У чому складність?

У випуску "Аудіо" від 11/2019 модель ATC SCM7 фігурувала в тесті п'яти полочних динаміків. Дуже респектабельний бренд, відомий меломанам, а тим більше професіоналам, оскільки багато студій звукозапису оснащені його колонками. Варто розглянути ближче — але цього разу ми не займатимемося його історією та пропозицією, а на прикладі SCM7 обговоримо спільну проблему, з якою стикаються аудіофіли.

Одним із важливих параметрів акустичних систем є ефективність. Це міра енергоефективності – ступінь, в якому гучномовець (електроакустичний перетворювач) перетворює електрику, що подається (від підсилювача) в звук.

Ефективність виражається в логарифмічній шкалі децибел, в якій різниця в 3 дБ означає рівень у два рази вище (або менше), в 6 дБ - в чотири рази і т. д. Говорячи простою мовою, при тій же електричній потужності, що подається, динамік з ККД в 3 дБ гратиме двічі голосніше.

Варто додати, що ККД середніх динаміків становить кілька відсотків. більша частина енергії перетворюється на тепло, Так що це не тільки "марнотратно" з точки зору призначення гучномовців, але додатково погіршує умови їх роботи - при підвищенні температури котушки гучномовця збільшується її опір, а підвищення температури магнітна система несприятлива, що може призвести до нелінійних спотворень. Тим не менш, низький ККД не можна ототожнювати з низькою якістю — є багато динаміків з низьким ККД та дуже гарним звуком.

Труднощі зі складними навантаженнями

Прекрасним прикладом є АТС-конструкції, низький ККД яких корениться у спеціальних рішеннях, які у самих перетворювачах, і які служать… як би це парадоксально – зменшення спотворень. Це про так звана коротка котушка в довгому зазоріУ порівнянні з типовою (використовується в переважній більшості електродинамічних перетворювачів) системою довгої котушки в короткому зазорі вона характеризується меншим ККД, але меншими спотвореннями (завдяки роботі котушки в однорідному магнітному полі, що знаходиться в зазорі).

Крім того, приводна система підготовлена ​​для лінійної роботи з великими прогинами (для цього зазор повинен бути набагато довшим за котушки), і в цій ситуації навіть дуже великі магнітні системи, що використовуються АТК, не забезпечують високого ККД (більшість зазору, незалежно від положення котушки, він нею не заповнюється).

Однак зараз нас більше цікавить інше. Констатуємо, що SCM7, як у силу своїх габаритів (двосмугова система з 15-сантиметровим мідвуфером, у корпусі об'ємом менше 10 літрів), так і саме цієї техніки, має дуже низький ККД – за вимірюваннями в лабораторії "Аудіо" всього 79 дБ (абстрагуємося від даних виробника, що обіцяє більш високе значення, і від причин такої невідповідності;

Як ми вже знаємо, це змусить SCM7 грати із зазначеною потужністю. набагато тихіше чим більшість структур навіть такого ж розміру. Отже, щоб вони звучали однаково голосно, їх потрібно поставити більше сили.

Подібна ситуація призводить багатьох аудіофілів до спрощеного висновку про те, що для SCM7 (і конструкцій ATC в цілому) потрібен підсилювач не стільки потужний, скільки з деякими параметрами, що важко визначаються, здатний «драйвити», «тягнути», керувати”, “ганяти” як би “важкий вантаж” що SCM7. Проте значення поняття “важке навантаження”, що більш укоренилося, відноситься до зовсім іншого параметра (ніж ККД) – а саме імпеданс (Динамік).

Обидва значення «складного навантаження» (що стосуються ККД або імпедансу) вимагають різних заходів для подолання цієї труднощі, тому їхнє змішання призводить до серйозних непорозумінь не лише на теоретичній, а й на практичній підставі саме при виборі відповідного підсилювача.

Гучномовець (гучномовець, колонка, електроакустичний перетворювач) - приймач електричної енергії, яка для перетворення на звук або навіть тепло повинна мати імпеданс (навантаження). Тоді на ньому виділятиметься потужність (як ми вже знаємо, на жаль, здебільшого у вигляді тепла) за основними формулами, відомими з фізики.

Транзисторні підсилювачі високого класу у вказаному діапазоні рекомендованого імпедансу навантаження поводяться приблизно як джерела постійної напруги. Це означає, що в міру зменшення імпедансу навантаження при фіксованому напрузі на клемах протікає більший струм (назад пропорційний зменшенню імпедансу).

А оскільки струм у формулі потужності квадратичний, навіть при зменшенні імпедансу потужність збільшується обернено пропорційно зменшенню імпедансу. Більшість хороших підсилювачів так поводяться при імпедансах вище 4 Ом (так при 4 Ом потужність майже вдвічі вища, ніж при 8 Ом), деякі від 2 Ом, а найпотужніші – від 1 Ом.

А ось у типового підсилювача з імпедансом нижче 4 Ом можуть виникнути "труднощі" - вихідна напруга падатиме, струм не протікатиме більше назад пропорційно при зменшенні імпедансу, а потужність або трохи збільшиться, або навіть зменшиться. Це станеться не лише за певного положення регулятора, але й при дослідженні максимальної (номінальної) потужності підсилювача.

Фактичний імпеданс гучномовця є не постійним опором, а частотно-змінною характеристикою (хоча номінальний імпеданс визначається за цією характеристикою та її мінімумами), тому точно кількісно визначити ступінь складності складно – вона залежить від взаємодії з цим підсилювачем.

Деяким підсилювачам не подобаються великі фазові кути імпедансу (пов'язані з його мінливістю), особливо коли вони зустрічаються у діапазонах з низьким значенням модуля імпедансу. Це «важке навантаження» у класичному (і правильному) розумінні, і щоб упоратися з таким навантаженням, потрібно шукати відповідний підсилювач, стійкий до низьких імпедансів.

У таких випадках його іноді називають «ефективністю по струму», тому що для досягнення високої потужності за низького імпедансу фактично потрібен більший струм (ніж за низького імпедансу). Однак і тут є непорозуміння, що деякі "порадники залізом" повністю відокремлюють потужність від струму, вважаючи, що підсилювач може бути малопотужним, аби у нього був міфічний струм.

Однак достатньо виміряти потужність при низькому імпедансі, щоб переконатися, що все гаразд — адже ми маємо на увазі потужність, що випромінюється динаміком, а не струм, що протікає через динамік.

АТХ SCM7 мають низький ККД (з цього погляду вони тому складні) і мають номінальний опір 8 Ом (і з цієї більш важливої ​​причини вони легкі). Втім, багато аудіофілів не розрізнятимуть ці справи і зроблять висновок, що це «важке» навантаження просто тому, що SCM7 гратиме тихо.

При цьому звучатимуть вони набагато тихіше (при певному положенні регулятора гучності), ніж інші гучномовці не тільки через низький ККД, а й високий імпеданс – більшість динаміків на ринку 4-омні. А як ми вже знаємо, при навантаженні 4 Ом від більшості підсилювачів тектиме більший струм і генеруватиметься більше потужності.

Тому важливо розрізняти ефективність та ніжність, при цьому змішування цих параметрів є поширеною помилкою як виробників, так і користувачів. Ефективність визначається як звуковий тиск з відривом 1 м від гучномовця при подачі потужності 1 Вт. Чутливість – при подачі напруги 2,83 В. Незалежно від

Імпеданс навантаження. Звідки береться це "дивне" значення? 2,83 на 8 Ом - це всього 1 Вт; отже, для такого імпедансу значення ККД та чутливості збігаються. Але більшість сучасних акустичних систем 4-х омні (а тому що виробники часто і хибно зображують їх як 8-ми омні – інша справа).

Тоді напруга 2,83 викликає подачу 2 Вт, що вдвічі більше потужності, що відображається в підвищенні звукового тиску на 3 дБ. Для вимірювання ККД 4-много гучномовця напругу потрібно зменшити до 2 В, але ... жоден виробник цього не робить, тому що результат, наведений у таблиці, як би вона не називалася, буде на 3 дБ нижче.

Саме тому, що SCM7, як і інші 8-омні гучномовці, є "легким" навантаженням по імпедансу, вони здаються багатьом користувачам - які судять про "складність" коротко, тобто. через призму гучності, одержуваної у певному положенні. регулятора (і пов'язаного з ним напруги) - "складне" навантаження.

А звучати тихіше вони можуть з двох абсолютно різних причин (або через їхнє злиття) — гучномовець може мати менший ККД, але й споживати менше енергії. Щоб зрозуміти, з якою ситуацією ми маємо справу, необхідно знати основні параметри, а не просто порівнювати гучність, отриману від двох різних гучномовців, підключених до одного підсилювача з тим самим положенням регулятора.

Що бачить підсилювач

Користувач SCM7 чує, що гучномовці грають тихо і інтуїтивно розуміє, що підсилювач повинен «втомитися». При цьому підсилювач "бачить" тільки імпедансну характеристику - в даному випадку високу, а тому "легку" - і не втомлюється, і не відчуває труднощів з тим, що гучномовець змінив більшу частину потужності на тепло, а не звук. Це питання «між гучномовцем і нами»; підсилювач нічого не “знає” про наші враження – тихо це чи голосно.

Уявимо, що дуже потужний 8-омний резистор ми підключаємо до підсилювачів потужністю в кілька ватів, кілька десятків, кілька сотень ... Для всіх це безпроблемне навантаження, кожен дасть стільки ватів, скільки зможе дозволити собі такий опір, не маючи ніякої ідеї про те, що вся ця потужність перетворилася на тепло, а не на звук.

Різниця між потужністю, яку може прийняти резистор, і потужністю, яку може віддати підсилювач, не має для останнього значення, як і той факт, що потужність резистора у два, десять або сто разів більша. Він може взяти так багато, але він не повинен.

Чи будуть у будь-якого з цих підсилювачів проблеми із «управлінням» цим резистором? І що означає її активація? Ви забезпечуєте максимальну потужність, яку може споживати? Що означає управляти гучномовцем? Просто видає максимальну потужність чи якесь нижче значення, вище якого колонка починає добре звучати? Яка це може бути сила?

Якщо врахувати «поріг», вище якого гучномовець звучить вже лінійно (за динамікою, а не АЧХ), то гру входять дуже низькі значення, близько 1 Вт, навіть для малоефективних гучномовців. . Варто знати, що нелінійні спотворення, що вносяться самим гучномовцем, збільшуються (у відсотках) зі збільшенням потужності від низьких значень, тому найчистіший звук з'являється, коли ми граємо тихо.

Однак коли справа доходить до досягнення такої гучності та динаміки, які забезпечують нам потрібну дозу музичних емоцій, питання стає не тільки суб'єктивним, що залежить від особистих уподобань, але навіть для певного слухача неоднозначним.

Це залежить як мінімум від відстані, що відокремлює його від динаміків - адже звуковий тиск знижується пропорційно квадрату відстані. Нам знадобиться різна потужність, щоб «ганяти» динаміки на відстані 1 м, та інша (в шістнадцять разів більше) на відстані 4 м, на наш смак.

питання, який підсилювач “впорається”? Складна порада… Усі чекають на прості поради: купіть такий підсилювач, а такої не купуйте, бо “у вас не вийде”…

На прикладі SCM7 можна підсумувати так: їм не обов'язково отримувати 100 Вт, щоб грати красиво та тихо. Вони повинні змусити їх грати красиво та голосно. Проте більше 100 Вт вони не приймуть, тому що обмежені власною потужністю. Виробник пропонує діапазон рекомендованої потужності підсилювача (ймовірно, номінальної, а не тієї потужності, яка повинна подаватися «штатно») в межах 75-300 Вт.

Схоже, однак, що 15-сантиметровий мідвуфер, навіть такого висококласного, як використаний тут, не прийме 300 Вт. до цього… це не номінальна потужність, яку має сприймати гучномовець.

Хай прибуде з вами запас сил?

Можна також припустити, що підсилювач повинен мати запас ходу (щодо номінальної потужності гучномовця), щоб у будь-якій ситуації не перевантажуватися (з ризиком пошкодження гучномовця). Це, втім, ніяк не пов'язане із «важкістю» роботи з динаміком.

Нема рації розрізняти гучномовці, які «вимагають» такого запасу від підсилювача, і ті, які цього не вимагають. Комусь здається, що запас потужності підсилювача якось відчувається динаміком, динамік відповідає взаємністю на цей запас, і підсилювачу легше працювати. або короткими чергами.

Існує також проблема так званого коефіцієнт демпфуваннязалежить від вихідного опору підсилювача. Але про це у наступному випуску.