Померил сабвуфер мультиметром, увидел 3,2 Ом вместо обещанных четырёх и заподозрил брак? Спокойно, с динамиком всё в порядке. Просто импеданс динамика - это не одно число, а кривая, которая меняется с частотой. Ниже вопросы, которые про импеданс в автозвуке задают чаще всего, с расчётами по реальным динамикам.
Импеданс - это полное сопротивление динамика переменному току. Он складывается из сопротивления катушки Re, её индуктивности Le и составляющей от движения диффузора.
На динамике написано 4 Ом. Сколько там на самом деле?
На разных частотах по-разному. Вот как выглядит типичная кривая:
- Пик на резонансе Fs: диффузор двигается легче всего и вырабатывает обратную ЭДС.
- Минимум Zmin чуть выше резонанса, близко к Re.
- Подъём на ВЧ из-за индуктивности катушки.
Насколько высоким бывает пик на резонансе?
Его можно прикинуть по паспорту: Zmax ≈ Re × (1 + Qms / Qes). Посчитаем для трёх динамиков из нашего каталога:
| Динамик | Re | Qms / Qes | Пик на Fs |
|---|---|---|---|
| НОЭМА 300ГДН30-4 (сабвуфер) | 3,2 Ом | 7,52 / 0,24 | ≈ 100 Ом на 20 Гц |
| ESB 9.4m (СЧ динамик) | 4,1 Ом | 3,645 / 0,931 | ≈ 20 Ом на 135 Гц |
| ESB 9.1T-28 (твитер) | 3,8 Ом | 1,903 / 1,217 | ≈ 10 Ом на 900 Гц |
Номинал у всех «4 Ом», а пики отличаются в десять раз. Чем мощнее магнит (ниже Qes), тем выше пик.
Что значит «номинальный импеданс» и почему Re меньше номинала?
Номинал это округлённая маркировка: 2, 4 или 8 Ом. По IEC 60268-5 минимум в рабочем диапазоне не должен опускаться ниже 80 % номинала. У НОЭМА Re = 3,2 Ом при номинале 4 Ом, ровно 80 %, в пределах нормы.
Какую нагрузку «видит» усилитель?
Реальную кривую, а не номинал. Опаснее всего минимумы: на них усилитель отдаёт максимальный ток и греется. Поэтому усилитель подбирают по минимальной нагрузке, которую он держит (см. RMS и выходная мощность усилителя).
У меня в Mark X мидбасы Helix с катушками 2 Ом, а фронт качают моноблоки EarClear ES 1601. На 4 Ом такой моноблок выдаёт около 190 Вт, на 2 Ом уже 230–250 Вт. Разница ощутимая, но и ток растёт, так что без запаса по нагрузке тут никак.
Как считать импеданс при нескольких катушках?
При параллельном подключении он делится, при последовательном складывается.
| Сабвуфер | Последовательно | Параллельно |
|---|---|---|
| Две катушки по 2 Ом (D2) | 4 Ом | 1 Ом |
| Две катушки по 4 Ом (D4) | 8 Ом | 2 Ом |
| Два сабвуфера D4 | 4 Ом (катушки последовательно, сабы параллельно) или 1 Ом (всё параллельно) | |
При чём тут пассивный кроссовер?
Пассивный фильтр рассчитывают на конкретный импеданс. У твитера ESB 9.1T-28 на 900 Гц пик около 10 Ом. Если срез фильтра поставить слишком близко к нему, нагрузка на фильтр там уже не 4 Ом, и частота среза «уезжает». Поэтому пассив считают по измеренной кривой, а у твитера часто ставят цепь компенсации резонанса. В активной системе с DSP эта проблема почти исчезает.
Как измерить импеданс самому?
Мультиметр покажет только Re. Для кривой нужен генератор и резистор или готовая приставка: DATS, REW с простым делителем, KLIPPEL. По этой же кривой определяют параметры Тиля-Смолла.
Где чаще всего ошибаются с импедансом
- Считать, что «4 Ом» означает 4 Ом на всех частотах.
- Мерить мультиметром и удивляться, что вышло 3,2 Ом.
- Собирать нагрузку 1 Ом на усилитель, который стабилен только от 2 Ом.
Когда подбираешь нагрузку под усилитель
Сопротивление Re измеряют на постоянном токе, и мультиметр покажет только его. Импеданс динамика - это полное сопротивление переменному току: к Re добавляются индуктивность катушки и вклад движущегося диффузора, поэтому импеданс зависит от частоты. У сабвуфера НОЭМА 300ГДН30-4 Re равно 3,2 Ом, а на резонансе 20 Гц импеданс по расчёту доходит примерно до 100 Ом.
Лучше тот импеданс, который совпадает с минимальной стабильной нагрузкой твоего усилителя. Чем ниже нагрузка, тем больше мощности отдаёт усилитель, но растут ток и нагрев. Моноблок EarClear ES 1601 даёт около 190 Вт на 4 Ом и 230–250 Вт на 2 Ом. Схему катушек сабвуфера подбирают под конкретный усилитель и его минимальную нагрузку.
Нагрузка 4 Ом для усилителя, стабильного от 2 Ом, безопасна: он просто отдаст меньше мощности. Опасна обратная ситуация, когда импеданс нагрузки ниже минимума, который держит усилитель. Тогда ток растёт, выходные транзисторы греются, и срабатывает защита или усилитель выходит из строя. Подробнее про это в статье о минимальной нагрузке усилителя.
Влияет: при одинаковом напряжении с усилителя динамик с меньшим импедансом забирает больше мощности и играет громче. Напряжение 2,83 В на 8 Ом даёт 1 Вт, а на 4 Ом уже 2 Вт, это +3 дБ. Поэтому чувствительность динамиков разного импеданса сравнивают аккуратно: 2,83 В/1 м и 1 Вт/1 м для 4-омного динамика не одно и то же.
В закрытом ящике у импеданса сабвуфера остаётся один пик, но он сдвигается выше по частоте, на резонанс Fc, и становится ниже, чем у голого динамика. В фазоинверторе пиков два, а между ними минимум рядом с частотой настройки порта Fb. По положению этого минимума на кривой импеданса проверяют, на какую частоту реально настроен ящик.
Что спросить у установщика: какую нагрузку видит каждый канал усилителя и по какой кривой рассчитан пассивный кроссовер: по номиналу или по замеру. Проверить это на своём динамике можно в калькуляторе оформления E.BAEV.Air.
Подключение катушек и нагрузку разбираем на шаге «Подбор компонентов». Сомневаешься в схеме? Нарисуй её и покажи в Telegram-чате.
Источники
- IEC 60268-5: Sound system equipment. Loudspeakers
- KLIPPEL: определения и методика измерения параметров Тиля-Смолла
- Л. Беранек, «Акустика» (русский перевод, 1965)
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
- Э. Л. Виноградова, «Конструирование громкоговорителей со сглаженными частотными характеристиками» (Массовая радиобиблиотека, вып. 966)
- С. Д. Бать, «Любительские громкоговорители»
- R. H. Small, серия статей о закрытых и фазоинверторных системах, Journal of the Audio Engineering Society, 1972–1973
См. также: Параметры Тиля-Смолла, Re, Le.