К тексту К навигации К поиску

Мощность усилителей и долговечность громкоговорителей

25 Ноя 2009 от admin

Часто при покупке звукоусилительной аппаратуры нам приходится решать задачу со многими неизвестными. Как, например, подобрать усилитель к акустическим колонкам, как правильно настроить систему, чтобы она звучала хорошо и служила долго? Каким образом можно полностью использовать динамический диа­пазон акустической системы, не подвергая при этом громкогово­рители тепловым и механическим перенапряжениям? Очевидно, для этого необходимо выбрать опти­мальную мощность усилителей. Сделать это не так просто, как ка­жется на первый взгляд. В практи­ке звукоусиления довольно часто случаются отказы как динамичес­ких головок (и не только высоко­частотных), так и собственно уси­лителей мощности. Ремонт, как правило, оказывается дорогостоя­щим и бывает чреват крупными неприятностями, особенно, если резервный комплект аппаратуры отсутствует. При этом систему комплектуют обычно таким обра­зом, чтобы выходная мощность усилителей была равна, либо не превосходила значения долговре­менной допустимой мощности, указанной в спецификациях гром­коговорителей.


Почему же гром­коговорители тем не менее, под­вергаются перегрузкам, а результат (звук) остается далеким от же­лаемого? Попробуем разобраться в том, что происходит в действи­тельности.
Прежде всего, вспомним, какими параметрами характеризуются электрические сигналы, поступа­ющие на вход усилителя мощнос­ти. Как известно, переменное нап­ряжение и ток характеризуются мгновенными (в том числе пиковы­ми), среднеквадратичными и средневыпрямленными значения­ми. Все перечисленные значения определяются различным обра­зом и имеют различный физичес­кий смысл. Важнее всего то, что соотношения между этими значе­ниями неодинаковы для сигналов разнообразной формы.
Остано­вимся подробнее на пиковых и среднеквадратичных значениях.
Понятие пикового значения ком­ментариев не требует. Физический смысл среднеквадратичного зна­чения следующий: оно соответ­ствует значению постоянного нап­ряжения, либо тока, при котором на той же самой активной нагрузке выделяется та же самая мощ­ность, по этой причине, его еще называют действующим. Отметим также, что субъективно воспринимаемые изменения громкости звучания связаны именно с изменением среднек­вадратичного значения уровня сигнала. Точное измерение сред­неквадратичного значения пере­менного напряжения произволь­ной формы представляет собой очень сложную задачу. Большин­ство вольтметров переменного то­ка являются преобразователями средневыпрямленного значения, проградуированными в среднек­вадратичных значениях для сину­соидального сигнала и дают пра­вильные показания только на сиг­налах, не слишком сильно отлича­ющихся по форме от гармоничес­кого колебания. Соотношение между пиковыми (Up, Ip) и сред­неквадратичными (Urms, Irms) значениями (пикфактор) равно 1.41(3 дБ) для гармонического колебания (синуса), единице (0 дБ) для прямоугольного колебания, в частности, при глубоком ограни­чении выходного напряжения уси­лителя и, как минимум, трем (10 дБ) для музыкального сигнала. Поскольку электрическая мощ­ность пропорциональна квадрату напряжения либо тока, то ее пико­вое значение совпадает с сред­неквадратичным для прямоуголь­ного колебания и превосходит оное в 2 раза для гармонического колебания и, как минимум, в 9 раз для музыкального сигнала! Отметим, что пикфактор музыкального сигнала значительно повышается при коррекции АЧХ регуляторами тембра, эквалайзерами и другими устройствами обработки сигнала.
Теперь обратим внимание на то, каким образом определяются па­раметры усилителей и громкого­ворителей, приводимые в их спе­цификациях.
Значения номиналь­ной и максимальной мощности усилителей являются среднеквад­ратичными, измеренными на сину­соидальном сигнале. Это удобно с точки зрения сопоставления мощ­ности и нелинейных искажений, однако, не отражает реальной си­туации при усилении музыкальных сигналов. Пиковое значение вы­ходного напряжения усилителя ог­раничено напряжением источника питания. Поскольку пикфактор гармонического колебания сос­тавляет 3 дБ, то пиковая мощность вдвое превосходит среднеквадра­тичную. Это пиковое значение бу­дет одинаковым на сигналах лю­бой формы. Более того, оно может превосходить среднеквадратич­ное даже более, чем вдвое при по­даче на вход усилителя коротких тональных посылок, так как напря­жение питания не успевает про­сесть за счет запаса энергии в конденсаторах фильтра выпрями­теля. В спецификациях усили­телей обычно приводится значе­ние максимального выходного напряжения, достижимого в таких условиях (как правило, среднек­вадратичное). Что касается музы­кальных сигналов, то для них сред­неквадратичное значение мощ­ности при пикфакторе 10 дБ будет грубо говоря, в 10 раз меньшим пикового, либо в 5 раз меньше указанного в спецификациях но­минального на синусе! И действи­тельно, подключив среднеквадра­тичный вольтметр к выходу усили­теля и доведя уровень музыкаль­ного сигнала до порога ограниче­ния, Вы получите напряжение на нагрузке всего лишь от 9 до 12 вольт для усилителей мощностью 200-300Вт на канал при 8Ом. Если же теперь уровень входного сигнала увеличить настолько, чтобы усилитель вошел в глубокое огра­ничение, то его выходное напря­жение станет прямоугольным и среднеквадратичное значение мощности совпадет с пиковым! Например, усилитель DYNACORD Power H-2500 на нагрузке 8 Ом развивает 850 Вт (rms) на канал на гармоническом сигнале. Пиковое значение будет как минимум 1700 Вт. На музыкальном же сигнале, не достигая ограничения, среднеквадратичная мощность составит всего 170 Вт.
Что касается громкоговорителей, то их, как правило, тестируют на шумовых сигналах со спектраль­ной плотностью, близкой к музы­кальным. Так, стандарт ANSI/EIA RS-426-A 1980 предполагает ро­зовый шум со спадом 6 дБ на окта­ву ниже 40 и выше 318 Гц. При из­мерении стандартным третьоктав-ным анализатором спектра спад в 3 дБ будет отмечен, соответствен­но, на частотах 100 и 1200 Гц. Пик-фактор такого сигнала близок к 10 дБ, поэтому пиковые значения мощности будут в 10 раз превос­ходить среднеквадратичные. Та­ким образом, если долговремен­ная мощность, определенная по этому стандарту, составляет для нашего громкоговорителя, ска­жем, 300 Вт, то для того, чтобы действительно обеспечить ее на музыкальном сигнале, необходим усилитель, развивающий на сину­соидальном сигнале 1500 Вт! Од­нако, громкоговоритель, способ­ный выдержать 300 Вт вышеопи­санного сигнала, совсем не обязан уцелеть при подаче на него НА ЛЮБОЙ ЧАСТОТЕ синусоидаль­ного сигнала такой же мощности или, тем более, прямоугольного колебания того же размаха, что составляет 600Вт. Если же ввести в ограничение полуторакиловаттный усилитель, нашему динамику будет очень больно. Отдельные производители громкоговорите­лей учитывают это и вносят свои коррективы в методы испытаний. Так, компания DYNACORD испы­тывает громкоговорители вышео­писанным сигналом в течение 8 (восьми) часов, причем уровень сигнала устанавливают таким, что­бы усилитель мощности слегка ог­раничивал пики и пикфактор сос­тавлял 6 дБ. При этом громкогово­ритель периодически испытывает воздействие прямоугольных коле­баний, что более точно соответ­ствует реальной ситуации. Громкоговорители DYNACORD разре­шается эксплуатировать с усили­телями вчетверо большей номи­нальной мощности, по отношению к назначенному для них значению долговременной среднеквадра­тичной мощности при строжайшем контроле за уровнем сигнала.
В действительности, использова­ние усилителей, обладающих большим запасом мощности поз­воляет с большей вероятностью сохранить динамический диапа­зон и пикфактор усиливаемого сигнала, и значительно уменьшить риск ограничения выходного напряжения.
Однако, при этом огра­ниченный сигнал будет еще более опасен. При работе с живым зву­ком гармонические и даже прямо­угольные колебания большой ам­плитуды могут возникнуть на выхо­де усилителей при возникновении акустической обратной связи (‘’завязки’’), либо если кто-нибудь просто случайно обронит микро­фон. Для устранения этой опас­ности можно использовать пода­витель акустической ОС. Совер­шенно необходимым представля­ется также наличие в усилителе мощности ЛИМИТЕРА, активируе­мого непосредственно при дости­жении порога ограничения. При этом становится возможным пол­ностью использовать динамичес­кий диапазон акустической систе­мы, не превышая в то же время допустимых значений подводи­мой среднеквадратичной мощнос­ти. Если же максимальная выход­ная мощность применяемого уси­лителя совпадает с допустимой долговременной мощностью громкоговорителя, то реально достижимые значения среднек­вадратичного звукового давления на музыкальном сигнале будут на несколько децибел меньше макси­мального расчетного значения, приведенного в спецификациях на громкоговоритель. В этом случае повысится вероятность ограниче­ния выходного напряжения усили­теля, если в последнем отсутству­ет лимитер.
Вторым необходимым фактором обеспечения эксплуатационной надежности системы звукоусиле­ния является квалификация опе­ратора, в частности, грамотный контроль за уровнем сигнала.
Практически все микшерные пульты обладают большим запа­сом выходного напряжения и спо­собны глубоко перегрузить усили­тели мощности входным сигналом. Даже если в усилителе име­ется встроенный лимитер, про­должительная работа на пределе ограничения не рекомендуется, так как это может привести к теп­ловой перегрузке как громкогово­рителя, так и усилителя. Долгов­ременное усредненное значение выходного напряжения усилителя при этом будет значительно выше, чем при нелимитированном сигна­ле за счет сжатия динамического диапазона. Многолетняя практика свидельствует, что подобное весь­ма часто случается на дискотеках, где DJ то и дело теряют контроль за уровнем сигнала, и аппаратура отказывает чаще всего. Всегда следует незамедлительно снижать уровень сигнала при обнаружении слишком частого срабатывания индикации лимитера либо ограни­чения на усилителях мощности. В заключение еще раз отметим, что использование в практике ком­плектации систем звукоусиления только значений среднеквадра­тичной мощности на синусоидаль­ном сигнале для усилителей и, в особенности, для громкоговори­телей совершенно недостаточно для предотвращения перегрузок при эксплуатации, при изучении спецификаций на оборудование следует обязательно обращать внимание на то, в соответствии с каким стандартом и/или каким ме­тодом производилось измерение того либо иного параметра, в осо­бенности, значений мощности. Серьезные производители элек­троакустической аппаратуры обя­зательно приводят такую инфор­мацию.
Денис Афанасьев

Источник: компания Дилер-центр

Отзывов нет на «Мощность усилителей и долговечность громкоговорителей»

  1. admin пишет:

  2. admin пишет:

  3. admin пишет:

Ваш отзыв

Вы должны войти, чтобы оставлять комментарии.