Silver Sound - Nagłośnienie dla wymagających

df
Witam

Na wielu forach, od specjalistycznych audio, po quasi profesjonalne, są wyznawcy nowej wiary
Damping Factor..
Co to jest...
Ano w inny, bardziej "marketingowy" sposób podana wartość impedancji wyjściowej wzmacniacza. Normalnie trzeba by było podać np: 0,01 ohma, lub 0,005 ohma. Takie tam nic nie znaczące ułamki, nie przemawiające do przeciętnego odbiorcy zdecydowanie... Ale juz df= 800 / 8 omów, albo jeszcze ładniej, bo  DF 1600/ 8 ohm, czy nie lepiej wygląda???
Jasne, tu widać zdecydowanie, 1600 jest więcej niż 800...
 I to działa...
 Tylko że DF jest parametrem syntetycznym, i w sumie nie odnosi się do wzmacniacza, jak to większość sądzi, a do głośnika, i to podawane w danych wzmacniacza liczone jest przy założeniu, że nie ma jakichkolwiek strat przy podłączeniu tego głośnika do wyjścia wzmacniacza, że kable nie mają rezystancji, i impedancji, że połączenia są idealne. Dlatego w taki sposób liczony DF ma, wartość zdecydowanie różną dla różnej impedancji obciążenia, z reguły wynik jest krotnością wartości impedancji obciążenia, 2 x wyższa impedancja = 2 x wyższy DF, i odwrotnie, gdy mamy 2 x mniejsza impedancje. Z tego "marketingowego" powodu, wielu producentów podaje w danych swego wyrobu DF, dla impedancji 8 ohm, choć wzmacniacz ma moc podawaną dla impedancji o połowę mniejszą. Jest to już mega :"marketingowy" zabieg, mający zmylić ewentualnego klienta.
Oto link do wikipedii, objaśniający skrótowo te zagadnienie, oraz określający jak wyliczyć impedancje wyjściową wzmacniacza, i dalej współczynnik DF.
http://en.wikipedia.org/wiki/Damping_factor
A jak go samemu obliczyć?, proszę bardzo;
Podstawowym warunkiem jest posiadanie odpowiedniej klasy miernika z wyświetlaczem minimum 4 cyfry!!!
Wzmacniacz bez obciążenia sterujemy generatorem sygnałowym, ustawionym na sinusoidę ok 50-100Hz, tak aby było na wyjściu ok 8-9V. Zapisujemy tą wartość, potem podłączamy do zacisków wzmacniacza rezystor np: 8 omów, i ponownie mierzymy napięcie na zaciskach rezystora, można, licząc się z dużym hałasem podłączyć kolumnę o takiej impedancji znamionowej, co oczywiście niekoniecznie oznacza akurat dla ustawionej częstotliwości, że głośnik będzie miał impedancję równą zakładane 8 ohm..
Z linku mamy
Vs== napięcie na wyjściu wzmacniacza bez obciążenia
Vl== napięcie z obciążeniem
Zl== wartość rezystora którym obciążyliście wzmacniacz
Zs== impedancja wyjściowa wzmacniacza
Aby obliczyć prąd płynący przez rezystor obciążenia, (J), dzielimy  Vl/ Zl. Obliczamy różnice napięć Vr, odejmując od Vs-Vl. Obliczamy impedancje wyjściową wzmacniacza, dzieląc Vr/ J.
Dzieląc wartość rezystora obciążenia Zl, przez wartość impedancji wyjściowej Zs, mamy DAMPING FACTOR.
Ok, wiemy jak go obliczyć.

Aby zrozumieć jak ta impedancja wyjściowa wzmacniacza przekłada się na głośnik, proponuje wykonać takie małe doświadczenie.

 Tymże wzmacniaczem wysterowanym generatorem sygnałowym, napięciem o częstotliwości ok 40-50Hz, tak, aby napięcie na wyjściu było ok 2 V, zasilamy jedną kolumnę basową, a drugą taką samą stawiamy obok , ale nie podłączamy jej do wzmacniacza. Zapewne zauważycie, że głośnik w tej niezasilanej kolumnie, porusza się praktycznie tak samo jak w tej podłączonej do wzmacniacza.
Podłączcie do zacisków tej kolumny miernik, i zapiszcie napięcie jakie wskazał. Potem połączcie zaciski  rezystorem, np 4ohm. Ponownie dokonajcie pomiaru na zaciskach głośnika, i zapewniam, ze wskazane miernikiem napięcie będzie niższe, a amplituda ruchów membrany mniejsza. Na koniec przygotujcie wtyk odpowiedni, tak, aby zwierał zaciski w kolumnie niepodłączone. Zapewne zauważycie, ze amplituda ruchów głośnika zmniejszyła się radykalnie, gdy w kolumnie podłączonej do wzmacniacza głośnik nadal porusza się w takt sygnału sterującego ze wzmacniacza. To radykalne zmniejszenie amplitudy ruchów głośnika, kolumny niepodłączonej, to w uproszczeniu wpływ niskiej impedancji wyjściowej wzmacniacza. Powoduje on zmniejszenie ujemnego wpływu na jakość emisji tego głośnika, jego wady, to jest rezonansu własnego, w parametrach T-S podawanego jako Fs, a konkretnie w kolumnie Fb. Napięcie wskazane przez miernik na zaciskach niepodłączonego głośnika, wskazuja, że głośnik ten je "wytwarza ", jak w cewce mikrofonu dynamicznego. Nie jest to zatem odbiornik, który można traktować do wyliczeń, jako zwykły rezystor, bo po części sam jest "generatorem" . Jeśli byśmy to w uproszczeniu porównali do baterii napięcia stałego, gdzie jedna nie pozwoli na przykład zakręcić rozrusznikiem w samochodzie, ale kilka takich samych podłączonych równolegle, już tak. Zatem kilka takich "generatorów" = głośników ma większą energię, niż jeden, wprost proporcjonalnie do ich ilości, czyli nie obciążają sie wzajemnie, a wspomagają.
 Wiemy już jak ten współczynnik wyliczyć, wiemy jaki ma wpływ na pracę głośnika znikoma impedancja wyjściowa wzmacniacza, ale są to wszystko efekty ćwiczeń, i wyliczeń teoretycznych, a jak to wygląda w praktyce??
W praktyce mamy jakieś porty na wyjściu wzmacniacza, z jakąś rezystancją , jakieś kable połączeniowe, które też mają jakąś rezystancje, a także impedancję ( dla niskich częstotliwości impedancje można sobie darować, ale powyżej kilku kHz ma już jakiś negatywny wpływ...). Ponieważ rozważamy wariant kolumny basowej, odpuszczamy sobie wpływ impedancji kabli połączeniowych, ale za to musimy uwzględnić rezystancje portów w kolumnie. Jeśli jest to kolumna basowa bez filtrów, to wszystko, jeśli zaś jest filtr górnozaporowy, to musimy dodać do tego wszystkiego jego rezystancje własną. W zależności od jakości złączy, kabla, jego przekroju, może łącznie wyjść, że tor przyłączeniowy od wzmacniacza do głośnika, wielokrotnie więcej niż impedancja wyjściowa wzmacniacza. Policzmy przykładowo, dla 20 metrowego 2,5mmkw ok 0,27 ohm, a dla takiego samego kabla o przekroju 4 mm kw, wyniesie ok 0,17 ohm. jeśli do tego dodamy 6 x 0,001 ohm(założenie teoretyczne) rezystancje styków, to mamy albo 0,176 ohm, albo przy cieńszym kablu 0,276 ohm...
Z punktu "widzenia" głośnika, ta rezystancja jest włączona w szereg z impedancją wyjściową wzmacniacza, zatem dla wzmacniacza o impedancji wyjściowej 0,01, (DF=800) faktycznie dla głośnika będzie to  0,186 oma czyli DF=  43, dla głośnika o impedancji 8 ohm, lub dla tych samych kabli, ale z DF wzmacniacza =1600, będzie dla tego samego głośnika wynosił  ==45!!!!
Jak widać, o 100%  lepszy DF przekłada sie tylko 5% lepszym DF dla głośnika....

A teraz praktyka.

W ofercie wielu firm pojawiają sie wzmacniacze o potężnych mocach, sięgających kilku kW, na kanał, przy impedancji 2 ohm. Mniej doświadczeni, mogą mieć problem z  logicznym, i mądrym "zagospodarowaniem' tej mocy. Nie ma na rynku głośników o mocy kilku kW, i to na dodatek o impedancji 2 ohm. Zatem trzeba podłączać ich kilka, ale jak??
Posłużę się przykładem wzmacniacza o mocy 2 x 7 kW/ 2 ohm.
Można jeden kanał obciążyć go 2 kolumnami o impedancji  4 ohm, i mocy 3,5 kW...Trudno o takowe, i mało efektywne.
Można podłączyć 4 sztuki kolumn 8 omowych, o mocy 1,75kW sztuka, juz łatwiej o takie głośniki, i juz  bardziej efektywne..
A najbardziej efektywne, moim zdaniem jest zastosowanie 8 kolumn, o impedancji 16 ohm, i mocy ok 1000W. Mamy wtedy łącznie zasilanych takim wzmacniaczem 16 kolumn, o mocy łącznej 14kW, co wystarcza na nagłośnienie poważnego juz terenu. Dodatkowy aspekt, to lepsze tłumienie głośników, bo jak poprzednio wyliczyliśmy, im większa impedancja głośnika, tym większe jego tłumienie. Wiemy też, że duży negatywny wpływ na tłumienie głośników, przez wzmacniacz, mają łącza. Wiemy też, że maksymalną średnicę kabla, jaką można zastosować do wtyków speakon, to 4 mm kw...
Moim zdaniem, ta ostatnia propozycja wykorzystania wzmacniacza, poza bezpieczeństwem głośników, pozwala na uzyskanie najlepszego z możliwych DF, realnie na głośniku. Oto rysunek takiego podłączenia:
rysunek podłaczenia kolumn

Jak widać proponuję, każdy 16 omowy głosnik, podłączyć "swoim" kablem do zacisków wyjściowych wzmacniacza.
Policzmy zatem ile będzie faktycznie wynosiło df dla jednego głośnika, przy założeniach z poprzedniego wyliczania, czyli , kabel ma 20 metrów długości, ma przekrój 2,5 mm kw, oraz 6 złaczy o rezystancji, każde po 0,001 ohm.
Przykładowo do wyliczeń zakładam że wzmacniacz ma podaną w katalogu wartość impedancji wyjściowej 20mohm, dla 100Hz, i impedancji obciążenia 2 ohm.
Liczymy zatem łączną impedancję łącza od wzmacniacza do głośnika. Jest to suma impedancji wyjściowej wzmacniacza Zs, i rezystancji łącza Rp. czyli 0,27+ 0,006 +0,02 = 0,296 ohm. Głośnik ma impedancje 16 ohm, zatem DF realnie dla głośnika, to 16 / 0,296 = 54. I tyle ma każdy z 8 głośników podłączonych według tego rysunku.
Na forum 'estradowiec' odbyła się dyskusja, juz zamknięta , gdzie zarzucano mi nieprawdziwość tego rozumowania, twierdząc, że są to mylne założenia, bo można potraktować do wyliczeń wszystkie kable łącznie jako jeden, o łącznym przekroju, czyli 8 x 2,5 mm kW, i tyleż samo razy mniejszej rezystancji.. Uwielbiam teorie niezwiązanych z realiami teoretyków, tylko niech wskażą jak podłączyć taki kabel o przekroju  20 mm kw...Jak zwykle mędrkowanie, bez liczenia sie z realiami. Tylko po co komu takie mądrości...
Ale i w takim układzie zrobiłem wyliczenia; a rysunek poniżej właśnie to pokazuje;
inny wariant
  Policzmy więc taki układ.
Rezystancja połączenia wyniesie 0,27/8 = 0,03375, czyli równoważna rezystancji pętli 20 metrowego kabla o przekroju 20 mm kw. Do tego doliczmy co najmniej 6 rezystancji złączy, czyli dodajmy 0,006 ohm == 0,03975 ohm, a do tego impedancję wyjściową wzmacniacza, czyli 0,02 ohm, i mamy = 0,05975. Teraz obliczmy df na głośnikach, czyli 2 / 0,05975 = 33,47..., czyli mniej niż 54, z poprzedniego wyliczenia, czyli  ok 62% tego co uzyskamy stosując się do REALNEGO do wykonania, mojego pomysłu.
 Jak wspomniałem poprzednio, każdy głośnik wytwarza siłę elektromotoryczną, i ich połączenie równolegle, dodaje je do siebie, jak w przykładowych bateriach prądu stałego. Zatem, jeśli założymy, że jeden głośnik o impedancji 16 ohm wytwarza 1 x sem , to energia 8 równoległych głośników, bardzo krótkimi kablami , licząc do 20 metrów "głównego", o przekroju 20 mm kw. (pomijam ich negatywny wpływ, aby nie zagmatwać ..),  to 8 x sem,  o impedancji wewnetrznej 2 ohm. a obciążenie dla niej to 0,05975 ohm. Cała filozofia DF, to właśnie zdolność wzmacniacza do zniwelowania tej SEM. Dla wzmacniacza w obu przypadkach, jest to zsumowana sem 8 głośników, ale inaczej wygląda SEM widziane przez głośniki wzajemnie w obu przypadkach. W moim rozwiązaniu jest mniejsze sumowanie się energii sem głośników bo można to przedstawić takim schematem:
układ

 Zatem  rozważmy wpływ na siebie SEM między głośnikami w obrębie wydzielonym zieloną kropkowaną linią :
Zakładamy że głośnik jest źródłem SEM = 1V z impedancją wewnętrzną = 16 ohm. Jest ona zamknięta obwodem składającym sie z rezystancji kabla Rp, rezystancji złączy, oraz impedancją wyjścia wzmacniacza Zss.
Dla uproszczenia załóżmy, że wzmacniacz to tylko Rs = Zss. Liczymy zatem; prąd w układzie dla SEM to; 1V/ 0,296 Ohm ( z przykładu poprzedniego), plus Zl= 16 ohm, co daje nam prąd J = 0,0613A. Zatem na impedancji Rs(Zss) wzmacniacza odłoży sie napięcie równe U= J x Rs(Zss), i mamy 0,001226V. Skoro takich obwodów jest dodatkowo jeszcze 6, to trzeba uznać, że z każdego obwodu popłynie równolegle taki sam prąd, co daje nam  7 x U, i wyniesie  0,0086V.  Zatem w takim przypadku mamy równolegle połączone źródła o sem 1 V i 0,0086V z pozostałych głośników. A w klasycznym równoległym połączeniu wszystkich głośników do jednego kabla , będącego sumą przekroju wszystkich Rp, mamy 1V, z energią  1V, pochodzącą z pozostałych głośników. 
 Dla porównania policzmy, jaki wpływ na siebie będą miały głośniki połączone równolegle, z kablem 20 metrów, o przekroju 20 mm kw, i tym samym wzmacniaczem.
Oto rysunek poglądowy takiego podłączenia:
zastępczy

Łączna rezystancja ( z rysunku powyżej)8 x Rp, to jak wyliczyłem poprzednio ok 0,03975ohm, do tego dodajemy wypadkową głośników 2 ohm, oraz impedancję wyjściową, 0,02 ohm, i mamy 2,06Ohm. Ta wartość  posłuży nam do wyliczenia prądu, 1V/ 2,06 ohm, co równa się  J1= 0,4855A. Jak widać na rysunku zaznaczyłem jako R'p, jakieś kable łączące poszczególne głośniki, ( pomijam ich znaczenie, aby nie zagmatwać ) do zacisku naszego "grubego" 20 mm kw. kabla, a punkt ten zaznaczyłem jako Zss, jako równoważne poprzedniemu rysunkowi, jako punkt, do którego są podłączone wszystkie głośniki. Oczywiście tej impedancji nie ma fizycznie, a jest sumą, Zs + 0,004 ohm połączeń + 8 x Rp. Wyliczamy  napięcie jakie tam będzie to U1= (0,02 + 0,004 + 0,03375)ohm  x 0,4855 A, i mamy 0,0577V.
Zatem jakie jest oddziaływanie SEM poszczególnych głośników, w układzie gdzie wspólne napięcie dla nich i wytwarzane przez nie,  wynosi ono 0,0086 V, i impedancji  Zs=0,02 ohm, a jakie gdy wynosi  0,0577 V, i impedancji  0,05775 V.

Dlatego, uważam że moje rozwiązanie jest lepsze, co moim zdaniem dwoma sposobami udowodniłem.

Można oczywiście zastosować kable o przekroju 4 mm kw, poprawiając nieco wyniki, nie zmienia to jednak faktów, zmienią się tylko cyfry.


Jeszcze jeden aspekt związany z DF wzmacniaczy..To rozważanie przeznaczam do tych co nieco lepiej znają zagadnienia konstrukcji wzmacniaczy mocy..

Zastanówmy się teraz w jaki sposób tak niska impedancje wzmacniacza pozyskuje sie na jego wyjściu..
Aby ułatwić hipotetyczne wyliczenia posłużę sie przykładowym stopniem wzmacniacza prądu o określonych (wymyślonych) parametrach. 3 pary tranzystorów mocy, z rezystorami emiterowymi 0,47 oma . Zatem mamy tylko 0,47/3=0,143 ohm...Tyle by było gdyby tranzystory były wysterowane całkowicie, a spadek napięcia na nich byłby równy napięciu saturacyjnemu w przypadku bipolarnych, oraz braku pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego...
A w stanie częściowego wysterowania tranzystora w uproszczeniu, można go uznać jako rezystor sterowany prądem, czyli te 0,143 ohma nie do końca odpowiada prawdzie.
Ujemne sprzężenie zwrotne ma za zadanie pilnować, aby napięcie wyjściowe wzmacniacza było proporcjonalne do wzmocnienia konstrukcyjnego, w porównaniu do napięcia wejściowego, oraz eliminacja zniekształceń. Zatem aby uzyskać 80V na wyjściu wzmacniacza, przy napięciu wejściowym 1 V, wzmacniacz musi mieć wzmocnienie napięciowe równe 80. No tak, ktoś pomyśli, tyle to jeden tranzystor wzmacnia, a w przeciętnym wzmacniaczy tych tranzystorów jest kilka dziesiąt...I ma w uproszczeniu racje, bo gdyby przerwać pętlę ujemnego sprzężenia, ustalająca, że napięcie na wyjściu, ma być 80 razy większe od tego wejściowego, to wzmocnienie tegoż wzmacniacza może sięgać nawet kilkudziesięciu tysięcy!!!! W zależności od konstrukcji wzmacniacza, czy ma kilka lokalnych pętli sprzężenia o niewielkiej głębokości, bo i wzmocnienie pojedynczego tranzystora nie jest wielkie, pętla główna tez nie jest głęboka, to znaczy bardzo silnie zmniejszająca łącze wzmocnienie wzmacniacza. Zaś wzmacniacze bez lokalnych pętli ujemnego sprzężenia, stabilizują wzmocnienie łączne, poprzez jedna pętle, pobierając sygnał z wyjścia wzmacniacza. W pierwszym omawianym przypadku, z lokalnymi sprzężeniami, pętla główna obniży wzmocnienie 20-50 razy, zaś w tym drugim przypadku konstrukcyjnym,  1000- 10000 razy...
Zatem sprzężenie pilnując aby, nie ważne czy z obciążeniem, czy bez, napięcie na wyjściu wzmacniacza było odpowiednie do tego wejściowego, głębokość sprzężenia jest "pomocnikiem"  zmniejszeniu impedancji wyjściowej. Jest to jednak mała impedancja, ale stosunkowo "pozorna", bo wynikająca z głębokości sprzężenia. Skoro po redukcji np; 1000 razy wzmocnienia mamy ta impedancje równa 0,01 oma, to bez pętli będzie 1000 !!! razy większa..
 Zatem wzmacniacze o tak głębokich sprzężeniach są bardzo wrażliwe na znikome nawet napięcia przedostającego sie z sygnałem właściwym sprzężenia, do różnicowego wejścia wzmacniacza, a pochodzącego z kolumny/ głośnika.
Należy pamiętać, że głośnik nie jest rezystancją, a złożonym układem RLC. Jeśli jest to kolumna z pasywnymi filtrami, to dochodzą jeszcze indukcyjności, i pojemności składowe takich filtrów, które stanowią różne układy rezonansowe, zarówno szeregowe, jak tez równoległe. Układy rezonansowe szeregowe "duszą" napicia występujące w układzie odpowiadające ich częstotliwości własnej, a zaś równoległe, mogą powodować podnoszenie jego amplitudy, dla określonych częstotliwości.
Pamiętać też należy, iż sama cewka głośnika indukuje SEM przeciwną do napięcia dostarczonego przez wzmacniacz, o czym przekonaliśmy sie wykonując doświadczenie z początku niniejszego artykułu. Zatem łącznie wszystkie wady kolumny, mogą spowodować, "przekradanie" się mikro napięć powstających w kolumnie, z pętlą ujemnego sprzężenia wzmacniacza, na jego wejście. Duże ujemne sprzężenie wymaga podania większej wartości sygnału wyjściowego wzmacniacza, do jego wejścia . Zatem równocześnie, większą , bo pochodzi ona z tego samego punktu, wyjścia wzmacniacza, a ponieważ wzmacniacz ma wzmocnienie sięgające kilku tysięcy, zatem łatwo sobie wyobrazić, jaki błędy w pracy wzmacniacza wprowadza taki , nawet mikroskopijny sygnał.
Nie chce dalej zanudzać teoriami, bo to dość skomplikowane, ale jednym z pomiarów testowych wzmacniaczy mocy, jest  obserwacja oscylogramu, gdy wzmacniacz wysterujemy napięciem prostokątnym, a obciążenie stanowi syntetyczny układ RLC głośnika. Dobre wzmacniacze niezależnie od amplitudy napięcia wyjściowego, czy też częstotliwości, mają kształt napięcia wyjściowego znikomo różniący się od wejściowego. Te kiepskie zaś stanowczo odbiegający, mimo tego, że ich DF jest kilka razy większy od DF tego pierwszego. Dzieje sie to miedzy innymi  różnicami konstrukcji wzmacniaczy, potwierdzając, że te z lokalnymi niezbyt głębokimi pętlami, i niewielka główna, są lepsze od tych z wielka pętla.Oczywiście nie mamy szansy zobaczenia schematu ideowego, aby prześledzić konstrukcje  któregokolwiek wzmacniacza w sklepie. Pozostaje nam tylko empiryczne, porównawcze wyciąganie wniosków, który ewentualnie wzmacniacz lepiej pracuje.
Tyle o wzmacniaczach, i genezie powstawania, naszego cudownego DF.

Wnioski.
Nie sugerować sie wartości DF, i jeśli jest podane minimum 50, a ok 100, moim zdaniem, to należy uznać wzmacniacz za warty zainteresowania. Nie dawać wiary pseudonaukowcom, oraz pseudo fachowcom z for dyskusyjnych, bo bardzo często sami nie wiedzą co piszą, powtarzając zasłyszane opinie, takich samych pseudo fachowców.
Decyzje o wyborze wzmacniacza podjąć na podstawie porównań, stawiając obok siebie takie same paczki, zasilane tym samym sygnałem, przez wzmacniacze które Was interesują

jasiński k





OFERTA PRODUKTÓW
Kolumny basowe:
       BTR 118
       BTR 115(SA)
       BSR 212 
       BSR 218 
       BP 612SA
       BP612-1000SA
       BP 615SA
       BP 618SA
       BP 6210SP
       BP 6212SA 
    Kolumny uniwersalne:
       KSO 108SP
       KSO 110SP
       KSO 112SP
       KSO 112-504SP
       KXV 312
       KXV 315 
       VKS 465
    Kolumny tubowe:
       
       KTA 112S
       KTLA 112
   Aktywne zestawy kompletne:
    
       SoundLeader 12
       SoundLeader 15
   Zestawy pasywne kompletne:
                                                                      Sound Dragon 2000
      
    Elektronika:
      ZWM SoundDragon
      SS 100 b
      SS 300 b
      SpeakPower 400/600
                                                               USŁUGI
                                                               Profesjonalny serwis i naprawa analogowych wzmacniaczy     
                     mocy.                                                    
Profesjonalny serwis i naprawa
         kolumn głośnikowych.                    
Profesjonalny
serwis i naprawa głośników.
                                                               Wypożyczanie sprzętu nagłośnieniowego.
Ilość odsłon: 148904
Copyright© 2010 Krzysztof Jasiński