Como os alto-falantes são compatíveis com os amplificadores de áudio? (evitando sobrecarga também)

Sei que um título de pergunta semelhante foi solicitado, mas acredito que isso não responde à minha pergunta (e não consegui pensar em uma maneira melhor de formular a pergunta).

Estou um pouco confuso sobre como exatamente um amplificador pode sobrecarregar um alto-falante e vice-versa.

Muitos alto-falantes do amplificador de guitarra têm impedância de 8Ω .

Se bem entendi, o amplificador de saída (deveria) gera uma saída de sinal de tensão fixa, independentemente de qual carga é colocada nele . Se este passo estiver errado, corrija-me.

Portanto, se houver um sinal de tensão fixa (por exemplo, + -15V, ou seja, 30V de oscilação ) e se a impedância dos alto-falantes for ~ 8Ω (eu entendo que variará com a frequência, mas digamos que seja em torno desta figura), então como é a potência varia com diferentes combos de amplificador mesmo que a impedância seja aproximadamente a mesma? É que a tensão aumenta com combinações de amplificador / alto-falante de potência mais alta.

Por exemplo, um combo de 10W com um alto-falante de 8Ω contra um amplificador de 100W conectado a um gabinete de 4 alto-falantes com impedância de 8Ω (conexão paralela 2 pares de séries de alto-falantes de 8Ω), o 100W é obviamente mais alto. Será que as tensões de saída do amplificador de 100W são maiores? Senão, como você pode aumentar a potência se estiver mantendo a tensão e a impedância constantes?

O que aconteceria se você conectasse o amplificador de 10W diretamente a um gabinete de 4 alto-falantes? Sobrecarregaria o amplificador? Ou apenas tocar mais baixo? Teoricamente, se a tensão é a mesma e a impedância ainda é de 8 ohms, a potência deve ser a mesma, ou seja, 10W através dos alto-falantes classificados de 100W.

Se sim, isso é verdade: quando dizemos um alto-falante de 10W e 8ohm, queremos dizer que é capaz de lidar com tensões máximas máximas de (P = V ^ 2 / R, V = sqrt (PR)) ~ 9V . Considerando que, para um alto-falante de 100W e 8ohm, ele é capaz de lidar com tensões de pico de ~ 28V ?

Em que situação você pode prejudicar um orador? Ao conectar um amplificador muito poderoso a ele? Mas então isso não é algo recomendado por muitas pessoas? (Saída do amplificador de pelo menos 2x a classificação do alto-falante). Se sim, então a saída de tensão de um amplificador não é fixa? Varia de acordo com qual alto-falante está conectado a ele? (mesmo que a impedância seja a mesma?)

Em que situação você pode prejudicar um amplificador? Ao conectar um alto-falante de potência muito alto a ele? Então, por que vejo tantas pessoas postando vídeos no youtube de amplificadores de guitarra de 1/2 W conectados a uma classificação de grande potência 4 alto-falantes de pilha de alto-falante ou pelo menos até duas combinações de alto-falante?

Você tem muitas perguntas, mas acho que você pode entender melhor com uma única explicação. Veja que existem muitos mitos sobre esse assunto. Mas também é uma questão de eletrônica analógica.

Alto-falantes são uma carga Z no seu circuito que pode variar sua impedância em termos de frequência. Observe que o objetivo principal de um alto-falante é manter uma impedância estável e quase constante na faixa de frequência em que ele foi construído para trabalhar. Essa impedância é quase igual à resistência da bobina. Portanto, quando seu alto-falante estiver trabalhando em um sistema bem projetado, sua carga Z pode ser vista como uma carga resistiva quase pura (8, 6 ou 4 ohms na maioria dos casos).

Com isso dito, devemos ter maneiras de fornecer energia ao alto-falante para que ele possa reproduzir ondas sonoras. Observe que a parte magnética do alto-falante está diretamente relacionada à corrente que passa através dele. Então, podemos dizer que o alto-falante é um tipo de carga resistiva que lida com as variações atuais para produzir som (maneira simples de entender). Portanto, a maneira como podemos variar a corrente em uma carga resistiva é balançando uma tensão através dela.

Se você conectar um alto-falante ou um resistor simples à saída de um amplificador e também conectar uma sonda de osciloscópio na carga, verá as variações de tensão assim como sua música está variando (ondas sonoras). Não é uma tensão constante na saída. Caso contrário, você não poderá produzir ondas sonoras, pois precisará das variações atuais para produzir variações e forças magnéticas pela fórmula de Lorentz.

Além disso, a potência é a energia consumida pelo seu sistema. A potência instantânea é calculada por P = UI ou P = ZI². Portanto, quanto maior a corrente que passa pelo alto-falante, mais energia será dissipada (e também mais consumo de energia, pois parte dele será transformada em ondas sonoras).

Além disso, você deve considerar o controle de volume. Esses exemplos que você deu apenas podem ser aplicados se seus amplificadores estiverem sempre trabalhando em amplificação total (0 dB). Dessa forma, um amplificador mais potente deve produzir tensões mais altas na saída em comparação com um amplificador menos potente (ambos em 0dB). Como a energia instantânea também é calculada por P = U² / Z, não é possível aumentar a energia com a tensão e a impedância iguais.

Ao fazer conexões (amplificador + alto-falante), você deve se preocupar com alguns detalhes:

• Potência de saída do amplificador: informa a quantidade de energia que ele pode fornecer ao seu alto-falante em uma determinada impedância. Esta é a potência máxima que pode produzir. Observe que, se você ligá-lo com 20% do volume, ele não fornecerá toda a sua potência. Observe também que, mesmo em 0dB, provavelmente não estará produzindo potência máxima o tempo todo, porque a música varia suas ondas de amplitude; portanto, você deve calcular a potência média pela integral de todo o sinal.

• Impedância mínima do amplificador:Isso informará qual é a menor impedância que você pode conectar à sua saída. Não importa se você conectar impedâncias mais altas lá. Você simplesmente não poderá obter um som muito alto no seu sistema de alto-falantes. De um modo geral, ao conectar alto-falantes de impedância mais alta, você pode ter um som mais limpo (menos distorção), mas um volume de som mais baixo. Por outro lado, se você deseja um sistema mais alto, conecte a menor impedância permitida, mas provavelmente terá mais distorção. Observe que o que pode prejudicar qualquer parte do seu sistema é o excesso de calor. E o calor é produzido pelo efeito Joule, que se relaciona diretamente ao poder. Portanto, também é possível conectar impedâncias mais baixas do que o permitido, pois você não aumenta o volume mais que um determinado ponto. Dessa forma, mesmo com impedâncias mais baixas, você produz a mesma potência que uma impedância mais alta em volume total. Você pode ver isso conectando um alto-falante de 2 Ohms a um amplificador mínimo de 4 Ohms, mas em um volume muito baixo. Funcionará e não prejudicará nada.

• Impedância do alto-falante: como já foi dito, é a impedância nominal que um fabricante tenta alcançar e manter estável na faixa de frequência em que o alto-falante foi projetado para funcionar.

• Potência do alto-falante: esta é a potência mais alta que o alto-falante é construído para tolerar. É claro que sempre há perguntas sobre as maneiras pelas quais as pessoas usam para medir isso e, de fato, existem conceitos errados sobre termos como RMS POWER. Uma maneira comum de fazer isso é conectar o alto-falante a algum sinal que tenha uma potência MÉDIA P e verificar se ele pode tolerar isso por um longo período de tempo. O maior valor de P que você pode alcançar é a sua potência média nominal (mais uma vez, é uma maneira simples de explicar).

Portanto, se você estiver conectando um alto-falante a um amplificador, observe essas variáveis ​​para ver se prejudicará alguma coisa. Geralmente, você pode danificar um alto-falante ao conectar um amplificador muito poderoso a ele. Digamos que você tenha um alto-falante de 300 W / 8 ohms e conecte um amplificador de 800 W / 8 ohms. Como eu disse antes, isso também depende do seletor de volume. Sempre que este sistema estiver em volume baixo, nada será prejudicial. Mas quando você atinge um ponto específico de volume em que a potência média na saída ultrapassa os 300W, você provavelmente começará a prejudicar seu alto-falante. Às vezes, as pessoas também dizem que um alto-falante muito poderoso pode prejudicar um amplificador não-poderoso. Ou que um amplificador não potente não pode dirigir um alto-falante poderoso. O que acontece é que agora você pode ter um amplificador de 20W / 4 ohms com um alto-falante de 800W / 4 ohms. Observe que você pode conectá-los e ele funcionará normalmente. Será como conectar um amplificador mais potente com baixo volume. Os problemas são: você provavelmente desejará atingir o volume máximo para ter algum som. Isso pode danificar seu amplificador, pois o volume total muitas vezes significa mais de 0dB (mais distorção). O excesso de calor no amplificador pode danificar sua saída. Outro problema comum é que essa distorção no volume máximo pode danificar seu alto-falante. Isso acontece porque o falante é construído para trabalhar em movimento. Muitos alto-falantes têm orifícios para dissipar o calor e obter fluxo de ar para refrigerar. Sempre que ocorre distorção, a parte móvel do alto-falante pode parar de se mover por um tempo. Começa a superaquecer a bobina. Isso pode danificar seu amplificador, pois o volume total muitas vezes significa mais de 0dB (mais distorção). O excesso de calor no amplificador pode danificar sua saída. Outro problema comum é que essa distorção no volume máximo pode danificar seu alto-falante. Isso acontece porque o falante é construído para trabalhar em movimento. Muitos alto-falantes têm orifícios para dissipar o calor e obter fluxo de ar para refrigerar. Sempre que ocorre distorção, a parte móvel do alto-falante pode parar de se mover por um tempo. Começa a superaquecer a bobina. Isso pode danificar seu amplificador, pois o volume total muitas vezes significa mais de 0dB (mais distorção). O excesso de calor no amplificador pode danificar sua saída. Outro problema comum é que essa distorção no volume máximo pode danificar seu alto-falante. Isso acontece porque o falante é construído para trabalhar em movimento. Muitos alto-falantes têm orifícios para dissipar o calor e obter fluxo de ar para refrigerar. Sempre que ocorre distorção, a parte móvel do alto-falante pode parar de se mover por um tempo. Começa a superaquecer a bobina. Muitos alto-falantes têm orifícios para dissipar o calor e obter fluxo de ar para refrigerar. Sempre que ocorre distorção, a parte móvel do alto-falante pode parar de se mover por um tempo. Começa a superaquecer a bobina. Muitos alto-falantes têm orifícios para dissipar o calor e obter fluxo de ar para refrigerar. Sempre que ocorre distorção, a parte móvel do alto-falante pode parar de se mover por um tempo. Começa a superaquecer a bobina.

Em resumo, qualquer combinação de amplificador e alto-falante deve ser possível. Você apenas tem que cuidar do volume. Se você não deseja nenhum problema, adquira um amplificador um pouco menos potente que o seu alto-falante na mesma impedância e nunca exceda algo entre 70% e 80% do controle de volume. Se o seu disco de volume tiver uma escala de dB, tente usar no máximo 0 dB.

Espero que isso tenha esclarecido suas perguntas. Desculpe pelo mau inglês.

As impedâncias correspondentes podem ser um problema com os amplificadores de estado sólido e de tubo.

No caso de amplificadores valvulados, os tubos não podem acionar diretamente os alto-falantes; eles precisam acionar os alto-falantes através de um transformador de impedância. É muito difícil danificar os tubos, mas o transformador ou os alto-falantes podem ser danificados se a impedância não corresponder. Em um amplificador valvulado, os tubos são bons em acionar grandes tensões (100s de volts), mas não são bons em acionar grandes correntes. Portanto, para acionar alto-falantes de 8 ou 4 ohm, é necessário um transformador para converter a saída de alta tensão dos tubos em uma saída de alta corrente para os alto-falantes. O lado primário conectado aos tubos tem muitas e muitas voltas de fio muito fino. O lado secundário conectado aos alto-falantes possui menos voltas de fio mais grosso. Os tubos atuam como fontes de corrente. Se nenhum alto-falante ou alto-falante com impedância muito alta estiver conectado, os tubos podem apresentar ao transformador tensões muito altas que podem danificar o isolamento nos enrolamentos do transformador. Se a impedância do alto-falante for muito baixa, os tubos podem empurrar o excesso de corrente pelos enrolamentos, causando o aquecimento. Nenhuma delas é ideal. Geralmente, o secundário do transformador possui 2 ou 3 toques para impedâncias comuns dos alto-falantes, para tornar a correspondência tão simples quanto selecionar a impedância correta em um comutador.

No caso de amplificadores de estado sólido, você pode ter um problema semelhante com um amplificador descarregado, danificando-se ao gerar altas tensões internamente. A causa é a mesma: os transistores de saída atuam como fontes de corrente e, se a impedância for muito alta, isso resultará em altas tensões. Os amplificadores modernos geralmente são projetados para evitar esse problema completamente ou têm cargas internas permanentemente conectadas nos terminais de saída para colocar um limite superior na impedância que o amplificador vê.

Em termos de saída de potência do amplificador, a maioria dos amplificadores realmente possui três limites de saída - tensão, corrente e potência. Se a impedância for pequena, você atinge o limite atual. Se a impedância for muito grande, você atinge o limite de tensão. Se você escolher a impedância de tamanho certa para atingir os limites de corrente e tensão ao mesmo tempo, provavelmente atingirá o limite de potência. O limite de tensão é determinado pelas tensões de alimentação do amplificador. O limite de corrente é determinado pelos transistores do inversor de saída. E o limite de energia geralmente é um limite térmico - se você exceder por muito tempo, o amplificador superaquece.

Você pode prejudicar um alto-falante de várias maneiras. Um está colocando muito poder através dele. Outro está colocando muita energia através dele em frequências fora da faixa de frequência de projeto. por exemplo, não coloque graves através de um tweeter. Outro é o recorte de amplificador. Quando a tensão do amplificador ou os limites de corrente são atingidos, ele corta a parte superior da forma de onda, gerando muitos harmônicos de alta frequência. Isso pode danificar um alto-falante empurrando violentamente o cone do alto-falante em frequências nas quais ele não foi projetado para operar. Além disso, se o recorte não for simétrico, o cone poderá avançar ou sair do alto-falante. Se ficar longe o suficiente, a bobina deixará a ranhura no ímã do alto-falante e poderá ser danificada se perder a ranhura quando voltar.

Você pode danificar um amplificador sobrecarregando-o ou sub-sobrecarregando, por impedância. Não há problema em conectar um alto-falante de 4 W a um amplificador de 1/2 W, desde que o amplificador seja adequado ao acionar a impedância do alto-falante. Apenas não será muito alto.

Primeiro de tudo, é muito raro a impedância de um alto-falante estar em qualquer lugar próximo da superfície. A curva de impedância normalmente se parece vagamente com isso:

O pico é f _s , a ressonância de ar livre do alto-falante. A impedância nominal é o primeiro mínimo na curva de impedância acima da ressonância. A resistência CC normalmente será um pouco menor que essa, mas normalmente não muito mais baixa (por exemplo, pode ser em torno de 6 ohms para um alto-falante classificado com impedância de 8 ohms). A resistência DC também é afetada por outros fatores - por exemplo, um alto-falante destinado a lidar com mais potência normalmente possui um fio de bitola mais grossa na bobina de voz, o que reduzirá a resistência DC, mas quase não terá efeito na impedância em frequências mais altas. .

Quando você monta esse driver em uma caixa, normalmente adiciona pelo menos um (e geralmente alguns) mais, picos menores em frequências mais baixas que refletem a frequência ressonante do gabinete e quaisquer portas que ele possa ter.

Não sei de onde você tirou a ideia de que a voltagem é constante (ou mesmo perto dela). Como qualquer outro circuito, P = I * E. Portanto, por exemplo, um watt através de um alto-falante de 8 ohm é 2,83 volts (raiz quadrada de 8, já que P = E ² / R). Talvez você esteja pensando no fato de que a maioria dos amplificadores será classificada para um balanço máximo de tensão (mas geralmente será maior que 16 volts).

Quanto ao que acontece se você conectar um amplificador de 10 Watt a 4 alto-falantes (presumivelmente em paralelo em série para manter a mesma impedância), normalmente obterá pelo menos um pouco de eficiência, porque a maioria dos alto-falantes não é linear. Por exemplo, um alto-falante pode ter uma classificação de 92 dB SPL a um watt (sob algumas condições de teste padrão). Em teoria, isso significa que ele deve produzir SPL de 95 dB com 2 watts de entrada ou SPL de 102 dB com 10 watts de entrada. Na realidade, três ou dez dB a mais de entrada normalmente não produzem (bastante) três ou dez dB a mais de saída. Ao separar a potência do amplificador em quatro alto-falantes separados em vez de um, você minimizará esse efeito, para obter (ligeiramente) mais saída acústica para uma determinada quantidade de saída elétrica do amplificador.

Tanto quanto um amplificador muito potente danifica um alto-falante: depende. Se você dominar completamente um alto-falante, sim, isso pode acontecer. Por exemplo, se você conectasse um amplificador de 500 watts a um pequeno alto-falante de 3 polegadas e o colocasse em um local próximo da potência máxima, o alto-falante quase inevitavelmente falharia rapidamente. Dependendo do design, é um pouco difícil ter certeza do que falharia primeiro - você pode superaquecer a bobina de voz e um fio simplesmente vaporiza, ou você pode gerar um campo magnético mais forte do que o projetado, e pressionar / puxar o botão cone do alto-falante além do pretendido e destruir o surround (na minha experiência, a falha da bobina de voz é muito mais comum).

Muito mais comum é destruir um alto-falante, passando um amplificador além da potência nominal. Isso é particularmente problemático com os amplificadores bipolares, pois eles tendem a ter características de corte bastante duras. Aqui, no entanto, você é salvo pelo fato de que produzir intencionalmente várias formas de distorção é bastante comum; portanto, quando você lida especificamente com um amplificador e alto-falante, não é provável que destrua as coisas (de qualquer maneira, muito rapidamente) ) Com algo como um estéreo normal, o recorte normalmente aumenta muito as frequências altas do sinal com pressa - o que, por sua vez, resulta em muito mais potência do tweeter do que o pretendido, o que pode destruí-lo rapidamente. .

Ferir o amplificador depende. O resumo resumido é que a falha em um amplificador de estado sólido normalmente ocorrerá se você conectar uma impedância muito baixa de um alto-falante. Isso tentará consumir mais corrente do que o amplificador pode fornecer, causando superaquecimento e (se você for longe demais) derretendo os transistores de saída.

Por outro lado, os amplificadores tubulares tendem a ser danificados com mais frequência ao conectar uma impedância muito alta dos alto-falantes. O amplificador foi projetado para o alto-falante carregar a saída. Sem carga suficiente do alto-falante, o amplificador produzirá voltagem mais alta do que o pretendido. Quando / se um fio do alto-falante se solta, você obtém impedância infinita quase instantaneamente. Dependendo do design, o seu circuito de proteção entra em ação e desliga o amplificador, ou então o último som que você ouve antes de reparar o amplificador é um pop alto à medida que os tubos de saída queimam.

As especificações dos alto-falantes são um campo minado, mas para os amplificadores são mais simples. Se um amplificador é classificado em 10W RMS, essa é a potência sinusoidal que ele pode fornecer a uma carga especificada (2 ohms a 8 ohms normalmente) a um certo nível de distorção. Geralmente, a distorção ocorre porque o amplificador está fornecendo a onda senoidal no início do recorte.

Portanto, se tiver trilhos de energia internos de +/- 10 V, poderá fornecer 17,9 Vp-p com uma pequena quantidade de recorte em uma carga de 8 ohm. O mesmo amplificador também pode ser capaz de conduzir uma carga de 4 ohm com praticamente a mesma amplitude de saída e, nesse caso, o amplificador pode especificar que é um amplificador de 20W.

Um amplificador tende a ter uma impedância de saída muito baixa e geralmente é o caso de amplificadores de transistor usando feedback negativo - o feedback tende a manter a saída constante, independentemente da carga. No entanto, haverá um ponto (se a impedância de carga for reduzida) que o amplificador fume ou um circuito limite de corrente entre em ação para "salvar" o amplificador da destruição.

Para um alto-falante, ele terá uma classificação e, esperançosamente, essa classificação terá a mesma forma de unidades em que um amplificador de potência é especificado, mas isso não precisa ser o caso e você deve garantir que está comparando maçãs com maçãs. A classificação de um alto-falante também incluirá a resposta de frequência em que está classificado e isso é importante notar, porque você não pode pressionar os graves (na potência nominal do alto-falante) em um tweater e esperar que ele sobreviva e também não pode bombear sub- baixo em um driver de baixo padrão e espera que ele sobreviva.

Existem algumas respostas realmente boas aqui, então só posso acrescentar um pouco, porque as coisas estão muito bem cobertas por todos os outros. Os amplificadores de áudio de classe sólida AB da classe AB são razoavelmente flexíveis quanto à impedância do alto-falante dentro dos limites de corrente e volts já cobertos. D é uma história diferente, porque geralmente existe um filtro passa-baixo que tem uma frequência de corte acima da frequência de áudio mais alta de interesse e abaixo da frequência de comutação .Exemplo de frequência de corte de 30KHz e frequência de comutação de 150KHz. O filtro será projetado para ser agradável e plano a banda de áudio. Se você diz que usa alto-falantes de 16 ohm, por exemplo, um amplificador de 4 ohm, o filtro pode ter um pico e soar terrível ou até danificar as coisas se o filtro estiver fora do loop de feedback.Se você estiver executando a classe D, não mexa nas impedâncias dos alto-falantes, a menos que saiba realmente o que está fazendo.