Понимание технических характеристик – частотная характеристика усилителя автомобильной аудиосистемы

В качестве следующей темы в нашей серии объяснений характеристик усилителя мы рассмотрим информацию о частотных характеристиках, которую предоставляют производители, и объясним, как интерпретировать эту информацию. Проще говоря, частотная характеристика расскажет вам о низкочастотных и высокочастотных ограничениях усилителя в зависимости от его конструкции. Как и во всех рассмотренных нами спецификациях, предоставленная информация так же информативна, как и информация, которая может отсутствовать на странице спецификации. Давайте углубимся и посмотрим.

Понимание характеристик частотной характеристики усилителя

Давайте посмотрим на хороший усилитель со спецификацией от 4 Гц до 50 кГц. В этом конкретном примере допуск не предусмотрен, поэтому мы не знаем, представляют ли эти пределы низких и высоких частот допуск 1 дБ или 3 дБ. Давайте включим усилитель и посмотрим, что мы сможем узнать.

Подключенный к нашему цифровому интерфейсу и блоку нагрузочных резисторов, усилитель показывает частотную характеристику -1 дБ:8,21 Гц на нижнем конце и 48,7 кГц на верхнем. С учетом допуска в 3 дБ измерение составляет 4,36 Гц внизу и выше предела измерения 96 кГц моего оборудования вверху.

Короче говоря, эта информация говорит нам о том, что этот усилитель не окажет существенного влияния на отклик вашей аудиосистемы в любом месте слышимого спектра и далеко за его пределами.

Динамики — это не резисторы

Несколько факторов определяют частотную характеристику усилителя. Помимо обсуждения схемотехники и компонентов, используемых для усилителя, большинство людей понимают, что акустическая система, к которой вы подключаете свой усилитель, может влиять на его характеристики. В лаборатории мы используем резистивные нагрузки. В реальном мире динамики добавляют уровень индуктивного сопротивления, которое противодействует протеканию переменного тока и влияет на частотную характеристику. Когда вы добавляете пассивную кроссоверную сеть, нагрузка теперь включает емкостное реактивное сопротивление. В конечном счете, даже в простом двухполосном пассивном кроссовере нагрузка на усилитель сильно зависит от частоты.

Я связался с Джоном Аткинсоном, редактором журнала Stereophile, и попросил разрешения воссоздать его сеть моделирования реактивных динамиков. Его использование реактивной нагрузки для тестирования отклика усилителя было результатом статьи Эрика Бенджамина, подготовленной Обществом звукоинженеров под названием «Усилители мощности звука для нагрузок громкоговорителей». Аткинсон консультировался с Кеном Кантором из NHT и International Jensen по поводу пассивной сети, и в результате получилась версия сети, которую вы видите ниже.

Целью этой сети является представление различных импедансов усилителя на разных частотах для оценки его производительности. Сеть воспроизводит то, что увидел бы усилитель при питании двухполосной полочной колонки в герметичном корпусе с номинальным импедансом 8 Ом. Я создал эту сеть с помощью Фрэнка Фабиана из The Speaker Shop в Торонто. В его магазине имеется внушительный запас конденсаторов, резисторов и катушек индуктивности. Если у вас есть домашняя колонка, которую нужно отремонтировать или перенастроить, вам стоит поговорить с ним!

Отклик усилителя на реактивные нагрузки

Следующим шагом было повторение измерения частотной характеристики нашего эталонного усилителя с использованием нагрузки 4 Ом, нагрузки 2 Ом и нашей реактивной нагрузки, чтобы продемонстрировать, насколько сильно это влияет на характеристику.

Как видите, в зависимости от импеданса нагрузки есть небольшое изменение ВЧ-отдачи этого усилителя. Усилитель включает в себя несколько фильтрующих дросселей на выходах как часть конструкции блока питания с регулируемым напряжением. Разница между 4-омной и реактивной трассой составляет 0,85 дБ на частоте 20 кГц.

А как насчет недорогих усилителей?

Наш эталонный усилитель именно такой — высококачественный усилитель, который звучит потрясающе. Итак, что происходит, когда вы выполняете те же самые тесты на недорогом усилителе? Посмотрим и увидим!

Наш дешевый усилитель неплохо справляется с резистивной нагрузкой, спадая на 1 дБ в районе 16 кГц вверху и ниже 10 Гц внизу. Красная кривая показывает, что есть некоторый акцент между 2 и 3 кГц, вызванный индуктивными характеристиками сети пассивных фильтров. Будет ли слышен этот акцент? Это будет зависеть от уровня вашей одержимости. Вы можете услышать разницу в несколько десятых дБ при настройке эквалайзера.

Как насчет наших друзей-усилителей класса D?

Как мы уже упоминали, небольшие фильтры на выходе нашего хорошего усилителя привели к измеримому изменению частотной характеристики при различных нагрузках. Что происходит, когда мы измеряем усилитель класса D, который использует большие фильтры на выходе?

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.