Раньше в спецификациях на акустические системы производители обычно указывали два значения мощности: номинальную, т.е. значение мощности, при котором нормируются гармонические искажения, и музыкальную, которая являлась максимально возможной мощностью звукового сигнала на входе акустической системы, которую она могла выдержать без ее механического повреждения. Значение музыкальной мощности АС лимитируется механической и электрической прочностью громкоговорителей акустической системы.
В последнее время в спецификациях стали указывать диапазон рекомендуемой мощности подключаемого к АС усилителя низкой частоты, например: 25-120 Вт. Верхнее значение мощности, в данном случае 120 Вт, является, по существу, музыкальной мощностью этой акустической системы, превышение которой может привести к ее повреждению. Ну а нижнее значение указывает на минимально допустимую мощность усилителя низкой частоты (в данном случае 25 Вт), совместно с которым данная акустическая система еще способна обеспечить высокое качество звучания.
Слов нет, это весьма удобно и информативно, так как определяет требование к усилителю низкой частоты, работающего с данной АС не только "сверху", но и "снизу", с учетом значений характеристической чувствительности данной акустической системы.
Отметим также, что уровень развиваемой усилителем низкой частоты электрической мощности на ее выходе в значительной степени зависит от входного импеданса акустической системы. 8-омные акустические системы, как правило, звучат тише, чем 4- омные, так как для обеспечения равной электрической мощности усилитель должен в случае 8-омной акустики обеспечить на выходе вдвое большее напряжение. Большинство же усилителей низкой частоты имеют большую выходную мощность на 4-омной нагрузке, чем на 8-омной.
В то же время высокий импеданс 8-онных АС обеспечивает вдвое более высокое значение их коэффициента демпфирования (демпфактор) низким выходным импедансом усилителя, поэтому в общем случае они звучат на басах более четко, чем 4- омная акустика. Этим во многом и объясняется различный характер звучания одной и той же акустической системы с различными типами усилителей. Судите сами, если один из усилителей имеет экстремально низкое значение выходного импеданса (большой демпфактор), этот усилитель будет гораздо лучше демпфировать акустическую систему, чем усилитель с относительно высоким выходным импедансом.
В общем случае звучание акустической системы в дуэте с первым усилителем будет более четким, чем во втором случае. Далее, усилители низкой частоты существенным образом отличаются друг от друга и по их способности выдавать большие значения тока в нагрузку. Хорошие усилители звуковой частоты являются почти идеальными источниками тока и поэтому способны "держать в ежовых рукавицах" даже акустические системы со сложным характером изменения их входного импеданса. Косвенным тестом на "правильность" усилителя звуковой частоты является характер изменения его динамической мощности при изменении нагрузки с 8 до 2 (или даже 1) Ом, приводимые в спецификациях на усилитель.
У лучших моделей усилителей значение электрической мощности удваивается при уменьшении импеданса нагрузки вдвое. Те же модели усилителей, выходная мощность которых "проседает" при уменьшении нагрузки, по всей видимости, не обеспечат хорошего качества звука в паре с "капризными" акустическими системами, входной импеданс которых существенно изменяется в полосе звуковых частот.
А ведь многие типы АС при номинальном значении входного импеданса, скажем, в 8 Ом, могут иметь на некоторых частотах импеданс в 4 или даже в 3 Ом! Вот вам и один из ответов на вопрос, почему одни и те же акустические системы звучат по-разному в составе различных аудиосистем.
В настоящей статье Вы можете ознакомится с основными характеристиками акустических систем, а также узнать, на что они влияют. Если Вы хотите приобрести акустические системы или комплект звука, Вы можете найти дополнительную информацию в статье "Выбор звукового комплекта " и в разделе "Звуковое оборудование ".
Основными характеристиками акустических систем являются:
Эффективный рабочий диапазон частот — это диапазон частот, в пределах которого уровень звукового давления находится не ниже некоторой заданной величины.
Неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) — это параметр, указывающий на то, насколько равномерно по амплитуде происходит воспроизведение различных частот сигнала. Идеальной АЧХ является прямая линия, но на практике АЧХ имеет много пиков и провалов, которые связаны с неидеальностью электрических компонентов, таких как динамики, фильтры в акустичекой системе, наличие обратной связи и т. д., и неидеальностью акустических свойств корпуса акустических систем (вибрация, резонансы, взаимодействие диффузоров динамиков с воздушной средой и др.). Степень неравномерности АЧХ характеризуется отношением величины максимального звукового давления к величине минимального звукового давления и выражается в дБ (децибел). Лучшие акустические системы Hi-Fi в диапазоне 100-8000 Гц имеют неравномерность АЧХ порядка 2 дБ, если неравномерность достигает 10-15 дБ и более, это говорит о том, что звучание такой акустической системы едва ли будет напоминать реальный звук. На краях рабочего диапазона неравномерность АЧХ больше, чем в середине. Малое значение неравномерности АЧХ для диапазона 100-8000 Гц ще не значит, что это хорошая акустическая система . Все равно ее нужно слушать.
Параметр характеристики направленности позволяет оценить уровень звукового давления в зависимости от угла поворота акустической системы вокруг своей рабочей оси. Она представляется в виде диаграммы направленности. Это позволет выбрать направление акустической системы для более эффективного озвучивания, то есть наибольшее звуковое давление будет ощущаться в пределах определенного угла. Потому, к примеру, для увеличения уровня громкости сателлиты (СЧ/ВЧ акустические системы) устанавливаются на штативах.
Чувствительностью называется уровень звукового давления, который развивается громкоговорителем на расстоянии 1 метра от акустической системы при подаче на нее электрического сигнала частотой 1000 Гц и мощностью 1 Вт. Измеряется чувствительность в дБ (1Вт/1м). Чем выше чувствительность акустической системы, тем большую громкость можно получить при одинаковом уровне подводимой мощности. От значения чувствительности зависит динамический диапазон акустической системы, или другими словами, ее способность воспроизводить звуки разной громкости.
Коэффициент нелинейных искажений — это параметр, определяющий степень искажения исходного сигнала по причине появления в нем дополнительных спектральных составляющих. Влиять на это может длина, материал и сечение проводов от усилителя к акустической системе, фильтры и динамики в акустической системе, наводки и др. Так как акустическая система вносит максимальные искажения (от 1 до 10% и выше) в звуковой тракт, то в основном качество звука зависит именно от акустической системы, а не от усилителя мощности, коэффициент нелинейных искажений которого — десятые и сотые доли процента.
Мощность акустической системы — это параметр, определяющий уровень звукового давления и динамический диапазон. Небольшой динамический диапазон уменьшает разницу между различными уровнями громкости, которые часто встречаются, к примеру, в симфонической и тяжелой музыке, когда внезапно должны быть исполнены очень громкие звуки, потому эффект воспроизведения этих звуков будет потерян. Популярная и электронная музыка чаще всего работают с мощностью и уровнем звукового давления, чем с уровнем громкости, который в основном находится в определенном небольшом диапазоне. Часто понятия мощности и громкости акустической системы отождествляют, но это не верно. Мощность — это параметр электрический, который определяет, какую подводимую мощность может выдержать данная акустическая система, в то время как громкость — это акустический параметр, который воспринимается органами слуха человека и определяется чувствительностью акустической системы . Как известно, мощность связана с силой тока, потому увеличение подводимой к акустической системе мощности увеличивает ток, протекающий в проводе катушке динамика, что приводит к его нагреванию. Следовательно, если подача мощности на акустическую систему, то есть увеличение громкости на усилителе, подымется выше максимального уровня, обмотка катушки динамика через определенный промежуток времени перегреется и сгорит (замкнет). Во избежание подобных ситуаций акустические системы оснащают схемой защиты от превышения уровня сигнала и теплоотводами для мощных катушек низкочастотных динамиков.
В практичной деятельности чаще всего используют номинальную мощность (RMS), которая позволит акустической системе работать долго без каких-либо последствий. Иногда на музыкальных центрах и др. рисуют PMPO (полная пиковая мощность ) - 200 и даже 1000 Вт, но не стоит обращать внимание на подобные надписи, которые являются просто рекламным ходом многих производителей.
Сопротивление , или полное электрическое сопротивление акустической системы, имеет стандартизированные значения - 4, 8 и 16 Ом. Этот параметр непосредственно имеет влияние на выбор усилителя мощности. Нужно смотреть, чтобы сопротивление акустической системы было равно или больше (но не меньше!) выходного сопротивления усилителя мощности. Усилитель мощности — это сильноточное устройство, которое, в отличии от маломощных, или слаботочных, устройств, имеющих запас по основным параметрам — сила тока, мощность рассеивания и др. — кратным (4-5 раз). Такой запас мощности невозможно обеспечить в усилителях мощности, ведь чем больше мощность, тем дороже по цене элементы, то есть стоимость усилителя будет крайне высокой при заложенном запасе 4-5 раз. Потому запас усилителя мощности по основным парамерам относительно невысоки, а его мощный выходной каскад рассчитан на работу с определенными токами, мощностью рассеивания и, соответственно, определенной нагрузкой, например, 8 Ом. Если сопротивление акустической системы меньше выходного сопротивления усилителя, необходимо последовательно соединить несколько акустических систем так, чтобы общее сопротивление нагрузки было равно или больше выходного сопротивления усилителя мощности. На практике нагрузка усилителя — это такая комплексная величина, которая зависит от частоты сигнала, его уровня, состояния соединительных кабелей и многого другого, в результате чего сопротивление нагрузки может уменьшаться ниже номинального значения выходного сопротивления усилителя мощности. Именно по этой причине очень важно принять все меры, чтобы защитить усилитель от этого и других моментов, так как это будет иметь прямое влияние на надежность его работы.
Если сопротивление акустической системы будет больше выходного сопротивления усилителя мощности, то последний не сможет развить необходимую мощность для получения нужного уровня громкости, но акустические системы будут работать в комфортном режиме.
Практически все концертные усилители могут работать в мостовом режиме , когда есть 1 моноканал удвоенной мощности. В таком случае нужно уточнить выходное сопротивление усилителя в этом режиме, чтобы правильно согласовать с ним сопротивление акустической системы.
Многообразие применяемых стандартов измерения выходной мощности усилителей и мощности колонок может сбить с толку любого. Вот блочный усилитель солидной фирмы 35 Вт на канал, а вот дешевенький музыкальный центр с наклейкой 1000 Вт. Такое сравнение вызовет явное недоумение у потенциального покупателя. Самое время обратиться к стандартам...
Стандарты мощности (DIN,RMS,PMPO)
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.
PMPO (Peek Music Power Output)- Музыкальная мощность (запредельная:-)) - мощность, которую динамик колонки может выдержать в течение 1 -2 секунд на сигнале низкой частоты (около 200 Гц) без физического повреждения. Обычно в 10 - 20 раз выше DIN.
Как правило, серьезные западные производители указывают мощность своих изделий в DIN, а производители дешевых музыкальных центров и компьютерных колонок в PMPO.
Особенности стандартов,
описывающих мощность в звукотехнике
Многим иногда приходилось задумываться, что же именно обозначает мощность, в том или ином виде приводимая в паспортах акустических систем и звукоусилительной аппаратуры. Материалов на эту тему в сети и печатных изданиях встречается на удивление мало, внятных ответов на вопросы тоже.
Международные стандарты
RMS (Root Mean Squared)
Среднеквадратичное значение мощности, ограниченной заданными нелинейными искажениями.
Мощность замеряется синусоидальным сигналом на частоте 1 кГц при достижении 10% THD. Она вычисляется, как произведение среднеквадратичных значений напряжения и тока при эквивалентном количестве теплоты, создаваемой постоянным током. То есть, эта мощность численно равна квадратному корню из произведения квадратов усредненных величин напряжения и тока.
Для синусоидального сигнала среднеквадратичное значение меньше амплитудного в V2 раз (x 0,707). Вообще же, это виртуальная величина, термин "среднеквадратичный", строго говоря, может быть применен к напряжению или силе тока, но не к мощности. Известный аналог - действующее значение (все знают его для сети электропитания переменным током - это те самые 220 V для России).
Попробую объяснить, почему это понятие для описания звуковых характеристик малоинформативно. Среднеквадратичная мощность - это производящая работу. То есть, имеет смысл в электротехнике. И относится не обязательно к синусоиде. В случае музыкальных сигналов громкие звуки мы слышим лучше, чем слабые. И на органы слуха воздействуют больше амплитудные значения, а не среднеквадратичные. То есть громкость не эквивалентна мощности. Поэтому среднеквадратичные значения имеют смысл в электросчетчике, а вот амплитудные в музыке. Еще более популистский пример - АЧХ. Провалы АЧХ заметны меньше, чем пики. То есть громкие звуки более информативны, чем тихие, а усредненное значение будет мало о чем говорить.
Таким образом, стандарт RMS был одной из не самых удачных попыток описать параметры звуковой аппаратуры, которые не отражают громкость, как величину.
В усилителях и акустике этот параметр тоже, по сути, имеет весьма ограниченное применение - усилитель, который выдает 10% искажений не на максимальной мощности (когда возникает клиппинг, ограничение амплитуды усиливаемого сигнала с возникающими специфическими динамическими искажениями), еще поискать. До достижения максимальной мощности искажения транзисторных усилителей, например, не превышают зачастую сотых долей процента, а уж выше резко возрастают (нештатный режим). Многие акустические системы при длительной работе с таким уровнем искажений уже способны выйти из строя.
Для совсем уж дешевой техники указывается другая величина - PMPO, совсем уж бессмысленный и никем не нормированный параметр, а значит, друзья-китайцы измеряют его так, как бог на душу положит. Если точнее, в попугаях, причем каждый в своих. Значения PMPO часто превышают номинальные вплоть до коэффициента 20.
PMPO
(Peak Music Power Output)
Пиковая кратковременная музыкальная мощность, величина, которая означает максимально достижимое пиковое значение сигнала независимо от искажений вообще за минимальный промежуток времени (обычно за 10 mS, но, вообще, не нормировано).
Как следует из описания, параметр еще более виртуальный и бессмысленный в практическом применении. Посоветую эти значения не воспринимать всерьез и на них не ориентироваться. Если вас угораздило покупать аппаратуру с параметрами мощности, указанными только, как PMPO, то единственный совет - послушать самостоятельно и определить, подходит это вам или нет.
DIN 45500
Комплекс общепринятых стандартов IEEE, описывающих различные звукоусилительные характеристики аппаратуры более достоверным образом.
DIN POWER
Значение выдаваемой на реальной нагрузке (для усилителя) или подводимой (к АС) мощности, ограниченной нелинейными искажениями.
Измеряется подачей сигнала с частотой 1 кГц на вход устройства в течение 10 минут. Мощность замеряется при достижении 1 % THD (нелинейных искажений).
Строго говоря, есть и другие виды измерений, например, DIN MUSIC POWER, описывающая мощность уже музыкального сигнала. Обычно указываемая величина DIN music выше, чем приводимая как DIN.
EIAJ (Electronic Industries Association of Japan) - японская ассоциация отраслей электронной промышленности.
Отечественные стандарты
Номинальная мощность
(ГОСТ 23262-88)
Величина искусственная, она оставляет свободу выбора изготовителю. Разработчик волен указать значение номинальной мощности, соответствующее наиболее выгодному значению нелинейных искажений. Обычно указанная мощность подгонялась под требования ГОСТ к классу сложности исполнения при наилучшем сочетании измеряемых характеристик. Указывается как у АС, так и у усилителей.
Иногда это приводило к парадоксам - при искажениях типа "ступенька", возникающих в усилителях класса АВ на малых уровнях громкости, уровень искажений мог снижаться при увеличении выходной мощности сигнала до номинальной. Таким образом достигались рекордные номинальные характеристики в паспортах усилителей, с крайне низким уровнем искажений при высокой номинальной мощности усилителя. Тогда как наивысшая статистическая плотность музыкального сигнала лежит в диапазоне амплитуд 5-15% от максимальной мощности усилителя. Вероятно, поэтому российские усилители заметно проигрывали на слух западным, у которых оптимум искажений мог быть на средних уровнях громкости, тогда как в СССР шла гонка за минимумом гармонических и иногда интермодуляционных искажений любой ценой на одном, номинальном (почти максимальном) уровне мощности.
Паспортная шумовая мощность
Электрическая мощность, ограниченная исключительно тепловыми и механическими повреждениями (например: сползание витков звуковой катушки от перегрева, выгорание проводников в местах перегиба или спайки, обрыв гибких проводов и т.п.) при подведении розового шума через корректирующую цепь в течение 100 часов.
Максимальная кратковременная мощность
Электрическая мощность, которую громкоговорители АС выдерживают без повреждений (проверяется по отсутствию дребезжаний) в течение короткого промежутка времени. В качестве испытательного сигнала используется розовый шум. Сигнал подается на АС в течение 2 сек. Испытания проводятся 60 раз с интервалом в 1 минуту. Данный вид мощности дает возможность судить о кратковременных перегрузках, которые может выдержать громкоговоритель АС в ситуациях, возникающих в процессе эксплуатации.
Максимальная долговременная мощность
Электрическая мощность, которую выдерживают громкоговорители АС без повреждений в течение 1 мин. Испытания повторяют 10 раз с интервалом 2 минуты. Испытательный сигнал тот же.
Максимальная долговременная мощность определяется нарушением тепловой прочности громкоговорителей АС (сползанием витков звуковой катушки и др.).
Общая терминология
Розовый шум
Группа сигналов со случайным характером и равномерной спектральной плотностью распределения по частотам, убывающей с увеличением частоты со спадом 3 дБ на октаву во всем диапазоне измерений, с зависимостью среднего уровня от частоты в виде 1/f. Розовый шум имеет постоянную (по времени) энергию на любом из участков частотной полосы.
Белый шум
Группа сигналов со случайным характером и равномерной и постоянной спектральной плотностью распределения по частотам. Белый шум имеет одинаковую энергию на любом из участков частот.
Октава
Музыкальная полоса частот, соотношение крайних частот которой равно 2.
Электрическая мощность
Мощность, рассеиваемая на омическом эквивалентном сопротивлении, равном по величине номинальному электрическому сопротивлению АС, при напряжении, равном напряжению на зажимах АС. То есть, на сопротивлении, эмулирующем реальную нагрузку в тех же условиях.
Если вы приобретаете акустическую систему, то следует определиться с тем, какой должна быть её электрическая мощность. В настоящее время на просторах Интернета существует масса ресурсов, таких как http://zubro.ru , где можно заказывать акустические системы самого разного типа. Их мощность может измеряться сотнями ватт. Но нужно приобретать АС, у которой будет необходимый и достаточный уровень мощности.Показатель чувствительности
Определяя мощность акустики, надо помнить о таком параметре, как характеристическая чувствительность. Можно считать её своеобразным КПД, которым обладает система. По ней можно понять, насколько эффективно акустика может преобразовывать звуковые сигналы на входе в мощность волны.- Чтобы озвучить помещение, площадь которого составляет 15 м2, с помощью системы, у которой этот показатель составляет 90 децибел/ватт/метр, нужно использовать усилитель, выходная мощность которого равна 20-30 ватт на канал.
- Если помещение просторнее, например, в 20 «квадратов», то понадобится усилитель на 40-50 ватт. Если чувствительность уменьшается на три децибела, то сохранить такое же звуковое давление можно, увеличивая вдвое входную мощность. То есть если чувствительность повышается на три децибела, вы можете снизить вдвое мощность.
- Акустика, показатель чувствительности которой составляет 96-98 децибел/ватт/метр, подойдёт для работы с маломощными ламповыми усилителями, мощность на выходе которых составляет от 3 до 5 ватт на канал.
Определение мощности
Раньше в инструкциях присутствовала номинальная и музыкальная мощность. На музыкальную мощность влияет механическая и электрическая прочность динамиков.Сегодня же производители указывают диапазон рекомендуемых показателей мощности низкочастотного усилителя, к примеру, от 25 до 100 ватт. При этом верхний показатель - это музыкальная мощность, которой обладает
Физическая характеристика громкости звука — уровень звукового давления. Измеряется в децибелах (дБ). 30 дБ - шепот. 50-65 дБ - тихий / громкий разговор. 70-80 дБ - крик. 100 дБ - тутти симфонического оркестра. 140 дБ - самолет на старте.
Мощность усилителя и импеданс АС
Энергетическая характеристика электрического сигнала, выдаваемого усилителем на выходе. Единица измерения - Ватт. Уровень развиваемой усилителем электрической мощности на выходе зависит от входного импеданса акустической системы. 8-омные акустические системы, как правило, звучат тише, чем 4-омные. У лучших моделей усилителей значение электрической мощности удваивается при уменьшении импеданса нагрузки вдвое. Мощность стандартного домашнего аудиоусилителя (при 4 Ом нагрузки) - 25-150 Ватт. Мощность профессиональных усилителей, предназначенных для озвучивания больших пространств (залы, открытые площадки) - сотни и тысячи Ватт.
Мощность АС
Обычно под мощностью (пиковой музыкальной мощностью) АС подразумевают максимальный уровень электрического сигнала, при подведении которого акустика способна звучать без механических повреждений. Значение музыкальной мощности акустической системы лимитируется механической и электрической прочностью громкоговорителей акустической системы. В некоторых случаях, при расчете мощности также учитывается допустимый уровень искажений. Есть разные стандарты и методики измерения мощности АС.
В спецификациях пассивных АС часто указывается диапазон рекомендуемой мощности подключаемого к акустической системе усилителя (например, 25-120 Вт). Верхнее значение мощности (в данном случае 120 Вт) является, по существу, музыкальной мощностью этой акустической системы, превышение которой может привести к ее повреждению. Нижнее значение указывает на минимально допустимую мощность усилителя (в данном случае 25 Вт), совместно с которым данная акустическая система еще способна обеспечить приемлемое качество звучания.
Чувствительность и мощность
Чувствительность АС - характеристика, показывающая, насколько громким будет звучание при подаче на динамик сигнала определенной мощности. Чувствительность измеряется в дБ/Вт/м. Например, значение чувствительности в 93 дБ/Вт/м говорит о том, что при подаче мощности 1 Вт от усилителя динамик создает на расстоянии 1 м на оси излучения уровень звукового давления 93 дБ. Типовые значения чувствительности современных АС лежат в диапазоне 84-97 дБ/Вт/м.
Расчет необходимой мощности
Расчет мощности звукоусиления производится, исходя из:
1) желаемого уровень громкости (в дБ)
2) технических параметров АС
3) акустических особенностей пространства и расстановки громкоговорителей
Главное правило для расчета: прирост на 3 дБ равносилен двукратному приросту подводимой мощности. Прирост на 1 дБ соответствует росту мощности в 1,25 раз, а на 2 дБ - в 1,6 раз (т.к. «децибел» - единица логарифмической природы). Соответственно 90 дБ/Вт/м динамик при 100 Вт мощности, прозвучит так же громко, как и АС с чувствительностью 87 дБ/Вт/м при подведении 200 Вт.
Для озвучивания небольшого помещения (площадью 14-16 кв. м) с помощью акустических систем с характеристической чувствительностью 90 дБ/Вт/м вполне достаточно иметь усилитель с выходной мощностью 20-30 Вт на канал. Для более крупных помещений в 18-20 кв. м. оптимальных результатов можно достичь с помощью усилителя мощностью 40-50 Вт. Для озвучивания больших просторных залов необходима мощность в сотни ватт. Для озвучивания концертных площадок - тысячи Ватт.