Fördelar med 4-Ohms högtalare?

[Trepip]

Jag har lurat lite på vad det finns för fördelar med 4-Ohms högtalare? Kan det bli bra om man kopplar in dem i serie? Antagligen en dum fråga, men jag var tvungen att ställa den.

[Svante]

Jag har lurat lite på vad det finns för fördelar med 4-Ohms högtalare? Kan det bli bra om man kopplar in dem i serie? Antagligen en dum fråga, men jag var tvungen att ställa den.

Mja.

När man tillverkar en talspole finns det plats för en viss mängd koppar i gapet. I princip skulle man kunna låta kopparn vara ett enda varv "tråd" och ansluta förstärkaren till den. Kruxet skulle vara den extremt låga impedans som den tal-"spolen" skulle få, dvs den skulle kräva extremt hög ström och extremt låg spänning för en given effekt.

Därför väljer man att dela upp kopparn i flera varv, då stiger impedansen och det blir enklare att ordna med förstärkare klarar att ge en viss effekt i lasten. Halvledarförstärkare kan typiskt leverera ström och spänning så att impedanser i 2-8 ohmstrakten ger maximal uteffekt.

Om man skulle vilja driva högtalaren direkt med en rörförstärkare så skulle impedansen behöva vara ännu högre. Problemet med det är att trådvarven måste isoleras och då blir det till slut mer isolering än koppar som tar upp det dyrbara magnetfältsfyllda utrymmet som finns i gapet. Därför har rörförstärkare nästan alltid en utgångstransformator i stället, som sänker spänningen och ökar strömmen ut från förstärkaren. Men faktiskt fanns det för länge sedan 800-ohmsvarianter av en del element, avsedda för drivning direkt från rörförstärkare.

Så vad blir skillnaden mellan 8 och 4 ohm då för en vanlig transistorförstärkare? Man får som regel mer uteffekt i 4 ohm. Ofta får man också mer distorsion under klippgränsen, speciellt mot högre frekvenser. Därför är det vanligt att man använder lågohmigare högtalare för lågfrekvens, där effektbehovet är större och disten inte ökar så mycket vid svår last.

Och att koppla dem i serie, det går alldeles utmärkt om de är likadana.

[Almen]

Jag tycker inte det var en dum fråga.

Fjärran från Svantes encyklopediska kunskap i ämnet skulle jag ändå vilja prova att formulera mig på det sätt som fick mig att fatta litet bättre (hoppas jag):

En förstärkare begränsas bland annat av att den har en max utspänning som den kan ge, som i sin tur beror på matningsspänning, utgångstopologi och sådant som jag inte vet något om. När man sedan försöker skruva upp mera (eller belastar mera) så går förstärkaren i spänningsbegränsning, den klipper. Om man då benämner denna maxspänning U, så har vi en tillgänglig maxeffekt P=U^2/R, där R är högtalarens nominella impedans.

För en 8 ohms högtalare blir då tillgänglig maxeffekt P=U^2/8. Om man sedan byter ut högtalaren mot en på 4 ohm, det vill säga halverar talet i nämnaren, så blir ju den tillgängliga effekten dubbelt så stor. I alla fall om förstärkaren klarar av att leverera den dubbelt så stora ström som då krävs.

Kan man resonera så?

[Kaffekoppen]

Det kan man, men få förstärklare är idealt byggda - de lämnar inte dubbla effekten vid halverad impedans

[Svante]

Kan man resonera så?

Apselut. Och den förklaringsmodellen är mycket bättre än komplementet till den, som jag serverar nedan. I praktiken är det nämligen spänningen som begränsar mest.

Komplementet till spänningsbegränsningen är den begränsade ström som en förstärkare kan leverera. Eftersom effekten P=I^2 *R så vill man ha så hög resistans som möjligt, om det vore så att strömmen var begränsningen.

Nu är det dock nästan alltid så att spänningen begränsar i vanliga laster. Det betyder egentligen att de flesta förstärkare är ooptimalt dimensionerade, detta förmodligen som en konsekvens av att det i reklambladen ser bra ut om "förstärkaren dubblar" för halverad impedans.

Så, för att återgå till frågan, så är valet av impedans en fråga om att den ska stämma med den ström- och spänningskapacitet som förstärkare har.

Brasklapp: Impedansanpassning är något annat och det har man normalt inte mellan förstärkarens utimpedans och högtalarens impedans. Men det är en annan tråd.

[Almen]

Kan man resonera så?

Apselut.

Ah, vad bra.

Jag har tidigare resonerat som så, att för en lågohmig högtalare behöver man en effektstark förstärkare, men man kan ju lika gärna tänka helt tvärtom: en effektsvag (nominell uteffekt, inte strömmässigt) förstärkare behöver en lågohmig högtalare.

[Kaffekoppen]

Japp

[Almen]

Man kan tycka att det är trivialt, men jag fick fundera en hel del, faktiskt. ...

[Trepip]

Tackar för svaren, då tror jag att jag förstår.

[/Man får som regel mer uteffekt i 4 ohm. Ofta får man också mer distorsion under klippgränsen, speciellt mot högre frekvenser.]

Och uteffekt är samma sak som volym, eller

Så med samma förstärkare får man högre volym men med risk för med mer distorsion i de högre frekvenserna.

[Almen]

Om 8-ohms- och 4-ohmshögtalarna har samma känslighet blir volymen högre för 4-ohmshögtalaren, ja. Känsligheten är det som brukar anges som typ 89 dB/m/W (alltså 1 W i 8 ohm vilket blir 2 W i 4 ohm), eller ibland som dB/m/2.83 V (varvid det blir samma ljudnivå), det vill säga hur hög ljudnivå man får på en meters avstånd för en viss effekt in på högtalaren. Så man får ha koll på enheterna. (Ändrat: Jo, tack...)

Varför det skulle bli distorsion i just de högre frekvenserna vet jag inte - risken för distorsion beror helt enkelt på att förstärkaren måste leverera mer ström för en given utspänning, och har inte med frekvensen att göra. Även om det förvisso för en specifik högtalare kan finnas impedansdippar högt upp i frekvens.

Ändrat: En hel massa...

[Kaffekoppen]

Förstärkare tycker lägre impedanser är svåra, det har med självas konstruktionen att göra. De förstärkare som är duktiga på låga impedanser tillhör inte de billigare. Det kan säkert nån smuttig förstärkarkunnig person som Morello förklara varför på ett bättre sätt. Jag har mest lärt mig att det är så. Av den anledningen tittar jag lika mycket på hur förstärkaren klarar impedansvariationer som dess toppeffekt, för mig är en 50W förstärkare som arbetar bra i 4/8 ohm vara bättre än en på 100w som anger minsta impedans till 6 ohm....

[Almen]

Förstärkare tycker lägre impedanser är svåra, det har med självas konstruktionen att göra.

En spänningsförstärkares överföringsfunktion i obelastat tillstånd är säkert helt spikrak eftersom den då inte behöver lämna någon effekt. Det svåra är när man vill ta ut ström ur den också, och ju mer ström man vill ta ut desto svårare blir det, både för slutstegstransistorerna och spänningsregulatorn.

[Kaffekoppen]

Jo, men varför blir det svårare? (känner mig som ett litet barn som bara undrar och undrar..)

[Almen]

Tjaa, spänningsreglerande kretsar (alltså de som skall hålla matningsspänningen på +/-13 volt, eller vad det nu skall vara) har vissa begränsningar vad gäller den spänningsskillnad som kan tas om hand relativt den ström som skall ges ut. Effektöverskottet måste ju avgå som värme, och den effektdissipationen är inte obegränsad. Dessutom har ingående komponenter vissa maxvärden på ström som inte kan överstigas (zenerdioder, stabbar).

Slutstegstransistorernas begränsning ligger väl också i den maximala ström de kan ge samt vilken effekt de kan göra sig av med i värme. Ju bättre desto dyrare, brukar det ju vara...

Nu tänker jag mest högt, så att någon som faktiskt.se kan något om detta kan ju styra upp mina tankar.

[soundbrigade]

Sedan kan man fundera över hur man gör om man MÅSTE ha två lika högtalare:
a) parallellkoppla 2 st 8 ohm
b) seriekoppla 2 st 4 ohm
Jag har i dessa fall alltid hört att parallellkoppling är bättre.
Åsikt nån?!

[Piotr]

Utgångtrissorna blir mer olinjära vid högre strömmar, gäller både FET och BJT tror jag. Även basen på BJT har en nivåmässig olinjäritet... alltså på dess imopedans som drivsteget kämpar med. Och generellt så distar stegen mer vid högre frekvenser och därav Svantes förklaring.

Finns steg som har ganska lika distortion vid samma effekt in i olika impedanser dock, och som även har väldigt "rak" distortionskurva, dvs. ung. lika mycket dist vid 100k som vid 1k. Zaaaapsolute!

/Peter

[Michael]

Finns steg som har ganska lika distortion vid samma effekt in i olika impedanser dock, och som även har väldigt "rak" distortionskurva, dvs. ung. lika mycket dist vid 100k som vid 1k. Zaaaapsolute!
/Peter

Däremot så har det steget högre dist vid 20Hz, vet du varför? (se http://www.lcaudio.dk/thdzapsolute1w8ohm.jpg)

PS. Ursäkta för OT

//Michael

[Svante]

Mja, om det där med ökande dist mot högre frekvenser. Jag vet inte om det är ett icke-problem numera, men när jag höll på att bygga för sådär 20 år sen så var det ett problem att få ner övergångsdistorsionen vid höga frekvenser i ett AB-steg. Det gäller att överlämnandet mellan utgångstrissorna sker mjukt och fint, men om ena trissan har varit avstängd tar det en liten stund att få igång den, och om växlingen mellan de två går fort (dvs frekvensen är hög) så kan det lätt bli ett litet glapp där.

Vad säger Morello?

[Almen]

OK, Svante, då är jag med på frekvensberoendet. Fasen, vad man lär sig mycket här.

[Kaffekoppen]

Visst ä det så Almen

[DQ-20]

Mja, om det där med ökande dist mot högre frekvenser. Jag vet inte om det är ett icke-problem numera, men när jag höll på att bygga för sådär 20 år sen så var det ett problem att få ner övergångsdistorsionen vid höga frekvenser i ett AB-steg. Det gäller att överlämnandet mellan utgångstrissorna sker mjukt och fint, men om ena trissan har varit avstängd tar det en liten stund att få igång den, och om växlingen mellan de två går fort (dvs frekvensen är hög) så kan det lätt bli ett litet glapp där.

Om man får tro Douglas Selfs utredningar så är detta problem inte materialgrundat utan handlar om kretslösningar. Nya transistorer är visserligen bättre (exvis mindre drop i beta vid högre strömmar vilket bäddar för mer lastokänslighet) men material att bygga effektförstärkare med extremt låg dist fanns redan i slutet av sextiotalet. Supremestegen är väl f ö bortåt 20 år vid det här laget, eller?

Ett problem med 4 ohms högtalare är att marginalerna blir små för vanliga slutsteg. Om en högtalare låg på 4 ohm resistivt vore det väl inget problem men om impedanskurvan börjar svänga och dessutom utgör en reaktiv last med branta fasvinklar kommer man börja dra mycket ström ut normala slutsteg. Förlusterna i slutsteget börjar då bli påtagliga samtidigt som distortionen går upp.

Just my 2 or less cents

/D

[norman]

Om 8-ohms- och 4-ohmsförstärkarna har samma känslighet blir volymen högre för 4-ohmshögtalaren, ja. Känsligheten är det som brukar anges som typ 89 dB/m/2,83 V (alltså 1 W i 8 ohm vilket blir 2 W i 4 ohm), eller ibland som dB/m/W

Om man anger känsligheten m.a.p. spänningen (db/m/2.83v) så låter dom lika högt om förstärkaren levererar samma spänning. (man brukar oftast ange m.a.p. spänning)

/en som gillar att anmärka...

edit: och kanske skall "4-ohmsförstärkarna" bytas mot "4-ohmshögtalarna"? annars hänger jag inte med)

[Almen]

norman:

...man får ha koll på enheterna.

Så klart, bra att du förtydligar mitt förvirrade inlägg. Det är om känsligheten anges i dB/m/W och är samma, som det blir starkare ljud i 4 ohms-högtalaren för samma insignal.

Ändrat: Gaahh, klart det är högtalare vi pratar om! *ändrar*