Jaka jest trudność?

W numerze Audio z 11/2019 ATC SCM7 został zaprezentowany w teście pięciu głośników podstawkowych. Bardzo szanowana marka, znana melomanom, a tym bardziej profesjonalistom, gdyż wiele studiów nagraniowych jest wyposażonych w jej głośniki. Warto przyjrzeć się mu bliżej – tym razem jednak nie będziemy zajmować się jego historią i ofertą, a na przykładzie SCM7 omówimy bardziej ogólny problem, z którym borykają się audiofile.

Jednym z ważnych parametrów systemów akustycznych jest skuteczność Jest miarą efektywności energetycznej - stopnia, w jakim głośnik (przetwornik elektroakustyczny) przetwarza dostarczoną energię elektryczną (ze wzmacniacza) na dźwięk.

Sprawność wyraża się w logarytmicznej skali decybeli, w której różnica 3 dB oznacza, że ​​poziom jest dwukrotnie wyższy (lub mniejszy), różnica 6 dB jest czterokrotnie większa itd. W uproszczeniu przy tej samej dostarczonej mocy elektrycznej , głośnik o skuteczności 3 dB zagra dwa razy głośniej.

Warto dodać, że skuteczność przeciętnych głośników wynosi kilka procent – większość energii zamieniana jest na ciepło, przez co jest to nie tylko „nieekonomiczne” z punktu widzenia głośników, ale dodatkowo pogarsza ich warunki pracy – wraz ze wzrostem temperatury cewki głośnika wzrasta jego rezystancja, a wzrost temperatury układu magnetycznego jest niekorzystny, co może prowadzić do zniekształceń nieliniowych. Jednak niska skuteczność nie oznacza niskiej jakości - istnieje wiele głośników o niskiej skuteczności i bardzo dobrym dźwięku.

Trudności ze złożonymi obciążeniami

Doskonałym przykładem są konstrukcje ATC, których niska skuteczność wynika ze specjalnych rozwiązań zastosowanych w samych przetwornikach, a które służą… paradoksalnie – redukcji zniekształceń. To jest o tak zwana krótka cewka w długiej szczelinieW porównaniu do standardowego (stosowanego w zdecydowanej większości przetworników elektrodynamicznych) układu długiej cewki w krótkiej szczelinie, charakteryzuje się on mniejszą sprawnością, ale mniejszymi odkształceniami (ze względu na pracę cewki w jednolitym polu magnetycznym znajdującym się w luka).

Dodatkowo układ napędowy przygotowany jest do pracy liniowej z dużymi ugięciami (w tym celu szczelina musi być znacznie dłuższa od cewki) i w tej sytuacji nawet bardzo duże układy magnetyczne stosowane przez ATK nie zapewniają dużej sprawności (większość szczeliny, niezależnie od położenia cewek, nie jest nim wypełniona).

Jednak w tej chwili bardziej interesuje nas coś innego. Stwierdzamy, że SCM7, zarówno ze względu na swoje gabaryty (system dwudrożny z 15 cm głośnikiem niskośredniotonowym, w obudowie o pojemności poniżej 10 litrów), jak i ta konkretna technika, ma bardzo niską skuteczność - według pomiarów w laboratorium Audio tylko 79 dB (abstrahujemy od danych producenta obiecujących wyższą wartość i od przyczyn takiej rozbieżności; porównujemy skuteczność konstrukcji zmierzoną w „Audio” w tych samych warunkach).

Jak już wiemy, zmusi to SCM7 do grania z określoną mocą. znacznie ciszej niż większość konstrukcji, nawet tej samej wielkości. Aby więc brzmiały równie głośno, należy je umieścić więcej mocy.

Ta sytuacja prowadzi wielu audiofilów do uproszczonego wniosku, że SCM7 (i ogólnie konstrukcje ATC) wymaga wzmacniacza nie tyle mocnego, ile o trudnych do określenia parametrach, zdolnego do „napędzania”, „ciągnięcia”, sterowania, „napędzania” ”, podobnie jak „ciężkie obciążenie”, tj. SCM7. Jednak bardziej zakorzenione znaczenie „dużego obciążenia” odnosi się do zupełnie innego parametru (niż wydajność) - a mianowicie impedancja (dynamiczny).

Obydwa znaczenia „złożonego obciążenia” (odnoszące się do wydajności lub impedancji) wymagają odmiennych środków, aby przezwyciężyć tę trudność, więc ich mieszanie prowadzi do poważnych nieporozumień nie tylko na gruncie teoretycznym, ale także praktycznym – a mianowicie przy wyborze odpowiedniego wzmacniacza.

Głośnik (głośnik, kolumna, przetwornik elektroakustyczny) jest odbiornikiem energii elektrycznej, która aby została zamieniona na dźwięk lub nawet ciepło musi posiadać impedancję (obciążenie). Wtedy wydziela się na nim moc (jak już wiemy, niestety głównie w postaci ciepła) według podstawowych wzorów znanych z fizyki.

Wysokiej klasy wzmacniacze tranzystorowe w określonym zakresie zalecanej impedancji obciążenia zachowują się w przybliżeniu jak źródła stałego napięcia. Oznacza to, że gdy impedancja obciążenia maleje, przy stałym napięciu, przez zaciski przepływa więcej prądu (odwrotnie proporcjonalnie do spadku impedancji).

A ponieważ prąd we wzorze na moc jest kwadratowy, nawet gdy impedancja maleje, moc wzrasta odwrotnie wraz ze spadkiem impedancji. Większość dobrych wzmacniaczy zachowuje się tak przy impedancji powyżej 4 omów (czyli przy 4 omach moc jest prawie dwa razy większa niż przy 8 omach), niektóre od 2 omów, a najmocniejsze od 1 oma.

Ale typowy wzmacniacz o impedancji poniżej 4 omów może mieć „trudności” - napięcie wyjściowe spadnie, prąd nie będzie już płynął odwrotnie wraz ze spadkiem impedancji, a moc albo nieznacznie wzrośnie, albo nawet spadnie. Stanie się tak nie tylko przy określonej pozycji regulatora, ale także podczas badania maksymalnej (nominalnej) mocy wzmacniacza.

Rzeczywista impedancja głośnika nie jest stałą rezystancją, ale zmienną charakterystyką częstotliwościową (chociaż impedancja nominalna jest określona przez tę charakterystykę i jej minima), więc trudno jest dokładnie określić stopień złożoności - zależy to od interakcji z danym wzmacniacz.

Niektóre wzmacniacze nie lubią dużych kątów fazowych impedancji (ze względu na zmienność impedancji), zwłaszcza gdy występują w zakresach niskich impedancji. To „duże obciążenie” w klasycznym (i właściwym) znaczeniu i żeby sobie z takim obciążeniem poradzić, trzeba poszukać odpowiedniego wzmacniacza, który wytrzyma niskie impedancje.

W takich przypadkach jest to czasami określane jako „wydajność prądowa”, ponieważ w rzeczywistości potrzeba więcej prądu (niż niska impedancja), aby osiągnąć wysoką moc przy niskiej impedancji. Jednak i tutaj panuje nieporozumienie, że niektórzy „doradcy sprzętowi” całkowicie oddzielają zasilanie od prądu, wierząc, że wzmacniacz może być małej mocy, o ile ma mityczny prąd.

Wystarczy jednak zmierzyć moc przy niskiej impedancji, aby mieć pewność, że wszystko jest w porządku – wszak mówimy o mocy emitowanej przez głośnik, a nie o prądzie płynącym przez sam głośnik.

Układy ATX SCM7 mają niską wydajność (z tego punktu widzenia są zatem „złożone”) i mają nominalną impedancję 8 omów (i z tego ważniejszego powodu są „lekkie”). Jednak wielu audiofilów nie będzie rozróżniać tych przypadków i dojdzie do wniosku, że jest to „ciężkie” obciążenie – po prostu dlatego, że SCM7 będzie grał cicho.

Jednocześnie zagrają znacznie ciszej (przy określonej pozycji regulatora głośności) niż inne głośniki, nie tylko ze względu na niską skuteczność, ale i wysoką impedancję - większość głośników na rynku ma 4-omy. A jak już wiemy, przy obciążeniu 4 omów z większości wzmacniaczy popłynie więcej prądu i generowana będzie większa moc.

Dlatego ważne jest, aby rozróżnić skuteczność i czułość, jednak mieszanie tych parametrów jest również częstym błędem zarówno producentów, jak i użytkowników. Sprawność definiuje się jako ciśnienie akustyczne w odległości 1 m od głośnika przy zastosowaniu mocy 1 W. Czułość - przy zastosowaniu napięcia 2,83 V. Niezależnie od

impedancja obciążenia. Skąd bierze się to „dziwne” znaczenie? 2,83 V przy 8 omach to tylko 1 W; dlatego dla takiej impedancji wartości wydajności i czułości są takie same. Ale większość nowoczesnych głośników ma 4 omy (a ponieważ producenci często i fałszywie przedstawiają je jako 8 omów, to inna sprawa).

Napięcie 2,83 V powoduje wówczas dostarczenie 2 W, czyli dwukrotnie większej mocy, co przekłada się na wzrost ciśnienia akustycznego o 3 dB. Aby zmierzyć skuteczność głośnika 4-omowego, trzeba obniżyć napięcie do 2 V, ale… żaden producent tego nie robi, bo wynik podany w tabeli, nieważne jak się nazywa, będzie o 3 dB niższy.

Właśnie dlatego, że SCM7, podobnie jak inne 8-omowe kolumny, jest „lekkim” obciążeniem impedancyjnym, wydaje się wielu użytkownikom – oceniającym „trudność” w pigułce, tj. przez pryzmat objętości otrzymanej w określonej pozycji. regulator (i związane z nim napięcie) jest „złożonym” obciążeniem.

A mogą zagrać ciszej z dwóch zupełnie różnych powodów (lub z powodu ich połączenia) – głośnik może mieć niższą skuteczność, ale też zużywać mniej energii. Aby zrozumieć sytuację, z jaką mamy do czynienia, należy poznać podstawowe parametry, a nie po prostu porównać głośność uzyskaną z dwóch różnych głośników podłączonych do tego samego wzmacniacza z tym samym położeniem sterowania.

Co widzi wzmacniacz?

Użytkownik SCM7 słyszy miękko grające głośniki i intuicyjnie rozumie, że wzmacniacz musi być „zmęczony”. W tym przypadku wzmacniacz „widzi” tylko odpowiedź impedancyjną – w tym przypadku wysoką, a więc „lekką” – i nie męczy się i nie ma problemu z tym, że głośnik większość mocy zamienił na ciepło , nie dźwięk. To sprawa „między głośnikiem a nami”; wzmacniacz nic nie „wie” o naszych wrażeniach – czy jest cichy, czy głośny.

Wyobraźmy sobie, że podłączamy bardzo mocny rezystor 8-omowy do wzmacniaczy o mocy kilku watów, kilkudziesięciu, kilkuset... Dla każdego jest to bezproblemowe obciążenie, każdy da tyle watów, na ile go stać takiego oporu, nie mając „pojęcia, jak cała ta moc zamieniła się w ciepło, a nie w dźwięk.

Różnica między mocą, jaką może przyjąć rezystor, a mocą, jaką może dostarczyć wzmacniacz, nie ma dla tego ostatniego znaczenia, ani to, że moc rezystora jest dwa, dziesięć czy sto razy większa. Może znieść tak wiele, ale nie musi.

Czy któryś z tych wzmacniaczy będzie miał problemy z „sterowaniem” tym rezystorem? A co oznacza jego aktywacja? Czy zapewniasz maksymalną moc, jaką może zużyć? Co to znaczy sterować głośnikiem? Czy po prostu generuje moc maksymalną, czy jakąś niższą wartość, powyżej której głośnik zaczyna brzmieć dobrze? Jaka to może być moc?

Jeśli weźmiemy pod uwagę „próg”, powyżej którego głośnik gra już liniowo (w zakresie dynamiki, a nie pasma przenoszenia), to w grę wchodzą bardzo niskie wartości, rzędu 1 W, nawet przy niskiej skuteczności głośniki. . Warto wiedzieć, że nieliniowe zniekształcenia wprowadzane przez sam głośnik rosną (w procentach) wraz ze wzrostem mocy od niskich wartości, dlatego najbardziej „czysty” dźwięk pojawia się, gdy gramy cicho.

Jednak jeśli chodzi o osiągnięcie wolumenu i dynamiki, które zapewnią nam odpowiednią dawkę muzycznych emocji, kwestia staje się nie tylko subiektywna, zależna od osobistych preferencji, ale nawet dla już zdeterminowanego słuchacza – niejednoznaczna.

Zależy to przynajmniej od odległości dzielącej go od głośników – wszak ciśnienie akustyczne spada proporcjonalnie do kwadratu odległości. Inną moc będziemy potrzebować do „wysterowania” głośników na odległość 1 m, a inną (szesnastokrotnie większą) na odległość 4 m, w zależności od naszego gustu.

Pytanie brzmi, który wzmacniacz to „zrobi”? Skomplikowana rada... Wszyscy czekają na prostą radę: kup ten wzmacniacz, ale nie kupuj tego, bo "nie uda ci się"...

Na przykładzie SCM7 można to podsumować tak: nie muszą pobierać 100 W, żeby grać pięknie i cicho. Muszą sprawić, żeby grali ładnie i głośno. Nie przyjmą jednak więcej niż 100 W, bo ogranicza ich własna moc. Producent podaje zakres rekomendowanej mocy wzmacniacza (zapewne mocy nominalnej, a nie takiej, jaką należy dostarczać „standardowo”) w przedziale 75-300 W.

Wydaje się jednak, że 15-centymetrowy głośnik niskotonowy, nawet tak high-endowy jak ten zastosowany tutaj, nie przyjmie 300W... Dziś producenci często podają tak wysokie limity na zalecane zakresy mocy współpracujących wzmacniaczy, co też ma inne przyczyny - zakłada dużą moc głośnika, ale nie zobowiązuje poza tym... to nie jest moc znamionowa, którą głośnik ma obsłużyć.

Niech zapas sił będzie z Wami?

Można też założyć, że wzmacniacz powinien mieć rezerwa mocy (w stosunku do mocy znamionowej głośnika), aby w żadnej sytuacji nie uległ przeciążeniu (ryzyko uszkodzenia głośnika). Nie ma to jednak nic wspólnego z „trudnością” pracy z głośnikiem.

Nie ma sensu rozróżniać kolumn, które „wymagają” od wzmacniacza takiego headroomu, i tych, które tego nie robią. Komuś wydaje się, że rezerwa mocy wzmacniacza jest jakoś odczuwana przez głośnik, głośnik odwzajemnia tę rezerwę i wzmacniaczowi łatwiej jest pracować… Albo że „ciężkie” obciążenie, nawet związane z małą mocą głośników , można „opanować” dużą rezerwą mocy lub krótkimi seriami…

Istnieje także problem tzw współczynnik tłumieniazależy od impedancji wyjściowej wzmacniacza. Ale o tym więcej w następnym numerze.