Мощность: сколько ватт нужно АС.
Усилитель и громкоговоритель - это звенья одной цепи, один без другого работать просто не сможет. В прошлом номере мы достаточно подробно рассмотрели вопрос: "Какой мощности должен быть усилитель?", а сейчас постараемся ответить на второй вопрос: "А какой же мощности при этом должна быть АС?". Частично ответ на этот вопрос был затронут в прошлом материале, поскольку, как говорилось выше, рассматривать одно без другого невозможно, но ряд вопросов остался не затронутым и, как мы обещали, в этот раз проанализируем их более подробно.
Виды мощности.
Многие производители автомобильных АС пользуются нестандартными методами измерения мощности, которые, кстати, не всегда привлекательнее общепринятых для бытовой аппаратуры, - просто им так удобней. Однако большинство употребляет стандартизованные параметры, среди которых нас, как правило, интересуют три: номинальная (RMS), максимальная и пиковая мощности. Главный из этих параметров - номинальная мощность, и именно ее мы в дальнейшем будем подразумевать, говоря просто "мощность". Численное соотношение таково: максимальная обычно выше в 2 раза, чем номинальная мощность, а пиковая - в 3-4 раза. Правило это нельзя назвать строгим: имеются отдельные модели, у которых максимальная мощность лишь чуть выше номинальной.
Как бы то ни было, поскольку номинальная мощность самая маленькая из вышеприведенных, то ряд производителей идет на небольшую хитрость: на упаковке и первой странице инструкции крупно приведены неоправданно большие цифры мощности без указания ее типа, а истину можно установить, только найдя в документе технические параметры, или посмотрев на тыльную сторону динамика, или поискав какую-нибудь малозаметную надпись на упаковке. Не попадитесь на эту уловку.
Итак, номинальная мощность - это именно та, в пределах которой можно продолжительное время слушать музыку на данных АС, не опасаясь нелинейных искажений и тем более - выхода динамиков из строя.
Что важнее - мощность или чувствительность?
В прошлой статье мы отмечали, что увеличение мощности в два раза поднимает уровень звукового давления на 3 дБ. То есть динамик небольшой мощности, но с высокой чувствительностью способен развить такое же звуковое давление (обеспечить громкость звучания), что и более мощная, но менее чувствительная головка. Поэтому если придется выбирать между двумя равноценными по качеству звучания АС, одна из которых более чувствительная, но менее мощная, чем вторая, то выбор лучше остановить на первой. Зачем переплачивать за мощность усилителя, если даже с маломощным вы получите ту же громкость?
Между прочим, в силу определенных обстоятельств (например, особенностей транзисторных усилителей) по-настоящему высокочувствительные АС для автомобильной сферы практически не выпускаются. Но в пределах каждого класса можно обнаружить существенные расхождения в чувствительности, причем это служит источником всевозможных спекуляций: наши тесты чрезвычайно редко подтверждают соответствие между заявленными значениями и реальными, так что советуем обращать внимание на наши "спецпризы", а не на приведенные цифры.
Иногда встречаются динамики с малой чувствительностью, но действительно высокой номинальной мощности, которые на малой мощности играют не только тихо, но и с худшим качеством, но если хорошо "выкрутить ручку", то звучание становится оптимальным. Такой вариант можно рекомендовать тем, кто большую часть времени слушает только громкую музыку и готов приобрести усилитель с мощностью не менее сотни ватт на канал.
Заметно повышает громкость звучания и снижение сопротивления АС до 3, а то и до 2 Ом - в последнее время таких моделей появляется все больше. Единственное обстоятельство, которое надо учитывать, - усилитель должен хорошо справляться с такой нагрузкой. Подключать 2-3-омные АС напрямую к встроенному усилителю автомагнитолы или CD-ресивера мы категорически не советуем, - даже если это и сработает, то будет жесточайшим испытанием для головного устройства и, скорее всего, оно вскоре выйдет из строя.
Соотношение мощности динамика и мощности усилителя.
Этот пункт больше всего волнует многих наших читателей. Соотношение мощности динамика и усилителя для человека, чувствующего работу аппаратуры, по большому счету, не имеет значения, он всегда найдет оптимальное значение для каждого компонента. Но если вы не уверены в своих ощущениях, то неправильное соотношение мощностей может привести к поломке - и чаще всего динамика, поскольку усилители от опасных режимов работы ограждают различные схемы защиты (хотя и они не всегда спасают). История пестрит примерами разорванных в клочья диффузоров НЧ/СЧ-динамиков, сгоревшими катушками высокочастотников и выгоревшими блоками питания усилителя. Так есть ли правила оптимального согласования? Есть. В этой связи хотим поделиться одним секретом аудиофилов.
При подборе компонентов они поступают следующим образом. Считается, что с максимально высоким качеством динамики звучат до достижения 90-100%, а усилитель - до 60-70% от указанной номинальной мощности, поэтому для громкоговорителя мощностью 50 Вт стараются подобрать усилитель мощностью около 80 Вт.
То, что усилитель фактически получается мощнее, не должно пугать: он все равно не выйдет на опасный для АС режим, поскольку после установки компонентов обязательно последует процедура настройки, где нужно выставить правильный коэффициент усиления на усилителе, - то есть такой, при котором ни динамики, ни усилитель не будут перегружаться и искажать звук, если на CD-ресивере выкрутить ручку регулировки громкости до упора. Впрочем, лучше всего воспользоваться правилом: никогда не выкручивать ее выше 75% от максимального значения, иначе могут появиться искажения уже в самом головном устройстве.
В принципе, нет ничего страшного, если RMS усилителя меньше, чем у динамиков, но в этом случае обращаться с регулятором чувствительности надо еще аккуратнее. Парадокс в том, что менее мощный усилитель, начав перегружаться, с большей вероятностью спалит ваши АС, чем усилитель помощнее! Все дело в явлении, называемом "клиппингом" - т.е. работой в режиме ограничения, когда усилитель выдает сильно искаженный сигнал с большим содержанием высших гармоник. Именно по этой причине наиболее часто в АС сгорают ВЧ-динамики. Кстати, в головных устройствах регуляторов чувствительности нет в принципе, поэтому надо один раз просто на слух определить начало появления искажений при повышении громкости, и в дальнейшем никогда не выкручивать ручку регулятора громкости дальше этого уровня.
Мощность и диапазон частот динамика.
Еще одна причина выхода из строя динамиков, особенно воспроизводящих НЧ/СЧ-диапазоны, - игнорирование реально воспроизводимого ими диапазона частот. Многие производители для привлечения покупателей указывают расширенный диапазон частот своих динамиков. Например, для коаксиального динамика типоразмера 10 см и мощностью 30 Вт указывают диапазон частот 50-20 000 Гц. Смущает не верхнее значение, а нижнее. Если вы подадите сигнал частотой 50 Гц с заявленной мощностью на этот динамик, то не только не услышите 50 Гц, но и можете запросто разрушить динамик. Зачастую подобное и происходит, когда, увлекаясь различными схемами подъема баса, забывают о том, что динамик просто не способен их воспроизвести. В итоге - порванный диффузор НЧ/СЧ-динамика. Чтобы такого не случалось, диапазон частот, воспроизводимых динамиком, следует ограничивать с помощью ФВЧ хотя бы второго порядка. Устанавливаемая частота среза фильтра зависит от типоразмера динамика.
Так, практика показывает, что для 10-см головок она должна быть около 100 Гц, для 13-см - 80 Гц, а для 16-см - 60 Гц. Все, что ниже, должен воспроизводить сабвуфер. Более того, ограничив нижний диапазон частот сигналов, воспроизводимых НЧ/СЧ-динамикам, вы сразу ощутите лучшую отдачу в остальном диапазоне, их более живую и громкую работу.
Динамики, способные хорошо работать без ограничения фильтром полосы частот снизу, существуют, но они в меньшинстве.Общее же правило таково: чем уже частотный диапазон, посылаемый на АС или отдельную головку, тем большую мощность она сможет выдержать. Например, для многих отдельных ВЧ-динамиков приводят сразу несколько значений мощности, в зависимости от частоты среза ФВЧ: если динамик работает, начиная с 2000 Гц, - это одна мощность, если с 5000 Гц - значение мощности гораздо выше. То же самое относится к СЧ-динамикам, НЧ/СЧ-головкам и сабвуферам - с той лишь разницей, что у них можно варьировать сразу две границы диапазона воспроизводимых частот: верхнюю и нижнюю.Типовые соотношения между мощностью ВЧ-, СЧ-, НЧ/СЧ- и сабвуферных головок такие же, как для усилителей, они рассмотрены в прошлом номере.
Сабвуферы и их параметры.
Отдельно следует рассмотреть особый класс динамиков - сабвуферы. Данный тип громкоговорителей не так давно вошел в состав автомобильных аудиосистем, но ввиду того, что позволяет воспроизводить более глубокий бас, стал очень популярным у автолюбителей. Однако автомобильный сабвуфер сильно отличается от домашнего. Так, если для домашней техники мощность сабвуфера 300 Вт считается "выше крыши", то для автомобильного - это средний, обычный параметр. Зачем такие мощности? Вспомним, что сабвуфер в автомобиле должен "перекричать" дорожный шум, дома же такой необходимости нет. Кроме того, конструкция автомобильных НЧ-динамиков имеет свои особенности. Для получения глубокого баса в небольших объемах производители идут на ряд жертв, главная из которых - снижение чувствительности. Чтобы получить достаточную громкость при невысокой чувствительности, приходится подводить высокую звуковую мощность.
Создать мощный автомобильный усилитель - задача тоже не из простых, поэтому в последнее время стала популярна конструкция сабвуферов с двумя отдельными обмотками звуковой катушки, а некоторые производители идут еще дальше, устанавливая аж 4 обмотки звуковой катушки. Подобное решение дает более гибкий выбор для подбора оптимального сопротивления под конкретный усилитель - говоря проще, позволяет "выжать" из него максимум ватт. Требуемое сопротивление получают за счет соответствующего соединения обмоток (последовательного, параллельного, параллельно-последовательного).
Правда, мощность, сопротивление и количество обмоток на музыкальность сабвуфера не влияет. Даже маломощный, но правильно построенный сабвуфер по качеству звучания способен далеко превзойти своего монстрообразного SPL-ного коллегу. Хотя для создания требуемого звукового давления вам потребуется как минимум два маломощных сабвуфера. В зависимости от поставленной задачи или жанровой ориентации АС, номинальную мощность сабвуфера выбирают в 2-4 раза выше мощности широкополосных динамиков. Чем больше его мощность, тем лучше, ведь сделать так, чтобы он играл тише, можно всегда, а громче - нет. Но при этом необходимо учитывать реальные возможности бортовой сети вашего автомобиля (и кошелька, конечно).
Кроме того, большое значение имеет тип акустического оформления сабвуфера. В частности, особо приветствуется дополнительный запас по мощности для наихудшего с точки зрения отдачи варианта - бесконечный акустический экран; динамик при этом играет в большой объем, например, в багажник. У моделей в закрытом корпусе чувствительность повыше, но также невысокая, а самые лучшие по отдаче - модели с фазоинвертором, особенно в корпусе полосового типа.
Что происходит при увеличении числа головок?
Нередко встречаются инсталляции со сдвоенными или строенными НЧ/СЧ-головками, а вариантов с двумя сабвуферами и вовсе великое множество. Что это дает и зачем это нужно? Сдваивая головки, вы повышаете уровень звукового давления не менее чем на 3 дБ, это равносильно удвоению мощности, при условии, что удваивается и подводимая к ним от усилителя электрическая мощность. Если на две головки от усилителя поступает та же мощность, что и на одну, то и уровень звукового давления изменится мало. В данном случае по мощности мы ничего не выигрываем, зато увеличенная площадь излучения от двух диффузоров даст более глубокий бас. Впрочем, этот эффект зависит от расстояния, на которое разнесены головки, и проявится на частотах, для которых это расстояние соизмеримо с длиной волны или превышает его. Интересующихся подробностями отсылаем к книге "Радиовещание и электроакустика" под редакцией Ю. А. Ковалгина, вышедшей в издательстве "Радио и связь" в 1999 г.
Там, на стр. 224, обсуждается проблема коэффициента полезного действия АС, в состав которых входит несколько однотипных головок. Такие АС в акустике принято называть колонками. Их используют для увеличения направленности и повышения КПД акустических систем.
Именно по причине улучшения басовой отдачи сдвоенные головки применяются только для НЧ/СЧ- или сабвуферных головок. Есть еще варианты сдвоенных высокочастотников, но они редки и имеют другие задачи, например, уменьшение направленности АС на высоких частотах. Во многих случаях использование двух НЧ-головок позволяет решить сложные задачи - в частности, две 12-люймовые головки проще разместить, чем одну 15-дюймовую. Однако нелишне учесть, что по стоимости две головки будут явно выше, чем одна той же серии, но большего типоразмера.
Виды мощности акустических систем:
Номинальная - среднеквадратичное значение электрической мощности, ограниченной заданным уровнем нелинейных искажений.
Максимальная синусоидальная - мощность непрерывного синусоидального сигнала в заданном диапазоне частот, при которой АС может длительное время работать без механических и тепловых повреждений.
Максимальная шумовая - электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую громкоговоритель длительное время выдерживает без тепловых и механических повреждений.
Пиковая - максимальная кратковременная мощность, которую выдерживают без повреждений динамики при подаче на них специального шумового сигнала в течение короткого промежутка времени (обычно 1 с). Испытания повторяются 60 раз с интервалом в 1 мин.
Максимальная долговременная - электрическая мощность специального шумового сигнала в заданном диапазоне частот, которую громкоговоритель выдерживает без необратимых механических повреждений в течение 1 мин. Испытания повторяют 10 раз с интервалом в 2 мин.
