Главная » Усилители
Призовой фонд
на май 2017 г.
1. Тестер компонентов MG328
Паяльник
2. Осциллограф DSO138
Паяльник
3. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
4. 100 руб.
От пользователей

Демпинг-фактор - мифы и реальность

Демпинг-фактор (в отечественной литературе - коэффициент демпфирования) - характеристика усилителя, определяющая его взаимодействие с нагрузкой (акустической системой). В описании многих усилителей этот параметр приобретает почти мистический смысл. Какой же коэффициент демпфирования необходим и стоит ли гнаться за рекордными цифрами?

Усилители мощности звуковой частоты (УМЗЧ) по отношению к нагрузке делятся на два класса - источники напряжения и источники тока. Последние находят очень ограниченное применение, а практически все серийные модели являются усилителями - источниками напряжения.

Идеальный усилитель при любом сопротивлении нагрузки создает на выходе одинаковое напряжение. Другими словами, выходное сопротивление идеального источника напряжения равно нулю. Однако идеальных вещей в природе не существует, поэтому реальный усилитель обладает определенным внутренним сопротивлением. Это означает, что напряжение на нагрузке будет зависеть от ее сопротивления (рис.1).

amp52-1.gif
Рис.1.

Однако потеря выходного напряжения - не самое главное следствие того, что усилитель обладает выходным сопротивлением. При любом перемещении звуковой катушки в зазоре магнитной системы в ней наводится электродвижущая сила (ЭДС). Эта ЭДС, замыкаясь через выходное сопротивленние усилителя, создает ток, противодействующий перемещению катушки. Величина этого тока и сила торможения обратно пропорциональны выходному сопротивлению усилителя. Это явление называется электрическим демпфированием громкоговорителя и в значительной степени определяет характер воспроизведения импульсных сигналов.

Динамическая головка - сложная колебательная система, имеющая несколько частот резонанса (механический резонанс подвижной системы, внутренние резонансы подвеса и диффузора и т.д.). При воспроизведении импульсного сигнала возникают колебания на резонансных частотах системы. Неприятность заключается в том, что при слабом демпфировании эти затухающие колебания могут продолжаться и после того, как закончился вызвавший их импульс (рис.2). В результате воспроизведение будет сопровождаться призвуками, окрашивающими звучание.

amp52-2.gif
рис.2.

Задача конструктора аудиосистемы - задемпфировать громкоговоритель так, чтобы собственные колебания затухали как можно быстрее. Однако средств для этого не так уж много. Возможны три способа демпфирования головки:

  • механическое демпфирование, определяемое потерями на внутреннее трение в подвесе
  • акустическое демпфирование, определяемое особенностями акустического оформления
  • электрическое демпфирование, определяемое выходным сопротивлением усилителя

Механическое демпфирование определяется конструктивными особенностями динамической головки и закладывается на этапе ее проектирования. Изменить его величину в готовом динамике редко представляется возможным. Как самостоятельное решение акустическое демпфирование применяется в виде заполнения корпуса акустической системы звукопоглощающим материалом. Кроме того, акустическое демпфирование входит в конструктивное оформление закрытых СЧ и ВЧ головок. Некоторое влияние на акустическое демпфирование оказывает и сопротивление излучения динамической головки. Однако, вклад всех этих составляющих в общую степень демпфирования головки невелик. Таким образом, электрическое демпфирование становится основным инструментом воздействия на переходные характеристики системы усилитель-динамическая головка .

Взаимосвязь характера звучания с выходным сопротивлением усилителя заметили еще в пору ламповых усилителей, в 50-е годы. Особенно заметна была разница в звучании усилителей с выходным каскадом на триодах и пентодах. Пентодные усилители обладали значительным выходным сопротивлением, вследствие чего динамические головки были недодемпфированы и звучание приобретало гулкий призвук. Введение отрицательной обратной связи позволило снизить выходное сопротивление усилителя, но полностью проблему не решало. Удивительно, что спор о том - какой усилитель лучше, продолжаются и полвека спустя. А ведь дело не только в усилителе, но и в акустической системе.

Для оценки демпфирующих свойств усилителя был предложен новый параметр - коэффициент демпфирования (damping factor), представляющий собой отношение сопротивления нагрузки к выходному сопротивлению усилителя.

amp52-3.gif

Проведенные тогда же эксперименты позволили установить минимальную величину этого параметра - 5...8. Дальнейшее снижение выходного сопротивления усилителя практически не влияло на импульсные характеристики системы. Кстати, идеология Hi-Fi (сокращение от High Fidelity - высокая верность) и сам термин оформились к концу 50-х годов. К этому моменту были определены минимальные требования к аудиосистеме - полоса воспроизводимых частот, коэффициент гармоник (тогда его называли clear factor - степень чистоты) и выходная мощность. Впоследствии, после появления транзисторных усилителей и специализированных низкочастотных динамических головок с легким подвесом, нижний предел демпинг-фактора был повышен. Это позволило однозначно определить степень демпфирования головки параметрами усилителя вне зависимости от особенностей акустического оформления. При этом в некоторых пределах обеспечивалась одинаковость звучания конкретной АС с различными усилитлеями.

Знаменитый стандарт DIN45500 определял коэффициент демпфирования для Hi-Fi усилителей однозначно - не менее 20. Это означает, что выходное сопротивление усилителя при работе на нагрузку 4 Ом должно быть не более 0,2 Ом. Однако выходное сопротивление современных усилителей намного меньше - сотые и тысячные доли ома, а демпинг-фактор, соответственно, - сотни и тысячи.

Каков смысл столь значительного улучшения этого показателя? Коэффициент демпфирования в данном случае, как ни странно, ни при чем. Важна только одна его составляющая - выходное сопротивление усилителя. В данном случае имеет место магия цифр, поскольку к сотням ватт выходной мощности современных усилителей все привыкли и нужно привлечь покупателя чем-то новым. Согласитесь, что демпинг-фактор 4000 выглядит намного симпатичнее, чем выходное сопротивление 0,001 Ом. А означает это в любом варианте только одно - усилитель имеет очень низкое выходное сопротивление и способен отдавать в нагрузку значительный ток (пусть даже и кратковременно). А связь между выходной мощностью и демпинг-фактором хоть и прямая, но не однозначная. Так что термину, интересовавшему раньше только специалистов, нашлось новое применение.

Однако в повести о демпинг-факторе есть еще одно действующее лицо - акустический кабель. А он в состоянии сильно испортить не только цифры, но и качество звучания. Ведь сопротивление кабеля суммируется с выходным сопротивлением усилителя и становится составляющей демпинг-фактора.
Для кабеля длиной 2 м сопротивление 0,05 Ом - вполне пристойный показатель. Но для усилителя с выходным сопротивлением 0,01 Ом демпинг-фактор на нагрузке 4 Ом с таким кабелем снизится с 400 до 66. Поводов для беспокойства пока нет. Но если использовать тоненький шнурок из комплекта динамиков и сомнительные скрутки общим сопротивлением 0,3...0,4 Ом (ситуация, к сожалению, еще нередкая), то демпинг-фактор упадет до 10, независимо от показателей усилителя. Поэтому на проводах экономить не стоит.

Пассивный кроссовер создает аналогичные проблемы. Поэтому катушки с ферромагнитным сердечником в кроссоверах применяются чаще, чем воздушные - это позволяет не только сэкономить дорогой (у них) медный провод, но и значительно снизить сопротивление катушки. Конечно, при перемагничивании сердечника возникают дополнительные нелинейные искажения сигнала, но в большинстве случаев это меньшее зло, чем недодемпфированные динамики. Кстати, разница в звучании систем с кроссоверами разной конструкции зачастую определяется не столько характером вносимых искажений, сколько различным демпфированием динамика. В тех случаях, когда совесть не позволяет ставить катушки с сердечником, недостаток демпфирования можно восполнить акустическими методами. Но акустическое демпфирование не обладает всеми возможностями электрического и может в конечном счете обойтись дороже.

Вычислить выходное сопротивление усилителя в любительских условиях можно, если при одинаковом входном сигнале измерить его выходное напряжение на холостом ходу (Eo) и на нагрузке (U) определенного сопротивления (R). Однако точность этого простого метода снижается при выходном сопротивлении усилителя меньше 0,05 Ом.

amp52-4.gif

Выводы:

  • высокий демпинг-фактор (более 50) требуется для динамических головок с легким подвесом и большой массой подвижной системы, работающих с заходом в область основного механического резонанса (сабвуфер или мидбас с активным кроссовером, широкополосные головки без кроссовера);
  • для динамических головок, резонансная частота которых находится за пределами рабочей полосы частот (СЧ, ВЧ) демпинг-фактор при многополосном усилении значения не имеет, поскольку электрическое демпфирование наиболее эффективно для подавления основного механического резонанса подвижной системы;
  • при работе с пассивным кроссовером демпинг-фактор системы определяется главным образом выходным сопротивлением кроссовера в полосе его пропускания, поэтому требования к демпинг-фактору усилителя можно снизить (20...30). Дальнейшее увеличение выходного сопротивления усилителя может вызвать изменение частот среза кроссовера;
  • демпфирование структурных резонансов в материале диффузора и подвеса не входит в функцию усилителя и может осуществляться только механически. Это проблема динамической головки;
  • для усилителей с высоким выходным сопротивлением (источников тока) понятие демпинг-фактора лишено смысла. В этом случае для подавления основного механического резонанса подвижной системы можно использовать только акустическое демпфирование.
Шихатов А.И. Опубликована: 2005 г. 0 0
Я собрал 0 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (8) | Я собрал (0) | Подписаться

0
igor_volosatov #
Демпфирование... Сопротивление кабеля к АС... Почему бы электронным способом не нейтрализовать сопротивление катушки (хотя бы 2/3) громкоговорителя? Вот это было бы намного заметнее, чем бороться за снижение выходного сопротивления усилителя с 0,2 Ом до 0,01 Ом! То же касается кабеля - толку снижать сопротивление с 0,5 Ом до 0,05 , если катушка 8 Ом???
Ответить
0
Сергей #
Сопротивление катушки нейтрализовать можно, но полезность этого практически никем не подтверждена, особенно принимая во внимание влияние температуры катушки на ее сопротивление. Возникающая при звуковоспроизведении гуляющая разкомпенсация почти в половину % на градус сделает задачу неоднозначной, при этом динамическое изменение демпфирования проявится более выражено чем вообще без нейтрализации.
Ответить
0
Алексей #
И у меня напрашивается тот же вопрос, почему бы не сделать катушку например из серебра? Оно ведь ни такое уж и дорогое (около 40 рублей за грамм) зато сопротивление заметно меньше!
Ответить
0
Mariovel #
Серебро - расплавится в катушке
Ответить
0
Петрович #
Сопротивление серебра всего на 7 процентов меньше меди, к тому же оно тяжелее
Ответить
0
sWin #
Насчет кабеля согласен с комментариями-эти доли ом ловить...ты и не услышишь...Но, согласен и с автором-скрутки недопустимы! Они могут омов добавить прилично! Просто,обычный целый медный кабель без скруток!
Ответить
0
Serge #
Услышать или не услышать - экспертная оценка! Далеко не каждый обладает способностями, необходимыми эксперту. В статье идёт речь о теории демпфирования, а не необходимости иметь каждому усилитель со столь высокими параметрами, к тому же это очень дорого! Исходя из разумной достаточности подавляющая масса аудиофилов получит удовлетворение и от менее качественных усилителей, НО провода к АС надо брать чем длиннее, тем толще, при этом совсем необязательно покупать дорогущие специализированные провода.
Ответить
0
Сергей #
Не соглашусь с автором. Высокий демпинг-фактор, - в указанном в статье определении = R/ro, - сам по себе не требуется, поскольку на сопротивление всей цепи влияет в основном наибольшая его составляющая - сопротивление катушки динамика. Кроме того, если в АС стоит полосовой фильтр, последний также снижает влияние импеданса выхода усилителя на всю систему, на ее фактическое демпфирование. Есть правда неприятный момент: сопротивление выхода усилителя имеет некоторую степень нелинейности, которая способствует появлению в звуке искажений обратно пропорционально упомянутой дроби. Однако к самому демпфированию это не относится. Между тем, изменение уровня в 3 дб на слух ощущается не сильным а в 1 дб практически неощутимой. Таким образом, даже при снижении д.ф. до величины в 4-2, разница будет не слишком заметной. Можно поэкспериментировать - добавить к АС последовательно мощный резистор, начиная с половины, трети или четверти ее сопротивления и на ходу его позамыкать. На каком-то минимальном значении разницы слышно уже не будет.
Нельзя не упомянуть по теме усилители с токовым выходом, коими кое-кто увлекается. Надо ли говорить, что их "демпинг фактор" меньше единицы вообще на порядки, вопреки рекомендуемым в статье?
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется напряжение?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Конструктор УНЧ 60 Вт на LM3886
Конструктор УНЧ 60 Вт на LM3886
Тестер ESR, полупроводников, резисторов, индуктивностей DC-DC регулируемый преобразователь 1.5-37В 2А с индикатором
вверх