¿Cómo se combinan los altavoces con los amplificadores de audio? (evitando sobrecargar ambos)

Tienes muchas preguntas pero creo que se puede entender mejor con una sola explicación. Fíjate que hay muchos mitos en torno a este tema. Pero también es una cuestión de electrónica analógica.

Los parlantes son una carga Z en su circuito que puede variar su impedancia en términos de frecuencia. Tenga en cuenta que el objetivo principal de un altavoz es mantener una impedancia estable y casi constante en el rango de frecuencia en el que fue construido para funcionar. Esta impedancia es casi igual a la resistencia de la bobina. Por lo tanto, cuando su altavoz funciona en un sistema bien diseñado, su carga Z puede verse como una carga resistiva casi pura (8, 6 o 4 ohmios en la mayoría de los casos).

Dicho esto, deberíamos tener formas de suministrar energía al altavoz para que pueda reproducir ondas de sonido. Tenga en cuenta que la parte magnética del altavoz está directamente relacionada con la corriente que lo atraviesa. Entonces podemos decir que el parlante es una especie de carga resistiva que se ocupa de las variaciones de corriente para producir sonido (manera simple de entender). Entonces, la forma en que podemos variar la corriente en una carga resistiva es haciendo oscilar un voltaje a través de ella.

Si conecta un altavoz o una resistencia simple a la salida de un amplificador y también conecta una sonda de osciloscopio a través de la carga, verá las variaciones de voltaje al igual que su música (ondas de sonido). No es un voltaje constante en la salida. De lo contrario, no puede producir ondas de sonido ya que necesita variaciones actuales para producir variaciones y fuerzas magnéticas mediante la fórmula de Lorentz.

Además de eso, la potencia es la energía consumida por su sistema. La potencia instantánea se calcula por P = UI o P = ZI². Por lo tanto, cuanto mayor sea la corriente que pasa a través de su altavoz, más potencia se disipará (y también más consumo de energía, ya que parte de ella se transformará en ondas sonoras).

Además, hay que tener en cuenta el control de volumen. Esos ejemplos que diste solo se pueden aplicar si tus amplificadores siempre funcionan con amplificación completa (0 dB). De esta forma, un amplificador más potente debería producir voltajes más altos en la salida en comparación con un amplificador menos potente (ambos en 0dB). Dado que la potencia instantánea también se calcula mediante P = U²/Z, entonces no puede aumentar la potencia con el mismo voltaje e impedancia.

Cuando hagas las conexiones (amplificador + parlante) debes preocuparte por algunos detalles:

• Potencia de salida del amplificador: te indicará cuánta potencia puede entregar a tu altavoz en una determinada impedancia. Esta es la potencia máxima que puede producir. Tenga en cuenta que si lo enciende con el 20 % del volumen, no entregará toda su potencia. Tenga en cuenta también que, incluso en 0dB, probablemente no producirá la máxima potencia todo el tiempo porque la música varía sus ondas de amplitud, por lo que debe calcular la potencia promedio por la integral de toda la señal.

• Impedancia mínima del amplificador:Esto le dirá cuál es la impedancia más baja que puede conectar a su salida. No importa si conecta impedancias más altas allí. Simplemente no podrá obtener un sonido demasiado alto en su sistema de altavoces. En términos generales, al conectar altavoces de mayor impedancia, puede tener un sonido más limpio (menos distorsión) pero un volumen de sonido más bajo. Por otro lado, si desea un sistema más ruidoso, debe conectar la impedancia más baja permitida, pero probablemente tendrá más distorsión. Tenga en cuenta que lo que puede dañar cualquier parte de su sistema es el exceso de calor. Y el calor es producido por el efecto Joule que se relaciona directamente con el poder. Por lo tanto, también es posible conectar impedancias más bajas que las permitidas ya que no aumenta el volumen más allá de un cierto punto. De esta manera, incluso con impedancias más bajas, produce la misma potencia que con una impedancia más alta a todo volumen. Puede ver eso conectando un altavoz de 2 ohmios a un amplificador de 4 ohmios como mínimo, pero en un volumen muy bajo. Funcionará y no dañará nada.

• Impedancia del altavoz: como ya se ha dicho, es la impedancia nominal que un fabricante intenta alcanzar y mantener estable en el rango de frecuencia para el que está diseñado el altavoz.

• Potencia del altavoz: esta es la potencia más alta que el altavoz está diseñado para tolerar. Por supuesto, siempre hay preguntas sobre las formas en que la gente mide eso y, de hecho, hay conceptos erróneos sobre términos como POTENCIA RMS. Una forma común de hacerlo es conectar el altavoz a alguna señal que tenga una potencia P MEDIA y ver si puede tolerarla durante un largo período de tiempo. El mayor valor de P que puede alcanzar haciendo eso es su potencia promedio nominal (nuevamente, es una forma simple de explicar).

Entonces, si está conectando un altavoz a un amplificador, debe observar esas variables para ver si dañará algo. En general, puede dañar un altavoz al conectarle un amplificador demasiado potente. Supongamos que tiene un altavoz de 300 W/8 ohmios y conecta un amplificador de 800 W/8 ohmios. Como dije antes, también depende del dial de volumen. Siempre que este sistema esté a bajo volumen, nada le hará daño. Pero cuando alcance un punto específico de volumen en el que la potencia promedio en la salida superará los 300 W, probablemente comenzará a dañar su altavoz. La gente también dice a veces que un altavoz muy potente podría dañar un amplificador no potente. O que un amplificador sin potencia no puede impulsar un altavoz potente. Lo que pasa es que ahora puedes tener un amplificador de 20W/4 ohmios con un altavoz de 800W/4 ohmios. Tenga en cuenta que puede conectarlos y funcionará normalmente. Esto será como conectarle un amplificador más potente con un volumen bajo. Los problemas son: probablemente querrá alcanzar el volumen máximo para tener algo de sonido. ESTO podría dañar su amplificador ya que el volumen completo muchas veces significa más de 0dB (más distorsión). El exceso de calor en el amplificador puede dañar su salida. Otro problema común es que esta distorsión a todo volumen puede dañar tu parlante. Esto sucede porque el altavoz está diseñado para funcionar en movimiento. Muchos parlantes tienen orificios para disipar el calor y obtener flujo de aire para refrigerar. Siempre que se produzca distorsión, la parte móvil del altavoz puede dejar de moverse durante un rato. Comienza a sobrecalentar la bobina. ESTO podría dañar su amplificador ya que el volumen completo muchas veces significa más de 0dB (más distorsión). El exceso de calor en el amplificador puede dañar su salida. Otro problema común es que esta distorsión a todo volumen puede dañar tu parlante. Esto sucede porque el altavoz está diseñado para funcionar en movimiento. Muchos parlantes tienen orificios para disipar el calor y obtener flujo de aire para refrigerar. Siempre que se produzca distorsión, la parte móvil del altavoz puede dejar de moverse durante un rato. Comienza a sobrecalentar la bobina. ESTO podría dañar su amplificador ya que el volumen completo muchas veces significa más de 0dB (más distorsión). El exceso de calor en el amplificador puede dañar su salida. Otro problema común es que esta distorsión a todo volumen puede dañar tu parlante. Esto sucede porque el altavoz está diseñado para funcionar en movimiento. Muchos parlantes tienen orificios para disipar el calor y obtener flujo de aire para refrigerar. Siempre que se produzca distorsión, la parte móvil del altavoz puede dejar de moverse durante un rato. Comienza a sobrecalentar la bobina. Muchos parlantes tienen orificios para disipar el calor y obtener flujo de aire para refrigerar. Siempre que se produzca distorsión, la parte móvil del altavoz puede dejar de moverse durante un rato. Comienza a sobrecalentar la bobina. Muchos parlantes tienen orificios para disipar el calor y obtener flujo de aire para refrigerar. Siempre que se produzca distorsión, la parte móvil del altavoz puede dejar de moverse durante un rato. Comienza a sobrecalentar la bobina.

En resumen, cualquier combinación de amplificador y altavoz debería ser posible. Solo hay que cuidar el volumen. Si no quiere ningún problema posible, obtenga un amplificador que sea un poco menos potente que su parlante en la misma impedancia, y nunca exceda el 70%~80% del control de volumen. Si su dial de volumen tiene una escala de dB, intente usar 0dB como máximo.

Espero que esto haya aclarado tus preguntas. Lo siento por el mal inglés.

Igualar las impedancias puede ser un problema con los amplificadores de válvulas y de estado sólido.

En el caso de los amplificadores de válvulas, las válvulas no pueden controlar directamente los altavoces; tienen que conducir los altavoces a través de un transformador de adaptación de impedancia. Es bastante difícil dañar los tubos, pero el transformador o los altavoces pueden dañarse si la impedancia no coincide. En un amplificador de válvulas, las válvulas son buenas para manejar grandes voltajes (cientos de voltios) pero no para manejar grandes corrientes. Entonces, para manejar altavoces de 8 ohmios o 4 ohmios, se necesita un transformador para convertir la salida de alto voltaje de los tubos en una salida de alta corriente para los altavoces. El lado primario conectado a los tubos tiene montones y montones de vueltas de alambre muy fino. El lado secundario conectado a los altavoces tiene menos vueltas de cable más grueso. Los tubos actúan como fuentes de corriente. Si no se conecta ningún altavoz o se conecta un altavoz con una impedancia demasiado alta, los tubos pueden presentar al transformador tensiones muy altas que pueden dañar el aislamiento de los devanados del transformador. Si la impedancia del altavoz es demasiado baja, los tubos pueden empujar el exceso de corriente a través de los devanados, lo que hace que se calienten. Ninguno de estos es ideal. Generalmente, el secundario del transformador tendrá 2 o 3 derivaciones para las impedancias comunes de los altavoces para hacer que la combinación sea tan simple como seleccionar la impedancia correcta en un interruptor.

En el caso de los amplificadores de estado sólido, puede tener un problema similar con un amplificador descargado que se daña generando altos voltajes internamente. La causa es la misma: los transistores de salida actúan como fuentes de corriente, y si la impedancia es demasiado alta, se producirán tensiones elevadas. Los amplificadores modernos generalmente están diseñados para evitar este problema por completo o tienen cargas internas que están conectadas permanentemente a través de los terminales de salida para poner un límite superior en la impedancia que ve el amplificador.

En términos de salida de potencia del amplificador, la mayoría de los amplificadores en realidad tienen 3 límites de salida: voltaje, corriente y potencia. Si la impedancia es pequeña, alcanza el límite actual. Si la impedancia es demasiado grande, alcanza el límite de voltaje. Si elige la impedancia del tamaño correcto para alcanzar los límites de corriente y voltaje al mismo tiempo, probablemente alcanzará el límite de potencia. El límite de voltaje está determinado por los voltajes de suministro del amplificador. El límite de corriente está determinado por los transistores de control de salida. Y el límite de potencia es generalmente un límite térmico: si lo supera durante demasiado tiempo, el amplificador se sobrecalentará.

Puede dañar un altavoz de varias maneras. Uno está poniendo demasiado poder a través de él. Otro es poner demasiada potencia a través de él en frecuencias fuera de su rango de frecuencia de diseño. por ejemplo, no ponga el bajo a través de un tweeter. Otro es el recorte del amplificador. Cuando se alcanzan los límites de voltaje o corriente del amplificador, corta la parte superior de la forma de onda, generando muchos armónicos de alta frecuencia. Estos pueden dañar un altavoz al sacudir violentamente el cono del altavoz a frecuencias para las que no está diseñado. Además, si el recorte no es simétrico, el cono puede entrar o salir del altavoz. Si se aleja lo suficiente, la bobina dejará la ranura en el imán del parlante y puede dañarse si no pasa por la ranura cuando regresa.

Puede dañar un amplificador sobrecargándolo o subcargándolo, en cuanto a la impedancia. No hay problema con conectar un altavoz de 4 W a un amplificador de 1/2 W, siempre que el amplificador esté bien con la impedancia del altavoz. Simplemente no será muy ruidoso.

En primer lugar, es bastante raro que la impedancia de un altavoz esté cerca de ser plana. La curva de impedancia normalmente se parece vagamente a esto:

El pico es f _s , la resonancia al aire libre del altavoz. La impedancia nominal es el primer mínimo en la curva de impedancia por encima de la resonancia. La resistencia de CC generalmente será un poco más baja que eso, pero no mucho más baja (por ejemplo, podría ser de alrededor de 6 ohmios para un altavoz con una impedancia de 8 ohmios). Sin embargo, la resistencia de CC también se ve afectada por otros factores; por ejemplo, un altavoz diseñado para manejar más potencia generalmente tendrá un cable de calibre más grueso en la bobina de voz, lo que reducirá la resistencia de CC, pero casi no tendrá efecto en la impedancia a frecuencias más altas. .

Cuando monta ese controlador en una caja, generalmente agrega al menos uno (ya menudo un par) de picos más pequeños a frecuencias más bajas que reflejan la frecuencia de resonancia del gabinete y cualquier puerto que pueda tener.

No estoy seguro de dónde sacaste la idea de que el voltaje es constante (o incluso cercano). Como cualquier otro circuito, P = I * E. Entonces, por ejemplo, un vatio a través de un altavoz de 8 ohmios es 2,83 voltios (raíz cuadrada de 8, ya que P = E ² /R). Tal vez esté pensando en el hecho de que la mayoría de los amperios estarán clasificados para una oscilación de voltaje máxima (pero generalmente será superior a 16 voltios).

En cuanto a lo que sucede si conecta un amplificador de 10 vatios a 4 altavoces (presumiblemente en serie-paralelo para mantener la misma impedancia), normalmente obtendrá al menos un poco de eficiencia, porque la mayoría de los altavoces son al menos algo no lineales. Por ejemplo, un altavoz puede tener una calificación de 92 dB SPL a un vatio (bajo algunas condiciones de prueba estándar). En teoría, eso significa que debería producir 95 dB SPL con 2 vatios de entrada, o 102 dB SPL con 10 vatios de entrada. En realidad, tres o diez dB más de entrada no suelen producir (bastante) tres o diez dB más de salida. Al separar la potencia del amplificador en cuatro altavoces separados en lugar de uno, minimizará este efecto, por lo que obtendrá (ligeramente) más salida acústica para una cantidad determinada de salida eléctrica del amplificador.

En cuanto a que un amplificador demasiado potente dañe un altavoz: depende. Si dominas por completo a un altavoz, sí, eso puede suceder. Por ejemplo, si conectó un amplificador de 500 vatios a un pequeño parlante de 3 pulgadas y lo puso en cualquier lugar cerca de la potencia máxima, el parlante casi inevitablemente fallaría con bastante rapidez. Dependiendo del diseño, es un poco difícil estar seguro de qué fallará primero: podría sobrecalentar la bobina de voz y un cable simplemente se vaporizaría, o podría generar un campo magnético más fuerte de lo que está diseñado y empujar/tirar del cono del altavoz más allá de lo previsto y destruir el sonido envolvente (aunque en mi experiencia, la falla de la bobina de voz es mucho más común).

Mucho más común es destruir un altavoz al hacer que un amplificador supere su potencia nominal. Esto es particularmente problemático con los amplificadores bipolares, ya que tienden a tener características de recorte bastante severas. Aquí, sin embargo, lo salva el hecho de que producir intencionalmente varias formas de distorsión es bastante común, por lo que cuando se trata específicamente de un amplificador de guitarra y un altavoz, no es tan probable que destruya cosas (muy rápido de todos modos ). Con algo como un estéreo normal, el recorte generalmente aumentará mucho las frecuencias altas en la señal rápidamente, lo que, a su vez, dará como resultado que mucha más potencia vaya al tweeter de lo previsto, lo que puede destruirlo muy rápidamente. .

Dañar el amplificador depende. El breve resumen es que la falla en un amplificador de estado sólido generalmente ocurrirá si conecta una impedancia demasiado baja de un altavoz. Eso intentará consumir más corriente de la que el amplificador puede entregar, lo que provocará un sobrecalentamiento y (si va demasiado lejos) la fusión de los transistores de salida.

Por el contrario, los amplificadores de válvulas tienden a dañarse más a menudo al conectar altavoces con una impedancia demasiado alta. El amplificador está diseñado para que el altavoz cargue la salida. Sin suficiente carga del altavoz, el amplificador producirá un voltaje más alto de lo previsto. Cuando/si un cable de altavoz se suelta, efectivamente obtiene una impedancia infinita casi al instante. Dependiendo del diseño, su circuito de protección se activa y apaga el amplificador, o el último sonido que escucha antes de reparar el amplificador es un fuerte estallido cuando los tubos de salida se queman.

Las especificaciones para los altavoces son un poco minadas, pero para los amplificadores son más simples. Si un amplificador tiene una potencia nominal de 10 W RMS, esa es la potencia sinusoidal que puede entregar a una carga específica (generalmente de 2 ohmios a 8 ohmios) a un cierto nivel de distorsión. Por lo general, la distorsión se debe a que el amplificador está entregando la onda sinusoidal al comienzo del recorte.

Por lo tanto, si tiene rieles de alimentación internos de +/- 10 V, podrá entregar 17.9 Vp-p con una pequeña cantidad de recorte en una carga de 8 ohmios. El mismo amplificador también puede manejar una carga de 4 ohmios con aproximadamente la misma amplitud de salida y, en este caso, el amplificador puede especificar que es un amplificador de 20 W.

Un amplificador tenderá a tener una impedancia de salida muy baja y este suele ser el caso de los amplificadores de transistores que utilizan retroalimentación negativa: la retroalimentación tiende a mantener la salida constante independientemente de la carga. Sin embargo, habrá un punto (si se reduce la impedancia de carga) en el que el amplificador echa humo o se activa un circuito limitador de corriente para "salvar" al amplificador de la destrucción.

Para un altavoz, tendrá una calificación y, con suerte, esta calificación tendrá la misma forma de unidades en las que se especifica un amplificador de potencia, pero este no tiene por qué ser el caso y debe asegurarse de comparar manzanas con manzanas. La calificación de un altavoz también incluirá la respuesta de frecuencia a la que está clasificado y es importante tener esto en cuenta porque no puede empujar los graves (a la potencia nominal del altavoz) a un tweeter y esperar que sobreviva y tampoco puede bombear sub-profundidad. bajo en un controlador de bajo estándar y esperar que sobreviva.

Aquí hay algunas respuestas realmente buenas, por lo que solo puedo agregar un poco porque las cosas están bastante bien cubiertas por todos los demás. Los amplificadores de audio de estado sólido de clase AB son razonablemente flexibles en cuanto a la impedancia del altavoz dentro de los límites de corriente y voltios ya cubiertos. Clase D es una historia diferente porque generalmente hay un filtro de paso bajo que tiene una frecuencia de corte por encima de la frecuencia de audio de interés más alta y por debajo de la frecuencia de conmutación. Ejemplo de frecuencia de corte de 30 KHz y frecuencia de conmutación de 150 KHz. El filtro se diseñará para que sea agradable y plano. la banda de audio. Si dice que use altavoces de 16 ohmios, digamos un amplificador de 4 ohmios, el filtro podría tener un pico y podría sonar terrible o incluso dañar las cosas si el filtro está fuera del circuito de retroalimentación.Si está ejecutando clase D, no juegue con las impedancias de los altavoces a menos que realmente sepa lo que está haciendo.