Мощность динамика
Предельная шумовая мощность динамика, предельная долговременная мощность динамика, предельная кратковременная мощность динамика.
Предельная шумовая мощность (PHC ) - мощность, которую динамическая головка длительно выдерживает без тепловых и механических повреждений. Длительность непрерывных испытаний указывает производитель в часах и на каком сигнале.
Предельная долговременная мощность (RMS) - мощность, которую динамическая головка выдерживает без тепловых и механических повреждений в течение 1 мин с интервалом 2 мин 10 циклов подряд.
Предельная кратковременная мощность (PMPO ) - мощность, которую динамическая головка выдерживает без тепловых и механических повреждений в течение 1 сек с интервалом 60 сек 60 циклов подряд.
Под словом мощность в разговорной речи многие подразумевают «мощь», «силу». Поэтому вполне естественно, что покупатели связывают мощность с громкостью: «Чем больше мощность, тем лучше и громче будут звучать динамики». Однако это распространенное мнение в корне ошибочно! Далеко не всегда динамик мощностью 100 Вт будет играть громче или качественней того, у которого указана мощность «всего» в 50 Вт. Значение мощности скорее говорит не о громкости, а о механической надежности акустики. Те же 50 или 100 Вт - это совсем не громкость звука, издаваемого динамиком. Даже самые лучшие динамические головки сами по себе имеют низкий КПД и преобразуют в звуковые колебания лишь 2-3% мощности подводимого к ним электрического сигнала, а у большинства динамиков и того меньше (хотя издаваемого звука вполне хватает для создания звукового сопровождения).
Величина, которую указывает производитель в паспорте динамика или системы в целом, говорит лишь о том, что при подведении сигнала указанной мощности динамическая головка или акустическая система не выйдет из строя (вследствие критического разогрева и межвиткового КЗ провода, «закусывания» каркаса катушки, разрыва диффузора, повреждения гибких подвесов системы и т.п.).Таким образом, мощность акустической системы - это технический параметр, величина которого не имеет прямого отношения к громкости звучания акустики, хотя и связана с ней некоторой зависимостью. Номинальные значения мощности динамических головок, усилительного тракта, акустической системы могут быть разными. Указываются они скорее для ориентировки и оптимального сопряжения между компонентами. К примеру, усилитель значительно меньшей или значительно большей мощности может вывести динамик из строя в максимальных положениях регулятора громкости на обоих усилителях: на первом - благодаря высокому уровню искажений, на втором - благодаря нештатному режиму работы динамика.
Мощность может измеряться различными способами и в различных тестовых условиях. Существуют общепринятые стандарты этих измерений. Рассмотрим подробнее некоторые из них, наиболее часто употребляемые в характеристиках изделий западных фирм:
RMS (Root Mean Squared - среднеквадратичное значение). Мощность измеряется подачей синусоидального сигнала частотой 1000 Гц до достижения определенного уровня нелинейных искажений. Обычно в паспорте на изделие пишется так: 15 Вт (RMS). Эта величина говорит о том, что акустическая система при подведении к ней сигнала мощностью 15 Вт может работать длительное время без механических повреждений динамических головок. Для недорогой акустики завышенные по сравнению с Hi-Fi динамиками значения мощности в Вт (RMS) получаются вследствие измерения при очень высоких гармонических искажениях, часто до 10%. При таких искажениях слушать звуковое сопровождение практически невозможно из-за сильных хрипов и призвуков в динамической головке.
PMPO (Peak Music Power Output - пиковая музыкальная мощность). В данном случае мощность измеряется подачей кратковременного синусоидального сигнала длительностью менее 1 секунды и частотой ниже 250 Гц (обычно 100 Гц). При этом не учитывается уровень нелинейных искажений. К примеру, мощность динамика равна 500 Вт (PMPO). Этот факт говорит о том, что акустическая система после воспроизведения кратковременного сигнала низкой частоты не имела механических повреждений динамических головок. В народе единицы измерения мощности Вт (PMPO) называют "китайскими ваттами" из-за того, что величины мощности при такой методике измерения достигают тысячи Ватт! Представьте себе - маленькие динамики диаметром 10 см играющие от дешевой балалайки (магнитолы), имеющую электрическую мощность 15 В*А и развивают при этом пиковую музыкальную мощность 1500 Вт (PMPO).
PHC Максимальная (предельная) шумовая (паспортная) мощность (англ. power handling capacity), характеризующая устойчивость акустической системы к тепловым и механическим повреждениям при длительной (в течение 100 ч) работе с шумовым сигналом типа «розовый шум», спектр которого приближается к спектру реальных музыкальных сигналов;
Наравне с западными существуют также советские стандарты на различные виды мощности. Они регламентируются действующими по сей день ГОСТ 16122-87 и ГОСТ 23262-88. Эти стандарты определяют такие понятия, как номинальная, максимальная шумовая, максимальная синусоидальная, максимальная долговременная, максимальная кратковременная мощности. Некоторые из них указываются в паспорте на советскую (и постсоветскую) аппаратуру. В мировой практике эти стандарты, естественно, не используются, поэтому мы не будем на них останавливаться.
Делаем выводы : наиболее важным на практике является значение мощности, указанной в Вт (RMS) при значениях коэффициента гармоник (THD), равного 1% и менее. Однако сравнение изделий даже по этому показателю очень приблизительно и может не иметь ничего общего с реальностью, ведь громкость звука характеризуется уровнем звукового давления. Поэтому, информативность показателя «мощность акустической системы» - нулевая.
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ
Чувствительность (SPL ) - один из параметров, указываемых производителем в характеристике акустических систем. Величина характеризует интенсивность звукового давления, развиваемого колонкой на расстоянии 1 метра при подаче сигнала частотой 1000 Гц и мощностью 1 Вт. Измеряется чувствительность в децибелах (дБ) относительно порога слышимости (нулевой уровень звукового давления равен 2*10^-5 Па). Иногда используется обозначение уровень характеристической чувствительности (SPL, Sound Pressure Level). При этом для краткости в графе с единицами измерений указывается дБ/Вт*м либо дБ/Вт^1/2*м (или 2.83В) .
При этом важно понимать, что чувствительность не является линейным коэффициентом пропорциональности между уровнем звукового давления, мощностью сигнала и расстоянием до источника. Многие фирмы указывают характеристики чувствительности динамических головок, измеренные при нестандартных условиях.Чувствительность - характеристика, более важная при проектировании собственных акустических систем. Если вы не осознаете до конца, что означает этот параметр, то при выборе акустики можно не обращать на чувствительность особого внимания (благо указывается она не часто), если имеется внешний усилитель мощности.
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.
Зная основные характеристики акустических систем гораздо проще подобрать необходимое звуковое оборудование или сформировать звуковой комплект превосходного качества.
К одному из основных параметров, по которым характеризуют акустические системы можно отнести эффективный рабочий диапазон частот. Таким диапазоном считается диапазон частот, в пределах которого не ниже заданной единицы находится уровень звукового давления.
Крайне важной характеристикой для акустических систем является неравномерность амплитудно-частотной характеристики или АЧХ. Этот параметр указывает стeпень равномерности по амплитуде во время воспроизведения звукового сигнала. Идеальной АЧХ считается прямая линия, но в реальности у этой характеристики может быть большое количество провалов и пиков, которые можно оправдать не идеальным состоянием остальных компонентов системы. Неравномерность АЧХ обычно характеризуется соотношением величин максимального и минимального звукового давления и выражается в децибелах (Дб).
