Comprensione delle specifiche – Risposta in frequenza dell'amplificatore audio per auto

Come argomento successivo della nostra serie che spiega le specifiche dell'amplificatore, esamineremo le informazioni sulla risposta in frequenza fornite dai produttori e spiegheremo come per interpretare queste informazioni. Nella più semplice delle affermazioni, le specifiche della risposta in frequenza ti parleranno dei limiti di bassa e alta frequenza dell'amplificatore in base al suo design. Come per tutte le specifiche che abbiamo esaminato, le informazioni fornite sono significative quanto le informazioni che potrebbero mancare nella pagina delle specifiche. Entriamo e diamo un'occhiata.

Informazioni sulle specifiche della risposta in frequenza dell'amplificatore

Diamo un'occhiata a un buon amplificatore con una specifica da 4 Hz a 50 kHz. In questo particolare esempio, non viene fornita alcuna tolleranza, quindi non sappiamo se quei limiti di bassa e alta frequenza rappresentino una tolleranza di 1dB o 3dB. Accendiamo l'amplificatore e vediamo cosa possiamo scoprire.

Collegato alla nostra interfaccia digitale e al banco di resistori di carico, l'amplificatore mostra una risposta in frequenza di -1 dB di 8,21 Hz sull'estremità inferiore e 48,7 kHz su quella superiore. Tenendo conto di una tolleranza di 3 dB, la misurazione è di 4,36 Hz in basso e al di sopra del limite di misurazione di 96 kHz della mia attrezzatura in alto.

In breve, queste informazioni ci dicono che questo amplificatore non influirà in modo drammatico sulla risposta del tuo sistema audio in nessuna parte dello spettro udibile e ben oltre.

Gli altoparlanti non sono resistori

Diversi fattori governano la risposta in frequenza di un amplificatore. Al di fuori di una discussione sul design del circuito e sui componenti utilizzati per l'amplificatore, ciò che la maggior parte delle persone si rende conto è che il sistema di altoparlanti a cui colleghi l'amplificatore può influire sulle sue prestazioni. In laboratorio utilizziamo carichi resistivi. Nel mondo reale, gli altoparlanti aggiungono un livello di reattanza induttiva che si oppone al flusso di corrente CA e influisce sulla risposta in frequenza. Quando si aggiunge una rete crossover passiva, il carico ora include la reattanza capacitiva. In definitiva, anche in una semplice rete crossover passiva a due vie, il carico che vede l'amplificatore varia molto a seconda della frequenza.

Ho contattato John Atkinson, editore della rivista Stereophile, e ho chiesto il permesso di ricreare la sua rete di simulazione di altoparlanti reattivi. Il suo uso di un carico reattivo per i test di risposta dell'amplificatore è stato il risultato di un documento della Audio Engineering Society di Eric Benjamin intitolato "Amplificatori di potenza audio per carichi di altoparlanti". Atkinson si è consultato con Ken Kantor di NHT e International Jensen sulla rete passiva e il risultato è stata una versione della rete che vedi sotto.

Lo scopo di questa rete è presentare diverse impedenze all'amplificatore a diverse frequenze per valutarne le prestazioni. La rete replica ciò che un amplificatore vedrebbe quando alimenta un diffusore da scaffale a due vie con custodia sigillata con un'impedenza nominale di 8 ohm. Ho creato questa rete con l'aiuto di Frank Fabian presso The Speaker Shop a Toronto. Il suo negozio ha una fornitura impressionante di condensatori, resistori e induttori in stock. Se hai un altoparlante di casa che ha bisogno di riparazioni o ricognizioni, è l'uomo con cui parlare!

Risposta dell'amplificatore ai carichi reattivi

Il passaggio successivo è stato ripetere la misurazione della risposta in frequenza del nostro amplificatore di riferimento utilizzando un carico di 4 ohm, un carico di 2 ohm e il nostro carico reattivo per dimostrare l'effetto sulla risposta.

Come puoi vedere, c'è un piccolo cambiamento nella risposta alle alte frequenze da questo amplificatore a seconda dell'impedenza del carico. L'amplificatore include alcune induttanze di filtro sulle uscite come parte del suo design di alimentazione a tensione variabile. La differenza tra il 4 ohm e la traccia reattiva è di 0,85 dB a 20 kHz.

E gli amplificatori economici?

Il nostro amplificatore di riferimento è proprio questo:un amplificatore di alta qualità che suona in modo sorprendente. Quindi, cosa succede quando esegui questi stessi test su un amplificatore economico? Guardiamo e vediamo!

Il nostro amplificatore economico fa un buon lavoro con i carichi resistivi, rotolando di 1dB intorno a 16kHz in alto e sotto i 10 Hz in basso. La traccia rossa mostra che c'è una certa enfasi tra 2 e 3 kHz causata dalle caratteristiche induttive della rete di filtri passivi. Sarebbe udibile quell'enfasi? Dipende dal tuo livello di ossessione. Puoi sentire la differenza di pochi decimi di dB durante la regolazione di un equalizzatore.

Che ne dici dei nostri amici amplificatori di classe D?

Come accennato, i piccoli filtri sull'uscita del nostro buon amplificatore hanno determinato un cambiamento misurabile nella risposta in frequenza tra i carichi variabili. Cosa succede quando misuriamo un amplificatore in Classe D che utilizza filtri di grandi dimensioni sulle uscite?

Qui possiamo vedere che c'è un aumento di mezzo dB intorno a 3 kHz e più di 2 dB di uscita aggiuntiva a 20 kHz rispetto al livello di riferimento di 1 kHz. Compared to a purely resistive load, the bump at 20 kHz is 3.5 dB more than a 4-ohm resistive load and about 7 dB louder than 2 ohms. If you’ve ever wondered why Class-D amplifiers sound different than a high-quality Class-AB, this is one of the reasons.

Working with Frequency Response Specifications

For most applications, you can ignore the frequency response measurements of the amplifiers you choose. The majority will be adequately flat from 20 Hz to 20 kHz. If you plan on driving a low-impedance load (low-impedance drivers or many drivers wired in parallel), the added impedance will dramatically reduce the high-frequency performance of a Class-D amp.

If you are planning on building an audio system that is truly high-resolution audio-ready, and capable of playing audio signals beyond 20 kHz, you are going to need to do some homework. Odds are, you’ll want a Class-AB amp for the tweeters, at the very least.

Finally, designing an audio system that uses active filtering will help reduce the variations in impedance caused by passive crossovers.

If you need help choosing an amplifier for your car audio system, drop into your local specialist mobile electronics retailer and talk to one of their product specialists.

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