă acceptabilă (și apoi cu greu) înainte de apariția iPod-ului și înainte ca dispozitivele portabile să câștige în general o mare popularitate, dar nu mai mult. Astăzi, majoritatea căștilor sunt proiectate complet diferit.

STANDARDE DE PSEUDO: Ieșirile pentru căști ale majorității setărilor profesionale sunt de la 20 la 50 ohmi. Nu cunosc niciunul care să se potrivească cu 120 ohmi ca standardul IEC. Pentru echipamentele de calitate pentru consumatori, impedanța de ieșire este de obicei în intervalul de la 0 la 20 ohmi. Cu excepția unor tuburi și a altor modele ezoterice, majoritatea echipamentelor audiofile high-end au impedanțe sub 2 ohmi.

IMPACTUL iPod: De când standardul de 120 de ohmi a fost publicat în 1996, de la casetofone de gamă joasă până la CD playere portabile, am trecut în sfârșit la nebunia iPod-ului. Apple a ajutat să facem portabil de înaltă calitate, iar acum avem cel puțin jumătate de miliarde de playere digitale, fără a număra telefoanele Aproape toate playerele portabile de muzică/media sunt alimentate de baterii reîncărcabile litiu-ion Aceste baterii generează o tensiune de puțin peste 3 volți, care de obicei produce aproximativ 1 volt (RMS) la ieșirea căștilor (uneori mai puțin). .) Dacă puneți o impedanță de ieșire de 120 ohmi și folosiți căști portabile obișnuite (care sunt în intervalul 16 - 32 ohmi), probabil că volumul de redare nu va fi suficient. În plus, cea mai mare parte a energiei bateriei va fi disipată sub formă de căldură la rezistor de 120 ohmi. Doar o mică parte din putere va ajunge la căști. Aceasta este o problemă serioasă pentru dispozitivele portabile, unde este foarte important să prelungește durata de viață a bateriei. Ar fi mai eficient să furnizezi toată puterea căștilor.

DESIGN CĂȘTI: Deci, pentru ce impedanță de ieșire își proiectează producătorii căștile? Începând cu 2009, au fost vândute peste 220 de milioane de iPod-uri. iPod-urile și playerele portabile similare sunt ca gorilele de 800 de lire sterline pe piața căștilor. Așa că nu este surprinzător că majoritatea designerilor au început să proiecteze căști în așa fel încât să fie bine compatibile cu iPod. Aceasta înseamnă că sunt proiectate să funcționeze cu o impedanță de ieșire mai mică de 10 ohmi. Și aproape toate căștile de dimensiuni mari de înaltă calitate sunt proiectate pentru surse care respectă regula 1/8 sau au o impedanță aproape de zero. .Nu am văzut niciodată căști audiofile concepute pentru uz casnic proiectate conform vechiului standard de 120 ohmi.

Cele mai bune căști pentru cele mai bune surse: Dacă aruncați o privire rapidă la cele mai de top amplificatoare pentru căști și DAC-uri, veți descoperi că aproape toate au impedanță de ieșire foarte scăzută.Exemple sunt Grace Designs, Benchmark Media, HeadAmp, HeadRoom, Violectric, etc. Bineînțeles că majoritatea căștilor de ultimă generație funcționează cel mai bine atunci când sunt asociate cu aceeași clasă de echipamente. Unele dintre căștile cele mai bine primite sunt în mod inerent cu impedanță scăzută, inclusiv diferite modele de la Denon, AKG, Etymotic, Ultimate Ears, Westone, HiFiMAN și Audeze.Toți, după cunoștințele mele, au fost concepute pentru a fi utilizate cu o sursă de impedanță scăzută (ideal zero), iar un reprezentant Sennheiser mi-a spus că își proiectează căștile audiofile și portabile pentru surse cu impedanță zero.

ÎNTREBARE AFC: Dacă impedanța de ieșire este mai mare de 1/8 din impedanța căștilor, va exista un răspuns în frecvență plat. Pentru unele căști, în special pentru căști cu armătură (armătură echilibrată) sau cu mai multe drivere, aceste diferențe pot fi enorme. Iată cum 43 de ohmi de impedanță de ieșire afectează răspunsul în frecvență al Ultimate Ears SuperFi 5 - o planeitate palpabilă de 12 dB:

IMPEDANȚA DE IEȘIRE 10 ohmi: Unii pot privi exemplul de mai sus și cred că o diferență atât de semnificativă apare doar la 43 ohmi. Dar multe surse au o impedanță de aproximativ 10 ohmi. Iată aceleași căști cu o sursă de 10 ohmi - încă neuniformități audibile de 6 dB. O astfel de curbă are ca rezultat un bas slab, un accent pronunțat la nivel mediu, înalte înfundate și un răspuns de fază neclar din cauza unei căderi puternice de 10 kHz, care poate afecta imaginea stereo.

SENNHEISER DE DIMENSIUNE COMPLETA: Iată Sennheiser HD590 de dimensiune completă, cu impedanță mai mare, cu aceeași sursă de 10 ohmi. Acum ondulația de peste 20 Hz este doar puțin peste 1 dB. Deși 1 dB nu este atât de mult, denivelările se află în zona fundului „humming”, unde orice accent este extrem de nedorit:

CUM FUNcționează amortizarea: orice cap de difuzor, fie că este vorba de căști sau difuzoare, se mișcă înainte și înapoi pe măsură ce se redă muzica. Astfel, ele creează vibrații sonore, reprezentând o masă în mișcare. Legile fizicii afirmă că un obiect în mișcare tinde să rămână în mișcare (adică are inerție). Amortizarea ajută, de asemenea, la evitarea mișcărilor nedorite. Fără a intra în prea multe detalii, un difuzor slab amortizat continuă să se miște atunci când ar fi trebuit să se oprească. Dacă difuzorul este supraamortizat (ceea ce se întâmplă rar), capacitatea sa de a se mișca în funcție de semnalul aplicat este limitată - imaginați-vă că difuzorul încearcă să lucreze scufundat în sirop de arțar. Există două moduri de a amortiza un difuzor - mecanic și electric.

MAȘINI DE SĂRIT: Amortizarea mecanică este similară cu amortizoarele dintr-o mașină. Ele adaugă rezistență, așa că, dacă balansați mașina, aceasta nu se va balansa în sus și în jos pentru mult timp. Dar amortizarea adaugă și rigiditate, deoarece nu permite suspensiei să-și schimbe poziția în deplină concordanță cu suprafața drumului. Prin urmare, aici trebuie găsit un compromis: amortizoarele moi fac călătoria mai moale, dar duc la balansare, în timp ce cele dure fac călătoria mai puțin confortabilă, dar împiedică balansarea. Amortizarea mecanică este întotdeauna un compromis.

ELECTRIC PERFECT: Există o modalitate mai bună de a controla mișcarea nedorită a difuzorului, se numește amortizare electrică. Bobina și magnetul interacționează în dinamică cu amplificator pentru a controla mișcarea difuzorului. Acest tip de amortizare are mai puține efecte secundare și permite designerilor să creeze căști cu mai puțină distorsiune și sunet mai bun. Asemenea suspensiei unei mașini care se poate adapta mai precis la drum, căștile amortizate optim pot reproduce semnalul audio mai precis. Dar, și acesta este momentul critic, amortizarea electrică este eficientă numai atunci când impedanța de ieșire a amplificatorului este mult mai mică decât impedanța căștilor . Dacă conectați căști de 16 ohmi la un amplificator cu o impedanță de ieșire de 50 ohmi, amortizarea electrică dispare. Aceasta înseamnă că difuzorul nu se va opri când ar trebui să se oprească. Este ca o mașină cu amortizoare uzate. Desigur, dacă se respectă regula 1/8, amortizarea electrică va fi suficientă.

SUSPENSIA ACUSTICA:În anii 70, situația s-a schimbat, pe măsură ce amplificatoarele cu tranzistori au devenit populare. Aproape toate amplificatoarele cu tranzistori urmează regula 1/8. De fapt, majoritatea se conformează regulii 1/50 - impedanța lor de ieșire este mai mică de 0,16 ohmi, ceea ce oferă un factor de amortizare de 50. În acest fel, producătorii de difuzoare au reușit să proiecteze difuzoare mai bune care profită de impedanța scăzută de ieșire. . În primul rând, au fost dezvoltate primele difuzoare închise suspendate acustic de la Acoustic Research, Large Advents și altele, care aveau un bas mai profund și mai precis decât predecesorii de dimensiuni similare, proiectați pentru amplificatoare cu tub. Acesta a fost o mare descoperire în hi-fi, datorită noilor amplificatoare, vă puteți baza acum foarte mult pe amortizarea electrică. Și este păcat că atât de multe surse astăzi sunt cu 40 sau mai mulți ani în urmă față de vremuri.

CARE ESTE IMPEDANȚA DE IEȘIRE A DISPOZITULUI MEU? Unii dezvoltatori explică clar că urmăresc să mențină impedanța de ieșire cât mai scăzută posibil (cum ar fi Benchmark), în timp ce alții listează valoarea reală pentru produsele lor (cum ar fi 50 ohmi pentru Behringer UCA202). Majoritatea, din păcate, lasă acest sens un mister. Unele recenzii hardware (cum ar fi cea de pe acest blog) includ măsurarea impedanței de ieșire, deoarece acesta este un factor important în modul în care va suna un dispozitiv cu anumite căști.

DE CE ATÂTE SURSE AU IMPEDANȚĂ MARE DE IEȘIRE? Cele mai frecvente motive sunt:

• Protecție pentru căști- Sursele de putere mai mare cu impedanță scăzută de ieșire sunt adesea capabile să furnizeze prea multă putere căștilor cu impedanță scăzută. Pentru a proteja aceste căști de deteriorare, unii designeri măresc impedanța de ieșire. Deci, acesta este un compromis care adaptează amplificatorul la sarcină, dar cu prețul degradării performanței pentru majoritatea căștilor.. Cea mai bună soluție este posibilitatea de a selecta două niveluri de câștig. Un nivel scăzut vă permite să setați o tensiune de ieșire mai mică pentru căștile cu impedanță scăzută. De asemenea, limitarea curentului poate fi folosită în plus, astfel încât sursa va limita automat curentul pentru căștile cu impedanță scăzută, chiar dacă nivelul câștigului este setat prea mare.
• A fi diferit- Unii dezvoltatori măresc în mod deliberat impedanța de ieșire, susținând că acest lucru îmbunătățește sunetul dispozitivului lor. Aceasta este uneori folosită ca o modalitate de a face un produs să sune diferit de produsele concurente. Dar, în acest caz, fiecare „sunet unic” pe care îl obțineți depinde în totalitate de căștile pe care le utilizați. Pentru unele căști, acest lucru este perceput ca o îmbunătățire, în timp ce pentru altele este mai degrabă o deteriorare semnificativă. Cel mai probabil, sunetul va fi distorsionat semnificativ.
• Este ieftin- Impedanța de ieșire mai mare este cea mai simplă soluție pentru sursele cu costuri reduse. Aceasta este o modalitate ieftină de a obține stabilitate, cea mai simplă protecție la scurtcircuit; permite, de asemenea, utilizarea amplificatoarelor operaționale de calitate inferioară pe care nici măcar căștile de 16 sau 32 ohmi nu le-ar conduce direct. Prin conectarea unei anumite rezistențe în serie la ieșire, toate aceste probleme sunt rezolvate la un preț de ceva cent. Dar pentru această soluție ieftină, trebuie să plătiți o deteriorare semnificativă a calității sunetului pe multe modele de căști.

EXCEPȚII DE LA REGULI: Există mai multe căști care se presupune că sunt concepute pentru utilizarea cu impedanță de ieșire ridicată. Personal, mă întreb dacă acesta este un mit sau o realitate, deoarece nu cunosc niciun exemplu concret. Cu toate acestea, este posibil. În acest caz, utilizarea acestor căști cu o sursă de impedanță scăzută poate duce la o dinamică a basului supraatenuată și, ca urmare, la un răspuns în frecvență diferit de cel prevăzut de designer. Acest lucru poate explica unele cazuri de „sinergie”, când anumite căști sunt combinate cu o anumită sursă. Dar acest efect este perceput pur subiectiv - pentru cineva ca expresivitate și detaliu al sunetului, pentru cineva - ca rigiditate excesivă. Singura modalitate de a obține o performanță adecvată este să utilizați o sursă cu rezistență scăzută și să urmați regula 1/8.

CUM SĂ VERIFICAȚI EFICIENT: Dacă vă întrebați dacă calitatea sunetului are de suferit din cauza impedanței de ieșire a sursei, vă pot sugera cumpărarea amplificatorului FiiO E5 pentru 19 USD. Are o ieșire cu impedanță aproape de zero și va fi suficientă pentru majoritatea căștilor cu impedanță.

TOTAL: Cu excepția cazului în care ești absolut sigur că căștile tale sună mai bine cu o impedanță de ieșire mai mare, cel mai bine este să folosești întotdeauna surse cu o impedanță nu mai mare de 1/8 din impedanța căștilor. Sau și mai simplu: cu o impedanță de cel mult 2 ohmi.

PARTEA TEHNICĂ

IMPEDANȚA ȘI REZISTENTA: Cei doi termeni sunt interschimbabili în unele cazuri, dar din punct de vedere tehnic au diferențe semnificative. Rezistența electrică este indicată prin literă Rși are aceeași valoare pentru toate frecvențele. Impedanța electrică este o mărime mai complexă, iar valoarea ei se modifică de obicei cu frecvența. Este marcat cu fag Z. În cadrul acestui articol, unitățile de măsură pentru ambele mărimi sunt Ohmi.

TENSIUNE ȘI CURENTUL: Pentru a înțelege ce este impedanța și despre ce este vorba în acest articol, este important să aveți cel puțin o idee generală despre tensiune și curent. Tensiunea este similară cu presiunea apei, în timp ce curentul este analog cu debitul de apă (de exemplu, litri pe minut). Dacă curgeți apă din furtunul de grădină fără să atașați nimic la capătul furtunului, veți obține un debit mare de apă (curent) și puteți umple rapid o găleată, dar presiunea în apropierea capătului furtunului va fi practic zero . Dacă utilizați o duză mică pe furtun, presiunea (tensiunea) va fi mult mai mare, iar debitul de apă va scădea (va dura mai mult timp pentru a umple aceeași găleată). Aceste două valori sunt invers legate. Relația dintre tensiune, curent și rezistență (și impedanță, în sensul acestui articol) este definită de Legea lui Ohm. R poate fi înlocuit cu Z.

DE UNDE A VENIT REGULA 1/8?: Diferența sonoră minimă a zgomotului care este percepută de o persoană este de aproximativ 1 dB. O scădere de -1 dB a impedanței de ieșire corespunde unui factor, 10^(-1/20) = 0,89. Folosind formula divizorului de tensiune, obținem că atunci când impedanța de ieșire este 1/8 din impedanța de sarcină, raportul este exact 0,89, adică scăderea de tensiune este -1 dB. Impedanța căștilor poate varia în cadrul benzii audio cu un factor de 10 sau mai mult. Pentru SuperFi 5, impedanța este de 21 ohmi, dar de fapt variază de la 10 la 90 ohmi. Deci regula 1/8 ne oferă o impedanță maximă de ieșire de 2,6 ohmi. Dacă luăm tensiunea sursei egală cu 1 V:

• Tensiune căști la impedanță de 21 ohmi (nominală) = 21 / (21+2,6) = 0,89 V
• Tensiune căști la impedanță de 10 ohmi (minimă) = 10 / (10+2,6) = 0,79 V
• Tensiune căști la impedanță de 90 ohmi (maximum) = 90 / (90+2,6) = 0,97 V
• Planeitatea răspunsului în frecvență = 20*log(0,97/0,89) = 0,75 dB (mai puțin de 1 dB)

MĂSURAREA IMPEDANȚEI DE IEȘIRE: După cum puteți vedea din schema circuitului de mai sus, impedanța de ieșire formează un divizor de tensiune. Măsurând tensiunea de ieșire fără sarcină conectată și cu o sarcină cunoscută, puteți calcula impedanța de ieșire. Acest lucru se poate face cu ușurință cu un calculator online. Tensiunea fără sarcină este „Tensiune de intrare”, R2 este rezistența de sarcină cunoscută (nu folosiți căști în acest caz), „Tensiune de ieșire” este tensiunea când sarcina este conectată. Apăsați Compute și obțineți impedanța de ieșire dorită R1. Puteți face acest lucru și cu o undă sinusoidală de 60 de herți (o puteți genera, de exemplu, în Audacity), un multimetru digital și un rezistor de 15 - 33 ohmi. Majoritatea DMM-urilor au doar o precizie bună în jurul valorii de 60 Hz. Redați o undă sinusoidală de 60 Hz și reglați volumul astfel încât tensiunea de ieșire să fie de aproximativ 0,5 V. Apoi conectați un rezistor și notați noua valoare a tensiunii. De exemplu, dacă obțineți 0,5 V fără sarcină și 0,38 V cu o sarcină de 33 ohmi, impedanța de ieșire este de aproximativ 10 ohmi. Formula de aici este următoarea: Zist = (Rн * (Vхх - Vн)) / Vн. Vxx - tensiune fără sarcină (reactiv).

Nicio căști nu are o impedanță complet rezistivă care să nu se schimbe în intervalul de frecvență audio. Marea majoritate a căștilor au reactanță și au o impedanță complexă. Datorită componentelor capacitive și inductive ale impedanței căștilor, valoarea acesteia se modifică cu frecvența. De exemplu, aici este dependența de impedanță (galben) și faza (albă) de frecvență pentru Super Fi 5. Sub ~200 Hz, impedanța este de numai 21 ohmi. Peste 200 Hz crește la ~90 ohmi la 1200 Hz și apoi scade la 10 ohmi la 10 kHz:

Căști de mărime completă: Poate că cineva nu este interesat de căștile intraauriculare precum Super Fi 5, așa că iată impedanța și faza pentru popularul model Sennheiser HD590. Impedanța variază în continuare: de la 95 la 200 ohmi - aproape de două ori:

MATERIE: Unul dintre graficele de la începutul articolului a arătat o ondulație de răspuns în frecvență de aproximativ 12 dB pentru SuperFi 5 conectat la o sursă cu o impedanță de 43 ohmi. Dacă luăm ca referință valoarea nominală de 21 ohmi și luăm tensiunea de ieșire a sursei egală cu 1 V, nivelul de tensiune la căști va fi următorul:

• Nivel de referință: 21 / (43 + 21) = 0,33 V - ceea ce corespunde la 0 dB
• La o impedanță minimă de 9 ohmi: 9 / (9 + 43) = 0,17 V = -5,6 dB
• La o impedanță maximă de 90 ohmi: 90 / (90 + 43) = 0,68 V = +6,2 dB
• Interval = 6,2 + 5,6 = 11,8 dB

NIVELURI DE AMORTIZARE: Amortizarea difuzoarelor, așa cum sa explicat mai devreme, poate fi fie pur mecanică (Qms) fie o combinație de amortizare electrică (Qes) și mecanică. Amortizarea totală este notată cu Qts. Modul în care acești parametri interacționează la frecvențe joase este explicat prin modelarea Thiel-Small. Nivelurile de amortizare pot fi împărțite în trei categorii:

• Amortizare critică (Qts = 0,7) - Considerat de mulți ca fiind cazul ideal, deoarece oferă cel mai profund bas fără nicio abatere a răspunsului în frecvență sau sunet excesiv (mișcări necontrolate de con). Basul unui astfel de difuzor este de obicei perceput ca „rezistent”, „clar” și „transparent”. Majoritatea oamenilor cred că Qts 0.7 oferă un răspuns tranzitoriu ideal.
• Amortizare în exces (Qts
• Atenuare slabă (Qts > 0,7) - Permite o oarecare amplificare a basului cu un vârf în vârful gamei de bas. Difuzorul nu este controlat pe deplin, ceea ce duce la „sunet” excesiv (adică, conul nu se oprește în mișcare suficient de repede după ce semnalul electric este atenuat). Amortizarea slabă duce la abateri ale răspunsului în frecvență, bas mai puțin profund, răspuns tranzitoriu slab și creșterea răspunsului în frecvență în regiunea limitei superioare a basului. Amortizarea slabă este o modalitate ieftină de a spori basul cu prețul calității basului. Această tehnică este utilizată în mod activ în căștile ieftine pentru a crea „bas fals”. Sunetul difuzoarelor slab amortizate este adesea caracterizat ca bas „bum” sau „neîncetat”. Dacă căștile tale sunt proiectate pentru amortizare electrică și le folosești cu o sursă care are o impedanță mai mare de 1/8 din impedanța căștilor, vei obține un bas subamortizat. .

TIPURI DE AMORTIZARE: Există trei moduri de a atenua difuzoarele / de a controla rezonanța:

• Amortire electrică- Deja cunoscut de noi Qes, este similar cu frânarea regenerativă în vehiculele electrice hibride. Când frânezi, motorul electric încetinește mașina, transformându-se într-un generator și transferând energia înapoi către baterii. Difuzorul este capabil să facă același lucru. Dar dacă impedanța de ieșire a amplificatorului este crescută, efectul de frânare este redus semnificativ - de unde regula 1/8.
• Amortizare mecanică- Cunoscut sub numele de Qms, este destul de similar cu amortizoarele auto. Pe măsură ce creșteți amortizarea mecanică a unui difuzor, acesta limitează semnalul muzical care îl conduce, rezultând mai multă neliniaritate. Acest lucru crește distorsiunea și reduce calitatea sunetului.
• Amortizare datorita carcasei- Carcasa poate oferi amortizare, dar necesită ca aceasta să fie închisă - fie cu un reflex de bas reglat corespunzător, fie cu clipping controlat. Multe căști de vârf sunt, desigur, deschise, ceea ce elimină posibilitatea de a utiliza amortizarea carcasei, ca la difuzoare.

NIVEL PRESĂ: Pentru căștile care au o potrivire rezonabilă, cum ar fi căști de dimensiuni mari cu căști strânse pentru urechi, designerii pot lua în considerare posibilitatea de a permite o amortizare suplimentară a căștii. Dar forma capului, urechile, coafura, potrivirea căștilor, prezența ochelarilor și alți factori fac acest efect aproape imprevizibil. Pentru căștile on-ear, această funcție nu este disponibilă deloc. Mai jos vedeți două grafice care descriu impedanța Sennheiser HD650. Vă rugăm să rețineți: vârful de rezonanță la basul deschis este de 530 ohmi, dar atunci când utilizați un cap artificial, valoarea scade la 500 ohmi. Motivul pentru aceasta este amortizarea datorata spatiului inchis format de auricul si cupele pentru urechi.

CONCLUZIE: Sper că acum este clar că singura modalitate de a obține o performanță eficientă a amplificatorului pentru căști este să urmați regula 1/8. În timp ce unii oameni preferă sunetul cu o impedanță de ieșire mai mare, acesta depinde foarte mult de modelul de căști utilizat, de valoarea impedanței de ieșire și de preferințele personale. În mod ideal, ar trebui creat un nou standard, conform căruia dezvoltatorii ar trebui să producă surse cu o impedanță de ieșire mai mică de 2 ohmi.

Informații despre sponsor

KUPI.TUT.BY: catalog convenabil de laptopuri, preturi laptopuri. Aici puteți ridica și cumpăra un laptop la un preț mic. Ușurință de plată, livrare, asigurare a calității.

Articolul original în limba engleză: Headphone & Amp Impedance

De ce este atât de importantă valoarea impedanței de ieșire a sursei (amplificatorului), cum interacționează cu căștile și ce afectează.

Copyright Taras Kovrijenko 2009–2019

Cred că mulți știu că dacă aprinzi faza lungă, aragazul, luneta încălzită pe o mașină care rulează, atunci tensiunea generată de generator va scădea, chiar și în acest caz se spune că tensiunea a scăzut. Cum se aplică acest lucru la electronice? În electronică, totul se întâmplă conform aceluiași scenariu, dacă conectați o sarcină cu rezistență scăzută la generatorul de semnal, atunci tensiunea la bornele sale va scădea, motivul pentru aceasta în ambele cazuri este rezistența internă a generatorului, care este de obicei descris ca un rezistor conectat în serie cu generatorul. Circuitul echivalent al generatorului prezentat în imaginea de mai jos.

De ce echivalent? Deoarece, de fapt, fizic, rezistența prezentată în imagine nu este, cel puțin, în generatorul auto, dar pentru a ține cont de procesele care au loc în interiorul generatorului sau amplificatorului, precum și în alte circuite, este convenabil să descrie-le în acest fel.
Să trecem la practică, vom măsura impedanța de ieșire a generatorului de semnal.
Mai întâi, conectați osciloscopul la ieșirile generatorului de semnal așa cum se arată în imaginea de mai jos și vedeți care va fi tensiunea.

Oscilograma arată că valoarea amplitudinii tensiunii este de 1 V.
Acum să conectăm un potențiometru la ieșirile generatorului de semnal și să-l rotim până când tensiunea de la capetele generatorului devine egală cu jumătate din cea măsurată anterior, adică 0,5 V.

Cu o rezistență de 51 Ohm, căderea de tensiune pe potențiometru a devenit egală cu jumătate din tensiunea în circuit deschis.
Dacă te uiți la imaginea de mai sus, poți vedea că rezistența internă a generatorului și potențiometrul conectat de noi formează un divizor de tensiune și căderea de tensiune pe unul dintre brațele acestuia este egală cu jumătate din tensiunea generatorului, ceea ce înseamnă că exact jumătate din tensiune rămâne pe al doilea braț. Deoarece căderile de tensiune pe rezistența internă și pe potențiometrul conectat de noi sunt egale, aceasta înseamnă că rezistența internă a generatorului este egală cu rezistența potențiometrului, adică 51 Ohm.
Dar există momente în care nu este posibilă măsurarea tensiunii generatorului la ralanti, adică fără sarcină, caz în care se fac două măsurători cu rezistențe diferite, iar rezistența generatorului se calculează folosind formula prezentată mai jos.

Formula este derivată după cum urmează, mai întâi se calculează tensiunea pe R1 și R2, la fel ca un divizor convențional. În ambele formule obținute, tensiunea generatorului va fi prezentă, o exprimăm din fiecare formulă și echivalăm celelalte părți. Apoi, trebuie doar să exprimați Rg și acest lucru completează calculul.
Acum știm cum să măsurăm impedanța de ieșire a generatorului.

6.3. Instalarea și studiul unui amplificator aperiodic de joasă frecvență pe un tranzistor bipolar

În amplificatoare bipoLa tranzistoarele polare se folosesc trei scheme de conectare a tranzistorului: cu o bază comună, cu un emițător comun, cu un colector comun. Cel mai utilizat circuit de comutare cu un emițător comun.

Amintiți-vă că circuitele de intrare ale unui amplificator sensibil de joasă frecvență sunt executate în mod necesar cu un fir ecranat.

Pentru a studia funcționarea amplificatorului conform diagramei din figură 6.6 puteți asambla amplificatorul folosind cel prezentat în figură 6.8 placa de montaj.

La montarea amplificatorului, este imperativ să respectați polaritatea conexiunii condensatoarelor electrolitice. Schema de conexiuni arată polaritatea conectării unui singur condensator electrolitic. Polaritatea conectării celorlalți doi condensatori este determinată de schema de circuit a amplificatorului. Deoarece ieșirea generatorului este sinusoideDacă nu există o componentă de tensiune continuă, atunci polaritatea condensatoarelor atunci când se utilizează tranzistoare de tip n-p-n ar trebui să fie așa cum se arată în Figura 6.6, iar pentru un tranzistor de tip p-n-p - în Figura 6.7.

Deoarece condensatoarele electrolitice au rezistență inductivă, în amplificatoarele de joasă frecvență de înaltă calitate, condensatoarele ceramice mici sunt plasate în paralel cu condensatoarele electrolitice.

Măsurarea sensibilității și a ieșirii nominale

puterea amplificatorului de joasă frecvență

Setați preliminar valoarea necesară a coeficientului armonic la ieșirea amplificatorului. Controlul volumului amplificatorului este setat pe poziția volumului maxim, iar controlul tonului pe poziția de mijloc. Conectați toate instrumentele de măsură la rețea dispozitive și tensiunea de alimentare a amplificatorului. O tensiune sinusoidală cu o frecvență de 1000 Hz este furnizată de la generatorul de sunet printr-un divizor de tensiune între rezistențele R 1 , R 2 la intrarea amplificatorului. Creșteți treptat tensiunea sinusoidală la intrarea amplificatorului și, în același timp, măsurați conținutul armonic al semnalului la ieșirea amplificatorului. De îndată ce coeficientul armonic atinge o valoare prestabilită, se măsoară tensiunea la ieșirea amplificatorului U N.OUT și se determină tensiunea la intrarea amplificatorului U N.IN. Dacă nu există un voltmetru electronic sensibil, atunci tensiunea la intrarea amplificatorului este determinată după măsurarea tensiunii cu un voltmetru electronic 1 U 1 la intrarea divizorului de tensiune (pe rezistențele R 1 și R 2 - fig. 6.9 ).

(6.1)

Cu o sensibilitate scăzută a amplificatorului, se poate renunța la un divizor de tensiune, deoarece tensiunile de interferență care apar atunci când cablurile de testare sunt conectate la circuitul de intrare al amplificatorului nu vor afecta semnificativ rezultatele măsurării.

Tensiunea de intrare U n.in caracterizează sensibilitatea amplificatorului la un coeficient armonic dat la ieșirea amplificatorului. Puterea nominală de ieșire la sarcina R n este determinată de formula:

(6.2)

Distorsiunea armonică de 5-8% poate fi determinată aproximativ folosind un osciloscop. Cu această distorsiune armonică, distorsiunea sinusoidei este vizibilă pe ecranul osciloscopului. Este mai ușor să detectați distorsiunea sinusoidă dacă utilizați un osciloscop cu fascicul dublu și comparați semnalul de la ieșirea amplificatorului cu semnalul de la intrare.

Astfel, este posibil să se măsoare sensibilitatea și să se determine puterea nominală de ieșire a unui amplificator de joasă frecvență cu un coeficient armonic al semnalului la ieșirea amplificatorului de 5-8%, aproximativ fără un contor de coeficient armonic. Puterea maximă de ieșire a amplificatorului este determinată la o distorsiune armonică de 10%.

Măsurarea impedanței de intrare a unui amplificator

Impedanța de intrare a unui amplificator de joasă frecvență este de obicei măsurată la 1000 Hz. Dacă impedanța de intrare a amplificatorului R in este mult mai mică decât rezistența internă a voltmetrului utilizat, apoi pentru a determina rezistența de intrare a amplificatorului, un rezistor este conectat în serie cu intrarea sa, a cărui rezistență este aproximativ egală cu rezistența de intrare a amplificatorului. Două voltmetre electronice sunt conectate așa cum se arată în figură. 6.10 , unde R in este impedanța de intrare a amplificatorului. Determinarea rezistenței de intrare a amplificatorului se reduce la rezolvarea următoarei probleme: tensiunile cunoscute U 1 și U 2 indicate de voltmetrele V 1 și V 2, rezistența rezistorului R; este necesar să se determine R în. Deoarece rezistența internă a voltmetrului V 2 este mult mai mare decât rezistența de intrare a amplificatorului, atunci:

(6.3)

Dacă rezistența de intrare a amplificatorului se dovedește a fi proporțională cu rezistența internă a voltmetrului, atunci este imposibil să se determine R în acest fel.

În acest caz, pentru a determina impedanța de intrare a amplificatorului, dispozitivele sunt asamblate conform diagramei din figură. 6.9 , dar numai fără un contor de coeficienți armonici. La intrarea amplificatorului se aplică o tensiune sinusoidală cu o frecvență de 1000 Hz, care nu depășește tensiunea nominală de intrare. Se măsoară intrarea U in1 și ieșirea U out1 ale tensiunii amplificatorului și se determină câștigul de tensiune K = U out1 / U in1. Apoi, rezistența R este conectată în serie cu intrarea amplificatorului și, fără modificarea tensiunii la ieșirea generatorului de sunet, se măsoară tensiunea la ieșirea amplificatorului Uout2. Tensiunea la ieșirea amplificatorului a scăzut, de când rezistorul R este conectat în seriecu intrarea amplificatorului, o parte din tensiunea de la ieșirea generatorului cade pe rezistența R și o parte - pe rezistența de intrare R in. Pe baza legilor conexiunii seriale, putem scrie:

U in1 = U R + U Rîn (6.4)

(6.5)

Exprimăm U Rin și Uin1 în termeni de tensiune la ieșirea amplificatorului

(6.6) (6.7)

Înlocuind (6.6) și (6.7) în (6.5) obținem:

(6.8)

Din (6.8) obținem o expresie pentru impedanța de intrare a amplificatorului:

(6.9)

Pentru a îmbunătăți acuratețea determinării Rin, este necesar ca rezistența rezistorului R să fie de același ordin cu impedanța de intrare a amplificatorului R in.

Măsurarea impedanței de ieșire a amplificatorului

Impedanța de ieșire a amplificatorului este determinată din legea lui Ohm pentru un circuit complet

(6.10)

unde R n este rezistența de sarcină, R ext este rezistența internă (de ieșire) a sursei. Având în vedere că tensiunea la bornele sursei U = I× R n din (6.10) obținem

U=e- eu× R ext (6.11)

Opriți R n, atunci curentul I va fi foarte mic, prin urmare, tensiunea la bornele sursei U va fi egală cu forța electromotoare e. Să conectăm R n. Apoi căderea de tensiune în interiorul sursei (e- U Rн) se va referi la căderea de tensiune pe sarcina U Rн, deoarece rezistența internă a sursei se referă la rezistența de sarcină

(6.12) (6.13)

Pentru o determinare mai precisă a rezistenței interne (de ieșire) a amplificatorului, este necesar să se ia rezistența R n de același ordin cu cea internă.

Impedanța de ieșire a amplificatorului este de obicei măsurată la o frecvență de 1000 Hz. De la generatorul de sunet, la intrarea amplificatorului este aplicată o tensiune sinusoidală de 1000 Hz,astfel încât atunci când sarcina este deconectată, coeficientul armonic al semnalului la ieșirea amplificatorului nu a depășit valoarea specificată pentru aceastaamplificator de valoare.

Pentru a determina rezistența de ieșire Rout, măsurați tensiunea de ieșire a amplificatorului de două ori. Cu sarcina deconectată, tensiunea de ieșire va fi egală cu EMF, iar cu sarcina conectată - U Rн.

Impedanța de ieșire a amplificatorului este determinată de formula

(6.14)

Construirea unei caracteristici de amplitudine

Informații importante despre calitatea amplificatorului pot fi obținute din caracteristica de amplitudine. Pentru a elimina caracteristicile de amplitudine, dispozitivele sunt asamblate conform schemei din Fig. 6.9 , excluzând contorul de armonici. O tensiune sinusoidală cu o frecvență de 1000 Hz este furnizată de la generatorul de sunet la intrarea amplificatorului, astfel încât diferența dintre semnalul de la ieșirea amplificatorului și sinusoidal să devină vizibilă. Se mărește valoarea obținută a tensiunii de intrare de aproximativ 1,5 ori și se măsoară tensiunea de ieșire a amplificatorului cu un voltmetru electronic. Valorile obținute ale tensiunii de intrare și de ieșire ale amplificatorului vor da unul dintre punctele (extreme) ale caracteristicii de amplitudine a amplificatorului. Apoi, prin reducerea tensiunii de intrare, dependența tensiunii de ieșire de intrare este eliminată. Din caracteristica de amplitudine a amplificatorului, câștigul de tensiune este ușor de determinat K \u003d U out / U in. Tensiunile de intrare și de ieșire ale amplificatorului pentru a determina câștigul trebuie selectate pe secțiunea liniară a caracteristicii de amplitudine. În acest caz, câștigul amplificatorului nu va depinde de tensiunea de intrare.

Măsurarea zgomotului de pardoseală a amplificatorului

D Pentru a determina nivelul de zgomot intrinsec al amplificatorului, tensiunea de ieșire a amplificatorului este măsurată prin conectarea unui rezistor la intrarea amplificatorului, a cărui rezistență este egală cu rezistența de intrare a amplificatorului. Nivelul de zgomot propriu al amplificatorului este exprimat în decibeli - formula (5.6). Pentru a reduce efectul interferenței de la câmpurile electromagnetice externe, circuitele de intrare ale amplificatorului sunt ecranate cu grijă.

Determinarea randamentului amplificatorului

Eficiența amplificatorului este determinată atunci când la intrare este aplicată o tensiune sinusoidală cu o frecvență de 1000 Hz, corespunzătoare puterii nominale de ieșire. Determinați puterea nominală de ieșire conform formulei (6.2)

Puterea consumată de amplificator din surse (sursă) este determinată de formula P 0 =I× U , unde I este curentul consumat de la sursa, U este tensiunea la bornele amplificatorului destinate racordarii sursei de alimentare (schema de conectare a ampermetrului si voltmetrului se alege tinand cont de eroarea minima in determinarea puterii consumate de amplificator). , în funcție de ampermetrul și voltmetrul disponibil).

Determinarea intervalului de frecvențe amplificate

Pentru a determina gama de frecvențe amplificate și factorul de distorsiune a frecvenței, se construiește o caracteristică de frecvență (amplitudine-frecvență).

Din definirea caracteristicii amplitudine-frecventa a amplificatorului rezulta ca, pentru a-l construi, la intrarea amplificatorului se poate aplica orice tensiune corespunzatoare sectiunii liniare a caracteristicii de amplitudine. Cu toate acestea, la tensiuni de intrare prea scăzute, pot apărea erori datorate zgomotului și zgomotului de curent alternativ. La tensiuni mari de intrare pot apărea neliniarități ale elementelor amplificatorului. Prin urmare, răspunsul în frecvență este de obicei luat la o tensiune de intrare corespunzătoare unei puteri de ieșire egală cu 0,1 din valoarea nominală.

Dispozitivele de preluare a caracteristicilor amplitudine-frecvență sunt asamblate conform schemei din fig. 6.9 , iar contorul de armonici și osciloscopul nu pot fi conectate.

Gama de frecvențe amplificate este determinată din caracteristica amplitudine-frecvență, ținând cont de distorsiunea de frecvență admisă. Răspunsul în frecvență al unui amplificator este dependența câștigului de tensiune de frecvență. Din fig. 5.5 se poate vedea cum se determină gama de frecvențe amplificate de amplificator (lățimea de bandă) cu o scădere a câștigului la frecvențele de tăiere la 0,7 de la maxim, ceea ce corespunde unui factor de distorsiune a frecvenței de 3 dB.

(DESPRE REDUCEREA DISTORSĂRII DE INTERMODULAȚIE ȘI A SUNETELOR ÎN DIFOZARE)

Diferența de sunet al difuzoarelor atunci când se lucrează cu diferite UMZCH este observată în primul rând prin compararea amplificatoarelor cu tub și tranzistori: spectrul distorsiunii armonice a acestora este adesea semnificativ diferit. Uneori există diferențe vizibile între amplificatoarele din același grup. De exemplu, într-una dintre revistele audio, ratingurile date de UMZCH-urile cu tub de 12 și 50 W au tins în favoarea unuia mai puțin puternic. Sau evaluarea a fost părtinitoare?

Ni se pare că autorul articolului explică în mod convingător unul dintre motivele mistice ale apariției distorsiunilor tranzitorii și de intermodulație în difuzoare, care creează o diferență vizibilă de sunet atunci când se lucrează cu diferite UMZCH. De asemenea, oferă metode accesibile pentru a reduce semnificativ distorsiunea difuzoarelor, care sunt implementate destul de simplu folosind o bază de elemente moderne.

Acum este general acceptat că una dintre cerințele pentru un amplificator de putere este să se asigure că tensiunea de ieșire a acestuia rămâne neschimbată atunci când rezistența de sarcină se modifică. Cu alte cuvinte, rezistența de ieșire a UMZCH ar trebui să fie mică în comparație cu cea de sarcină, reprezentând nu mai mult de 1 / 10,1 / 1000 din modulul de rezistență (impedanța) sarcinii |Z n |. Această viziune este reflectată în numeroase standarde și recomandări, precum și în literatura de specialitate. Chiar și un astfel de parametru precum coeficientul de amortizare - K d (sau factorul de amortizare) este introdus special, egal cu raportul dintre rezistența nominală a sarcinii și impedanța de ieșire a amplificatorului R out PA. Deci, cu o impedanță de sarcină nominală de 4 ohmi și o impedanță de ieșire a amplificatorului de 0,05 ohmi, K d va fi 80. Standardele actuale pentru echipamentele HiFi impun ca factorul de amortizare pentru amplificatoarele de înaltă calitate să fie de cel puțin 20 (și se recomandă nu mai puțin de 100). Pentru majoritatea amplificatoarelor cu tranzistori de pe piață, K d este mai mare de 200.
Argumentele în favoarea unui mic Rout PA (și a unui Kd corespunzător mare) sunt binecunoscute: acestea sunt interschimbabilitatea amplificatoarelor și difuzoarelor, obținând o amortizare eficientă și previzibilă a rezonanței difuzorului principal (de joasă frecvență), precum și a comoditatea de a măsura și compara caracteristicile amplificatoarelor. Cu toate acestea, în ciuda legitimității și validității considerațiilor de mai sus, concluzia despre necesitatea unui astfel de raport, potrivit autorului, fundamental greșit!

Chestia este că această concluzie se face fără a ține cont de fizica muncii capetelor de difuzoare electrodinamice (GG). Marea majoritate a proiectanților de amplificatoare cred cu sinceritate că tot ceea ce li se cere este să furnizeze tensiunea necesară la o rezistență de sarcină dată cu o distorsiune cât mai mică posibil. Designerii de difuzoare, la rândul lor, par să presupună că produsele lor vor fi alimentate de amplificatoare cu impedanță de ieșire neglijabilă. S-ar părea că totul este simplu și clar - ce întrebări pot fi?

Cu toate acestea, există întrebări și foarte serioase. Principala dintre ele este problema amplorii distorsiunea de intermodulație introdus de GG atunci când este operat de la un amplificator cu rezistență internă neglijabilă (sursă de tensiune sau sursă EMF).

„Ce legătură are impedanța de ieșire a amplificatorului cu asta? Nu mă păcăli!" va spune cititorul. - Și greșește. Are, și cel mai direct, în ciuda faptului că faptul că această dependență este menționat extrem de rar. În orice caz, nu au fost găsite lucrări moderne care să ia în considerare acest efect asupra toate parametrii căii electro-acustice end-to-end - de la tensiunea la intrarea amplificatorului până la vibrațiile sonore. Din anumite motive, când luăm în considerare acest subiect, anterior ne-am limitat la analizarea comportamentului GG-ului lângă rezonanța principală la frecvențe joase, în timp ce lucruri nu mai puțin interesante se întâmplă la frecvențe vizibil mai mari - cu câteva octave peste frecvența de rezonanță.

Acest articol are scopul de a umple acest gol. Trebuie spus că, pentru a crește accesibilitatea, prezentarea este foarte simplificată și schematizată, așa că o serie de probleme „subtile” au rămas neluând în considerare. Deci, pentru a înțelege modul în care impedanța de ieșire a UMZCH afectează distorsiunea intermodulației în difuzoare, trebuie să ne amintim care este fizica radiației sunetului dintr-un con GG.

Sub frecvența de rezonanță principală, atunci când înfășurării bobinei GG este aplicată o tensiune de semnal sinusoidal, amplitudinea deplasării difuzorului acestuia este determinată de rezistența elastică a suspensiei (sau a aerului comprimat într-o cutie închisă) și este aproape independentă. a frecvenței semnalului. Funcționarea GG în acest mod se caracterizează prin distorsiuni mari și o ieșire foarte scăzută a unui semnal acustic util (eficiență foarte scăzută).

La frecvența fundamentală de rezonanță, masa difuzorului, împreună cu masa oscilantă a aerului și elasticitatea suspensiei, formează un sistem oscilator asemănător unei greutăți pe un arc. Eficiența radiației în acest interval de frecvență este aproape de maximul pentru acest HG.

Peste frecvența de rezonanță principală, forțele de inerție ale difuzorului, împreună cu masa de aer oscilantă, se dovedesc a fi mai mari decât forțele elastice ale suspensiei, astfel încât deplasarea difuzorului este invers proporțională cu pătratul frecvenței. Cu toate acestea, accelerația conului în acest caz nu depinde teoretic de frecvență, ceea ce asigură uniformitatea răspunsului în frecvență în ceea ce privește presiunea sonoră. Prin urmare, pentru a asigura uniformitatea răspunsului în frecvență al HG la frecvențe peste frecvența de rezonanță principală, trebuie aplicată difuzorului o forță de amplitudine constantă din partea laterală a bobinei, după cum rezultă din a doua lege a lui Newton (F=m *A).

Forța care acționează asupra conului din bobină este proporțională cu curentul din acesta. Când GG este conectat la o sursă de tensiune U, curentul I din bobina vocală la fiecare frecvență este determinat de legea lui Ohm I (f) \u003d U / Z g (f), unde Z g (f) este frecvența - rezistența complexă dependentă a bobinei. Este determinată în principal de trei mărimi: rezistența activă a bobinei R g (măsurată cu un ohmmetru), inductanța L g. Curentul este afectat și de EMF din spate care apare atunci când bobina se mișcă într-un câmp magnetic și este proporțională cu viteza de mișcare.

La frecvențe mult mai mari decât rezonanța principală, valoarea back-emf poate fi neglijată, deoarece conul cu bobina vocală pur și simplu nu are timp să accelereze în jumătate din perioada frecvenței semnalului. Prin urmare, dependența lui Z g (f) peste frecvența rezonanței principale este determinată în principal de mărimile R g și L g

Deci, nici rezistența R g și nici inductanța L g nu diferă în special constanța. Rezistența bobinei depinde în mare măsură de temperatură (TCS a cuprului este de aproximativ +0,35% / o C), iar temperatura bobinei mobile a GG-urilor de frecvență medie de dimensiuni mici în timpul funcționării normale se modifică cu 30 ... 50 o C și , în plus, foarte rapid - în zeci de milisecunde și mai puțin. În consecință, rezistența bobinei și, prin urmare, curentul prin ea și presiunea sonoră la o tensiune constantă aplicată se modifică cu 10 ... 15%, creând o distorsiune de intermodulație a valorii corespunzătoare a compresiei semnalului termic).

Modificările inductanței sunt și mai complexe. Amplitudineși fază curentul prin bobină la frecvențe vizibil mai mari decât cea rezonantă este determinat în mare măsură de valoarea inductanței. Și depinde foarte mult de poziția bobinei vocale în spațiu: cu o amplitudine normală de deplasare pentru frecvențe care sunt doar puțin mai mari decât frecvența de rezonanță fundamentală, inductanța se modifică cu 15 ... 40% pentru diferite GG. În consecință, la puterea nominală furnizată difuzorului, distorsiunea intermodulației poate ajunge la 10 ... 25%.

Cele de mai sus sunt ilustrate de o fotografie a oscilogramelor presiunii sonore realizate pe una dintre cele mai bune GG de frecvență medie domestică - 5GDSH-5-4. Schema bloc a configurației de măsurare este prezentată în figură.

Ca sursă a unui semnal cu două tonuri, au fost utilizate o pereche de generatoare și două amplificatoare, între ieșirile cărora a fost conectat GG-ul testat, instalate pe un ecran acustic cu o suprafață de aproximativ 1 m 2 . Două amplificatoare separate cu o marjă de putere mare (400 W) sunt utilizate pentru a evita formarea distorsiunii de intermodulație în timpul trecerii unui semnal cu două tonuri prin calea de amplificare. Presiunea sonoră dezvoltată de cap a fost percepută de un microfon electrodinamic cu bandă, a cărui distorsiune neliniară este mai mică de -66 dB la un nivel de presiune acustică de 130 dB. Presiunea sonoră a unui astfel de difuzor în acest experiment a fost de aproximativ 96 dB, astfel încât distorsiunea microfonului în aceste condiții ar putea fi neglijată.

După cum se poate observa pe oscilogramele de pe ecranul osciloscopului superior (sus - fără filtrare, inferior - după filtrarea HPF), modularea unui semnal cu o frecvență de 4 kHz sub influența altuia cu o frecvență de 300 Hz ( cu o putere a capului de 2,5 W) depășește 20%. Aceasta corespunde unei distorsiuni de intermodulație de aproximativ 15%. Se pare că nu este nevoie să reamintim că pragul de perceptibilitate al produselor de distorsiune a intermodulației este mult mai mic decât un procent, ajungând în unele cazuri la sutimi de procent. Este clar că distorsiunile UMZCH, chiar dacă sunt de natură „moale” și nu depășesc câteva sutimi de procente, sunt pur și simplu imposibil de distins pe fundalul distorsiunilor difuzorului cauzate de funcționarea acestuia de la o tensiune. sursă. Produsele de distorsiune cu intermodulație distrug transparența și detaliile sunetului - se dovedește a fi un „terci” în care instrumentele și vocile individuale sunt auzite doar ocazional. Acest tip de sunet este probabil bine cunoscut cititorilor (un test bun pentru distorsiune poate fi o fonogramă a unui cor de copii).

Cunoscătorii pot argumenta că există multe modalități de a reduce variabilitatea impedanței bobinei: umplerea golului cu fluid de răcire magnetic, instalarea capacelor de cupru pe miezurile sistemului magnetic și selectarea cu atenție a profilului miezului și a densității bobinei și multe altele. Cu toate acestea, toate aceste metode, în primul rând, nu rezolvă problema în principiu și, în al doilea rând, duc la complicarea și creșterea costului producției de HG, drept urmare nu sunt utilizate pe deplin nici măcar în difuzoarele de studio. De aceea, majoritatea GG-urilor cu frecvență medie și joasă frecvență nu au nici capace de cupru, nici fluid magnetic (în astfel de GG-uri, atunci când funcționează la putere maximă, lichidul este adesea evacuat din gol).

Prin urmare, alimentarea GG de la o sursă de semnal de înaltă impedanță (în limită - de la o sursă de curent) este o modalitate utilă și convenabilă de a reduce distorsiunea de intermodulație a acestora, în special atunci când se construiesc sisteme acustice active multibandă. În acest caz, amortizarea rezonanței principale trebuie efectuată pur acustic, deoarece factorul de calitate acustică intrinsec al GG-urilor de frecvență medie, de regulă, depășește semnificativ unitatea, ajungând la 4...8.

Este curios că tocmai acest mod de alimentare „curent” a GG are loc în lampa UMZCH cu o ieșire pentod sau tetrod cu un FOS superficial (mai puțin de 10 dB), mai ales dacă există un FOS local pentru curent. sub formă de rezistenţă în circuitul catodic.

În procesul de stabilire a unui astfel de amplificator, distorsiunile sale fără un OOS general se dovedesc, de obicei, a fi în limitele de 2,5% și sunt vizibile cu încredere la ureche atunci când sunt incluse în întreruperea căii de control (metoda de comparație cu „firul drept”). Cu toate acestea, după conectarea unui amplificator la un difuzor, se constată că, pe măsură ce crește adâncimea feedback-ului, sunetul se îmbunătățește mai întâi, apoi are loc o pierdere a detaliilor și a transparenței. Acest lucru se observă în special la un amplificator cu mai multe benzi, ale cărui trepte de ieșire conduc direct la capetele difuzoarelor corespunzătoare, fără filtre.

Motivul pentru care, la prima vedere, un fenomen paradoxal este că, odată cu creșterea adâncimii OOS în tensiune, impedanța de ieșire a amplificatorului scade brusc. Consecințele negative ale alimentării GG de la UMZCH cu o impedanță de ieșire scăzută sunt discutate mai sus. Într-un amplificator cu triodă, impedanța de ieșire, de regulă, este mult mai mică decât într-un pentod sau tetrod, iar liniaritatea înainte de introducerea feedback-ului este mai mare, astfel încât introducerea feedback-ului asupra tensiunii îmbunătățește performanța unui singur amplificator, dar în acelaşi timp înrăutăţeşte performanţa capului difuzorului. Ca rezultat, ca urmare a introducerii unui feedback de tensiune de ieșire într-un amplificator cu triodă, sunetul poate deveni de fapt mai rău, în ciuda îmbunătățirii caracteristicilor amplificatorului în sine! Acest fapt stabilit empiric servește drept hrană inepuizabilă pentru speculații pe tema prejudiciului din utilizarea feedback-ului în amplificatoarele de putere audio, precum și argumente despre transparența și naturalitatea sunetului special, asemănător tubului. Cu toate acestea, din faptele de mai sus, rezultă în mod clar că punctul nu este în prezența (sau absența) OOS-ului în sine, ci în impedanța de ieșire rezultată a amplificatorului. Acolo este „îngropat câinele”!

Merită să spuneți câteva cuvinte despre utilizarea rezistenței negative de ieșire UMZCH. Da, feedback-ul pozitiv al curentului (POF) ajută la atenuarea GG la frecvența de rezonanță fundamentală și la reducerea puterii disipate în bobina vocală. Cu toate acestea, trebuie să plătiți pentru simplitatea și eficiența amortizarii prin creșterea influenței inductanței GG asupra caracteristicilor sale, chiar și în comparație cu modul de funcționare de la o sursă de tensiune. Aceasta deoarece constanta de timp L g /R g este înlocuită cu una mai mare egală cu L g /. În consecință, frecvența scade, pornind de la care reactanța inductivă începe să domine în suma impedanțelor sistemului „GG + UMZCH”. În mod similar, influența schimbărilor termice în rezistența activă a bobinei crește: suma rezistenței variabile a bobinei și rezistența negativă constantă de ieșire a amplificatorului se modifică mai mult în termeni procentuali.

Desigur, dacă R out. PA în valoare absolută nu depășește 1/3 ... 1/5 din rezistența activă a înfășurării bobinei, pierderea de la introducerea POS-ului este mică. Prin urmare, poate fi folosit un curent slab POS pentru o mică amortizare suplimentară sau pentru reglarea fină a factorului de calitate în banda de frecvență joasă. În plus, POS-ul actual și modul sursă curent din UMZCH nu sunt compatibile între ele, drept urmare, alimentarea curentă a GG în banda de frecvență joasă, din păcate, nu este întotdeauna aplicabilă.

Cu distorsiunea de intermodulație, se pare că ne-am dat seama. Acum rămâne să luăm în considerare a doua întrebare - amploarea și durata tonurilor care apar în difuzorul GG la reproducerea semnalelor de natură impuls. Această întrebare este mult mai complicată și „mai subțire”.

Există, teoretic, două posibilități de a elimina aceste acorduri. Primul este de a muta toate frecvențele de rezonanță dincolo de intervalul de frecvență de operare, în regiunea ultrasunetelor îndepărtate (50...100 kHz). Această metodă este utilizată în dezvoltarea de GG de înaltă frecvență de putere redusă și a unor microfoane de măsurare. În raport cu GG, aceasta este metoda unui difuzor „dur”.

Deci, este posibilă și o a treia opțiune - utilizarea unui GG cu un difuzor relativ „dur” și introducerea amortizarii acustice a acestuia. În acest caz, este posibil să combinați într-o oarecare măsură avantajele ambelor abordări. Acesta este modul în care sunt construite cel mai des difuzoarele de control de studio (monitoarele mari). Desigur, atunci când HG amortizat este alimentat de la o sursă de tensiune, răspunsul în frecvență este distorsionat semnificativ din cauza unei scăderi accentuate a factorului de calitate total al rezonanței principale. Sursa de curent în acest caz se dovedește, de asemenea, a fi de preferat, deoarece ajută la egalizarea răspunsului în frecvență simultan cu excluderea efectului compresiei termice.

Rezumând cele de mai sus, putem trage următoarele concluzii practice:

1. Modul de funcționare a capului difuzorului de la o sursă de curent (spre deosebire de o sursă de tensiune) asigură o reducere semnificativă a distorsiunii de intermodulație introdusă de capul însuși.

2. Cea mai potrivită opțiune de design pentru un difuzor cu distorsiuni de intermodulație scăzută este o multi-bandă activă, cu un filtru crossover și amplificatoare separate pentru fiecare bandă. Cu toate acestea, această concluzie este adevărată indiferent de dieta GG.

4. Pentru a obține o impedanță mare de ieșire a amplificatorului și pentru a menține o cantitate mică din distorsiunea acestuia, OOS ar trebui utilizat nu în ceea ce privește tensiunea, ci în ceea ce privește curentul.

Desigur, autorul înțelege că metoda propusă de reducere a distorsiunii nu este un panaceu. În plus, în cazul utilizării unui difuzor multiband gata făcut, alimentarea curentă a GG-urilor individuale fără modificare este imposibilă. O încercare de a conecta un difuzor cu mai multe benzi în ansamblu la un amplificator cu o impedanță de ieșire crescută va duce nu atât la o scădere a distorsiunii, ci la o distorsiune accentuată a răspunsului în frecvență și, în consecință, la o defecțiune a echilibrului tonal. . cu toate acestea reducerea distorsiunii de intermodulație GG aproape un ordin de mărime, și printr-o astfel de metodă accesibilă, merită în mod clar o atenție demnă.

S.AGEEV, Moscova

De obicei, problemei potrivirii rezistenței nu i se acordă suficientă atenție. Scopul acestei secțiuni este de a sublinia principiile și practica potrivirii impedanței.

Impedanță de intrare Orice dispozitiv electric care necesită un semnal pentru a funcționa are o impedanță de intrare. La fel ca orice altă rezistență (în special rezistența în circuitele DC), rezistența de intrare a unui dispozitiv este o măsură a curentului care curge prin circuitul de intrare atunci când o anumită tensiune este aplicată la intrare.

De exemplu, impedanța de intrare a unui bec de 12 volți care consumă 0,5 amperi este 12/0,5 = 24 ohmi. O lampă este un exemplu simplu de rezistență, deoarece știm că nu conține decât un filament. Din acest punct de vedere, impedanța de intrare a unui circuit, cum ar fi un amplificator cu tranzistor bipolar, poate părea a fi ceva mai complex. La prima vedere, prezența condensatoarelor, rezistențelor și joncțiunilor p-n semiconductoare în circuit face dificilă determinarea rezistenței de intrare. Cu toate acestea, orice circuit de intrare, indiferent cât de complex, poate fi reprezentat ca o impedanță simplă, așa cum se arată în Figura 2.18. Dacă VIN este tensiunea semnalului de intrare AC și IIN este curentul AC care curge prin circuitul de intrare, atunci impedanța de intrare este ZIN = UIN/IIN[Ω].

Pentru majoritatea circuitelor, impedanța de intrare are un caracter rezistiv (ohmic) pe o gamă largă de frecvențe, în care defazajul dintre tensiunea de intrare și curentul de intrare este neglijabil. În acest caz, circuitul de intrare arată ca cel prezentat în Fig. 2.19, legea lui Ohm este valabilă și nu este nevoie de algebră cu numere complexe și diagrame vectoriale aplicate circuitelor cu elemente reactive.

Fig.2.18. O diagramă cu o pereche de terminale de intrare care ilustrează conceptul de impedanță de intrare ZIN

Este important de remarcat, totuși, că natura ohmică a impedanței de intrare nu înseamnă neapărat că poate fi măsurată la DC; Pot exista componente reactive în calea semnalului de intrare (cum ar fi un condensator de cuplare) care nu sunt relevante pentru semnalul AC la frecvențele medii, dar nu permit efectuarea măsurătorilor la ținta de intrare DC. Pe baza celor de mai sus, în considerare în continuare vom presupune că impedanța este de natură pur ohmică și Z=R.

Măsurarea rezistenței de intrare. Tensiunea de intrare este ușor de măsurat cu un osciloscop sau un voltmetru AC. Cu toate acestea, curentul AC nu poate fi măsurat la fel de ușor, în special atunci când impedanța de intrare este mare. Cel mai potrivit mod de a măsura rezistența de intrare este prezentat în Figura 2.19.

Fig.2.19. Măsurarea rezistenței de intrare

Un rezistor cu o rezistență R cunoscută este conectat între generator și intrarea circuitului studiat. Apoi, folosind un osciloscop sau un voltmetru AC cu o intrare de înaltă rezistență, tensiunile U1 și U2 sunt măsurate pe ambele părți ale rezistenței R. Dacă IIN este un curent de intrare alternativ, atunci, conform legii lui Ohm, o tensiune egală cu U1 - U2 = picături RIBX peste rezistor. Prin urmare, I BX = (U1 - U2)/R, R BX = U2 / R. Prin urmare Dacă circuitul studiat este un amplificator, atunci este adesea cel mai convenabil să determinați U1 și U2 prin măsurarea la ieșirea amplificatorului: U1 este măsurat cu generatorul conectat direct la intrare, iar U2 este măsurat cu rezistența R conectată. în serie cu intrarea rezistorului R. Deoarece doar raportul U1 / U2, câștigul nu joacă niciun rol. Se presupune că în timpul acestor măsurători, tensiunea la ieșirea generatorului rămâne neschimbată. Iată un exemplu foarte simplu: dacă un rezistor de 10 kΩ în serie cu intrarea face ca tensiunea de ieșire a amplificatorului să scadă la jumătate, atunci U1/U2 = 2 și RIN = 10 kΩ.

impedanta de iesire. Un exemplu care dă o idee despre rezistența de ieșire este acesta: farurile unei mașini se sting ușor când demarorul este pornit. Curentul mare absorbit de demaror provoacă o scădere a tensiunii în interiorul bateriei, determinând scăderea tensiunii la bornele acesteia, iar farurile devin mai puțin luminoase. Această cădere de tensiune are loc pe impedanța de ieșire a bateriei, poate mai bine cunoscută sub numele de rezistență internă sau de sursă.

Să extindem această vedere pentru a include toate circuitele de ieșire, inclusiv circuitele DC și AC, care au întotdeauna o anumită impedanță de ieșire conectată la o sursă de tensiune. Aplicabilitatea unei descrieri atât de simple chiar și la cele mai complexe circuite este convinsă de regula care spune că orice circuit cu rezistențe și surse care are două terminale de ieșire poate fi înlocuit cu o rezistență și o sursă conectate în serie. Aici, cuvântul „sursă” trebuie înțeles ca o componentă ideală care generează tensiune și continuă să mențină această tensiune neschimbată chiar și atunci când se consumă curent din ea. Descrierea circuitului de ieșire este prezentată în fig. 2.20 unde ROUT este impedanța de ieșire și U este tensiunea de ieșire fără sarcină, adică tensiunea la ieșirea în circuit deschis.

Fig.2.20. Circuitul de ieșire Circuit echivalent

Când discutăm problema rezistenței de intrare și de ieșire, este oportun să acordăm atenție conceptului care apare pentru prima dată: circuitul echivalent. Toate schemele din fig. 2.18, 2.19 și 2.20 sunt circuite echivalente. Ele nu reflectă neapărat componentele și conexiunile reale din dispozitivele în cauză; aceste diagrame sunt o reprezentare convenabilă care este utilă pentru înțelegerea modului în care se comportă un anumit dispozitiv.

Orez. 2.20 arată că, în cazul în care un rezistor sau bornele de intrare ale altui dispozitiv sunt conectate la bornele de ieșire, o parte din tensiunea sursei U scade pe rezistența internă a sursei.

Măsurarea rezistenței de ieșire. Din circuitul din figura 2.20 rezultă o metodă simplă de măsurare a rezistenței de ieșire. Dacă bornele de ieșire sunt scurtcircuitate, curentul de scurtcircuit ISC este modificat și se ține cont de faptul că acesta coincide cu curentul care trece prin rezistența ROUT ca urmare a aplicării tensiunii U lui, atunci obținem: ROUT = U/IKC. Tensiunea U furnizată circuitului de către sursă este măsurată la bornele de ieșire în modul „reactiv”, adică cu un curent de ieșire neglijabil. Astfel, impedanța de ieșire poate fi obținută cu ușurință ca raport dintre tensiunea în circuit deschis și curentul de scurtcircuit.

Având în vedere această metodă de principiu pentru determinarea rezistenței de ieșire, trebuie spus că există obstacole pe parcurs, inerente în măsurarea curentului de scurtcircuit de ieșire în majoritatea cazurilor. De obicei, în cazul unui scurtcircuit, condițiile de funcționare ale circuitului sunt încălcate și nu se pot obține rezultate fiabile; în unele cazuri, anumite componente se pot defecta, incapabile să reziste la o sarcină anormal de mare. O ilustrare simplă a inaplicabilității metodei scurtcircuitului: încercați să măsurați impedanța de ieșire a rețelei de curent alternativ! În ciuda acestor neajunsuri din punct de vedere practic, utilizarea acestei metode este justificată în derivarea teoretică a impedanței de ieșire a circuitului și este utilizată în continuare în acest capitol.

O modalitate practică de măsurare a rezistenței de ieșire este prezentată în Figura 2.21. Aici, tensiunea de ieșire fără sarcină este măsurată cu un voltmetru sau un osciloscop cu o intrare de impedanță ridicată, iar apoi bornele de ieșire sunt derivate cu o sarcină de rezistență cunoscută R. Tensiunea de ieșire redusă cu sarcina conectată este determinată direct de acelasi metru. Valoarea ROUT poate fi calculată ca raportul dintre cantitatea cu care tensiunea a scăzut la curentul de ieșire.

Fig.2.21. Măsurarea rezistenței de ieșire cu ajutorul unui rezistor de șunt

Dacă U este tensiunea de ieșire în circuit deschis și U1 este tensiunea de ieșire la sarcina R, atunci căderea de tensiune la ROUT atunci când sarcina este prezentă este U-U1, curentul de ieșire atunci când sarcina este prezentă este U1/R, deci ROUT = R(U - U1) / U1 Potrivirea rezistenței pentru un transfer optim de tensiune. Majoritatea circuitelor electronice consideră semnalele ca fiind tensiuni. În cele mai multe cazuri, atunci când conectați o parte a circuitului la alta, este necesar să transferați tensiunea în măsura maximă cu un minim de pierderi. Aceasta este cerința pentru transferul maxim de tensiune, care este de obicei îndeplinită la potrivirea rezistențelor. Având în vedere acest criteriu, luăm în considerare principiul potrivirii rezistenței.

Figura 2.22 prezintă două blocuri conectate între ele: pentru un transfer optim de tensiune, UIN ar trebui să fie cât mai aproape de U. Tensiunea UIN este: UIN = URIN / ROUT + RIN și UIN≈U, RIN >> ROUT

Fig.2.22. Ilustrație a potrivirii impedanței între două dispozitive

Cu alte cuvinte, pentru cel mai bun transfer posibil de tensiune de la un circuit la altul, impedanța de ieșire a primului circuit trebuie să fie mult mai mică decât impedanța de intrare a celui de-al doilea circuit; în general vrei RIN > 10ROUT. Din acest motiv, dispozitivele de testare, cum ar fi generatoarele, sunt proiectate cu impedanță de ieșire scăzută (de obicei< 100 Ом). С другой стороны, осциллограф, предназначенный для наблюдения напряжений в испытываемой схеме, делается с большим входным сопротивлением (типичное значение >1 MΩ).

Fig.2.23. Dependența tensiunii de ieșire a circuitului de rezistența de sarcină

Dacă nu sunt îndeplinite condițiile pentru potrivirea optimă a rezistențelor și semnalul este alimentat la intrarea circuitului cu o rezistență de intrare comparabilă cu rezistența de ieșire a sursei, atunci, în cel mai general caz, vor exista pur și simplu pierderi de tensiune. Această situație apare atunci când două trepte de amplificare cu tranzistor bipolar, precum cel prezentat în Fig. 11.5 sunt conectate unul după altul (în cascadă). Atât impedanța de intrare, cât și de ieșire a unei astfel de trepte de tranzistor bipolar sunt de același ordin de mărime (de obicei câteva mii de ohmi), ceea ce înseamnă că aproximativ 50% din tensiunea semnalului se pierde în conexiunea dintre trepte. Pe de altă parte, amplificatorul FET (Fig. 11.13) este mult mai bun în ceea ce privește potrivirea impedanței: are o impedanță de intrare foarte mare și o impedanță medie de ieșire; la conectarea unor astfel de cascade una după alta, pierderile de semnal sunt neglijabile.

Există unul sau două cazuri în care potrivirea impedanței necesită o atenție specială, deoarece prea puțină rezistență la sarcină afectează nu numai câștigul de tensiune, ci și răspunsul în frecvență. Acest lucru se întâmplă atunci când impedanța de ieșire a sursei nu este pur rezistivă, ci este reactanța și astfel răspunsul în frecvență se modifică. Un exemplu simplu este un microfon cu condensator, unde impedanța de ieșire este exprimată mai degrabă în picofarads decât în ​​ohmi, cu o valoare tipică în regiunea de 50 pF. O reproducere bună a frecvenței joase necesită ca impedanța de intrare a amplificatorului să fie mare în comparație cu reactanța capacității de 50 pF la frecvențe de până la 20 Hz. În practică, aceasta necesită o impedanță de intrare de aproximativ 200 MΩ, care este de obicei furnizată de un amplificator FET montat în corpul microfonului.

Potrivirea rezistenței pentru un transfer optim de putere. Deși transferul maxim de tensiune este de obicei criteriul pentru potrivirea impedanței, există momente când doriți să transferați puterea maximă. Fără a da calcule matematice, vă vom informa că pentru circuitul 2.22, puterea maximă în RIN este atinsă când RIN = ROUT. Acest rezultat este cunoscut sub numele de teorema puterii maxime: puterea maximă este transferată de la sursă la sarcină atunci când impedanța de sarcină este egală cu impedanța de ieșire a sursei. Această teoremă este valabilă nu numai pentru componentele rezistive, ci și pentru componentele complexe ZIN și ZOUT. În acest caz, se cere ca, pe lângă condiția RIN = ROUT, să fie îndeplinită și condiția XIN = -XOUT, adică dacă o impedanță este capacitivă, cealaltă impedanță trebuie să fie inductivă.

Potrivirea rezistenței pentru un transfer optim de curent. Uneori este necesară potrivirea rezistenței pentru a furniza curent maxim în circuitul de intrare. Referindu-ne din nou la fig. 2.22, se poate observa că curentul maxim de intrare IВХ este atins atunci când impedanța în circuit este aleasă cât mai mică posibil. Prin urmare, cu un ROUT fix, ar trebui să se străduiască pentru cea mai mică valoare posibilă a RIN. Această situație destul de neobișnuită este exact opusul cazului obișnuit când este necesar să se transmită tensiune.