Импеданс и его влияние в акустической системе

Сам столкнулся с этой темой давно, но разобраться решил, когда начал серьёзно заниматься акустическими измерениями. Немного покапал в инете, немного пообщался с друзьями и в конце концов нарисовалась данная статья, которая надеюсь поможет в нашем непростом деле.

Импеданс – это комплексное (полное) сопротивление двухполюсника для гармонического сигнала, которое имеет активную и реактивную составляющие. Обычно импеданс акустических систем равен 4, 6 или 8 Ом. Импедансом так же называется отношение комплексной амплитуды напряжения гармонического сигнала, прикладываемого к двухполюснику, к комплексной амплитуде тока, протекающего через двухполюсник.

 

Пример импеданса акустической системы:

Tannoy Eyris DC3 ldsound_ru (3)

 

В отличие от резистора, электрическое сопротивление которого характеризует соотношение напряжения к току на нём, попытка применения термина электрическое сопротивление к реактивным элементам (катушка индуктивности и конденсатор) приводит к тому, что сопротивление идеальной катушки индуктивности стремится к нулю, а сопротивление идеального конденсатора — к бесконечности.

Сопротивление правильно описывает свойства катушки и конденсатора только на постоянном токе. В случае же переменного тока свойства реактивных элементов существенно иные: напряжение на катушке индуктивности и ток через конденсатор не равны нулю. Такое поведение сопротивлением уже не описывается, поскольку сопротивление предполагает постоянное, не зависящее от времени соотношение тока и напряжения, то есть отсутствие фазовых сдвигов тока и напряжения.

Было бы удобно иметь некоторую характеристику и для реактивных элементов, которая бы при любых условиях связывала ток и напряжение на них подобно сопротивлению. Такую характеристику можно ввести, если рассмотреть свойства реактивных элементов при гармонических воздействиях на них. В этом случае ток и напряжение оказываются связаны некой стабильной константой (подобной в некотором смысле сопротивлению), которая и получила название электрический импеданс (или просто импеданс). При рассмотрении импеданса используется комплексное представление гармонических сигналов, поскольку именно оно позволяет одновременно учитывать и амплитудные, и фазовые характеристики сигналов и систем.

В целом величина полного электрического сопротивления (импеданса) акустической системы ни о чем, связанном с качеством звучания того или иного изделия, покупателю не скажет. Производителем указывается этот параметр лишь, чтобы сопротивление учитывали при подключении акустической системы к усилителю. Если значение сопротивления колонки ниже, чем рекомендуемое значение нагрузки усилителя, в звучании могут присутствовать искажения или сработает защита от короткого замыкания; если выше, то звук будет значительно тише, нежели с рекомендуемым сопротивлением.

Если представить акустическую систему, как четырёхполюсник к входным клеммам которого подключен генератор сигналов, то в зависимости от частоты подаваемого сигнала и состава вашего фильтра + излучатель, импеданс будет изменяться. Изменение носит нелинейный характер и может быть в одной области частот ёмкостным, а в другой – индуктивным. Чем сложнее выполнен фильтр в вашей акустической системе, тем больше изменений в импедансе.

Сопротивление акустической системы зависит от частоты. Но при использовании усилителя с обратной связью по току – ИТУН (источник тока управляемый напряжением) или полу-ИТУН (в народе широко известен такой усилитель, как например MF1), такой показатель, как зависимость от частоты, сама собой отпадает. Потому что уже нет зависимости от сопротивления на разных частотах, а это значит что ток, проходящий через катушку, уже не так изменяется. Он и работает только от того, что ток не превышает определённых значений. Но добавлю, что ИТУН и MF1 (полу-ИТУН) это не одно и то же, так как в ИТУНе есть только обратная связь по току, а в MF1 – комбинированная связь по току и по напряжению. Поэтому MF1 можно назвать «полу-ИТУН», так как он сочетает в себе комбинированную обратную связь.

Хочу обратить внимание на то, что ИТУН имеет небольшой подъём на высоких частотах, а связано это как раз с тем, что ток который проходит через катушку ВЧ динамика уже не «проваливается» и динамик играет как бы ровнее. Точно такой же эффект (поднятие высоких частот) присутствует и в MF1 всё по той же причине, а вот на НЧ уже сказывается меньше, таким образом, MF1 более универсален в плане АС и комплексной нагрузки, относительно чистого ИТУНа.

А в случае с ИНУН (источник напряжения управляемый напряжением), которые и являются подавляющее большинство усилителей, может в момент низкого сопротивления создать такой ток, который выведет из строя выходной каскад вследствие перегрузки по току. В другом случае, если сопротивление будет слишком высоким, то будет провал в этой части АЧХ, что вместе с пиком (который возникает от низкого сопротивления) дадут большие искажения, причем в несколько раз.

Еще раз памятка тем, кто хочет создать самодельные АС или что-то доработать. Как минимум, для получения удовлетворительного результата, нужно иметь под рукой комплекс для этих измерений и хотя бы немного знаний в электротехнике.

Вывод. При создании, доработке или переделки акустических систем, отдельное внимание нужно уделять импедансу. Измерять его можно с помощью компьютера, несложной коробочке-приставки и такой программы, например как LspLab, ну или как при замере параметров ТС, но в этом случае нужно иметь калиброванный (20 – 20000 Гц) милливольтметр. А также для уверенности использовать усилитель с обратной связью по току – ИТУН или полу-ИТУН, которым является всеми любимый и известный MF1 от Linkor.

Особую благодарность хочу сделать DTSу, в помощи по написанию статьи и решению некоторых нюансов. Ну а так как обычно, статью подготовил LDS, которая специально написана для сайта ldsound.ru.

 

2013

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *