Параллельное и последовательное соединение динамиков. Схема, описание Последовательное подключение динамиков к магнитоле

Хорошо, если у установщика есть возможность применить схему поканального усиления. Однако в большинстве случаев это считается непозволительной роскошью, и в процессе инсталляции аудиосистемы в девяти случаях из десяти возникает потребность нагрузить, к примеру, двухканальный аппарат четырьмя динамиками или четырехканальный — восемью. Собственно, страшного в этом ничего нет. Важно только держать в памяти несколько основных способов соединения громкоговорителей. Даже не несколько, а всего-то два: последовательный и параллельный. Третий — последовательно-параллельный — производная из двух перечисленных. Другими словами, если у вас имеется больше одного динамика на канал усиления и вы знаете с какими нагрузками может справиться аппарат, то выбрать одну, наиболее приемлемую схему из трех возможных не так уж и сложно.

Последовательное соединение динамиков

Понятно, что когда драйверы соединены в последовательную цепочку, возрастает сопротивление нагрузки. Также понятно, что с увеличением количества звеньев оно растет. Обычно потребность увеличения сопротивления возникает для снижения выходных показателей акустики. В частности, при установке тыловой подзвучки или динамика центрального канала, которые в основном выполняют вспомогательную роль, и значительных мощностей от усилителя им не требуется. В принципе последовательно можно соединить сколько угодно динамиков, однако их общее сопротивление не должно превышать 16 Ом: усилителей, работающих с более высокими нагрузками, немного.

На рисунке 1 показано, каким образом две динамические головки включаются в последовательную цепочку. Положительный выходной разъем канала усилителя соединяется с плюсовой клеммой динамика А, а «минус» того же драйвера — с «плюсом» динамика В. После чего минусовая клемма динамика В подключается к отрицательному выходу того же канала усиления. По той же схеме строится и второй канал.

Это два динамика. Если требуется последовательно соединить, скажем, четыре громкоговорителя, то метод аналогичный. «Минус» динамика В вместо того, чтобы подключаться к выходу усилителя, соединяется с «плюсом» С. Дальше от минусовой клеммы C бросается провод на «плюс» D, а уже от «минуса» D происходит соединение с отрицательным выходным разъемом усилителя.

Вычисление эквивалентного сопротивления нагрузке канала усиления, на который нагружена цепочка последовательно соединенных динамиков, производится простым сложением по следующей формуле: Zt = Za + Zb, где Zt — эквивалентное сопротивление нагрузке, а Za и Zb соответственносопротивление динамиков А и В. К примеру, имеется у вас четыре 12-дюймовых сабвуферных головки сопротивлением в 4 ома и один-единственный стереоусилитель 2 х 100 Вт, не терпящий низкоомных (2 Ом и меньше) нагрузок. В этом случае последовательное соединение НЧ-динамиков — единственно возможный вариант. Каждый канал усиления при этом обслуживает пару головок с общим сопротивлением 8 Ом, что легко вписывается в указанные выше 16-омные рамки. Тогда как параллельное включение динамиков (о нем позже) приведет к недопустимому (меньше 2 Ом) снижению сопротивления нагрузки обоих каналов и в результате выходу из строя усилителя.

Когда к одному каналу усиления последовательно подключается более одного динамика, это неизбежно отражается на выходной мощности. Вернемся к примеру с двумя соединенными последовательно 12-дюймовыми головками и одним 200-ваттным стереоусилителем, минимальное сопротивление нагрузки которого 4 Ом. Чтобы выяснить, сколько ватт при таких условиях сможет отдать динамикам усилитель, нужно решить еще одно несложное уравнение: Po = Pr x (Zr/Zt), где Po — подводимая мощность, Pr — измеренная мощность усилителя, Zr — сопротивление нагрузке, при котором проводились измерения реальной мощности усилителя, Zt — суммарное сопротивление динамиков, нагруженных на данный канал. В нашем случае получается: Po = 100 x (4/8). То есть 50 ватт. Динамиков у нас два, поэтому «полтинник» делится на два. В итоге каждая головка получит по 25 ватт.

Параллельное соединение динамиков

Здесь все в точности до наоборот: при параллельном соединении сопротивление нагрузке падает пропорционально количеству динамиков. Соответственно вырастает выходная мощность. Число громкоговорителей ограничено способностью усилителя работать на низких нагрузках и мощностными пределами самих динамиков, включенных параллельно. В большинстве случаев усилители вполне справляются с нагрузками в 2 ома, реже в 1 ом. Существуют аппараты, которым по зубам и 0,5 ома, но это уже действительно большая редкость. Что касается современных громкоговорителей, то здесь разброс мощностных параметров от десятков до сотен ватт.

Рисунок 2 демонстрирует, как подключить пару драйверов в параллель. Провод от плюсового выходного разъема соединяется с положительными клеммами динамиков А и В (проще всего соединить сначала выход усилителя с «плюсом» динамика А, а затем уже от него тянуть провод к динамику В). По той же схеме соединяются минусовой вывод усилителя с «минусами» обоих динамиков.

Вычисление эквивалентного сопротивления нагрузке канала усиления при параллельном соединении динамиков несколько сложнее. Формула такая: Zt = (Za x Zb) / (Za + Zb), где Zt — эквивалентное сопротивление нагрузке, a Za и Zb — сопротивление динамиков.

Теперь представим, что на низкочастотное звено в системе отводится опять-таки 2-канальный аппарат (2 х 100 Вт на нагрузку 4 Ом), но стабильно работающий при 2 омах. Включение двух 4-омных сабвуферных головок в параллель позволит значительно увеличить выходную мощность, поскольку сопротивление нагрузке канала усиления сократиться вдвое. По нашей формуле получаем: Zt = (4 х 4) / (4 + 4). В результате имеем 2 Ом, что при условии хорошего запаса по току у усилителя даст 4-кратный прирост мощности на канал: Po = 100 x (4/2). Или 200 ватт на канал вместо 50, полученных при последовательном соединении динамиков.

Последовательно-параллельное соединение динамиков

Обычно эта схема применяется для увеличения количества динамиков на борту транспортного средства с тем, чтобы добиться повышения суммарной мощности аудиосистемы при сохранении адекватного сопротивления нагрузке. То есть на один канал усиления можно задействовать сколько угодно динамиков, если их суммарное сопротивление находится в уже обозначенных нами пределах от 2 до 16 Ом.

Подключение, к примеру, 4 динамиков по этому способу производится следующим образом. Кабель от положительного выходного разъема усилителя соединяется с плюсовыми клеммами динамиков А и С. Затем «минуса» A и C подключаются к «плюсам» громкоговорителей B и D соответственно. Наконец, кабель от отрицательного выхода усилителя соединяется с минусовыми клеммами динамиков B и D.

Для вычисления суммарного сопротивления нагрузке канала усиления, который работает с четырьмя головками, соединенными по комбинаторному способу, применяется следующая формула: Zt = (Zab x Zcd) / (Zab x Zcd), где Zab — суммарное сопротивление динамиков А и В, а Zcd — суммарное сопротивление динамиков C и D (между собой они соединены последовательно, поэтому сопротивление суммируется).

Возьмем все тот же пример с 2-канальным усилителем, стабильно функционирующим при 2 омах. Только на этот раз два 4-омных сабвуфера, включенных параллельно, нас уже не устраивают, и мы хотим подключить к одному каналу усиления 4 НЧ-головки (тоже 4-омные). Для этого нам нужно знать, выдержит ли аппарат такую нагрузку. При последовательном соединении суммарное сопротивление будет равно 16 Ом, что никого не устраивает. При параллельном — 1 Ом, что уже не вписывается в параметры усилителя. Остается последовательно-параллельная схема. Простые подсчеты показывают, что в нашем случае один канал усиления будет нагружен стандартными 4 омами, раскачивая при этом сразу четыре саба. Поскольку 4 Ом — нагрузка стандартная для любого автомобильного усилителя мощности, то никаких потерь и приростов мощностных показателей в данном случае не произойдет. В нашем случае — это 100 ватт на канал, поровну поделенные на четыре 4-омных динамика.

Подводим итоги. Главное при построении подобных схем — не переусердствовать. Прежде всего в том, что касается минимальной нагрузки усилителя. Большинство современных аппаратов вполне справляются с 2-омными нагрузками. Однако это совсем не значит, что они будут работать и при 1 оме. Кроме того, на низких нагрузках снижается способность усилителя контролировать движение диффузора динамика, что чаще всего результируется в «размытом» басе.

Все три приведенных выше примера касались исключительно низкочастотного звена аудиокомплекса. С другой стороны, теоретически на одном двухканальном аппарате можно построить всю акустическую систему в автомобиле с мид-басами, среднечастотниками и твитерами. То есть с динамиками, играющими в разных областях частотного спектра. Следовательно придется задействовать пассивные кроссоверы. Здесь важно помнить, что их элементы — конденсаторы и индуктивности — должны быть согласованы с эквивалентным сопротивлением нагрузке данного канала усиления. Кроме того, фильтры сами привносят сопротивление. При этом чем дальше сигнал от полосы пропускания фильтров, тем больше сопротивление.

Автомобильные громкоговорители обычно не отличаются высокой чувствительностью, но обладают хорошими частотными характеристиками, широкой диаграммой направленности и сбалансированным звучанием. Обычно широкополосные или коаксиальные громкоговорители размещают в дверях или кикпанелях, низкочастотные или средне-низкочастотные - сзади, а высокочастотные (учитывая их направленность) - на передней панели, но, конечно же, это не догма - все зависит от конкретной машины, а также мастерства и фантазии установщика. Лучше отказаться от установки высокочастотных излучателей за спиной слушателей, потому что это может привести к потере звуковой перспективы. Отдельные низкочастотные громкоговорители можно устанавливать в любых удобных местах, поскольку направленность излучения на низких частотах практически отсутствует. Стереоэффект, как известно, не проявляется на частотах ниже 300 Гц. То же самое относится к установке сабвуфера. Его можно устанавливать под сиденьем или в багажнике.

Наиболее серьезные фирмы, производящие громкоговорители, в большинстве случаев дают рекомендации по размещению и монтажу динамиков в салоне автомобиля в зависимости от его типа. В ряде случаев акустические системы разрабатываются для конкретных моделей автомобилей таким образом, чтобы отвечать требованиям высококачественного воспроизведения звука.

Что такое «подзвучка» («rear fill») и как эффективно ее использовать?

Подзвучка сзади вносит глубину и объем в звучание музыки. В правильно спроектированной двухканальной (стереофонической) системе подзвучку можно получить из исходного сигнала, исключив высокочастотные излучатели («пищалки») в задних динамиках. Все, что уловил в процессе записи стереофонический микрофон, создает панораму или объем. Поскольку записи стереофонические, остается только воспроизвести их. У многих привлекательных тачек IASCA нет «пищалок» в задних динамиках. Правда, большинство из них подверглись доработке. Однако при добавлении высокочастотных излучателей сзади необходимо, чтобы к задним динамикам подводилась меньшая мощность, чем к передним. В противном случае произойдет потеря приоритета фронтальной перспективы, а это совсем не то, что хотелось (на концерте Вы не садитесь спиной к сцене?) Подходящий уровень громкости подзвучки - когда вы только начинаете ее уверенно различать, сидя на переднем сидении. Акустика из раздельных компонентов не годится для этих целей и может свести на нет все усилия, поэтому лучше использовать пару коаксиальных динамиков.

Как правильно отрегулировать чувствительность усилителя?

Лучше всего делать это при помощи тестовых сигналов и осциллографа, но поскольку большинству автолюбителей это недоступно, воспользуйтесь упрощенной методикой.

Отключите все входные сигналы от усилителя.
Установите регуляторы чувствительности на минимум.
Включите любимую музыку и установите громкость звучания источника сигнала приблизительно 90%, регуляторы тембра - в среднее положение. Максимальную громкость устанавливать не стоит - могут появиться искажения.
Подайте сигнал на вход одного канала усилителя.
Поворачивайте регулятор чувствительности этого канала до тех пор, пока не появятся искажения сигнала.
Слегка поверните регулятор в обратную сторону.
Отключите сигнал от данного входа.
Повторите шаги 4-7 для каждого входа.
Выключите источник сигнала.
Подключите все входы усилителя - и все готово!

Если у Вас случайно завалялся осциллограф (а может, еще и диск с тестовым сигналом), можно проделать все вышеописанное с той только разницей, что регуляторы надо установить в таком положении, когда Вы заметите на экране ограничение (клиппирование) выходного сигнала усилителя.

Если Вы используете несколько динамиков, подключенных одновременно к одному выходу усилителя, регулировку нужно выполнять именно для группы динамиков, поскольку они взаимодействуют с усилителем как одно целое.

Как правильно выбрать частоту среза и крутизну АЧХ разделительного фильтра (кроссовера) и настроить его?

Прежде всего, это потребует определенного терпения. Сабвуфер включается в работу на частотах ниже примерно 100 герц, доводя звучание до желаемого. Запомните, что повышение частоты раздела увеличивает подводимую мощность, но чрезмерное ее повышение может привести к хриплому или ненатуральному звучанию. Вывод такой - выбрать частоту среза так, чтобы динамики работали без перегрузки, а затем произвести точную подстройку фильтра для получения натурального звучания. После этого можно получить такой звук, какой Вам нравится, но помните, что даже малейшие изменения частоты среза могут привести к ощутимым изменениям в звучании и общем впечатлении от Вашей системы.

Например, сабвуфер работает на частотах не более 120 Гц, средне-низкочастотный динамик диаметром 6,5" (17 см) удовлетворительно воспроизводит частоты выше 90 Гц, 5,25" (13 см) - выше 100 Гц, среднечастотный динамик диаметром 4" (10 см) эффективен на частотах выше 500 Гц. Для высокочастотных динамиков частота среза фильтров выбирается в диапазоне 3500-5000 Гц. Предполагается, что используются фильтры второго порядка с крутизной спадающего участка АЧХ 12 dB/октава. В случае большей крутизны низкочастотного фильтра частоту среза можно выбрать другой. Учтите, что здесь нет прямых и четких рекомендаций (кроме приглашения к эксперименту), так что не сожгите динамики при регулировке!

Как сгладить амплитудно-частотную характеристику системы?

Прежде всего, для этого необходим хороший эквалайзер - 15-полосный (2/3 октавный) или 30-полосный (третьоктавный) или квазипараметрический эквалайзер (например, PAR 224 фирмы PPI), который позволит выбрать центральную частоту и ширину полосы регулирования (добротность) для каждого регулятора. Это позволит произвести регулировку в определенных частотных полосах. Кроме того, потребуется на некоторое время анализатор спектра (RTA - Real Time Analyzer) - самый дорогой компонент из имеющегося обычно в хорошем магазине оборудования. Настройка производится регуляторами эквалайзера таким образом, чтобы в полосе воспроизводимых частот измеренная анализатором спектра АЧХ была максимально плоской. Эту регулировку могут сделать и в магазине, но, к несчастью, в большинстве магазинов это не делают бесплатно, поскольку правильная настройка может занять от получаса до многих часов.

По другому способу предлагается приобрести измеритель звукового давления (SPL meter - в Radio Shack от $32 до $60) и тестовый диск (например, Autosound 2000 - $25), на котором записаны дискретные частоты с шагом 1/3 октавы. Воспроизводя эти частоты и измеряя звуковое давление, строим АЧХ системы. Анализируя ее, находим участки, требующие частотной коррекции. Этот способ потребует намного больше времени, чем при использовании анализатора спектра (тот анализирует все частоты спектра одновременно), но окажется намного дешевле при самостоятельном выполнении. Измеритель звукового давления в крайнем случае можно заменить высококачественным микрофоном с известной АЧХ и милливольтметром. Качество настройки не пострадает, но придется учитывать и АЧХ микрофона.

И напоследок: не доверяйтесь полностью приборам. После инструментальной настройки проверьте звучание системы или, лучше, воспользуйтесь услугами эксперта.

Как подключить динамики последовательно и параллельно?

При последовательном соединении два или более динамиков соединяются таким образом, что «плюсовой» вывод первого динамика соединяется с «плюсовой» выходной клеммой усилителя, а «минусовой» вывод - с «плюсовым» выводом второго динамика и т.д. «Минусовой» вывод последнего динамика в цепочке соединяется с «минусовой» выходной клеммой усилителя.

При параллельном соединении «плюсовые» выводы всех динамиков соединяются с «плюсовой» выходной клеммой усилителя, а «минусовые» выводы - с «минусовой».

Убедитесь, что при выбранной схеме соединения динамиков не превышается нагрузочная способность усилителя. Для вычисления эффективного сопротивления группы динамиков используйте следующие формулы:

Последовательное соединение:

R(t) = R(1) + R(2) + R(3) + ... + R(n)

Сопротивления всех динамиков складываются. Например, общее сопротивление группы из 3 последовательно соединенных динамиков сопротивлением по 4 Ома будет 4 + 4 + 4 = 12 Ом.

Параллельное соединение:

1/R(t) = 1/R(1) + 1/R(2) + 1/R(3) + ... + 1/R(n)

Проводимости всех динамиков складываются. Например, общее сопротивление группы из 3 параллельно соединенных динамиков сопротивлением по 4 Ома будет 1 / (1/4 + 1/4 + 1/4) = 1 / (3/4) = 1.33 Ом.

Есть ли заменители Dynamat"а? Он так дорог!

«Дайнамат» - торговая марка звукопоглощающих покрытий, предназначенных для снижения объемного шума. «Dynamat», «Stinger RoadKill» и другие подобные материалы имеют сходную цену, поэтому предлагаем нетрадиционное решение.

Существует материал «Ice Guard», предназначенный для уплотнения крыш. Он похож на «Динамат» по толщине и плотности, самоклеющийся и должен работать хорошо. К несчастью, он продается только большими рулонами и обходится по $0.5 за метр, так что придется или объединяться в компанию для покупки общего рулона или искать обрезки.

Сколько устройств можно подключить к проводу управления автоматической антенной?

Обычно в инструкциях указывается, что этот провод предназначен для управления автоматической антенной, но его можно использовать для автоматического включения и других устройств. Большинство аппаратов могут выдать по этому проводу не слишком большой ток (обычно не более 250-300 мА), что и накладывает ограничение на количество питаемых по этому проводу компонентов. Обычно удается без проблем подключить не более двух устройств. В случае большего потребляемого тока придется использовать реле.

Как подключить реле к системе?

Существует два типа 12-вольтовых автомобильных реле: с переключающим контактом (пятиштырьковые) и с замыкающим контактом (четырехштырьковые). В зависимости от задачи можно использовать оба типа. Убедитесь, что реле надежно срабатывает от напряжения 12 вольт.

Контакты 85 и 86 соединены с обмоткой реле. Контакты 30 и 87 нормально разомкнуты, контакты 30 и 87а нормально замкнуты. Отличие в том, что у реле с замыкающим контактом отсутствует контакт 87а. Для дистанционного включения устройств соедините все следующим образом: 30 +12 вольт 87 вход питания усилителя 87а не используется 85 масса 86 выход управления антенной

Как самостоятельно сконструировать пассивные разделительные фильтры?

Высокочастотный фильтр первого порядка - это конденсатор, включаемый последовательно с динамиком. Низкочастотный фильтр первого порядка - это индуктивность, включенная последовательно с динамиком. При изменении включения они меняются ролями: конденсатор, включенный параллельно динамику - низкочастотный фильтр, индуктивность, включенная параллельно динамику - высокочастотный фильтр. Однако в фильтрах первого порядка такое включение не применяется, поскольку в таком случае произойдет короткое замыкание по переменному току на частотах выше или ниже частоты среза соответственно.

Комбинация из последовательной индуктивности и параллельного конденсатора образует низкочастотный фильтр второго порядка, соответственно, последовательная емкость и параллельная индуктивность - высокочастотный фильтр второго порядка.

Для вычисления номиналов конденсаторов и индуктивностей фильтра первого порядка необходимо знать номинальное полное электрическое сопротивление (импеданс) динамика (R, Ом) и частоту раздела (F, Гц). Необходимая емкость C=1/(2*PI*F*Z) (Ф), индуктивность L=Z/(2*PI*F) (Гн). Вычисленные значения округляются до ближайших стандартных номиналов. Например, для динамика сопротивлением 4 Ом и частоты раздела 200 Гц емкость равна 200 мкФ, индуктивность 3,2 мГн.

Для фильтра второго порядка необходимо прежде всего выбрать тип фильтра. Для фильтра Линквитца-Рили (Linkwitz-Riley) частоты раздела НЧ и ВЧ фильтров, на которых затухание составляет 3dB, совпадают и результирующая АЧХ сопряженных НЧ и ВЧ звеньев акустической системы будет гладкой. Для фильтров Баттерворта и Бесселя на частоте раздела имеется пик, несколько меньший в случае использования фильтра Бесселя. Для фильтра второго порядка емкости и индуктивности вычисляются по тем же формулам, что и для фильтра первого порядка и затем корректируются: для фильтра Линквитца-Рили C"=C/2, L"=L*2 ; для фильтра Баттерворта C"=C/sqr(2), L"=L*sqr(2); для фильтра Бесселя C"=C/sqr(3), L"=L*sqr(3) (sqr - квадратный корень).

Учтите, что вносимый фильтром фазовый сдвиг увеличивается на 90 градусов с каждым порядком. Фильтр второго порядка поворачивает фазу сигнала на 180 градусов и это можно учесть простой переменой полярности подключения динамика. Для фильтров других порядков необходимо поэкспериментировать с полярностью подключения динамиков для достижения наибольшей выразительности звучания.

Обратим внимание также на тот факт, что при проектировании пассивных разделительных фильтров в расчетах используется импеданс головок, величина которого не постоянна и зависит от частоты. Таким образом, работа фильтра будет отличаться от расчетной. Чтобы обойти эту проблему, используется стабилизирующая цепь, известная также как схема Цобеля (Zobel). Она представляет собой последовательную RC-цепочку, подключенную параллельно динамику. Номиналы элементов R1=Re*1.25 ; C1=Lces/Re^2.

Конечно, можно обойтись и без этой цепи, если знать импеданс динамика в зоне работы фильтра и соответствующим образом учесть его в расчетах. Но она совершенно необходима при использовании готовых кроссоверов.

Как самостоятельно изготовить пассивные разделительные фильтры?

Конденсаторы должны быть биполярными с рабочим напряжением не ниже, чем пиковое напряжение сигнала при максимальной выходной мощности. К примеру, пиковое напряжение усилителя мощностью 100 Вт на нагрузке 4 Ом составляет 20 В. Простоты ради можно использовать конденсаторы с рабочим напряжением 50 вольт. Биполярный конденсатор можно в крайнем случае заменить двумя полярными вдвое большей емкости, включенными встречно-последовательно (+ к +), однако такая замена может привести к ухудшению звучания.

Для уменьшения потерь катушки индуктивности должны иметь низкое активное сопротивление - не более 0,1-0,2 Ом. С той же целью их наматывают без магнитопровода на пластмассовых каркасах или применяют бескаркасную намотку. В этом случае витки катушки фиксируют клеем или компаундом.

Оптимальная конструкция получается, если внутренний диаметр обмотки вдвое больше высоты катушки, а наружный диаметр вдвое больше внутреннего.
При расчете задаемся индуктивностью катушки L(мкГн) и активным сопротивлением R (Ом).

где (sqr - квадратный корень).

Диаметр провода округляем до ближайшего стандартного. Окончательно индуктивность следует подогнать путем отматывания витков.

Можно ли разделить единственный выход источника на усилитель, чтобы подавать сигнал на 2 усилителя с помощью Y-образных кабелей?

Безусловно. Когда две нагрузки подключены параллельно к одному источнику сигнала, напряжение на них будет одинаковым, но несколько меньше, чем при подключении одной нагрузки. Это происходит из-за падения напряжения на выходном сопротивлении источника (обычно порядка 600 Ом). Поскольку входное сопротивление нагрузки (усилителя) обычно не менее 10кОм, эти потери будут незначительными. Конкретные значения входных и выходных сопротивлений можно уточнить в документации на аппаратуру. Следует избегать подключения нагрузки с низким входным сопротивлением к источнику с высоким выходным сопротивлением.

Хорошо, если у установщика есть возможность применить схему поканального усиления. Однако в большинстве случаев это считается непозволительной роскошью, и в процессе инсталляции аудиосистемы в девяти случаях из десяти возникает потребность нагрузить, к примеру, двухканальный аппарат четырьмя динамиками или четырехканальный - восемью. Собственно, страшного в этом ничего нет. Важно только держать в памяти несколько основных способов соединения громкоговорителей. Даже не несколько, а всего-то два: последовательный и параллельный. Третий - последовательно-параллельный - производная из двух перечисленных. Другими словами, если у вас имеется больше одного динамика на канал усиления и вы знаете с какими нагрузками может справиться аппарат, то выбрать одну, наиболее приемлемую схему из трех возможных не так уж и сложно.

Последовательное соединение динамиков

На рисунке 1 показано, каким образом две динамические головки включаются в последовательную цепочку. Положительный выходной разъем канала усилителя соединяется с плюсовой клеммой динамика А, а «минус» того же драйвера - с «плюсом» динамика В. После чего минусовая клемма динамика В подключается к отрицательному выходу того же канала усиления. По той же схеме строится и второй канал.

Вычисление эквивалентного сопротивления нагрузке канала усиления, на который нагружена цепочка последовательно соединенных динамиков, производится простым сложением по следующей формуле: Zt = Za + Zb, где Zt - эквивалентное сопротивление нагрузке, а Za и Zb соответственносопротивление динамиков А и В. К примеру, имеется у вас четыре 12-дюймовых сабвуферных головки сопротивлением в 4 ома и один-единственный стереоусилитель 2 х 100 Вт, не терпящий низкоомных (2 Ом и меньше) нагрузок. В этом случае последовательное соединение НЧ-динамиков - единственно возможный вариант. Каждый канал усиления при этом обслуживает пару головок с общим сопротивлением 8 Ом, что легко вписывается в указанные выше 16-омные рамки. Тогда как параллельное включение динамиков (о нем позже) приведет к недопустимому (меньше 2 Ом) снижению сопротивления нагрузки обоих каналов и в результате выходу из строя усилителя.

Когда к одному каналу усиления последовательно подключается более одного динамика, это неизбежно отражается на выходной мощности. Вернемся к примеру с двумя соединенными последовательно 12-дюймовыми головками и одним 200-ваттным стереоусилителем, минимальное сопротивление нагрузки которого 4 Ом. Чтобы выяснить, сколько ватт при таких условиях сможет отдать динамикам усилитель, нужно решить еще одно несложное уравнение: Po = Pr x (Zr/Zt), где Po - подводимая мощность, Pr - измеренная мощность усилителя, Zr - сопротивление нагрузке, при котором проводились измерения реальной мощности усилителя, Zt - суммарное сопротивление динамиков, нагруженных на данный канал. В нашем случае получается: Po = 100 x (4/8). То есть 50 ватт. Динамиков у нас два, поэтому «полтинник» делится на два. В итоге каждая головка получит по 25 ватт.

Параллельное соединение динамиков

Вычисление эквивалентного сопротивления нагрузке канала усиления при параллельном соединении динамиков несколько сложнее. Формула такая: Zt = (Za x Zb) / (Za + Zb), где Zt - эквивалентное сопротивление нагрузке, a Za и Zb - сопротивление динамиков.

Теперь представим, что на низкочастотное звено в системе отводится опять-таки 2-канальный аппарат (2 х 100 Вт на нагрузку 4 Ом), но стабильно работающий при 2 омах. Включение двух 4-омных сабвуферных головок в параллель позволит значительно увеличить выходную мощность, поскольку сопротивление нагрузке канала усиления сократиться вдвое. По нашей формуле получаем: Zt = (4 * 4) / (4 + 4). В результате имеем 2 Ом, что при условии хорошего запаса по току у усилителя даст 4-кратный прирост мощности на канал: Po = 100 x (4/2). Или 200 ватт на канал вместо 50, полученных при последовательном соединении динамиков.

Последовательно-параллельное соединение динамиков

Для вычисления суммарного сопротивления нагрузке канала усиления, который работает с четырьмя головками, соединенными по комбинаторному способу, применяется следующая формула: Zt = (Zab x Zcd) / (Zab x Zcd), где Zab - суммарное сопротивление динамиков А и В, а Zcd - суммарное сопротивление динамиков C и D (между собой они соединены последовательно, поэтому сопротивление суммируется).

Возьмем все тот же пример с 2-канальным усилителем, стабильно функционирующим при 2 омах. Только на этот раз два 4-омных сабвуфера, включенных параллельно, нас уже не устраивают, и мы хотим подключить к одному каналу усиления 4 НЧ-головки (тоже 4-омные). Для этого нам нужно знать, выдержит ли аппарат такую нагрузку. При последовательном соединении суммарное сопротивление будет равно 16 Ом, что никого не устраивает. При параллельном - 1 Ом, что уже не вписывается в параметры усилителя. Остается последовательно-параллельная схема. Простые подсчеты показывают, что в нашем случае один канал усиления будет нагружен стандартными 4 омами, раскачивая при этом сразу четыре саба. Поскольку 4 Ом - нагрузка стандартная для любого автомобильного усилителя мощности, то никаких потерь и приростов мощностных показателей в данном случае не произойдет. В нашем случае - это 100 ватт на канал, поровну поделенные на четыре 4-омных динамика.

Подводим итоги. Главное при построении подобных схем - не переусердствовать. Прежде всего в том, что касается минимальной нагрузки усилителя. Большинство современных аппаратов вполне справляются с 2-омными нагрузками. Однако это совсем не значит, что они будут работать и при 1 оме. Кроме того, на низких нагрузках снижается способность усилителя контролировать движение диффузора динамика, что чаще всего результируется в «размытом» басе.

Все три приведенных выше примера касались исключительно низкочастотного звена аудиокомплекса. С другой стороны, теоретически на одном двухканальном аппарате можно построить всю акустическую систему в автомобиле с мид-басами, среднечастотниками и твитерами. То есть с динамиками, играющими в разных областях частотного спектра. Следовательно придется задействовать пассивные кроссоверы. Здесь важно помнить, что их элементы - конденсаторы и индуктивности - должны быть согласованы с эквивалентным сопротивлением нагрузке данного канала усиления. Кроме того, фильтры сами привносят сопротивление. При этом чем дальше сигнал от полосы пропускания фильтров, тем больше сопротивление.

Фазировка

Уже указывалось, что если совместно работают несколько головок громкоговорителей, то они обязательно должны быть сфазированы, т.е. так соединены между собой, чтобы излучать звук в одинаковой фазе. Это относится и к ГГ работающих в разных полосах частот, особенно при низкой частоте раздела, так как на частоте раздела одновременно работают головки обеих смежных полос. Фазировка осуществляется визуально или «на ощупь» пальцем с помощью батареи напряжением 1,5-4,5 В, которую несколько раз прикладывают к выводам звуковой катушки ГГ. Переключая полярность батареи, добиваются того, чтобы все диффузоры при включении (или отключении) батареи двигались в одну сторону. Затем, отметив полярность включения выводов звуковых катушек, соответственно присоединяют их: одноименными полюсами при параллельном соединении и разноименными - при последовательном.

Более удобно, особенно при малых высокочастотных головках, осуществлять фазировку с помощью миллиамперметра постоянного тока (шкала 5-10 ма). Подключив его к звуковой катушке, слегка и плавно нажимают пальцами на диффузор и замечают, в какую сторону отклонится стрелка миллиамперметра. Переключая концы звуковой катушки, добиваются отклонения стрелки в одну сторону и отмечают полярность на контактах ГГ в соответствии с полярностью миллиамперметра. Указанная Фазировка должна сохраняться и между группами ГГ, работающих в разных полосах и соединенными через разделительные емкости или фильтры.

Правильность фазировки можно проверять и на слух, пробуя переключать концы звуковой катушки одной из ГГ во время прослушивания какой-либо передачи. При неправильном включении громкость на низших частотах заметно уменьшается. Такой способ пригоден только при сдваивании громкоговорителей. При большем их количестве фазировка на слух становится трудной и их нужно разбить на пары. Проверять на слух фазировку следует так, чтобы переключение концов осуществлялось очень быстро. Это дает возможность сравнивать звучание практически без звуковой памяти. При изменении фазировки ГГ, работающих в разных полосах при высокой частоте раздела, часто не наблюдается различия в характере звучания, а иногда даже лучшее звучание бывает при противофазном включении. Поэтому следует оставить такое включение, которое большинству слушателей при многократном прослушивании покажется наилучшим.

Согласно действующих отечественных стандартов ГГ должны иметь обозначение полярности; это значительно упрощает дальнейшие работы по их правильному соединению.

Сложение звуковых уровней двух громкоговорителей

Иногда с целью повышения уровня звучания в помещении к уже имеющемуся громкоговорителю добавляют ещё один. Особенности изменения общего звукового уровня в помещении при таком добавлении следующие: если добавляется второй громкоговоритель с одинаковой интенсивностью звука, то увеличение общего звукового уровня в помещении будет равно 3 дб, т.е. не имеет смысла добавлять второй громкоговоритель с интенсивностью звука меньше первого на 3 дб.

Гораздо чаще применяют дополнительный однотипный громкоговоритель, помещаемый рядом с основным в общем оформлении с целью улучшения частотной характеристики звукового давления и повышения отдачи на низших частотах. Включение двух громкоговорителей выравнивает общую частотную характеристику системы. Происходит это потому, что в разных экземплярах громкоговорителей, даже одного и того же типа, частотные характеристики неодинаковы. Подъемы (пики) и провалы чувствительности оказываются несколько сдвинутыми по частоте и потому частично взаимно компенсируются. Повышение отдачи происходит потому, что благодаря взаимному влиянию рядом расположенных и синфазно работающих громкоговорителей увеличивается сопротивление излучения каждого громкоговорителя в области низших и части средних частот. На самых низких частотах благодаря этому эффекту отдача двух громкоговорителей почти удваивается: две головки (с вдвое возросшим сопротивлением излучения каждая) в 4 раза увеличивают звуковое давление, в то время как потребляемая от усилителя мощность становится немного больше удвоенной.

Синфазное включение головок может быть достигнуто последовательным или параллельным соединением их звуковых катушек. На электрическое демпфирование способ соединения не оказывает большого влияния. Не оказывает он влияния и на частотную характеристику, если усилитель имеет низкое выходное (внутреннее) сопротивление, обусловленное отрицательной обратной связью. В таких случаях вопрос о параллельном или последовательном соединении звуковых катушек головок должен решаться из соображений удобства согласования с усилителем и разделительными фильтрами.

Однако могут встретиться случаи, когда выходное сопротивление усилителя недостаточно мало (это может быть в переносной и малогабаритной аппаратуре). Тогда способ соединения головок может оказать некоторое влияние на частотную характеристику громкоговорителя в области основного резонанса. Дело в том, что если головки имеют различные частоты основного резонанса, отличающиеся на 20-30 гц, то при параллельном соединении благодаря взаимной связи цепей обе резонансные частоты сольются в одну. При последовательном соединении этого не происходит и разнесение резонансных частот способствует расширению области низших частот с подъемом отдачи.

Измерение выходного сопротивления усилителя низкой частоты

Как уже отмечалось выше, знание выходного сопротивления усилителя важно для оценки условий демпфирования громкоговорителя, поэтому рассмотрим как, в случае необходимости, его можно измерить практически. Для определения выходного сопротивления на вход усилителя подается небольшой (10-20% номинального) синусоидальный сигнал какой-либо частоты от звукового генератора, измерительной звукозаписи или от осветительной сети через понижающий трансформатор и измеряют выходное напряжение усилителя при отключенной нагрузке (громкоговорителе). Затем нагружают усилитель известным резистором, близким по сопротивлению к номинальной нагрузке, и измеряют напряжение на нем. После этого выходное (внутреннее) сопротивление усилителя подсчитывают по формуле

Rвых = Rн. (Uxx – Uн) / Uн , где

Uxx - выходное напряжение усилителя без нагрузки;

Uн – выходное напряжение усилителя на нагрузке Rн.

Выходное сопротивление хорошего усилителя не должно быть больше чем 0,1 Rн.

Распределенная система громкоговорителей

Как уже отмечалось выше, акустические свойства помещения сильно влияют на качество звуковоспроизведения. Если помещения, в которых воспроизводится звук, обладают плохой акустикой (большие и гулкие или низкие, вытянутой формы), то следует применять распределенную систему громкоговорителей, что позволяет осуществлять успешную звукофикацию таких акустически плохих помещений. Рассредоточенное размещение одинаковых громкоговорителей по озвучиваемой площади при такой системе обеспечивает хорошую равномерность звукового поля и отсутствие ощущения локализованного положения источника звука, что создает впечатление звучания всего объема (пространства). Эта система может применяться и для озвучивания открытого пространства. При распределенной системе громкоговорители обычно размещаются в виде линейной цепочки, шаг которой равен 0,5-1 высоте подвеса громкоговорителей в закрытом помещении и 5-8 высотам подвеса на открытом пространстве. В последнем случае громкоговорители должны иметь малую направленность излучения в горизонтальной плоскости. Хорошая равномерность звукового поля при распределенной системе затрудняет возникновение акустической обратной связи при звукоусилении.