Усилители мощности

Как правильно выбрать усилитель?

В отличие от большинства компонентов аудиосистемы, усилители мощности значительно различаются по своим электрическим характеристикам.

Следовательно, при выборе усилителя необходимо совместить его с остальными компонентами не только по эстетическим и музыкальным, но и по электрическим параметрам. Например, некоторые усилители могут посредственно работать с определенными акустическими системами.

Процесс правильного подбора усилителя,- и есть тема главы 6.

Поскольку стоимость усилителя мощности часто пропорциональна его выходной мощности, прочтите параграф «How Much Power You Need?», чтобы во всем разобраться и выбрать ту мощность, которая оптимальна для вашей системы и бюджета.

Независимо от того, какой бюджет вы планируете, на усилитель должно приходится от 25 до 35% общей суммы затрат на всю систему.

Выбор одного стереоусилителя или двух моноблоков – зависит от количества монет в вашем кошельке. Стоимость моноблоков начинается обычно с 2500 долларов за пару.

При таком уровне цен, покупка одного стереоусилителя будет более оправданной, так как производитель, экономя на корпусе, блоке питания, кабелях, разъемах и упаковке, в состоянии потратить больше средств на создание одного усилителя с более качественными электронными компонентами.

Я не советую вам использовать моноблоки, если сумма, выделенная на усиление, составляет менее 5000 долларов. Лучше вложить эту сумму в стереоусилитель. Очень популярный ценовой диапазон на качественные стереоусилители составляет от 1000 до 3000 долларов.

Высокое качество стартует от 5000 – 6000 долларов за усилитель. Однако, есть модели, которые и за 3000 долларов выдают качественный звук, близкий к высокому уровню, но обладают меньшей мощностью.

Моноблоки, как правило, работают лучше, чем отдельные стереоусилители, по нескольким причинам.

Во-первых, поскольку два канала усиления находятся в раздельных корпусах, то отсутствует взаимовлияние каналов. Моноблоки обеспечивают более убедительную звуковую сцену (soundstage (https://t.me/daxxcables/659)), чем стереомодели.

Во-вторых, моноблоки имеют раздельные источники питания, вплоть до силовых трансформаторов: схемы усиления правого или левого каналов не должны совместно использовать источник питания. Раздельное питание дает моноблокам возможность подавать больший мгновенный ток на громкоговоритель при прочих равных условиях.

Кроме того, многие производители качественных усилителей, как правило, не экономят на моноблоках, делая их флагманами в линейке продукции.

Если вы желаете добиться максимальной производительности и можете себе это позволить, то моноблоки – это то, что вам нужно.

Интегральные усилители

Усилитель мощности, который совмещен с предусилителем называется интегральным.

Хотя выходная мощность у интегрального меньше, чем у не совмещённого усилителя, он намного дешевле и идеально подходит для аудиосистем как бюджетного, так и среднего ценового сегмента.

Цена на высококачественные интегральные усилители начинается приблизительно с 4000 долларов, а топовые модели могут достигать планки в 35000 долларов.

Преимущества интегральных усилителей в плане стоимости и удобства использования неоспоримы: они занимают меньше места, их проще подключать, они не требуют большого количества кабелей, а в плане производительности они приближаются к уровню раздельных компонентов.

Многие производители аудиотехники поняли, что интегральники популярны, и есть смысл производить их в высококачественном сегменте. Сегодня наблюдается бурный рост продаж подобных усилителей в ценовом диапазоне от 2500 до 5000 долларов, которые обеспечивают выходную мощность от 50 до 150 Ватт на канал.

Современные интегральные усилители оснащаются разъёмами для встроенного предусилителя к отдельному, более мощному усилителю. Есть модели, которые позволяют модернизировать секцию предусилителя. Некоторые модели более высокого класса имеют конструкцию с двойным моно, в которой левый и правый аудиоканалы полностью отделены друг от друга, вплоть до силовых трансформаторов.

Кроме того, подобные модели могут похвастаться ступенчатыми аттенюаторами (регуляторами громкости) с дискретными сопротивлением, а также полным балансным трактом и дискретным входным каскадом класса А.

Цифровые технологии расширили функции интегральных усилителей, добавив в корпус цифро-аналоговое преобразование, возможность подключения к Интернету, и сетевые функции. Я забыл сказать, что и фонокорректор тоже стал составной частью интегральника, полностью сформировав понятие «все в одном».

Другие полезные функции интегральных усилителей включают в себя такие как gain offset и theater bypass.

Gain Offset – позволяет пользователю регулировать уровень входного сигнала для каждого входа в усилитель индивидуально. В результате, можно добиться одинаковой громкости (согласования) воспроизведения от каждого источника: при переключении между ними не будет дискомфортных скачков громкости.

Theatre Bypass - функция, необходимая при использовании усилителя в системе домашнего кинотеатра. Она настраивает усилитель (вернее определенные входы усилителя) на фиксированный коэффициент усиления (регулятор громкости отключен для них). Это позволяет откалибровать уровни каналов с помощью аудиконтроллера и поддерживать эту калибровку даже при изменении общего уровня громкости других каналов в многоканальной системе.

В главе 10 мы рассмотрим работу стереоусилителя совместно аудиовизуальным контроллером в системе домашнего кинотеатра.

Сколько мощности мне нужно?
Чувствительность динамика и мощность усилителя.

Это первый вопрос, на который необходимо ответить при покупке усилителя мощности. Выходная мощность, измеряемая в ваттах (W) при заданном импедансе (сопротивлении) колонок, варьируется от примерно 20W на канал для очень небольшого интегрального усилителя до 1000W на канал для самых больших моноблоков.

Мощность большинства high-end усилителей составляет от 80W до 250W. Усилители однотактные на триодах (single-ended-triode), описанные далее в этой главе, обычно обеспечивают мощность от 3 до 20W (см. фото вверху)

Выбор диапазона выходной мощности основывается на мощности колонок, вкусах слушателей, объеме комнаты и бюджете. Необходимо сделать правильный выбор для получения качественного звучания.

Потребляемая мощность сильно варьируется в зависимости от чувствительности акустической системы, полного её сопротивления – импеданса, размера помещения, акустического состояния помещения и того, насколько громко вы собираетесь слушать музыку.

Чувствительность громкоговорителя (sensitivity) определяет, насколько высокий уровень звукового давления (SPL) будет создавать громкоговоритель при определенной потребляемой мощности, и, безусловно является самым важным фактором для выбора усилителя.

В спецификации АС, например, написано, что чувствительность равна 88dB SPL, 1W/1m, или сокращенно: 88dB/W/m. Это означает, что динамик будет выдавать 88 децибел звукового давления при входной мощности в 1Вт при измерении этого самого звукового давления на расстоянии в 1 метр от динамика.

Каждое повышение уровня звукового давления на 3dB требует удвоения выходной мощности усилителя. Таким образом, громкоговоритель с чувствительностью 88dB при 1W будет выдавать 91dB при 2W, 94dB при 4W, 97dB при 8W и так далее. Чтобы этот громкоговоритель воспроизводил музыкальные пики в 109dB, нам понадобился бы усилитель с выходной мощностью 128W.

Теперь предположим, что у нас есть громкоговоритель с чувствительностью 91dB/1W/1m – всего на 3dB чувствительнее вышеописанного динамика. Мы понимаем, что нам понадобится только половина мощности усилителя (64W) для получения такого же уровня звукового давления в 109dB. А если чувствительность равна 94dB/1W/м, то потребуется всего 32W для обеспечения SPL, равного 109dB.

То есть акустическая система с более высокой чувствительностью может эффективнее преобразовывать мощность усилителя в звуковое давление и, соответственно, в громкость воспроизведения.

Разница в чувствительности акустической системы - скажем, всего в 2dB – может заметно изменить требование к мощности усилителя.

Номинальная мощность усилителя в децибел-ваттах dB(W)

Мы с вами разобрались в децибелах в прошлых постах. Роберт Харли в этом параграфе, разъясняет децибел применительно к номинальной мощности усилителя.

Но я, прежде всего, хочу сделать отступление и напомнить, что в аудио индустрии мы имеем две формулы для вычисления децибелов:

dB = 10lg(P2/P1) – для представления мощности звука (1);

dB = 20lg(F2/F1) – для представления силы звукового давления (SPL), амплитуды напряжения или силы тока (2).

Для представления чего-либо в децибелах нужно понимать, с чем именно мы имеем дело: с мощностью или силой. Это два разных понятия в физике. Упрощенно можно сказать, что мощность есть квадрат силы.

Собственно, поэтому мы имеем две формулы вверху: первая для мощности, вторая для любой силы. Результаты в децибелах будут отличаться в 2 раза друг от друга.

В мире существует куча разных децибелов для различных физических феноменов, поэтому принято в скобках после значка dB указывать ту сущность, которая представляется в данный момент: например, dB(W) или dB(SPL).

Если один усилитель мощности имеет номинальную мощность 20Ватт, а другой 10Ватт, то разницу в децибелах нужно выражать по первой формуле: 10lg(20/10) = 10lg(2) = 10 (0.31029) = 3dB(W); то есть, разницу мощности в два раза можно представить как 3 децибела.

Если же мы сравниваем какую-либо силу, например, SPL, то увеличение звукового давления в два раза представляется как 6dB(SPL).

Иногда после dB в скобках ничего не пишут, и может возникнуть путаница: в одном случае увеличение (или уменьшение) параметра в два раза может быть представлено как 3dB, а в другом случае как 6dB.

Закрепляем в памяти важную вещь: у нас в аудио две формулы для вычисления децибела, одна для мощности, интенсивности и энергии чего-либо, а вторая для различных физических сил (напряжений, давлений, силы тока и т.д.).

Далее, переходим к усилителям, мощность которых может быть представлена не в ваттах, а децибелах. Такое бывает редко, но мистер Харли решил рассказать об этом.

<...>

В некоторых случаях производитель указывает мощность усилителя в децибелах. Тут надо понимать, что 0дБ соответствует 1W. Один ватт мощности принимается за минимальное базовое значение.

Следовательно, мощность усилителя в 10W будет в 10 раз больше минимальной базовой мощности. Ну, а раз «в 10 раз», то децибелах эти «разы» по формуле (1) дадут результат, равный 10. К этой десятке приписывают dBW, и получаем окончательное выражение: мощность усилителя равна 10dBW;

Если 20W усилитель надо представить в dBW, то по предыдущему алгоритму мы понимаем, что 20 ватт в 20 раз больше базовой мощности в 1 ватт, значит формула (1) примет вид:

dB = 10lg20
dB = 10(1.3) = 13;

Значит, 20W мощность можно представить как 13dBW; Заметим, что каждое увеличение мощности в 2 раза повлечёт за собой увеличение значения на 3dB.

Усилитель мощностью в 40W будет выражен в децибелах как 16dBW, в 80W как 19dBW.

<...>

Вот, собственно, и все, что нужно понимать, если вам вдруг попалась спецификация усилителя, где его номинальная мощность выражена в dBW.

------------------------------------
Примечание переводчика:
Если вам нужно расшифровать значение номинальной мощности усилителя 25dBW, и понять, сколько же это будет в нормальных ваттах, то нужно проделать обратный порядок действий:
25 /10 = 2.5, а затем возвести 10 в степень 2.5, ответ 316W;

Одно не могу понять, а на хрена нормальные ватты представлять в децибелах!?
Надеюсь, таких спецификаций на планете Земля немного…
Думаю, что мистер Харли просто решил нас погонять по алгебре логарифма-децибела.

Выходной ток усилителя

Сила тока, которую способен выдать усилитель на динамики является важным фактором. Именно ток, создавая электромагнитную силу, движет мембраны динамиков.

Акустические системы, как и все компоненты сетапа, имеют входное сопротивление: чаще всего этот параметр равен 8 Ом или 4 Ом. Так вот, чем меньше это сопротивление, тем больший ток будет требовать акустика от усилителя и он, должен быть в состоянии выдать этот ток стабильно, не «захлёбываясь».

Понято, что чем меньше входное сопротивление (импеданс) колонок, тем большую мощность можно получить от усилителя, и тем громче можно воспроизводить музыку. Но нужно помнить, что усилитель технически ограничен в своей способности по выходному току, а, следовательно, и мощности, несмотря на «запросы» низкоомной акустической системы.

Если усилитель не справляется со своей задачей, то в результате возникают перегрузки или даже искажения на музыкальных пиках: слабые басы, слабая динамика, ухудшение тембра. То есть, мы слышим, как усилитель не справляется с низкоомной нагрузкой.

И наоборот, усилители, которые могут увеличить выдаваемую силу тока при подключении к ним динамиков с низким входным импедансом, как правило, обладают мощными басами, большим динамическим запасом и способностью поддерживать точный тембр на пиках.

Если у вас акустика с относительно высоким входным сопротивлением без серьёзных перепадов импеданса, то у вас гораздо меньше шансов столкнуться с проблемами даже при использовании усилителей с небольшой мощностью. Просто в этом случае динамики будут потреблять меньше тока и не заставлять усилитель работать на пределе.

Вот именно по этому, такого рода колонки, которые не меняют своего импеданса (полного сопротивления) в зависимости от частоты сигнала и имеют, кроме того, высокую чувствительность, то есть играют громко, потребляя относительно меньше мощности (тока) от усилителя, пользуются спросом у любителей маломощных усилителей.

Несмотря на малую потребляемую мощность, такие акустические системы выдают хороший реалистичный звук, и при этом требуют для себя усилитель, мощность которого всего в несколько ватт на канал.

Усилители, которые в состоянии стабильно выдавать большой ток при низкоомной нагрузке часто бывают большими и дорогими. Это обусловлено наличием у них мощных трансформаторов, качественных конденсаторов, мощных источников питания и большого количества выходных транзисторов, - все это дорогостоящие компоненты.

Однако имейте в виду, что не для всех аудиосистем требуются усилители большой мощности. Если ваши колонки достаточно чувствительны и имеют достаточно высокое входное сопротивление, то и требования к мощности усилителя снижаются.

Ниже мы будем обсуждать усилители на триодных лампах, мощность которых всего 3W на канал и, несмотря на их ограниченную мощность, они способны воспроизводить музыку на достаточно высоком уровне.

Номинальная мощность усилителя

Когда вы читаете спецификацию к усилителю, убедитесь, что указанная в ней мощность является номинальной, а не пиковой.

Номинальная или RMS мощность, это показатель, при котором усилитель работает без перегрузок, то есть это его нормальный режим работы.

Для акустических систем RMS Power – это мощность, которую может потреблять АС от усилителя без повреждений очень длительное время. Это её рабочее состояние.

У номинальной мощности (Nominal Power) есть синонимы: RMS Power - среднеквадратическая мощность, Average Power – средняя мощность, Continuous Power – продолжительная мощность или Rated Power – расчётная (проектная) мощность.

Все эти термины означают одно и то же, и ю рассчитывается эта мощность по формуле, описанной в этом посте (https://t.me/daxxcables/696).

Однако имейте в виду, что некоторые производители (их меньшинство) продолжают вводить покупателей в заблуждение и указывают максимальную пиковую (краткосрочную) мощность вместо номинальной.

Есть еще один способ, с помощью которого производитель может завысить номинальную мощность, - это не указать ширину полосы пропускания частот, соответствующую мощности.

Например, усилитель мощности, выдающий 200W только при частоте 1кГц, выдаст гораздо меньше мощности на полной звуковой полосе от 50Гц до 20кГц.

Производители, указывающие значение мощности только при 1кГц, завышают мощность устройства. Читая значение мощности, обращайте внимание на частотный диапазон, в котором эта мощность является номинальной.

Еще один параметр, на который надо обращать внимание, это уровень гармонических искажений при указанной мощности: THD – Total Harmonic Distortion. Можно завысить мощность усилителя при большем показателе THD.

Поэтому обращайте внимание на указанную мощность и соответствующий ей уровень искажений THD.

Злоупотребления параметрами мощности были настолько распространены на рынке, что Федеральная Торговая Комиссия США (FTC) вынуждена была вмешаться и обязать производителей аудиотехники указывать технические данные корректно.

Требования к указанию мощности следующие: мощность должна быть указана номинальной, а не пиковой; необходимо указать импеданс нагрузки и соответствующий диапазон частот; гармонические искажения THD должны быть указаны при соответствующей мощности и диапазоне частот.

В спецификации вы должны увидеть: «Номинальная (или RMS) мощность 50W на канал при нагрузке 8 Ом, диапазон частот 20Гц-20кГц; THD менее 0.1%. Такое представление данных по мощности называется «FTC Power Rating».

Однако имейте в виду, не все производители следуют указаниям FTC.

Автозвук: представление мощности

В автозвуке ситуация более запутанная.

Требования FTC распростряются только на сферу домашнего аудио и не касаются аудиоустройств в автомобиле.
Автор известной книги The Car Stereo Cookbook Марк Румрайх посвятил отдельный параграф теме честной мощности усилителя.
В нашей библиотеке есть эта книга. Я осмелюсь вычитать и перевести этот небольшой параграф:

Заявленная мощность против честной мощности

В отличие от индустрии домашних стереосистем, в автомобильной аудиоиндустрии нет единого стандарта представления мощности усилителя. Манипулируя величиной напряжения питания и уровнем искажений усилителя, производители могут заявлять завышенные показатели мощности.

Вот несколько вариантов представления мощности одного и того же изделия:

Честная мощность
13W на канал при нагрузке 4 Ом, напряжение 13.8В, THD 0.1%

Завышенная RMS мощность
18W на канал при нагрузке 4 Oм, напряжение 14.4В, THD 1%

Максимальная мощность
25W на канал при нагрузке 4 Oм, напряжение 14.4В, THD 10%

Пиковая мощность
35W на канал при нагрузке 4 Oм, напряжение 14.4В, THD не указан;

Честная (термин автора книги) мощность рассчитана при напряжении в 13.8 Вольт, что является нормальным уровнем напряжения в автомобиле при работающем двигателе. Уровень искажений берется минимальный 0.1%. Тут все честно!

Следующие расчеты завышают напряжение до 14.4 Вольт, а уровень искажений увеличивают в 10 раз. В самом последнем случае производитель вообще не указывает THD, так он становится неприемлемо высоким (лучше вообще не писать). Вот вам один и тот же усилитель, мощность которого можно представить в диапазоне от 13W до 35W. Есть производители, которые в расчет принимают напряжение 15 Вольт, а сопротивление нагрузки (импеданс динамиков) занижают до 3.2 Ом. Тут вообще можно на трехзначные цифры мощности выйти, если постараться!

daxx.ru

🟡Читайте больше на нашем канале в Телеграм

Оглавление библиотеки Daxx