В чем сложность?

В выпуске «Аудио» от 11/2019 модель ATC SCM7 фигурировала в тесте пяти полочных динамиков. Очень респектабельный бренд, известный меломанам, а тем более профессионалам, так как многие студии звукозаписи оснащены его колонками. Стоит рассмотреть поближе — но в этот раз мы не будем заниматься его историей и предложением, а на примере SCM7 обсудим более общую проблему, с которой сталкиваются аудиофилы.

Одним из важных параметров акустических систем является эффективность. Это мера энергоэффективности – степень, в которой громкоговоритель (электроакустический преобразователь) преобразует подаваемое электричество (от усилителя) в звук.

Эффективность выражается в логарифмической шкале децибел, в которой разница в 3 дБ означает уровень в два раза выше (или меньше), в 6 дБ — в четыре раза и т. д. Говоря простым языком, при той же подаваемой электрической мощности динамик с КПД в 3 дБ будет играть дважды громче.

Стоит добавить, что КПД средних динамиков составляет несколько процентов — большая часть энергии превращается в тепло, так что это не только “расточительно” с точки зрения назначения громкоговорителей, но дополнительно ухудшает условия их работы – при повышении температуры катушки громкоговорителя увеличивается ее сопротивление, а повышение температуры магнитная система неблагоприятна, что может привести к нелинейным искажениям. Тем не менее, низкий КПД нельзя отождествлять с низким качеством — есть много динамиков с низким КПД и очень хорошим звуком.

Трудности со сложными нагрузками

Прекрасным примером являются АТС-конструкции, низкий КПД которых коренится в специальных решениях, используемых в самих преобразователях, и которые служат… как бы это не парадоксально – уменьшению искажений. Это о так называемой короткая катушка в длинном зазореПо сравнению с типовой (используемой в подавляющем большинстве электродинамических преобразователей) системой длинной катушки в коротком зазоре она характеризуется меньшим КПД, но меньшими искажениями (благодаря работе катушки в однородном магнитном поле, находящемся в зазоре).

Кроме того, приводная система подготовлена ​​для линейной работы с большими прогибами (для этого зазор должен быть намного длиннее катушки), и в этой ситуации даже очень большие магнитные системы, используемые АТК, не обеспечивают высокого КПД (большинство зазор, вне зависимости от положения катушки, он ею не заполняется).

Однако в данный момент нас больше интересует другое. Констатируем, что SCM7, как в силу своих габаритов (двухполосная система с 15-сантиметровым мидвуфером, в корпусе объемом менее 10 литров), так и именно этой техники, имеет очень низкий КПД – по измерениям в лаборатории “Аудио” всего 79 дБ (абстрагируемся от данных производителя, обещающего более высокое значение, и от причин такого несоответствия; сравниваем КПД конструкций, измеренных в “Аудио” в тех же условиях ).

Как мы уже знаем, это заставит SCM7 играть с указанной мощностью. намного тише чем большинство структур, даже такого же размера. Так что для того, чтобы они звучали одинаково громко, их нужно поставить больше силы.

Подобная ситуация приводит многих аудиофилов к упрощенному выводу о том, что для SCM7 (и конструкций ATC в целом) требуется усилитель не столько мощный, сколько с некоторыми трудно определяемыми параметрами, способный «драйвить», «тянуть», управлять”, “гонять” как бы “тяжелый груз” то есть SCM7. Однако более укоренившееся значение понятия “тяжелая нагрузка” относится к совсем другому параметру (чем КПД) – а именно импеданс (динамик).

Оба значения «сложной нагрузки» (относящиеся к КПД или импедансу) требуют разных мер для преодоления этой трудности, поэтому их смешение приводит к серьезным недоразумениям не только на теоретическом, но и на практическом основании — именно при выборе соответствующего усилителя.

Громкоговоритель (громкоговоритель, колонка, электроакустический преобразователь) — приемник электрической энергии, которая для преобразования в звук или даже тепло должна иметь импеданс (нагрузку). Тогда на нем будет выделяться мощность (как мы уже знаем, к сожалению, большей частью в виде тепла) по основным формулам, известным из физики.

Транзисторные усилители высокого класса в указанном диапазоне рекомендуемого импеданса нагрузки ведут себя примерно как источники постоянного напряжения. Это означает, что по мере уменьшения импеданса нагрузки при фиксированном напряжении на клеммах протекает больший ток (обратно пропорциональный уменьшению импеданса).

А поскольку ток в формуле мощности квадратичен, даже при уменьшении импеданса мощность увеличивается обратно пропорционально уменьшению импеданса. Большинство хороших усилителей так себя ведут при импедансах выше 4 Ом (так при 4 Ом мощность почти в два раза выше, чем при 8 Ом), некоторые от 2 Ом, а самые мощные – от 1 Ом.

А вот у типичного усилителя с импедансом ниже 4 Ом могут возникнуть “трудности” – выходное напряжение будет падать, ток не будет протекать более обратно пропорционально при уменьшении импеданса, а мощность либо немного увеличится, либо даже уменьшится. Это произойдет не только при определенном положении регулятора, но и при исследовании максимальной (номинальной) мощности усилителя.

Фактический импеданс громкоговорителя представляет собой не постоянное сопротивление, а частотно-переменную характеристику (хотя номинальный импеданс определяется по этой характеристике и ее минимумам), поэтому точно количественно определить степень сложности сложно – она ​​зависит от взаимодействия с данным усилителем.

Некоторым усилителям не нравятся большие фазовые углы импеданса (связанные с его непостоянством), особенно когда они встречаются в диапазонах с низким значением модуля импеданса. Это «тяжелая нагрузка» в классическом (и правильном) понимании, и чтобы справиться с такой нагрузкой, нужно искать подходящий усилитель, устойчивый к низким импедансам.

В таких случаях его иногда называют «эффективностью по току», потому что для достижения высокой мощности при низком импедансе фактически требуется больший ток (чем при низком импедансе). Однако и здесь есть недоразумение, что некоторые “советчики по железу” полностью отделяют мощность от тока, полагая, что усилитель может быть маломощным, лишь бы у него был мифический ток.

Однако достаточно измерить мощность при низком импедансе, чтобы убедиться, что все в порядке — ведь мы имеем в виду мощность, излучаемую динамиком, а не ток, протекающий через сам динамик.

АТХ SCM7 имеют низкий КПД (с этой точки зрения они поэтому «сложные») и имеют номинальное сопротивление 8 Ом (и по этой более важной причине они «легкие»). Впрочем, многие аудиофилы не будут различать эти дела и сделают вывод, что это «тяжелая» нагрузка — просто потому, что SCM7 будет играть тихо.

При этом звучать они будут гораздо тише (при определенном положении регулятора громкости), чем другие громкоговорители не только из-за низкого КПД, но и высокого импеданса – большинство динамиков на рынке 4-омные. А как мы уже знаем, при нагрузке 4 Ом от большинства усилителей будет течь больший ток и будет генерироваться больше мощности.

Поэтому важно различать эффективность и нежность, при этом смешение этих параметров также является распространенной ошибкой как производителей, так и пользователей. Эффективность определяется как звуковое давление на расстоянии 1 м от громкоговорителя при подаче мощности 1 Вт. Чувствительность – при подаче напряжения 2,83 В. Независимо от

импеданс нагрузки. Откуда берется это «странное» значение? 2,83 В на 8 Ом — это всего 1 Вт; следовательно, для такого импеданса значения КПД и чувствительности совпадают. Но большинство современных акустических систем 4-х омные (а так как производители часто и ложно изображают их как 8-ми омные – другое дело).

Тогда напряжение 2,83 В вызывает подачу 2 Вт, что вдвое больше мощности, что отражается в повышении звукового давления на 3 дБ. Для измерения КПД 4-омного громкоговорителя напряжение нужно уменьшить до 2 В, но… ни один производитель этого не делает, потому что результат, приведенный в таблице, как бы она ни называлась, будет на 3 дБ ниже.

Именно потому, что SCM7, как и другие 8-омные громкоговорители, являются “легкой” нагрузкой по импедансу, они кажутся многим пользователям – которые судят о “сложности” вкратце, т.е. через призму громкости, получаемой в определенном положении. регулятора (и связанного с ним напряжения) – “сложная” нагрузка.

А звучать тише они могут по двум совершенно разным причинам (или из-за их слияния) — громкоговоритель может иметь меньший КПД, но и потреблять меньше энергии. Чтобы понять, с какой ситуацией мы имеем дело, необходимо знать основные параметры, а не просто сравнивать громкость, полученную от двух разных громкоговорителей, подключенных к одному усилителю с одним и тем же положением регулятора.

Что видит усилитель

Пользователь SCM7 слышит, что громкоговорители играют тихо, и интуитивно понимает, что усилитель должен «устать». При этом усилитель “видит” только импедансную характеристику – в данном случае высокую, а потому “легкую” – и не устает, и не испытывает затруднений с тем, что громкоговоритель изменил большую часть мощности на тепло, а не звук. Это вопрос «между громкоговорителем и нами»; усилитель ничего не “знает” о наших впечатлениях – тихо это или громко.

Представим, что очень мощный 8-омный резистор мы подключаем к усилителям мощностью в несколько ватт, несколько десятков, несколько сотен… Для всех это беспроблемная нагрузка, каждый даст столько ватт, сколько сможет позволить себе такое сопротивление, не имея «никакой идеи о том, что вся эта мощность превратилась в тепло, а не в звук.

Разница между мощностью, которую может принять резистор, и мощностью, которую может отдать усилитель, не имеет для последнего значения, как и тот факт, что мощность резистора в два, десять или сто раз больше. Он может взять так много, но он не обязан.

Будут ли у любого из этих усилителей проблемы с «управлением» этим резистором? И что означает его активация? Вы обеспечиваете максимальную мощность, которую он может потреблять? Что значит управлять громкоговорителем? Просто выдает максимальную мощность или какое-то более низкое значение, выше которого колонка начинает хорошо звучать? Какая это может быть сила?

Если учесть «порог», выше которого громкоговоритель звучит уже линейно (по динамике, а не АЧХ), то в игру вступают очень низкие значения, порядка 1 Вт, даже для малоэффективных громкоговорителей. . Стоит знать, что нелинейные искажения, вносимые самим громкоговорителем, увеличиваются (в процентах) с увеличением мощности от низких значений, поэтому наиболее «чистый» звук появляется, когда мы играем тихо.

Однако когда дело доходит до достижения такой громкости и динамики, которые обеспечивают нам нужную дозу музыкальных эмоций, вопрос становится не только субъективным, зависящим от личных предпочтений, но даже для уже определенного слушателя неоднозначным.

Это зависит как минимум от расстояния, отделяющего его от динамиков — ведь звуковое давление падает пропорционально квадрату расстояния. Нам понадобится разная мощность, чтобы «гонять» динамики на расстоянии 1 м, и другая (в шестнадцать раз больше) на расстоянии 4 м, по нашему вкусу.

вопрос в том, какой усилитель “справится”? Сложный совет… Все ждут простых советов: купите такой усилитель, а такой не покупайте, потому что “у вас не получится”…

На примере SCM7 можно подытожить так: им не обязательно получать 100 Вт, чтобы играть красиво и тихо. Они должны заставить их играть красиво и громко. Однако больше 100 Вт они не примут, потому что ограничены собственной мощностью. Производитель дает диапазон рекомендуемой мощности усилителя (вероятно, номинальной, а не той мощности, которая должна подаваться «штатно») в пределах 75-300 Вт.

Похоже, однако, что 15-сантиметровый мидвуфер, даже такого высококлассного, как использованный здесь, не примет 300 Вт… Сегодня производители часто дают столь высокие пределы рекомендуемых диапазонов мощностей сотрудничающих усилителей, что тоже имеет разные причины – предполагает большую мощность громкоговорителя, но не обязывает к этому… это не номинальная мощность, которую должен воспринимать громкоговоритель.

Да прибудет с вами запас сил?

Можно также предположить, что усилитель должен иметь запас хода (относительно номинальной мощности громкоговорителя), чтобы в любой ситуации не перегружаться (с риском повреждения громкоговорителя). Это, впрочем, никак не связано с «трудностью» работы с динамиком.

Нет смысла различать громкоговорители, которые «требуют» такого запаса от усилителя, и те, которые этого не требуют. Кому-то кажется, что запас мощности усилителя как-то чувствуется динамиком, динамик отвечает взаимностью на этот запас, и усилителю легче работать… Или что “тяжелая” нагрузка, даже связанная с малой мощностью динамика ,можно “освоить” с большой мощностью в запасе или короткими очередями…

Существует также проблема так называемого коэффициент демпфированиязависит от выходного сопротивления усилителя. Но об этом в следующем выпуске.