• Damping Factor (Дeмпинг фактор)

    Ще се опитам да обобщя и съвсем на кратко да ви запозная с темата за Демпинг фактора при аудио системите. Този така важен коефициент рядко се взима под внимание при болшинството от потребители на аудио техника решили сами да изградят звуковите си системи в дома било то със заводски или DIY изделия.
    Темата е доста обширна и проблемът с ДФ би могла да надвишава по обем една докторска дисертация. Затова ще представя само основните неща пък размишленията и задълбаването оставям на вас.

    Какво е Damping Factor?

    Високоговорителите сами по себе си са устройства превръщащи електрическа ири електромагнитна енергия в механична. Това разбира се не става със 100% вярност. Заради физичните закони самите говорители от своя страна имат „собствено мнение“ за преобразуването на сигнала от електро в механичен. Подаваш им сигнал, а те внасят изкривявания в него. Продължават да трептят, след като сигнала е прекъснат, заради инерцията. Това се нарича отекване("ringing") или замазване("time smearing").

    С други думи озвучителните тела (ОТ) създават звукови вълни, които не са част от оригиналния сигнал.

    Нека предположим, че подадения сигнал е стегнат удар на барабан с къса атака и затихване в сигналната обвивка. Когато удара спре, говорителя продължава да трепти. Конуса са движи напред назад в своето окачване. Така че хубавия, пъргав удар се е превърнал в обогатено туптене.

    За щастие усилвателя може да упражни влияние върху говорителя и да предотврати отекването. Забавянето("dumping") се нарича способността на усилвателя да контролира движението на говорителя. Измерва се с Коефициент на забавяне ("damping factor") - ДФ, който се получава след като се раздели импеданса на говоритела на изходното съпротивление на товара. Нека обясним.

    Ако импеданса на говорителя е 8 ома, изходното съпротивление на усилвателя е 0.01 ома, ДФ ще е 800. Това е опростен случай. Импедансите на говорителя и на усилвателя се изменят с честотата, следователно се мени и ДФ. Също така импеданса на кабелите влияе на забавянето. Дебелите кабели (с нисък AWG) предизвикват повече забавяне от тънките кабели (с висок AWG). AWG = American Wiring Gauge. За повече информация: ТУК

    Да разгледаме една картинка на реалните параметри в една аудио система по пътя, който изминава сигнала, след което ще обясним:




    Да допуснем, че самият усилвателен блок няма собствени изкривявания, има собствен коефициент на усилване без ООВ Ко, и да проследим какво се случва при различни съотношения на елементите, като най-вече ни интересува какво би се случило в изхода на усилвателя, както и на клемите на говорителя.

    Нека след това допуснем, че на усилвателният канал му е нужно някакво време, за което входният сигнал се появява усилен на изхода му ( т.нар. време за преминаване) и да видим какво се случва.

    Ri в схемата е собственото, електрически обусловено вътрешно съпротивление на усилвателя.

    Rieff е ефективното изходно съпротивление с отчитане на въздействието на ООВ.

    Вместо Vemf, след това, можем да ползваме и еквивалентна заместваща схема на говорителя, състояща се от паралелна LC верига, но после.

    Какъв е принципа:

    Как усилвателя контролира движението на говорителя? Когато конуса на говорителя трепти, той играе ролята на микрофон, генерирайки сигнали в бобината. Този сигнал се нарича E.M.F.(Electro Motive Force) или на български ЕДН(Електро Движещо Напрежение). То се движи по кабела до изхода на усилвателя и обратно до говорителя. В обратанта посока ЕДН-то е с обратна фаза спрямо движението на говорителя, така че то забавя или затихва отекването на говорителя.

    Колкото е по-малко изходното съпротивление на усилвателя, толкова е по-малък ефекта, който предизвиква върнатото ЕДН от движението на говорителя към усилвателя и същевременно звуковия сигнал по верен. Усилвател с високо изходно съпротивление не забавя върнатото ЕДН, като по този начин то достига до говорителя под формата на доста силен сигнал и се противопоставя на движението. Когато конуса се движи назад, ЕДН-то го дърпа напред и обратното.

    Накратко казано високоговорителя забавя сам себе си чрез изходната верига на усилвателя. Когато импеданса на тази верига е по-голям (нисък ДФ), ЕДН-то в по-голяма степен може да контролира отекването на говорителя. Съответно да развали (замаскира) очастъци от звуци и инструменти в звуковата картина.
    Има и още нещо.Самата инерционна сма се състои и от условно „твърди“ части. Мембраната на говорителя буквално се „гърчи“ при подаване на импулсен сигнал (при подаването и при спирането) затова и някои колони (говорители) обичат по „меки„ сигнали (говорител от „мека“ хартия). И дори да не възпроизвежда максимално точно сигнала, поне не вкарват призвуци във музикалния сигнал. Другата крайност са говорители с мембрани от метал или керамика които остават с неизползвани възможности, ако нарочно им се подават (меки) сигнали.
    Да се върнем на постановката и картинката по горе.
    Ако допуснем, че изходното съпротивление на някакъв усилвател е 0, това не означава непременно, че контролът върху поведението на мембраната на говорителя ще е „тотален“. Би бил, ако тя има маса = 0, изработена е от идеално твърд материал и е свързана към шпула с нулева индуктивност. Да сте срещали подобни говорители?

    Повечето говорители са далече от идеалния случай, по няколко или по всички критерии заедно. Движението на мембраната не съответства на сигнала, в различна степен според случая.

    Колкото по-голямо е отклонението на даден говорител от 'идеалния случай', толкова по-малко значение ще има с какъв точно сигнал го възбуждаме. Във всички случаи, полученият звук ще е толкова по-далеч от „истината„ (подадения сигнал), колкото параметрите на говорителя са по-далеч от идеалния случай.

    С това, обаче, проблемите не се изчерпват. Движещата се шпула в магнитно поле е източник на електродвижещо напрежение. Това ново напрежение, което е създала шпулата, се нарича “обратно е.д.н.“ Обратното е.д.н. всъщност няма много общо с подадения сигнал, защото е получено поради грешката в движението на шпулата, а тя не е непременно хармонична!

    Това обратно е.д.н. всъщност е „паразитен“ сигнал, който е свързан към изхода на усилвателя и може да бъде представен (вместо говорителя) като източник на напрежение (на грешката) с еквивалентно съпротивление, равно на омическото съпротивление на шпулата, към което има и „екстри“ - съпротивление, капацитет и индуктивност на филтри и кабели по веригата.

    Мембраната е част от трептяща система със собствена маса, резонансна честота и Q-фактор. Дори при спиране на управляващия сигнал, ще е нужно някакво време, докато това обратното е.д.н. стихне до нула (докато се разсее натрупаната енергия в говорителя и всички реактивни елементи по пътя). Интересното е, че това явление не е ограничено само около „номиналния“ резонанс на говорителя, а може да се прояви на множество честоти.
    При работа на говорителя, сигналът, създаден от тази енергия се „наслагва“ върху подадения сигнал в реално време и създава разни допълнителни ефекти.

    Ако усилвателят няма обща ООВ от изхода, резултатът е "само" намаляване на моментната стойност на тока, който протича през шпулата, а собственият изходен импеданс на усилвателя се явява товар на този източник и затваря веригата.

    Интересно е да се знае, че дори схеми, в които няма явна връзка от изхода към входа, в действителност винаги има някаква обратна връзка, колкото и да е малка.

    Ако усилвателят е обхванат от обща ООВ, свързана към изхода му, тогава този „паразитен“ сигнал ще се пренесе и към входа му (по веригата за обратна връзка) и ще бъде допълнително усилен! Затова някои усилватели свирят отвратително, макар и да се представят добре на измервания върху активен товар (той не връща нищо).

    Или иначе казано: ако искаме усилвател с обща ООВ да не усилва „паразитния обратен сигнал“, съотношението между Rs и Ri трябва да е по-голямо от коефициента му на усилване (*виж схемата горе).

    (1) Rs/Ri > Ku (Ku=1+RF1/RF2 в примерната схема)

    Забележете, че Ri е присъщ параметър, който е схемно определен, а не е „ефективната стойност“ при отчитане на действието на ООВ!

    От (1) лесно можем да изчислим, че ако нашият усилвател има коефициент на усилване примерено 50 и ще движи товар 4 ома, то собственото му вътрешно съпротивление трябва да е по-малко от 4/50 или 0.08ом, за да не усилва върнатия 'паразитен сигнал'. Колкото по-малко, толкова по-добре. Тук допуснахме, че товарът ще е свързан с „ултра-кабел“.

    Измереният ДФ на изходните клеми на усилвателя трябва да е по-голям. Колко?

    (2) DF > Kо, да бъдем точни. Ko е собственият коефициент на усилване на усилвателя без ООВ.

    Следва, че при равни други условия, по-нискоомен товар би създавал повече проблеми в звученето (както е и в действителност...). Също става явно, че при Ri->0 нещата се подобряват, което също е потвърждава от практиката.

    Това условие е и причината да се гонят „космически стойности“ на ДФ (измерено в точката, от която се взима ООВ), не заради самият говорител - него „кучета го яли“ - колкото си може, толкова ще изсвири.

    В контекста на горните причини/следствия могат да се намерят и обясненията на разните явления при ползване на схеми без ООВ, схеми с изходни трансформатори, схеми с висок изходен импеданс, кабели с различни параметри, и т.н.

    Интересно би било, ако можем да построим измервателна постановка за тези явления.

    п.п. Едно елегантно решение за добро звучене е ползване на 'апериодични' говорители, каквито са например NDRL80, и в това няма нищо случайно...

    За да се убедите сами, вземете басов говорител, който не е свързан. Поставете ухото си до конуса и го почукайте. Вероятно ще чуете глухо "туппппп" ако самия говорител е окачен лошо. Сега окъсете терминалите и почукайте пак. Би трябвало да чуете по-пъргаво тупкане.

    ДФ се влияе и от честотата. Както можете да предположите ДФ е най-важен при ниските честоти - да кажем от 10 до 400 Hz.

    Много голяма роля за определянето на цялостния ДФ играят и вградените в повечето озвучителни тела кросовъри от 1-ви, 2-ри, 3-ти и нагоре ред. Навитите с тънък проводник бобини имат сравнително високо собствено съпротивление и понижават до много ниски стойности общия ДФ. Много често средночестотния и вч говорителя са свързани през резистивни делители и все едно че се захранват от източник с високо изходно съпротивление (нисък ДФ). При тях дали усилвателя е с 1000 или 10 ДФ не е от особено голямо значение. Все пак дори да се използват оптималния кабел и най-качествените терминали, нищо не може да излекува лошо и пестеливо изработеният кросоувър (филтър). Ако постояннотоковото съпротивление на бобината преди даден говорител е 2-3 Ома, дори свръхпроводник да се изполва е все тая. А напоследък производителите стават все по-пестеливи в това отношение като изполват медна тел за бобини с фи на човешки косъм.
    Поради тази причина повечето от ламповите усилватели, които обикновено имат нисък ДФ се сработват по добре със широколентови говорители без кросовъри (филтри).
    Често слушателите твърдят, че даден усилвател „маже“ звука при по бърза атака на сигнала и едновременно изпълнение на група инструменти в песента. И това е така именно заради ниския ДФ на усилвателя неспособен да контролира добре върнатото ЕДН от говорителя. Получават се изкривявания в звуковата картина и допълнителни звуци, които не присъстват в подавания сигнал. Резултатния звук се усеща повече като шум, а не музика, което е неприятно за слушателите.

    Как да измерите ДФ на вашия усилвател


    Може да се измери по няколко начина:

    1. Към входа на усилвател се подава синусоидален сигнал. Към изхода му се свързва товар с известно съпротивление, примерно 4 или 8 ома. Към изходните клеми се свързва цифров волтметър. Нивото се докарва до някаква удобна за пресмятане стойност, да речем точно толкова волта, колкото ома е товара, за да тече ток=1А. Без да се прекъсва сигнала, товарът се откача и се отчита показанието на уреда, което в общия случай ще е по-високо, отколкото е било при натоварен изход. Разликата между измерените напрежения е изходното съпротивление на усилвателя. Това съпротивление, разделено на товара, дава „демпинг фактора“ при такъв товар и за тази честота.
    Грешката на уреда не е от голямо значение, ако не се изменя честотата по време на измерването, но все пак е желателно да е постоянна в диапазона от честоти, за които ще мерим. Кабелите трябва да са максимално къси и дебели, за да не внасят грешка (трябва да се знае пълното съпротивление в изхода - товар + кабели).

    2. Товарен резистор с известно съпротивление се свързва между изходите на два усилвателя. Масите им се свързват на късо с дебел проводник. На единият канал се подава синусоидално напрежение, като с цифров волтметър се измерва напрежението върху товарния резистор. Желателно е това напрежение да е точно колкото самият резистор (ток=1А, за улеснение). На „измервания“ усилвател не се подава входен сигнал. След установяване на показанията на уреда се измерва напрежението в изхода на „измервания“ усилвател. Показанието на уреда (във волтове) е изходното съпротивление на този усилвател.

    3. Прост и лесен начин за измерване е следният. Слагате си в изхода на усилвателя резистор със съпротивление за което искате да измерите демпинг фактора. Връзвате на входа син. генератор със стабилна амплитуда. Аз меря при 600Hz, защото там уредът ми е с 0.5%точност. Df=Rt/ro, където Rт е товарният резистор а ro вътрешното изх. съпротивление на усилвателя. Ако си направите една заместваща схема ще видите, че Df=Uo/Uo-URt, където Uo e изх. напрежение на усилвателя без товар, а URt изходното с вкл. товарен резистор. Обикновенно се мери при 1/4 от максималното изх напрежение на усилвателя и 1KHz. T.e. постановката е като горната, но не е нужно да нагласяте някаква точно определена стойност на изх. напрежение. Просто не променяйте амплитудата на вх. сигнал на генератора при включен и откачен товар в изхода на усилвателя за да е коректно измерването - съответно определянето на ДФ.

    Като обобщение:

    Високия демпинг фактор е полезен преди филтъра,за да не се “сплесква” сигнала от реактивните съпротивления на ВЧ и НЧ филтрите. В момент на рязка промяна на сигнала същите филтри могат да “осигурят” товар по малък от 1ом.
    Колкото е по-малко изходното съпротивление на усилвателя, толкова по висок е ДФ, и по-пъргав е звука. ДФ по-голям от 1000 се счита за висок. Висок ДФ означава стегнат бас.
    Колкото по-голям е демпинг-фактора на даден усилвател, толкова по-малко обратно Е.Д.Н. ще се върне в него от говорителя (което после се завърта по веригата за ООВ и усилва..). С други думи - два усилвателя, които се различават САМО по демпинг фактор ще звучат различно, като е по-вероятно да ни хареса този с по-големия. Но и това не е съвсем сигурно. Опитайте ефекта от добавено нарочно серийно съпротивление 1-2 ома в изхода преди говорителя и слушайте. П този начин намалявате ДФ на вашия усилвател и лесно може да чуете разликата.
    Голям ДФ означава по-точен контрол, но ако говорителят е с висок Q-фактор, спасение няма - ще си "думти като каца" на резонансната честота, какъвто и усилвател да му свържеш, а ако ДФ е нисък - ще думти повечко.

    Полезни връзки
    :

    Статията не е изцяло моя авторска и държа да отбележа, че повечето от материалите и обясненията съм заимствал от написани мнения на хора участващи във форума, като А. Деспотов, П. Лозев, Г. Цвектов и други.

    http://www.audioholics.com/education/amplifier-technology/basic-amplifier-measurement-techniques

    http://www.cartchunk.org/audiotopics/DampingFactor.pdf
    http://www.bgaudioclub.org/showthread.php?4478+factor
    http://cxem.net/sound/amps/amp52.php
  • Нови мнения във форума

    L.K.

    Препоръка на ОТ за лампов амп с PCL86

    От това, което съм пробвал, препоръчвам едни cyburgs needle с Visaton FRS 8 или Tangband W3-871S. В същата

    L.K. днес, 15:14 Покажи последното мнение
    L.K.

    Apex A40 в ломския вариант

    Краткият отговор е защото няма. Дългият отговор е свързан с това какво подобрява токовото

    L.K. днес, 15:01 Покажи последното мнение
    gore

    неактуално

    неактуално

    gore днес, 14:49 Покажи последното мнение
    L.K.

    Още едни ОТ с 8" coaxial от AcoustivKN

    Хитро решение за разполагане на филтъра! Как определи наклона на бафъла? Измервания и субективни впечатления от звука?

    L.K. днес, 14:28 Покажи последното мнение
    L.K.

    MOSFET от 1986 год.

    Усещам пренебрежителна нотка в тона ти. Не искам да ти давам повод да продължаваш и спирам дотук. Който разбира сам ще си отговори на въпроса ти.

    L.K. днес, 14:26 Покажи последното мнение