Что такое коэффициент демпфирования. Коэффициент демпфирования: что это такое и как он влияет на качество звука

Что такое коэффициент демпфирования усилителя. Как рассчитывается коэффициент демпфирования. Какое значение коэффициента демпфирования считается оптимальным. Как коэффициент демпфирования влияет на звучание аудиосистемы.

Что такое коэффициент демпфирования

Коэффициент демпфирования (демпинг-фактор) — это характеристика усилителя, показывающая его способность контролировать движение диффузора динамика. Технически коэффициент демпфирования определяется как отношение сопротивления нагрузки (акустической системы) к выходному сопротивлению усилителя.

Чем выше коэффициент демпфирования, тем лучше усилитель способен управлять движением диффузора динамика, особенно в области низких частот. Это позволяет получить более четкий, собранный и контролируемый бас.

Как рассчитывается коэффициент демпфирования

Формула для расчета коэффициента демпфирования выглядит следующим образом:

DF = Z_L / (Z_AMP + R_W)

Где:

• DF — коэффициент демпфирования
• Z_L — сопротивление акустической системы
• Z_AMP — выходное сопротивление усилителя
• R_W — сопротивление акустического кабеля (умноженное на 2)

Как видно из формулы, на итоговое значение коэффициента демпфирования влияют не только параметры усилителя, но и сопротивление акустического кабеля. Поэтому при выборе кабеля важно учитывать его сечение и длину.

Оптимальные значения коэффициента демпфирования

Какой коэффициент демпфирования можно считать оптимальным? Общепринятые рекомендации выглядят следующим образом:

• До 10 — низкий коэффициент демпфирования
• 10-50 — средний коэффициент демпфирования
• 50-200 — высокий коэффициент демпфирования
• Более 200 — очень высокий коэффициент демпфирования

Для большинства домашних аудиосистем оптимальным считается значение в диапазоне 50-100. Более высокие значения не всегда приводят к заметному улучшению звучания.

Влияние коэффициента демпфирования на звук

Как коэффициент демпфирования влияет на звучание аудиосистемы? Основные эффекты следующие:

• Высокий DF обеспечивает более четкий, собранный и контролируемый бас
• Низкий DF может привести к «размытому», гулкому басу
• Влияние наиболее заметно в области низких частот (до 150-200 Гц)
• Высокий DF позволяет лучше передавать динамичные басовые импульсы
• Чрезмерно высокий DF может привести к «сухому» звучанию

При этом важно понимать, что коэффициент демпфирования — лишь один из многих факторов, влияющих на качество звука. Не стоит ориентироваться только на него при выборе усилителя.

Факторы, влияющие на коэффициент демпфирования

Итоговое значение коэффициента демпфирования в аудиосистеме зависит от нескольких факторов:

• Выходное сопротивление усилителя
• Сопротивление акустической системы
• Сечение и длина акустического кабеля
• Частота сигнала (DF меняется в зависимости от частоты)

Поэтому для получения оптимального значения DF важно правильно подобрать все компоненты системы. Особое внимание стоит уделить выбору акустического кабеля подходящего сечения.

Мифы о коэффициенте демпфирования

Вокруг коэффициента демпфирования существует немало мифов и заблуждений. Давайте разберем некоторые из них:

Миф 1: Чем выше DF, тем лучше звук

Это не совсем верно. Слишком высокий DF может привести к «сухому» звучанию. Оптимальным считается диапазон 50-200, дальнейшее увеличение не дает заметного улучшения.

Миф 2: DF усилителя напрямую определяет качество баса

DF усилителя — лишь один из факторов. Не менее важны параметры акустики, кабелей и других компонентов системы.

Миф 3: Высокий DF гарантирует хороший звук

Это упрощение. Качество звука зависит от множества факторов, DF — лишь один из них. Усилитель с высоким DF может звучать хуже, чем усилитель с более низким DF.

Практические рекомендации по выбору усилителя

Как учитывать коэффициент демпфирования при выборе усилителя? Вот несколько практических рекомендаций:

• Для большинства домашних систем оптимален DF в диапазоне 50-100
• Не стоит гнаться за экстремально высокими значениями DF (более 1000)
• Учитывайте сопротивление акустики и параметры кабелей
• Ориентируйтесь в первую очередь на качество звучания, а не на цифры
• При прочих равных выбирайте усилитель с более высоким DF

Помните, что коэффициент демпфирования — лишь один из многих параметров усилителя. Не менее важны мощность, искажения, динамический диапазон и другие характеристики.

Заключение

Коэффициент демпфирования — важная, но не определяющая характеристика усилителя. Она показывает способность усилителя контролировать движение динамиков, особенно в области низких частот. Оптимальные значения DF лежат в диапазоне 50-200. При выборе усилителя стоит учитывать DF, но не стоит ориентироваться только на него.

Для получения наилучшего звучания важно правильно подобрать все компоненты аудиосистемы — усилитель, акустику, кабели. Только в этом случае можно добиться по-настоящему качественного звука.

Что такое коэффициент демпфирования нагрузки

ВОПРОС

Собираюсь приобрести усилитель и в процессе выбора задался вопросом: что такое коэффициент демпфирования нагрузки? Его указывают в документации далеко не ко всем усилителям — он что, не важен?

На одном форуме читал, что демпинг-фактор на звук не влияет, поэтому нет смысла на него вообще смотреть. И указывают его, мол, только на старых моделях усилителей которые выпускают не один десяток лет с незначительными изменениями. Так ли это на самом деле?

Павел Зазыгин

ОТВЕТ

Под коэффициентом демпфирования (иногда его ещё называют демпинг-фактором) подразумевают отношение импеданса нагрузки (то есть акустики) к выходному сопротивлению усилителя. У идеального усилителя напряжение на выходе не должно зависеть от изменения нагрузки, но для этого он должен обладать собственным нулевым импедансом. На практике это, конечно, невозможно, хотя в своё время было разработано немало схем с отрицательным выходным сопротивлением. Речь идёт, естественно, о транзисторных усилителях, поскольку у ламповых моделей высокий импеданс обусловлен сопротивлением вторичной обмотки выходного трансформатора или внутренним сопротивлением выходной лампы, если схема бестрансформаторная.

Итак, чем ниже выходное сопротивление усилителя и, соответственно, больше демпинг-фактор, тем, по идее, меньше напряжение на выходных клеммах усилителя зависит от импеданса колонок. Это особенно важно, поскольку последний параметр в большинстве случаев зависит от частоты.

Ещё один важный момент: в громкоговорителе во время работы возникает противо-ЭДС, то есть катушка динамика не только движется в магнитном зазоре под воздействием переменного тока, но и в ней самой наводится электродвижущая сила. И хотя её амплитуда существенно меньше, чем у сигнала на входных клеммах акустики, она вызывает паразитные колебания диффузора, которые «размазывают» музыкальные импульсы. На слух в наибольшей степени это проявляется в нечёткости басов, гулкости и потере музыкального разрешения. Величина противо-ЭДС зависит от выходного сопротивления усилителя — чем оно меньше, тем слабее наведённый ток и тем менее заметно его влияние. При условии, конечно, что динамическая головка подключена предельно коротким проводом непосредственно к усилителю. Такое бывает — в активной акустике.

Естественно, это объяснение является предельно упрощённым, поскольку громкоговоритель — очень сложная электромеханическая резонансная система. Тем не менее даже из этой примитивной трактовки должно быть понятно, что высокое значение коэффициента демпфирования является благом. Вопрос только в том, как конструкторы добиваются его увеличения. Главным образом — за счёт увеличения глубины обратной связи. Одновременно снижается уровень искажений, выравнивается частотная характеристика, в общем, улучшаются все основные параметры усилителя. Однако в 70-х годах прошлого века инженеры обратили внимание, что глубокая отрицательная обратная связь увеличивает время реакции усилителя на быстрые импульсы в музыкальном сигнале, что пагубно сказывается на верности воспроизведения.

Пришло понимание, что увеличение коэффициента демпфирования за счёт обратной связи приносит больше вреда, чем пользы. Более того, высчитанный по формулам или измеренный в лаборатории коэффициент на практике оказывается значительно меньше из-за кабелей и пассивных кроссоверов, имеющих собственное сопротивление — оно складывается с выходным импедансом усилителя, отчего реальный коэффициент демпфирования становится совсем небольшим. Вот почему производители и перестали бахвалиться высоким демпинг-фактором и указывать его в технических характеристиках усилителей.

Но тогда возникает вопрос: как гасить паразитные колебания, возникающие в динамике? Только за счёт механического демпфирования в акустике, чтобы паразитные колебания гасились и превращались в тепло внутри колонки. Естественно, это усложняет и удорожает конструкцию драйверов и акустического оформления. Вот почему мы всегда советуем брать колонки «на вырост» — более дорогие, чем вы можете, как вам кажется, себе позволить. Хотя и при выборе остальных компонентов системы следует действовать точно так же.

поделиться

Демпинг-фактор и его влияние на качество звука

22 декабря 2018

Демпинг-фактор (коэффициент демпфирования) определяет степень взаимодействия усилителя низких частот с акустическими системами (АС) и в музыкальной среде часто включает в себя элементы мистики.

В этой статье предпринята попытка разобраться с реальным значением демпинг-фактора и его влиянием на качество воспроизведения музыкальных сигналов в обычной связке усилителя и АС.

Физика понятия коэффициента демпфирования

Демпфирующий коэффициент определяется как величина, показывающая отношение сопротивления акустической системы к сопротивлению выхода низкочастотного усилителя.

Идеальный усилитель низких частот (УНЧ) имеет нулевое сопротивление на выходе, которое никак не отражается на воспроизведении музыкальных сигналов. В реальности усилитель имеет отличную от нуля величину, что определяет небольшие потери мощности на этом сопротивлении.

Если бы нагрузкой усилителя выступало простой активный резистор, то на этом бы дело и ограничилось, но в связке УНЧ-АС в дело вступает комплексный характер импеданса акустической системы — его индуктивная и емкостные составляющие.

На практике комплексный характер импеданса, при движении звуковой катушки в магнитном поле динамика, выражается в появлении небольшой величины паразитной ЭДС. Взаимодействие этой ЭДС и выходного сопротивления усилителя ведет к появлению звуковых колебаний, которых нет в исходной фонограмме. Чем больше выходное сопротивление УНЧ, тем больше окрашивается исходный звук.

Стоит отметить, что коэффициент демпфирования актуален только для низкочастотных динамиков, в области средних и низких част его влияние незначительно.

Международные нормы и стандарты

Появление понятия демпинг-фактор связано с высоким выходным сопротивлением ламповых усилителей, которые в середине прошлого века составляли основу техники высококачественного воспроизведения звука. Опытным путем была установлена минимальная величина коэффициента демпфирования — от 5 до 8 единиц.

С развитием транзисторной техники и появлением динамиков с легким подвесом величина минимального демпинг-фактора была увеличена, что нашло свое отражение в уже легендарном стандарте Hi-Fi техники — DIN45500. Минимальная величина демпинг фактора по этому стандарту составляет 20 единиц. На практике это обозначает, что величина сопротивления выхода УНЧ при работе на АС импедансом 4 Ом, не должна быть выше 0,2 Ом.

Механизм влияния демпинг-фактора на качество звука

Теоретические основы взаимодействия усилителя и акустической системы часто наталкиваются на одну из составляющих звукового комплекса — акустический кабель.

При выходных сопротивлениях современных усилителей в сотые и тысячные доли Ома, сопротивление акустического кабеля часто выступает существенным элементом увеличения коэффициента демпфирования, так как оно суммируется с выходным показателем усилителя.

Такая особенность приводит к стремлению многих владельцев Hi-Fi техники покупать очень дорогие и мощные акустические кабели, что не всегда оправдано с точки зрения качества получаемого звука.

Для примера, рассмотрим УНЧ с выходным сопротивлением 0,01 Ом и акустический кабель с сопротивлением 0,04 Ом. Расчеты показывают, что добавление такого кабеля к акустической системе 4 Ом снижает демпинг-фактор с 400 до 80. То есть мы видим, что существенного снижения качества воспроизводимого звука не произойдет — коэффициент демпфирования 80 очень достойная цифра.

К сказанному необходимо добавить, что не многие производители кабелей для акустики указывают сопротивление своих изделий. Для ориентира можно взять справочную цифру для кабеля из бескислородной меди сечением 2,5 мм² — 0,6 Ом на сто метров длины.

Несколько практических выводов

Обобщая все выше сказанное, можно сформулировать несколько основных выводов, которые вносят ясность во все недомолвки и мифы, связанные с понятием демпинг-фактора:

• коэффициент демпфирования имеет существенное значение только в области низких частот, где влияние комплексного импеданса акустики достаточно велико;
• короткие акустические кабели сечением не ниже 1,5 мм² не оказывают существенного влияния на демпфирующий фактор современного усилителя или на итоговую звуковую картину;
• мощные акустические системы с проводами значительной длины потребуют серьезных затрат на акустический кабель;
• для самостоятельных расчетов требуемого параметров акустического кабеля можно ориентироваться на величину удельного сопротивления кабеля сечением 2,5 мм² — 0,006 Ом на погонный метр.

В заключение можно сделать еще один полезный вывод — штатные и тонкие кабели для акустики почти всех поставщиков звукоусилительной техники не выдерживают никакой критики и подлежат обязательной замене.

Объяснение коэффициента демпфирования

| КЭФ США

Аудиотехника | Как | Советы — 12 марта 2020 г.

Коэффициент демпфирования — это характеристика, чаще всего связанная с усилителями, но, поскольку она относится к взаимосвязи между усилителем и динамиком, необходимо краткое руководство.

Коэффициент демпфирования (DF) — это способность усилителя управлять движением динамика после прекращения подачи сигнала. С технической точки зрения, коэффициент демпфирования представляет собой отношение номинального импеданса громкоговорителя (сопротивление, на которое рассчитан громкоговоритель) к общему выходному импедансу системы, управляющей громкоговорителем, включая усилитель и кабели.

Коэффициент демпфирования изменяется с частотой (как и импеданс) и наиболее заметен на низких частотах. Высокий DF обычно приводит к более плотному, более контролируемому басу, который обычно (но не всегда) более желателен с точки зрения слушателя. Низкий DF приводит к мягкому или жирному басу.

Факторы демпфирования более десяти приемлемы, числа в диапазоне 50-100 являются хорошим средним значением, но иногда вы можете увидеть значения до 200 или 300 или даже до нескольких тысяч.

Вот как работает коэффициент затухания

Звуковая катушка динамика становится генератором тока, который создает обратный ток, который передается на усилитель (что-то вроде обратного ответа на ток, который усилитель посылает на динамик). Каждый раз, когда звуковая катушка перемещается, она создает обратный ток. Если нагрузка, представляемая усилителем для этого тока, очень мала (высокий DF), этот ток быстро рассеивается, что приводит к уменьшению силы звуковой катушки. Диафрагма динамика и сборка окружающего звучания также составляют резонансную систему, которая будет производить звон (или нежелательные резонансы) в пределах рабочего диапазона динамика, но быстрое демпфирование действует как тормоз на звуковой катушке, тем самым уменьшая резонансы. Чтобы еще больше усложнить ситуацию, импеданс звуковой катушки является комплексным, то есть он изменяется в зависимости от частоты, температуры и уровня мощности.

Рассчитать коэффициент демпфирования

Возьмите номинальное сопротивление динамика и разделите его на характеристику DF вашего усилителя. Допустим, у вашего усилителя DF 300, а у вас 8-омный динамик, ваше выходное сопротивление 0,027 Ом. Затем добавьте номинальное сопротивление вашего кабеля. Кабель длиной двенадцать футов представляет примерно 0,0016 Ом на фут. Удвойте это, чтобы учесть импеданс «выхода» и «возврата» от усилителя к динамику (обратный ток). Если у нас есть 20-футовый участок кабеля 12AWG, мы имеем полное сопротивление кабеля 0,064 Ом (40 x 0,0016 = 0,0064).

Добавьте 0,064 к 0,027, и вы получите выходное сопротивление системы 0,091 Ом, что является сверхнизким значением. Затем разделите импеданс динамика на выходной импеданс (8/0,091), и вы получите коэффициент демпфирования, равный 88, что действительно хорошо.

Некоторые выводы

Более толстый кабель имеет меньшее сопротивление, поэтому рекомендуется использовать максимально толстый кабель, особенно для длинных участков.

Чем выше сопротивление динамика, тем выше коэффициент демпфирования. Конечно, чем ниже импеданс динамика, тем эффективнее будет работать усилитель, так что, как и все в аудио, это компромисс.

Твердотельные усилители используют большое количество отрицательной обратной связи (NFB) для устранения искажений, но более старые твердотельные усилители (и даже некоторые современные) и ламповые усилители не используют много (или совсем) NFB, что дает усилитель с более низким коэффициентом демпфирования.

Некоторые старинные усилители имеют элементы управления, которые изменяют коэффициент демпфирования, позволяя пользователю выбирать звук, который он предпочитает, путем изменения DF.

Экстремальные числа DF не всегда приводят к «лучшему» звуку. Здесь в дело вступают наши уши — некоторые усилители и динамики очень хорошо сочетаются друг с другом, создавая пеленгативный частотный диапазон, в результате чего получается очень приятный звук, в то время как другие комбинации не подходят. Еще одна причина, по которой вы просто не можете выбрать «лучший» усилитель для конкретной колонки.

Коэффициент демпфирования усилителя

: чем больше, тем лучше! (….или нет?)

Коэффициент демпфирования усилителя: Чем больше, тем лучше!

(….или нет?)

Когда-нибудь один из ваших дружелюбных представителей по усилителям заходил в ваш офис, чтобы представить свое новое чудовище мощностью в триллион ватт и указать коэффициент демпфирования, превышающий базиллион? Почему, ну и дела! Это примерно в 10 раз больше, чем у другого парня! Это должно быть потрясающе! Верно? Что ж, как мы видели ранее, это зависит от того, как вы собираетесь его использовать. Давайте начнем с определения коэффициента демпфирования и посмотрим, что это значит для нас.

Определение

Коэффициент демпфирования усилителя (DF) определяется как «отношение импеданса нагрузки (громкоговоритель плюс сопротивление провода) к внутреннему выходному импедансу усилителя». В основном это указывает на способность усилителя контролировать перерегулирование громкоговорителя, то есть останавливать движение диффузора. Это наиболее заметно на частотах ниже 150 Гц или около того, когда размер и вес колбочек становятся значительными. Система, в которой коэффициент демпфирования всей цепи громкоговорителя/провода/усилителя очень низкий, будет демонстрировать плохое разрешение в низкочастотном диапазоне. Низкочастотные транзиенты, такие как удары бочки, будут звучать «грязно» вместо того четкого «удара», который мы в идеале хотели бы получить от системы.

Формула для расчета коэффициента демпфирования:

Где:

Z L = полное сопротивление громкоговорителей

Z AMP = выходное сопротивление усилителя

Ч Ш = Сопротивление провода умножить на 2 на полное сопротивление контура.

Очень немногие спецификации усилителя указывают выходной импеданс, но обычно вы можете позвонить производителю, чтобы узнать эту спецификацию, или рассчитать его, разделив минимальное номинальное сопротивление нагрузки на рейтинг коэффициента демпфирования. Например, если мы используем усилитель с номинальным коэффициентом демпфирования 400 и он требует минимальной нагрузки 2 Ом, то его выходное сопротивление будет рассчитано как 0,005 Ом.

Например…

Итак, давайте рассмотрим несколько примеров и выясним, что мы можем контролировать при разработке нашей системы для достижения наилучших результатов. Скажем, у нас есть два 8-омных сабвуфера, подключенных к усилителю с коэффициентом демпфирования 400 на 100 футов 12 ga. провод с сопротивлением 0,00159 Ом/фут, умноженный на 100 футов, дает нам общее сопротивление 0,159 Ом. Подставив числа в нашу формулу, мы получим:

В этом случае коэффициент демпфирования нашей системы равен всего 12. Большинство экспертов сходятся во мнении, что разумный минимальный целевой DF для живой системы звукоусиления будет равен 20, поэтому нам необходимо учитывать изменить что-то, чтобы получить это.

Критически важным элементом в этом определении является часть «Громкоговоритель плюс сопротивление провода» . В этом случае сопротивление в 100 футов составляет 12 ga. провод с нагрузкой 4 Ом приводит к потерям около 0,7 дБ, что намного больше, чем максимальное целевое значение потерь 0,4 дБ, поэтому давайте попробуем использовать провод большего размера. 10 га. Провод имеет сопротивление 0,000999 Ом/фут, умноженное на 100 футов, равное 0,0999 Ом и приведет нас к цели 0,4 дБ. Что это даст ДФ?

Хорошо, теперь мы довольно близки к 20, которые мы искали. Обратите внимание, что импеданс громкоговорителя также может дать нам большое изменение. Чем выше импеданс цепи, тем меньше потерь из-за сопротивления проводов. Что, если мы изменим нашу проводку и подключим один громкоговоритель на 8 Ом вместо двух? Возвращаясь к нашему 12 ga. проволока, рассчитываем:

Еще лучше! На самом деле, если вы проверите числа несколько раз, вы увидите, что в системе с проводом значительной длины мы обнаружим, что коэффициент демпфирования обычно будет равен 20 или выше, если наши общие потери в проводе составляют 0,4 дБ или меньше. .

Что, если у нас есть сабвуфер с автономным питанием? В данном случае провод нашего громкоговорителя, вероятно, имеет калибр около 14 ga. и поскольку усилитель находится в корпусе громкоговорителя, его длина, вероятно, меньше пары футов. Предположим, что производитель подключает к усилителю два динамика на 8 Ом и 14 Ом. Провод имеет сопротивление 0,00256 Ом/фут, умноженное на 2’, равно 0,00506 Ом сопротивления, а коэффициент демпфирования нашего усилителя равен 400, что мы получаем?

Вау! Вот это уже существенная разница! Вид поддерживает идею использования сабвуферов с автономным питанием или, по крайней мере, размещения усилителей сабвуфера как можно ближе к сабвуферам.

Номинальные характеристики пеленгатора усилителя

Итак, мы рассмотрели различия в размере и длине нашего провода, а также различия в подвешивании одного громкоговорителя на линии против двух для изменения импеданса линии. Что, если мы выберем усилитель с более высоким коэффициентом демпфирования, скажем, 3000? Это большая разница, поэтому мы должны увидеть гораздо более высокий коэффициент демпфирования в нашей схеме, верно? Предполагая, что этот усилитель может управлять минимальной нагрузкой 2 Ом, мы получаем, что выходное сопротивление будет равно 0,001 Ом. Подключив числа к нашему единственному громкоговорителю с 12 ga. проволочная система, получаем:

Хмммм, не такая уж большая проблема. Этот более высокий коэффициент демпфирования усилителя улучшил коэффициент демпфирования нашей системы только на 0,31 по сравнению с усилителем со спецификацией DF всего 400.

Что, если мы используем усилитель со спецификацией 3000 DF в нашем сабвуфере с автономным питанием с 2 футами 14 ga. проволока?

Помните, что наш расчет с использованием усилителя 400 DF был равен 264,55, так что теперь мы начинаем видеть, когда характеристики усилителя становятся значимыми. По сути, в системах звукоусиления, где между усилителем и громкоговорителем имеется провод значительной длины, характеристики пеленгации усилителя мало влияют на характеристики системы.

Подводя итоги…

Итак, что мы узнали? В системах усиления живого звука коэффициент демпфирования зависит от длины и размера провода, а также от импеданса громкоговорителей, которые мы подключаем на другом конце.