Размышления про мощность акустики и усилителя

Заменил в своей китайской андройд магнитоле усилитель на TDA7850, отчет и отзыв немного позже.
Тут хочу выложить некоторую информацию про усилители, динамики и их мощность. В примере будет фигурировать мои колонки и мой усилитель. По своим усилителям ищите информацию

Акустика
Есть всегда большая путаница в оценке мощности динамиков рассмотрю основные из них и примерно расскажу как переводить одно в другое.

На просторах стран бывшего СССР всегда пользовались по сути двумя стандартами

Номинальная мощность — это максимальная мощность звучания, при которой искажения звука не превышают заявленных производителем величин.
Синусоидальная мощность — мощность, при которой колонка может работать в течение длительного времени с реальным музыкальным сигналом без физического повреждения. Обычно в 2 — 3 раза выше номинальной, если говорим про hi-fi

Пример колонка из СССР S90 имела 90 ватт синусоидальной мощности и 35 ватт номинальной

Но сейчас даже отечественные производители перешли на общепринятые стандарты DIN (редко кто указывает это в основном немецкий стандарт), RMS и PMPO.

DIN Music Power — мощность, при которой колонка может работать в течение длительного времени с сигналом «розового шума» без физического повреждения. Это примерно тоже самое что советская синусоидальная мощность
DIN 45500 — мощность, при которой колонка работает с искажениями в 1%, что соотвествует стнадарту hi-fi техники. Это примерно тоже самое что советская номинальная мощность
RMS (Rated Maximum Sinusoidal) — предельная синусоидальная мощность — мощность, при которой колонка может работать в течение одного часа с реальным музыкальным сигналом без физического повреждения. Обычно на 20 — 25 процентов выше DIN Music Power.
PMPO (Peak Music Power Output) — мощность, которую динамик может выдержать в течение 1-2 секунд на сигнале низкой частоты (около 200 Гц) без физического повреждения. Тут к сожалению четкого соотношения, но обычно вменяемые производители пишут максимальную мощность в 2-4 раза выше RMS

Большинство нормальных производителей указывают мощность максимальную и RMS, очень нечасто DIN. Найти акустику, в которой бы указывалась мощность при определенном уровне искажений почти нереально. Поэтому будем немного фантазировать если у нас нет для замера оборудования.
Как я писал ранее я купил акустику Morel Maximo ULTRA 602.
У нее заявлена мощность rms аж 90 ватт (не знаю почему так другие системы из бюджетных 602 серии меньше мощность). Переводим ее в DIN Music Power и получим 60-70 ватт мощности. Что значит что подав на них такую мощность мы не спалим динамики ни за час ни за два, то есть можно слушать долго не опасаясь. Но скорее всего этот звук будет с искажениями, услышите вы их или нет, зависит от музыки да и от ваших ушей. Но по факту если мы хотим музыку с приемлимым уровнем искажений то подавать на колонки нужно раза в 2-3 меньшую мощность, см выше пример с s90 и определения. Итого получается что например мои колонки имеют номинальной мощности около 25 ват +- 5 ват (увы точно посчитать можно только аппаратурой).

Усилитель
Как подобрать усилитель к акустике? Тут можно спорить, чем выше мощность тем лучше и это так, качество звука будет лучше, но я лично бы опасался брать усилитель больше мощности чем RMS колонок, мало ли что случилось, сами случайно или ребенок или кто посторонний крутанул ручку, хорошо когда колонка выдержит час такой игры, можно успеть среагировать. Это ограничивающий параметр сверху. Но также нужно смотреть документацию на усилитель и там смотреть искажения на разной мощности. Например усилитель класса hi-fi должен иметь менее 1% искажений. Часто употребляемый термин hi-end увы не имеет стандарта, по факту это маркетинговый термин, означающий что техника лучше hi-fi.
Поэтому если вы хотите например hi-fi звук, то мощность усилителя при которой на нем появляется 1% искажений должна быть равна или больше номинальной мощности колонок. Если мощность будет меньше то вы просто не раскроете потенциала колонок.

Теперь про tda7850
согласно датащиту для 4 Ом колонках
VS = 13.2 V; THD = 10 % 25 ватт
VS = 13.2 V; THD = 1 % 19 ватт
VS = 14.4 V; THD = 10 % 30 ватт
VS = 14.4 V; THD = 1 % 23 ватт
максимальная мощность(оно же RMS) на 14,4V 50 Ватт

Итого при заведенном двигателе у нас 23 ватта музыки класса HI-FI в принципе этого с натяжкой хватает на мои колонки но лучше было бы ватт 30, но для этого на усилитель нужно подать согласно документации около 17V, что требует колхоза и внедрения в цепь питания.

Все рассуждения не ликбез, а мое ИМХО на основе собранной информации. Если у кого какие критические замечания пишите.

Источник

Об мощности усилителей и колонок…

Стандарты мощности (номинальная, синусоидальная,DIN,RMS,PMPO…)

Сегодня многообразие применяемых различных стандартов измерения выходной звуковой мощности усилителей и колонок может сбить с толку любого.

Например, блочный усилитель одной из фирм 35 Вт на канал, а вот недорогой музыкальный центр с наклейкой 1000 Вт. Такое сравнение вызовет явное недоумение у покупателя! И дешевле, и мощнее! Давайте разберёмся в этом…

В России используется два параметра мощности — номинальная и синусоидальная. Это нашло свое отражение в названиях акустических систем и обозначениях динамиков. Причем, если раньше в основном использовалась номинальная мощность, то теперь чаще — синусоидальная. Например, колонки 35АС впоследствии получили обозначение S-90 (номинальная мощность 35 Вт, синусоидальная мощность 90 Вт)

Номинальная мощность — мощность при среднем положении регулятора громкости усилителя, при которой остальные параметры устройства соответствуют заявленным в техническом описании.

Синусоидальная мощность — мощность, при которой усилитель или колонка может работать в течение длительного времени с реальным музыкальным сигналом без физического повреждения. Обычно в 2 — 3 раза выше номинальной.

Западные стандарты более широки, как правило, используются DIN, RMS и PMPO.

DIN — примерно соответствует синусоидальной мощности — мощность, при которой усилитель или колонка может работать в течение длительного времени с сигналом «розового шума» без физического повреждения.

RMS (Rated Maxmum Sinusoidal) — Максимальная (предельная) синусоидальная мощность — мощность, при которой усилитель или колонка может работать в течение одного часа с реальным музыкальным сигналом без физического повреждения. Обычно на 20 — 25 процентов выше DIN.

Как правило, серьезные западные производители указывают мощность своих изделий в DIN, а производители дешевых музыкальных центров и компьютерных колонок в PMPO.

Сопротивление колонок

Не стоит забывать и о сопротивлении колонок. В основном на рынке присутствуют колонки сопротивлением 4, 6, 8 Ом, реже встречаются 2 и 16 ом. Мощность усилителя будет различаться при подключении колонок разного сопротивления.

В инструкции усилителя обычно указано, на какое сопротивление колонок он рассчитан, или мощность для различного сопротивления колонок. Если усилитель допускает работу с колонками различного сопротивления, то его мощность растет с понижением сопротивления.

Если Вы будете использовать колонки сопротивлением ниже указанного для усилителя, это может вызвать его перегрев и выход из строя, если выше — то указанная выходная мощность достигнута не будет. Конечно, на громкость акустики влияет не только выходная мощность усилителя, но и чувствительность колонок, но об этом в следующий раз.

Главное — не забывать, что мощность — это только один из параметров, далеко не самый главный для получения хорошего звука!

Конструктивные особенности динамических головок

Теперь давайте попробуем разобраться в конструктивных особенностях динамиков и их назначении. Сразу оговорюсь — речь пойдет о профессиональном использовании эти круглых изделий.

Первое, на что мы обращаем внимание, взяв динамик в руки — его размер. Не маловажный фактор, но о нем позже. Далее, размер магнита. Это тоже очень важный геометрический параметр. От него зависит величина индукции в зазоре и, как следствие, чувствительность динамика. Косвенно от размера магнита зависит диаметр звуковой катушки. А от него, в свою очередь, зависит мощность динамика. Во как. Не потерялись еще?

Далее приведены данные, по которым можно оценить мощность динамика по геометрическим размерам ферритового магнита:

Важной конструктивной особенностью является высота намотки звуковой катушки. На низкочастотные динамики устанавливают катушки высотой от 16 мм и выше. Это приводит к увеличению массы подвижной системы, ухудшению воспроизведения средних и высоких частот и снижению чувствительности. Но при этом увеличивается допустимое смещение диффузора, при котором катушка не выходит из зазора, и увеличивается долговременная мощность, которую динамик способен выдержать, за счет увеличения площади теплового излучения.

Материал провода, которым намотана катушка, сильно влияет на воспроизведение динамиком средних частот. Применение алюминиевого провода, вследствие меньшей массы, увеличивает их отдачу. Динамики с медной катушкой лучше работают на низких частотах.

Вернемся к диаметру самого динамика. В профессиональных акустических системах используются преимущественно динамики с номинальным диаметром 6,8,10,12,15,18 дюймов. Редко, но встречаются размеры 5,21,24 дюйма.

Перейдем к описанию характерных свойств головок различных диаметров.

Динамик на 6″

Вследствие своих небольших размеров не способен воспроизводить низкие частоты с требуемой в профессиональной технике величиной звукового давления. В то же время, они имеют широкую диаграмму направленности в большом диапазоне частот. Поэтому 6-ти дюймовые динамики применяют для воспроизведения средних частот вплоть до 5-6 кГц. Размер рамы не позволяет устанавливать на них магнит диаметром более 134мм. Применение катушек диаметром более 2″ (50мм) разумно считается не целесообразным. Мощность лучших моделей достигает 250 Вт при условии применения специальных средств отвода тепла от звуковой катушки. Средние значения мощности 80-150 Вт. Чувствительность 94-98 дБ (1 Вт 1м). Цена хороших моделей соизмерима с ценой неплохих 15-ти дюймовых динамиков.

Динамик на 8″

Сегодня модели такого размера получили второе дыхание в связи повышенным интересом производителей к «линейным массивам». При небольших габаритах, а следовательно широкой диаграмме направленности, эти динамики уже можно заставить воспроизводить нижнюю часть спектра. Ферритовый магнит диаметром более 156мм на них не поставишь. Соответственно, катушка более 2,5″ (63мм) не встречается. Мощность — до 250 Вт. Чувствительность 94-98 дБ.
10″. Эти динамики уже можно использовать в 2-х полосных акустических системах для воспроизведения речевых программ. Если добавить НЧ систему, то можно получить добротную полнодиапазонную систему. Вообще, десятидюймовые динамики отлично работают в среднечастотном диапазоне. Существуют специализированные динамики для работы в рупорных системах с высоким звуковым давлением. Некоторые фирмы реализовывают и низкочастотные модели, но широкого применения они не находят в силу своей низкой чувствительности. На рамы диаметром 10″ устанавливают весь спектр магнитов вплоть до 220мм. Соответственно, диаметры звуковых катушек — от 1,5″ до 4″. Мощности — до 350Вт. Требуют объема в корпусе с фазоинвертором около 30 л.

Динамик на 12″

Оптимальный размер для небольших акустических систем. Хорошо воспроизводят низкие и средние частоты вплоть до 3кГц. В мире производятся как широкополосные модели, так и низкочастотные и среднечастотные. На динамиках такого размера можно реализовать небольшой по габаритам сабвуфер, при условии правильного выбора модели излучателя и правильного расчета корпуса. На сегодняшний день существует огромное количество моделей акустических систем, где 12-ти дюймовые головки установлены в рупоры для воспроизведения среднечастотного спектра. Мощности этих динамиков достигают 500 Вт. Приблизительный объем корпуса с фазоинвертором 50-70л.

Динамик на 15″

Самый популярный у нашего народа динамик. Широкополосные модели хорошо работают в 2-х и 3-х полосных системах. Активно используются в НЧ системах. Их привлекательность, на мой взгляд, объясняется относительно небольшим требуемым объемом ящика при достаточно высоком звуковом давлении во всем спектре воспроизводимых частот. Мощность — до 800 Вт. Объем — 90-120л.

Динамик на 18″

Динамик для воспроизведения низких частот. Использование в 2-х полосных пассивных системах весьма проблематично. Широко используются не только в системах прямого излучения, но и в рупорах и «бэнд-пассах». Диапазон мощностей простирается до 1000 Вт.

Следует упомянуть об относительно новом материале, который стали использовать для производства магнитов. Это — неодим. При меньших массе и размере неодимовые магниты имеют ту же магнитную индукцию, что и их ферритовые собратья. Главный недостаток динамиков с неодимовыми магнитами — их немалая цена. Второй недостаток — при ремонте динамиков, если это потребутся, их невозможно перемагнитить. И третье — магнитные системы с неодимом очень бояться перегрева. При этом они размагничиваются. По этой причине на магнитные цепи устанавливают теплоотводящие радиаторы.

О высокочастотных излучателях уже много всего написано.

Поэтому на этой теме останавливаться я не вижу большого смысла.

Скажу одно: не покупайте дешевую китайскую продукцию на рынках.

Запомните одно важное правило: хорошее изделие не может стоить дешево!

Источник

Подробная расшифровка некоторых характеристик акустики

Мощность

Под словом мощность в разговорной речи многие подразумевают «мощь», «силу». Поэтому вполне естественно, что покупатели связывают мощность с громкостью: «Чем больше мощность, тем лучше и громче будут звучать колонки». Однако это распространенное мнение в корне ошибочно! Далеко не всегда колонка мощностью 100 Вт будет играть громче или качественней той, у которой указана мощность «всего» в 50 Вт. Значение мощности, скорее, говорит не о громкости, а о механической надежности акустики. Те же 50 или 100 Вт — это совсем не громкость звука, издаваемого колонкой. Динамические головки сами по себе имеют низкий КПД и преобразуют в звуковые колебания лишь 2-3% мощности подводимого к ним электрического сигнала (к счастью, громкости издаваемого звука вполне хватает для создания звукового сопровождения). Величина, которую указывает производитель в паспорте динамика или системы в целом, говорит лишь о том, что при подведении сигнала указанной мощности динамическая головка или акустическая система не выйдет из строя (вследствие критического разогрева и межвиткового КЗ провода, «закусывания» каркаса катушки, разрыва диффузора, повреждения гибких подвесов системы и т.п.).

Таким образом, мощность акустической системы — это технический параметр, величина которого не имеет прямого отношения к громкости звучания акустики, хотя и связана с ней некоторой зависимостью. Номинальные значения мощности динамических головок, усилительного тракта, акустической системы могут быть разными. Указываются они, скорее, для ориентировки и оптимального сопряжения между компонентами. Например, усилитель значительно меньшей или значительно большей мощности может вывести колонку из строя в максимальных положениях регулятора громкости на обоих усилителях: на первом — благодаря высокому уровню искажений, на втором — благодаря нештатному режиму работы колонки.

Мощность может измеряться различными способами и в различных тестовых условиях. Существуют общепринятые стандарты этих измерений. Рассмотрим подробнее некоторые из них, наиболее часто употребляемые в характеристиках изделий западных фирм:

RMS ( Rated Maximum Sinusoidal power — установленная максимальная синусоидальная мощность). Мощность измеряется подачей синусоидального сигнала частотой 1000 Гц до достижения определенного уровня нелинейных искажений. Обычно в паспорте на изделие пишется так: 15 Вт (RMS). Эта величина говорит, что акустическая система при подведении к ней сигнала мощностью 15 Вт может работать длительное время без механических повреждений динамических головок. Для мультимедийной акустики завышенные по сравнению с Hi-Fi колонками значения мощности в Вт (RMS) получаются вследствие измерения при очень высоких гармонических искажениях, часто до 10%. При таких искажениях слушать звуковое сопровождение практически невозможно из-за сильных хрипов и призвуков в динамической головке и корпусе колонки.

PMPO (Peak Music Power Output — пиковая музыкальная мощность). В данном случае мощность измеряется подачей кратковременного синусоидального сигнала длительностью менее 1 секунды и частотой ниже 250 Гц (обычно 100 Гц). При этом не учитывается уровень нелинейных искажений. Например, мощность колонки равна 500 Вт (PMPO). Этот факт говорит, что акустическая система после воспроизведения кратковременного сигнала низкой частоты не имела механических повреждений динамических головок. В народе единицы измерения мощности Вт (PMPO) называют «китайскими ваттами» из-за того, что величины мощности при такой методике измерения достигают тысячи Ватт! Представьте себе — активные колонки для компьютера потребляют из сети переменного тока электрическую мощность 10 В*А и развивают при этом пиковую музыкальную мощность 1500 Вт (PMPO).

Наравне с западными существуют также советские стандарты на различные виды мощности. Они регламентируются действующими по сей день ГОСТ 16122-87 и ГОСТ 23262-88. Эти стандарты определяют такие понятия, как номинальная, максимальная шумовая, максимальная синусоидальная, максимальная долговременная, максимальная кратковременная мощности. Некоторые из них указываются в паспорте на советскую (и постсоветскую) аппаратуру. В мировой практике эти стандарты, естественно, не используются, поэтому мы не будем на них останавливаться.

Делаем выводы: наиболее важным на практике является значение мощности, указанной в Вт (RMS) при значениях коэффициента гармоник (THD), равного 1% и менее. Однако сравнение изделий даже по этому показателю очень приблизительно и может не иметь ничего общего с реальностью, ведь громкость звука характеризуется уровнем звукового давления. Поэтому информативность показателя «мощность акустической системы» — нулевая.

Чувствительность

Чувствительность — один из параметров, указываемых производителем в характеристике акустических систем. Величина характеризует интенсивность звукового давления, развиваемого колонкой на расстоянии 1 метра при подаче сигнала частотой 1000 Гц и мощностью 1 Вт. Измеряется чувствительность в децибелах (дБ) относительно порога слышимости (нулевой уровень звукового давления равен 2*10^-5 Па). Иногда используется обозначение — уровень характеристической чувствительности (SPL, Sound Pressure Level). При этом для краткости в графе с единицами измерений указывается дБ/Вт*м либо дБ/Вт^1/2*м. При этом важно понимать, что чувствительность не является линейным коэффициентом пропорциональности между уровнем звукового давления, мощностью сигнала и расстоянием до источника. Многие фирмы указывают характеристики чувствительности динамических головок, измеренные при нестандартных условиях.

Чувствительность — характеристика, более важная при проектировании собственных акустических систем. Если вы не осознаете до конца, что означает этот параметр, то при выборе мультимедийной акустики для PC можно не обращать на чувствительность особого внимания (благо указывается она не часто).

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) в общем случае представляет собой график, показывающий разницу величин амплитуд выходного и входного сигналов во всем диапазоне воспроизводимых частот. АЧХ измеряют подачей синусоидального сигнала неизменной амплитуды при изменении его частоты. В точке на графике, где частота равна 1000 Гц, принято откладывать на вертикальной оси уровень 0 дБ. Идеален вариант, при котором АЧХ представлена прямой линией, но таких характеристик в реальности у акустических систем не бывает. При рассмотрении графика нужно обратить особое внимание на величину неравномерности. Чем больше величина неравномерности, тем больше частотных искажений тембра в звучании.

Нелинейные искажения, коэффициент гармоник

Кг — коэффициент гармонических искажений. Акустическая система представляет собой сложное электроакустическое устройство, которое имеет нелинейную характеристику усиления. Поэтому сигнал по прошествии всего звукового тракта на выходе обязательно будет иметь нелинейные искажения. Одними из самых явных и наиболее простых в измерении являются гармонические искажения.

Коэффициент — величина безразмерная. Указывается либо в процентах, либо в децибелах. Формула пересчета: [дБ] = 20 log ([%]/100). Чем больше величина коэффициента гармоник, тем обычно хуже звучание.

Кг колонок во многом зависит от мощности подаваемого на них сигнала. Поэтому глупо делать заочные выводы или сравнивать колонки только лишь по коэффициенту гармоник, не прибегая к прослушиванию аппаратуры. К тому же для рабочих положений регулятора громкости (обычно это 30..50%) значение производителями не указывается.

Полное электрическое сопротивление, импеданс

Электродинамическая головка имеет определенное сопротивление постоянному току, зависящее от толщины, длины и материала провода в катушке (такое сопротивление еще называют резистивным или реактивным). При подаче музыкального сигнала, который представляет собой переменный ток, сопротивление головки будет меняться в зависимости от частоты сигнала.

Импеданс (impedans) — это полное электрическое сопротивление переменному току, измеренное на частоте 1000 Гц. Обычно импеданс акустических систем равен 4, 6 или 8 Ом.

В целом величина полного электрического сопротивления (импеданс) акустической системы ни о чем, связанном с качеством звучания того или иного изделия, покупателю не скажет. Производителем указывается этот параметр лишь, чтобы сопротивление учитывали при подключении акустической системы к усилителю. Если значение сопротивления колонки ниже, чем рекомендуемое значение нагрузки усилителя, в звучании могут присутствовать искажения или сработает защита от короткого замыкания; если выше, то звук будет значительно тише, нежели с рекомендуемым сопротивлением.

Корпус колонки, акустическое оформление

Одним из важных факторов, влияющих на звучание акустической системы, является акустическое оформление излучающей динамической головки (динамика). При конструировании акустических систем производитель обычно сталкивается с проблемой в выборе акустического оформления. Их насчитывается больше десятка видов.

Акустическое оформление делится на акустически разгруженное и акустически нагруженное. Первое подразумевает оформление, при котором колебание диффузора ограничивается только жесткостью подвеса. При втором колебание диффузора ограничивается помимо жесткости подвеса еще упругостью воздуха и акустическим сопротивлением излучению. Также акустическое оформление делится на системы одинарного и двойного действий. Система одинарного действия характеризуется возбуждением звука, идущего к слушателю, посредством только одной стороны диффузора (излучение другой стороны нейтрализуется акустическим оформлением). Система двойного действия подразумевает использование в формировании звука обеих поверхностей диффузора.

Поскольку на высокочастотные и среднечастотные динамические головки акустическое оформление колонки практически не влияет, мы расскажем о наиболее распространенных вариантах низкочастотного акустического оформления корпуса.

Очень широко применима акустическая схема, получившая название «закрытый ящик». Относится к нагруженному акустическому оформлению. Представляет собой закрытый корпус с выведенным на фронтальную панель диффузором динамика. Достоинства: хорошие показатели АЧХ и импульсная характеристика. Недостатки: низкий КПД, необходимость в мощном усилителе, высокий уровень гармонических искажений.

Но вместо того, чтобы бороться со звуковыми волнами, вызванными колебаниями обратной стороны диффузора, их можно использовать. Наиболее распространенным вариантом из систем двойного действия является фазоинвертор. Представляет собой трубу определенной длины и сечения, вмонтированную в корпус. Длину и сечение фазоинвертора рассчитывают таким образом, что на определенной частоте в нем создается колебание звуковых волн, синфазные с колебаниями, вызванными фронтальной стороной диффузора.

Для сабвуферов широко применяется акустическая схема с общепринятым названием «ящик-резонатор». В отличие от предыдущего примера диффузор динамика не выведен на панель корпуса, а находится внутри, на перегородке. Сам динамик непосредственного участия в формировании спектра низких частот не принимает. Вместо этого диффузор лишь возбуждает звуковые колебания низкой частоты, которые потом многократно увеличиваются по громкости в трубе фазоинвертора, выполяющего роль резонансной камеры. Достоинством этих конструктивных решений является высокий КПД при малых габаритах сабвуфера. Недостатки проявляются в ухудшении фазовых и импульсных характеристик, звучание становится утомляющим.

Оптимальным выбором будут колонки среднего размера с деревянным корпусом, выполненные по закрытой схеме или с фазоинвертором. При выборе сабвуфера следует обратить внимание не на его громкость (по этому параметру даже у недорогих моделей обычно имеется достаточный запас), а на достоверное воспроизведение всего диапазона низких частот. С точки зрения качества звучания, наиболее нежелательны колонки с тонким корпусом или очень маленьких размеров.

Источник