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.
Производители звукотехники, выпуская изделия на рынок, обязательно указывают в паспорте технические характеристики. Ориентироваться в них непросто. Неискушенный покупатель в лучшем случае спросит у продавца о мощности усилителя, полосе частот, на худой конец, об искажениях. И, как правило, получит формальный ответ: мощность усилителя 100 ватт, полоса частот не хуже 20 Гц — 20 кГц, искажения — три сотки, что означает 0,03%. Однако многие усилители имеют подобные характеристики. Добиться их в настоящее время — задача несложная, но при одинаковых характеристиках аппараты могут звучать по-разному. Так на что же следует обращать внимание в первую очередь?
Каждое звено в цепи воспроизведения обладает своими особенными характеристиками, мы намерены указать их отдельно для акустики, усилителей (предварительного и мощности), проигрывателей (винила и компакт-дисков) и других источников и преобразователей сигнала.
Начнем с наиболее популярного и необходимого — предварительного усилителя. В английском он часто называется Line preamp, Control amp, Phono amp, Head amp, то есть аппарат, предназначенный для работы с различными источниками сигнала. Итак, рассмотрим его основные технические характеристики.
Характеристики предварительных усилителей:
Частотный диапазон или полоса воспроизводимых частот Frequency response
В зависимости от источника сигнала, указывается по двум входам. По входу головки звукоснимателя указывается отклонение частотной характеристики от уровня на частоте 1 кГц, в полосе частот 30 Гц — 15 кГц, либо 20 Гц — 20 кГц (смотря каким стандартом пользуется изготовитель). Например: Frequency response Disc input (RIAA Ref.1 kHz, 30 Hz to 15 kHz) +0.2/–0.25 dB.
По входам Aux/Line указывается частотная характеристика с определенным спадом на краях. Например: Frequency resp. Line –0.5 dB, 2 Hz to 100 kHz; –3 dB 0.88 Hz and >200 kHz.
В первом случае характеризуется качество корректора звукоснимателя при воспроизведении виниловых грампластинок. Естественно, чем меньше отклонение, тем лучше. Для техники высокого уровня допустимы отклонения ± 1дБ в полосе 20 Гц — 20 кГц. Ширина частотного диапазона по линейному входу также определяет качество аппарата — чем шире полоса частот, тем лучше. Особенно это касается расширения в сторону низких частот, вплоть до постоянного тока.
Суммарные гармонические искажения Total Harmonic Distortion + Noise
Они отражают наличие продуктов искажений в спектре простых (синусоидальных) сигналов. Величина суммарных гармонических искажений является функцией частоты при сигнале на выходе 1 В. Как правило, на краях диапазона имеет тенденцию к росту. Оценку гармонических искажений проводят по основным входам, отдельно для ММ, МС* и линейного входа. Указывается в процентах, либо в децибелах, 0.01% соответствует минус 80 дБ. Для транзисторной техники цифры порядка 0.005 — 0.05% являются типичными, для ламповой и 0.1% — приемлемая величина. Надо сказать, что суммарное значение гармонических искажений не является определяющим показателем хорошего звучания. Данная характеристика лишь формально описывает реакцию системы на входной сигнал. Как известно, ни один измерительный сигнал не способен заставить систему реагировать так, как это происходит при подаче реального звукового сигнала. Тем не менее разработчики стремятся любые искажения свести к минимуму.
Отношение сигнал/шум S/N ratio (IHF, CCIR, IEC-A)
В скобках указывается, какие применялись взвешивающие фильтры (обозначаются они по названию организаций, рекомендующих применение данного фильтра). Предварительный усилитель, имеющий низкое значение отношения сигнал/шум, будет не только шуметь как примус, но, что значительно хуже, съест тонкую музыкальную структуру звучания голосов и инструментов. Отношение сигнал/шум измеряется в децибелах, по каждому входу отдельно (вход закорачивается), по отношению к сигналу на выходе напряжением 1В и частотой 1 кГц. Для МС и ММ входов вполне достаточно 70-ти дБ. Линейный вход имеет, как правило, значение лучше, обычно порядка 85 — 95 дБ. Есть и чемпионы, как, например, предусилитель фирмы Primare Systems Model 201 с отношением сигнал/шум по линейному входу 102 дБ со взвешивающим фильтром IEC-A.
Чувствительность по входу Input Sensitivity
Указывает напряжение на входе, при котором напряжение на выходе усилителя будет равно 1 В. Сигнал на выходе источника для каждого из входов должен быть не меньше параметра чувствительности. В противном случае сигнал на выходе предусилителя будет иметь значительный шум или будет недостаточен для «раскачки» усилителя мощности. Например: Input Data (Sensitivity/Loading) Disc (MM)—0.5 mV/47 k, Disc (MC)—0.06 mV/47 Ohms, Aux/CD input — 100 mV/ 50 k. Типичными значениями чувствительности для предварительного усилителя являются следующие цифры: по входу МС — 0.2 — 0.3 мВ, по входу ММ — 1 — 3 мВ, по линейному входу — 100 — 200 мВ.
Разделение между каналами Channel separation
Могут употребляться другие термины: Stereo Separation, Crosstalk. Характеризует проникание сигнала из канала в канал, измеряется в децибелах. Как правило, разделение между каналами имеет тенденцию к уменьшению с ростом частоты, что приводит к ухудшению восприятия стереообраза на высоких частотах. Типичные значения для входов звукоснимателей на частоте 1 кГц — 80ё70дБ, на 20 кГц—50ё45дБ. По линейному входу этот показатель лучше на 10ё15дБ. Надо сказать, что у лучших головок звукоснимателей разделение между каналами на частоте 20 кГц достигает 30ё35 дБ, так что многие усилители с показателями, близкими к 35ё40 дБ, будут звучать плохо из-за потери локализации, глубины стереообраза, детальности на частотах выше 10 кГц. Пожалуй, чемпионом по этой характеристике может считаться American Hybrid Technology, имеющий в худшем случае 115 дБ!
Входной и выходной импедансы Input/Output impedance
Для согласования с ММ-головками звукоснимателей предусилитель может иметь переключатель входного сопротивления, скажем, от 10 кОм до 47 кОм. МС головки рассчитаны на меньшее значение импеданса. Канадский усилитель Sonic Frontiers SFP-1, например, при штатном сопротивлении на входе ММ/МС 47 к, комплектуется набором резисторов от 10 Ом до 1 кОм для точного согласования с применяемой головкой. Однако это вряд ли удобно для владельца, который должен самостоятельно решить, какой резистор ему ставить, да еще сделать достаточно качественные пайки. Линейный вход, как правило, имеет входной импеданс не ниже 30 кОм. Меньшее сопротивление создаст сложности для компакт-проигрывателей, магнитофонов, тюнеров: так как их выход может быть не приспособлен для работы на низкое сопротивление, возможно сильное ослабление сигнала. Выходное сопротивление характеризует способность системы работать на низкоомную нагрузку, например, на входное сопротивление усилителя с длинным межблочным кабелем. Так например, английский Art Audio VP1 имеет выходное сопротивление 35 кОм, что с трехметровым кабелем к усилителю мощности и сопротивлением по входу 10 кОм даст затухание 7 дБ на 20 кГц! Поэтому, чем ниже выходное сопротивление предусилителя, тем лучше. Типичным значением можно считать 1 кОм на частоте 1 кГц.
Присутствие напряжения смещения на выходе DC offset
Характеристика обязательная для высококачественной аппаратуры! Например, 50 мВ на выходе предусилителя, поданные на открытый вход усилителя мощности с усилением в 30 дБ, дадут на его выходе около 1.8 В постоянного напряжения! Конечно, такое напряжение не способно повредить акустическую систему (СЧ и ВЧ головки будут защищены фильтром, для НЧ головки такое напряжение не опасно), однако оно способно вызвать значительное смещение диффузора НЧ головки. В свою очередь это приведет к асимметрии расположения звуковой катушки в магнитном зазоре и увеличит искажения в НЧ области.
Техника высокого класса имеет балансные входы и выходы, что позволяет избежать проблем, возникающих с появлением постоянного напряжения на выходе предусилителя. Если у вас однотактный вход (разъем RCA) усилителя, а сам усилитель не имеет схемы, обеспечивающей отсутствие постоянного напряжения на выходе усилителя (DC servo), то при выборе предусилителя следует обратить внимание на этот параметр. Заметим, что величина смещения на выходе может быть разной у разных экземпляров одного и того же аппарата, однако цифра ±10мВ вполне допустима во всех случаях.
Приведенный перечень технических характеристик, конечно же, не исчерпывающий. Мы привели, на наш взгляд, основные, необходимые при оценке и выборе предварительного усилителя.
Характеристики усилителя мощности:
Задача выбора усилителя мощности не менее сложна, чем выбор предусилителя. Прежде чем принять решение, что возможно только после музыкального прослушивания, давайте заглянем в паспорт и ознакомимся с техническим характеристиками.
Выходная паспортная мощность Power output, Rated power
Это главная характеристика усилителя. Измеряется в ваттах на синусоидальном сигнале при заданной нагрузке. Обычно указывается мощность при нагрузке 8 и 4 Ом. Однако на музыкальном сигнале сопротивление АС падает порой до 1 Ома. Поэтому невредно поинтересоваться у продавца, какую мощность усилитель может отдать на 2-х омной нагрузке. Если мощность усилителя указана 100 Вт/8 Ом и 200 Вт/4 Ом — это отличная мощная машина, которой не страшны даже самые низкоомные колонки. Однако дело не в цифрах 100, 200, 500, 1000… Если у усилителя даже 20 Вт/8 Ом и 40 Вт/4 Ом, это также хорошо. Важно, чтобы мощность возрастала вдвое при уменьшении нагрузки в 2 раза. Такой усилитель обладает большой перегрузочной способностью, и если вы поменяете акустику на более низкоомную, усилитель не подведет.
Иная картина с ламповыми усилителями. Здесь, как правило, имеется несколько выходов (выходной трансформатор имеет отводы на вторичной обмотке для подключения соответствующей нагрузки). Если ваша акустическая система имеет сопротивление 8 Ом, подключите ее на 8-омный выход, если 4 Ома — на 4-омный. При правильном подключении усилитель отдаст максимальную мощность, на которую он рассчитан.
Полоса частот, частотный диапазон на уровне –3дБ (при мощности вдвое меньше паспортной) Power bandwidth (–3dB point)
Как правило, у транзисторных усилителей диапазон частот шире, чем у ламповых (от нескольких герц до сотен килогерц). Например, усилитель Audio Research D300 имеет полосу от нуля герц (постоянный ток) до 150 килогерц. А ламповый V70 той же фирмы — 12 Гц — 40 кГц, что однако не мешает его высокой популярности у аудиофилов.
Кратковременное пиковое значение выходного тока (при нагрузке 1 Ом) Peak output current
Характеризует мощность блока питания, надежность выходного каскада. У лучших транзисторных усилителей этот показатель порядка ± 30ё60А. Про такой усилитель можно сказать, что он управляет акустикой «железной рукой в бархатной перчатке». Хорошие ламповые усилители отдают в нагрузку ток порядка ± 10ё15А. Высокие значения выходного тока обеспечивают глубокий, плотный бас.
Характеристика искажений Distortion
Могут указываться и гармонические и интермодуляционные. Чем меньше эта цифра в процентах или в децибелах, тем меньше искажений вносит в усиливаемый сигнал данный усилитель. Однако более важна не величина, а спектр продуктов искажения. Двухтактные усилители эффективно подавляют в выходном каскаде вторую гармонику, но при этом могут иметь длинный хвост из четных и нечетных гармоник. У однотактных ламповых гармоники значительно больше по уровню, но они быстро затухают и, как правило, выше пятой гармоники искажений в спектре нет.
Ламповая техника имеет несколько худшие показатели по искажениям, но уже упомянутый Audio Research V70, имея 1 % искажений на максимальной мощности 60 Вт, по свидетельству зарубежных экспертов, звучит прекрасно. Измерения гармонических искажений производят на разных частотах, как правило, 20Гц, 1кГц и 20кГц, и выходных мощностях 1VA, 2/3 паспортной и на максимальной паспортной. На крайних частотах и на максимальной мощности может наблюдаться значительное увеличение уровня искажений.
В середине 70-х годов было модно приводить характеристики усилителя при различных интермодуляционных тестах. Появились понятия TIM (Transient InterModulation) — переходных, DIM (Dinamic InterModulation) — динамических интермодуляций. В настоящее время поведение усилителя при сложных измерительных сигналах интересует только специалистов и разработчиков. Мы же упомянем лишь стандартные измерения интермодуляционных искажений при одновременной подаче 2-х тонов 19 кГц/20 кГц на полной мощности. Хороший усилитель должен иметь показатель в пределах 0.02 — 0.1 %.
Входные импеданс и чувствительность Input Impedance, Input Sensitivity
Типичной цифрой для импеданса является 30 — 100 кОм. Входное сопротивление ниже 30 кОм может серьезно повлиять на частотную характеристику сигнала, поступающего от предусилителя.
Под чувствительностью понимается напряжение, поданное на вход, при котором усилитель развивает паспортную мощность. Обычным значением является 0.5 — 2 В.
Выходное сопротивление Output Impedance
Характеризует способность усилителя одинаково хорошо работать на акустические системы как с высоким, так и с низким импедансом. Существует заблуждение, что чем больше коэффициент демпфирования (номинальный импеданс акустической системы, деленный на выходное сопротивление усилителя), тем лучше управление акустикой по басу. Однако коэффициент демпфирования, равный 2000, окажется лучше 20-ти всего лишь на 5 — 10 % на НЧ характеристике, т.е. ожидаемое увеличение звукового давления на НЧ менее 1 дБ! Тем не менее, очень малое значение демпфирования, положим, меньше 10, может привести к заметному изменению частотной характеристики АС.
Мощность источника питания. Энергия, запасенная в конденсаторах и индуктивностях фильтра. Power supply capacitance. Energy storage.
Именно эта энергия определяет динамический диапазон при воспроизведении. Измеряется в джоулях. Типичный усилитель с двумя конденсаторами по 10 000 мкФ на 60 В имеет всего 72 Дж. (Транзисторные чемпионы имеют суммарную емкость конденсаторов порядка 0.5 — 1.0 фарады). Для сравнения, у фотовспышки в средней фотостудии — 500 — 1000 Дж. А вот у Audio Research V140 — 415 Дж. Представляете, какие мускулы у этого лампового моноусилителя! Поэтому, когда приводится эта характеристика, обязательно обратите на нее внимание.
Мы намеренно не привели такие характеристики, как отношение сигнал/шум, разделение между каналами, присутствие постоянного напряжения на выходе. Они по определению и измерению подобны приведенным выше у предусилителя. Рекомендуемые в данной статье пределы параметров не следует рассматривать как жесткие ограничения при выборе усилителей. Даже в усилителях высокого класса возможны отклонения одного-двух параметров от приведенных здесь диапазонов. Окончательный выбор должен определяться результатами прослушивания.
Если у вас возникнут вопросы по неотмеченным здесь характеристикам или собственные мнения, пишите в редакцию.
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.
Типы усилителей
Перед покупкой нужно изучить типы усилителей, чтобы найти оптимальный для себя девайс. По функционалу их разделяют на 3 больших группировки.
1. Предварительные «Прощупывают» слабый сигнал, чтобы усилить. Их ставят рядом с источником, издающим импульс. Это нужно для того, чтобы минимизировать помехи от другой электроники. В одиночку не справятся — с ним нужно будет покупать и мощностный усилитель. 2. Оконечные (мощностные) Усилят сигнал до того уровня, который нужен для полноценной работы акустики. 3. Полные Соединяют в себе 2 девайса, писанных выше. Цена на них кусается, но в итоге они получаются дешевле комплекта из 2 отдельных устройств.
По типу элементной базы, разделяют ламповые и транзисторные устройства. Подробнее о каждом из них — ниже.
Ламповые
Ах, этот «теплый ламповый звук»! Словосочетание, которое стало культовым у всех, кто хоть раз соприкоснулся к миру аудио. Основные преимущества таких транзисторов:
- отличный звук при простой радиосхеме — имея базовые знания радиоэлектроники можно отремонтировать самостоятельно;
- мягче звук;
- мало сторонних шумов;
- плавное ограничение сигнала при перегрузе — система не будет «хрипеть» и «шипеть»;
- не боится коротких замыканий.
Минус «лампы» в том, что когда одна лампа пришла в негодность, найти полноценную замену — тот ещё челлендж! Придется часто сидеть на форумах, чтобы подбирать необходимые детали.
В тему: Как выбрать саундбар: ТОП-9 звуковых панелей для ТВ
Транзисторные
Продвинутый вариант усилителя. Вместо ламп здесь используются небольшие микросхемы. Так что жирный плюс — компактность. И как следствие:
1. Минималистичный внешний вид Не нужно выносить «лампы» вне устройства, так что транзисторный стереоусилитель может быть аскетичным «кубиком». 2. Легко поддаются ремонту Найти нужный транзистор в разы проще, чем подобрать лампу.
Основной недостаток вытекает с ключевого достоинства — они устроены намного сложнее. И если что-то ломается, придется обращаться к специалистам. А оплата мастера Hi-Fi акустики может вылиться в копеечку.
Также на рынке присутствуют гибридные модели. Они вобрали в себя как достоинства, так и недостатки обоих типов усилителей.
Амплитудная характеристика
Амплитудная характеристика усилителя — это зависимость амплитуды сигнала на выходе от входного сигнала при фиксированной частоте. Обычно она составляет 1 кГц.
Амплитудная характеристика идеального усилителя по идее должна выглядеть вот так:
Это луч, который начинается от нулевой точки отсчета координат и простирается в бесконечность.
Но на самом деле реальная амплитудная характеристика усилителя выглядит вот так:
Здесь мы видим, что если даже входное напряжение Uвх =0, то на выходе усилителя мы все равно получим какой-то уровень сигнала. Это будет напряжение шума Uш .
Дополнительные советы по выбору усилителя
Не следует сводить выбор к «крутости» и цене устройства. Иногда среднебюджетные модели показывают такой же результат, как дорогие с раскрученным брендом.
В первую очередь, обращайте внимание на характеристики, описанные выше. Также советуем следующее.
1. Приобретать усилитель в тех торговых точках, где его можно услышать «в реале» Никакие обзоры не сравняется с тестом устройства в «полевых условиях». 2. Покупать усилитель с небольшим запасом по мощности Это нужно для того, чтобы не перегружать систему, заставляя её работать на максималках. 3. Учитывать площадь комнаты, где будет установлена система Для комнаты ~15 м² хватит мощности канала на 3-4 Вт/кв.м, а вот для зала больше 25 м², лучше искать систему с показателями 5-7 Вт/кв.м. 4. Искать усилитель, который коннектится к акустике клеммами с резьбовыми зажимами Пружинные защелки привычнее, но клемы надежнее. 5. Необязательно гнаться за ТОП-ом Модели, которым по 2-3 года продают гораздо дешевле, но по качеству они практически не уступают.
Перед тем, как выбрать стереоусилитель для дома, нужно заранее понять мощность акустики, узнать состояние проводки (выдержит ли она 2 девайса сразу) и размер помещения. Только после этого приступайте к самому процессу поиска девайса.
Инструкция: Как подключить блютуз колонку к телефону: 2 проверенных варианта для 2 ОС
