カー オーディオの電気理論 — 直列および並列の負荷の配線

直列および並列の配線負荷について説明することで、カー オーディオの電気理論の基礎を紹介します。各配線オプションの特性と、それが電力供給と電流消費にどのように関係しているかを理解することは、サウンド システムに適したスピーカーを選択する上で非常に重要です。評判の良いモバイル エンハンスメントの販売店はすべて、直列配線と並列配線の基本を熟知しており、スピーカーやサブウーファーを適切に組み合わせて、サウンド システムのパフォーマンスを最適化するお手伝いをします。

電気回路の復習

この時点で、負荷を電源に配線する基本的な概念に精通している必要があります。私たちの車では、これは、USB 電話充電器をセンター コンソールに差し込むか、設置業者に車両の電気システムにアンプを統合してもらうのと同じくらい簡単なことです。

最も基本的な電気回路には、単一の電源と単一の負荷があります。 2つのデバイスは、負荷の正端子に接続されたソースの正端子と一緒に接続され、負端子についても同様です。電流は、電源から負荷を通り、電源の反対側の端子に戻ります。

並列負荷の配線

車やトラックの電気システムに配線されているデバイスは、他の負荷と並列に配線されていると見なされます。正の接続はすべて同じ電源に接続され、接地接続はすべて効果的にバッテリーの同じ端子に接続されています。

並列に配線された負荷の最初の最も重要な特性は、それらすべての負荷の電圧が等しいことです。

これを知っていれば、式 I =V ÷ R を使用して各負荷を流れる電流を簡単に計算できます。また、式 P =V^2 ÷ R を使用して、各負荷によって消費される電力を計算することもできます。

上の図では、2 つの負荷が共通の 12 ボルト電源に接続されています。負荷 1 の抵抗は 20 オーム、負荷 2 の抵抗は 15 オームです。上記の式を使用すると、0.6 アンペアの電流が 20 オームの負荷に流れ、0.8 アンペアが 15 オームの分岐に流れると計算できます。同様に、20 オームの分岐は 7.2 ワットのエネルギーを消費し、15 オームの分岐は 9.6 ワットを消費します。

電源は、回路に合計 1.4 アンペアの電流を供給する必要があります。

並列負荷の抵抗の計算

並列負荷と、それらが電源から引き出される電力にどのように影響するかを理解する上で重要な部分は、並列の複数の負荷の正味抵抗を計算する方法を理解することです。

並列に配線された複数の負荷の総抵抗を計算する式は、すべての負荷を含めるまで、1/Rt =1/R1 + 1/R2 + 1R3 などとなります。

この例の 15 オームと 20 オームの負荷の場合、計算は 1/Rt =1/20 + 1/15、または 1/Rt =0.05 + 0.06667 になります。これは 1/Rt =0.11667 となり、8.571 オームになります。

同じ値の複数の負荷が使用されている場合、抵抗を計算するためのショートカットがいくつかあります。次の回路を見てください:

この回路では、4 つの負荷はすべて 8 オームです。計算すると、正味の抵抗が 2 オームであることがわかります。回路内のすべての負荷が同じ場合、それぞれの抵抗を負荷の数で単純に割ることができます。

したがって、1/8 + 1/8 + 1/8 + 1/8 =8 ÷ 4 =2

これは、すべての負荷抵抗が同じ場合にのみ機能することを覚えておいてください。

負荷を直列に配線する

負荷を一緒に配線するという点での 2 番目のオプションは、それらを直列に配線することです。以下の回路図は、電圧源と直列に配線された 2 つの負荷を示しています。

直列回路では、すべての負荷を流れる電流は同じです。負荷間の電圧降下は、個々の負荷抵抗の値で回路を流れる総電流に依存します。

直列回路を非常に扱いやすくするもう 1 つの特徴は、回路抵抗の合計がすべての負荷の合計に等しいことです。式は、すべての負荷が考慮されるまで、Rt =R1 + R2 + R3 などです。 15 オームと 20 オームの抵抗器を使用した例では、直列回路の合計抵抗は 35 オームになります。回路を流れる電流は、I =V ÷ R の式を使用して計算されます。これは、この回路では 12 ÷ 35、つまり 0.343 アンペアになります。

各負荷の両端の電圧を計算するには、V =I x R の式から、電流に各値の抵抗を掛けます。 R1 の両端の電圧は 6.857 ボルトで、R2 の両端の電圧は 5.143 ボルトです。偶然ではありませんが、これら 2 つの電圧の合計は、12 V の供給電圧に等しくなります。

In automotive applications, the problem with wiring loads in series is that the total power supplied to the circuit depends on the resistance of each component in the circuit. This makes predicting results for dynamic loads very difficult. Where we do occasionally wire loads in series is when we connect subwoofers to an amplifier or in the rare occasion we are using passive crossover components with a speaker.

Series-Parallel Wiring for Subwoofers

Let’s use the example of an amplifier designed to produce its rated power into a 4-ohm load. If we want to connect a single subwoofer to the amp, it should have a nominal impedance of 4 ohms. Depending on the brand of subwoofer you are looking at, you may have a single voice coil 4-ohm sub available, a dual 2-ohm configuration or a dual 8-ohm.

If you choose a dual 2-ohm woofer, the voice coils will need to be wired in series before the positive and negative connections are attached to the amplifier. If you use the dual 8-ohm sub, the coils need to be wired in parallel.

What if we want to wire multiple subwoofers to a single amplifier channel? In this case, the net impedance still needs to be 4 ohms. You can use a pair of single voice coil 2-ohm subs or a pair of dual 4-ohm subs. The pair of 2-ohm subs would be wired in series and then to the amp. The dual 4-ohm subs would have their individual voice coils wired in series, then the two subwoofers would be wired in parallel to the amplifier.

You will note that we switched the power source in this diagram to an AC source. You can think of that as your amplifier. We didn’t want anyone calling us out for suggesting that you connect your subwoofers to your battery.

You can continue wiring multiple subwoofers in simultaneous series and parallel loads until you run out of trunk space, so long as the net results keeps the amp happy with a 4-ohm load.

Choose the Right Subwoofers for Your Amplifier

Understanding the basics of series and parallel wiring is instrumental in ensuring you get the right subwoofer combination for your amplifier, or the right amplifier for your choice of subwoofers. Your local mobile electronics specialist retailer can help ensure you get the right solution for your application and install it so that it sounds great. In the next car audio electrical theory article, we will introduce the concept of alternating current.