Совместимость ресивера и колонок по сопротивлению / импедансу

      Общую суть вопроса можно определить следующим образом: сопротивление акустических систем носит комплексный характер и включает в себя как активную составляющую (не зависящую от частоты сигнала), так и реактивную (зависящую от частоты сигнала). Реальный электрический аудио сигнал представляет собой сумму гармоник переменного электрического тока, таким образом, сопротивление (импеданс) акустической системы, сильно зависит от частоты входного сигнала. Значения импеданса указанные в паспортных данных на акустические системы, как правило, указываются усреднено-номинальными или же вообще можно увидеть диапазон импеданса (например, 4-8 Ом). Иными словами сопоставление цифр возможных сопротивлений указанных на ресивере и аналогичных данных на колонках весьма условно, следовательно, логика подбора компонентов, основанная на этом принципе, может привести к тому, что ваша система не будет работать устойчиво, а ассортимент выбираемой продукции будет ограничен несколькими возможно не интересными для вас моделями. Реальное сопротивление многих систем не соответствует заявленному значению, а этот параметр необходимо знать для правильного согласования с ресивером (усилителем).

      Низкое значение импеданса колонок требует от усилителя выдавать в нагрузку большое количество электрического тока, а на это способны далеко не все модели. Ресиверы в большинстве своем имеют 2 типа выходных каскадов – собранные на дискретных элементах («дискретники») и собранные на гибридных микросхемах («гибридники»). Такая микросхема, как правило, представляет собой тот же аналоговый многоканальный усилитель, но имеющий массу ограничений, прежде всего по питанию. Схемотехника и элементы такого гибридного усилителя далеки от концепции Natural Sound, это, прежде всего эконом класс, со всеми вытекающими последствиями. В большинстве бюджетных ресиверах применяются микросхемы серии STK433 (фирмы Sanyo):

Рис.1 микросхемы серии STK433 Рис.2 микросхема STK433 внутри Обычно используют 3-х канальный усилитель STK433/330 для усиления фронтальных и центрального каналов и 2-х канальный усилитель STK433/130 для усиления тыловых каналов Surround и еще одна такая микросхема для усиления Surround Back каналов в 7.1 ресиверах. На Рисунке 2 показано внутреннее строение микросхемы.
Так как большинство производителей использует аналогичное решение, то нагрузочная способность таких ресиверов идентична. Для таких моделей рекомендуются акустические системы с минимальным импедансом не ниже 6 Ом.



     Первый тип ресиверов с дискретным выходным каскадом имеет наибольшую отдачу по току, их выходные каскады собраны на полностью дискретных элементах, многие из которых изготавливаются специально на заказ производителя или проходят более тщательный отбор.
(Фото ресивера RX-V765)
Рис.3 транзистор выходного каскада
Рис.3 Транзистор		 Рис.4 размещение транзисторов на массивном раиаторе
Рис.4 Транзисторы на радиаторе		 Рис.5 термодатчик
Рис.5 Термодатчик 		Рис.6 блок питания, силовые конденсаторы
Рис.6 Часть платы Main		 Рис.7 трансформатор
Рис.7 Трансформатор

Схема усилителя расположена на массивной печатной плате MAIN в основании ресивера. На Рисунке 6 представлена часть такой платы, обратите внимание – витой кабель (красно-синего цвета) подает питание на выходной каскад и имеет сечение для обеспечения высокого тока. Ключевую роль в генерации большого тока играет также силовой трансформатор (Рис.7). Масса трансформатора косвенно говорит о величине обмоток и соответственно о его энергетическом потенциале и в среднем составляет примерно треть от массы самого ресивера.
Как правило, большинство ресиверов собранных на дискретных элементах могут устойчиво работать с низкоомной нагрузкой (4 Ома). Но в отличие от универсальных и однообразных гибридников они подразделяются на несколько уровней. Это связано с многообразием самих дискретных элементов в индустрии электроники и относительным отсутствием границ в творчестве разработчиков. Обобщая нагрузочные и мощностные параметры ресиверов и колонок можно получить следующую итоговую таблицу:

Таблица совместимости ресиверов и акустических систем Yamaha по импедансу

Класс ресивера Гибридники Дискретники
Уровень Уровень 0 Уровень 1 Уровень 2 Уровень 3
Модели 2009 года RX-V365 RX-V465 RX-V565 RX-V665 RX-V765 RX-V1065 RX-V2065 RX-V1900 RX-V3900 DSP-Z7 DSP-Z9/11
Модели 2010 года RX-V367 RX-V467 RX-V567    RX-V667 RX-V767    RX-V1067 RX-V2067 RX-V3067 DSP-Z11
Масса, кг 8 8,5 8,5 8,5 11 11,2 12,4 16 17 20 34
Масса трансформатора, кг 3 3 3 3 4 4 4 6 6 7 9
Мощность/канал, на 8 Омах, Вт 90 90 80 80 130 140 150 160 170 170 185
Мощность/канал, на 6 Омах, Вт 105 105 100 100 165 175 190 200 205 205 230
Емкость силовых конденсаторов, мкФ 6800 6800 6800 6800 6800 10000 12000 12000 18000 18000 27000
Максимальный выходной ток, Ампер 1,5 1,5 1,5 1,5 3 3 3 7 7 7 12
Совместимость с нагрузкой 4 Ома Нет Нет Нет Нет Да Да Да Да Да Да Да
Рекомендуемые колонки Yamaha NS-F50,
NS-F125,
NS-F210,
NS-8900,
NS-9002,
NS-9502,
NS-555 		NS-F50,
NS-F125,
NS-F210,
NS-8900,
NS-9002,
NS-9502,
NS-555 		NS-F50,
NS-F125,
NS-F210,
NS-8900,
NS-9002,
NS-9502,
NS-555 		NS-F50,
NS-F125,
NS-F210,
NS-8900,
NS-9002,
NS-9502,
NS-555 		NS-555,
NS-777,
NS-F500,
NS-F700,
NS-9900 		NS-555,
NS-777,
NS-F500,
NS-F700,
NS-9900 		NS-555,
NS-777,
NS-F500,
NS-F700,
NS-9900 		NS-F700,
Soavo 1,
Soavo 3 		NS-F700,
Soavo 1,
Soavo 3 		NS-F700,
Soavo 1,
Soavo 3 		NS-F700,
Soavo 1,
Soavo 3
Минимальный импеданс колонок 6 6 6 6 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5


     Немного теории по данному вопросу.
В основе всей электротехники лежит закон Ома (I=U/R) суть его – величина тока прямо пропорциональна приложенному напряжению (разности потенциалов) и обратно пропорциональна сопротивлению цепи. В данном случае цепь – это, прежде всего, элементы акустической системы: конденсаторы, индуктивности, резисторы кроссовера и, конечно же, сам динамик. Ресивер (усилитель) в нашем случае выступает источником электрического тока. Как и для любой электрической цепи, в нашем случае также актуальны стандартные правила расчета суммарного сопротивления. Например, для последовательного соединения резисторов: Rsum=R1 +R2+… , а для последовательного соединения резистора, конденсатора и индуктивности это может быть: Z(jω)=R+1/(jωC)+jωL). Второй вариант помимо активного сопротивления R, включает еще и комплексные слагаемые, в них и содержится зависимость как от номиналов конденсатора (C) и индуктивности (L), так и от частоты сигнала (jω - знак комплексной частотнозависимой величины). Именно такое комплексное выражение сопротивления и принято называть импедансом (принятое обозначение “Z”). Согласно закону Ома уменьшение импеданса пропорционально приводит к увеличению тока и в определенный момент его величина может достигать критического значения для выходного каскада ресивера. Обычно современные модели ресиверов оснащены схемами защиты от перегрузок, которые и вызывают срабатывание автозащиты (ресивер просто выключается). Отношение среднего импеданса колонок к сопротивлению выходного каскада ресивера называется демпинг фактором, и чем он выше, тем лучше. Этот параметр показывает способность системы комфортно работать во всем динамическом диапазоне сигнала и способность ресивера контролировать нагрузку. Таким образом, динамика импеданса акустической системы в сочетании с параметрами выходного каскада ресивера определяет и качество звучания в целом. Ниже приводится типовая электрическая схема акустической системы:
Рис.8 схема кроссовера АС NSF700
     Как видно из рисунка схема кроссовера колонок включает ограниченное количество элементов, но математический расчет импеданса сложен, да и параметры самого динамика, как правило, редко приводятся производителями. Гораздо чаще можно встретить графики зависимости импеданса колонок от частоты, полученные путем измерений специальными приборами и с использованием специальных программ. Специализированные печатные издания такие как “Audio Video Salon” предлагают результаты измерений при тестировании акустических систем. График может иметь примерно такой вид (Yamaha NS-F700), нижняя кривая зеленого цвета – импеданс, верхняя синего цвета - фаза (градация по вертикали 10 Ом):
Рис.9 график зависимости импеданса от частоты NSF700
или такой (характеристика импеданса для Yamaha Soavo 3) градация по вертикали 20 Ом:
Рис.10 график зависимости импеданса от частоты Soavo3
     Как можно заметить, импеданс имеет несколько характерных подъемов, количество и крутизна которых зависит от количества полос в акустической системе, организации фильтра, параметров динамиков и даже от резонансных свойств корпуса.      Показательные участки характеристик располагаются на минимумах графика, именно они определяют минимальные значения импеданса, а значит и опасные участки частотного диапазона. В колонках NS-F700 импеданс снижается до значений 3-4 Ома на участке 150-180 Гц. Относительно ровный (стабильный) участок импеданса (в пределах 4-11 Ом) в колонках Soavo 3 говорит о высоком качестве системы, но в тоже время и о достаточно большой нагрузке для ресивера. Эти акустические системы однозначно требуют ресивера, который может работать с нагрузкой 4 Ома. Другая ситуация с акустическими системами NS-9502, как видно из следующего графика их импеданс не опускается ниже значения 6-7 Ом и они являются значительно более легкой нагрузкой для ресивера.
Рис.10 график зависимости импеданса от частоты NS9502
     Существует ряд косвенных признаков, по которым можно приблизительно судить о величине нагрузки. Прежде всего, цена и уровень колонок, как правило, определяют технологичность и сложность применяемых элементов и схем. Чем дороже и габаритней напольные колонки, тем больше вероятность использования более технологичных динамиков, массивных корпусов, фильтров высокого порядка, схем коррекции сигнала. Целевая группа электроники для таких акустических систем – это средние и дорогие модели ресиверов (усилителей), разработчики изначально предполагают комфортные условия – мощные блоки питания, мощные каскады усиления. И наоборот – бюджетные решения, как правило, просты и незамысловаты. Их применение заранее предполагалось с моделями ресиверов бюджетного класса. Ценовая гармония, когда стоимость ресивера сравнима со стоимостью фронтальной пары колонок является основным принципом для правильного подбора системы. Другие сочетания требуют как минимум дополнительного изучения продукта, опыта его использования другими пользователями.

     В случае подбора акустических систем к стерео усилителю или стерео ресиверу задача несколько упрощается, так как большинство из них (по крайней мере, у компании Yamaha все модели) имеют дискретный выходной каскад на отдельных транзисторах. Вопросы по устойчивости работы преимущественно возникают при параллельном использовании 2-х пар колонок. Любое параллельное соединение нагрузок дает уменьшение суммарной нагрузки исходя из известной формулы: 1/Ro=1/Rа+1/Rв, что эквивалентно: Rо= (Ra*Rb)/(Ra+Rb). Подключение 2-х одинаковых 8-омных колонок параллельно даст суммарную нагрузку 4 Ома, подключение 2-х одинаковых 4-омных колонок соответственно даст 2 Ома, подключение одной пары 8 Ом, а второй 4 Ома даст в сумме 2,67 Ома. И конечно же, реальная нагрузка на усилитель как уже отмечалось ранее будет иметь комплексный вид, модуль которого при параллельном соединении также зависит от частоты и будет еще ниже за счет параллельного соединения. Так если оценивать ранее упоминавшиеся колонки Yamaha NS-F700 с минимальным импедансом 3,5 Ома на частоте 150-180Гц, то параллельное использования 2-х таких пар даст суммарную просадку импеданса на этих частотах порядка 1,75 Ома. Подключение параллельно колонок NS-777 дает минимальное значение импеданса: 3 Ома и на большой громкости такой усилитель как Yamaha AX-497 периодически будет выключаться.
     Использовалась информация:
Wikipedia.org - общая информация о комплексном импедансе
Архив тестов издания "салон AudioVideo"

Вернуться к списку вопросов           Вернуться на главную страницу