동적 확성기의 전기적 특성

Electrical characteristics of dynamic loudspeakers

동적 확성기 드라이버의 주요 전기적 특성은 주파수의 함수로서의 전기 임피던스다. 임피던스 곡선이라고 하는 그래프로 표시하여 시각화할 수 있다.

설명

가장 일반적인 운전자 유형은 다이어프램(일반적으로 원뿔형)에 강하게 연결된 음성 코일을 사용하는 전기 기계식 변환기다. 다른 유형들은 음향 환경과 전기적 특성 사이에 세부적으로는 다르지만 유사한 연결을 가지고 있다.

움직이는 코일 드라이버의 음성 코일은 확성기 자석 구조가 제공하는 자기장에 매달려 있다. 전류가 음성 코일을 통해 흐를 때(전자 증폭기에서) 코일에 의해 생성된 자기장이 자석의 고정된 장에 반응하여 음성 코일(그리고 원뿔)을 이동시킨다. 교류는 원뿔을 앞뒤로 움직인다.

공명

확성기의 이동 시스템(콘, 콘 서스펜션, 거미, 음성 코일 포함)은 일정한 질량과 준수를 가진다. 이것은 보통 시스템이 가장 자유롭게 진동할 특정 공명 주파수를 가진 스프링에 의해 매달린 단순한 질량에 비유된다.

이 주파수는 스피커의 "자유 공간 공명"으로 알려져 있으며 F가s 지정한다. 이 주파수에서 음성 코일이 최대 피크 대 피크 진폭과 속도로 진동하기 때문에 자기장 내 코일 모션에 의해 발생하는 백엠프도 최대치가 된다. 이로 인해 스피커의 유효 전기 임피던스가 그래프에max Z로 표시된s F에서 최대치가 된다. 공명 바로 아래 주파수의 경우 주파수가 F에s 근접하여 자연에서 귀납될 때 임피던스가 빠르게 상승한다.

공진 시 임피던스는 순전히 저항성이며 임피던스가 떨어지면서 그 너머에 있는 임피던스는 정전적으로 작용한다. 임피던스는 동작이 일부 범위에 걸쳐 공정하게(완전하지는 않지만) 저항성이 있는 어떤 주파수에서 최소값(Zmin)에 도달한다. 스피커의 정격 임피던스 또는 공칭 임피던스(Znom)는 이 Zmin 값에서 도출된다(아래 참조).

Z점을min 넘어 임피던스는 다시 대부분 귀납적이며 점차적으로 상승한다. 주파수 F와s 임피던스가 Zmax/³2인 그 위와 아래의 주파수는 특히 저주파 드라이버에 적합한 인클로저를 설계하는 데 사용할 수 있는 확성기의 T/S 파라미터를 결정하는 데 중요하다. Fs 자체는 확성기의 T/S 파라미터 중 하나라는 점에 유의한다.

로드 임피던스 및 증폭기

확성기 임피던스의 변화는 오디오 앰프 설계 시 고려사항이다. 무엇보다도 이러한 변동에 대처하기 위해 고안된 증폭기가 더 안정적이다. 스피커를 앰프에 매칭할 때 고려해야 할 두 가지 주요 요소가 있다.

최소 임피던스

이것은 임피던스 대 주파수 관계에서 최소값으로 음성 코일의 DC 저항보다 항상 더 높다. 즉, 저항계로 측정한 값이다. 최소 임피던스는 임피던스가 낮을수록 전류가 동일한 구동 전압에 있어야 하기 때문에 중요하다. 증폭기의 출력 소자는 특정 최대 전류 레벨에 대한 정격을 가지며, 이를 초과하면 때로는 다소 신속하게 고장이 발생할 수 있다.

공칭 임피던스

일반적인 중거리 확성기의 임피던스 변화를 보여주는 다이어그램. 명목 임피던스는 보통 공명 후 가장 낮은 지점에서 결정된다. 다만 저주파 임피던스가 여전히 이보다 낮을 가능성도 있다.[1]

오디오 대역 주파수에 대한 스피커 임피던스의 반응성 특성으로 인해, 스피커에 '임피던스' 등급의 단일 값을 제공하는 것은 원칙적으로 불가능하다. 이는 위의 임피던스 대 주파수 곡선에서 추측할 수 있기 때문이다. 확성기의 공칭 임피던스는 대부분의 오디오 대역에서 확성기의 임피던스 값을 느슨하게 설명하는 편리한 단일 숫자 참조다. 스피커의 명목 임피던스는 다음과 같이 정의된다.

그래프는 프리 에어(모든 유형의 엔클로저에 장착되지 않음)에서 단일 라우드스피커 드라이버의 임피던스 곡선을 보여준다. 가정용 하이파이 확성기 시스템은 일반적으로 두 개 이상의 드라이버, 주파수 대역별로 신호를 나누어 운전자에게 적절히 전달하는 전기 크로스오버 네트워크, 그리고 이 모든 구성 요소가 탑재된 인클로저로 구성된다. 그러한 시스템의 임피던스 곡선은 매우 복잡할 수 있으며, 위의 간단한 공식은 그렇게 쉽게 적용되지 않는다.

소비자 확성기 시스템의 공칭 임피던스 정격은 특정 증폭기에 대한 올바른 확성기(또는 그 반대)를 선택하는 데 도움이 될 수 있다. 가정용 하이파이 앰프가 8Ω 이상의 부하를 지정할 경우, 앰프가 처리하도록 설계된 것보다 더 많은 전류를 생성하도록 요구되지 않도록 임피던스가 더 낮은 확성기를 사용하지 않도록 주의해야 한다. 8옴 이상을 지정하는 앰프의 4옴 라우드스피커 시스템을 사용하면 앰프 고장으로 이어질 수 있다.

임피던스 위상각

주파수에 따른 부하 임피던스 변화는 증폭기의 전압과 전류 출력 사이의 위상 관계 변화를 해석한다. 저항성 로드의 경우, 일반적으로(그러나 항상은 아님) 증폭기의 출력 장치에 걸친 전압은 부하 전류가 최소일 때(그리고 부하에 걸쳐 전압이 최소일 때) 최대값이며, 그 결과 그러한 장치의 전력 소산은 최소값이다. 그러나 드라이버/크로스오버 로드의 복잡하고 가변적인 특성과 전압과 전류 사이의 위상 관계에 미치는 영향 때문에, 출력 장치의 전압이 최대일 때 전류가 반드시 최소일 필요는 없다. 이는 헤아로 나타나는 증폭기 출력 단계에서 전력 소산을 증가시킨다.출력 장치의 팅 위상 각도는 움직이는 코일 확성기에서 공명에 가장 가깝게 변화한다. 앰프 설계 중에 이 점을 고려하지 않으면 앰프가 과열되어 앰프가 차단되거나 출력 장치의 고장을 일으킬 수 있다. 자세한 내용은 검정력 계수를 참조하십시오.

댐핑 문제

확성기는 자기장에서 코일이 움직일 때 발전기 역할을 한다. 확성기 코일이 앰프로부터의 신호에 반응하여 움직이면, 코일은 앰프 신호에 저항하는 반응을 발생시켜 코일 이동을 멈추게 하는 "브레이크" 역할을 한다. 이른바 백 EMF다. 제동 효과는 설계자가 이를 활용하여 스피커가 빠르게 소리를 내는 것을 멈추고 코일이 다음 소리를 재현할 수 있는 위치에 있도록 하는 점에서 스피커 설계에 매우 중요하다. 코일에 의해 생성되는 전기 신호는 스피커 케이블을 따라 앰프로 다시 이동한다. 잘 설계된 앰프는 출력 임피던스가 낮아 생성된 신호가 앰프에 거의 영향을 미치지 않는다.

특성적으로 솔리드 스테이트 앰프는 튜브 앰프보다 출력 임피던스가 훨씬 낮았다. 그만큼 16옴 명목 임피던스 드라이버와 4옴 명목 임피던스 드라이버 사이의 실제 차이는 조정하기에 충분히 중요하지 않았다. 증폭기 출력 임피던스에 대한 공칭 부하 임피던스(운전자 음성 코일)의 비율인 앰프 댐핑 계수는 어느 경우든 잘 설계된 솔리드 스테이트 증폭기에 적합하다.

튜브 앰프는 출력 임피던스와 더 잘 일치하도록 멀티탭 출력 변압기를 포함했을 정도로 출력 임피던스가 충분히 높다. 16옴 드라이버(또는 확성기 시스템)는 16옴 탭, 8옴 탭 등에 연결된다.

이는 특정 주파수에서 라우드스피커 임피던스와 앰프의 임피던스 사이의 비율이 운전자에 의해 생성된 백 EMF에 댐핑(즉, 에너지 흡수)을 제공하기 때문에 중요하다. 실제로 이것은 울림이나 오버행(overhang)을 방지하는 것이 중요하다. 이는 기본적으로 운전자의 이동 구조물이 해당 주파수에서 흥분할 때(즉, 신호로 구동될 때)의 자유로운 진동이다. 이것은 폭포 측정 그림에서 분명히 볼 수 있다. 적절히 조절된 댐핑 계수는 움직이는 구조물의 자유로운 진동을 제어하고 운전자의 소리를 향상시킬 수 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ 데이비스&존스, 페이지 205.

추가 읽기

  • David B의 프로젝트를 통한 자신만의 스피커 시스템 설계, 구축 및 테스트윔즈(McGraw-Hill/TAB Electronics) ISBN0-07-069429-X)
  • 확성기, 동적, 자기 구조 및 임피던스 EIA RS-299-A 표준

외부 링크