ความยากลำบากคืออะไร?

ใน Audio ฉบับวันที่ 11/2019 ATC SCM7 ถูกนำเสนอในการทดสอบลำโพงชั้นวางหนังสือห้าตัว แบรนด์ที่มีชื่อเสียงโด่งดังในหมู่ผู้รักเสียงเพลง และยิ่งกว่านั้นสำหรับมืออาชีพ เนื่องจากสตูดิโอบันทึกเสียงหลายแห่งติดตั้งลำโพงไว้ด้วย เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การพิจารณาอย่างใกล้ชิด แต่คราวนี้เราจะไม่จัดการกับประวัติและข้อเสนอ แต่การใช้ SCM7 เป็นตัวอย่าง เราจะหารือเกี่ยวกับปัญหาทั่วไปที่ผู้รักเสียงเพลงต้องเผชิญ

หนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญของระบบเสียงคือ อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นการวัดประสิทธิภาพการใช้พลังงาน - ระดับที่ลำโพง (ตัวแปลงสัญญาณไฟฟ้า - อะคูสติก) แปลงกระแสไฟฟ้าที่ให้มา (จากเครื่องขยายเสียง) เป็นเสียง

ประสิทธิภาพจะแสดงในระดับเดซิเบลลอการิทึม โดยที่ความแตกต่าง 3 dB หมายถึงสองเท่าของระดับ (หรือน้อยกว่า) ความแตกต่าง 6 dB หมายถึงสี่ครั้ง เป็นต้น โดย 3 dB จะเล่นเสียงดังเป็นสองเท่า

เป็นมูลค่าเพิ่มว่าประสิทธิภาพของลำโพงขนาดกลางคือไม่กี่เปอร์เซ็นต์ - พลังงานส่วนใหญ่จะถูกเปลี่ยนเป็นความร้อนเพื่อให้สิ่งนี้ไม่เพียง "สิ้นเปลือง" จากมุมมองของลำโพง แต่ยังทำให้สภาพการทำงานแย่ลงไปอีก - เมื่ออุณหภูมิของขดลวดลำโพงเพิ่มขึ้น ความต้านทานจะเพิ่มขึ้น และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของระบบแม่เหล็กจะไม่เอื้ออำนวย ซึ่งอาจนำไปสู่การบิดเบือนที่ไม่ใช่เชิงเส้น อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพต่ำไม่ได้หมายถึงคุณภาพต่ำ มีลำโพงจำนวนมากที่มีประสิทธิภาพต่ำและเสียงดีมาก

ความยากลำบากในการโหลดที่ซับซ้อน

ตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมคือการออกแบบ ATC ซึ่งประสิทธิภาพต่ำมีรากฐานมาจากโซลูชันพิเศษที่ใช้ในตัวแปลงเอง และทำหน้าที่ ... ขัดแย้งกัน - เพื่อลดการบิดเบือน มันเป็นเรื่องของ ขดสั้นที่เรียกว่าในช่องว่างยาวเมื่อเทียบกับระบบทั่วไป (ใช้ในตัวแปลงอิเล็กโทรไดนามิกส่วนใหญ่) ของขดลวดยาวในช่องว่างสั้น ๆ มันมีประสิทธิภาพต่ำกว่า แต่มีความผิดเพี้ยนน้อยกว่า (เนื่องจากการทำงานของขดลวดในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอที่อยู่ใน ช่องว่าง)

นอกจากนี้ ระบบขับเคลื่อนถูกเตรียมสำหรับการทำงานเชิงเส้นตรงที่มีการโก่งตัวมาก (สำหรับสิ่งนี้ ช่องว่างต้องยาวกว่าขดลวดมาก) และในสถานการณ์เช่นนี้ แม้แต่ระบบแม่เหล็กขนาดใหญ่มากที่ใช้โดย ATK ก็ไม่ได้ให้ประสิทธิภาพสูง (ส่วนใหญ่ ของช่องว่างโดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งคอยล์มันจะไม่เต็มไป)

อย่างไรก็ตาม ในขณะนี้ เราสนใจอย่างอื่นมากกว่า เราระบุว่า SCM7 เนื่องจากขนาดของมัน (ระบบสองทางที่มีมิดวูฟเฟอร์ขนาด 15 ซม. ในกรณีที่มีปริมาตรน้อยกว่า 10 ลิตร) และเทคนิคเฉพาะนี้มีประสิทธิภาพต่ำมาก - ตามการวัดใน ห้องปฏิบัติการเสียงเพียง 79 เดซิเบล (เราสรุปจากข้อมูลของผู้ผลิตที่สัญญาว่าจะให้ค่าที่สูงกว่า และจากสาเหตุของความคลาดเคลื่อนดังกล่าว เราเปรียบเทียบประสิทธิภาพของโครงสร้างที่วัดได้ใน "เสียง" ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน)

อย่างที่เราทราบกันดีอยู่แล้ว การดำเนินการนี้จะบังคับให้ SCM7 เล่นด้วยพาวเวอร์ที่ระบุ เงียบกว่ามาก กว่าโครงสร้างส่วนใหญ่ แม้จะมีขนาดเท่ากัน จึงต้องจัดวางให้ดังเท่าๆกัน พลังงานมากขึ้น.

สถานการณ์นี้ทำให้ผู้ที่รักเสียงเพลงหลายคนสรุปง่ายๆ ว่า SCM7 (และการออกแบบของ ATC โดยทั่วไป) ต้องการแอมพลิฟายเออร์ที่ทรงพลังไม่มากเท่ากับค่าพารามิเตอร์ที่ยากต่อการกำหนด ซึ่งสามารถ "ขับ" "ดึง" ควบคุม "ขับได้" ” เช่นเดียวกับ “ภาระหนัก” เช่น SCM7 อย่างไรก็ตาม ความหมายที่ฝังแน่นมากขึ้นของ "ภาระหนัก" หมายถึงพารามิเตอร์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง (มากกว่าประสิทธิภาพ) นั่นคือ อิมพีแดนซ์ (ลำโพง).

ความหมายทั้งสองของ "โหลดที่ซับซ้อน" (เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพหรืออิมพีแดนซ์) ต้องใช้มาตรการที่แตกต่างกันเพื่อเอาชนะความยากลำบากนี้ ดังนั้นการผสมเข้าด้วยกันจะทำให้เกิดความเข้าใจผิดอย่างร้ายแรง ไม่เพียงแต่ในทางทฤษฎีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในทางปฏิบัติด้วย - เมื่อเลือกแอมพลิฟายเออร์ที่เหมาะสมอย่างแม่นยำ

ลำโพง (ลำโพง คอลัมน์ ทรานสดิวเซอร์ไฟฟ้า-อะคูสติก) เป็นเครื่องรับพลังงานไฟฟ้าซึ่งต้องมีอิมพีแดนซ์ (โหลด) เพื่อแปลงเป็นเสียงหรือแม้แต่ความร้อน จากนั้นพลังก็จะถูกปล่อยออกมา (อย่างที่เราทราบกันดีอยู่แล้วว่าส่วนใหญ่อยู่ในรูปของความร้อน) ตามสูตรพื้นฐานที่รู้กันดีอยู่แล้วจากฟิสิกส์

แอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์ระดับไฮเอนด์ในช่วงที่ระบุของอิมพีแดนซ์โหลดที่แนะนำ จะทำงานเหมือนกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟตรง DC ซึ่งหมายความว่าเมื่ออิมพีแดนซ์โหลดลดลงที่แรงดันคงที่ กระแสไฟจะไหลผ่านเทอร์มินัลมากขึ้น (สัดส่วนผกผันกับอิมพีแดนซ์ที่ลดลง)

และเนื่องจากกระแสในสูตรกำลังเป็นกำลังสอง แม้ว่าอิมพีแดนซ์จะลดลง กำลังจะเพิ่มขึ้นในทางกลับกันเมื่ออิมพีแดนซ์ลดลง แอมพลิฟายเออร์ที่ดีส่วนใหญ่จะทำงานในลักษณะนี้ที่อิมพีแดนซ์สูงกว่า 4 โอห์ม (ดังนั้นที่ 4 โอห์ม กำลังไฟจะสูงกว่า 8 โอห์มเกือบสองเท่า) บางตัวใช้ 2 โอห์ม และตัวที่ทรงพลังที่สุดอยู่ที่ 1 โอห์ม

แต่แอมพลิฟายเออร์ทั่วไปที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำกว่า 4 โอห์มสามารถมี "ความยุ่งยาก" ได้ - แรงดันเอาต์พุตจะลดลง กระแสจะไม่ไหลผกผันอีกต่อไปเมื่ออิมพีแดนซ์ลดลง และกำลังไฟจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยหรือลดลงด้วยซ้ำ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นไม่เพียง แต่ในตำแหน่งที่แน่นอนของตัวควบคุมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเมื่อตรวจสอบกำลังสูงสุด (เล็กน้อย) ของเครื่องขยายเสียง

อิมพีแดนซ์ของลำโพงที่แท้จริงไม่ใช่ความต้านทานคงที่ แต่เป็นการตอบสนองความถี่ที่แปรผันได้ (แม้ว่าอิมพีแดนซ์ที่ระบุจะถูกกำหนดโดยคุณลักษณะนี้และค่าต่ำสุด) ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะวัดระดับความซับซ้อนได้อย่างแม่นยำ - ขึ้นอยู่กับการโต้ตอบกับค่าที่กำหนด เครื่องขยายเสียง

แอมพลิฟายเออร์บางตัวไม่ชอบมุมเฟสอิมพีแดนซ์ขนาดใหญ่ (ซึ่งสัมพันธ์กับความแปรปรวนของอิมพีแดนซ์) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเกิดขึ้นในช่วงที่มีโมดูลัสอิมพีแดนซ์ต่ำ นี่คือ "ภาระหนัก" ในแง่คลาสสิก (และถูกต้อง) และเพื่อจัดการกับโหลดดังกล่าว คุณต้องมองหาเครื่องขยายเสียงที่เหมาะสมซึ่งทนทานต่ออิมพีแดนซ์ต่ำ

ในกรณีเช่นนี้ บางครั้งเรียกว่า "ประสิทธิภาพกระแส" เพราะจริงๆ แล้วต้องใช้กระแสมากกว่า (มากกว่าอิมพีแดนซ์ต่ำ) เพื่อให้ได้พลังงานสูงที่อิมพีแดนซ์ต่ำ อย่างไรก็ตาม ยังมีความเข้าใจผิดว่า "ที่ปรึกษาฮาร์ดแวร์" บางคนแยกพลังงานออกจากกระแสโดยสิ้นเชิง โดยเชื่อว่าแอมพลิฟายเออร์สามารถใช้พลังงานต่ำได้ ตราบใดที่มีกระแสตามตำนาน

อย่างไรก็ตาม การวัดกำลังที่อิมพีแดนซ์ต่ำก็เพียงพอแล้ว เพื่อให้แน่ใจว่าทุกอย่างเป็นไปตามระเบียบ เพราะเรากำลังพูดถึงกำลังที่ปล่อยออกมาจากลำโพง ไม่ใช่กระแสที่ไหลผ่านตัวลำโพงเอง

ATX SCM7 มีประสิทธิภาพต่ำ (ดังนั้นจึง "ซับซ้อน" ในแง่นี้) และมีอิมพีแดนซ์เล็กน้อยที่ 8 โอห์ม (และด้วยเหตุผลที่สำคัญกว่านี้ พวกมันคือ "เบา") อย่างไรก็ตาม ผู้ที่ชื่นชอบเสียงแบบออดิโอไฟล์จำนวนมากจะไม่แยกความแตกต่างระหว่างกรณีเหล่านี้ และสรุปว่านี่เป็นภาระที่ "หนัก" เพียงเพราะ SCM7 จะเล่นอย่างเงียบเชียบ

ในขณะเดียวกัน ลำโพงเหล่านี้จะให้เสียงที่เงียบกว่ามาก (ที่ตำแหน่งหนึ่งของตัวควบคุมระดับเสียง) มากกว่าลำโพงอื่นๆ ไม่เพียงเพราะประสิทธิภาพต่ำ แต่ยังมีอิมพีแดนซ์สูงด้วย - ลำโพงส่วนใหญ่ในตลาดเป็นแบบ 4 โอห์ม และอย่างที่เราทราบกันดีอยู่แล้วว่า ด้วยโหลด 4 โอห์ม กระแสจะไหลจากแอมพลิฟายเออร์ส่วนใหญ่มากขึ้นและจะสร้างกำลังไฟได้มากขึ้น

ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะแยกแยะระหว่างประสิทธิภาพและ อ่อนโยน อย่างไรก็ตาม การผสมพารามิเตอร์เหล่านี้ถือเป็นข้อผิดพลาดทั่วไปของทั้งผู้ผลิตและผู้ใช้ ประสิทธิภาพหมายถึงแรงดันเสียงที่ระยะ 1 ม. จากลำโพงเมื่อใช้กำลังไฟ 1 W ความไว - เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า 2,83 V. โดยไม่คำนึงถึง

อิมพีแดนซ์ของโหลด ความหมาย "แปลก" นี้มาจากไหน? 2,83 V เป็น 8 โอห์มเพียง 1 W; ดังนั้นสำหรับอิมพีแดนซ์ค่าประสิทธิภาพและความไวจะเหมือนกัน แต่ลำโพงที่ทันสมัยที่สุดคือ 4 โอห์ม (และเนื่องจากผู้ผลิตมักจะแสดงภาพเป็น 8 โอห์มอย่างไม่ถูกต้องนั่นเป็นอีกเรื่องหนึ่ง)

แรงดันไฟฟ้า 2,83V จะทำให้ส่ง 2W ซึ่งเป็นพลังงานสองเท่า ซึ่งสะท้อนให้เห็นในแรงดันเสียงที่เพิ่มขึ้น 3dB ในการวัดประสิทธิภาพของลำโพง 4 โอห์ม แรงดันไฟฟ้าจะต้องลดลงเหลือ 2V แต่… ไม่มีผู้ผลิตรายใดทำเช่นนี้ เพราะผลลัพธ์ที่ให้ไว้ในตารางไม่ว่าจะเรียกว่าอะไร จะลดลง 3 dB

เนื่องจาก SCM7 เช่นเดียวกับลำโพง 8 โอห์มอื่นๆ คือโหลดอิมพีแดนซ์ "เบา" ผู้ใช้หลายคนจึงมักตัดสิน "ความยาก" โดยสรุป เช่น ผ่านปริซึมของปริมาตรที่ได้รับในตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง ตัวควบคุม (และแรงดันไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง) เป็นโหลดที่ "ซับซ้อน"

และอาจฟังดูเงียบกว่าด้วยเหตุผลสองประการที่ต่างกันโดยสิ้นเชิง (หรือเนื่องจากการควบรวมกิจการ) ลำโพงอาจมีประสิทธิภาพน้อยกว่า แต่ใช้พลังงานน้อยลงด้วย เพื่อให้เข้าใจสถานการณ์ที่เรากำลังเผชิญอยู่ จำเป็นต้องรู้พารามิเตอร์พื้นฐาน ไม่ใช่แค่เปรียบเทียบระดับเสียงที่ได้รับจากลำโพงสองตัวที่เชื่อมต่อกับเครื่องขยายเสียงเดียวกันที่มีตำแหน่งควบคุมเดียวกัน

สิ่งที่เครื่องขยายเสียงเห็น

ผู้ใช้ SCM7 ได้ยินเสียงลำโพงที่เล่นเบา ๆ และเข้าใจโดยสัญชาตญาณว่าเครื่องขยายเสียงต้อง "เหนื่อย" ในกรณีนี้แอมพลิฟายเออร์ "เห็น" เฉพาะการตอบสนองของอิมพีแดนซ์ - ในกรณีนี้สูงและ "เบา" - และไม่เหนื่อยและไม่มีปัญหากับความจริงที่ว่าลำโพงเปลี่ยนพลังงานส่วนใหญ่ให้เป็นความร้อน , ไม่พูดพร่ำทำเพลง. นี่เป็นเรื่อง "ระหว่างลำโพงกับเรา"; เครื่องขยายเสียงไม่ "รู้" อะไรเลยเกี่ยวกับความประทับใจของเรา - ไม่ว่าจะเงียบหรือดัง

ลองนึกภาพว่าเราเชื่อมต่อตัวต้านทาน 8 โอห์มอันทรงพลังกับแอมพลิฟายเออร์ที่มีกำลังหลายวัตต์ หลายสิบ หลายร้อย ... สำหรับทุกคน นี่เป็นโหลดที่ไม่มีปัญหา ทุกคนจะให้วัตต์มากที่สุดเท่าที่จะจ่ายได้ การต่อต้านดังกล่าวโดย "ไม่รู้ว่าพลังทั้งหมดนั้นกลายเป็นความร้อนได้อย่างไร ไม่ใช่เสียง

ความแตกต่างระหว่างกำลังไฟฟ้าที่ตัวต้านทานสามารถรับได้กับกำลังที่เครื่องขยายเสียงสามารถส่งได้นั้นไม่เกี่ยวข้องกับกำลังไฟฟ้าของตัวต้านทานนั้นมากกว่าสอง สิบ หรือร้อยเท่า เขาสามารถรับได้มาก แต่เขาไม่จำเป็นต้อง

แอมป์เหล่านี้จะมีปัญหาในการ "ขับ" ตัวต้านทานนั้นหรือไม่? และการเปิดใช้งานหมายความว่าอย่างไร คุณกำลังให้พลังสูงสุดที่สามารถดึงออกมาได้หรือไม่? การควบคุมลำโพงหมายความว่าอย่างไร มันแค่เอาท์พุตกำลังสูงสุดหรือค่าที่ต่ำกว่าที่ลำโพงเริ่มให้เสียงดี? มันจะเป็นพลังอะไรเช่นนี้?

หากคุณพิจารณา "เกณฑ์" ด้านบนซึ่งลำโพงส่งเสียงเป็นเส้นตรงอยู่แล้ว (ในไดนามิก ไม่ใช่การตอบสนองความถี่) ค่าที่ต่ำมากในลำดับ 1 W จะถูกนำมาเล่น แม้กระทั่งสำหรับลำโพงที่ไม่มีประสิทธิภาพ . เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การรู้ว่าการบิดเบือนที่ไม่ใช่เชิงเส้นของตัวลำโพงเองเพิ่มขึ้น (เป็นเปอร์เซ็นต์) ด้วยกำลังที่เพิ่มขึ้นจากค่าที่ต่ำ ดังนั้นเสียงที่ "สะอาด" ที่สุดจึงปรากฏขึ้นเมื่อเราเล่นอย่างเงียบ ๆ

อย่างไรก็ตาม เมื่อพูดถึงการบรรลุถึงความดังและพลวัตที่มอบอารมณ์ทางดนตรีที่เหมาะสมแก่เรา คำถามนี้ไม่เพียงแต่จะกลายเป็นคำถามเชิงอัตวิสัยเท่านั้น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความชอบส่วนบุคคล แต่ถึงกระนั้นสำหรับผู้ฟังบางคนก็ยังคลุมเครือ

อย่างน้อยก็ขึ้นอยู่กับระยะห่างที่แยกออกจากลำโพง - ความดันเสียงจะลดลงตามสัดส่วนของระยะห่าง เราต้องการพลังที่แตกต่างกันเพื่อ "ขับ" ลำโพงที่ 1 ม. และอีกอัน (มากกว่าสิบหกเท่า) ที่ 4 ม. ตามความชอบของเรา

คำถามคือ แอมป์ตัวไหนจะ “ทำได้”? คำแนะนำที่ซับซ้อน... ทุกคนรอคำแนะนำง่ายๆ: ซื้อเครื่องขยายเสียงนี้ แต่อย่าซื้อเครื่องนี้เพราะ "คุณจะไม่ประสบความสำเร็จ"...

โดยใช้ SCM7 เป็นตัวอย่าง สรุปได้ดังนี้ ไม่จำเป็นต้องรับ 100 วัตต์เพื่อเล่นอย่างสวยงามและเงียบ พวกเขาต้องทำให้พวกเขาเล่นได้ดีและดัง อย่างไรก็ตามพวกเขาจะไม่ยอมรับมากกว่า 100 วัตต์เพราะถูก จำกัด ด้วยพลังของตัวเอง ผู้ผลิตให้ช่วงกำลังที่แนะนำของเครื่องขยายเสียง (อาจเป็นค่าปกติ ไม่ใช่กำลังที่ควรจะจ่าย "ปกติ") ภายใน 75-300 วัตต์

อย่างไรก็ตาม ดูเหมือนว่ามิดวูฟเฟอร์ขนาด 15 ซม. แม้จะเป็นระดับไฮเอนด์อย่างที่ใช้ในที่นี้ จะไม่ยอมรับ 300W... ทุกวันนี้ ผู้ผลิตมักจะให้ขีดจำกัดสูงเช่นนี้กับช่วงกำลังที่แนะนำสำหรับแอมพลิฟายเออร์ที่ให้ความร่วมมือ ซึ่งก็มีเหตุผลที่แตกต่างกันไป - ถือว่าใช้กำลังขับของลำโพงขนาดใหญ่ แต่ไม่จำเป็นนอกเหนือจากนี้... ไม่ใช่กำลังขับที่ลำโพงควรจะรองรับ

ขอแหล่งจ่ายไฟอยู่กับคุณได้ไหม?

นอกจากนี้ยังสามารถสันนิษฐานได้ว่าเครื่องขยายเสียงควรมี พลังงานสำรอง (เทียบกับระดับกำลังของลำโพง) เพื่อไม่ให้โอเวอร์โหลดในทุกสถานการณ์ (โดยมีความเสี่ยงที่จะทำให้ลำโพงเสียหาย) อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่เกี่ยวข้องกับ "ความยาก" ในการทำงานกับผู้พูด

มันไม่สมเหตุสมผลเลยที่จะแยกความแตกต่างระหว่างลำโพงที่ "ต้องการ" เฮดรูมในระดับนี้จากแอมพลิฟายเออร์กับลำโพงที่ไม่ต้องการ ดูเหมือนว่าบางคนจะรู้สึกถึงพลังงานสำรองของแอมพลิฟายเออร์โดยลำโพงลำโพงตอบสนองการสำรองนี้และแอมพลิฟายเออร์จะทำงานได้ง่ายขึ้น ... หรือว่าโหลด "หนัก" แม้กระทั่งที่เกี่ยวข้องกับกำลังขับของลำโพงต่ำ , สามารถ "เชี่ยวชาญ" ด้วยกำลังสำรองจำนวนมากหรือการระเบิดระยะสั้น...

ยังมีปัญหาที่เรียกว่า ปัจจัยการทำให้หมาด ๆขึ้นอยู่กับอิมพีแดนซ์เอาต์พุตของเครื่องขยายเสียง แต่จะเพิ่มเติมในเรื่องนั้นในฉบับต่อไป