Демпинг-фактор

5.01.2006

ДЕМПИНГ-ФАКТОР - МИФЫ И РЕАЛЬНОСТЬ

Усилители мощности звуковой частоты (УМЗЧ) по отношению к нагрузке делятся на два класса - источники напряжения и источники тока. Последние находят очень ограниченное применение, а практически все серийные модели являются усилителями - источниками напряжения. 
Идеальный усилитель при любом сопротивлении нагрузки создает на выходе одинаковое напряжение. Другими словами, выходное сопротивление идеального источника напряжения равно нулю. Однако идеальных вещей в природе не существует, поэтому реальный усилитель обладает определенным внутренним сопротивлением. Это означает, что напряжение на нагрузке будет зависеть от ее сопротивления. 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Однако в повести о демпинг-факторе есть еще одно действующее лицо - акустический кабель. А он в состоянии сильно испортить не только цифры, но и качество звучания. Ведь сопротивление кабеля суммируется с выходным сопротивлением усилителя и становится составляющей демпинг-фактора.

Для кабеля длиной 2 м сопротивление 0,05 Ом - вполне пристойный показатель. Но для усилителя с выходным сопротивлением 0,01 Ом демпинг-фактор на нагрузке 4 Ом с таким кабелем снизится с 400 до 66. Поводов для беспокойства пока нет. Но если использовать тоненький "шнурок" из комплекта динамиков и сомнительные скрутки общим сопротивлением 0,3...0,4 Ом (ситуация, к сожалению, еще нередкая), то демпинг-фактор упадет до 10, независимо от показателей усилителя. Поэтому на проводах экономить не стоит.

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

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

Выводы:

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

Другие материалы по теме

Blu-ray стандарты: Профиль 1.0 Профиль 1.1 и Профиль 2.0

Когда мы впервые услышали слово «профиль 1.0» (Profile 1.0), применительно к Blu-ray проигрывателям, то сразу же попытались узнать что это и расшифровать данное значение чтобы понять, что отвечать нашим клиентам. Однако это оказалось удивительно сложное дело.

Что такое HDMI eARC?

Что такое HDMI eARC?

AV усилитель

AV усилитель

Что такое HDMI Forum?

Форум HDMI был создан для содействия более широкому участию в разработке нового поколения спецификации HDMI и поддержки экосистемы совместимых с HDMI продуктов.

Обратная связь

Отправьте письмо нашему специалисту

Как мы можем к Вам обращаться?*

Куда Вам ответить?*

Ваше сообщение?*

+7 (495) 308-00-49
ЧАТ С ЭКСПЕРТОМ
О компании
ВСЕГДА НА СВЯЗИ Наши эксперты всегда готовы ответить вам по телефону, онлайн или в офисе.

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

Бесплатная доставка по Москве или до офиса транспортной компании.

МЕТОДЫ ОПЛАТЫ

Наличный и безналичный расчет. Выставляем счета с НДС.

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИЛЕР

Не беспокойтесь за свой выбор. У вас 14 дней на обмен товара.