Impedanse

Er det slik å forstå at man bør styre klar av høyttalere med impedanse som er lavere enn 6 ohm i en hjemmekino?

Er det også slik at alle høyttalerene i et surround oppsett bør ha samme impedanse?

Mvh

HåkonBråkon

Det er vel gjerne ikke så dumt å ha høy impedanse, da flerkanalsrecievere ikke har de største kraftreservene i verden. Ihvertfall ikke i motsetning til to-kanals.
Hvorvidt alle bør ha samme impedanse aner jeg ikke.

Når det gjelder om en bør styre unna høytalere med impedans under 6 ohm i hjemmekino er mitt svar: NEI.

Hvis du ikke skal under 6 ohm vil du utelukke det meste av Dali (Suite serien, Blue (8008 går ihverfall på 4 ohm), Helicon, Piano). Selv har jeg System Audio med SA10 i front, de er også 4 ohm.

Men som Alas sier det krever mer ressursser fra forsterkeren. I værste fall er det bare å spe må med mer effekt via effektforsterker(e)

En bør ha samme impedans rundt hele slik jeg har forstått det ihvertfall. Dette er det sikkert andre som kan bedre enn meg.

Ikke vel høyttaler ut ifra den oppgitte impedansen! En høyttaler oppgitt til 8ohm kan fint gå under både 3 og 2ohm ved enkelte impedanser! Så om om impedansen sniker seg under 3ohm ved 40hz f.eks. blir den veldig vanskelig å drive, selv om både oppgitt impedanse og følsomhet indikerer noe annet! Og så var det membranarealet. Greit nok at en høyttaler på papiret virker lettdrevet, men om den har f.eks. 12" bass krever det muskler for å få den til å skyve nok luft!
Og hva forsterkeren leverer av strøm har selvfølgelig stor betydning. Så om man skal ha flerkanalsreciever bør den være strømsterk om man skal ha store fronthøyttalere. Dessuten er det få høyttalere under 20000 som er utpreget vanskelige å drive, så med mindre du har veldig sære høyttalere kombinert med strømsvak forsterker vil det ikke bli noe stort problem. Men det sier seg da også selv at å koble til svære høyttaler til en reciever til 4000 ikke blir særlig bra. En enkel løsning er å ha separat effektforsterker til fronthøyttalerne. Da avlastes recieveren for belastningen det er å dra på svære fronter, mens resten av høyttalerne får mer strøm delt mellom seg, og vil da låte langt bedre. I stereo vil det også låte svært mye bedre med ekstern effektforsterker.
Men si litt om hva utstyr du har, eller planlegger å kjøpe, så får vi se om det blir en dårlig miks:)

I følgende tråd har jeg redegjort for hvordan en last påvirker en forsterker. Tråden er her: http://avforum.no/forum/viewtopic.php?t=2770&postdays=0&postorder=asc&start=0

Redegjørelsen:

"Snickers-is" skrev:Enkelte er delvis inne på problemet, men ingen har så langt truffet blink.

Dette er et ganske stort emne, men jeg skal prøve å ta med det viktigste for å gi en viss forståelse.

Elementer:
Hvis vi konsentrerer oss om høyttalerelementer først kan man si at "alle" har en impedanstopp (Zmax) rundt resonansfrekvensen (Fs), og en stigning mot høyere frekvenser, i tillegg til et definert impedansminimum (Zmin). Impedanstoppen avgjøres av resonansfrekvensen og elementets dempning (Q-verdi). En hver stigning i impedanskurven mot høyere frekvenser er det samme som at impedanskurven er induktiv. En hver minkning mot høyere frekvenser er det samme som at impedanskurven er kapasitiv. I de øvrige tilfeller (0Hz, Zmax og Zmin) er kurven flat. Den er kun flat i ørsmå punkter med en bånbredde tilnærmet lik 0. I andre deler av kurven varierer impedansen mellom sterkt induktiv, via svakt induktiv og svakt kapasitiv til sterkt kapasitiv.

Element i kasse:
Setter man elementet inn i en kasse forandrer man på resonansfrekvensen. Den induktive komponenten fra Z-min og oppover forandres svært lite. Snakker vi om en lukket kasse flyttes resonansfrekvensen et lite stykke oppover. Dette medfører at stigningsgraden og senkningsgraden er omtrent det samme som for et element i friluft. Setter man elementet i en bassreflekskasse vil elementet bytte ut den tradisjonelle Fb eller Fs med det som kalles Helmholzresonans. Helmholzresonansen består av to impedanstopper og en bunn mellom disse. Vi har da også fått to nye flate punkter. (i den nye bunnen og i impedanstopp nr 2.

Slik oppstår impedanskurven:
Stigningen fra Zmin og opp skyldes i hovedsak talespolens induktans. På et element med 4-lags talespole er dette svært godt synlig da disse i motsetning til konvensjonelle 2-lags spoler er viklet ned, opp, ned og opp igjen og da får en langt høyere induktans. Når det gjelder impedanstoppene så kommer disse som en følge av elementets bevegelse. Tenker man elementet som en dynamo vil man ved å tilføre elementet bevegelse kunne belaste elementet som en strømgenerator. Dersom man holder igjen en elektrisk motor vil man oppleve at strømforbruket øker kraftig. Dette skyldes at motorens rotasjonshastighet blant annet bestemmes av induksjonen i spolene, slik at dersom den møter motstand vil den reduserte hastigheten medføre at motstanden i spolene synker.

Impedanstoppene:
Så når elementet får sin økte slaglengde ved resonansfrekvensen medfører dette en impedanstopp. Dersom elementet har liten dempning (høy Q-verdi) vil elementet ha en høy impedanstopp, og altså en høyere evne til å sette seg i selvsving. På et bassreflekssystem er bevegelsene størst rett over og rett under avstemningsfrekvensen. Ved avstemningsfrekvensen er membranutslagene derimot svært små, derav den reduserte impedansen.

Så hva er problemet?:
Når man simulerer en høyttaler simulerer man nesten alltid med en kildeimpedans lik 0. Under disse forutsetningene vil en høyttaler oppføre seg normalt. Dersom man for eksempel befinner seg rett over eller rett under Helmholzresonansen i frekvens er lasten enormnt induktiv eller kapasitiv. Dette medfører at høyttaleren forsøker å forsinke eller akselrere den strømmen som går gjennom spolen. Det kan sammenliknes med at høyttaleren forsøker å "flytte" frekvensen mot resonansfrekvensen. Siden dette gjentaes for hver periode vil det resultere i en fasedreining. Denne er både elektrisk og akkustisk, og for forsterkeren er dette en tøff last.

Hvordan oppfører en induktiv og kapasitiv last seg?:
For å belyse dette må vi tenke oss en halv periode av en sinuskurve som ligger enten på den induktive eller kapasitive siden av resonansfrekvensen. Videre må vi betrakte den i tidsaspektet, altså fra den begynner å stige til den er på null igjen.

Den induktive lasten er en treg men veldig "sulten" last. Den blir påtrykket spennig og det begynner å løpe strøm igjennom. Denne strømmen er liten da motstanden er høy. Etter hvert som strømmen vedvarer vil spolens trege karrakter gjøre at den indre motstanden synker og den når sin høyeste strømgjennomgang en eller annen gang etter toppen på sinuskurven, altså ikke når spenningen er høyest. Mot slutten av perioden er motstanden ekstremt lav, men den er polarisert, slik når den andre halvperioden skal forsøke å snu spennigen vil den møte en enormt høy motstand i spolen som da genererer motspenning.

Den kapasitive lasten er rask men blir fort "mett". En kondensator som ikke er ladet har en teoretisk motstand på 0 ohm. Så fort den blir påtrykket en spenning vil den begynne å lade seg opp, og spenningsforskjellen på polsidene vil øke. Altså, dersom man har en momentanstrøm på 3 ampere og kondensatoren har en momentanspenning på 3 volt tilsvarer det at kondensatoren utgjør en momentanresistans på 1 ohm. Etter hvert som spenningen i kondensatoren øker vil strømmen synke, og den maksimale strømmen oppnås før spenningstoppen i halvperioden. Når man kommer til neste halvperiode så har den omvendt polaritet og da skal kondensatoren først utlades før den kan opplades igjen med motsatt polaritet.

Hva blir oppgaven til en forsterker?:
Forsterkeren skal kontrollere elementets mekaniske bevegelser. Impedanstoppene skyldes som beskrevet ovenfor mekaniske bevegelser. Dette gjør at dersom forsterkeren gjør feil så blir de mekaniske bevegelsene feil.

Hvordan forsterkes lyden?:
En forsterker er i utgangspunktet en spenningsstyrt konstruksjon. Dette gjør at dersom man påtrykker et signal kommer det ut mye større på andre siden. Dette ordnes ved at en transistor regulerer strømmen gjennom en motstand, og som kjent påvirkes da spenningsfallet over denne motstanden. Dette spenningsfallet brukes til å styre neste trinn i forsterkeren, helt til det siste der motstanden er en høyttaler. Den har i tillegg en motkobling. Det er i prinsippet to måter motkobling blir løst på. Billigmåten er global motkobling. Det er også den mest vanlige. Da ligger det en motstand fra utgangen og tilbake til linjetrinnet. Denne er balansert slik at den skal rette opp feil i spenningen på utgangen ved å regulere inngangssignalet. Den andre måten kalles motkoblingsfri, og skjer gjennom utgangstransistorene. Spenningen på utgangstransistorene vil alltid synes gjennom til basis på utgangstransistorene. Dette forplanter seg bakover i forsterkeren og gjør at alle overganger mellom basis og emitter vil øke strømmen som følge av den lavere spenningen en tung last medfører.

Dempningsfaktor:
En forsterker har en utgangsimpedans som kan måles ved å teste hvor mye strøm den leverer i en gitt resistans. Tar man høyttalerimpedansen og deler på forsterkerens utgangsimpedans får man dempningsfaktoren. Det er vanlig med en dempningsfaktor på 50-500 i 8 ohm. En forsterker med global motkobling vil ha en høy dempningsfaktor da denne kan justeres gjennom størrelsen på motstanden i motkoblingen. En motkoblingsfri forsterker vil ofte ha en litt lavere dempningsfaktor da den ikke konstruerer noen ekstratillegg til signalet. Til gjengjeld er ofte en motkoblingsfri forsterker mer lineær, altså den kompenserer mer likt ved lave og høye impedanser.

Levere strøm:
Måler man et bilbatteri finner man ut at et slikt har en enormt lav indre motstand, eller utgangsimpedans om du vil. Dette gjør at du kan ta ut mye strøm. Et nyladet batteri vil ha en spenning på rundt 13,5 volt ubelastet. Dersom du belaster batteriet vil den synke. Denne effekten kan tegnes skjematisk ved å sette opp spenningskilde og to motstander i serie. Spenningskilden er da ideell, og den ene motstanden er batteriets indre motstand. Da er det lett å regne ut hvor mye spenningsfall man får ved en gitt last. På batteriet som er i stand til å levere mye strøm er denne motstanden svært lav. På en forsterker kan man regne på samme måten.

Strømforsyning:
Forsterkerens utgangsimpedans blir målt ved lave effekter. Så fort man belaster en forsterker med det minste signal vil spenningen på kondensatorer, likerettere og trafo falle. Den faller lite, men jo bedre strømforsyning man har jo mindre faller den. Derfor benytter mange både små elektrolytter og enda mindre polypropylenkondensatorer i strømforsyningen på forsterkeren, rett og slett for å begrense det akutte spenningsfallet. Dette spenningsfallet vil gjøre at driftspenningen til forsterkeren synker, og der igjen vil transistorene, som av natur er strømstyrte, forplante dette tapet ut til høyttalerne.

Hva når man kobler høyttaler og forsterker sammen?:
Til slutt skal forsterkeren levere strøm til denne svingende lasten. En av de tingene som da er viktig er at forsterkeren selv ved en spenning på en volt eller to kan levere strøm nok til å takle den induktive og den kapasitive lasten de utsettes for. Altså vil en dårlig forsterker, kompensert med masse motkobling som funker greit ved 6 ohm, og en dårlig strømforsyning, lage en hel masse krøll når den kapasitive eller induktive lasten krever langt mer strøm en det en resistiv last ville gjort.

Konklusjon, hvilke laster er tunge?:
Jo brattere en fasevinkel er, jo verre er det. En slakk fasevinkel oppleves av forsterkeren som en motstand og spole eller kondensator. En bratt fasevinkel oppleves som det samme men med svært lite motstand, altså er det ”kondensatoren” eller ”spolen” som skal utgjøre den totale belastningen. Bassrefleks og tunge membraner er ofte årsak til stygge fasevinkler. Husk at den stakkars forsterkeren skal faktisk levere bøttevis med strøm selv når det ligger 0 volt på utgangstransistorene! (det er det som er det geniale med klasse A som har bøttevis med strømreserve selv ved 0 volt)