Wpływ impedancji źródła na $\boldsymbol{Q_\textbf{TS}}$ głośnika
Poniżej zmierzę wpływ reaktancji $X_L$ cewki zwrotnicy na dobroć $Q_\text{TS}$ głośnika (traktowanego wraz ze zwrotnicą). Do pomiarów użyłem starego głośnika papierowego Grundig o impedancji $4\text{ Ω}$.
$\boldsymbol{Z\rightarrow\infty}$
Oto przebieg napięcia na rozwartych zaciskach głośnika po mechanicznym pobudzeniu membrany (uderzenie):
Jak widać, rezonans $f_\text{r} = 42.49\text{ Hz}$ oraz mamy dość długie wybrzmiewanie, czyli dobroć $Q_\text{TS} = Q_\text{MS}$ jest względnie duża.
$\boldsymbol{Z = X_L}$
Podłączmy teraz na zaciski głośnika impedancję $Z = 600\text{ mΩ} + 47\text{ mH}$ (uzwojenie wtórne transformatora sieciowego dające $X_L = 11.8\text{ Ω @ }40\text{ Hz}$):
Częstotliwość rezonansowa $f_\text{r}$ wzrosła do $46.27\text{ Hz}$, a $Q_\text{TS}$ wyraźnie spadła tzn. $Q_\text{TS} < Q_\text{MS}$. Wzrost $f_\text{r}$ tłumaczymy zmnieszeniem się indukcyjności zastępczego równoległego obwodu rezonansowego (dodanie równoległej indukcyjności). Spadek $Q_\text{TS}$ wynika z niezerowego prądu tłumiącego drgania własne układu.
$\boldsymbol{Z = X_C}$
Podłączmy teraz na zaciski głośnika kondensator $C = 400\text{ μF}$ tj. reaktancję $X_C = -9.9\text{ Ω}$ (podobną jak wyżej, ale z ujemnym znakiem):
Mamy teraz odwrotną sytuację do poprzedniej tzn. $f_\text{r}$ spadła poniżej nominalnej do $36.53\text{ Hz}$, a $Q_\text{TS}$ jest podobne jak w przypadku $Z = X_L$. Spadek $f_\text{r}$ wynika ze wzrostu pojemności zastępczego równoległego obwodu rezonansowego (dodanie równoległej pojemności), natomiast wytłumaczenie spadku $Q_\text{TS}$ jest analogiczne jak w przypadku $Z = X_L$.
$\boldsymbol{Z = 0}$
Zewrzyjmy teraz pierwotne uzwojenie transformatora emulującego wcześniejszą sytuację $Z = X_L$, czyli zaciski głośnika będą widzieć rezystancję nieco większą od $600\text{ mΩ}$ reprezentującą $R_\text{DC}$ uzwojenia transformatora:
Przy $Z = R_\text{DC}$ mamy bardzo duże tłumienie rezonansu (mała $Q_\text{TS}$), dużo większe niż w przypadku $\boldsymbol{Z = X_L}$ z podobnym $\boldsymbol{R_\textbf{DC}}$.
Wniosek
Niezależnie od charakteru impedancji źródła zasilania głośnika ($R$, $L$ lub $C$), dobroć $Q_\text{TS}$ zależy od modułu impedancji $|Z|$ tzn. im wartość $|Z|$ jest mniejsza tym też mniejsza $Q_\text{TS}$. Wyjaśnienie jest proste – jak wiadomo $Q_\text{TS}$ zależy od $Q_\text{ES}$ wyrażającej magnetyczne siły sprzeciwiające się mechanicznym ruchom membrany, które to siły są proporcjonalne do "wstecznie" zaindukowanych prądów cewki. Prądy te zgodnie z prawem Ohma zależą od całej impedancji obwodu, a nie tylko jego rezystancji.
Przy okazji zauważyliśmy, że charakter impedancji źródła nieznacznie wpływa na częstotliwość rezonansową $f_\text{r}$ głośnika: $L$ zwiększa, a $C$ zmniejsza $f_\text{r}$.
Z powyższego wynika ważna obserwacja, że popełniane jest duże uproszczenie zakładając, że na wzrost $\boldsymbol{Q_\textbf{TS}}$ ma pływ jedynie niezerowa $\boldsymbol{R_\textbf{DC}}$ cewki zwrotnicy – okazuje się, że również, a może przede wszystkim, jej reaktancja (indukcyjność) przy $f_\text{r}$. Przykładowo, dla filtru dolno-przepustowego $300\text{ Hz}$, $8\text{ Ω}$, $6\text{ dB/okt}$, cewka może mieć $L = 4.2\text{ mH}$, co przy $40\text{ Hz}$ daje reaktancję ok. $1\text{ Ω}$, co jest dużo więcej od przeciętnej $R_\text{DC}$ takiej cewki.
Konieczność uwzględniania $|Z|$ cewki zwrotnicy można też wywnioskować z pracy transformatora głośnikowego wzmacniacza lampowego. Mianowicie stosuje się w nim na tyle dużą indukcyjność, aby nie podwyższała dolnej częstotliwości granicznej wzmacniacza. W takich warunkach rezystancja wyjściowa wzmacniacza widziana przez głośnik zdeterminiwana jest dynamiczną rezystancją wyjściową lampy przetransformowaną na wyjście transformatora (bardzo duża dla pentody, mniejsza dla triody). Po odłączeniu lampy rezystancja wyjściowa wzmacniacza znacznie wzrasta – nie ma tu nic do rzeczy $R_\text{DC}$ jego uzwojenia wtórnego, mimo iż uzwojenie to "zwiera" głośnik.
Polecam też zapoznać się z artykułem Wzmacniacz o ujemnej impedancji wyjściowej, gdzie opisuję, jak zmniejszyć $Q_\text{TS}$ głośnika poniżej jego wartości znamionowej (podawanej przez producenta).
Historia artykułu
2017-07-03: powstanie
2023-12-22: korekta po przejściu z J3 na J5
2026-08-27: nowy format wyrażeń/wzorów
© Copyright Krzysztof Kolisz 2017