В паспорте усилителя стоит «демпинг-фактор > 500», у соседнего «200», и в чате уже спорят, у кого бас «собраннее». Спор этот упирается в один параметр, который производители почти никогда не пишут напрямую: выходное сопротивление. Посчитаем на реальных динамиках, когда оно реально влияет на звук, а когда это цифры ради цифр.
Как оно связано с демпинг-фактором?
Демпинг-фактор - это просто отношение номинальной нагрузки к Zout: DF = Rн / Zout. Для 4 Ом и DF = 200 выходное сопротивление 4 / 200 = 0,02 Ом. Для DF = 500 уже 0,008 Ом. Разница кажется огромной, но дальше посмотрим, что к этой цифре добавляется в машине.
Реальный усилитель удобно представить как источник напряжения с Zout, за ним провод и сам динамик. Динамик видит сумму Zout + Rпровода, а не одно Zout.
Эффект 1: делитель напряжения и неровная АЧХ
Zout и импеданс динамика образуют делитель. Если импеданс гуляет по частоте, а он гуляет, то и напряжение на динамике гуляет вместе с ним. Отклонение АЧХ считается так: ΔL = 20 × lg(Zдин / (Zдин + Zout)).
Возьмём СЧ динамик ESB 9.4m: Re = 4,1 Ом, на резонансе 135 Гц импеданс поднимается до Re × (1 + Qms/Qes) ≈ 20,2 Ом. Разница уровней между резонансом и «ровным» участком:
| Zout + провод | DF на 4 Ом | Неровность АЧХ | Qes, было 0,931 |
|---|---|---|---|
| 0,05 Ом | 80 | ≈ 0,08 дБ | ≈ 0,94 |
| 0,2 Ом | 20 | ≈ 0,33 дБ | ≈ 0,98 |
| 1,0 Ом | 4 | ≈ 1,5 дБ | ≈ 1,16 |
Пока Zout в сотых долях ома, неровность в пределах сотых долей децибела, её не услышать. Один ом уже даёт полтора децибела горба вокруг резонанса, а это заметно, и вот так звучат многие ламповые усилители без глубокой обратной связи.
Эффект 2: демпфирование диффузора
Динамик тормозит сам себя обратной ЭДС: наведённый ток течёт через Re и внешнюю цепь. Всё, что в цепи последовательно, прибавляется к Re в формуле Qes: Qes' = Qes × (Re + Zout) / Re. Для сабвуфера НОЭМА 300ГДН30-4 с Re 3,2 Ом и Qes 0,24 добавка 0,2 Ом даёт Qes' ≈ 0,255, а полная добротность Qts сдвигается примерно так же, с 0,233 до 0,247, на 6%. В закрытом ящике Qtc вырастет на те же 6%, например с 0,60 до 0,64. На слух это не «бас развалился», а в лучшем случае нюанс. А вот 0,02 Ом от усилителя с DF 200 меняют Qes всего на 0,6%.
Вывод простой: собственное Re катушки в сотни раз больше Zout нормального транзисторного усилителя. Поэтому DF 200 и DF 1000 почти одинаково тормозят диффузор, тормоз определяет в основном катушка.
Что добавляется в машине?
Провод. У медного кабеля 2,5 мм² около 0,007 Ом на метр, туда и обратно по 4 м до двери дают ≈ 0,056 Ом. Уже больше, чем Zout многих усилителей. Плюс клеммы, переходы и контакты. Поэтому реальный «системный» демпинг-фактор в машине обычно ограничен проводом, а не усилителем. Подробнее о подборе в статье площадь сечения кабеля.
- Короткие провода к мидбасам и сабу нужного сечения дают больше, чем погоня за DF в паспорте.
- Пассивный кроссовер с катушкой последовательно с мидбасом добавляет её сопротивление, часто 0,3–0,5 Ом и больше. Это уже влияет на Qes.
- У усилителей класса D выходное сопротивление может расти к высоким частотам из-за выходного фильтра. Смотри на измерения, если они есть.
Когда доходит до цифр DF и проводов, обычно уточняют ещё вот что.
Для сабвуфера с запасом хватает DF от нескольких десятков, то есть любого нормального транзисторного усилителя; это ориентир. Для НОЭМА 300ГДН30-4 с Re 3,2 Ом выходное сопротивление 0,05 Ом, это DF 80 на 4 Ом, поднимает Qes с 0,24 всего до 0,244, около 1,6 %. Провод и контакты в машине обычно добавляют больше, чем разница между DF 200 и DF 1000.
Выходное сопротивление усилителя считают по двум замерам: подай на вход тональный сигнал, измерь переменное напряжение на выходе без нагрузки, потом с резистором 4 Ом, и посчитай Zout = Rн × (U без нагрузки / U с нагрузкой − 1). Например, 10,00 В без нагрузки и 9,95 В на 4 Ом дают около 0,02 Ом, то есть DF 200. Мерить нужно точным мультиметром, иначе разница в сотые доли вольта утонет в погрешности.
Сечение акустического провода влияет на демпфирование, и в машине сильнее, чем паспортный DF усилителя. Медный провод 0,75 мм² по 4 м туда и обратно даёт около 0,19 Ом, а 2,5 мм² около 0,056 Ом. Для сабвуфера с Re 3,2 Ом тонкий провод поднимает Qes почти на 6 %. Поэтому к мидбасам и сабвуферу тянут короткие провода нормального сечения.
У многих ламповых усилителей без глубокой обратной связи выходное сопротивление порядка 1 Ом и выше. Вместе с импедансом динамика оно образует делитель, и АЧХ повторяет кривую импеданса: у ESB 9.4m это горб около 1,5 дБ вокруг резонанса 135 Гц. Транзисторный усилитель с Zout в сотых долях ома такого горба не даёт.
Катушка пассивного фильтра влияет на демпфирование: она стоит последовательно с мидбасом, и её сопротивление прибавляется к Re в формуле Qes. Катушка 0,4 Ом при Re 3,2 Ом поднимает Qes на 12,5 %, это больше, чем дают усилитель и провод вместе. Если важен контроль баса, выбирай катушки с толстым проводом или переходи на активное разделение через процессор.
Выходное сопротивление редко становится узким местом в правильно собранной системе, чаще проблемы в проводке и пассивных фильтрах. Как подбирать усилитель и кабели под твои динамики, разбираем в шаге «Подбор компонентов».
Хочешь проверить, не съедают ли провода твой демпинг-фактор? Посчитай длины и сечение и принеси в чат EBAEVSQ, прикинем вместе.
Источники
- R. H. Small, «Direct-Radiator Loudspeaker System Analysis», JAES, 1972
- IEC 60268-3, «Sound system equipment, Part 3: Amplifiers»
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
См. также: Демпинг-фактор, Импеданс, Минимальная нагрузка усилителя, Re.