мидрейндж что это такое автозвук
Акустические системы: типы динамиков (часть 3)
Сохранить и прочитать потом —
В прошлый раз мы разобрались, по крайней мере, в общих чертах, в конструкции динамика. Основные ее элементы — общие для всех типов динамиков, но главное, как всегда, кроется в различиях. О них и стоит рассказать подробнее.
Широкополосник
Частотный диапазон, воспринимаемый человеческим слухом, как уже говорилось, находится в пределах приблизительно от 20 Гц до 20 кГц. Логичнее всего было бы иметь такой динамик, который способен воспроизвести его полностью. И такие динамики есть. Они называются широкополосными.
Вопрос в том, насколько качественно они способны работать в крайних значениях частот этого диапазона. Дело в том, что для эффективного воспроизведения низких частот диффузор классического динамика должен иметь достаточно большие размеры. Например, для частоты 40 Гц его диаметр должен быть около 30 см. Это достаточно просто реализовать.
Широкополосный динамик ScanSpeak 10F/4424G00
Но на высоких частотах такой диффузор попросту не сможет «успевать» передавать колебания всей своей поверхностью. Именно поэтому чаще всего широкополосные динамики являются результатом компромисса.
Для качественного воспроизведения верхней части частотного диапазона в центр диффузора широкополосника зачастую вклеивается дополнительный высокочастотный диффузор — «рупорок» (конус-визер, «дудка»), который способен воспроизводить «быстрые» колебания в то время, как основной, большой диффузор работает гораздо медленнее.
Применяемые в аудиофильских системах широкополосники — предмет серьезных инженерных разработок, граничащих с искусством. Здесь используются материалы с максимально возможными параметрами, ноу-хау, позволяющие все-таки получить полнодиапазонный драйвер.
Широкополосный динамик Lii Audio 2PCS Fast-10
Наиболее проблемным для широкополосного динамика является воспроизведение крайних частот слышимого диапазона. Если широкополосник способен работать в диапазоне 60–16000 Гц с неравномерностью ± 10 дБ — это уже неплохой результат.
При этом в связи с простотой конструкции и отсутствием фильтров (кроссоверов) акустическая система с широкополосником способна демонстрировать высокую чувствительность — от 90–92 дБ и выше. Это делает колонки с широкополосными динамиками особо востребованными среди любителей ламповых усилителей, имеющих, как правило, ограниченную мощность.
В связи с этим голосовые катушки таких широкополосников обладают повышенным сопротивлением. Общепринятые значения для всех остальных динамиков, предназначенных для установки в акустические системы — от 2 до 8 Ом.
Кроме того, именно широкополосный динамик максимально приближен по своим параметрам к точечному источнику звука — идеальному акустическому объекту с точки зрения его локализации. Направление на источник в таком случае определяется слушателем максимально точно. Такой излучатель позволяет создать самую точную стереосцену (звуковую сцену), поскольку источник звука в стереоканале — всего один и он имеет минимальную площадь.
С другой стороны, простейшая колонка с широкополосником — самое дешевое решение, но говорить о полнодиапазонном воспроизведении в этом случае не приходится.
Твитер
Понятно, что, если трудно воспроизвести весь диапазон одним излучателем, есть смысл разделить этот диапазон на несколько частот, в каждой из которых будет работать отдельный динамик. За верхние частоты в этом случае отвечает твитер (пищалка).
Этот динамик должен иметь диффузор (мембрану) небольшой площади, но достаточно жесткий и максимально легкий, ведь полоса излучения твитера, в большинстве случаев, не ниже 1,5 кГц. Среди динамиков наибольшее распространение получил купольный твитер. В нем центральное тело диффузора или элемент, который в полноразмерном динамике называется пылезащитным колпачком, занимает практически всю площадь излучающей поверхности.
Твитер колонки Apple HomePod
Мембрану купольного твитера чаще всего делают из ткани с пропиткой, повышающей ее жесткость. Применяют и более жесткие материалы, лучшим из которых по праву считается бериллий.
Важный параметр твитера — это частота его собственного резонанса. Разработчики стремятся к тому, чтобы она находилась ниже полосы его воспроизведения. В этом случае пищалка звучит максимально точно. Дело в том, что на частотах, близких к резонансу, комплекс усилитель-динамик начинает работать некорректно, «идет в разнос», и система становится плохо управляемой.
Результат — искажения, причем в той частотной области, в которой наш слух к ним особенно чувствителен. Выход оказался прост: кроссовер — устройство, ограничивающее частотный диапазон работы твитера, «обрезает» частоты его собственного резонанса, расположенные ниже рабочего диапазона твитера, который начинается, как правило, от 2–3 кГц.
Твитер с алмазной мембраной Seas Excel E0100-04
Второе требование к твитеру — повышенная верхняя граничная частота воспроизведения. В оптимальном случае она должна превосходить верхний частотный порог слышимого диапазона, т.е. быть выше 20 кГц. Казалось бы, зачем выше, если на этих частотах мы уже не слышим ничего?
Расширенный вверх предел частотного диапазона позволяет твитеру воспроизводить так называемые верхние гармоники, формируя максимально точное звучание высоких частот. До какого предела должен иметь возможность работать твитер — а зачастую высказываются мнения о величинах в 40, а то и в 60 кГц — вопрос, являющийся предметом дискуссий.
Названные два требования к конструкции твитера являются взаимоисключающими. Для понижения резонанса необходимо делать мембрану большего размера и веса, а для повышения верхней границы АЧХ — наоборот. Выход — максимальное соотношение жесткости и массы мембраны твитера, за которое и идет технологическая борьба.
Среднечастотный динамик
Динамик, который играет средние частоты (его еще иногда называют мидренч или, правильнее, мидрейндж — этот термин, от английского midrange speaker, пришел из автозвука), обычно наиболее близок по конструкции к классическому динамику. Важно, что этот динамик воспроизводит именно тот диапазон частот, в котором располагается человеческий голос и на котором наш слух особенно чувствителен к искажениям.
Пример поведения динамика, замеры получены лазерным интерферометром
Ахиллесовой пятой среднечастотника является эффект появления специфических деформаций диффузора — так называемой изгибной волны, когда периферическая область диффузора не успевает за движениями центральной зоны, где крепится голосовая катушка. То есть разные зоны диффузора (кстати, расположенные, как правило, пятнами, а не концентрически, как следовало бы из логики процесса) колеблются не синфазно — одни участки отстают от других.
Звучание становится «рыхлым», неточным. Значит, диффузор должен быть максимально жестким. Если решать проблему в лоб — получим действительно жесткий диффузор, который будет весить так много, что не сможет звучать. Поэтому, как и в твитере, и в широкополоснике, в конструкции диффузора заложен сложнейший компромисс — между жесткостью и легкостью.
Среднечастотный драйвер Morel SCM 634 с карбоновым диффузором
Для колонок высокого класса конструкция диффузоров — важнейший момент. В экзотических вариантах среднечастотники (так же, как и твитеры, но гораздо реже) получают диффузор из бериллия. Но гораздо чаще в среднечастотниках можно видеть диффузоры из композитных материалов на базе углеволокна, стекловолокна, кевлара, древесного волокна или классической целлюлозы.
НЧ-драйвер
Низкочастотный динамик часто еще называют вуфером. Для практически любого класса акустических систем вуфер, естественно, является самым большим по площади излучателем. Для низкочастотника предпочтительным является полностью поршневой режим работы, когда диффузор движется возвратно-поступательно, как единое целое.
Здесь проблема решается еще более радикально, чем в случае со среднечастотным драйвером. Диффузор делают максимально жестким, даже за счет его утяжеления. Дело в том, что на низких частотах наш слух наименее чувствителен к искажениям. И в случае, когда для диффузора вуфера прежде всего важна амплитуда колебаний, ради жесткости идут на увеличение веса.
24-дюймовый басовый динамик в сабвуфере Pro Audio Technology
Масса подвижной системы многих крупных сабвуферных динамиков может достигать 200 г и более. Диффузоры в некоторых случаях получают пространственную конструкцию наподобие самолетного крыла из многослойного композита с заполнением внутренних полостей легкими ячеистыми или сотовыми структурами.
Для аудиофильских систем массу диффузора низкочастотного драйвера по-прежнему стараются минимизировать, поскольку натренированный слух не любит низкочастотных искажений, равно как и всех остальных.
Причем амплитуда колебаний у вуферов — самая большая среди всех перечисленных динамиков. Для этого они оснащаются так называемой длинноходовой (удлиненной) голосовой катушкой. Внешний подвес делается из резины. Все это позволяет диффузору иметь очень большую экскурсию — так называют смещение диффузора от центральной точки.
18-дюймовый басовый вуфер JBL
Особенно ярко «порода» низкочастотного динамика проявляется в драйверах, которые устанавливаются в сабвуферы. Это тяжелое, мощное устройство диаметром от 8 до 15 дюймов (наиболее часто применяемый в пользовательской АС диапазон размеров). Они имеют очень мощные магнитные системы и, в связи с этим, немалый общий вес. При этом в низкочастотных драйверах, работающих от мощных полупроводниковых усилителей, часто устанавливаются катушки минимального сопротивления — 2, а то и 1 Ом.
Коаксиальные драйверы
В двух- трехполосной колонке твитер, среднечастотник и низкочастотный динамик устанавливаются отдельно, то есть, они разнесены в пространстве. Это является серьезным недостатком. Наш слух, который легко определяет направление на источник звука, бывает обманут тем, что средние частоты и высокие частоты поступают практически из разных точек.
Направление на низкочастотный излучатель определить труднее, но тем не менее его удаленность также вносит свою лепту. В результате, такая геометрия колонки ухудшает восприятие стереообраза.
В первый раз, когда ИллСиб перешли от «вы как та девочка» к «вы — та девочка», ариекаи заметно вздрогнули. Эта до странности аппетитная ложь «вы есть» родилась из ставшей уже привычной для них правды «вы похожи». А за ней и противоположное утверждение о том, что их враги также похожи на меня, как они сами. Мы показали им, как легко их собственные аргументы превращают в лжецов их самих.
Строение коаксиального драйвера KEF UniQ
Широкополосный динамик, о котором написано выше, просто в силу физики процесса имеет ограничения как по максимальной мощности, так и по частотному диапазону. Кроме того, для широкополосного динамика неизбежна высокая неравномерность АЧХ (выше 10–20 дБ), которую практически невозможно, да и нет смысла компенсировать электроникой либо акустическим оформлением.
Выходом из этой ситуации стал коаксиальный драйвер. На первый взгляд, такой совмещенный динамик выглядит достаточно просто. В двухполосном варианте твитер расположен в центре низкочастотного динамика — традиционные размеры пищалок вполне для этого подходят. Но с инженерной точки зрения такая конфигурация резко затрудняет разработку (расчет) и изготовление подобной системы.
Коаксиальный динамик TAD CST
И это отражается на ее стоимости. Есть варианты, которые позволяют упростить конструкцию: например, размещение твитера перед низкочастотным диффузором на специальном креплении. И все-таки именно «полновесные» коаксиальные системы создают наиболее точный стереоэффект. Поэтому во все времена разные разработчики и компании выпускали коаксиальные драйверы, которые присутствовали в составе их топовых систем.
Специализированные динамики
Воспроизведение звука в условиях, отличных от комнатных, требует применения динамиков, учитывающих эту специфику в свей конструкции. Динамики ландшафтного, шахтного, морского применения должны выдерживать повышенное содержание пыли, способной проникать в магнитный зазор, длительное солнечное излучение, повышенную влажность, воздействие морской соли и других негативных факторов. Для этого в конструкцию вносится серьезные изменения: выбираются материалы, защищаются уязвимые элементы.
Динамики наушников
Для наушников прежде всего пришлось разработать миниатюрные динамики: калибром от 6 до 12 мм для внутриканальных и до 50–60 мм максимум — для накладных моделей. В подавляющем большинстве случаев это широкополосные драйверы. Малый размер облегчает им задачу воспроизведения полного диапазона.
С другой стороны, производство осложняется именно минимальными размерами. Чаще всего диффузор такого динамика сделан из синтетического материала, хотя целлюлоза и другие натуральные волокнистые материалы тоже могут присутствовать. Ввиду требований компактности и низкого веса именно в наушниках наиболее часто используются неодимовые магниты, благодаря которым динамики могут демонстрировать высокую чувствительность — до 120 дБ и выше.
Динамик наушников Apple EarPods
Специфика применения требует, чтобы динамики наушников имели повышенное сопротивление. И если звуковые катушки динамиков акустических систем имеют сопротивление от 2 до 16 Ом (чаще всего от 4 до 8), то динамики наушников имеют сопротивление не ниже 16 Ом, а максимальное значение может достигать 600–800 Ом для профессиональных моделей.
В отдельных моделях наушников, даже внутриканальных, могут использоваться раздельные динамики для разных полос частот — но это редкий случай. Чаще встречается совместное применение излучателей разных типов — динамических и арматурных.
Основы автозвука…(учимся, думаем) ч.3
«Так проходит слава мира…»(с) Тыл, однако.
Тыловая подзвучка (мобильные кинотеатры не рассматриваем). Существует несколько вариантов подключения тыловой акустики. Уж если так хочется ее поставить, что аж жизнь не мила…
Вариант в бортах Таврии или задних дверях Славуты за спинкой переднего сиденья с направлением на слушателя на заднем сиденье, на месте, противоположном динамику – это для задних пассажиров.Динамики при этом лучше снабжать акустической линзой и вообще принять все меры, чтобы они не мешали впереди сидящим слушать музыку.
Остальные варианты – для водителя.
Вариант по схеме Хаффлера – разностный СЧ сигнал на динамики для создания эффекта большого помещения. При движении их не слышно – сигнал по громкости на 20 дБ и более ниже фронтального, но формировать сцену не мешают. Если отключить фронтальную акустику, станет хорошо заметно, что сзади слышны лишь призвуки фронтального сигнала – отличие правого и левого каналов и никоим образом не напоминают исходный сигнал.
Бандпасс в задней полке на основе «блинов» 6х9 по схеме Шихатова. Заметно повышает отдачу на частотах «верхнего» баса. Примерно в районе 60-200Гц. Это – «дискотечный» вариант. Какое-то время может послужить хотя и спорной, но заменой бюджетному сабвуферу. Достоинство — может работать от усилителей ГУ.
Установленные в задней полке «блины»… ну… ЭТО слышно почти всегда, причем насмерть убивает все успехи, достигнутые на фронте, и мешают всему, что только придет в голову, в том числе и водителю и пассажирам. Но есть… любители, что ставят их даже при хорошо сделанном фронте… Что ж, бывают случаи, когда медицина бессильна. Обсуждение этого варианта лишено смысла, потому «желающие странного» – к ПУНКТУ 2 в FAQ1.
«Это — она? А я ею орехи колол…»(с)
Следующим качественным шагом может стать установка внешнего фронтального усилителя. Для этого желательно, чтобы ГУ имело линейные выходы РСА. Существуют усилители, способные работать с выходами высокого уровня с ГУ, но это не совсем хорошо, поскольку сигнал, уже усиленный, мягко говоря, средненькими по качеству встроенными усилителями ГУ, ослабляется, а затем опять усиливается внешним усилителем. Искажений будет более, чем достаточно.
Зачем же нужен внешний усилитель? Громкость – это второстепенно. Все сложней и проще одновременно — реальная мощность встроенных усилителей ГУ редко превышает 12 Вт РМС, на большой громкости они работают с большими искажениями, из недокументируемых обычно характеристик, например, чаще всего у этих усилителей высокое выходное сопротивление, низкая скорость нарастания сигнала, низкий дампинг-фактор, малая стабильность характеристик при разных уровнях сигнала, слабый блок питания, плохая помехозащищенность и т.п.
Разумной для Таврии, как следует из FAQ2, будет мощность усилителя в 30-50 Вт РМС на канал. Установка простого двухканальника даст практически неискаженный звук во всем диапазоне воспроизводимых частот и указанной мощности (надеюсь, повторяться о хайэндовой продукции производителей чайников нет необходимости).
Для установки усилителя нам потребуется межблочные и силовые провода, а также управляющий провод, который будет включать его синхронно с ГУ. Управляющий выход (REMOTE) на ГУ, разумеется, тоже должен присутствовать.
Межблочные провода должны быть надежно изолированными, с двойной экранирующей оплеткой (источников электромагнитных помех в автомобиле предостаточно), на калибр питающих проводов и надежность соединений тоже скупиться не стоит – это окупится качеством. Итак, отключаем акустические провода от выводов усилителей ГУ, подключаем к усилителю, его, в свою очередь, к питанию («+» – напрямую к аккумулятору), можно и массу так же, но, в принципе, можно и к кузову поблизости от усилителя, но очень надежно, чтобы избежать помех – например, жужжания в динамиках от наводок с системы зажигания.
Если в усилителе есть встроенные кроссоверы, то ими можно воспользоваться для настройки полосового деления акустики и выравнивания АЧХ. Также в продвинутой системе может оказаться совсем не лишним параметрический эквалайзер с изменяемой добротностью для уменьшения влияния салона. Во многих ГУ не самого низкого уровня такая функция присутствует.
Теперь, когда фронт у нас полностью одет, обут, накормлен досыта и работает, как нам хотелось, можно подумать о воспроизведении всего диапазона частот исходной записи.
Для этого нам потребуется сабвуферная секция. Сама по себе она играть не может – без фронта правильно сделанный и настроенный сабвуфер лишь совершенно немузыкально, не в такт ничему бубнит и гудит. Его назначение – наполнить ту часть АЧХ сигнала, которая физически не воспроизводится модбасовыми динамиками, то есть на слух – добавить «сочности», «наполненности» в готовое «блюдо», созданное акустикой. Это обычно диапазон от 30 и, в общем случае до 80Гц. В некоторых хорошо сделанных системах сабвуферы работают вообще от 20 до 50Гц.
Но… Часто встречаются «установки», в которых сабвуферы с огромной добротностью «колбасят» чуть ли не в полную полосу, которую способен воспроизвести сабвуферный динамик. Правда, обычно от 40-50 Гц, т.е. уже начиная практически с мидбасового диапазона. Т.е. для создания все того же «дискотечного» горба на АЧХ в диапазоне 150-200Гц. Это тоже — лишь вариант клинического случая с большим количеством больших динамиков, о котором мы говорили выше, но немного громче. Рассматривать, естественно, не будем.
Часто еще сабвуферы пытаются использовать для «вытягивания» из записи частот, которых там и в помине нет, но вместе с ними еще больше усиливается и верхняя часть суббасового диапазона. И потому бывают смешные ситуации, когда человек с гордостью демонстрирует громко бумкающую запись на своей сабвуферной установке, а при прослушивании этой же музыки «живьем», оказывается, что даже бас-гитара играет совершенно по-другому, без мутного гудения и резонансов. И певица поет почему-то не гулким басом из бочки, а нормальным человеческим голосом с эстрады.
Учитывая то, что сверхнизких частот в обыкновенной музыке кот наплакал, сабвуферу в системе работы совсем мало. Однако стоит такая система в денежном выражении намного больше, чем она работает в физическом смысле. Попробуйте проанализировать спектр любой записи (особенно поп-музыки) и увидите, что там частоты ниже 50 Гц встречаются достаточно редко и уровень их весьма невысок. Поэтому и речь о сабвуферах – в последнюю очередь, да и вообще – в двух словах.
Технически сабвуферная секция тракта – самое простое в автомобильной аудиосистеме. В простейшем случае — это обычный ящик с установленным в нем большим динамиком, способным воспроизводить сверхнизкие частоты и усилителем, который подает сигнал на этот динамик. Усилитель обязателен, поскольку головное устройство не в состоянии развить достаточную для сабвуфера мощность.
Усилитель должен иметь встроенный кроссовер для ограничения диапазона воспроизведения сабвуфера сверху, а для ФЭ и ФИ сабвуферов желателен еще и фильтр инфранизких частот (сабсоник) для ограничения сигнала снизу. Обычно на 15-25Гц. Эти частоты нормально не воспроизводятся автосабвуферами, практически не воспринимаются, но сами сабвуферные динамики в таком акустическом оформлении могут выйти из строя. Это всего лишь технические ограничения.
Усилители можно использовать обычные двухканальные, подключенные «мостовым» способом, при котором сигналы правого и левого каналов суммируются. Обратите внимание, что при этом нагрузка (сопротивление сабвуферного динамика) должна соответствовать величине, допустимой для усилителя в мостовом соединении. Обычно это 4 Ома.
Часто используют четырехканальные усилители, в которых два канала обслуживают фронт, а два оставшихся – сабвуфер.
Существуют специализированные сабвуферные усилители – моноблоки. Они обычно одноканальные, но со стереовходом – суммирование сигналов правого и левого каналов производится в самом усилителе. Естественно, они обычно снабжаются всеми необходимыми кроссоверами, фазовращателями, мощными блоками питаниями и разъемами под провода с большой силой тока. Эти усилители хороши всем, кроме цены. Их мощность бывает просто огромной – до 5 кВт РМС. Для ее поддержания, естественно, штатного электрооборудования любого автомобиля абсолютно недостаточно.
«Реален только Амбер. Остальное — его отражения»
Итак, чем сложнее планируется система, тем более развитое управление внешними устройствами должно быть заложено в головном устройстве, тем более развитая должна быть система управления. Например в случае с поканальным трехполосным фронтом и сабвуфером можно использовать шестиканальный усилитель на фронт и моноблок на сабвуфер и еще двух- четырехканальник на сателлитную подзвучку, сигнал на которые «нарезается» активным электронным многополосным кроссовером.
Но есть и оборотная сторона медали. Такая система будет иметь такое количество регулировок, что согласовывать работу всех излучателей нужно будет звуковым процессором головного устройства (или отдельным). Стоимость такой системы может превышать даже заоблачную, сложность настройки такова, что требуется специальное оборудование, а полученный результат может быть удален от оригинального звука еще дальше, чем при использовании классической схемы ГУ+ усилитель+ фронт+сабвуфер.
Почему? По разным причинам. Часть из них уже обсуждали.
Где собака порылась или «о граблях»
1. «Почему не играют корпусные сабы» (С)Sevlad
Попробую объяснить заблуждение многих начинающих «хочу саб. Куплю корпусник (бочку) за 100уе(+/-) и будет счастье».
Возьмем самое популярное решение такого плана.
Magnat Xpress Reflex 112 (107уе)
Размеры: v410 x s450 x h410 мм. Видно что сверху чуть меньше, пусть 310мм
Пусть толщина стенок 20мм.
V = 0,5*(370+270)*410*370/1000000 = 48,5л
Минус объем динамика, минус объем порта. Итого имеем эфективный объем прим. 40л.
Теперь берем параметры динамика (www.magnat.de/content/carhifi…pl=7, %208&s=75)
Fs 27, Vas 106, Qts 0,6
Пусть они даже соответвуют заявке.
Порт по геометрическим размерам берем среднестатистический. что имеем смотреть на картинке.
Т.е если закрыть порт и поплотнее набить синтепоном, его слушать вполне можно.
А вот и заводским фазиком — очень врядли
Теперь смотрим, откуда появляется
1. мнение что саб нужно резать чем можно ниже
2. фильтры чем круче тем лучше.
3. что заявка производителя по фильтрам не соответвует факту и пр.
Допустим что имеем идеальный усилитель (что бы не учитывать его проблемы).
На какой частоте нужно резать такой саб?
Сначала вспомним что такое LPF 2-го порядка на частоту х. Это означает что сигнал на частоте Х будет выходить с усилителя ослабным в два раз (-3Дб) по сравнению с х/2.
Теперь если учесть усилители которые обычно покупаются с таким сабам в комплект, и их «фильтрами почти 2 порядка», никаким блоком питания и т.д. — перестаешь удивляться звуку в пацаномобилях.
P.S. Саб был выбран т.к на сайте есть параметры. Кстати оказался не самый плохой. Если попадется еще что-то с парамертами — посчитаю и напишу.
«4х50(60,70)Вт» или о надписях на заборе.
Цитата:
Алпайн, поставляемый на Европу имеет надпись на коробке 4Х60MAX огромного размера, а та же модель, делаемая на штаты-маленькую скромную надпись 4Х18RMS. Микросхемы УНЧ стоят одинаковые. Вот и делайте вывод…
1. Смотрим на все это с одной стороны — в анфас (теоретически возможные предельные значения).
P=U*I. I=U/R. P=U^2/R. Закон Ома, который без вариантов говорит о том, что на нагрузке 4Ома и напряжении 14,4В на постоянном токе можно получить 51,84 Вт. Это у нас будет Pmax.
Типа круто, только сигнал-то усиливается переменный. Замечательно, прямоугольные импульсы — тоже переменный. Опять не то — к реальному музыкальному сигналу никакого отношения не имеет.
Берем синус, ведь, в принципе, пачкой синусов довольно точно можно аппроксимировать любой музыкальный сигнал (правда синусы не только разной частоты, но и амплитуды, но… потом об этом. ). Там, естественно, Us не равно U, а Us=U/корень.кв(2). То есть P=(U/корень.кв(2))^2/R. Упрощая выражение, получаем U^2/2*R. То есть 25,92Вт. Это у нас будет Prms.
Аллес, законы физики — выше головы не прыгнешь. Есть способы прыгать, например, вниз головой или, на крайний случай — сунув голову подмышку — ну об этом дальше, если читать не лень.
2. Смотрим на тот же хм… предмет в профиль (возможные максимальные значения на реально достижимых некриогенных процессах в микросхемах).
Берем в качестве нагрузки неиндуктивную сопроту на 4 Ома кило так в 10 весом, даем пожрать усю на вход меандр, меряем и получаем недолгое чЮдо — 50Вт/канал. Естественно, усилитель по мостовой схеме, иначе речь будет идти не о 14,4В питания, а о 7,2В. Недолгое — это в прямом смысле совсем недолгое. 100мс, если точнее. Ибо рассеять при таком изврате с микрухи надо 160-180Вт тепла, а физически из-за своих размеров и теплопроводности радиатору она отдать больше 80Вт не может. Температура корпуса (будем даже считать, что она равна температуре радиатора) при рассеивании 80Вт будет
70 градусов. А температура усилителя внутри корпуса микросхемы будет примерно 150 градусов. Выше — низзя. Или сгорит начинка или сработает тепловая защита (в тех усилителях, где она есть).
На выходе усилителя при этом не сигнал, а полный атас, динамику уж точно кирдык придет. Да и сигнала такого не бывает в музыке. Такая ситуевина нас, понятно, не устраивает.
Хорошо, берем тот же синус. Устанавливаем верхнюю планку искажений (нам ведь сигнал усиленный нужен, а не куча электронного мусора на выходе), скажем — 1%. Получаем примерно те же 18Вт, о которых шла речь.
Уже ближе к истине, при этом сказочные 50-60Вт/канал все больше начинают напоминать известную надпись на заборе. Но окончательно они ею становятся, когда мы, понимая, что КНИ=1% — не есть хорошо, поднимаем планку до 0,1%.
Меряем мощность …опаньки — 4 Вт от силы… И то не у всех.
Некоторые об этом пишут (хотя бы в прилагаемой инструкции), например, так: THD=0,1% (4 Ohms, 3W x 4, 1kHz). Другие даже в той же инструкции указывают примерно так: 4x18W RMS (4 Ohms) THD 1% (1kHz). Хитромудрость подобной записи еще в том, что при такой мощности это только на синусе 1кГц — КНИ=1%, а на синусе 10кГц — в разы выше. На 20кГц — на порядок выше — уж точно. Третьи — вообще не парятся и указывают отдельной строкой — минимальные искажения, а второй — максимальную мощность, что достигается только при совершенно бредовом уровне искажений. Вот у тех даже цифры RMS вплотную подбираются к надписи на заборе.
Еще один затык — клиппирование, «обрезание» максимумов сигнала. Оно наступает не только при нехватке питающего напряжения, но и зависит от КПД усилителя, а значит и от все той же рассеиваемой мощности. Так вот обычно начало клиппирования наступает при Ptot=25-50Вт, что соответствует выходной мощности опять же — 4-4,5Вт/канал.
Финиш — технологические ограничения. И это еще в лабораторных условиях при различных идеально-нереальных нюансах, о которых никто из производителей громко не кричит. Опять выше головы не прыгнешь и опять же на «хитрую понятно_что» есть «известно_что с винтом».
3. Смотрим все на тот же предмет в натуральную величину, в 3D, так сказать — как он будет использоваться в тех условиях, для которых он и предназначен.
С ходу опускаем занавес жалости над радиаторами, которые изо всех сил стараются охладить микросхему в тесной сауне в торпедо или консоли. Вопрос о том, когда выходная мощность начнет ограничиваться невозможностью дальнейшего теплового рассеивания (в современных чипах есть такая фича) — зависит от того, как эффективно охлаждается голова. Но это маловажно на самом деле. Гораздо важнее другие вещи, о которых реклама изо всех сил скромно молчит в тряпочку.
Первое — напряжение в сети нестабильно и зависит от многих условий (в том числе и от работы самой головы) даже при исправно работающем генераторе на заведенном двигателе и полностью заряженной АКБ. Кто не верит и у кого нет вольтметра — поставьте и убедитесь. Как следствие — подскакивает уровень искажений и падает мощность. Когда же питание от одной только АКБ при заглушенном двигателе — какие ж там, к чертям собачьим, 14,4В?
Второе — кто сказал, что импеданс динамика на музыкальном сигнале 4Ома? Это его сопротивление постоянному току, не более того. На самом-то деле на разных частотах — разные значения. Вблизи резонансной частоты у мидбаса, например, импеданс может подскакивать до 30-50 Ом. А это ведь столь милые сердцу басовые частоты, которыми обязательно надо похвастаться — «во как басы давят — у мафона мощща 60Вт на канал!». Ну-ну…
Ко всему прочему катушка динамика при работе нагревается и очень сильно — не зря их на каптон мотают и вентиляцию делают. Кто вспомнит, что при этом происходит с ее сопротивлением? Правильно, повышается — можно взять конфетку из вазочки.
Мало того, никто не заикается о том, что творит такой усилитель при работе на емкостную нагрузку. А он ее не любит, иногда до изжоги. Откуда она взялась? Да мало ли… Далеко ходить не надо — представляешь кроссовер без конденсаторов? Лично я — нет. А коаксиалы или компоненты без кроссовера? Аналогично. Кстати, о том, какой величины «свой кусок» кроссоверы откусывают от «огромного» пирога мощности головы — опять же — всеобщее молчание.
Еще одна веселая штука — это о слагаемых реального сигнала разной частоты и амплитуды. Не существует музыкальных записей с постоянным уровнем 0дБ, да еще простым синусом. Средний уровень записи много ниже, да еще и его динамический диапазон — под сотню дБ (впрочем, и тут врут, но 60-70 — точно есть). Соответственно даже на пиковых уровнях музыкального сигнала выходное напряжение, а, следовательно, и выходная мощность никогда не достигнут тех величин, что при синусоидальном сигнале в течение долей секунд.
То, на что вроде бы способен усь в голове и что он осилит в реальной жизни — две толстые разницы.
4. Самое простое — смотрим все на тот же… с ж…адницы. А в этом месте у головы обычно стоит предохранитель, который ограничивает потребляемую мощность. И рассчитан он на всю голову — на питание усилителя, темброблока, предусилителя, процессора, улучшайзеров, пикапа, лазера, привода диска/кассеты, моторизованной «морды», механизма загрузки, дисплейчика и его подсветки, «дельфинчиков», ЦАПов и декодеров, встроенных кроссов и обработчиков сигналов ДУ, радиотракта и т.п.
В общем, начинка головы плюс-минус мелочи для каждой модели в отдельности. Как говорится — «все ерунда, кроме пчел, пчелы — тоже ерунда, но их — много». И все это — с учетом их КПД и, естественно, с некоторым запасом для нефатальных пиков потребления. Для справки — в головах без встроенных усилителей номинал предохранителя обычно 3-4А. Но в таких головах обычно никаких «дельфинчиков» и прочей лабуды нет, т.е. столько потребляет вся голова без уся. Во всех прочих — так же, остальное едят «дельфинчики» и сам усилитель.
Берем номинал того предохранителя, что есть, вычитаем 3-4А, потом тупо делим получившееся число на 2 (КПД), потом на 4 (канала) потом умножаем на 14,4 и получаем выходную мощность на канал при которой сгорит предохранитель. Без комментариев.
Вот такая вот фигня получается. Еще одна голова, выше которой не прыгнуть.
А теперь о способах половчей постараться подпрыгнуть выше нее при неизменном и непререкаемом P=U^2/R.
1. Опускаем планку. Понижаем R. Для того разрабатываются «жаростойкие» усилители, что могут безболезненно переносить низкоомную нагрузку. Только проблемка — при обычных 4-Омных динамиках толку от такого решения — никакого. Пример — Пионер. Надпись на заборе при этом — 70Вт/канал.
2. С разбега. Повышаем U. Разными путями.
Путь первый (на костылях с пружинами и с головой подмышкой) — с помощью конденсаторов вольтдобавки, которые в идеале должны подзаряжаться при низком уровне сигнала и малой потребляемой мощности, а при повышении уровня сигнала — разряжаясь, добавлять свою крошку к напряжению питания. Ну это в идеале. А вот когда усилитель нагружен «по самое нихачю» и жрет из сети так, что напряжение проседает — когда будут заряжаться эти конденсаторы — а ХЗ. Пример — да любой производитель. Надпись на заборе — 55-60Вт/канал.
Путь второй (с подкидной доской) — используя ПН. Есть такие головы, где наличествует преобразователь напряжения. Ну, места в голове мало, серьезный трансформатор с емкостями там не разместить, так что ПН детсадовский, конечно, но «настоящий». О «суперном» подъеме напряжения и «взрослых» нагрузочных способностях речь не идет, но мощность действительно можно поднять раза в полтора или чуть больше. Все бы вроде шоколадно, только тепла при этом выделяется — мама дорогая… А радиатор больше головы не сделать. Пример — Панасоник. Надпись на заборе — 70Вт/канал.
3. Просто не забивать голову всеми этими цифрами. Ибо — некритично. Фокус в том, что в итоге усилитель работает на акустику. А та — на наш слуховой аппарат, который имеет привычку оценивать мощность (в данном случае, разумеется — громкость) не в линейной, а в логарифмической зависимости. Потому всерьез говорить о смешной разнице в мощности между усилителями разных голов — так же нелепо, как оценивать мощность двигателя примерно следующим образом:
60 л.с. — задохлик,
60.1 л.с. — мощный движок,
60.2 л.с. — ну ваще Феррари.
Совсем другое дело — «прыгать с шестом и вниз головой».
Т.е. используя внешние усилители. Там, где не существует ограничений и требований, предъявляемых к усилителям ГУ, где сурьезный БП (иногда — вообще по штуке, а то и по два на канал), двуполярное высоковольтное питание, огромные радиаторы (иногда с принудительной вентиляцией), к которым привинчены раздельные оконечные усилители на каждый канал (а то и раздельные на разные плечи канала), неслабые емкости на вторичном питании, возможность подключать нагрузку в доли Ома и т.д и т.п.
Но… на «известно_что с винтом» есть «понятно_что с закоулками». Рано или поздно наступает момент, когда энергоресурсы автомобиля уже не могут обеспечить наращивание выходной мощности усилителей. Можно, конечно, ставить целые батареи АКБ и генераторы с умопомрачительной отдачей (за такие же умопомрачительные деньги )…
Но есть и другой способ — на «понятно, что с закоулками» найти «известно, что с путеводителем» — пойти путем джедая (иногда камикадзе) — прыгать головой отдельно, ногами отдельно. То есть — разные внешние усилители. Исходим из того, что в низкочастотном диапазоне наши уши гораздо менее восприимчмвы к разного рода нюансам, в т.ч. искажениям. В то же время воспроизведение этих частот — самый энергоемкий процесс для усилителя. Ставим импульсный усилитель с повышенным КПД на СНЧ диапазон (там не нужна большая частота дискретизации) и «нормальный», гораздо менее прожорливый — на остальные диапазоны. И получаем бОльший суммарный КПД, а следовательно — бОльшую выходную мощность системы при равных с прочими вариантами условиях.
О чем это я? Да только о том, что оценивать одну лишь мощность и сравнивать по ней головы — пустое занятие. А уж если действительно нужна серьезная мощность — тем более не стОит обращать внимание на встроенные усилители головы — они же с рождения дистрофики.