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, albo nawet 4 krotnie 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 znacznie niższe, a amplituda
ruchów membrany mniejsza. Na koniec przygotujcie wtyk
odpowiedni, tak, aby zwierał zaciski w
kolumnie tej niepodłączonej. 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 ma 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....
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 łączne 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, czyli ok 10 Ohm.
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 wartością 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 kolumny, zasilane tym samym sygnałem,
przez wzmacniacze które Was interesują
jasiński k