Вопросы подбора мощности усилителя и акустической системы: термины и способы измерения
1. Что означают такие термины, как «пиковая мощность», «мгновенная мощность», «музыкальная мощность» и «программная мощность»?
Эти термины тем или иным способом описывают изменяющуюся во времени природу музыки и необходимую для ее воспроизведения мощность электропитания. Включенная 150-ваттная лампочка создает постоянную нагрузку в 150 Вт на источник питания. А вот 150-ваттный усилитель будет отдавать акустической системе всю свою мощь только в редкие пиковые моменты. На рис. 1 изображены изменяющийся во времени музыкальный сигнал и мощность, необходимая для его воспроизведения.
Термин «пиковая мощность» на этой иллюстрации определяется как максимальная мощность, требующаяся системе в рамках указанного интервала времени. «Средняя мощность» представляет ее усредненную величину в течение этого же периода.
Следует отметить два обстоятельства: и пиковая, и средняя мощность в значительной степени зависят от характера музыкального сигнала, и их соотношение для разных музыкальных программ может сильно разниться.
В строгом смысле термин «мгновенная мощность» относится к любой краткосрочной потребности в мощности и обычно ассоциируется с ее максимальным значением, которое может потребоваться для воспроизведения музыкального сигнала. «Музыкальная мощность» и «программная мощность» не имеют строгого определения; их можно рассматривать как варианты средней мощности.
На рисунке изображена огибающая мощности музыкального сигнала по времени для типичной акустической системы, рассчитанной на использование с 300-ваттным усилителем. Обратите внимание, что большую часть времени требования по мощности остаются достаточно низкими; только хаотичные мгновенные пики требуют от системы ее выдачи в полном объеме. Отношение в децибелах, рассчитанное на основе двух пунктирных линий, называется пик-фактором сигнала. В данном случае оно составляет примерно 25 дБ, что характерно для классической музыки. Для роковых композиций значение пик-фактора лежит в диапазоне от 8 до 10 дБ.
Все акустические системы способны выдерживать намного большую мощность в кратковременном пике, чем в постоянном режиме, и правильный выбор усилителя в большой степени определяется именно этой способностью АС.
2. Как характер музыкального материала влияет на предельно допустимую мощность АС?
Динамики АС могут получать повреждения двух типов – термические и механические. Предположим, что 100-ваттный усилитель вышел из строя и начал выдавать высокочастотные колебания за пределами диапазона слышимости. Легкая звуковая катушка твитера почти сразу может выйти из строя из-за перегрева. С другой стороны, предположим, что НЧ-динамик постоянно подвергается избыточной раскачке из-за рокота проигрывателя винила, слишком высокого уровня басов, обратной связи в низкочастотной области или сочетания этих факторов. Через некоторое время движущиеся части вуфера окажутся в напряженном состоянии, способном привести к смещению оси звуковой катушки и ее износу из-за трения. В особо серьезных случаях катушка может вылететь из зазора и зависнуть над магнитной системой, как показано на рис. 2.
Динамик в нормальном состоянии
Динамик в перегруженном состоянии
К таким повреждениям может привести даже не очень высокая мощность; в случае сигнала сверхнизкой частоты достаточно всего 20-30 Вт. Общепринятые инженерные практики подразумевают применение в профессиональных системах фильтров высокой частоты для ослабления сигналов за пределами полосы пропускания системы.
3. Как рассчитывается номинальная мощность акустических систем JBL Professional?
Как было отмечено, динамик АС может быть поврежден в результате перегрева звуковой катушки или избыточной раскачки в низкочастотной области. В идеале нам нужен стандартный тестовый сигнал, в котором приняты в расчет оба этих вида повреждений и в то же время применимый на практике. Он описывается стандартом Международной электротехнической комиссии (IEC) № 268-5. Это сигнал типа розовый шум с коэффициентом амплитуды нагрузки 6 дБ, фильтрованный на 12 дБ на октаву ниже 40 Гц и выше 5 кГц.
Для определения номинальной мощности на испытуемые экземпляры динамиков подается тестовый сигнал с постепенным увеличением мощности и выявляется тот ее уровень, который они способны выдерживать в течение восьми часов. Подробности процесса тестирования приведены на рис. 3.
Мы уже упоминали выше, что коэффициент амплитуды нагрузки составляет 6 дБ. Поясним это в подробностях. Коэффициент амплитуды соотносится с пик-фактором сигнала и является точной мерой пикового значения шума, связанного со средней «нагревающей способностью» сигнала для звуковой катушки. Величина 6 дБ означает, что на конкретный динамик или преобразователь подается сигнал, мощность которого в четыре раза превышает среднюю. Например, при тестировании этим методом динамика с номинальной мощностью 150 Вт на него в течение восьми часов подавался бы сигнал с мгновенной мощностью 600 Вт. Этот метод настолько хорошо отвечает реальным условиям работы динамиков, что компания JBL теперь применяет его для всех акустических систем, отказавшись от всех ранее использовавшихся показателей мощности.
4. Что можно сказать о неправильной эксплуатации АС в нормальном режиме? Применяются ли в подобных условиях какие-либо корректирующие коэффициенты для систем?
Да. JBL выделяет три категории способов применения АС, в которых требуется корректировка указанного для системы номинала IEC:
A. При тщательно контролируемом использовании в случаях, когда должно быть обеспечено прохождение пиковых сигналов, для системы требуется усилитель, мощность которого вдвое превышает номинал АС по IEC. Например, комплект студийных мониторов с номинальной мощностью 300 Вт будет успешно работать с усилителем с выходной мощностью 600 Вт.
Пояснение: тщательное наблюдение в данном случае необходимо. Процесс записи высококлассной музыки сегодня подразумевает наличие в сигнале всплесков высокой амплитуды. Они обычно имеют очень малую продолжительность и в силу этого не нагружают компоненты системы. Таким образом, дополнительный резерв по мощности в 3 дБ (в два раза) обеспечит более устойчивое функционирование системы и меньшую утомляемость слушателя.
B. При рутинном применении, когда в расчет должен входить постоянно высокий, но не приводящий к искажениям уровень сигнала, для системы требуется усилитель, мощность которого соответствует номиналу АС по IEC.
Пояснение: к этому случаю относится большая часть ситуаций, в которых требуется звукоусиление. Такие системы нередко неумышленно подвергаются перегрузкам или могут войти в цикл обратной связи. При использовании усилителя с такой же номинальной мощностью по IEC владелец может рассчитывать на безопасную работу системы.
C. При применении в системе с музыкальными инструментами, допускающими возможность применения искажений (перегрузки звука), требуется усилитель, мощность которого соответствует половине номинала АС по IEC.
Пояснение: большая часть рок-композиций записывается практически на максимальном уровне, близком к клиппированию, поскольку именно такой звук нравится поклонникам рока. Если усилитель, способный выдавать 300 Вт на синусоидальном сигнале без искажений, выводится в режим клиппинга, его выходная мощность может достигать 600 Вт! В таком случае понижение мощности усилителя до половины номинала IEC обеспечит безопасную работу динамиков.
Эту статью прочитали 28 018 раз
Статья входит в разделы: Как выбрать. Гид покупателя Интересное о звуке
Поделиться материалом: 
На что влияет мощность усилителя
При выборе комбика и усилка мы всегда обращаем внимание на мощность. Все знают, что мощнее, значит громче. Но в целом, смысл этого параметра зачастую неясен, особенно начинающим. Попробуем разобраться во всем по порядку.
1. Как измеряется мощность?
Весьма распространенным заблуждением новичков является такое: мощность усилителя, это сколько он потребляет электроэнергии. Усилитель — не лампа накаливания, поэтому, когда мы говорим о 100-ваттном усилителе, это вовсе не значит, что он потребляет 100Вт (реально, кстати, раза в полтора-два больше), речь идет о выходной мощности. На выходе усилителя имеется некоторый электрический ток, мощность которого мы можем замерить, и эта мощность будет вполне адекватно отражать способность усилителя «качать» динамики. Надо только определиться с методикой измерения мощности и тем, что принимать за номинал максимальной мощности.
Начнем с номинала. Максимальной мощностью усилителя принято замерять при таком уровне выходного сигнала, когда поданный на вход синусоидальный сигнал на выходе воспроизводится практически без гармонических искажений, то есть если и происходит клиппинг (см. статью «Усиление и перегруз»), то на грани различимости ухом человека.
Перейдем к методике измерений. Заглянув в школьный учебник по физике, мы без труда отыщем формулу P=U*I, где U — напряжение, а I — сила тока. Очевидно, что величина силы тока имеет смысл только в том случае, когда к выходу подключена нагрузка (кабинет), через которую идет ток. Сила тока будет равна U/R, где R — сопротивление нагрузки. А формула примет окончательный вид P=U 2 /R.
Все бы хорошо, но ток-то у нас переменный, что возводить в квадрат? Существует понятие эффективного напряжения переменного тока -средней величины, постоянного напряжения с мощностной точки зрения адекватного переменному. В случае синусоидального тока расчет эффективного напряжения происходит следующим образом: .
Также не стоит забывать, что поскольку ток переменный, учитывать надо не омическое сопротивление нагрузки, а ее импеданс (совокупность омического, емкостного и индуктивного сопротивлений). В итоге формула получит вид: , где U — напряжение переменного тока (пиковое значение), Z — импеданс нагрузки.
Описанный метод измерения максимальной номинальной мощности усилителя обозначается RMS (Root Mean Square). Поскольку в общем случае, мощность зависит от нагрузки принято уточнять при какой именно, например, RMS 100Вт, 8 Ом.
В принципе, гитарные усилители, поддерживающие разный импеданс нагрузки, как правило, обеспечивают в силу переключения выходных трансформаторов одинаковую мощность на любой поддерживаемый импеданс. Поэтому, указание импеданса носит несколько формальный характер («не ту» по импедансу нагрузку категорически не рекомендуется подключать), скорее как справка какой импеданс поддерживается усилителем.
2. Какая связь между мощностью и громкостью?
Как же увеличение мощности влияет на громкость? Распространенное заблуждение — «в n раз мощнее — в n раз громче». Это не так.
Прежде всего, отметим, что громкость — понятие субъективное. Это то, как слуховой аппарат интерпретирует уровень звукового давления, поэтому мы формально можем вести речь только о связи мощности усилителя и производимым им уровнем звукового давления. Однако, есть эмпирическая связь между уровнем звукового давления и субъективным восприятием громкости. (Поскольку речь пойдет о децибелах, рекомендую тем, кто не знаком с методикой работы с этими величинами, сперва ознакомиться с материалом «Децибелы»)
Уровни громкости (дБ SPL): 0дБ — порог слышимости, 120 дБ — болевой порог (100-ваттный стек с близкого расстояния), 60 дБ — человеческая речь, примерно с расстояния в метр.
Изменения громкости (субъективное восприятие нормальным слухом): 1дБ — предел различимости изменения громкости, 3дБ — уверенно различимое изменение, 6дБ — существенное изменение, 10дБ — изменение громкости вдвое.
Как же связаны разница в максимальной мощности и разница в максимальной громкости? Очень просто: соотношение звуковых давлений в децибелах равно соотношению мощностей. Вычисляем децибелы и получаем следующее.
Если один усилитель мощнее другого в два раза, то разница в громкости составит 3дБ, если в десять раз, то 10дБ. Иными словами, чтобы удвоить громкость, нам надо увеличить мощность в целых 10 раз! 100-ваттный стек громче сопливого 10-ваттного «подкроватного» комбика всего вдвое!
Удвоение мощности приводит всего лишь заметному, но не очень существенному повышению звукового давления. То есть, важна относительная, а не абсолютная разница в мощности.
А почему же такая насыщенная шкала мощностей на рынке? Не стоит забывать, что громкость — понятие субъективное, и влияет на ее восприятие не только звуковое давление, но и тембр звука и характер его распространения.
Комбик Frontman 15 сам по себе и включенный в кабинет 4х12 — это две большие разницы, как говорится.
30-ваттный комбик при несущественной разнице в громкости может крыть схожий 20-ваттный тем, что у него уже на 8″, а 10″ динамик и больше кабинет, соответственно звук у него «больше».
Разница же между 50 и 100 ваттным усилителем заключается не только в 3дБ (не всегда особо нужных), но и тем, что в силу разного количества ламп, поведение их контуров мощности, влияние на звук различается. Но это отдельный разговор.
Почему считается, что ламповые усилители громче транзисторных того же номинала?
В самом деле, почему? Напомним, что метод RMS основан на измерении не при максимальном положении ручки громкости усилителя, а того, при котором достигается максимальный по уровню неискаженный сигнал. Конечно, эти положения могут совпадать, но не обязательно.
В случае транзисторного усилителя, скорее всего, будут совпадать, поскольку (см. «Усиление и перегруз») транзисторный усилитель резко входит в режим полной перегрузки, делая звук просто кошмарным. Поэтому схемотехника обычных транзисторных усилителей не позволяет довести усиление сигнала до такой степени. (А если позволяет, результат будет ужасным).
В случае ламп мы можем позволить себе перегрузку контура усиления. Планку выходного напряжения мы при этом не перепрыгнем, но громче будем все равно. Каким же образом? Очень просто. Формула мощности метода RMS годится только для синусоидального сигнала, у сигнала другой формы эффективное напряжение будет другим. И мощность будет другой при том же пиковом напряжении.
Нагляднее всего будет графическое объяснение. На Рисунке 1 — синусоида, на Рисунке 2 — несколько искаженный сигнал той же амплитуды, на Рисунке 3 — максимальная перегрузка, прямоугольный импульс той же амплитуды, что и в первых двух случаях.
Предположим, на выход подается сигнал одного из этих трех типов. Очевидно, динамики нам обеспечат такую же звуковую волну. Какая у нее будет энергия? Площадь под графиком, интеграл. Очевидно, что наибольшая энергия будет у прямоугольной волны, наименьшая у синусоиды, а несколько искаженный сигнал займет промежуточное положение. А чем больше энергия колебаний, тем больше звуковое давление, громкость.
С точки зрения формулы расчета мощности по эффективному напряжению победа прямоугольного сигнала объясняется тем, что его эффективное напряжение равно пиковому, то есть убирается из знаменателя в формуле двойка и мощность фактически удваивается. Конечно, так ламповая секция мощности не перегружает и дополнительно 3 дБ не дает, но фактически звуковое давление будет больше. К тому же краткие всплески (атака), пожалуй, могут достигнуть и предела перегрузки. Немаловажную роль играет и то, что искажение ламп добавляет в звук гармоники, которые делают его «больше», и в результате субъективно громче. Ламповый звук может быть субъективно громче аналогичного по уровню звукового давления и характеру в целом транзисторного именно за счет того, что у него более «мощная» структура.
Александр Авдуевский, 2002
Влияние мощности усилителя на звук?
Всем добрый день. Есть усилитель rotel a12 mk2, играет с canton ergo 620. Звук полностью устраивает.
Вопрос. Если купить более мощный тот же rotel только a14. Как измениться звук и изменится ли вапще?
Ответы
Влияние мощности усилителя на звук?
Если имеете желание что-то поменять, то смотрите в сторону усилителя выше классом, а не мощностью. Ка уже верно подметил уважаемый Алексей, мощность в усилителе имеет далеко не первостепенное значение, например, в сравнении со способностью усилителя отдавать высокий ток.
У меня когда-то была похожая ситуация. Использовал Харман 620, потом помог купить другу 640 — более мощный. Взял себе на сравнение — разница микроскопическая. Вот когда купил себе 680 ( верхнюю модель), вот там разница была, но не из-за мощности, а в детальности и более благородном звучании. Но трэш, дез и другие прямолинейные стили — 620 играл, так даже и лучше)) До сих пор иногда жалею, что продал. Поэтому если хотите заметного улучшения, то надо прыгать через ступень, а лучше через 2. В вашем случае — это ротели 15-й серии.
В более новой модели и схемотехника другая, тут же модель 12 и 14 различаются только мощностью. Вот я и задался вопросом. Если разница микроскопическая то ответ получен) Просто мне нравится подача ротеля. Но покупать 15 серию пока денег нет.
Спасибо за ответ.
Если бы все было так просто и усилители даже у одного производителя отличались только кол-вом Ватт на выходе, все бы было значительно проще в плане выбора…
Но, на деле все не так. Для примера можно взять то же Rotel и его бюджетные усилители… Есть у них замечательный 14 Трибьют, но в свое время над ним колдовал сам Кен Ишивата и в итоге характер звука, характерный для Rotel начальных моделей, типа «железом по стеклу» или «кровь из ушей» сменился на благозвучный и певучий саунд… Так что в звуковой подаче усилителя выходная мощность стоит далеко не на первом месте.
Бесспорно, но в 12 и 14 моделе нет вапще ни какой разницы кроме мощности.
«вот там разница была, но не из-за мощности, а в детальности»
Так детальность и появилась из-за более мощного усиления, больше контроля — меньше каши ))
Особенно это будет заметно на более громких режимах прослушивания.
Но в целом согласен, если прыгать, то сразу на пару ступеней.
Только авторизованные пользователи могут отвечать на вопросы, пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.
Форум гитаристов
У нас самая большая гитарная тусовка
В связи с текущими событиями на форуме вводятся новые правила. Ознакомление обязательно.
- Форум гитаристов »
- Оборудование »
- equipment.beginner (Модератор: andrei_kob) »
- Тема: Вопрос относительно соотношения мощностей усилителя и кабинета
Страницы: [1] 2 [Дальше >>] Вниз
Автор Тема: Вопрос относительно соотношения мощностей усилителя и кабинета (Прочитано 10761 раз)
0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.
Страницы: [1] 2 [Дальше >>] Вверх
