Демпинг фактор. Коэффициент демпфирования усилителя: мифы и реальность — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое коэффициент демпфирования усилителя. Почему высокий коэффициент демпфирования важен для качества звука. Как коэффициент демпфирования влияет на частотную характеристику системы усилитель-акустика. Какой коэффициент демпфирования можно считать оптимальным.

Содержание

Что такое коэффициент демпфирования усилителя

Коэффициент демпфирования — это безразмерная величина, характеризующая способность усилителя контролировать движение диффузора акустической системы. Математически он определяется как отношение сопротивления нагрузки (номинального сопротивления акустической системы) к выходному сопротивлению усилителя:

Коэффициент демпфирования = Сопротивление АС / Выходное сопротивление усилителя

Чем выше коэффициент демпфирования, тем ниже выходное сопротивление усилителя. Высокий коэффициент демпфирования означает, что усилитель способен лучше контролировать движение диффузора и точнее воспроизводить звуковой сигнал.

Мифы о коэффициенте демпфирования

Существует несколько распространенных мифов о коэффициенте демпфирования усилителей:

Коэффициент демпфирования не имеет большого значения
Все современные усилители имеют достаточно высокий коэффициент демпфирования
Коэффициент демпфирования выше 10 не дает никаких преимуществ

Эти мифы возникли из-за неправильной интерпретации некоторых исследований и статей. Давайте разберемся, в чем их ошибочность.

Почему высокий коэффициент демпфирования важен

Высокий коэффициент демпфирования важен по нескольким причинам:

Он обеспечивает лучший контроль над движением диффузора акустической системы, особенно на низких частотах.
Он минимизирует влияние изменений импеданса акустической системы на частотную характеристику.
Он улучшает переходные характеристики системы усилитель-акустика.
Он снижает искажения, особенно на низких частотах.

Рассмотрим подробнее, как коэффициент демпфирования влияет на частотную характеристику системы.

Влияние коэффициента демпфирования на частотную характеристику

Импеданс акустической системы не является постоянным, а меняется в зависимости от частоты. Типичная кривая импеданса акустической системы выглядит примерно так:

Пик в области резонансной частоты (обычно 30-60 Гц)
Минимум в средней части НЧ диапазона (100-200 Гц)
Плавный подъем в ВЧ области
Резкие изменения в области частот раздела кроссовера

Эти изменения импеданса могут приводить к искажениям частотной характеристики, если выходное сопротивление усилителя слишком высокое (низкий коэффициент демпфирования). Рассмотрим конкретный пример.

Пример расчета для коэффициента демпфирования 10

Предположим, у нас акустическая система с номинальным сопротивлением 8 Ом. При коэффициенте демпфирования 10 выходное сопротивление усилителя составит:

R = 8 / 10 = 0.8 Ом

Если на частоте 100 Гц импеданс акустической системы падает до 4 Ом, а на 3 кГц повышается до 16 Ом, получим следующие изменения уровня сигнала:

На 100 Гц: 4 / (4 + 0.8) = 0.833 (-1.6 дБ)
На 3 кГц: 16 / (16 + 0.8) = 0.952 (-0.4 дБ)

Разница составляет 1.2 дБ, что уже вполне заметно на слух.

Расчет для коэффициента демпфирования 100

Теперь рассмотрим случай с коэффициентом демпфирования 100. Выходное сопротивление усилителя составит 0.08 Ом.

На 100 Гц: 4 / (4 + 0.08) = 0.980 (-0.17 дБ)
На 3 кГц: 16 / (16 + 0.08) = 0.995 (-0.04 дБ)

Разница уменьшилась до 0.13 дБ, что уже практически неразличимо на слух.

Какой коэффициент демпфирования можно считать оптимальным

На основе приведенных расчетов можно сделать следующие выводы:

Коэффициент демпфирования 10 явно недостаточен для качественного воспроизведения
Коэффициент демпфирования 100 обеспечивает очень хорошие результаты

Дальнейшее увеличение коэффициента демпфирования дает все меньший эффект

Можно считать, что оптимальный коэффициент демпфирования лежит в диапазоне 100-200. Более высокие значения, хотя и не вредны, но уже не дают заметного улучшения качества звука.

Ограничения на максимальный коэффициент демпфирования

Существуют факторы, ограничивающие максимально достижимый коэффициент демпфирования:

Сопротивление акустического кабеля
Сопротивление контактов и разъемов
Внутреннее сопротивление источника питания усилителя

Например, 10-метровый акустический кабель сечением 2.5 мм² имеет сопротивление около 0.14 Ом. Это ограничивает максимальный коэффициент демпфирования на уровне примерно 60, даже если усилитель имеет идеально низкое выходное сопротивление.

Заключение

Коэффициент демпфирования усилителя — важный параметр, влияющий на качество звучания. Оптимальные значения лежат в диапазоне 100-200. Более низкие значения могут приводить к заметным искажениям частотной характеристики. Более высокие значения, хотя и не вредны, но не дают существенного улучшения качества звука.

При выборе усилителя стоит обращать внимание на коэффициент демпфирования, но не стоит гнаться за сверхвысокими значениями этого параметра. Гораздо важнее общая сбалансированность характеристик усилителя и его согласованность с используемой акустической системой.

Контроль акустики усилителем — моща, демпинг фактор и другие штуки, чтобы убедить себя что играет — #20 от пользователя dgv — Усилители

DA Stereo

dmitre (стерео бармен) 15.Август.2021 18:25:54

Тема про контроль акустики.

dgv (Дмитрий) 15.Август.2021 20:13:47

Ну в сабах он давно уже применяется и хорошо заходит. Причина проста: там НЧ…

dgv (Дмитрий) 15. Август.2021 20:18:21

Вся суть этого “кино” сводится к тому что обеспечить приемлемую скорость нарастания сигнала усилитель D- класса на данный момент не может…

dgv (Дмитрий) 15.Август.2021 20:20:19

Встречный вопрос: а Вы их слышали?

З.Ы. Просто я в свое время тоже загорелся этой технологией, но когда послушал пару топовых моделей (да там ценник за 10К, но это отдельная песня) то понял что это ни о чем.

Кстати из топовых D мне как ни странно больше других Маранц понравился, его хотя бы на некоторых жанрах можно слушать

2 лайка

s.a.v (Александр ❤️ Music) 15. Август.2021 20:27:07

Немного о демпинг-факторе или коэффициенте демпфирования:

“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”.
https://cxem.net/sound/amps/amp52.php

4 лайка

dgv (Дмитрий) 15.Август.2021 20:28:50

Так с него то и начался базар! Почему то многие думают что у усилителей D-класса нет проблем с АС…

dmitre (стерео бармен) 15.Август.2021 20:29:38

dgv:

Почему то многие думают что у усилителей D-класса нет проблем с АС…

Он делает больно иначе, да.

dmitre (стерео бармен) 15.Август.2021 20:31:26

Хорошим стилем будет дать ссылку

1 лайк

dgv (Дмитрий) 15.Август.2021 20:33:49

Я понимаю что эта цитата, но мимо вот такого бреда просто пройти невозможно:

“Коэффициент демпфирования в данном случае, как ни странно, ни при чем. Важна только одна его составляющая — выходное сопротивление усилителя”.

Видимо машинный перевод был, т.к. сомневаюсь что человек хотя бы с тремя классами средней школы (арифметику вроде как там уже освоили?) мог написать такое.

s.a.v (Александр ❤️ Music) 15.Август.2021 20:41:50

Я далек от понимания этих понятий…
По подсказке босса, я внизу дал ссылку

Nestor (Владимир) 16.Август.2021 01:29:27

В первой части беседы, они разбирались со статьей изданной NXP Semiconductors про D-class при этом то-ли специально, то ли из-за плохого знания английского утверждали, что для нормального разрешения D-class усилка нужна частота 23 ГГц. Вообще все переврали, там речь шла о прямом цифровом усилении, а не о PWM. После этого 2ю часть даже смотреть не стал

Bato (Антон) 16. Август.2021 02:29:19

У меня это третий саб и в предыдущих двух я боялся D.
У меня там честный AB был.

RSD (Сергей) 16.Август.2021 03:37:18

s.a.v:

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).

Связи между низким выходным сопротивлением и способностью отдавать большой ток в общем случае нет совсем. У операционников, охваченных оос, вых. сопротивление очень низкое, однако максимальный ток обычно 10-30мА .
Высокий демпинг-фактор в параметрах усилителя, даже если он реален, обеспечить на клеммах АС сложно из-за сопротивления кабелей.

2 лайка

ay7ru (Слушаю файлы на Rega Brio RS-1) 16.Август.2021 06:17:53

Cacophony:

D класс не умеет в акустику с сильной переменной импеданса.

Давайте с примерами. А то прям все.

ay7ru (Слушаю файлы на Rega Brio RS-1) 16.Август.2021 06:21:17

dgv:

D — класс не для HiFi /HiEnd

Ну… Как бы всякое новое АБ до 50 тр это hi-fi?
И вот TPA3255 за 6 тр успешно с ним конкурирует

dgv (Дмитрий) 16. Август.2021 06:46:11

Как бы всякое новое АБ до 50 тр это hi-fi?

Нет, это как раз тот самый “уровень мини-систем” …

ay7ru (Слушаю файлы на Rega Brio RS-1) 16.Август.2021 06:56:20

Личный опыт про этот демпинг фактор
Ощущение, что этот д.ф. и контроль акустики оказались не связанными

AE Evo 3 гудела с

Marantz 7003 дф 100
Rotel RA02 дф 180
Primare i21 дф 100

Отлична играла без гула —

Yamaha 396 дф >240
Yamaha 592 дф >320
Icepower asx125 — дф >500
TPA3250-3251
Rega Brio-3
Rega Elex-grill
Rega Brio-R
Rega Maia-grill
Naim 5i
Densen Beat 100 (источник со значением 16 найти не смог, но для B-175 нашёл дф 17)

http://www. kogaudio.co.uk/pdf/hfwB175.pdf
https://manualzz.com/doc/22414778/densen-beat-100-integrated-amplifier-by-martin

И вот этот вот Densen рушит (лично для меня) всю теорию о том, что высокий дф и контроль акустики связаны

1 лайк

Mxsm (Максим) 16.Август.2021 07:08:43

Это от АС зависит)

Fox37 (Данила) 16.Август.2021 07:17:38

ay7ru:

Yamaha 592 дф >320

Была у меня Yamaha 590, с таким ДФ. Вот только на поверку, ресивер NAD, просто растоптал Yamaha,в прямом сравнении, что с напольными Paradigm, что с полочными Dynaudio.

ay7ru (Слушаю файлы на Rega Brio RS-1) 16.Август.2021 07:19:56

Fox37:

ресивер NAD, просто растоптал Yamaha

Давайте вот сюда модель NAD, его дф и что значит растоптал?
В этой теме не про понравился звук — а про смог-не смог контролировать акустику (загудела)

3 лайка

следующая страница →

damping-factor

О плюсах и минусах высоких цифр демпинг-фактора (Damping Factor)

в характеристиках усилителей НЧ.

Демпинг-фактор — это безразмерная величина, соотношение сопротивления нагрузки к выходному сопротивлению усилителя.

Интереса ради промерил-посчитал выходное (внутреннее) сопротивление усилителя Denon PMA-1500R. Оно на разных частотах колеблется в пределах 1 Ом — 1.2 Ом (при малом уровне сигнала).

Правда, измерял на конце акустического кабеля, но индуктивность кабеля здесь пренебрежимо мала (~3-4 мкН), про сопротивление на контактах не говорю вовсе (хотя можно перепроверить на больших уровнях громкости, чтобы не грешить на щупы). Может быть, конечно, что-то стоит на выходе в последовательной цепочке, но вряд ли существенно меняющее эту цифру.

К слову, к расхожему штампу о необходимости низкого коэффициента демпфирования я отношусь не слишком хорошо. Тем, кто готов поспорить, предлагаю к усилителю, допустим, имеющему демпинг-фактор 100, подключить акустику через мощный резистор 1 Ом, и попробовать оценить потери в звучании Демпинг-фактор в таком случае уменьшится до 4 на 4-омной акустике и до 8 на 8-ми омной (хотя и само это деление на 8 Ом и 4 Ом акустику очень условно), послушайте и подумайте Я уж не буду говорить, что пассивные фильтры в вашей акустике сводят все это ультра-демпфирование на нет.

Сопротивление каналов выходных каскадов отнюдь не нулевое, и слишком высокие цифры демпинг-фактора говорят не столько о хорошей нагрузочносй способности, сколько о том, как этого можно добиться за счет различных ухищрений в области обратной связи и питания (искусственным путем). Будет ли лучше играть с какой-то акустикой — не говорит вовсе. Если же в низкие цифры внесло лепту параллельное подключение нескольких транзисторов на плечо, то опять же, трудно сказать, будет ли это лучше для звука (это вынужденное решение).

В годы расцвета трансформаторной ламповой техники оптимальным и достаточным коэффициентом демпфирования был 3-4. Вообще, о плюсах и минусах низкого и высокого выходного сопротивления усилителя можно долго спорить.

Написано &nbsp &nbsp 19.07.2004
Игорь Илларионов
(aka NEW)

Полезный софт, биосы и утилиты для владельцев видеокарт ATI Radeon (всех поколений)

ATI Radeon bios, tools & flasher (for RV200, R200, R300, R350. ..) &nbsp | &nbsp ATI identification tool (ATI iD) ver.5

Разгон и охлаждение, из глубины времен до недавнего прошлого 🙂
Celeron 800+ &nbsp | &nbsp AMD XP 1700 & SpeedFan &nbsp | &nbsp Intel Pentium 4 2000 up 2920

По картам ATI Radeon и NV GeForce, часть информации уже несколько устарела 🙂
VideoRAM &nbsp | &nbsp Radeon setup

Общие:
Линки | Главная страница | Гостевая книга

Миф об аудио — «Коэффициент демпфирования не имеет большого значения»

Миф — — «Коэффициент демпфирования не имеет большого значения»

Миф — «A10 Коэффициент демпфирования достаточно высок» »

Миф — «Все усилители имеют достаточно высокий коэффициент демпфирования»

Откуда возникли эти мифы?

Эти мифы восходят к известной статье, написанной Диком Пирсом. Его анализ показывает, что коэффициент демпфирования 10 практически неотличим от коэффициента демпфирования 10 000, когда речь идет о демпфировании движения диффузора громкоговорителя. Этот анализ был рассмотрен и повторен во многих более поздних статьях, таких как хорошо написанный пост Энди Вемейера на Audiofrog.com. Подобные статьи часто цитируются в качестве доказательства того, что коэффициент демпфирования усилителя не имеет значения. Математические анализы верны, но выводы неполны и вводят в заблуждение! Документы были написаны, чтобы разрушить один миф о факторе демпфирования, но по иронии судьбы они породили другой.

Демпфирование не проблема, но проблема ЕСТЬ!

В этих документах показано, что демпфирование движения драйвера нельзя значительно улучшить, увеличив коэффициент демпфирования выше 10. Они также отмечают, что большинство усилителей легко превосходят это требование. На первый взгляд кажется, что обе статьи подразумевают, что характеристики демпфирования не важны. Если вы один из многих людей, которые поторопились с таким выводом, вы увековечиваете миф. Пора возвращаться и…

… читать газеты внимательнее!

Если вы внимательно посмотрите на каждую из этих двух статей, вы увидите некоторые неясные комментарии, которые большинство читателей, похоже, упускают из виду:

Дик Пирс написал:

сопротивление источника. Тем не менее, этот анализ и любой способ измерения и прослушивания убедительно демонстрируют, что это не связано с изменениями в демпфировании…» с низким выходным импедансом. Мы прибережем его для другого технического совета».

Другими словами, обе статьи признают, что высокий коэффициент демпфирования может иметь некоторые звуковые преимущества! К сожалению, они не могут определить эти преимущества.

В этих документах также не упоминается, что «коэффициент демпфирования» был неудачным выбором терминологии. «Коэффициент демпфирования» — это своего рода перевернутый способ определения выходного импеданса усилителя мощности.

Я попытаюсь продолжить с того места, на котором остановились эти документы, и разрушить миф, который они непреднамеренно создали. С помощью простой математики я оценю преимущества низкого выходного импеданса (или высокого коэффициента демпфирования).

Проблема частотной характеристики

Частотная характеристика усилителя мощности обычно измеряется с использованием идеальной резистивной нагрузки. Усилитель с плоской частотной характеристикой может иметь совершенно другую частотную характеристику, когда он нагружен импедансом динамика. Динамики имеют резистивные, индуктивные и емкостные характеристики, которые изменяются в зависимости от частоты. Если коэффициент демпфирования усилителя слишком низкий, эти изменения будут иметь слышимое влияние на отклик системы.

Графики импеданса и фазы динамика

Рисунок 1

График выше показывает импеданс и фазовый угол набора трехполосных динамиков, которые есть в нашей комнате для прослушивания. Мы держим их под рукой, потому что они являются примером сложного в управлении 8-омного динамика. Сплошная кривая — импеданс, измеренный в Омах (левая ось), а пунктирная кривая — фазовый угол нагрузки, измеренный в градусах (правая ось). По горизонтальной оси отложена частота, и она имеет диапазон от 10 Гц до 50 кГц.

Обратите внимание, что импеданс на частоте 119 Гц составляет всего 2,6 Ом. Также обратите внимание, что фазовый угол при 94 Гц составляет -53 градуса, что указывает на высокую емкостную нагрузку. Я избавлю вас от математики, но комбинация этих двух параметров означает, что при частоте 100 Гц усилитель должен будет выдавать такой же ток, который требуется для резистивной нагрузки 2,2 Ом.

Также обратите внимание на быстрые изменения импеданса в зависимости от частоты. Импеданс составляет 19 Ом около 30 Гц, но всего 6 Ом около нижнего предела отклика динамика в 45 Гц. На частоте 65 Гц импеданс составляет почти 13 Ом. Эти быстрые изменения импеданса типичны вблизи нижнего предела акустической системы.

Этот динамик имеет частоты кроссовера 300 Гц и 3 кГц. Обратите внимание, что кроссовер 300 Гц создает выпуклость на кривой импеданса. Также обратите внимание, что импеданс колеблется от 18 Ом до 8 Ом при переходе через частоту кроссовера 3 кГц.

Суть всего этого в том, что динамики не являются резистивной нагрузкой. Импеданс динамиков значительно и часто быстро меняется в звуковом диапазоне. Эти изменения импеданса могут вызвать значительные изменения частотной характеристики на выходе усилителя, если выходной импеданс усилителя слишком высок.

Какое отношение это имеет к коэффициенту демпфирования? «Коэффициент демпфирования» — это просто способ определения выходного импеданса усилителя:

«Коэффициент демпфирования» — это спецификация коэффициента импеданса

По определению, «коэффициент демпфирования» — это отношение выходной импеданс усилителя:

Коэффициент демпфирования = импеданс динамика / импеданс усилителя

На большинстве спецификаций усилителя коэффициент демпфирования указан для импеданса динамика 8 Ом. В этом случае можно использовать следующие уравнения для определения выходного импеданса усилителя:

Коэффициент демпфирования = 8 / импеданс усилителя

или

Импеданс усилителя = 8 / коэффициент демпфирования

Коэффициент импеданса (коэффициент демпфирования) определяет точность частотной характеристики системы

Выходное сопротивление усилителя образует делитель напряжения с импедансом нагрузки динамика. Если выходной импеданс усилителя очень низкий (высокий коэффициент демпфирования), резистивная, индуктивная и емкостная части импеданса динамика будут мало влиять на амплитудную или фазовую характеристику на выходе усилителя.

Напротив, если выходной импеданс усилителя начинает приближаться к выходному импедансу динамиков (коэффициент демпфирования равен 1), резистивная, индуктивная и емкостная части импеданса динамиков будут оказывать большое влияние на амплитудную и фазовую характеристики на выходе усилителя. усилитель.

Коэффициент демпфирования в зависимости от выходного импеданса

Пожалуйста, поймите, что характеристики «коэффициента демпфирования» и «выходного импеданса» описывают одну и ту же характеристику усилителя, но в обратном порядке. Усилитель с высоким коэффициентом демпфирования будет иметь низкий выходной импеданс.

Для 8-омных динамиков коэффициент демпфирования 10 достигается, когда выходное сопротивление усилителя составляет 0,8 Ом. Коэффициент демпфирования 100 достигается, когда выходное сопротивление усилителя составляет 0,08 Ом. Коэффициент демпфирования 1000 достигается, когда выходное сопротивление усилителя составляет 0,008 Ом. Чем ниже выходной импеданс, тем выше коэффициент демпфирования, но давайте не будем увлекаться…

Акустические кабели устанавливают практический предел коэффициента демпфирования

Типичный набор 10-футовых акустических кабелей 12-AWG будет последовательное сопротивление туда и обратно 0,0318 Ом. Если бы они приводились в действие усилителем с нулевым сопротивлением (если бы такой усилитель существовал), коэффициент демпфирования был бы равен 200. Benchmark предлагает кабели 11 AWG с последовательным сопротивлением 0,0252 Ом в оба конца. Это ограничит коэффициент демпфирования до 317 при работе от усилителя с нулевым сопротивлением.

Другими словами, коэффициенты демпфирования выше 200-300 редко могут быть достигнуты на клеммах громкоговорителей. Если бы были важны коэффициенты демпфирования, близкие к 1000, нам нужно было бы разместить усилитель очень близко к динамикам и/или использовать очень большие проводники. Однако не покупайте сварочные кабели; большие проводники имеют проблемы с индуктивностью. Пропустите сварочные кабели, так как в этом документе показано, что нам не нужен коэффициент демпфирования 1000.

Коэффициент демпфирования: 10 слишком низкий, а 1000 не нужен

Частотная характеристика данного динамика воспроизводима от усилителя к усилителю только тогда, когда все усилители имеют достаточно высокий коэффициент демпфирования. Если вы подсоедините динамик к усилителю с низким коэффициентом демпфирования, нагрузка на динамик изменит частотную характеристику на клеммах усилителя и на акустическом выходе динамика. Это изменение отклика особенно проблематично в нижней части диапазона динамика и на каждой из частот кроссовера.

Вот простая принципиальная схема:

Выходное сопротивление усилителя и входное сопротивление динамика образуют делитель напряжения (см. Рисунок 2 ). Z1 — импеданс усилителя, а Z2 — импеданс динамика. Входное напряжение делится или делится между Z1 и Z2. Vin — это напряжение, которое усилитель выдавал бы без нагрузки. Vвых — это напряжение на клеммах на задней панели усилителя мощности при подключении динамика (Z2).

или

Рисунок 2

Второе уравнение в Рисунок 2 – это «передаточная функция». Он говорит нам, какая часть входного сигнала достигает выхода.

Выходное сопротивление усилителя Z1 обычно является резистивным. Это означает, что выходное сопротивление усилителя не зависит от частоты. Это также означает, что мы можем называть выходное сопротивление усилителя «выходным сопротивлением».

Напротив, входное сопротивление громкоговорителя Z2 имеет значительные индуктивную и емкостную составляющие. Это означает, что импеданс динамика зависит от частоты (как мы можем ясно видеть на сплошной кривой на 9).0003 Рисунок 1 ).

Для простоты математики мы будем игнорировать фазовые сдвиги, вызванные индуктивными и емкостными характеристиками динамиков. Другими словами, мы будем игнорировать фазовые углы, показанные пунктирной кривой на рис. 1 . Этот упрощенный анализ даст нам амплитудную характеристику интерфейса усилитель-динамик.

Упрощенный делитель напряжения выглядит так:

Передаточная функция:

Рисунок 3

R1 — выходное сопротивление усилителя. R2 — входное сопротивление динамика на определенной частоте. В нашем примере R2 можно считать непосредственно из кривой импеданса, показанной на рис. 1 .

Пример 1 — коэффициент демпфирования 10

При коэффициенте демпфирования 10 выходное сопротивление усилителя (R1) составляет:

R1 = 8/10 = 0,8 Ом

Из Рисунок 1 мы видим, что наши динамики имеют минимальное сопротивление 2,6 Ом при 119Гц.

R2 = 2,6 Ом.

Используя уравнение « передаточная функция » на рисунке 3:

Уменьшение сигнала в точке импеданса 2,6 Ом будет 2,6/(2,6+0,8) = 0,714.
Преобразование в дБ: 20*Log(0,714)= — 2,3 дБ

Это означает, что выходной сигнал усилителя уменьшится на 2,3 дБ на частоте 119 Гц при нагрузке импедансом динамика.

Но около 3 кГц входное сопротивление нашего динамика составляет 18 Ом.

Снижение сигнала в точке 18 Ом составит 18/(18+0,8) = 0,957.
Преобразование в дБ: 20*Log(0,957) = -0,3 дБ

При коэффициенте демпфирования 10 частота 119 Гц ослаблялась на 2,3 дБ, а частота 3 кГц — всего на 0,3 дБ. Разница составляет 2,3 дБ — 0,3 дБ = 2 дБ.

Это означает, что общая форма кривой частотной характеристики изменится на 2 дБ, когда этот набор динамиков приводится в действие усилителем с коэффициентом демпфирования 10. Потеря баса на 2,3 дБ около 119Гц имеет большое значение и должно быть заметно при определенных обстоятельствах.

Миф разрушен! Коэффициент демпфирования 10 слишком мал!

Пример 1 показывает, что коэффициент демпфирования, равный 10 , может оказывать слышимое влияние на частотную характеристику системы усилитель-динамик! Коэффициент демпфирования 10 слишком мал! Давайте исследуем более высокие коэффициенты демпфирования…

Пример 2. Коэффициент демпфирования 100

При коэффициенте демпфирования 100 выходное сопротивление усилителя (R1) составляет:

R1 = 8/100 = 0,08 Ом.

При частоте 119 Гц входное сопротивление динамика (R2):

R2 = 2,6 Ом

Передаточная функция при 119 Гц:

2,6/(2,6+0,08) = 0,970

Преобразование в дБ, затухание на частоте 119 Гц:

20*Log(0,970)= -0,26 дБ

При 3 кГц, где R2 = 18 Ом, передаточная функция:

18/(18+0,08) = 0,996
Преобразование в дБ: 20*Log(0,996)= -0,04 дБ

Разница между двумя точками теперь составляет 0,26 дБ — 0,04 дБ, что составляет 0,22 дБ.

В Примере 2 коэффициент демпфирования, равный 100, удерживает колебания частотной характеристики менее 0,2 дБ. В статической ситуации слушатель быстро адаптируется к этому изменению отклика динамика на 0,2 дБ, и маловероятно, что слушатель обнаружит изменение голоса говорящего. По этой причине мы можем утверждать, что изменение частоты на 0,2 дБ вполне достаточно.

Тем не менее, возможно, что это отклонение в 0,2 дБ может быть обнаружено при тестировании A/B или A/B/X между двумя усилителями, имеющими разные коэффициенты демпфирования (один с коэффициентом демпфирования 100, а другой с гораздо более высоким коэффициентом демпфирования). ). Если мы сопоставим амплитуды на частоте 3 кГц, один усилитель может быть почти на 0,2 дБ громче на частоте 119 Гц, используя динамики из нашего примера.

Общее эмпирическое правило для тестов A/B и A/B/X заключается в том, что уровни должны быть согласованы с точностью лучше 0,1 дБ. Если этого не сделать, изменения уровня могут быть обнаружены многими слушателями. Другими словами, коэффициент демпфирования, равный 100, может иметь заметное влияние на звук в контролируемом тесте, даже если это может остаться незамеченным при обычном прослушивании.

Пример 3 — коэффициент демпфирования 200

При коэффициенте демпфирования 200 выходное сопротивление усилителя (R1) составляет:

R1 = 8/200 = 0,04 Ом.

При частоте 119 Гц входное сопротивление динамика (R2):

R2 = 2,6 Ом

Передаточная функция при 119 Гц:

2,6/(2,6+0,04) = 0,9848

Преобразование в дБ, затухание на частоте 119 Гц:

20*Log(0,9848)= -0,133 дБ

При 3 кГц, где R2 = 18 Ом, передаточная функция:

18/(18+0,04) = 0,998
Преобразование в дБ: 20*Log(0,998)= -0,019 дБ

Разница между двумя точками теперь составляет 0,13 дБ — 0,02 дБ, что составляет 0,11 дБ.

Таким образом, при коэффициенте демпфирования 200 вариации частотной характеристики удерживаются на уровне около 0,1 дБ, что удовлетворяет согласованию уровней для тестирования A/B/X. Это означает, что соответствие частотной характеристики достаточно хорошее, чтобы его нельзя было обнаружить в хорошо контролируемом тесте A/B/X.

Подход Benchmark к коэффициенту демпфирования

Не случайно Benchmark AHB2 имеет коэффициент демпфирования, равный 370. Нашей целью было сохранить колебания частотной характеристики, связанные с импедансом, менее 0,1 дБ при подключении 8-омных динамиков. . В нашем примере с колонками, которые трудно управлять, результирующая вариация частотной характеристики составляет всего 0,061 дБ, что легко удовлетворяет нашему критерию неслышимости в 0,1 дБ. Однако при этом не учитывается сопротивление кабелей громкоговорителей. Ни одна практическая система не может существовать без кабелей динамиков, особенно когда пара динамиков питается от одного стереоусилителя. Предположим, 10-футовые кабели.

Benchmark продает 10-футовые кабели 11-AWG с последовательным сопротивлением 0,0252 Ом в оба конца. Когда эти кабели соединены с усилителем AHB2 , эффективный коэффициент демпфирования можно рассчитать следующим образом:

Выходное сопротивление усилителя = 8/370 = 0,0216 Ом
Сопротивление кабеля динамика = 0,0252 Ом
Общее сопротивление источника = 0,0216 + 0,0252 = 0,0468
Эффективный коэффициент демпфирования = 8/0,0468 = 171

При коэффициенте демпфирования системы, равном 171, колебания частотной характеристики составят около 0,13 дБ. Это по-прежнему очень близко к нашему критерию неслышимости 0,1 дБ. Обратите внимание, что коэффициент демпфирования усилителя должен быть значительно выше 200, чтобы достичь коэффициента демпфирования на уровне системы, близкого к 200. В этой системе кабели громкоговорителей и усилитель вносят почти равный вклад в общий импеданс источника. Снижение импеданса источника усилителя (увеличение коэффициента демпфирования) ниже импеданса кабелей приведет к уменьшению отдачи. Если бы усилитель имел бесконечный коэффициент демпфирования, частотная характеристика системы на концах кабелей улучшилась бы только на 0,06 дБ, что незначительно. С коэффициентом демпфирования усилителя 370 мы преодолели порог убывающей отдачи.

Дополнительные соображения

Приведенный выше анализ был сосредоточен на амплитудной характеристике интерфейса усилитель-динамик. Я сделал это, чтобы максимально упростить математику. Тем не менее, мне удалось показать, что коэффициент демпфирования, равный 10, должен оказывать слышимое влияние на амплитудную характеристику.

Выходной импеданс усилителя также вызывает фазовые сдвиги при нагрузке индуктивностью или емкостью. Пунктирная кривая Рис. 1 показывает положительные и отрицательные фазовые углы. Эти фазовые углы будут усиливаться, когда импеданс источника усилителя учитывается в отклике. Несколько сложнее количественно определить слышимость этих фазовых изменений, но они должны быть проблемой только при очень низких коэффициентах демпфирования.

Фазовые углы часто быстро меняются вблизи частот кроссовера драйвера. На Рисунке 1 мы видим, что фазовый угол меняется с положительного на отрицательный по мере того, как мы поднимаемся по частоте кроссовера 3 кГц. С некоторыми динамиками возможно, что импеданс источника усилителя может вызвать проблемы со звуком вблизи частот кроссовера, когда коэффициент демпфирования слишком низкий. При коэффициенте демпфирования выше 100 эти эффекты должны быть минимальными. При коэффициенте демпфирования 10 изменения фазовой характеристики могут добавить дополнительные слышимые различия.

Выводы

Демпфирование драйвера громкоговорителя может быть достигнуто с коэффициентом демпфирования всего 10. Увеличение коэффициента демпфирования выше 10 почти не влияет на демпфирование динамика. Это было показано Диком Пирсом и другими.

Коэффициент демпфирования, равный 10, может привести к изменениям амплитудной характеристики, превышающим 2 дБ. Этих изменений должно быть достаточно, чтобы создать слышимые изменения в кажущемся звучании громкоговорителя.

Коэффициент демпфирования, равный 100, может привести к колебаниям амплитудной характеристики примерно на 0,2 дБ. Они могут быть достаточно большими, чтобы их можно было обнаружить в тесте A/B/X, где сравниваются усилители с использованием одного динамика и распределительной коробки. Тем не менее, отклонение в 0,2 дБ может быть достаточно небольшим, чтобы не вызывать заметных изменений в голосе говорящего при обычном прослушивании. Вероятно, мы можем утверждать, что коэффициент демпфирования 100 на уровне системы находится на границе слышимости.

Коэффициент демпфирования 200 может привести к колебаниям амплитудной характеристики, составляющим всего около 0,1 дБ. Эти изменения настолько малы, что их нельзя обнаружить даже в хорошо контролируемом тесте A/B/X, когда мы сравниваем два усилителя с высокими коэффициентами демпфирования. Повышение коэффициента демпфирования на уровне системы выше 200 не должно привести к слышимым изменениям.

10-футовые кабели 12-AWG ограничат коэффициент демпфирования системы чем-то меньшим, чем 200. 10-футовые 11-AWG кабели Benchmark ограничат системный коэффициент демпфирования чем-то менее 317.

Из-за сопротивления кабеля коэффициенты демпфирования на уровне системы, превышающие 200, часто нецелесообразны. Изменения частотной характеристики незначительны, когда коэффициент демпфирования системы превышает 150.

Я бы рекомендовал ориентироваться на коэффициент демпфирования на уровне системы выше 150. Этот диапазон достижим и обеспечивает превосходную производительность. Чтобы добиться этого на конце комплекта акустических кабелей, усилителю потребуется коэффициент демпфирования не менее 300. кабель при управлении Benchmark Усилитель AHB2 с коэффициентом демпфирования 370.

При использовании кабелей 11 или 12 AWG коэффициент демпфирования на системном уровне 100 может быть достигнут при коэффициенте демпфирования усилителя около 150. Аналогичным образом, коэффициент демпфирования на уровне системы составляет 150 может быть достигнуто при коэффициенте демпфирования усилителя около 300.

Усилители с коэффициентом демпфирования менее 300 могут оказывать слышимое влияние на частотную характеристику системы воспроизведения.

Калькулятор коэффициента затухания с частотной характеристикой

Я создал электронную таблицу, которую можно использовать для расчета изменений частотной характеристики, вызванных выходным сопротивлением усилителя и сопротивлением кабеля. На изображении ниже показаны результаты для примера системы, описанного в этой статье.

Откройте электронную таблицу и введите параметры вашей системы в оранжевые ячейки следующим образом:

Введите номинальное сопротивление ваших динамиков
Введите минимальное сопротивление ваших динамиков
Введите максимальное сопротивление ваших динамиков
Введите длину кабелей динамиков
Введите сечение акустических кабелей

В столбце «Общая погрешность» будут показаны изменения частотной характеристики, вызванные взаимодействием между импедансами источника и нагрузки. Этот столбец имеет цветовую кодировку, указывающую на ожидаемую слышимость изменений частотной характеристики. Красный цвет указывает на высокую вероятность слышимости, а зеленый — на низкую вероятность слышимости.

В первом столбце найдите строку, соответствующую 8-омному коэффициенту демпфирования вашего усилителя. Используйте спецификацию коэффициента демпфирования вашего усилителя 8 Ом, даже если ваши громкоговорители имеют другое номинальное сопротивление. Электронная таблица вносит соответствующие коррективы.

Столбец «Эффективный коэффициент демпфирования» показывает коэффициент демпфирования, достигаемый на конце кабеля со стороны динамика. Он также регулируется для номинального импеданса динамиков. Обратите внимание, что кабели громкоговорителей уменьшают эффективный коэффициент демпфирования.

Если вы хотите игнорировать влияние кабеля, установите длину кабеля на 0.

Выделенная строка (коэффициент демпфирования 370) соответствует производительности Benchmark AHB2 .

Электронная таблица полностью разблокирована и не содержит макросов. Старайтесь не делать записи за пределами оранжевых ячеек, если вы не хотите изменить электронную таблицу или проверить формулы (что было объяснено в примерах). Я надеюсь, что вы найдете этот калькулятор полезным.

Джон Сиау

Загрузить эту статью в формате PDF

Загрузить калькулятор коэффициента демпфирования (Excel)

Примечание. Один читатель дал ссылку на статью о коэффициенте демпфирования, которая появилась почти на 27 лет раньше, чем статья Дика Пирса:

Augspurger, George L. (январь 1967 г.). «Дебаты о факторе демпфирования» (PDF) . Мир электроники . Издательство Зифф-Дэвис.

Редакции: 08.06.2020 — исправлена числовая ошибка в примере 2. Изменение частотной характеристики составляет 0,22 дБ, а не 0,5 дБ, при коэффициенте демпфирования 100 для динамиков из примера.

Коэффициент демпфирования с калькулятором

Коэффициент демпфирования

Ранее вы читали о выходном сопротивлении усилителя. Коэффициент демпфирования тесно связан с выходным импедансом. Усилители с низким выходным импедансом, как правило, имеют высокий коэффициент демпфирования.

Коэффициент демпфирования указывает на способность усилителя сопротивляться изменению выходного сигнала. Если усилитель имеет очень низкий коэффициент демпфирования, нагрузка на динамик (или любая другая нагрузка, например резистивная фиктивная нагрузка) может привести к тому, что выходной сигнал будет отличаться (возможно, на слух) от того, каким он должен быть. Практически для каждого производимого усилителя коэффициент демпфирования достаточно высок, чтобы предотвратить слышимые изменения в выходном сигнале. Некоторые люди говорят, что коэффициент демпфирования 200 является минимально приемлемым коэффициентом демпфирования. Другие говорят, что это 100. Есть даже те, кто говорит, что коэффициент демпфирования 50 — это нормально. Я попытался вставить последовательный резистор с динамиками и не услышал никакой слышимой разницы при коэффициенте демпфирования 50. При коэффициенте демпфирования ~ 25 я начал слышать разницу с «некоторыми» динамиками. При коэффициенте демпфирования около 10 разница была достаточно значительной, чтобы ее можно было услышать практически с каждым динамиком. Вы можете подумать, что при низком коэффициенте демпфирования звук всегда звучал хуже. Ну, не всегда. Некоторые динамики (в основном высокочастотные динамики) на самом деле стали звучать немного лучше (вероятно, из-за изменения частотной характеристики из-за кривой импеданса). Конечно, некоторые колонки звучали хуже с низким коэффициентом демпфирования. Практически во всех случаях изменение качества звука было более «мягким». При очень низких коэффициентах демпфирования напористый бас был значительно уменьшен, но бас звучал более плавно (что может быть хорошо, а может и не быть — в зависимости от вашего музыкального вкуса). Я не говорю, что «более плавный» или «более мягкий» звук был лучше (потому что изменение звука ЯВЛЯЕТСЯ типом искажения). Я просто пытаюсь показать вам, как изменился звук при низком (крайне низком) коэффициенте демпфирования.

Два разных способа наблюдения коэффициента демпфирования:

Метод 1:
Как упоминалось выше, коэффициент демпфирования описывает, насколько хорошо усилитель поддерживает желаемое выходное напряжение при различных нагрузках. Усилитель с ВЫСОКИМ коэффициентом демпфирования будет поддерживать практически одинаковое выходное напряжение независимо от того, работает ли он с нагрузкой 4 Ом или без нагрузки, подключенной к его выходным клеммам. Усилитель с МЕНЬШИМ коэффициентом демпфирования будет иметь БОЛЬШОЕ падение напряжения при переключении с холостого хода на нагрузку 4 Ом. Имейте в виду, что речь идет только о разнице в несколько милливольт между выходным напряжением под нагрузкой или без. Не о чем беспокоиться ни с одним из усилителей. Этот тип изменения выходного напряжения обычно наблюдается на испытательном стенде с помощью тестового сигнала. Имейте в виду, что низкий коэффициент демпфирования для «реального» усилителя будет около 50. Ничто близко не такое низкое, как то, что я использовал в своих тестах (упомянутых ранее).

Наведите указатель мыши на картинку ниже. Вы увидите, как напряжение немного падает, когда динамик подключен к усилителю. Этот усилитель будет иметь относительно высокий коэффициент демпфирования. Возможно, вам придется навести указатель мыши на диаграмму, пока она не завершит загрузку. Щелчок по картинке оптимизирует ее положение.

Метод 2:
Поскольку динамики являются реактивными (особенно сабвуферы), усилитель должен иметь возможность поглощать противофазное напряжение от динамиков, чтобы предотвратить искажение сигнала на выходных клеммах усилителя. Если бы вы управляли набором динамиков, которые использовали пассивные кроссоверы для разделения сигнала между высокочастотными и низкочастотными динамиками (динамиками), все динамики получали бы сигнал из одного и того же места (входные клеммы кроссовера). Если бы усилитель имел очень низкий коэффициент демпфирования, противофазное напряжение вызвало бы незначительное изменение сигнала на усилителе. Поскольку высокочастотные и низкочастотные динамики заводятся из одной и той же точки, высокочастотные динамики будут получать слегка искаженный сигнал. Если бы усилитель имел высокий коэффициент демпфирования, НЧ-динамики оказывали бы меньшее влияние на сигнал, что уменьшало бы искажения на выходе усилителя (а также на входе кроссовера). Это означает, что все остальные водители получат более «чистый» сигнал. Теперь вы должны иметь в виду, что цепь обратной связи усилителя, которая по большей части определяет коэффициент демпфирования усилителя (в полупроводниковых усилителях класса A и класса A/B), использует сигнал на выходных клеммах усилителя для определения уровня требуется исправление ошибок. Это означает, что как только вы начнете добавлять что-либо между усилителем и динамиками, усилитель не сможет компенсировать добавленные компоненты. Это означает, что коэффициент демпфирования начинает падать, как только вы подключаете отрезок провода динамика между усилителем и динамиками. Более длинные прокладки провода громкоговорителя приведут к большему падению коэффициента демпфирования, чем короткие прокладки. Если у вас длинный провод динамика, вы можете немного компенсировать это, используя провод большего сечения. В калькуляторе внизу этой страницы вы можете увидеть, насколько на коэффициент демпфирования влияет провод динамика. Опять же, имейте в виду, что пока коэффициент демпфирования остается выше определенного значения, изменение коэффициента демпфирования обычно не вызывает каких-либо слышимых изменений.

Испытания коэффициента демпфирования

Стандарты:
Если вы собираетесь тестировать более одного усилителя, вам следует принять некоторые стандарты. Вы должны выбрать одну частоту или определенный набор частот. Вы также должны выбрать нагрузку с обычно используемым импедансом (например, 2 или 4 Ом). Для этого примера предположим, что тестовая частота составляет 50 Гц, а импеданс тестовой нагрузки равен 4 Ом.

Тестирование:
Для этого теста вы хотите настроить усилитель на достаточно высокий уровень для получения больших чисел. Поскольку ваше тестовое оборудование имеет ограниченное количество знаков после запятой, большее число поможет повысить точность тестов. Вы доведете усилитель до уровня, который будет ниже отсечения при тестовой нагрузке. Вы должны быть абсолютно уверены, что уровень входного сигнала не изменится на протяжении всей процедуры тестирования. Измерьте и запишите выходное напряжение усилителя с помощью без нагрузки . Подключите нагрузку 4 Ом к выходным клеммам усилителя и снова измерьте выходное напряжение. Обратите на это внимание. Обратите внимание, что измерения напряжения должны проводиться как можно ближе к усилителю. Хорошо, хватит об этом.

Пример:
В этом примере мы будем использовать числа со страницы «Выходной импеданс». Если мы знаем выходной импеданс усилителя и нагрузки, на которую он будет воздействовать, мы можем найти коэффициент демпфирования, разделив импеданс нагрузки на выходной импеданс усилителя. Используя выходной импеданс 0,01 Ом (который мы рассчитали на странице выходного импеданса) и нагрузку 4 Ом, мы получаем 4/0,01, что дает нам коэффициент демпфирования 400. Если бы мы собирались управлять нагрузкой 2 Ом, вы можно увидеть, что коэффициент демпфирования упадет до 200.

Поскольку производитель обычно не указывает выходной импеданс усилителя и может не указывать коэффициент демпфирования, вы можете найти его с помощью минимального тестового оборудования.

Мы будем использовать формулу: коэффициент демпфирования = E _{без нагрузки} / (E _{без нагрузки} -E _{с нагрузкой} )

DF = E _{без нагрузки} /(E _{без нагрузки} -E _{с нагрузкой} )
Если E _{без нагрузки} = 20 вольт
и
E _{с нагрузкой} = 19,95 вольт

DF=20/0,05
DF=400

Коэффициент демпфирования при частоте 50 Гц составляет 400 при нагрузке 4 Ом. Тот же коэффициент демпфирования, что и при использовании выходного импеданса и нагрузки 4 Ом.

Провод динамика и коэффициент демпфирования:
Усилители с ВЫСОКИМ коэффициентом демпфирования имеют НИЗКОЕ выходное сопротивление. Как только вы начинаете добавлять провод динамика между усилителем и динамиками, коэффициент демпфирования на динамиках начинает падать. Усилитель с коэффициентом демпфирования 400 на нагрузке 4 Ом имеет выходное сопротивление 0,01 Ом. Если вы используете 14-граммовый провод динамика длиной 5 футов, общее сопротивление провода составит 0,016 Ом. Если вы добавите это к выходному сопротивлению усилителя, вы получите полное выходное сопротивление 0,026 Ом. Это снижает эффективный коэффициент демпфирования до 154. Более длинные провода громкоговорителей уменьшают эффективный коэффициент демпфирования еще больше.

ПРИМЕЧАНИЕ.
Многие люди проверяют коэффициент демпфирования при частоте 50 Гц при нагрузке 4 Ом. Вы можете сделать тест на любой частоте, которая вам нравится, и с любой нагрузкой. При сравнении коэффициента демпфирования одного усилителя с другим необходимо знать частоту, на которой проводилось испытание, и импеданс тестовой нагрузки. В противном случае вы можете сравнивать яблоки с апельсинами.

Транзисторы и лампы:
В общем, твердотельные усилители (транзисторные усилители), как правило, имеют более высокий коэффициент демпфирования, чем ламповые усилители. Транзисторные усилители управляют динамиками напрямую и могут иметь коэффициент демпфирования более 200. Большинство ламповых усилителей управляют динамиками через большой трансформатор, который снижает коэффициент демпфирования усилителя. Коэффициент демпфирования первоклассных ламповых усилителей может составлять всего 20. Пожалуйста, поймите, что более низкий коэффициент демпфирования НЕ является показателем качества усилителя или качества звука, которое вы получите от него. Усилители с низким коэффициентом демпфирования могут звучать действительно хорошо, не хуже усилителей с более высоким коэффициентом демпфирования.

Внешний Сервопривод Компенсация обратной связи:
Есть несколько усилителей, которые заявляют ОЧЕНЬ высокие коэффициенты демпфирования (более 2000). Обычно в них используется вторая пара проводов, которые подключаются к реальным клеммам динамика. Эти клеммы обратной связи не являются выходными клеммами динамиков. Это провода обратной связи сервопривода. Практически все транзисторные усилители используют много обратной связи. Большое количество обратной связи ответственно за высокие коэффициенты демпфирования. Как я уже говорил, акустический провод уменьшает коэффициент демпфирования. Дополнительная пара проводов, идущих к динамику, позволяет усилителю «видеть» и исправлять любые потери в проводах динамика. Это приводит к сохранению коэффициента демпфирования. Что касается усилителей, которые утверждают, что коэффициент демпфирования исчисляется тысячами, что ж… Я настроен, мягко говоря, скептически, но я верю, что можно поддерживать высокий коэффициент демпфирования на динамике (даже при использовании длинных проводов динамика).