Dempningsfaktor - Damping factor

Begrepet dempningsfaktor kan også referere til dempningsforholdet i ethvert dempet oscilleringssystem .

I et lydsystem , den dempningsfaktoren angir forholdet av den nominelle impedans av høyttaleren (vanligvis antatt å 8 Ω) til den kildeimpedans. Bare størrelsen på høyttalerimpedansen brukes. Forsterkerens utgangsimpedans antas også å være totalt resistiv.

Sammenligning av dempningsfaktorer for en solid state-forsterker (Luxman L-509u) og en rørforsterker (Rogue Atlas).

I typiske solid state- og rørforsterkere varierer dempningsfaktoren som en funksjon av frekvens. I solid state -forsterkere har dempningsfaktoren vanligvis en maksimalverdi ved lave frekvenser, og den reduseres gradvis ved høyere frekvenser. Figuren til høyre viser dempningsfaktoren til to forsterkere. Den ene er en solid state-forsterker (Luxman L-509u) og den andre er en rørforsterker (Rogue Atlas). Disse resultatene er ganske typiske for disse to typer forsterkere, og de tjener til å illustrere det faktum at rørforsterkere vanligvis har mye lavere dempningsfaktorer enn moderne solid state -forsterkere, noe som er en uønsket egenskap.

Beregning

Kildeimpedansen (som ses av høyttaleren) inkluderer impedansen til tilkoblingskabelen. Den belastningsimpedans (inngangsimpedans) og kildeimpedansen (utgangsimpedans) er vist på koblingsskjemaet.

Kilde og lastkrets Z (2) .svg

Dempingsfaktoren er:

Løsning for :

Forklaring

Pierce foretok en analyse av effekten av forsterkerens dempningsfaktor på forfallstiden og frekvensavhengige responsvariasjoner av et lukket, akustisk fjæringshøyttalersystem. Resultatene indikerte at enhver dempningsfaktor over 10 kommer til å resultere i uhørlige forskjeller mellom det og en dempningsfaktor lik uendelig. Imidlertid ble det også bestemt at den frekvensavhengige variasjonen i høyttalerens respons på grunn av forsterkerens utgangsmotstand er mye mer signifikant enn effektene på systemdemping. Det er også viktig å ikke forveksle disse effektene med dempende effekter, ettersom de er forårsaket av to ganske forskjellige mekanismer. Beregningene antydet at en dempningsfaktor på over 50 ikke vil føre til hørbare forbedringer, alt annet likt.

For audio- effektforsterkere , dette kildeimpedans (også: utgangsimpedans ) er generelt mindre enn 0,1 Ω, og fra det synspunkt av driveren talespole, i en nær kortslutning.

Høyttalerens nominelle belastningsimpedans (inngangsimpedans) på er vanligvis rundt 4 til 8 Ω, selv om andre impedanshøyttalere er tilgjengelige, noen ganger så lave som 1 Ω. Imidlertid er impedansvurderingen til en høyttaler et tall som angir den nominelle minimumsimpedansen til den høyttaleren over en representativ del av driftsfrekvensområdet. Det må huskes på at de fleste høyttalere har en impedans som varierer betydelig med frekvensen. For en dynamisk høyttalerdriver er en topp i impedansen tilstede ved friluftsresonansfrekvensen til driveren, som kan være betydelig større i størrelse enn den nominelle nominelle impedansen. I tillegg fører induktansen til talespoleviklingen til en økende impedans ved høye frekvenser, og crossover-nettverk introduserer ytterligere impedansvariasjoner i flerveis høyttalersystemer. Denne variasjonen i impedans resulterer i at verdien av dempningsfaktoren til forsterkeren varierer med frekvensen når den er koblet til en høyttalerimpedansbelastning.

I høyttalersystemer beskriver verdien av dempningsfaktoren mellom en bestemt høyttaler og en bestemt forsterker evnen til forsterkeren til å kontrollere uønsket bevegelse av høyttalerkegelen nær resonansfrekvensen til høyttalersystemet. Det brukes vanligvis i sammenheng med lavfrekvent driveratferd, og spesielt når det gjelder elektrodynamiske drivere, som bruker en magnetisk motor for å generere kreftene som beveger membranen .

Høyttalermembraner har masse , og omgivelsene har stivhet . Sammen danner disse et resonanssystem , og den mekaniske kjegleresonansen kan eksiteres av elektriske signaler (f.eks. Pulser ) ved lydfrekvenser. Men en driver med talespole er også en strømgenerator, siden den har en spole festet til kjeglen og fjæringen, og den spolen er nedsenket i et magnetfelt. For hver bevegelse spolen gjør, vil den generere en strøm som vil bli sett av alt elektrisk tilkoblet utstyr, for eksempel en forsterker. Faktisk vil utgangskretsen til forsterkeren være den elektriske hovedbelastningen på "talespolestrømgeneratoren". Hvis den belastningen har lav motstand, vil strømmen være større og talespolen vil bli sterkere tvunget til å bremse. En høy dempingsfaktor (som krever lav utgangsimpedans ved forsterkerens utgang) demper veldig raskt uønskede kjeglebevegelser forårsaket av høyttalernes mekaniske resonans, og fungerer som ekvivalent med en "brems" på stemmespolebevegelsen (akkurat som en kortslutning på tvers av terminalene på en roterende elektrisk generator vil det være veldig vanskelig å snu). Det antas generelt (men ikke universelt) at strammere kontroll av stemmespolebevegelse er ønskelig, ettersom det antas å bidra til bedre lydkvalitet.

Noen ganger anses en høy dempningsfaktor i en forsterker å resultere i at forsterkeren har større kontroll over bevegelsen til høyttalerkeglen, spesielt i bassområdet nær resonansfrekvensen til driverens mekaniske resonans. Imidlertid vil dempningsfaktoren ved en bestemt frekvens variere, ettersom driverens talespoler er komplekse impedanser hvis verdier varierer med frekvensen. I tillegg vil de elektriske egenskapene til hver talespole endres med temperaturen; høye effektnivåer vil øke temperaturen på talespolen, og dermed motstand. Og til slutt er passive delefilter (laget av relativt store induktorer, kondensatorer og motstander) mellom forsterkeren og høyttalerdriverne og påvirker også dempningsfaktoren, igjen på en måte som varierer med frekvens.

Dempningskretsen

Spenningen som genereres av talespolen i bevegelse tvinger strøm gjennom tre motstander:

  • motstanden til selve stemmespolen;
  • motstanden til sammenkoblingskabelen; og
  • utgangsmotstanden til forsterkeren.

Effekt av stemmespolemotstand

Dette er en nøkkelfaktor for å begrense mengden demping som kan oppnås elektrisk, fordi verdien er større (si mellom 4 og 8 Ω vanligvis) enn noen annen motstand i utgangskretsen til en forsterker som ikke bruker en utgangstransformator (nesten hver solid-state-forsterker på massemarkedet).

En høyttalers tilbakeslagsstrøm forsvinner ikke bare gjennom forsterkerens utgangskrets, men også gjennom den interne motstanden til selve høyttaleren. Derfor vil valg av forskjellige høyttalere føre til forskjellige dempningsfaktorer når de kobles til den samme forsterkeren.

Effekt av kabelmotstand

Dempningsfaktoren påvirkes til en viss grad av motstanden til høyttalerkablene. Jo høyere motstanden til høyttalerkablene er, desto lavere er dempningsfaktoren. Når effekten er liten, er det som kalles spenning bridging . >> .

Forsterkerens utgangsimpedans

Moderne solid state -forsterkere, som bruker relativt høye negative tilbakemeldinger for å kontrollere forvrengning, har svært lave utgangsimpedanser - en av de mange konsekvensene av å bruke tilbakemeldinger - og små endringer i en allerede lav verdi endring av total dempningsfaktor med bare en liten, og derfor ubetydelig, beløp.

Dermed sier ikke høye dempningsfaktorverdier i seg selv særlig mye om kvaliteten på et system; de fleste moderne forsterkere har dem, men varierer i kvalitet likevel.

Rørforsterkere har vanligvis mye lavere tilbakemeldingsforhold, og har i alle fall nesten alltid utgangstransformatorer som begrenser hvor lav utgangsimpedansen kan være. De lavere dempningsfaktorene er en av grunnene til at mange audiofiler foretrekker rørforsterkere. Enda lengre tatt, er noen rørforsterkere designet for å ikke ha noen negativ tilbakemelding i det hele tatt.

I praksis

Typiske moderne solid state-forsterkere med negativ tilbakemelding har en tendens til å ha høye dempningsfaktorer, vanligvis over 50 og noen ganger til og med større enn 150. Høye dempningsfaktorer har en tendens til å redusere i hvilken grad en høyttaler "ringer" (gjennomgår uønsket kortsiktig svingning etter en kraftimpuls blir brukt), men i hvilken grad dempningsfaktorer høyere enn omtrent 20 hjelper i denne forbindelse lett overdrives; det vil være betydelig effektiv intern motstand, samt noe motstand og reaktans i kryss-over nettverk og høyttalerkabler. Eldre forsterkere, pluss moderne triode og til og med solid state-forsterkere med lav negativ tilbakemelding, har en tendens til å ha dempningsfaktorer nærmere enhet, eller enda mindre enn 1 (svært lav dempningsfaktor/høy utgangsimpedansforsterkere omtrentlige strømkilder).

Effekter av forsterkerens dempningsfaktor på frekvensresponsen når den er koblet til en simulert impedansbelastning som er typisk for et toveis lukket bokshøyttalersystem.

Selv om ekstremt høye verdier av dempningsfaktor i en forsterker ikke nødvendigvis vil få høyttaler -forsterkerkombinasjonen til å høres bedre ut, kan en høy dempingsfaktor bidra til å redusere intensiteten av tilleggsvariasjoner som er uønskede. Figuren til høyre viser effekten av dempningsfaktor på frekvensresponsen til en forsterker når forsterkeren er koblet til en simulert høyttalerimpedansbelastning. Denne belastningen er moderat krevende, men ikke utypisk for høyttalere som er på markedet, og den er basert på kretsen foreslått av Atkinson. Stereophile har erkjent viktigheten av forsterkerens dempningsfaktor, og har gjort bruk av den simulerte høyttalerbelastningen til en rutinemessig del av målingene av forsterkere. På rundt 4 kHz er den virkelige forskjellen mellom en forsterker med en moderat (100) dempningsfaktor og en med en lav (20) dempingsfaktor omtrent 0,37 dB. Husk imidlertid at forsterkeren med lav dempningsfaktor virker mer som en grafisk utjevning enn forsterkeren med den moderate dempningsfaktoren.

Det er klart fra de forskjellige forsterkerens frekvensresponskurver at lave dempningsfaktorverdier resulterer i betydelige endringer i frekvensresponsen til forsterkeren i et antall frekvensbånd. Dette vil resultere i brede nivåer av lydfarging som det er stor sannsynlighet for at er hørbar. I tillegg vil frekvensresponsendringene avhenge av den frekvensavhengige impedansen til hvilken som helst høyttaler som er koblet til forsterkeren. Derfor er forsterkere med moderate til høye dempningsfaktorer det foretrukne alternativet i lydreproduksjonssystemer med høy kvalitet, når forsterkerne er koblet til typiske flerveishøyttalerimpedansbelastninger.

Noen forsterkerdesignere, for eksempel Nelson Pass , hevder at høyttalere kan høres bedre ut med lavere elektrisk demping, selv om dette kan tilskrives lytterpreferanse fremfor teknisk fortjeneste. En lavere dempingsfaktor bidrar til å forbedre basresponsen til høyttaleren med flere desibel (der impedansen til høyttaleren ville være maksimal), noe som er nyttig hvis bare en enkelt høyttaler brukes for hele lydområdet. Derfor har noen forsterkere, spesielt vintage -forsterkere fra 1950-, 1960- og 1970 -årene, kontroller for å variere dempningsfaktoren. Selv om slik bass "forbedring" kan være behagelig for noen lyttere, representerer det likevel en forvrengning av inngangssignalet.

Et eksempel på en vintage forsterker med dempestyring er Accuphase E-202, som har en treposisjonsbryter beskrevet av følgende utdrag fra brukerhåndboken:

"Speaker Damping Control forbedrer høyttalernes karakteristiske tonale kvaliteter. Dempingsfaktoren for solid state-forsterkere er generelt veldig stor og ideell for demping av høyttalerne. Noen høyttalere krever imidlertid en forsterker med lav dempningsfaktor for å gjengi rik, fyldig lyd. E-202 har en høyttalerdempingskontroll som tillater valg av tre dempningsfaktorer og induserer maksimal potensiell ytelse fra en hvilken som helst høyttaler. Dempningsfaktor med en 8 ohm belastning blir mer enn 50 når denne kontrollen er satt til NORMAL. På samme måte er den 5 kl. MEDIUM posisjon, og 1 på SOFT posisjon. Det gjør det mulig å velge høyttalerlyden man foretrekker. "

I kontrast, i moderne forsterkning av høy kvalitet, er trenden å skille bassignalet og forsterke det med en dedikert forsterker. Ofte er forsterkere for bassgjengivelse integrert med høyttalerkabinettet, en konfigurasjon kjent som den drevne subwooferen. I en topologi som inkluderer en dedikert forsterker for bass, er ikke dempningsfaktoren til hovedforsterkeren like relevant, og den til bassforsterkeren er også irrelevant hvis den forsterkeren er integrert med høyttaleren og skapet som en enhet, siden alle disse komponentene er designet sammen og optimalisert for gjengivelse av bass.

Demping er også en bekymring for gitarforsterkere (et program der kontrollert forvrengning er ønskelig) og lav demping kan være bedre. Mange gitarforsterkere har dempekontroller, og trenden med å inkludere denne funksjonen har vært økende siden 1990 -tallet. For eksempel har Marshall Valvestate 8008 rackmontert stereoforsterker en bytte mellom "lineær" og "Valvestate" -modus:

"Lineær/Vstate-velger. Skyv for å velge lineær eller Valvestate-ytelse. Valvestate-modusen gir ekstra varme harmoniske pluss rikdommen i tonen, som er unik for Valvestate-effekttrinnet. Lineær modus gir en høyt definert hi-fi-tone som gir en totalt forskjellig karakter til lyden og passer til visse moderne "metall" -stiler eller PA -applikasjoner. "

Dette er faktisk en dempingskontroll basert på negativ strømtilbakemelding, noe som fremgår av skjematikken, der den samme bryteren er merket som "Output Power Mode: Current/Voltage". "Valvestate" -modus introduserer negativ strømtilbakemelding som øker utgangsimpedansen, senker dempningsfaktoren og endrer frekvensresponsen, på samme måte som det som skjer i en rørforsterker. (I motsetning til påstanden i håndboken har denne kretstopologien dukket opp i en rekke solid-state gitarforsterkere siden 1970-tallet.)

Se også

Referanser

Videre lesning

  • Julian L Bernstein, Audio Systems, s. 364, John Wiley, 1966.

Eksterne linker