Vad är svårigheten?

I 11/2019-numret av Audio var ATC SCM7 med i ett test av fem bokhylla högtalare. Ett mycket respektabelt varumärke, känt för musikälskare och ännu mer för proffs, eftersom många inspelningsstudior är utrustade med dess högtalare. Det är värt en närmare titt - men den här gången kommer vi inte att ta itu med dess historia och utbud, men med SCM7 som exempel kommer vi att diskutera ett mer allmänt problem som audiofiler står inför.

En av de viktiga parametrarna för akustiska system är effektivitet. Det är ett mått på energieffektivitet - i vilken grad en högtalare (elektro-akustisk givare) omvandlar den tillförda elektriciteten (från förstärkaren) till ljud.

Verkningsgraden uttrycks på en logaritmisk decibelskala, där en skillnad på 3 dB betyder att nivån är dubbelt så hög (eller mindre), en skillnad på 6 dB är fyra gånger högre, etc. Enkelt uttryckt, för samma tillförda eleffekt , kommer en högtalare med en effektivitet på 3 dB att spela dubbelt så högt.

Det är värt att tillägga att effektiviteten för genomsnittliga högtalare är flera procent - det mesta av energin omvandlas till värme, så att detta inte bara är "slöseri" ur högtalarnas synvinkel, utan försämrar deras arbetsförhållanden ytterligare - när temperaturen på högtalarspolen ökar, dess motstånd ökar och temperaturökningen i det magnetiska systemet är ogynnsam, vilket kan leda till icke-linjära förvrängningar. Låg effektivitet är dock inte detsamma som låg kvalitet - det finns många högtalare med låg effektivitet och mycket bra ljud.

Svårigheter med komplexa laster

Ett utmärkt exempel är ATC-konstruktioner, vars låga verkningsgrad är förankrad i speciallösningar som används i själva omvandlarna, och som tjänar ... paradoxalt nog - för att minska distorsion. Det handlar om så kallad kort spole i långt gapJämfört med standardsystemet (används i de allra flesta elektrodynamiska omvandlare) för en lång spole i ett kort gap, kännetecknas det av lägre effektivitet, men mindre distorsion (på grund av spolens funktion i ett enhetligt magnetfält i glipa).

Dessutom är drivsystemet förberett för linjär drift med stora avböjningar (för detta måste gapet vara mycket längre än spolen), och i denna situation ger inte ens de mycket stora magnetiska systemen som används av ATK hög effektivitet (de flesta gap, oavsett positionsspolar är den inte fylld med den).

Men för tillfället är vi mer intresserade av något annat. Vi konstaterar att SCM7, både på grund av sina dimensioner (ett tvåvägssystem med en 15 cm mellanhögtalare, i ett fodral med en volym på mindre än 10 liter), och just denna teknik, har en mycket låg verkningsgrad - enligt mätningar i ljudlaboratoriet, endast 79 dB (vi abstraherar från tillverkarens data som lovar ett högre värde och från orsakerna till en sådan avvikelse; vi jämför effektiviteten hos strukturer som mäts i "Audio" under samma förhållanden).

Som vi redan vet kommer detta att tvinga SCM7 att spela med den angivna effekten. mycket tystare än de flesta strukturer, även av samma storlek. Så för att de ska låta lika högt måste de placeras mer kraft.

Denna situation leder många audiofiler till den förenklade slutsatsen att SCM7 (och ATC-konstruktioner i allmänhet) kräver en förstärkare som inte är så mycket kraftfull som med några svårbestämmande parametrar, som kan "driva", "dra", styra, "driva". ” som skulle vara ”tung belastning”, dvs SCM7. Den mer invanda betydelsen av "tung last" syftar dock på en helt annan parameter (än effektivitet) - nämligen impedans (dynamisk).

Båda betydelserna av "komplex belastning" (relaterade till effektivitet eller impedans) kräver olika åtgärder för att övervinna denna svårighet, så att blanda dem leder till allvarliga missförstånd inte bara av teoretiska, utan också av praktiska skäl - nämligen när man väljer en lämplig förstärkare.

En högtalare (högtalare, kolumn, elektroakustisk givare) är en mottagare av elektrisk energi, som för att kunna omvandlas till ljud eller till och med värme måste ha en impedans (belastning). Då kommer kraft att släppas ut på den (som vi redan vet, tyvärr, mest i form av värme) enligt de grundläggande formlerna som är kända från fysiken.

Avancerade transistorförstärkare i det specificerade området för rekommenderad belastningsimpedans beter sig ungefär som konstantspänningskällor. Detta innebär att när belastningsimpedansen minskar, vid en fast spänning, flyter mer ström över terminalerna (omvänt proportionell mot minskningen i impedans).

Och eftersom strömmen i effektformeln är kvadratisk, även när impedansen minskar, ökar effekten omvänt när impedansen minskar. De flesta bra förstärkare beter sig så vid impedanser över 4 ohm (så vid 4 ohm är effekten nästan dubbelt så hög som vid 8 ohm), några från 2 ohm, och de mest kraftfulla från 1 ohm.

Men en typisk förstärkare med en impedans under 4 ohm kan ha "svårigheter" - utspänningen kommer att sjunka, strömmen kommer inte längre att flyta omvänt när impedansen minskar, och effekten kommer antingen att öka något eller till och med minska. Detta kommer att hända inte bara vid en viss position av regulatorn, utan också när man undersöker förstärkarens maximala (nominella) effekt.

Den faktiska högtalarimpedansen är inte ett konstant motstånd, utan ett variabelt frekvenssvar (även om den nominella impedansen bestäms av denna egenskap och dess minima), så det är svårt att exakt kvantifiera graden av komplexitet - det beror på interaktionen med en given förstärkare.

Vissa förstärkare gillar inte stora impedansfasvinklar (på grund av impedansvariabilitet), särskilt när de påträffas i lågimpedansområden. Det här är en "tung belastning" i klassisk (och korrekt) mening och för att klara en sådan belastning måste man leta efter en lämplig förstärkare som tål låga impedanser.

I sådana fall kallas det ibland för "strömeffektivitet" eftersom det faktiskt krävs mer ström (än låg impedans) för att uppnå hög effekt vid låg impedans. Men det finns också ett missförstånd här att vissa "hårdvarurådgivare" helt skiljer ström från ström, och tror att en förstärkare kan vara lågeffekt, så länge den har en mytisk ström.

Det räcker dock att mäta effekten vid låg impedans för att se till att allt är i sin ordning – vi pratar trots allt om den effekt som avges av högtalaren, inte strömmen som flyter genom själva högtalaren.

ATX SCM7 har låg verkningsgrad (ur denna synvinkel är de därför "komplexa") och har en nominell impedans på 8 ohm (och av denna viktigare anledning är de "lätta"). Men många audiofiler kommer inte att skilja mellan dessa fall och kommer att dra slutsatsen att detta är en "tung" belastning - helt enkelt för att SCM7 kommer att spela tyst.

Samtidigt kommer de att låta mycket tystare (vid ett visst läge på volymkontrollen) än andra högtalare, inte bara på grund av låg effektivitet, utan också hög impedans - de flesta högtalare på marknaden är 4-ohm. Och som vi redan vet, med en belastning på 4 ohm kommer mer ström att flyta från de flesta förstärkare och mer effekt kommer att genereras.

Därför är det viktigt att skilja på effektivitet och ömhet, Men att blanda dessa parametrar är också ett vanligt misstag för både tillverkare och användare. Verkningsgrad definieras som ljudtrycket på ett avstånd av 1 m från högtalaren när en effekt på 1 W appliceras. Känslighet - vid applicering av en spänning på 2,83 V. Oavsett

belastningsimpedans. Var kommer denna "märkliga" betydelse ifrån? 2,83 V till 8 ohm är bara 1 W; därför, för en sådan impedans, är effektivitets- och känslighetsvärdena desamma. Men de flesta moderna högtalare är 4 ohm (och eftersom tillverkare ofta och felaktigt framställer dem som 8 ohm är det en annan sak).

En spänning på 2,83V gör då att 2W tillförs, vilket är dubbelt så mycket som effekten, vilket återspeglas i en 3dB ökning av ljudtrycket. För att mäta effektiviteten hos en 4-ohms högtalare måste spänningen sänkas till 2 V, men ... ingen tillverkare gör detta, eftersom resultatet som anges i tabellen, oavsett vad det heter, blir 3 dB lägre.

Just för att SCM7, liksom andra 8 ohm högtalare, är en "lätt" impedansbelastning, verkar det för många användare - som bedömer "svårighet" i ett nötskal, dvs. genom prismat av volymen som tas emot i en viss position. regulator (och spänningen förknippad med den) är en "komplex" belastning.

Och de kan låta tystare av två helt olika anledningar (eller på grund av deras sammansmältning) - högtalaren kan ha lägre effektivitet, men också förbruka mindre energi. För att förstå situationen vi har att göra med är det nödvändigt att känna till de grundläggande parametrarna, och inte bara jämföra volymen som erhålls från två olika högtalare anslutna till samma förstärkare med samma kontrollposition.

Vad ser förstärkaren?

Användaren av SCM7 hör högtalarna spela mjukt och förstår intuitivt att förstärkaren måste vara "trött". I det här fallet "ser" förstärkaren bara impedanssvaret - i det här fallet högt, och därför "lätt" - och tröttnar inte och har inte problem med att högtalaren har ändrat det mesta av effekten till värme , inte ljud. Detta är en fråga "mellan högtalaren och oss"; förstärkaren "vet" ingenting om våra intryck - om det är tyst eller högt.

Låt oss föreställa oss att vi kopplar ett mycket kraftfullt 8-ohms motstånd till förstärkare med en effekt på flera watt, flera tiotal, flera hundra... För alla är detta en problemfri belastning, alla kommer att ge så många watt de har råd med sådant motstånd, utan att ha ”någon aning om hur all denna kraft förvandlades till värme istället för ljud.

Skillnaden mellan den effekt som ett motstånd kan acceptera och den effekt som en förstärkare kan leverera har ingen betydelse för den senare, och inte heller det faktum att motståndets effekt är två, tio eller hundra gånger större. Han kan ta så mycket, men han behöver inte.

Kommer någon av dessa förstärkare att ha problem med att "köra" detta motstånd? Och vad betyder dess aktivering? Ger du den maximala strömmen den kan förbruka? Vad innebär det att styra en högtalare? Avger den helt enkelt maximal effekt eller något lägre värde över vilket högtalaren börjar låta bra? Vilken typ av makt kan detta vara?

Om vi ​​tar hänsyn till "tröskeln", över vilken högtalaren redan låter linjärt (när det gäller dynamik, inte frekvenssvar), så spelar mycket låga värden in, i storleksordningen 1 W, även för låg effektivitet högtalare. . Det är värt att veta att den icke-linjära distorsion som introduceras av högtalaren själv ökar (i procent) med ökande effekt från låga värden, så det mest "rena" ljudet visas när vi spelar tyst.

Men när det gäller att uppnå volymen och dynamiken som ger oss rätt dos av musikalisk känsla, blir frågan inte bara subjektiv, beroende på personliga preferenser, utan även för en redan bestämd lyssnare, tvetydig.

Detta beror åtminstone på avståndet som skiljer den från högtalarna - trots allt sjunker ljudtrycket i proportion till kvadraten på avståndet. Vi kommer att behöva en annan kraft för att "driva" högtalarna på ett avstånd av 1 m, och en annan (sexton gånger mer) på ett avstånd av 4 m, enligt vår smak.

frågan är vilken förstärkare som "gör det"? Komplicerade råd... Alla väntar på enkla råd: köp den här förstärkaren, men köp inte den här, för "du kommer inte att lyckas"...

Med SCM7 som exempel kan det sammanfattas så här: de behöver inte ta emot 100 W för att spela vackert och tyst. De måste få dem att spela bra och högt. De accepterar dock inte mer än 100 W, eftersom de är begränsade av sin egen kraft. Tillverkaren ger ett intervall av rekommenderad förstärkareffekt (troligen den nominella effekten, och inte den effekt som ska levereras "standardiserat") i intervallet 75-300 W.

Det verkar dock som att en 15 cm mellanhögtalare, även så avancerad som den som används här, inte kommer att acceptera 300W... Idag ger tillverkare ofta så höga gränser för de rekommenderade effektområdena för samverkande förstärkare, vilket också har olika anledningar - den antar en stor högtalareffekt, men förpliktar inte förutom detta... det är inte den märkeffekt som högtalaren ska hantera.

Kan kraftreserven vara med dig?

Det kan också antas att förstärkaren bör ha kraftreserv (i förhållande till högtalarens märkeffekt) för att inte överbelastas i någon situation (med risk för att högtalaren skadas). Detta har dock ingenting att göra med "svårigheten" att arbeta med högtalaren.

Det är ingen mening att skilja mellan högtalare som "kräver" denna mängd utrymme från förstärkaren och de som inte gör det. Det verkar för någon som om förstärkarens effektreserv på något sätt känns av högtalaren, högtalaren återger denna reserv, och det är lättare för förstärkaren att fungera ... Eller att en "tung" belastning, även förknippad med låg högtalareffekt , kan "mästras" med mycket kraft i reserv eller korta skurar...

Det finns också problemet med den sk dämpningsfaktorberor på förstärkarens utgångsimpedans. Men mer om det i nästa nummer.