DLS ZM1, Z-match. Låt oss studera kopplingen nedan: Z i. Vi tittar på ett exempel med en förstärkare med ungefärlig uteffekt på 50 Watt i 4 ohms last.

Transkript

1 DLS ZM1, Z-match Allmänt DLS Z-match är en anpassningstransformator för högtalarimpedanser. Transformatorn kan användas för att transformera upp eller ned utgångsspänningen från en bilförstärkare / slutsteg till högtalaren / högtalarna. Många har väl stött på problemet med att vilja kunna koppla in två eller fler högtalare parallelt för att sedan kunna bryggkoppla till förstärkaren. De flesta förstärkare är ju 2 ohms stabila och klarar då endast 4 ohms bryggkopplad last. Detta är problem som du löser enkelt med en DLS Z- match. Upptransformering Om spänningen transformeras upp så utvecklar förstärkaren normalt en högre effekt. Detta förhållande är användbart om högtalaren / högtalarna har en hög impedans (ohmtal) och förstärkaren tål låg impedans (ohmtal). På DLS Z-match kan spänningen höjas med 41%, 100% eller 182%. Det kan beskrivas som att förstärkaren känner av att högtalarimpedansen sänks till hälften, till 1/4-del eller till 1/8-del. Nedtransformering Om spänningen transformeras ned så passar förstärkarens utimpedans bättre till en lågohmig last bestående av exempelvis flera parallelkopplade högtalare. Transformatorn kopplas då baklänges och kan transformera ned spänningen till 70%, 50% eller 35% av den fulla spänningen. Förstärkaren känner då att högtalarsystemets impedans ökas 2 ggr, 4 ggr eller 8 gånger. Genom användning av olika kombinationer kan impedansen ändras i 25 olika steg. Utöver impedansanpassning bidrar DLS Z-match till att jämna ut impedanstoppar för bashögtalare och ger därför en jämnare last för förstärkaren att spela i. VARNING! Om en förstärkare belastas med lägre impedans än vad den är avsedd för så kan den skadas, särskilt vid långvarig belastning. DLS tar inget ansvar för förstörda förstärkare eller högtalare som varit anslutna till en DLS Z-match. DLS Z-match är huvudsakligen avsedd att öka en förstärkares uteffekt genom att lasta ner denna med en låg belastningsimpedans. Samtidigt som uteffekten ökar, minskar dock förstärkarens dämpfaktor. Dämpfaktorn är förstärkarens förmåga att kontrollera högtalarens konutslag så precist som möjligt. Detta betyder att om Z-match användes på en förstärkare som från början har en måttfull dämpfaktor, så försämras denna ytterligare när förstärkaren lastas ner och uteffekten ökar. Den högre uteffekten erhålls alltså delvis på bekostnad av en sämre dämpfaktor. Vid upptransformering av högtalarimpdansen förbättras i stället dämpfaktorn motsvarande. Effekttåligheten på Z-match är 500 Watt max. 1. Förstärkarens utimpedans En modern bilförstärkare är alltid kopplad på ett sådant sätt att den försöker att hålla en konstant utspänning, oberoende av belastningsimpedansen. Låt oss studera kopplingen nedan: > G Z i Vi tittar på ett exempel med en förstärkare med ungefärlig uteffekt på 50 Watt i 4 ohms last. Last Utspänning Effekt (U 2 / Z) 8 ohm 16 Volt 16 x 16 / 8= 32 Watt 4 ohm 14 Volt 14 x 14 / 4= 49 Watt 2 ohm 12 Volt 12 x 12 / 2= 72 Watt 1 ohm 8 Volt 8 x 8 / 1= 64 Watt Denna förstärkare rekommenderas av tillverkaren att inte belastas under 2 ohm, den är vad vi brukar kalla 2 ohms stabil. Den tål att lastas ned med en högtalarimpedans av 2 ohm utan att ta skada. Om den blir alltför varm finns förhoppningsvis skyddskretsar som kopplar från förstärkaren tills den kallnat något. Förstärkare som långvarigt spelar högt och lastas ned kan behöva yttre kylning med ex.vis en eller flera fläktar. Vi ser att uteffekten ökar, då belastningsimpedansen sänks, ned till två ohm. Vid ett ohm har den åter sjunkit, dvs det finns absolut ingen anledning att lasta ned ett sådant slutsteg som ovan, till denna låga impedans, troligen tar slutsteget skada och det låter mindre bra. Varje förstärkare har en inre impedans, se skissen ovan där vi kallar den Zi. Då förstärkare belastas med allt lägre högtalarimpedanser ökar värmeförlustena i Zi. Maximal uteffekt erhålles då belastningsimpedansen, dvs högtalarnas sammanlagda impedans är lika stor som den inre impedansen. I exemplet ovan skulle då den inre impedansen vara omkring två ohm. Det är inte självklart att alla förstärkare får lastas ned till dess inre impedans, många förstärkare har skyddskretsar som bryter strömmen långt innan och vissa förstärkare går rent av sönder vid låga laster. Slutsats: En förstärkare får endast lastas ned till den lägsta last som tillverkaren anger. Hög temperatur i omgivningen, långvarigt spelande med hög volym och högtalare med elak impedans ökar kravet på god kylning och då kan en DLS Z-match användas för bättre anpassning mellan förstärkare och högtalare. Z 1

2 2. Högtalarnas impedans: De flesta bilhögtalare, särskilt bashögtalare, har en impedans ( ohmtal ) på 4 ohm. Högtalare kan sedan kopplas samman på olika sätt, genom seriekoppling, paralellkoppling och diverse kombinationer. Högtalare med två talspolar kopplas vanligen som om de vore två högtalare. Kopplingarna nedan visar olika kopplingar och den resulterande impedans som erhålles då högtalarelementen har fyra ohms impedans. 2 ohm 1,33 ohm Då två högtalare paralellkopplas halveras impedansen ( ohmtalet ). Om två högtalare seriekopplas fördubblas impedansen. Detta gäller identiska högtalare med samma impedans. I exemplen betraktatar vi högtalare som motstånd, en radiokomponent vars resistans ( ung.motstånd eller ohmtal ) inte varierar med frekvensen. Resistansen hos en vanlig bashögtalare kan enkelt uppmätas med en ohmmätare. Den så kallade likströmsresistansen uppgår vanligen till 80 % av högtalarens impedans. En fyra ohms högtalare har alltså ungefär 3,2 ohms likströmsresistans. Impedansen kan vi enklast kalla växelströmsresistans. En högtalare har en impedans som varierar med frekvensen. Varje högtalare uppvisar en impedanskurva med en topp vid högtalarens resonansfrekvens. Den nominella impedansen är den lägsta impedans högtalaren uppvisar, se kurva nedan. 1 ohm 8 ohm 4 ohm 2,67 ohm Detta exempel skall ALDRIG användas. Den högra högtalaren spelar med 4 ggr högre uteffekt än de två övriga. Vid resonansfrekvensen har högtalaren en impedans om c:a ohm, annars är den nominella impedansen 4 ohm. Vidare påverkas högtalarens impedansförlopp om den byggs in i en högtalarlåda och av hur denna högtalarlåda är konstruerad. Särskilt vissa portade lådor får högtalarens impedansförlopp att bli mera elakt, sett från förstärkaren. Ibland har vissa bashögtalare en klart lägre impedans än de fyra ohm de har som nominell impedans. Dessa högtalare kan också vara mycket elaka mot förstärkaren. Det är därför inte helt säkert att en förstärkare som belastas med en fyra ohms högtalare, trivs väl med detta, om den så att säga klarar 4 ohm snäll last bara med ett nödrop. Förstärkaren i vårt exempel borde klara även en elak 4 ohms högtalare. Två elaka fyra ohms högtalare i parallell erbjuder en resulterande två ohms last, dock fortfarande en elak sådan. Troligtvis skulle vår påhittade förstärkare ovan inte vara tillfreds med en elak två ohms last. Med en DLS Z-match förbättras dock impedanskurvans utseende och förstärkaren känner en snällare last. I exemplet ovan kan en svår last om två ohm transformeras till en vänligare fyra ohms last till priset av en något lägre uteffekt, men bättre välljud. Det vanliga användningssättet av Z-match är dock att öka uteffekten hos förstärkaren genom att lasta ned densamma. 2

3 3. DLS Z-match: DLS Z-match kan sägas vara en transformator med flera uttag. En vanlig transformator har en primärsida och en sekundärsida. Primär 100 varv 200 varv sekundär 10 volt 20 volt Transformatorn ovan har en primärsida om 100 varv grov koppartråd, på en järnkärna och en sekundärsida om 200 varv något mindre grov koppartråd på samma järnkärna. Denna transformator omvandlar en primärspänning på ex.vis 10 Volt, till en sekundärspänning om 20 Volt. Om man i stället kopplar 10 volt till sekundärsidan kommer det ut 5 volt på primärsidan. Om transformatorn är avsedd för tonfrekvens och för impedanser på några till 10 ohm kan den användas till att transformera impedansen hos en högtalare till att bli högre eller lägre. Om en fyra ohms högtalare anslutes till primärsidan, alltså den med 100 trådvarv, kommer en förstärkare som anslutes till sekundärsidan att se / känna en högtalare med impedansen 16 ohm. Detta enligt följande formel: Zs = Zp x ( n2 / n1 ) 2 Zp är impedansen hos den högtalare som är ansluten på primärsidan, dvs i det här fallet 4 ohm n2 / n1 är förhållandet mellan antalet trådvarv på sekundärsidan n2 och antalet trådvarv på primärsidan n1. I fallet ovan var förhållandet 200 varv / 100 varv = 2 Detta förhållande är också förhållandet mellan sekundärspänningen och primärspänningen, alltså 20 Volt / 10 Volt = 2. Sätts in i formeln och vi erhåller Zs = 4 x 2 x 2 = 16 ohm. Nu kan man istället koppla in vår högtalare på sekundärsidan och räkna ut den impedans en förstärkare ser då den anslutes till primärsidan. Enkelt uttryckt delas högtalarens impedans med 4 och förstärkaren ser en 1 ohms last. Jag kan alltså med denna enkla transformator öka en högtalares impedans med 4 ggr eller dela den med 4. Om man nu upprepar beräkningarna så finner man: En fyra ohms högtalare ansluten på primärsidan och en förstärkare ansluten på sekundärsidan känner av: på uttag 1: fyra ohm på uttag 2: åtta ohm, alltså impedansen x 2 på uttag 3: sexton ohm, alltså impedansen x 4 på uttag 4: trettiotvå ohm, alltså impedansen x 8 Anslut i stället högtalaren till sekundärsidan och en förstärkare ansluten till primärsidan kommer att känna av: då högtalaren är ansluten till: 0 och uttag 1: 4 ohm,alltså x 1 0 och uttag 2: 2 ohm, alltså delat med 2 0 och uttag 3: 1 ohm, alltså delat med 4 0 och uttag 4: 0,5 ohm, alltså delat med 8 Detta är den principiella uppbyggnaden av en DLS Z- match. Det skiljer dock på några punkter: Den transformator som beskrivs ovan är en fulltransformator. Denna har två helt skilda lindningar isolerade från varann. DLS Z-match är en spartransformator, dvs den har endast en lindning, då motsvarande sekundär-lindningen ovan. Genom detta förfaringssätt ökar transformatorns effekttålighet vid en given storlek på järnkärnan. Vidare spar man in en del koppartråd, vilket ger transformatorn lägre vikt och lägre pris. Vid tonfrekvenser över 10 khz ökar transformatorns förluster något, särskilt då uttaget x 8 användes. Detta är ingen större olägenhet då Z-match vanligen används endast till basar. Vid inkoppling av högtalare till en bilförstärkare är det viktigt att inga anslutningar kommer i kontakt med bilens chassie jord. Detta gäller även alla anslutningar till Z- matchen. Omsättningsförhållande: 4 ohm Volt x 8 x 2,8 Om man förser sekundärlindningen med två uttag, ett vid 100 Varv, ett vid 141 varv och sedan lindar på ytterligare trådvarv så den ser ut som nedan: 3 x4 x2 Primärsida: Sekundärsida: Uttag trådvarv Uttag trådvarv ex. 10 Volt ger ut 28 Volt 2 x2 x1,4 4 x 8 Uttag trådvarv ger ut 20 Volt 1 x1 x1 3 x 4 2 x2 Uttag trådvarv ger ut 14 Volt 0 1 x 1 0 Uttag trådvarv ger ut 10 Volt 3

4 3. Bryggkopplade förstärkare I avsnitt 1 åskådliggjorde vi en förstärkares utgångsimpedans. Vi utgick från att förstärkaren hade två kanaler och studerade hur varje kanal eventuellt kan lastas ned i stereo, dvs med var sin högtalare ansluten till vardera kanalen. De flesta stereoförstärkarna kan dock även användas som monoförstärkare, de kan som man säger bryggkopplas. Detta sker nästan uteslutande genom att förstärkarna är multimodekopplingsbara. Förfarandet kallas även simultankoppling, bridge-mode mm. Allt basljud under 100 Hz är i princip inspelat i mono. Det finns således inget behov av att ha en baslåda för höger kanal och en för vänster kanal utan basljudet kan förstärkas i en monoförstärkare och återges i en baslåda. Denna baslåda kan i sig innehålla ett flertal högtalarelement. De flesta effektförstärkare är i stereo. Vardera kanalen lämnar signal till var sin högtalare i ett främre sidosystem. För basåtergivning kan man använda ett identiskt eller kanske hellre ett kraftfullare stereosteg. För andra användare kan en fyrkanalsförstärkare vara lösningen. I bryggkoppling är de båda förstärkardelarna sammankopplade så, att en bashögtalare kan inkopplas mellan L och R- ( se förstärkarens bruksanvisning för korrekt information ). I själva verket har de båda slutstegen seriekopplats, varvid utspänningen stiger till det dubbla. Vid en oförändrad belastning ( ex.vis 4 ohm ) ökas då uteffekten med upp till 4 ggr jämfört med att endast en högtalare anslutits till en kanal.( Den dubbla spänningen driver fram en dubbelt så stor ström, effekten P = U x I, den nya effekten blir P = 2U x 2I = 4 U x I. Detta betyder att i bästa fall kan en förstärkare som utvecklar 2 x 50 Watt (= 100 Watt totalt i två fyra ohms högtalare), utveckla 200 Watt i en fyra ohms högtalare. Det är dock viktigt att förstå att vardera slutsteget ser halva den aktuella högtalarimpedansen. Belastar man ett bryggkopplat slutsteg med fyra ohm känner vardera slutsteget av en två ohms last. Om förstärkaren då inte klarar 2 ohm per kanal, alltså är 2-ohms stabil, så stänger förmodligen förstärkarens skyddskretsar av förstärkaren eller så går den sönder. Lastas slutsteget med två parallellkopplade basar om 4 ohm, alltså två ohms resulterande högtalarimpedans, känner vardera slutsteget av en ett ohms belastning. Skulle belastningen dessutom vara lite elak, så slår förstärkaren ifrån eller brinner upp. Det är i detta läge en Z-match kan användas för att höja den impedans förstärkaren känner. Här kan två ohms lasten kopplas in på uttag 0 och 2, samtidigt som förstärkaren kopplas mellan 0 och 3. Högtalarna kan också seriekopplas och kopplas in mellan uttag 0 och 4, förstärkaren inkopplas som tidigare mellan 0 och 3. Användningsexempel: - Min förstärkare kan lastas ned till fyra ohm i bryggat läge. - Mina två basar är vardera på fyra ohms impedans. Om jag kopplar en 4 ohms bas per kanal utvecklas c.a 100 Watt per kanal. Vid belastning med 2 ohm per kanal utvecklas c:a 180 Watt per kanal. I bryggat läge betyder detta 4 ohm totalt. Jag kan då välja mellan att: 1. Parallellkoppla basarna till 2 ohm. Koppla in basarna mellan uttag 0 och 2. Ansluta förstärkaren mellan uttag 0 och 4 Du får då c:a 2 x 180 Watt = 360 Watt mono ur förstärkaren. se sid 6, exempel 3 2. Seriekoppla basarna till 8 ohms impedans Koppla in basarna mellan uttag 0 och 4. Ansluta förstärkaren mellan uttag 0 och 3. Du får även nu c;a 2 x 180 Watt = 360 Watt mono ur förstärkaren. se sid 6, exempel 5 Kolla noga att förstärkare och Z-match inte blir för varma. Om ljudet låter markant sämre, välj då att inte lasta ned så mycket. Ytterligare ett exempel: Med samma förstärkare som ovan vill jag mata min baslåda med tre 4 ohms basar. Här går det att paralellkoppla samtliga basar, impedansen blir 4 / 3 = 1,33 ohm. Seriekoppling går också bra, men vi hamnar på 4 x 3 = 12 ohm. I första fallet behöver vi multiplicera lasten med 3, eller åtminstone 2,40. Det finns följande alternativ: 2,40, alltså 2,40 x 1,33 = 3,2 ohm 2,85, alltså 2,85 x 1,33 = 3,8 ohm 3,35, alltså 3,35 x 1,33 = 4,45 ohm se sid 6, exempel 2. Vid seriekopplingen behöver jag multiplicera lasten med x 0,33 Följande alternativ gives: x 0,25, dvs 0,25 x 12 = 3,0 ohm x 0,30, dvs 0,30 x 12 = 3,60 ohm x 0,35, dvs 0,35 x 12 = 4,20 ohm x 0,42, dvs 0,42 x 12 = 5,04 ohm se sid 6, exempel 6 Som synes finns det lösningar till de flesta anpassningsproblem. Följande sidor innehåller exempel på normalt förekommande sätt att koppla. Turbo-knapp Bland tävlande i db Dragracing är det populärt att tillfälligt höja uteffekten genom att under någon eller några sekunder koppla ned förstärkaren till ett lägre ohmtal eller att ansluta högtalaren /högtalarna till en högre spänning. Det gäller då att hitta en belastning på gränsen till vad förstärkare och högtalare tål under kort tid. 4

5 På följande sidor kommer vi att redovisa de normala kopplingssätten med DLS Z-match. Det finns ytterligare sätt att koppla på, den tekniskt kunnige kan säkert med hjälp av beskrivningen på föregående sidor räkna ut andra sätt att koppla Z-matchen. Kopplingar med förstärkare som klarar 2 ohms last i bryggkopplat läge (1-ohms stabila) samtliga exempel baseras på högtalare med 4 ohms impedans. 1. Med 1 ohms högtalarlast: 4. Med 4 ohms högtalarlast Förstärkaren kopplas mellan 0-2, ser då 2 ohms last Högtalarna kopplas mellan 0-3, (4 ohms last) 5. Med 8 ohms högtalarlast Förstärkaren kopplas mellan 0-2, ser då 2 ohms last Högtalarna kopplas mellan 0-1, (1 ohms last) 2. Med 1,33 ohms högtalarlast Förstärkaren kopplas mellan 0-2, ser då 2 ohms last Högtalarna kopplas mellan 0-4, (8 ohms last) 6. Med 12 ohms högtalarlast Förstärkaren kopplas mellan 1-4, ser då 2,22 ohms last Högtalarna kopplas mellan 0-2, (1,33 ohms last) 3. Med 2 ohms högtalarlast Förstärkaren kopplas mellan 1-3, ser då 2 ohms last Högtalarna kopplas mellan 0-1, (2 ohms last) Används för utjämning av impedanskurvan. Förstärkaren ser en snällare last. Förstärkaren kopplas mellan 2-3, ser då 2 ohms last Högtalarna kopplas mellan 0-2, (12 ohms last) Sammanfattning: Kopplingar med förstärkare som klarar 2 ohms last i bryggkopplat läge (1-ohms stabila). Högtalar Inkoppling Inkoppling Förstärkare impedans förstärkare högtalarlast ser last som: plint: plint: 1 ohm ohm 1,33 ohm ,22 ohm 2 ohm ohm 4 ohm ohm 8 ohm ohm 12 ohm ohm 5

6 Kopplingar med förstärkare som klarar 4 ohms last i bryggkopplat läge, eller 2 ohm i stereoläge. (2-ohms stabila) Detta är den vanligast förekommande kopplingsvarianten då merparten av de förstärkare som säljs är vad som brukar kallas 2 ohms stabila. I bryggkoppling får dessa lastas med som lägst 4 ohm. Samtliga exempel baseras på högtalare med 4 ohms impedans. 1. Med 1 ohms högtalarlast: 4. Med 4 ohms högtalarlast Förstärkaren kopplas mellan 1-3, ser då 4 ohms last Högtalarna kopplas mellan 0-1, (4 ohms last) Används för utjämning av impedanskurvan. Förstärkaren ser en snällare last. 5. Med 8 ohms högtalarlast Förstärkaren kopplas mellan 0-3, ser då 4 ohms last Högtalarna kopplas mellan 0-1, (1 ohms last) 2. Med 1,33 ohms högtalarlast Förstärkaren kopplas mellan 0-3, ser då 4 ohms last Högtalarna kopplas mellan 0-4, (8 ohms last) 6. Med 12 ohms högtalarlast Förstärkaren kopplas mellan 1-4, ser då 4,46 ohms last Högtalarna kopplas mellan 1-3, (1,33 ohms last) 3. Med 2 ohms högtalarlast Förstärkaren kopplas mellan 0-3, ser då 4 ohms last Högtalarna kopplas mellan 0-2, (2 ohms last) Förstärkaren kopplas mellan 1-4, ser då 5 ohms last Högtalarna kopplas mellan 0-4, (12 ohms last) Sammanfattning: Kopplingar med förstärkare som klarar 4 ohms last i bryggkopplat läge (2-ohms stabila). Högtalar Inkoppling Inkoppling Förstärkare impedans förstärkare högtalarlast ser last som: plint: plint: 1 ohm ohm 1,33 ohm ,46 ohm 2 ohm ohm 4 ohm ohm 8 ohm ohm 12 ohm ohm 6

7 Kopplingar med förstärkare som klarar 8 ohms last i bryggkopplat läge, eller 4 ohm i stereoläge. (4-ohms stabila) Denna grupp av förstärkare är inte så vanlig idag. Det är normalt bara billigare slutsteg som endast klarar 4 ohms belastning i stereoläge. Samtliga exempel baseras på högtalare med 4 ohms impedans. 4. Med 4 ohms högtalarlast 1. Med 1 ohms högtalarlast: Förstärkaren kopplas mellan 0-4, ser då 8 ohms last Högtalarna kopplas mellan 0-3, (4 ohms last) 5. Med 8 ohms högtalarlast Förstärkaren kopplas mellan 0-4, ser då 8 ohms last Högtalarna kopplas mellan 0-1, (1 ohms last) 2. Med 1,33 ohms högtalarlast Förstärkaren kopplas mellan 1-3, ser då 8 ohms last Högtalarna kopplas mellan 0-1, (8 ohms last) Används för utjämning av impedanskurvan. Förstärkaren ser en snällare last. 6. Med 12 ohms högtalarlast Förstärkaren kopplas mellan 1-3, ser då 7,85 ohms last Högtalarna kopplas mellan 1-2, (1,33 ohms last) 3. Med 2 ohms högtalarlast Förstärkaren kopplas mellan 0-4, ser då 8 ohms last Högtalarna kopplas mellan 0-2, (2 ohms last) Förstärkaren kopplas mellan 0-2, ser då 7,2 ohms last Högtalarna kopplas mellan 1-4, (12 ohms last) Sammanfattning: Kopplingar med förstärkare som klarar 8 ohms last i bryggkopplat läge (4-ohms stabila). Högtalar Inkoppling Inkoppling Förstärkare impedans förstärkare högtalarlast ser last som: plint: plint: 1 ohm ohm 1,33 ohm ohm 2 ohm ohm 4 ohm ohm 8 ohm ohm 12 ohm ohm 7

8 Tabell med andra inkopplingsalternativ. Detta är en mer fullständig tabell över impedansomsättningar än på föregående sidor. Lämpligt för dig som vill ha fler alternativ. Impedans Högtalar- Förstärkare Inkoppling av Inkoppling av omsättning last ser last som: förstärkare högtalarlast x (ohm) (ohm) på plint: på plint: 0, ,17 8 1, , ,18 8 1, ,20 8 1, , ,30 8 2, ,35 4 1, , ,42 4 1, , , ,48 4 1, , , ,60 4 2, , , ,69 4 2, ,85 4 3, ,20 2 2, , ,45 1,33 1, , ,67 1,33 2, , ,4 1 2, , ,85 1 2, Har du några frågor om produkten så kontakta gärna DLS kundservice på nedanstående telefonnummer. 3,35 0,5 1, , ,33 4, , ,85 0,5 2, , ,9* 0,5 2, , ,33 7, , ,.* 0, * prova försiktigt, rekommenderas ej för annat än prov DLS Svenska AB Box 13029, Artillerigatan Göteborg Tel Fax E-post: info@dls.se 8