Impedancja kolumn oraz impedancja kabli przy połączeniu bi-wire

Jakie znaczenia dla impedancji zestawów głośnikowych ma połączenie dwukablowe? Jaka jest efektywna impedancja okablowania przy bi-wiringu? W tym artykule przeanalizujemy różne aspekty tego zagadnienia.

Połączenie dwukablowe a impedancja nominalna zestawów głośnikowych

Każdy zestaw głośnikowy ma podaną impedancję nominalną, najczęściej 4Ω lub 8Ω. Jest to impedancja całego zestawu. Nie stosuje się praktyki by osobno podawać impedancję poszczególnych głośników (czy grup głośników) w zestawie przystosowanym do połączenia bi-wire. Tak więc impedancja nominalna dotyczy całego zestawu, bez rozbicia na poszczególne sekcje.

Trzeba od razu dodać, że impedancja nominalna zestawu jest taka sama zarówno przy podłączeniu pojedynczym kablem (terminale bi-wire są zwarte), jak i przy połączeniu dwoma kablami (terminale bi-wire rozwarte). W sensie fizycznym zmiana wprowadzana przez połączenie dwukablowe jest niewielka. Przy połączeniu jednym kablem sygnał płynie całopasmowo do zacisków kolumny. Natomiast przy połączeniu bi-wire sygnał jest całopasmowy do zacisków wzmacniacza. Wszelkie zmiany w impedancji widzianej przez wzmacniacz wynikają tylko z różnic impedancji kabli, styków i zworek. A są to bardzo małe wartości, na poziomie setnych części oma. Spowodowana przez połączenie dwukablowe zmiana przebiegu krzywej impedancji widzianej przez wzmacniacz będzie bardzo mała.

Związek impedancji składowych z całkowitą impedancją zestawu głośnikowego

Jeśli zestaw głośnikowy jest przystosowany do połączenia dwukablowego to z zasady wiadomo, że poszczególne głośniki mają osobne filtry zwrotnic. Mamy więc do czynienia ze zwrotnicą równoległą, a nie szeregową. Z tego względu można osobno przeanalizować impedancję każdej sekcji. Czasami informacja o impedancji poszczególnych sekcji bywa potrzebna - chociażby przy analizie pracy w bi-ampingu.

Ponieważ w sensie elektrycznym poszczególne zespoły filtr+głośnik(i) są układami łączonymi równolegle, to możemy wysnuć pewne ogólne wnioski dotyczące impedancji poszczególnych sekcji. Poszczególne sekcje nie mogą mieć impedancji nominalnej mniejszej niż impedancja nominalna całego zestawu. Będą miały taką samą lub większą impedancję nominalną jak cały zestaw. Co ważne, takie założenie odnośnie impedancji nominalnej poszczególnych sekcji możemy przyjąć bez żadnych pomiarów, bez sprawdzania szczegółów konstrukcyjnych czy parametrów technicznych.

Impedancja kabla w połączeniu dwukablowym

Zastosowanie dwóch kabli w konfiguracji bi-wire stosunkowo mało wpływa na efektywną impedancję okablowania pomiędzy wzmacniaczem a zestawem głośnikowym. Ten fakt może być zaskoczeniem i może się kłócić z tym co podpowiada intuicja.

Dla uproszczenia załóżmy, że obydwa kable wykorzystane w połączeniu bi-wire są takie same. Na pozór mogło by się wydawać, że podwojenie przekroju kabla da istotną zmianę. Być może ktoś pomyśli, że skoro wykorzystamy drugi kabel o takim samym przekroju, to impedacja okablowania pomiędzy zestawami głośnikowymi a wzmacniaczem spadnie o połowę. Tak się jednak nie stanie. Trzeba pamiętać, że impedancja zestawów głośnikowych nie jest równa impedancji nominalnej, lecz jest zmienna zależnie od częstotliwości i ma postać krzywej. Tak samo zależne od częstotliwości są impedancje poszczególnych sekcji zasilanych osobnymi kablami przy połączeniu bi-wire.

Kształt krzywych impedancji poszczególnych zespołów filtr+głośnik jest w każdym przypadku inny, ale pewne reguły się powtarzają. Impedancje zespołów filtr+głośnik są niższe w paśmie roboczym i rosną poza pasmem roboczym. Przykładowo głośnik wysokotonowy wraz ze swoim filtrem będzie miał niedużą impedancję dla wysokich częstotliwości. Zaś w paśmie zaporowym impedancja tego zespołu będzie rosnąć wraz ze zmniejszaniem częstotliwości. Dla częstotliwości basowych impedancja głośnika wysokotonowego wraz z jego filtrem będzie bardzo duża. Analogicznie wygląda sprawa z głośnikami niskotonowymi i średniotonowymi. Im dalej od pasma roboczego, tym wyższa impedancja zestawu głośnik+filtr.

Co prawda przy połączeniu jednym kablem przez przewód popłynie większy prąd całkowity niż w połączeniu dwukablowym, ale będzie to wynikało z połączenia składowych o różnych częstotliwościach. Natomiast jeśli będziemy analizować zagadnienie dla wybranej częstotliwości to sprawa wygląda inaczej. Dla każdej częstotliwości zmiana spowodowana przez bi-wiring będzie inna. Tam gdzie jest to najważniejsze, czyli dla niskich częstotliwości, zmiana będzie bardzo mała. Nawet jeśli skorzystamy z połączenia dwukablowego, tak czy tak niemal cały prąd składowych niskotonowych popłynie tylko jednym kablem, tym obsługującym sekcję basową.

Zamieszczony poniżej rysunek ilustruje łączną impedancję kabli wraz z zestawem głośnikowym. Na wykresie przedstawiono charakterystyki impedancji wyidealizowanego układu złożonego z dwudrożnego zestawu głośnikowego i różnego rodzaju kabli połączeniowych. Poszczególne krzywe z wykresami impedancji odpowidają następującym przypadkom:

• CZARNA - idealny pojedynczy kabel o zerowej impedancji
• ZIELONA - połączenie pojedynczym kablem o impedancji 0,1 Ω
• CZERWONA - połączenie dwukablowe (bi-wire) kablami o impedancji 0,1 Ω
• NIEBIESKA - połączenie jednokablowe wykonane dwoma włączonymi równolegle kablami o impedancji 0,1 Ω

Proszę zwrócić uwagę, że skala na osi pionowej obejmuje tylko dwie dziesiąte oma, żeby uwypuklić omawiane zjawisko. Gdybyśmy zastosowali typowy sposób prezentacji impedancji zestawu głośnikowego z zakresem od zera do kilkunastu lub kilkudziesięciu omów trudno było by dostrzec jakąkolwiek rożnicę pomiędzy poszczególnymi impedancjami. Wybrany dla ilustracji przykład został tak wybrany, żeby dobrze uwidocznić różnice o wielkościach rzędu setnych części oma.

Schematy układów wykorzystanych do wykonania modelowych obliczeń są przedstawione na poniższych rysunkach. Oprócz tego przyjęte zostały jeszcze następujące założenia:

1. Głośniki są w obliczeniach zastąpione 8-omowymi rezystorami
2. Kable są w obliczeniach reprezentowane przez rezystory
3. Rezystancja cewki filtru DP to 0,01 Ω