Selektor impedancji na straży temperatury
Wszystkie współczesne wzmacniacze i amplitunery wielokanałowe mają określoną liczbę końcówek (pięć, siedem... a nawet trzynaście - jak AVC-X8500HA) o takiej samej mocy wyjściowej (maksymalnej). Jednak można ją uzyskać tylko przy wysterowaniu jednej, najwyżej dwóch końcówek (dowolnych) jednocześnie; ze wszystkich naraz nie jest możliwe, ponieważ na rzecz wszystkich pracuje wspólny zasilacz i jego wydajność ogranicza sumaryczną moc wyjściową. Podobnie jest we wzmacniaczach stereofonicznych, z wyjątkiem tych, które mają niezależne zasilacze dla obydwu kanałów. Stąd spadek mocy maksymalnej w poszczególnych kanałach przy wysterowywaniu coraz większej ich liczby.
A teraz zajrzyjmy do Laboratorium AUDIO.
AVC-X8500HA wyposażony jest w selektor impedancji, którym mamy dopasować jego pracę do impedancji znamionowej podłączonych zespołów głośnikowych. Wzmacniacze stereofoniczne takich nie mają... a dlaczego, wyjaśniamy dokładniej dalej.
Określone powody takiego rozwiązania w amplitunerze wielokanałowym nie rozwiewają wątpliwości, jak go stosować... Po pierwsze: jaką wybierać impedancję, gdy do różnych kanałów podłączamy kolumny o różnej impedancji? Po drugie: skąd mieć pewność co do ich impedancji, skoro producenci (kolumn) często nas w tej sprawie bałamucą? Podłączając kolumny do wzmacniacza stereofonicznego, nie musimy się nad tym tak bardzo zastanawiać, co będzie, to będzie... nie mamy żadnego wyboru, a tutaj - mamy wybierać między 4 a 8 omami. Jakie będą konsekwencje niewłaściwego wyboru?
Na początek ustawiamy selektor w pozycji 8 omów i podłączamy rezystancje 8-omowe. Gdy w ten sposób obciążymy jeden kanał, otrzymujemy 197 W, gdy dwa - 2×183 W; w trybie pięciokanałowym spadek mocy w poszczególnych kanałach musi się już zaznaczyć bardziej ze względu na ograniczone możliwości wspólnego zasilacza, ale wynik 5×146 W jest wyśmienity. Tę serię pomiarów kończymy obciążeniem 11 kanałów, uzyskując w każdym 65 W. Wszystkich trzynastu kanałów naraz już jednak nie zbadaliśmy, bo nie mamy tylu obciążeń pomiarowych... Ale można oszacować, że byłoby to ok. 55 W, bowiem całkowita moc urządzenia zdaje się nieco przekraczać 700 W.
Druga seria pomiarów może rodzić wątpliwości, czy w ogóle powinna być przeprowadzona, jednak jej praktyczne znaczenie okaże się kluczowe. Tym razem podłączamy obciążenia 4-omowe, ale wciąż przy pozycji selektora 8 omów. To zarówno symulacja działania użytkownika, który zostaje wprowadzony w błąd przez producenta kolumn co do rzeczywistej impedancji znamionowej, jak i użytkowników, którzy pójdą tropem naszych ustaleń... Moc znacząco wzrasta, do 324 W przy jednym kanale wysterowanym, 2×251 W przy dwóch; przy pięciu już niewiele, ale wciąż - do 5×160 W.
A przy jedenastu? Wyników już nie podamy, bowiem wcześniej, przy 7 kanałach, przy mocy 7×70 W, włączają się układy zabezpieczające, więc postanowiliśmy dłużej AVC-X8500HA nie męczyć. Tyle nam wystarczy, aby wiedzieć, że taka "pomyłka" przyniesie nam w praktyce znaczny wzrost mocy przy niewielkim ryzyku wyłączenia się urządzenia w sytuacjach ekstremalnych, raczej teoretycznych - kanały surround nie dostają sygnałów, które mogłyby spowodować takie ich wysterowanie. Tym bardziej uszkodzenie wzmacniacza nie wchodzi w grę.
A teraz, zostając przy obciążeniu 4-omowym, przełączamy AVC-8500HA w tryb 4-omowy.
To sytuacja która miałaby miejsce najczęściej, gdyby użytkownicy mieli świadomość, że ich kolumny są właśnie 4-omowe, a nie tak jak napisano w ich specyfikacjach - 8-omowe, a jednocześnie nie znaliby wyników naszych pomiarów... Kto spodziewa się jeszcze większego wzrostu mocy dzięki "zoptymalizowaniu" pracy końcówek pod kątem impedancji 4-omowej, srodze się zawiedzie. Moc drastycznie spada (dlaczego - wyjaśnienie dalej), do 92 W przy wysterowaniu jednego lub dwóch kanałów, w ustawieniu pięciokanałowym mamy 5×78 W, wreszcie w jedenastokanałowym - 11×61 W, a więc już niemal tyle samo, ile przy 8 omach.
Zwłaszcza słuchanie muzyki stereo w takiej konfiguracji poważnie ogranicza potencjał urządzenia - moc jest prawie trzykrotnie niższa niż przy pozostawieniu selektora w pozycji 8 omów i dwukrotnie niższa niż przy podłączeniu obciążenia 8-omowego.
Ten "selektor" to w rzeczywistości ogranicznik mocy... Do jego stosowania zniechęcamy wynikami naszych pomiarów, a kto ich nie zna, być może nie wpadnie na pomysł jego zastosowania, na szczęście urządzenie jest ustawione fabrycznie w pozycji 8 omów; aby przestawić go na 4 omów, należy wgryźć się w menu, przez specjalną kombinację wybranych przycisków - bez instrukcji obsługi ani rusz. To nie takie łatwe, i może o to właśnie chodzi.
A teraz dłuższy komentarz
Ponieważ większość wzmacniaczy stereofonicznych dobrze radzi sobie z impedancją 4-omową, oddając w takiej sytuacji wyższą moc (niż do 8 Ω), producenci kolumn dostarczają na rynek przede wszystkim kolumny 4-omowe. Jednocześnie fakt ten często ukrywają, opisując kolumny jako "4-8 ohm" lub wręcz jako 8-omowe, podczas gdy są znamionowo 4-omowe, co w zakulisowych rozmowach (mamy okazję w takich brać udział) tłumaczą albo pokrętnie, albo szczerze: że to impedancja "średnia", a nie znamionowa; że obok dopisują "impedancja minimalna", podając jej prawdziwą wartość (np. 3 Ω), i niech użytkownik sobie "wybierze"; że inni producenci też tak robią, więc nie chcą oddać pola konkurencji; że ostatecznie mało komu to zaszkodzi... Jeżeli jednak w rzeczywistości korzystniejsza jest impedancja 4-omowa, to czy jej ukrywanie poprawia wyniki sprzedaży?
Do większości wzmacniaczy możemy podłączyć kolumny 4-omowe, i to ze skutkiem lepszym niż 8-omowe, jednak nie do wszystkich. A kolumny 8-omowe można podłączyć do wszystkich, chociaż zwykle nie wyciągną ich maksymalnych mocy. Ważąc te racje, wielu producentów kolumn wpada w sprzeczność między faktami a deklaracjami. Uważają, że lepiej jest produkować kolumny 4-omowe, które z większością wzmacniaczy zagrają lepiej (uwaga, zagrają głośniej przy określonej pozycji regulatora głośności, ściągając więcej mocy niż podobne kolumny o impedancji 8 Ω, a taka próba często przekonuje klienta!). Jednocześnie sądzą, że lepiej jest przedstawiać je jako 8-omowe lub... 4-8-omowe (to ostatnie stwierdzenie nie ma technicznie sensu, ale dla laików jest uspokajające, takie kolumny wydają się pasować do "wszystkiego"). Poza tym pora wspomnieć, że impedancja znamionowa 4 Ω, nawet ustalona rzetelnie, wciąż może oznaczać obciążenie bardziej lub mniej "trudne" (wyznaczanie impedancji znamionowej nie uwzględnia tzw. kątów fazowych impedancji, które dla niektórych wzmacniaczy też są wyzwaniem).
W nowoczesnych tranzystorowych wzmacniaczach stereofonicznych zwykle nie mamy przełączników impedancji - zostały zaprojektowane w taki sposób, aby współpracować z kolumnami zarówno 8-, jak i 4-omowymi. Te najmocniejsze mogą nawet z 2-omowymi. Wzmacniacz o dużej wydajności prądowej zwiększa prąd niemal odwrotnie proporcjonalnie do spadku impedancji, co przy ustalonym napięciu prowadzi do niemal dwukrotnego wzrostu mocy przy zmianie impedancji np. z 8 do 4 Ω. Nieco słabsze nie zwiększą w takich okolicznościach mocy dwukrotnie, ale np. o 50% (przykład: 100 W przy 8 Ω, 150 W/4 Ω), bowiem trochę "siądzie" im napięcie, prąd jednak popłynie większy. Warto teraz rozważyć, co się dzieje, gdy moc na impedancji 8-omowej i 4-omowej jest podobna. Biorąc pod uwagę wzory na moc i prawo Ohma, oznacza to, że przy 4 Ω napięcie spadło o ok. 30%, a prąd wzrósł o ok. 40%, co w efekcie dało podobną moc. Warto jednak wziąć pod uwagę, że choć moc nie wzrasta, to przepływ większego prądu przez końcówkę mocy powoduje wzrost temperatury.
Amplitunery wielokanałowe, nafaszerowane elektroniką i końcówkami mocy, w sytuacji wysterowania wszystkich kanałów jednocześnie są narażone na osiąganie wysokich temperatur, czemu przeciwdziała się, zastrzegając ich współpracę tylko z kolumnami 8-omowymi, lub ograniczając moc przy podłączeniu kolumn 4-omowych za pomocą specjalnego układu, który uruchomić ma sam użytkownik - za pomocą "selektora impedancji" w amplitunerze.
Jednak podłączenie kolumn 4-omowych przy ustawieniu selektora w trybie 8-omowym wcale nie musi spowodować zadziałania układów zabezpieczających (w jakie wyposażona jest większość amplitunerów), a tym rzadsze są wypadki uszkodzenia.
Sytuacje podłączania kolumn 4-omowych były przecież i są codziennością, skoro - jak wynika z wcześniejszego wyjaśnienia - wiele jest kolumn 4-omowych przedstawianych jako 8-omowe. Ich użytkownicy nawet nie zdają sobie sprawy z "niebezpieczeństwa" i nic złego się nie dzieje. Jak bowiem tłumaczą z kolei producenci amplitunerów, głównym powodem ograniczenia dopuszczalnej temperatury nie jest bezpieczeństwo urządzenia, ale... użytkownika, na którego straży stoją regulacje prawne i uzyskanie odpowiednich certyfikatów wymaga ich przestrzegania. Wszyscy są więc w swoistej zmowie...
Są też jednak producenci kolumn, którzy uczciwie deklarują, że ich kolumny są 4-omowe, a przed użyciem takich producenci amplitunerów wielokanałowych musieli oficjalnie ostrzegać, co w pewnym stopniu psuło biznes obydwu stronom.
Zadaniem "selektora impedancji" nie jest więc optymalizacja parametrów końcówki pod kątem uzyskania jak najniższych zniekształceń czy najwyższej mocy kątem przy obciążeniu 4-omowym, ale niedopuszczenie do przekroczenia określonych normami temperatur.
W ten sposób dochodzi do paradoksu i rezultatu nieoczekiwanego przez użytkownika: użycie w amplitunerach trybu 4-omowego powoduje znaczne ograniczenie mocy, podczas gdy we wzmacniaczach tranzystorowych - bez żadnego specjalnego trybu - jej znaczne zwiększenie.
Działanie selektora nie służy poprawie parametrów, ale tylko spełnieniu wymagań bezpieczeństwa, zresztą nazbyt wyśrubowanych, a podporządkowujący mu się użytkownik dostaje w nagrodę mniej mocy i chłodniejszy amplituner. Warto więc próbować ignorować to zalecenie (na co pewnie sami producenci amplitunerów po cichu liczą, ale wtedy już nie są odpowiedzialni za przekroczenie dopuszczalnej temperatury, jeżeli użytkownik nie stosuje się do instrukcji), możemy zdać się na działanie układów zabezpieczających, a jeżeli będą one działać zbyt wcześnie i często, dopiero wówczas przełączyć amplituner w tryb 8-omowy.
Ale są też amplitunery, które przy obciążeniu 4-omowym zachowują się całkiem przyzwoicie, czy w specjalnym trybie, czy bez selektora, a krytycznej temperatury nie przekraczają (oficjalnie) w inny sposób: dopuszczając obciążenie 4-omowe tylko w kanałach przednich; tylko dwa nie spowodują przekroczenia dopuszczalnej temperatury całego urządzenia. My jednak znowu nie musimy podporządkować się tym oficjalnym zaleceniem, i podłączyć kolumny 4-omowe we wszystkich... Przecież pełne wysterowanie wszystkich jednocześnie jest bardzo mało prawdopodobne.
Widząc tylko selektor impedancji, a z drugiej strony - tylko "katalogową" impedancję znamionową kolumn, nie znając ani jej rzeczywistej wartości (w praktyce możemy być jej pewni tylko wtedy, gdy producent deklaruje 4 Ω - ma wtedy 4 Ω, bo nikt nie określa tak impedancji 8-omowych...), ani nie mając wyników pomiarów parametrów amplitunera, przy obciążeniu różnymi impedancjami, w różnych trybach, przy wysterowaniu dwóch lub wszystkich kanałów... Trudno jest przewidywać, jakie ustawienie selektora impedancji będzie lepsze, można natomiast dość bezpiecznie eksperymentować i oceniać rezultaty "na ucho" i na tej podstawie wybrać najlepsze ustawienie.
Inna sprawa, gdy dysponujemy wynikami pomiarów prowadzonych w testach AUDIO, które mogą znacznie przybliżyć nas do trafnej decyzji, zwłaszcza kiedy są to pomiary zarówno posiadanych kolumn, jak i amplitunera.
Andrzej Kisiel
