Как определить импеданс динамика и понять сопротивление динамика

Мы считаем само собой разумеющимся, что некоторым стереосистемам и усилителям для правильной работы нужны динамики на 2, 4 или 8 Ом. Но что такое импеданс динамика?

А как определить импеданс динамика, если его нет на динамике или вы не можете его найти?

Отличные новости - это не так уж и сложно! В этой полезной статье я объясню, как работает импеданс динамиков, как можно измерить импеданс динамиков (Ом) и многое другое.

Также есть удобная диаграмма сопротивления динамика, которая поможет вам точно определить, какой импеданс должен быть у вашего динамика.

Как определить импеданс динамика

Прежде чем переходить к более подробному рассмотрению каждой темы, давайте рассмотрим основные идеи.

Как найти импеданс динамика

• Если на динамике нет данных об омах (импеданс), необходимо измерить импеданс динамика с помощью измерительного прибора, настроенного на функцию Ом (сопротивление). Это даст сопротивление звуковой катушки, что позволит вам определить категорию импеданса динамика. (подробнее см. ниже)
• Сопротивление динамика обычно указано на магните динамика, упаковке и/или коробке, а также в технических характеристиках. Однако это не всегда так, так как это зависит от производителя и модели.
• Общий импеданс изменяется в зависимости от частоты, поскольку динамики не действуют как резисторы, а вместо этого имеют индуктивность, которая противодействует потоку тока при увеличении частоты аудиосигнала. Вы можете рассчитать импеданс на основе приведенных здесь формул. Примечание. вам это понадобится не только для определения общего диапазона импеданса ваших динамиков.

Короче говоря, если сопротивление вашего динамика нигде не указано или вы не можете найти спецификации производителя, лучше всего измерить его. Таким образом, вы можете быть на 100 % уверены и избежать проблем со стереосистемой, усилителем и кроссоверами.

Вы определенно не используйте динамик с более низким импедансом, чем ожидалось, так как это может привести к необратимому повреждению вашей стереосистемы или усилителя!

Что такое импеданс динамика? (Объяснение значений сопротивления динамиков)

Сопротивление динамика, измеряемое в Омах, представляет собой полное сопротивление звуковой катушки потоку электрического тока, когда она работает с музыкальным сигналом.

В отличие от стандартных электрических проводников, проволочная обмотка звуковой катушки образует петлю, обладающую электрическим свойством, называемым индуктивностью. Индуктивность отличается от сопротивления тем, что изменяется при изменении частоты. Это называется индуктивным реактивным сопротивлением.

Как работает импеданс динамика?

Магнитные поля создаются при протекании тока через плотно намотанную проволочную катушку. Эти поля имеют противодействие (сопротивление, также называемое реактивным сопротивлением). ) к току, протекающему по проводу катушки. (То же самое есть и у многих других электрических компонентов, таких как двигатели).

Из-за того, как работает индуктивность, и связанных с ней физических явлений, «импеданс» динамика (общее сопротивление) не является простым сложением сопротивления и индуктивного сопротивления вместе.

Вместо этого импеданс динамика определяется из алгебраической суммы (квадратный корень из суммы квадратов) сопротивления провода катушки и индуктивного сопротивления.

Индуктивное реактивное сопротивление обычно записывается как «Xl», произносится как «X sub L» и измеряется в единицах Ом, как сопротивление. Индуктивность измеряется с помощью единицы измерения, называемой «Генри», и обычно обозначается буквой «Г»:«мкГн» для микроГенри, «мГн» для миллиГендри и т. д.

Как рассчитать импеданс динамика

Если вы математик, вы можете увидеть здесь, как рассчитывается импеданс динамика. Как я уже говорил, это геометрическая сумма сопротивления обмотки звукового медного провода и индуктивного сопротивления на заданной частоте.

Самое важное, что нужно знать об импедансе динамика:

• Сопротивление динамика всегда равно или больше сопротивления провода звуковой катушки. Вы можете измерить это с помощью омметра.
• Количество импеданса динамика — это общее руководство по совместимости, а не то, что измеряет сам динамик.
• По мере увеличения воспроизводимой частоты импеданс незначительно изменяется (увеличивается).

На самом деле, если бы вы использовали тестовый измеритель для измерения Ом (импеданса) звуковой катушки на динамике, вы бы нашли показание около 3,2-3,6 Ом или около того для динамика на 4 Ом и 6 Ом или выше. для динамика 8 Ом.

Пример расчета импеданса динамика

Возьмем пример. Мы возьмем образец динамика и реальные характеристики, а затем посчитаем.

Примеры использования параметров реального динамика для сопротивления звуковой катушки (Re) и индуктивности обмотки (Le).

Пример расчета импеданса динамика с использованием частоты 1 кГц:

1. Рассчитайте индуктивное сопротивление:
   Xl =2*Pi*Le*частота:2*3,14159*.000280*1000 =1,759 Ом (Ом)
2. Найдите общий импеданс (обозначенный буквой «Z»): Найдите квадратный корень из суммы квадратов Re и Xl :
   Z =√[ ( (3,0)^2 + (1,759)^2 ] =3,142 Ом (Ом)

Поэтому для динамика из нашего примера общее сопротивление на частоте 1 кГц составляет 3,142 Ом, что лишь немного превышает собственное сопротивление звуковой катушки.

Это связано с тем, что (1) большинство динамиков имеют очень маленькую индуктивность и (2) динамики работают в звуковом диапазоне и не выше 20 кГц, что означает, что индуктивное сопротивление будет ограничено.

Сопротивление динамика из-за резонансной частоты

Это не означает, что говорящие никогда иметь высокий импеданс. Фактически, на их резонансной частоте, где они ведут себя по-разному, импеданс может быть ОГРОМНЫМ! На самом деле, до 50 Ом. Впрочем, это отдельная тема.

(Примечание:как вы видите из характеристик примера динамика, параметр «Fs» говорит нам о резонансной частоте 84,8 Гц, где это происходит для этого конкретного динамика)

Как измерить импеданс динамика

На этом рисунке показан пример измерения импеданса динамика с помощью омметра или любого стандартного измерительного прибора, предназначенного для измерения сопротивления в омах. Для этого установите его на самый низкий диапазон, который измеряет единицы измерения 1, 0-10, 0-20 или автоматический выбор диапазона, и измеритель будет измерять его соответствующим образом. Крепко прижмите провода тестового щупа к чистому металлу на клеммах динамика, отсоединив провод динамика.

Для измерения импеданса динамика вам понадобится мультиметр (измерительный прибор с несколькими функциями) или специальный измеритель сопротивления (ом).

Выполните следующие действия:

1. Включите измеритель и настройте его на измерение Ом в самом низком диапазоне. Часто это диапазон x1, 0–10, 0–20 или настройка автоматического выбора диапазона.
2. Отсоедините один или оба провода динамика от динамика, чтобы избежать ложных показаний из-за другого сопротивления, которое может быть подключено к нему.
3. Крепко прижмите щупы к клеммам динамика на чистом металлическом участке. Счетчик должен быстро установить показания. Измеритель покажет сопротивление звуковой катушки внутри динамика.
4. Используйте измеренное значение, чтобы определить ближайший приблизительный импеданс динамика (см. мою таблицу ниже для справки).
5. Для динамиков внутри шкафа или корпуса, таких как 2-полосные динамики, могут использоваться кроссоверы, которые могут мешать этому показанию, за некоторыми исключениями. Тем не менее, во многих случаях сопротивление низкочастотного динамика достаточно хорошо измеряется.

Важно помнить, что вы не сможете измерить точно 4 Ом, 8 Ом и т. д. Колонкам присваивается рейтинг импеданса для стереофонических целей, который приблизительно равен или близок к тому, что вы измерите с помощью измерительного прибора.

Примечание. Динамики, такие как твитеры с подключенным к ним конденсатором, будут действовать как разомкнутая цепь и будут мешать вашим измерениям.

Смотрите мои заметки ниже, чтобы узнать, как правильно их измерить.

Выбор правильного диапазона сопротивления (Ом) для динамиков

Показаны некоторые примеры настроек диапазона сопротивления измерительного прибора, которые можно использовать для типичных измерительных приборов.

Как я упоминал ранее, при измерении импеданса динамика важно использовать правильный диапазон сопротивления на вашем измерителе. Это связано с тем, что неправильная настройка может ничего не отображать или дать вам неверное представление о том, что, возможно, динамик перегорел, хотя это не так.

Если вы не уверены, обратитесь к руководству по эксплуатации измерительного прибора. Многие современные цифровые счетчики часто имеют автоматическую настройку, которая автоматически настраивается на обнаруженное измерение Ом и соответственно отображает показания и десятичные разряды. Другие счетчики требуют выбора правильного диапазона вручную.

Как правило, используйте самый низкий диапазон, включающий 0–10 Ом (или аналогичный), а затем, при необходимости, увеличьте его.

Это должно почти никогда может случиться, но в случае плохого соединения, перегоревшего (или почти перегоревшего) динамика могут произойти странные вещи, и вы можете получить показания, которые далеко выходят за пределы нормального импеданса динамика.

Однако, по моему опыту, это случается очень редко.

Получив результаты измерений, используйте мою диаграмму импеданса динамиков, чтобы найти следующее ближайшее значение импеданса динамиков в списке.

Как измерить импеданс динамика при наличии кроссовера

Твитеры — один из самых распространенных типов динамиков с кроссовером. Чтобы измерить импеданс динамиков на них, вам нужно поместить щупы измерительного прибора вокруг кроссовера конденсаторов. В противном случае показания будут разомкнуты или слишком высоки.

Измерение импеданса динамиков, где используются кроссоверы, представляет собой небольшую проблему. Это связано с тем, что конденсаторы, которые обычно используются в твиттерах в качестве фильтра верхних частот, действуют как разомкнутая цепь при измерении сопротивления.

Очевидно, это проблема, поскольку вы никогда не получите правильных показаний, если будете использовать измерительные провода на проводке динамика.

Чтобы избежать этого, вам следует измерять около конденсатор, если он используется, который обычно находится на положительной клемме динамика. Вы должны быть в состоянии получить правильное чтение.

Для 2-полосных динамиков во многих случаях кроссовер на низкочастотном динамике не используется. В некоторых случаях к нему последовательно подключается катушка индуктивности. Хорошей новостью является то, что прямое измерение сопротивления динамика и катушки индуктивности не имеет большого значения — катушки индуктивности имеют крошечный значение сопротивления. На самом деле они обычно измеряются в миллиОмах (тысячных долях Ома), что почти ничего не значит.

То же самое относится и к двухполосным кроссоверам. Следуя приведенной выше диаграмме, ваша главная задача — избежать измерения на конденсаторах.

Пример диаграммы импеданса динамиков (используется при измерении динамиков)

Динамик на 8 Ом в реальном мире будет иметь сопротивление менее его номинал 8 Ом. Это нормально и связано с тем, как сделан динамик. У громкоговорителей нет точных значений импеданса, вместо этого они попадают в общий диапазон, близкий к их рейтингу. Вы можете использовать этот диапазон для определения импеданса, если вы его не знаете.

Чтобы использовать эту диаграмму, возьмите измерение сопротивления динамика, которое вы получили из инструкций ранее, и используйте его для сравнения с измерениями здесь. Вы увидите, что ваш динамик должен соответствовать общепринятым стандартам импеданса динамиков.

График измерения импеданса динамиков

Диапазон измерения динамиков*	Номинальное сопротивление динамика
3,1–4,0 Ом	4 Ом
6,0–8 Ом	8 Ом
1,2–2 Ом	2 Ом
4,0–6 Ом	6 Ом
0,5–1,0 Ом	1 Ом**
12-16 Ом	16 Ом**

*(Это приблизительный диапазон, который должен охватывать почти все динамики, но может немного отличаться)
**(1 Ом встречается редко, но его можно найти в некоторых автомобильных стереосистемах, таких как усилители премиум-класса Bose. Иногда могут использоваться динамики на 16 Ом. использоваться для домашних или других акустических систем, но не очень распространены)

Что произойдет, если сопротивление моего динамика слишком низкое или слишком высокое?

На этом графике показано, что происходит, когда динамик с более высоким импедансом используется с усилителем или стереосистемой, рассчитанной на динамик с более низким импедансом. Как видно из этого примера, использование 8-омного динамика вместо 4-омного означает, что он будет развивать 1/2 мощности и, следовательно, меньшую громкость, чем 4-омный динамик.

Использование динамика, не соответствующего стереосистеме или усилителю, для которого он предназначен, может иметь относительно незначительные или даже ужасные последствия. – результаты в зависимости от того, о каком случае мы говорим:

• Использование динамика с более высоким импедансом не повредит оборудование. Результатом будет меньшая развиваемая мощность и, следовательно, меньший возможный объем. Однако вы также можете создать проблемы с кроссоверами динамиков.
• Использование динамика с сопротивлением ниже указанного может привести к сильному нагреву радиоприемников или усилителей и даже к необратимому повреждению потому что текущая производительность будет намного больше, чем она предназначена.

Например, если вы будете использовать 8-омные динамики вместо 4-омных автомобильных стереодинамиков, вы ничего не повредите, так как на динамик будет поступать меньший ток. Проблема будет заключаться (хотя в противном случае он будет воспроизводиться нормально) в том, что общая доступная мощность будет составлять 1/2 мощности 4-омного динамика.

Закон Ома и мощность динамика

Радиоприемник или усилитель предназначены для вывода определенного уровня напряжения для заданной громкости, поэтому динамики с более высоким импедансом не будут иметь такую ​​же мощность при том же уровне громкости. Это связано с тем, что мощность динамика зависит от доступного напряжения.

Согласно электрическим формулам, называемым законом Ома, P (мощность в ваттах) =напряжение^2/R (омы динамика)

Для низкой громкости (2 В на выходе усилителя) 4-омный динамик будет иметь доступную мощность 1 Вт. Однако 8-омный динамик будет иметь только 1/2 Вт. Это означает, что при той же громкости усилителя или радио динамики с более высоким импедансом не могут воспроизводить такую ​​же громкость.

Как сопротивление динамика влияет на звук?

Использование неправильного импеданса динамика может повлиять на звук несколькими способами:

• Если вы смешаете и соедините твитеры 4 Ом с низкочастотными динамиками 8 Ом, например, они будут несогласованы и в какой-то момент будут звучать неправильно при увеличении мощности, потому что их уровни громкости не будут одинаковыми.
• Использование неправильного импеданса динамиков с кроссовером динамиков может оказать очень большое влияние на частоту кроссовера (она будет сильно смещена) и резко повлиять на вывод звука. Ваши динамики будут звучать неправильно, могут иметь гораздо больше искажений и, как правило, их будет гораздо менее приятно слушать.

Что произойдет с автомобильной стереосистемой, если динамик имеет более низкое сопротивление, чем рассчитано на стереосистему?

Использование динамика с более низким импедансом, чем рассчитано на вашу стереосистему или усилитель, – ужасная идея, и этого никогда не следует делать! Это связано с тем, что он не предназначен для обработки чрезмерного количества тока, который ему придется подавать из-за уменьшенного сопротивления более низкого импеданса динамика.

Если вам повезет, устройство перейдет в «защитный режим», в котором оно отключится до тех пор, пока условие не будет устранено и его можно будет безопасно использовать. Однако, по моему опыту, многие электронные устройства сильно нагреваются и могут сжечь их выходные транзисторы, что означает их необратимое повреждение.

Не рискуйте! Всегда проверяйте минимальное сопротивление вашего оборудования в Омах и обязательно соблюдайте его. Никогда предположим, что усилитель, радиоприемник, приемник и т. д. смогут защитить себя от повреждений.

Сопротивление динамиков и кроссоверы — да, это важно!

Кроссоверы рассчитаны на определенный импеданс динамиков. Изменение импеданса динамиков означает, что вы меняете их работу и смещаете частоту кроссовера, что приводит к ухудшению звука и потенциальному добавлению искажений, которых раньше не было.

При использовании кроссоверов динамиков очень важно понимать, что вы не можете изменить нагрузку на динамики (сопротивление динамиков, которое они считают подключенным), так как результаты не будут хорошими.

Замена 4-омного динамика на 8-омный или наоборот приведет к огромному влияние на звук, потому что частота среза кроссовера будет сильно меняться, поскольку она сильно зависит от нагрузки на используемые динамики.

Как правило:

• Удвоение импеданса динамика вдвое уменьшит (уменьшит) частоту кроссовера.
• Уменьшение вдвое импеданса динамика удваивает (увеличивает) частоту среза.

Для твитеров увеличение импеданса твитера означает, что вы позволите больше басов и средних частот, что приведет к плохому звуку, поскольку твитеры не могут воспроизвести эти диапазоны. Для вуферов это означает введение плохо звучащих средних или высоких частот, для которых они не подходят.

В обоих случаях просто помните, что частота кроссовера изменяется обратно пропорционально увеличению или уменьшению нагрузки на динамики.

Примечание. При уменьшении громкости твитера использование L-образной прокладки или правильно спроектированной сети резисторов L-образной прокладки будет правильно поддерживать нагрузку на динамик, воспринимаемую кроссовером, поэтому это не повлияет на звук.

Больше интересных статей о спикерах, которые вам понравятся

Ознакомьтесь с другими моими статьями, я уверен, вы найдете для себя что-то полезное!

• Узнайте здесь, как работают динамики, с помощью отличных диаграмм, изображений и простой для понимания информации.
• Хотите лучше понять кроссоверы? Узнайте, как работают кроссоверы, из этого полезного руководства.
• Вот отличное руководство, объясняющее, что такое твиттеры и для чего они нужны.
• Нужна помощь с подключением динамиков? Ознакомьтесь с моим популярным руководством по схемам подключения динамиков.