Razumevanje specifikacij – frekvenčni odziv avtomobilskega avdio ojačevalnika
Kot naslednja tema v naši seriji, ki razlaga specifikacije ojačevalnika, si bomo ogledali informacije o frekvenčnem odzivu, ki jih zagotavljajo proizvajalci, in pojasnili, kako za razlago teh informacij. V najenostavnejših izjavah vam bo specifikacija frekvenčnega odziva povedala o nizko- in visokofrekvenčnih mejah ojačevalnika glede na njegovo zasnovo. Kot pri vseh specifikacijah, ki smo si jih ogledali, so navedene informacije enako zgovorne kot informacije, ki morda manjkajo na strani s specifikacijami. Poglobimo se in si oglejmo.
Razumevanje specifikacij frekvenčnega odziva ojačevalnika
Oglejmo si dober ojačevalnik s specifikacijo od 4 Hz do 50 kHz. V tem posebnem primeru ni podana toleranca, zato ne vemo, ali te meje nizke in visoke frekvence predstavljajo toleranco 1 dB ali 3 dB. Prižgimo ojačevalnik in poglejmo, kaj lahko ugotovimo.
Povezan z našim digitalnim vmesnikom in banko bremenskih uporov, kaže ojačevalnik frekvenčni odziv -1 dB 8,21 Hz na spodnjem koncu in 48,7 kHz na vrhu. Ob upoštevanju tolerance 3 dB je meritev 4,36 Hz na dnu in nad mejo meritev 96 kHz moje opreme na vrhu.
Skratka, te informacije nam povedo, da ta ojačevalnik ne bo dramatično vplival na odziv vašega zvočnega sistema kjer koli v zvočnem spektru in daleč zunaj.
Zvočniki niso upori
Na frekvenčni odziv ojačevalnika vpliva več dejavnikov. Poleg razprave o zasnovi vezja in komponentah, ki se uporabljajo za ojačevalnik, se večina zaveda, da lahko sistem zvočnikov, na katerega priključite ojačevalnik, vpliva na njegovo delovanje. V laboratoriju uporabljamo uporovne obremenitve. V resničnem svetu zvočniki dodajo raven induktivne reaktanse, ki nasprotuje toku izmeničnega toka in vpliva na frekvenčni odziv. Ko dodate pasivno križno omrežje, obremenitev zdaj vključuje kapacitivno reaktanco. Navsezadnje se tudi v preprostem dvosmernem pasivnem kretniškem omrežju obremenitev, ki jo vidi ojačevalnik, zelo razlikuje glede na frekvenco.
Stopil sem v stik z Johnom Atkinsonom, urednikom revije Stereophile, in prosil za dovoljenje, da ponovno ustvarim njegovo mrežo simulacije reaktivnih zvočnikov. Njegova uporaba reaktivne obremenitve za preskušanje odziva ojačevalnika je bila rezultat dokumenta Erica Benjamina, ki ga je izdal Audio Engineering Society, z naslovom »Audio Power Amplifiers for Loudspeaker Loads«. Atkinson se je o pasivnem omrežju posvetoval s Kenom Kantorjem iz NHT in International Jensena, rezultat pa je bila različica omrežja, ki jo vidite spodaj.
Namen tega omrežja je predstaviti različne impedance ojačevalniku pri različnih frekvencah, da se oceni njegovo delovanje. Omrežje posnema tisto, kar bi videl ojačevalnik, ko napaja dvosmerni zvočnik za knjižno polico v zaprtem ohišju z nominalno impedanco 8 ohmov. To mrežo sem ustvaril s pomočjo Franka Fabiana iz The Speaker Shop v Torontu. Njegova trgovina ima na zalogi impresivno zalogo kondenzatorjev, uporov in induktorjev. Če imate domači zvočnik, ki ga je treba popraviti ali obnoviti, je on pravi mož za pogovor!
Odziv ojačevalnika na reaktivne obremenitve
Naslednji korak je bil ponoviti merjenje frekvenčnega odziva našega referenčnega ojačevalnika z uporabo 4-ohmske obremenitve, 2-ohmske obremenitve in naše reaktivne obremenitve, da pokažemo, kakšen vpliv ima na odziv.
Kot lahko vidite, obstaja majhna sprememba v visokofrekvenčnem odzivu tega ojačevalnika, odvisno od impedance bremena. Ojačevalnik vključuje nekaj filtrskih dušilk na izhodih kot del zasnove napajalnika s spremenljivo napetostjo. Razlika med 4-ohmsko in reaktivno sledjo je 0,85 dB pri 20 kHz.
Kaj pa poceni ojačevalniki?
Naš referenčni ojačevalnik je prav to – visokokakovosten ojačevalnik, ki zveni neverjetno. Torej, kaj se zgodi, ko te iste teste izvedete na poceni ojačevalniku? Poglejmo in poglejmo!
Naš poceni ojačevalnik se pošteno spopade z uporovnimi obremenitvami, saj se zmanjša za 1 dB okoli 16 kHz na vrhu in pod 10 Hz na dnu. Rdeča sled kaže, da obstaja nekaj poudarka med 2 in 3 kHz, ki ga povzročajo induktivne značilnosti mreže pasivnega filtra. Ali bi bil ta poudarek slišen? To bi bilo odvisno od vaše stopnje obsedenosti. Pri prilagajanju EQ lahko slišite razliko nekaj desetink dB.
Kaj pa naši prijatelji ojačevalniki razreda D?
Kot smo omenili, so majhni filtri na izhodu našega dobrega ojačevalnika povzročili merljivo spremembo frekvenčnega odziva med različnimi obremenitvami. Kaj se zgodi, ko merimo ojačevalnik razreda D, ki na izhodih uporablja velike filtre?
Here we can see that there is a half-dB bump around 3 kHz and more than 2 dB of additional output at 20 kHz as compared to the 1 kHz reference level. Compared to a purely resistive load, the bump at 20 kHz is 3.5 dB more than a 4-ohm resistive load and about 7 dB louder than 2 ohms. If you’ve ever wondered why Class-D amplifiers sound different than a high-quality Class-AB, this is one of the reasons.
Working with Frequency Response Specifications
For most applications, you can ignore the frequency response measurements of the amplifiers you choose. The majority will be adequately flat from 20 Hz to 20 kHz. If you plan on driving a low-impedance load (low-impedance drivers or many drivers wired in parallel), the added impedance will dramatically reduce the high-frequency performance of a Class-D amp.
If you are planning on building an audio system that is truly high-resolution audio-ready, and capable of playing audio signals beyond 20 kHz, you are going to need to do some homework. Odds are, you’ll want a Class-AB amp for the tweeters, at the very least.
Finally, designing an audio system that uses active filtering will help reduce the variations in impedance caused by passive crossovers.
If you need help choosing an amplifier for your car audio system, drop into your local specialist mobile electronics retailer and talk to one of their product specialists.
Please check out other articles in our series on Understanding Specifications.