Factorul de amortizare - Damping factor

Termenul de factor de amortizare se poate referi și la raportul de amortizare din orice sistem oscilator amortizat .

Într-un sistem audio , factorul de amortizare oferă raportul dintre impedanța nominală a difuzorului (de obicei presupusă la 8 Ω) și impedanța sursei. Se utilizează numai magnitudinea impedanței difuzoarelor. Se presupune că impedanța de ieșire a amplificatorului este total rezistivă.

Comparația factorilor de amortizare pentru un amplificator în stare solidă (Luxman L-509u) și un amplificator cu tub (Rogue Atlas).

În amplificatoarele tipice cu stare solidă și cu tub, factorul de amortizare variază în funcție de frecvență. La amplificatoarele în stare solidă, factorul de amortizare are de obicei o valoare maximă la frecvențe joase și se reduce progresiv la frecvențe mai mari. Figura din dreapta arată factorul de amortizare a două amplificatoare. Unul este un amplificator solid (Luxman L-509u), iar celălalt este un amplificator cu tub (Rogue Atlas). Aceste rezultate sunt destul de tipice pentru aceste două tipuri de amplificatoare și servesc pentru a ilustra faptul că amplificatoarele cu tuburi au de obicei factori de amortizare mult mai mici decât amplificatoarele moderne în stare solidă, ceea ce este o caracteristică nedorită.

Calcul

Impedanța sursei (care este văzută de difuzor) include impedanța cablului de conectare. Impedanță de sarcină (impedanță de intrare) și impedanța sursei (impedanță de ieșire) sunt prezentate în diagrama de circuit.

Sursa și circuitul de încărcare Z (2) .svg

Factorul de amortizare este:

Rezolvarea pentru :

Explicaţie

Pierce a întreprins o analiză a efectelor factorului de amortizare a amplificatorului asupra timpului de descompunere și a variațiilor de răspuns dependente de frecvență ale unui sistem de difuzoare cu suspensie acustică cu cutie închisă. Rezultatele au indicat că orice factor de amortizare peste 10 va duce la diferențe inaudibile între acesta și un factor de amortizare egal cu infinitul. Totuși, s-a stabilit, de asemenea, că variația dependentă de frecvență a răspunsului difuzorului datorită rezistenței de ieșire a amplificatorului este mult mai semnificativă decât efectele asupra amortizării sistemului. De asemenea, este important să nu confundați aceste efecte cu efecte de amortizare, deoarece acestea sunt cauzate de două mecanisme destul de diferite. Calculele au sugerat că un factor de amortizare mai mare de 50 nu va duce la îmbunătățiri sonore, toate celelalte lucruri fiind egale.

Pentru amplificatoarele de putere audio , această impedanță a sursei (de asemenea: impedanță de ieșire ) este în general mai mică de 0,1 Ω și, din punctul de vedere al bobinei vocale a șoferului, este un scurtcircuit aproape.

Impedanța de încărcare nominală a difuzorului ( impedanța de intrare) este de obicei de la 4 la 8 Ω, deși sunt disponibile și alte difuzoare de impedanță, uneori de până la 1 Ω. Cu toate acestea, gradul de impedanță al unui difuzor este un număr care indică impedanța minimă nominală a difuzorului pe o porțiune reprezentativă din gama sa de frecvență de funcționare. Trebuie avut în vedere faptul că majoritatea difuzoarelor au o impedanță care variază considerabil în funcție de frecvență. Pentru un driver de difuzor dinamic, un vârf al impedanței este prezent la frecvența de rezonanță a aerului liber a driverului, care poate fi semnificativ mai mare în magnitudine decât impedanța nominală nominală. În plus, inductanța înfășurării bobinei vocale duce la o impedanță în creștere la frecvențe înalte, iar rețelele crossover introduc alte variații de impedanță în sistemele de difuzoare cu mai multe căi. Această variație a impedanței are ca rezultat faptul că valoarea factorului de amortizare a amplificatorului variază în funcție de frecvență atunci când este conectat la o sarcină de impedanță a difuzorului.

În sistemele de difuzoare , valoarea factorului de amortizare dintre un anumit difuzor și un anumit amplificator descrie capacitatea amplificatorului de a controla mișcarea nedorită a conului difuzorului în apropierea frecvenței de rezonanță a sistemului de difuzoare. Este de obicei utilizat în contextul comportamentului driverului cu frecvență joasă și mai ales în cazul driverelor electrodinamice, care utilizează un motor magnetic pentru a genera forțele care mișcă diafragma .

Diafragmele difuzoarelor au masă , iar împrejurimile lor au rigiditate . Împreună, acestea formează un sistem rezonant , iar rezonanța conului mecanic poate fi excitată de semnale electrice (de exemplu, impulsuri ) la frecvențe audio. Dar un șofer cu o bobină vocală este, de asemenea, un generator de curent, deoarece are o bobină atașată la con și suspensie, iar bobina respectivă este scufundată într-un câmp magnetic. Pentru fiecare mișcare pe care o face bobina, va genera un curent care va fi văzut de orice echipament atașat electric, cum ar fi un amplificator. De fapt, circuitele de ieșire ale amplificatorului vor fi sarcina electrică principală pe „generatorul de curent al bobinei vocale”. Dacă sarcina respectivă are o rezistență scăzută, curentul va fi mai mare, iar bobina vocală va fi forțată să decelere mai puternic. Un factor de amortizare ridicat (care necesită o impedanță de ieșire redusă la ieșirea amplificatorului) amortizează foarte rapid mișcările nedorite ale conului induse de rezonanța mecanică a difuzorului, acționând ca echivalentul unei „frâne” la mișcarea bobinei vocale (la fel ca un scurtcircuit peste bornele unui generator electric rotativ va face foarte dificilă rotirea). În general (deși nu universal) se crede că este de dorit un control mai strict al mișcării bobinei vocale, deoarece se crede că contribuie la un sunet de calitate mai bună.

Un factor de amortizare ridicat într-un amplificator este uneori considerat a avea ca rezultat ca amplificatorul să aibă un control mai mare asupra mișcării conului difuzorului, în special în regiunea basului în apropierea frecvenței de rezonanță a rezonanței mecanice a șoferului. Cu toate acestea, factorul de amortizare la o anumită frecvență va varia, deoarece bobinele vocale ale driverului sunt impedanțe complexe ale căror valori variază în funcție de frecvență. În plus, caracteristicile electrice ale fiecărei bobine vocale se vor schimba odată cu temperatura; nivelurile ridicate de putere vor crește temperatura bobinei vocale și, astfel, rezistența. Și, în cele din urmă, crossover-urile pasive (realizate din inductori, condensatori și rezistențe relativ mari) se află între amplificator și difuzoarele și afectează, de asemenea, factorul de amortizare, din nou într-un mod care variază în funcție de frecvență.

Circuitul de amortizare

Tensiunea generată de bobina vocală în mișcare forțează curentul prin trei rezistențe:

  • rezistența bobinei vocale în sine;
  • rezistența cablului de interconectare; și
  • rezistența de ieșire a amplificatorului.

Efectul rezistenței bobinei vocale

Acesta este factorul cheie în limitarea cantității de amortizare care poate fi realizată electric, deoarece valoarea sa este mai mare (de exemplu între 4 și 8 Ω în mod tipic) decât orice altă rezistență din circuitele de ieșire ale unui amplificator care nu utilizează un transformator de ieșire (aproape fiecare amplificator în stare solidă de pe piața de masă).

Curentul de retragere al unui difuzor nu este disipat doar prin circuitul de ieșire al amplificatorului, ci și prin rezistența internă a difuzorului în sine. Prin urmare, alegerea diferitelor difuzoare va duce la factori de amortizare diferiți atunci când este asociat cu același amplificator.

Efectul rezistenței cablului

Factorul de amortizare este afectat într-o oarecare măsură de rezistența cablurilor difuzoarelor. Cu cât rezistența cablurilor difuzoarelor este mai mare, cu atât factorul de amortizare este mai mic. Când efectul este mic, se numește punte de tensiune . >> .

Impedanță ieșire amplificator

Amplificatoarele moderne în stare solidă, care utilizează niveluri relativ ridicate de feedback negativ pentru a controla distorsiunea, au impedanțe de ieșire foarte mici - una dintre numeroasele consecințe ale utilizării feedback-ului - și modificări mici într-o valoare deja scăzută care modifică factorul general de amortizare doar cu un mic și deci neglijabilă, sumă.

Astfel, valorile ridicate ale factorului de amortizare nu spun, prin ele însele, foarte multe despre calitatea unui sistem; majoritatea amplificatoarelor moderne le au, dar cu toate acestea variază în calitate.

Amplificatoarele de tuburi au de obicei rapoarte de feedback mult mai mici și, în orice caz, au aproape întotdeauna transformatoare de ieșire care limitează cât de mică poate fi impedanța de ieșire. Factorii lor de amortizare mai mici sunt unul dintre motivele pentru care mulți audiofili preferă amplificatoarele cu tub. Luate și mai departe, unele amplificatoare cu tuburi sunt proiectate să nu aibă deloc feedback negativ.

In practica

Amplificatoarele tipice moderne cu stare solidă cu feedback negativ tind să aibă factori de amortizare mari, de obicei peste 50 și uneori chiar mai mari de 150. Factorii de amortizare ridicați tind să reducă măsura în care un difuzor „sună” (suferă o oscilație nedorită pe termen scurt după o se aplică impulsul de putere), dar măsura în care factorii de amortizare mai mari de aproximativ 20 ajută în acest sens sunt ușor de exagerat; va exista o rezistență internă eficientă semnificativă, precum și o anumită rezistență și reactanță în rețelele încrucișate și cablurile difuzoarelor. Amplificatoarele mai vechi, plus triodele moderne și chiar amplificatoarele în stare solidă cu feedback negativ scăzut, vor avea tendința de a avea factori de amortizare mai apropiați de unitate, sau chiar mai puțin de 1 (factorul de amortizare foarte scăzut / amplificatoarele cu impedanță ridicată de ieșire aproximează sursele de curent).

Efectele factorului de amortizare a amplificatorului asupra răspunsului în frecvență atunci când este conectat la o sarcină de impedanță simulată tipică unui sistem de difuzoare cu cutie închisă bidirecțională.

Deși valorile extrem de ridicate ale factorului de amortizare într-un amplificator nu vor face neapărat să sune mai bine combinația difuzor-amplificator, un factor de amortizare ridicat poate servi la reducerea intensității variațiilor de răspuns de frecvență adăugate care sunt nedorite. Figura din dreapta arată efectul factorului de amortizare asupra răspunsului de frecvență al unui amplificator atunci când amplificatorul respectiv este conectat la o sarcină de impedanță a difuzoarelor simulată. Această încărcare este moderată, dar nu tipică pentru difuzoarele de înaltă fidelitate care se găsesc pe piață și se bazează pe circuitul propus de Atkinson. Stereofilii au recunoscut importanța factorului de amortizare a amplificatorului și au făcut din utilizarea încărcării simulate a difuzoarelor o parte obișnuită a măsurătorilor lor de amplificatoare. La aproximativ 4 kHz, diferența reală dintre un amplificator cu un factor de amortizare moderat (100) și unul cu un factor de amortizare scăzut (20) este de aproximativ 0,37 dB. Rețineți însă că amplificatorul cu factor de amortizare scăzut acționează mai mult ca un egalizator grafic decât este amplificatorul cu factor de amortizare moderat.

Din diferitele curbe de răspuns în frecvență ale amplificatorului este clar că valorile factorului de amortizare scăzut au ca rezultat schimbări semnificative în răspunsul de frecvență al amplificatorului într-un număr de benzi de frecvență. Acest lucru va avea ca rezultat niveluri largi de colorare a sunetului, care sunt foarte probabil să fie audibile. În plus, modificările răspunsului în frecvență vor depinde de impedanța dependentă de frecvență a oricărui difuzor care se va conecta la amplificator. Prin urmare, în sistemele de reproducere a sunetului de înaltă fidelitate, amplificatoarele cu factori de amortizare de la moderată la ridicată sunt opțiunea preferată dacă se dorește o reproducere exactă a sunetului atunci când respectivele amplificatoare sunt conectate la sarcini tipice de impedanță a difuzoarelor cu mai multe căi.

Unii designeri de amplificatori, precum Nelson Pass , susțin că difuzoarele pot suna mai bine cu o amortizare electrică mai mică, deși acest lucru poate fi atribuit preferinței ascultătorului mai degrabă decât meritelor tehnice. Un factor de amortizare mai mic ajută la îmbunătățirea răspunsului la bas al difuzorului cu mai mulți decibeli (unde impedanța difuzorului ar fi la maxim), ceea ce este util dacă se utilizează doar un singur difuzor pentru întreaga gamă audio. Prin urmare, unele amplificatoare, în special amplificatoare de epocă din anii 1950, 1960 și 1970, dispun de comenzi pentru variația factorului de amortizare. Deși o astfel de „îmbunătățire” a basului poate fi plăcută pentru unii ascultători, aceasta reprezintă totuși o distorsiune a semnalului de intrare.

Un exemplu de amplificator de epocă cu control de amortizare este Accuphase E-202, care are un comutator cu trei poziții descris de următorul fragment din manualul proprietarului:

"Controlul amortizării difuzoarelor îmbunătățește calitățile tonale caracteristice ale difuzoarelor. Factorul de amortizare a amplificatoarelor în stare solidă este în general foarte mare și ideal pentru amortizarea difuzoarelor. Cu toate acestea, unele difuzoare necesită un amplificator cu un factor de amortizare redus pentru a reproduce un sunet bogat, plin de corp. E-202 are un control de amortizare a difuzoarelor care permite alegerea a trei factori de amortizare și induce o performanță potențială maximă de la orice difuzor. Factorul de amortizare cu o sarcină de 8 ohmi devine mai mare de 50 atunci când acest control este setat la NORMAL. Poziția MEDIUM și 1 în poziția SOFT. Permite alegerea sunetului difuzorului pe care îl preferați unul. "

În schimb, în ​​amplificarea modernă de înaltă fidelitate, tendința este separarea semnalului de bas și amplificarea acestuia cu un amplificator dedicat. Adesea, amplificatoarele pentru reproducerea basului sunt integrate cu boxa difuzoarelor, o configurație cunoscută sub numele de subwoofer alimentat. Într-o topologie care include un amplificator dedicat pentru bas, factorul de amortizare al amplificatorului principal nu este la fel de relevant, iar cel al amplificatorului de bas este, de asemenea, irelevant dacă amplificatorul respectiv este integrat cu difuzorul și dulapul ca unitate, deoarece toate acele componente sunt proiectate împreună și optimizate pentru reproducerea basului.

Amortizarea este, de asemenea, o preocupare a amplificatoarelor de chitară (o aplicație în care este de dorit o distorsiune controlată) și o amortizare redusă poate fi mai bună. Numeroase amplificatoare de chitară au comenzi de amortizare, iar tendința de a include această caracteristică a crescut din anii '90. De exemplu, amplificatorul stereo Marshall Valvestate 8008 montat pe rack are o comutare între modul "liniar" și "Valvestate":

"Selector liniar / Vstate. Glisați pentru a selecta performanța liniară sau Valvestate. Modul Valvestate oferă armonici calde suplimentare plus bogăția tonului, care este unic pentru etapa de putere Valvestate. Modul liniar produce un ton hi-fi extrem de definit, care oferă un ton total caracter diferit de sunet și se potrivește anumitor stiluri moderne de „metal” sau aplicații PA. ”

Acesta este de fapt un control de amortizare bazat pe feedback negativ de curent, care este evident din schemă, unde același comutator este etichetat ca "Mod de putere de ieșire: curent / tensiune". Modul "Valvestate" introduce un feedback negativ de curent care crește impedanța de ieșire, scade factorul de amortizare și modifică răspunsul de frecvență, similar cu ceea ce se întâmplă într-un amplificator cu tub. (Contrar afirmațiilor din manual, această topologie de circuit a apărut în numeroase amplificatoare de chitară în stare solidă încă din anii 1970).

Vezi si

Referințe

Lecturi suplimentare

  • Julian L Bernstein, Sisteme audio, p. 364, John Wiley, 1966.

linkuri externe