Как динамики согласованы с аудиоусилителями? (избегая перегрузки либо)

У вас много вопросов, но я думаю, вы сможете лучше понять это с помощью одного объяснения. Обратите внимание, что вокруг этой темы существует множество мифов. Но это также вопрос аналоговой электроники.

Динамики — это Z-нагрузка в вашей цепи, которая может изменять свое сопротивление в зависимости от частоты. Обратите внимание, что основная цель динамика — поддерживать стабильный и почти постоянный импеданс в частотном диапазоне, для которого он был создан. Это сопротивление почти равно сопротивлению катушки. Таким образом, когда ваш динамик работает в хорошо спроектированной системе, нагрузку Z можно рассматривать как почти чисто резистивную нагрузку (в большинстве случаев 8, 6 или 4 Ом).

При этом у нас должны быть способы подачи питания на динамик, чтобы он мог воспроизводить звуковые волны. Обратите внимание, что магнитная часть динамика напрямую связана с током, который через него проходит. Таким образом, мы можем сказать, что динамик представляет собой своего рода резистивную нагрузку, которая имеет дело с изменениями тока для воспроизведения звука (простой способ понять). Таким образом, мы можем изменять ток в резистивной нагрузке, изменяя напряжение на ней.

Если вы подключите динамик или простой резистор к выходу усилителя, а также подключите осциллограф к нагрузке, вы увидите изменения напряжения точно так же, как меняется ваша музыка (звуковые волны). Это не постоянное напряжение на выходе. В противном случае вы не сможете создавать звуковые волны, поскольку вам нужны вариации тока для создания магнитных вариаций и сил по формуле Лоренца.

Кроме того, мощность — это мощность, потребляемая вашей системой. Мгновенная мощность рассчитывается как P = UI или P = ZI². Таким образом, чем больше ток, проходящий через ваш динамик, тем больше мощности он будет рассеивать (а также больше потребляемой мощности, поскольку часть ее будет преобразована в звуковые волны).

Кроме того, вы должны рассмотреть регулятор громкости. Те примеры, которые вы привели, могут применяться только в том случае, если ваши усилители всегда работают с полным усилением (0 дБ). Таким образом, более мощный усилитель должен выдавать более высокое напряжение на выходе по сравнению с менее мощным усилителем (оба в 0 дБ). Поскольку мгновенная мощность также рассчитывается как P = U²/Z, вы не можете увеличить мощность при одинаковых напряжении и импедансе.

При подключении (усилитель + динамик) следует обратить внимание на некоторые детали:

• Выходная мощность усилителя: он сообщит вам, какую мощность он может передать вашему динамику при определенном импедансе. Это максимальная мощность, которую он может произвести. Обратите внимание, что если вы включите его на 20% громкости, он не будет работать на полную мощность. Также обратите внимание, что даже при 0 дБ он, вероятно, не будет постоянно производить полную мощность, потому что музыка меняет свои амплитуды волн, поэтому вы должны вычислять среднюю мощность по интегралу всего сигнала.

• Минимальное сопротивление усилителя:Это скажет вам, какой самый низкий импеданс вы можете подключить к его выходу. Неважно, если вы подключите туда более высокие импедансы. Вы просто не сможете получить слишком громкий звук в своей акустической системе. Вообще говоря, при подключении динамиков с более высоким импедансом вы можете получить более чистый звук (меньше искажений), но меньшую громкость звука. С другой стороны, если вам нужна более громкая система, вам следует подключить минимально допустимый импеданс, но у вас, вероятно, будет больше искажений. Обратите внимание, что избыточное тепло может повредить любой части вашей системы. А тепло вырабатывается эффектом Джоуля, который напрямую связан с мощностью. Таким образом, также возможно подключить более низкие импедансы, чем разрешено, поскольку вы не увеличиваете громкость больше определенной точки. Таким образом, даже при более низком импедансе вы производите ту же мощность, что и при более высоком импедансе на полной громкости. Вы можете увидеть это, подключив динамик на 2 Ом к усилителю с минимальным сопротивлением 4 Ом, но с очень низкой громкостью. Будет работать и ничего не повредит.

• Импеданс динамика: как уже было сказано, это номинальный импеданс, которого производитель пытается достичь и поддерживать стабильным в частотном диапазоне, для которого предназначен динамик.

• Мощность динамика: это максимальная мощность, которую может выдержать динамик. Конечно, всегда возникают вопросы о том, как люди ее измеряют, и действительно существуют неправильные представления о таких терминах, как RMS POWER. Обычный способ сделать это — подключить динамик к некоторому сигналу со СРЕДНЕЙ мощностью P и посмотреть, выдержит ли он это в течение длительного периода времени. Наибольшее значение P, которого вы можете достичь, делая это, является вашей номинальной средней мощностью (опять же, это простое объяснение).

Поэтому, если вы подключаете динамик к усилителю, вы должны следить за этими переменными, чтобы увидеть, не навредите ли вы чему-нибудь. Как правило, вы можете навредить динамику, подключив к нему слишком мощный усилитель. Допустим, у вас есть динамик мощностью 300 Вт/8 Ом, и вы подключаете усилитель мощностью 800 Вт/8 Ом. Как я уже говорил, это также зависит от регулятора громкости. Всякий раз, когда эта система работает на малой громкости, ничто не повредит. Но когда вы достигнете определенной точки громкости, когда средняя мощность на выходе превысит 300 Вт, вы, вероятно, начнете наносить вред своему динамику. Также иногда говорят, что очень мощный динамик может навредить маломощному усилителю. Или что немощный усилитель не может раскачать мощный динамик. Что происходит, так это то, что теперь вы можете иметь усилитель мощностью 20 Вт / 4 Ом с динамиком мощностью 800 Вт / 4 Ом. Обратите внимание, что вы можете подключить их, и он будет работать нормально. Это будет равносильно подключению к нему более мощного усилителя с малой громкостью. Проблема в следующем: вы, вероятно, захотите достичь полной громкости, чтобы получить хоть какой-то звук. ЭТО может повредить ваш усилитель, так как полная громкость во многих случаях означает более 0 дБ (плюс искажения). Избыточное тепло в усилителе может повредить его выход. Другая распространенная проблема заключается в том, что это искажение на полной громкости может повредить ваш динамик. Это происходит потому, что динамик создан для работы в движении. Многие динамики имеют отверстия для отвода тепла и получения потока воздуха для охлаждения. Всякий раз, когда возникают искажения, подвижная часть динамика может на некоторое время перестать двигаться. Катушка начинает перегреваться. ЭТО может повредить ваш усилитель, так как полная громкость во многих случаях означает более 0 дБ (плюс искажения). Избыточное тепло в усилителе может повредить его выход. Другая распространенная проблема заключается в том, что это искажение на полной громкости может повредить ваш динамик. Это происходит потому, что динамик создан для работы в движении. Многие динамики имеют отверстия для отвода тепла и получения потока воздуха для охлаждения. Всякий раз, когда возникают искажения, подвижная часть динамика может на некоторое время перестать двигаться. Катушка начинает перегреваться. ЭТО может повредить ваш усилитель, так как полная громкость во многих случаях означает более 0 дБ (плюс искажения). Избыточное тепло в усилителе может повредить его выход. Другая распространенная проблема заключается в том, что это искажение на полной громкости может повредить ваш динамик. Это происходит потому, что динамик создан для работы в движении. Многие динамики имеют отверстия для отвода тепла и получения потока воздуха для охлаждения. Всякий раз, когда возникают искажения, подвижная часть динамика может на некоторое время перестать двигаться. Катушка начинает перегреваться. Многие динамики имеют отверстия для отвода тепла и получения потока воздуха для охлаждения. Всякий раз, когда возникают искажения, подвижная часть динамика может на некоторое время перестать двигаться. Катушка начинает перегреваться. Многие динамики имеют отверстия для отвода тепла и получения потока воздуха для охлаждения. Всякий раз, когда возникают искажения, подвижная часть динамика может на некоторое время перестать двигаться. Катушка начинает перегреваться.

Короче говоря, любая комбинация усилителя и динамика должна быть возможна. Вам просто нужно позаботиться об объеме. Если вы не хотите никаких возможных проблем, приобретите усилитель, который немного менее мощный, чем ваш динамик, с тем же импедансом, и никогда не превышайте 70%~80% регулятора громкости. Если ваш регулятор громкости имеет шкалу дБ, попробуйте использовать не более 0 дБ.

Я надеюсь, что это прояснило ваши вопросы. Извините за плохой английский.

Согласование импедансов может быть проблемой как для полупроводниковых, так и для ламповых усилителей.

В случае ламповых усилителей лампы не могут напрямую управлять динамиками; они должны управлять динамиками через согласующий трансформатор импеданса. Лампы повредить довольно сложно, но трансформатор или динамики могут быть повреждены, если импеданс не согласован. В ламповом усилителе лампы хорошо управляют большими напряжениями (сотни вольт), но плохо управляют большими токами. Таким образом, чтобы управлять динамиками на 8 Ом или 4 Ом, необходим трансформатор для преобразования высокого выходного напряжения ламп в сильноточный выходной сигнал для динамиков. Первичная сторона, соединенная с трубками, имеет много-много витков очень тонкой проволоки. Вторичная сторона, подключенная к динамикам, имеет меньшее количество витков более толстого провода. Трубки действуют как источники тока. Если не подключен динамик или динамик со слишком высоким импедансом, трубки могут подавать на трансформатор очень высокие напряжения, которые могут повредить изоляцию обмоток трансформатора. Если импеданс динамика слишком низкий, лампы могут пропускать избыточный ток через обмотки, вызывая их нагрев. Ни один из них не идеален. Как правило, вторичная обмотка трансформатора будет иметь 2 или 3 ответвления для общих импедансов громкоговорителей, чтобы сделать согласование таким же простым, как выбор правильного импеданса на переключателе.

В случае с твердотельными усилителями у вас может возникнуть аналогичная проблема с ненагруженным усилителем, который повреждает себя, генерируя внутри себя высокое напряжение. Причина та же: выходные транзисторы действуют как источники тока, и если импеданс слишком высок, это приведет к высоким напряжениям. Современные усилители, как правило, спроектированы так, чтобы полностью избежать этой проблемы, или они имеют внутренние нагрузки, которые постоянно подключены к выходным клеммам, чтобы установить верхний предел импеданса, который воспринимает усилитель.

Что касается выходной мощности усилителя, то большинство усилителей фактически имеют 3 выходных предела — напряжение, ток и мощность. Если импеданс мал, вы достигли предела тока. Если импеданс слишком велик, вы достигаете предела напряжения. Если вы выберете импеданс правильного размера, чтобы одновременно достичь предела тока и напряжения, вы, вероятно, достигнете предела мощности. Предел напряжения определяется напряжением питания усилителя. Ограничение по току определяется выходными транзисторами привода. А предел мощности вообще тепловой предел - если его слишком долго превысить, то усилитель перегреется.

Вы можете нанести вред говорящему несколькими способами. Через него проходит слишком много энергии. Другой пропускает через него слишком много энергии на частотах, выходящих за пределы расчетного диапазона частот. например, не пропускайте бас через твитер. Другое дело — клиппирование усилителя. Когда предельные значения напряжения или тока усилителя достигаются, он обрезает верхнюю часть сигнала, генерируя множество высокочастотных гармоник. Они могут повредить динамик, резко дергая диффузор динамика на частотах, для которых он не предназначен. Кроме того, если отсечение несимметрично, диффузор может входить в динамик или выходить из него. Если он выйдет достаточно далеко, катушка выйдет из канавки в магните динамика, и ее можно повредить, если она не попадет в канавку, когда вернется.

Вы можете повредить усилитель, перегрузив или недогрузив его, в зависимости от импеданса. Нет проблем с подключением динамика мощностью 4 Вт к усилителю мощностью 1/2 Вт, если усилитель нормально справляется с импедансом динамика. Только будет не очень громко.

Во-первых, импеданс динамика очень редко бывает близким к плоскому. Кривая импеданса обычно выглядит примерно так:

Пик – это f _s , резонанс громкоговорителя в свободном воздухе. Номинальный импеданс – это первый минимум на кривой импеданса выше резонанса. Сопротивление постоянному току обычно будет немного ниже, чем это, но обычно не намного ниже (например, может быть около 6 Ом для динамика с номинальным сопротивлением 8 Ом). Однако на сопротивление постоянному току также влияют другие факторы — например, динамик, рассчитанный на большую мощность, обычно имеет более толстый провод в звуковой катушке, что снижает сопротивление постоянному току, но почти не влияет на импеданс на более высоких частотах. .

Когда вы монтируете этот драйвер в коробку, вы обычно добавляете по крайней мере еще один (а часто и пару) еще меньших пиков на более низких частотах, которые отражают резонансную частоту кабинета и любых портов, которые он может иметь.

Я не уверен, откуда вы взяли, что напряжение постоянно (или даже близко к нему). Как и в любой другой схеме, P = I * E. Так, например, один ватт через 8-омный динамик равен 2,83 вольта (квадратный корень из 8, поскольку P = E ² /R). Возможно, вы думаете о том, что большинство усилителей рассчитаны на максимальное колебание напряжения (но обычно оно выше 16 вольт).

Что касается того, что произойдет, если вы подключите 10-ваттный усилитель к 4 динамикам (предположительно, последовательно-параллельно для поддержания одинакового импеданса), вы, как правило, получите хотя бы небольшую эффективность, потому что большинство динамиков, по крайней мере, несколько нелинейны. Например, громкоговоритель может иметь уровень звукового давления 92 дБ на мощности в один ватт (при некоторых стандартных условиях тестирования). Теоретически это означает, что он должен производить 95 дБ SPL при входной мощности 2 Вт или 102 дБ SPL при входной мощности 10 Вт. В действительности, дополнительные три или десять дБ входного сигнала обычно не дают (совсем) еще три или десять дБ выходного сигнала. Разделив мощность усилителя на четыре отдельных динамика вместо одного, вы сведете к минимуму этот эффект, так что вы получите (немного) большую акустическую мощность при заданном уровне выходной мощности усилителя.

Насколько слишком мощный усилитель может повредить динамик: это зависит от обстоятельств. Если вы полностью подавляете динамик, да, такое может случиться. Например, если вы подключите 500-ваттный усилитель к маленькому 3-дюймовому динамику и просто выкрутите его до любой точки, близкой к максимальной мощности, динамик почти неизбежно довольно быстро выйдет из строя. В зависимости от конструкции, немного сложно определить, что выйдет из строя первым — вы можете перегреть звуковую катушку, и провод просто испарится, или вы можете создать более сильное магнитное поле, чем оно предназначено, и нажать/вытянуть катушку. конус динамика дальше, чем предполагалось, и разрушает объемный звук (по моему опыту, отказ звуковой катушки встречается гораздо чаще).

Гораздо более распространенным является разрушение динамика из-за превышения номинальной мощности усилителя. Это особенно проблематично для биполярных усилителей, поскольку они, как правило, имеют довольно резкие характеристики ограничения. Здесь, однако, вас спасает тот факт, что преднамеренное создание различных форм искажения довольно распространено, поэтому, когда вы имеете дело конкретно с гитарным усилителем и динамиком, вы вряд ли что-то разрушите (во всяком случае, очень быстро). ). С чем-то вроде обычного стерео клиппирование, как правило, резко увеличивает высокие частоты в сигнале, что, в свою очередь, приводит к тому, что на твитер поступает гораздо больше мощности, чем предполагалось, что может очень быстро его разрушить. .

Повреждение усилителя зависит. Вкратце можно сказать, что выход из строя твердотельного усилителя обычно происходит, если вы подключаете громкоговоритель со слишком низким импедансом. Это попытается потреблять больше тока, чем может дать усилитель, что приведет к перегреву и (если вы зайдете слишком далеко) к расплавлению выходных транзисторов.

И наоборот, ламповые усилители чаще выходят из строя из-за подключения громкоговорителей со слишком высоким импедансом. Усилитель предназначен для динамика, чтобы загрузить выход. Без достаточной нагрузки от динамика усилитель будет выдавать более высокое напряжение, чем предполагалось. Когда/если провод динамика ослабевает, вы практически мгновенно получаете бесконечный импеданс. В зависимости от конструкции либо срабатывает схема защиты и отключает усилитель, либо последним звуком, который вы слышите перед ремонтом усилителя, является громкий хлопок, когда перегорают выходные лампы.

Спецификации для динамиков немного похожи на минное поле, но для усилителей они проще. Если усилитель рассчитан на 10 Вт RMS, то это синусоидальная мощность, которую он может выдать на определенную нагрузку (обычно от 2 до 8 Ом) при определенном уровне искажений. Обычно искажение возникает из-за того, что усилитель выдает синусоиду в начале ограничения.

Таким образом, если у него есть внутренние шины питания +/-10 В, он примерно сможет выдавать 17,9 Впик-пик с небольшим ограничением на нагрузке 8 Ом. Тот же усилитель также может работать на нагрузку 4 Ом примерно с той же выходной амплитудой, и в этом случае усилитель может указывать, что это усилитель мощностью 20 Вт.

Усилитель будет иметь очень низкий выходной импеданс, и это, как правило, относится к транзисторным усилителям с отрицательной обратной связью - обратная связь имеет тенденцию поддерживать постоянный выходной сигнал независимо от нагрузки. Однако будет момент (если импеданс нагрузки уменьшен), когда усилитель дымит или срабатывает схема ограничения тока, чтобы «спасти» усилитель от разрушения.

Для динамика у него будет рейтинг, и, надеюсь, этот рейтинг будет в той же форме единиц, в которой указан усилитель мощности, но это не обязательно так, и вы должны убедиться, что сравниваете яблоки с яблоками. Рейтинг динамика также будет включать в себя частотную характеристику, на которую он рассчитан, и это важно отметить, потому что вы не можете протолкнуть бас (при номинальной мощности динамика) в твитер и ожидать, что он выживет, и вы также не можете прокачивать глубокие суббасы. бас в стандартный басовый драйвер и ожидать, что он выживет.

Здесь есть несколько действительно хороших ответов, поэтому мне остается добавить лишь немногое, потому что все довольно хорошо охвачено всеми остальными. D — это другая история, потому что обычно есть фильтр нижних частот, частота среза которого выше самой высокой интересующей звуковой частоты и ниже частоты переключения. Например, частота среза 30 кГц и частота переключения 150 кГц. Фильтр будет спроектирован таким образом, чтобы он был красивым и плоским по всей звуковой диапазон. Если вы скажете, что подключите динамики на 16 Ом, скажем, к усилителю на 4 Ом, фильтр может стать пиковым, и он может звучать ужасно или даже повредить вещи, если фильтр находится вне контура обратной связи.Если вы используете класс D, не возитесь с сопротивлением динамиков, если вы действительно не знаете, что делаете.