Сколько мощности нужно динамикам? объяснение характеристик динамиков

DIN, RMS, AES, IEC и другие аббревиатуры

Сегодня злосчастное PMPO указывается крайне редко и, как правило, как дополнительный параметр, не несущий маркетинговой нагрузки. ГОСТовский номинал и синусоидальную мощность также достаточно тяжело встретить. Но от этого не становится проще. В многочисленных УМЗЧ и АС современного производства нет единого стандарта мощности. Нередки и откровенные маркетинговые манипуляции.

Начну, пожалуй, со стандарта DIN 45500 (известен тем, что впервые стандартизировал понятие HI-FI), в котором DIN Power измеряется подачей сигнала с частотой 1 кГц на вход устройства в течение 10 минут. Мощность замеряется при достижении 1 % THD. Стандарт практически идентичен EIAJ, принятому японской ассоциацией отраслей электронной промышленности.
(Electronic Industries Association of Japan).

Также стандарт предусматривает ещё один вид измерения мощности — DIN Music Power, описывающая мощность близка к определению синусоидальной и паспортной шумовой мощности, т.е. значение длительной нагрузки музыкальным сигналом без риска повреждения. Обычно указываемая величина DIN music power незначительно выше, чем DIN.

Нормы этого стандарта соотносятся с понятием IEC Power по стандарту IEC 268-5 (стандарт международного электротехнического комитета, второе издание 1989-07), в котором определена длительность нагрузки — более 100 часов.

RMS (Rated Maximum Sinusoidal) — предельная синусоидальная мощность, т.е. такая, при которой звуковоспроизводящее устройство может работать один час с реальным музыкальным сигналом без повреждений. Как правило, на 120-250 % выше ГОСТовского номинала и на 20 — 25 % больше DIN Music Power.

К RMS максимально близок стандарт AES2-1984 (Audio Engineering Society). Различие между AES Power и RMS заключается лишь во времени, которое должно проработать устройство — для стандарта AES необходимо 2 часа.

Также может указываться т.н. программная мощность (Program Power или PP), которая в принципе может быть любой, т.к. не стандартизирована. Принято считать, что Program Power в 2 раза больше RMS, но это не является обязательным. Не менее туманные представления о мощности даёт PPP, т.е. пиковая программная мощность (Peak Program Power), которая в 2 раза больше PP.

Характерным примером разницы в указании мощности могут служить такие известные и уважаемые производители АС как Dynaudio и DALI. Первые указывают «Паспортная мощность, IEC», т.е фактически DIN, вторые вообще ограничиваются понятием “рекомендуемая мощность” и указывают диапазон мощностей.

Виды акустических систем

Конечно, выбор в первую очередь зависит от финансовых возможностей автовладельца. Нет смысла прибегать к замене акустики, если бюджет не позволяет установить динамики, которые будут давать более качественное звучание, чем «родная» система.

Широкополосная акустика

Широкополосная акустика состоит из одного динамика, который воспроизводит практически весь спектр звуковых частот. В этом случае лучшие автомобильные динамики имеют нижний рубеж около 40–50 Гц и достигают звучания в рамках 12–15 кГц.

Система диффузора широкополосного динамика не разрешает в одно и то же время отлично воспроизводить низкие и высокие частоты. В результате этого на краях звукового спектра получаются маленькие завалы амплитудно-частного характеристики (АЧХ), а звучание становится немного «плоским».

Широкополосная акустика создаёт общий звуковой фон в салоне автомашины, но максимально качественного проигрывания музыки от неё ждать не стоит.

Коаксиальные системы

Коаксиальные системы популярны у большинства автовладельцев, поскольку они обеспечивают хорошее качество звучания в любых условиях.

Кроме этого, их легко установить. Конструктивно такая система представляет собой широкополосный громкоговоритель, в центральной части которого на специальной планке установлен малогабаритный высокочастотный динамик.

В некоторых моделях количество центральных головок может достигать 3 единиц: это означает, что на центральном динамике стоят две среднечастотные головки, не считая частотного твиттера. В данном случае акустика подключается к усилителю не напрямую, а через кроссовер, который разграничивает целый звуковой спектр на полосы по количеству динамиков.

Компонентные системы

Компонентные системы собирают из нескольких отдельных устройств, и каждое из них легко подлежит замене.

Они бывают:

• двухкомпонентные (включают мидбас и твиттер);
• трехкомпонентные (помимо мидбаса и твиттера есть ещё третий динамик, отвечающий за подачу средних частот).

В компонентные системы также входит кроссовер, но он не считается основным компонентом, так как не издает звук. В данном случае его задача – равномерно распределить элементы по уровню (громкости) и частотам.

Основные правила при выборе автозвука

Как и было сказано выше, соотношение усилитель/акустика, подобранное грамотно, значительно улучшит звуковые показатели. Но этого будет мало для получения полного звукового эффекта. Приведенные ниже правила, если их соблюдать вкупе с правильным подбором усилителя и акустики, дадут неоценимую пользу. Итак:

Реально важно сделать в автомобиле качественную вибро- и шумоизоляцию. Даже самая дорогая «люксовая» аудиосистема с правильно подобранным усилителем будет звучать не очень, если в машине наблюдаются проблемы с «шумкой».
Качество звуковой сцены зависит также от передних колонок, на которых лучше не экономить

2-ух компонентные динамики, которые начинаются от 9 тысяч рублей, будут как раз тем, что надо. Что касается трехполосной акустики, то она слишком сложна в установке и ею желательно не «заморачиваться».

Обязательно нужны подиумы и акустические полки для динамиков и пищалок. Это придаст звучанию дополнительную глубину и чистоту. При этом подиумы и полки не обязательно заказывать или покупать. Их можно вполне удачно изготовить и своими руками.
Нужно выбрать правильную схему подключения. Можно обойтись, к примеру, такой бюджетной, но грамотной схемой: хорошая автомагнитола+4-канальный усилитель+2-полосная акустика+сабвуфер+тыловая акустика, подключенная напрямую к магнитоле. А можно воспользоваться и такой схемой: качественная автомагнитола+4-канальный усилитель+двухкомпонентные динамики+задние колонки+моноблок, подключенный к сабвуферу.
Тыловая акустика также важна, но лучше оставить ее тем, кому будет вполне достаточно нормального звука.
Не стоит забывать о качественных проводах, на которых также нельзя экономить.

На этом и закончим нашу статью. Чтобы установить приобретенную акустическую систему своими руками, можно воспользоваться пошаговой инструкцией, которую можно найти на нашем сайте. В процессе работ желательно изучить видео и фото – материалы. Цена такой установки априори не может быть высокой, так как приходится покупать только расходный материал.

Очень часто поступает вопрос – как построить громкий фронт. Какой мощности подобрать усилитель под громкий фронт с поканальным усилением чтобы получить максимальную громкость? Как выбрать динамики для 3-полосного фронта? Какая мощность нужна под эстрадные динамики?

Задача подбора усилителя по мощности не такая простая, как может показаться на первый взгляд. Мощность динамиков нам известна, если даже не известна, её легко оценить по размеру звуковой катушки. Казалось бы, подбирай усилитель такой же мощности и вперёд. Такая система будет работать долго и счастливо, но не оптимально. Для начала, стоит отметить, что мощность и громкость это не одно и то же. Все мы знаем, что чувствительность динамиков (грубо говоря, громкость на единицу мощности) бывает разная. При подаче сигнала одной мощности, динамик с большей чувствительностью звучит громче. Это очевидно. Кроме того человеческий слух устроен таким образом, что лучше всего мы слышим звук на средних частотах, максимальная чувствительность слуха находится в диапазоне от 500 до 2500 Гц. Звук среднечастотника для нас всегда громче чем басовика или пищалки, даже если на эти динамики подается одинаковая мощность. Отсюда сдедует, что между громкостью и мощностью связь есть, но она не прямая. Именно потому что середину мы слышим лучше, подавляющее большинство систем с громким фронтом построено на среднечастотниках разных размеров.

Расчет мощности усилителя для чайников

Всем салют!

Являюсь новичком в Hi-Fi, сейчас занимаюсь выбором своей первой серьезной аккустической системы 5.0. Довольно много прочитал на этом форуме и часто сталкивался с выражением «этот усилитель/ресивер не раскачает эти колонки», «он слишком слабый для вашей комнаты» и т.д. Решил попробовать посчитать требуемую мощность усилителя, погнали)

Максимально допустимый уровень звукового давления для человека -100 дБ (сильно громче вагона метро), адекватный человек на такой громкости слушать музыку в квартире не будет, скорее всего максимум для квартиры — 80-85 дБ (да и то соседи будут жаловаться). 85 дБ — это громкость в кинотеатре. 97 Дб — это плюс/минус громкость вагона метро.

Берем колонки с чувствительностью 91 дБ, т.е. это уровень звукового давления на расстоянии 1 метра от колонок при подаваемой мощности 1 Вт. Слушать музыку будем подальше от колонок — в 3 м от них, через эти 3 метра уровень звукового давления упадет на 9 дБ. Т.е. для прослушивания «вагона метро» нам нужно, чтобы колонки выдавали 106 дБ.

Считаем ватты: «при увеличении громкости на 3 дБ, нужно удвоить подаваемую мощность». Т.е. для уровня 91 дБ — нужен 1 Вт, для 94 дБ — 2 Вт, 97 дБ — 4 Вт, 100 дБ — 8 Вт, 103 дБ — 16 Вт, 106 дБ — 32 Вт. Т.е. для прослушивания «вагона метро», сидя в трех метрах от колонки, нам нужно подать на колонку 32 Вт мощности.

Как я понял, почти все дешевые ресиверы — являются усилителями класса D; если верить гуглу, то КПД у таких усилителей — 90-95%, но в это мне верится с трудом, округлим КПД в меньшую сторону — до 80%. Т.е. для того чтобы подать на колонку 32 Вт, ресивер должен сожрать 40 Вт электрической мощности. Умножаем на 5 каналов (хотя на тыловые и центральный канал столько не нужно), получаем 200 Вт потребляемой мощности.

А теперь смотрим один из самых дешевых ресиверов на рынке — Yamaha RX-V483, его мощность 260 Вт. Получается, что при расчетных условиях он работает на 75%. Я понимаю, что это довольно много — нелинейные искажения и все дела, но извините — это предельный максимум по уровню звука, так никто никогда музыку не слушает. А если брать реальный уровень громкости (85-90 дБ), то рассчет для него покажет необходимую электрическую мощность для 5 каналов в 25-30 Вт, а это уже вывезет любой усилитель.

Вот и получается у меня вывод, что для квартиры достаточно ЛЮБОГО ресивера/усилителя. Да и по качеству довольно трудно отличить один усилитель класса D от другого усилителя класса D (это ж почти «цифровое» усиление). Если мы хотим реального улучшения по качеству, то имеет смысл брать усилитель класса А, к примеру. Но КПД у него уже будет значительно ниже (процентов 10), и следовательно мощность тут гораздо более важна, но и соответственно цена вырастает настолько, что среднестатистический обыватель на такие усилители даже не посмотрит).

Где я ошибся в вычислениях? Что я упустил в расчетах требуемой мощности усилителя?

Виды автомобильных усилителей для колонок

По количеству каналов они бывают одноканальные или моноблоки, до 6 канальных. По классу они делятся на:

1. АВ (аналоговый тип, показатель мощности не высок, но зато обладают высоким качеством звука);
2. Тип D (цифровые, имеют высокий показатель по мощности и низкий по качеству звука).

Очень популярны усилители с 1 каналом, применяемые для сабвуферов, они подходят для низкоомной нагрузки, если сабвуфер имеет большее сопротивление, то можно выбрать усилитель на 2 канала, используя мостовую схему для его подключения.

Кстати 1 канальные усилители по классу относятся, обычно, к типу D, т. к. там важна именно мощность, а качество на втором месте. Кроме того, регулировка громкости здесь может быть отдельной, что очень полезно, когда такая функция отсутствует на магнитоле.

Больше полос

Аудиофилы из числа минималистов скорее всего предпочтут классический двухполосник (два динамика: высокочастотник и СЧ/НЧ-головка), но если вы решили купить напольные колонки, лучше поищите среди них 3- или так называемые 2,5-полосные АС, в которых громкоговорители низкочастотного диапазона дублируются, чтобы уменьшить рабочее смещение диффузоров (обычный способ снизить нелинейные искажения). Любители авторитетных мнений могут сами убедиться, что лучшие профессиональные контрольные аудиомониторы и дорогие High End-системы часто делаются по четырех- или даже по пятиполосным схемам. Желающие проверить этот факт могут посмотреть сводную таблицу параметров акустики; числа в графе «количество полос», как правило, возрастают с увеличением цены. Кстати, известно, что принц Чарлз (наверное, вместе с королевой Великобритании) слушает пятиполосные колонки… Эти рассуждения можно не принимать к сведению в отношении тыловых АС для домашнего кинотеатра (они вполне могут быть и двухполосными). Акустика центрального канала обязательно должна быть очень хорошо экранированной. Это избавит ваш кинескопный телевизор от появления цветовых пятен на изображении. Проверка элементарная: поднесите громкоговоритель к экрану работающего телевизора.

Особенности подключения автомобильного усилителя

Существует интересная фраза, о том, что «усилители на самом деле ничего не усиливают, они просто модулируют питание». Одно из существенных отличий автомобильного усилителя от домашнего, о котором вскользь упомянул в самом начале, — это работа от бортовой сети автомобиля. Номинальное напряжение в ней составляет 12 Вольт (реально чуть выше, но сейчас это не суть). Значит, чтобы получить на выходе достаточную мощность, токопотребление должно быть доводьно серьёзным — десятки, а в пиках сигнала даже сотни Ампер. Отсюда и особые требования к подключению питания. На первый взгляд, всё это выглядит немного пугающе, но на самом деле, если придерживаться нескольких простых правил, проблем возникнуть не должно.

Во-первых, усилитель ни в коем случае нельзя подключать к штатной проводке. Она не рассчитана на такие токи. Берите отдельные кабели и прокладывайте их от усилителя непосредственно к аккумулятору. Можно и плюс, и минус, а можно только плюс (минус при этом идёт по «массе»). Однозначного ответа, какой вариант лучше, пожалуй, нет, но лично я предпочитаю первый способ. Хотя бы потому, что в нынешних автомобилях слишком много электроники, которая тоже «завязана» на кузов.

Аккуратность прокладки проводки — залог надёжности и безопасности

Не жадничайте, используйте для подключения специализированные автомобильные кабели — они имеют мягкую изоляцию, устойчивую к перепадам температур. Любители использовать разного рода КГ-25 и прочие подобные промышленные кабели уже через год будут лицезреть в подкапотном пространстве рассыпающуюся резиновую изоляцию. Наблюдал такое неоднократно, к счастью, не у себя.

Кстати, имейте в виду, дешевые кабели могут быть не медными, а так называемыми CCA (Copper Clad Aluminium), «обмеднённые» алюминиевые. Они менее долговечны, сильнее подвергаются коррозии и быстрее ослабевают в местах контактов. Чистая медь в этом плане всё же лучше, хоть и дороже. А ещё лучше — луженая медь.

Во-вторых, подбирайте достаточное сечение питающих кабелей исходя из их длины и токопотребления усилителя. Даже десятые доли Ома в питающей линии могут давать просадку напряжения в пиках сигнала на несколько Вольт. А это не только влияет на звучание, но и чревато выходом из строя блока питания усилителя. По этой же причине старайтесь сразу просчитать необходимую длину кабеля, чтобы избежать лишних стыков.

При выборе сечения кабеля можно руководствоваться таблицами, которые есть в правилах любых автозвуковых соревнований

В-третьих, обязательно ставьте в разрыв питающего кабеля предохранитель. Он должен располагаться как можно ближе к аккумулятору. В отличие от предохранителя в самом усилителе, им вы защищаете не аппаратуру, а сам кабель. Номинал выбирайте исходя из сечения. Например, для кабеля сечением 4 Ga (21 кв.мм) можно использовать предохранитель не более 100 А, а для кабеля сечением 2 Ga (33 кв.мм) — не более 150А.

“Советские” и “китайские” Ватты

Но всё же вернёмся к стандартам мощности, как к основному инструменту маркетинговых манипуляций. “Советские” и “китайские” Ватты — это “народное” деление мощностных стандартов, которое появилось лет 20-25 назад. Тогда наиболее доступной и востребованной на рынке техникой была новая из Поднебесной или старая из СССР. Остальное либо не поставлялось в РФ (по причине засилья китайских центров), либо стоило неприлично дорого для 80-90% населения РФ.

“Советские” Ватты считались честными, а китайские, соответственно, не очень. Хотя с советскими тоже всё не так просто. Мощностные характеристики усилителя в СССР определялись ГОСТ 23262-88, который предписывал производителю указать в паспорте устройства номинальную мощность.

Номинальная мощность определяется при среднем положении регулятора громкости усилителя, при которой остальные параметры устройства соответствуют заявленным в техническом описании.

Иными словами, ГОСТ оставлял за производителем право указать мощность, которая соответствует наименьшему значению коэффициента нелинейных искажений. Показатели, как правило, подгонялись под требования стандарта к классу сложности устройства. Мощность указывалась как у усилителей, так и у АС (указывала на усиление какой номинальной мощности рассчитана акустика).

При этом, по утверждениям tehpoisk.ru, порой это приводило к проблемам. Например, не учитывались искажения типа «ступенька», возникающие на малых уровнях громкости, в усилителях класса АВ. Уровень искажений мог снижаться при увеличении выходной мощности сигнала до номинальной. При этом на средних и низких уровнях громкости сигнал существенно искажался.

Также в отечественной аппаратуре можно встретить такой параметр, как синусоидальная мощность (максимальная синусоидальная мощность) — это мощность, при которой УМЗЧ или акустика способны работать в течение 2-х часов с музыкальным сигналом без физического повреждения. Такая мощность не ограничена искажениями, её пределы определены лишь тепловыми и механическими повреждениями. Синусоидальная мощность обычно в 2-3 раза больше номинальной.

Типичный пример спекуляции на синусоидальной мощности — легендарные S-90. Их номинальная мощность составляла 35 Вт (к слову, первый вариант акустики назывался 35АС-01), а синусоидальная, уклончиво названная в документации паспортной, — 90 Вт. Номинальная также была указана, но второй по счету, что можно считать почти безобидной, по нынешним меркам, маркетинговой манипуляцией.

По сравнению с китайцами из 90-х и начала нулевых, случай “Радиотехники” с С-90 представляется совсем невинным. До сих пор помним, как унылые подвальные копировщики детища Мацуситы с созвучным названием Panansonica (орфография бракоделов сохранена) оставили на своей поделке “гордую” и заметную надпись: 5000 Вт.

В данном случае речь о PMPO (Peak Music Power Output), т.е. о максимальной мощности, которую в принципе может выдержать динамик АС, а усилитель способен выдать без термических и механических проблем. Тест проводится в течение одной-двух секунд при подаче сигнала 200 Гц.

Такие значения обычно в 20-30 раз выше номинала и именно их принято было называть китайскими. В последние годы, к чести китайских производителей, они отказались от использования PMPO и стали применять RMS.

Среди отечественных паспортных характеристик могут также встречаться максимальная кратковременная мощность (аналог PMPO), паспортная шумовая мощность (аналог синусоидальной, но в тесте вместо музыкального сигнала используется розовый шум).

Как распределяется мощность по полосам звучания

Далее. Громкий фронт — это Обычно это или 2-х или 3-х полосная система. Чтобы подобрать усилители для поканального усиления нужно понимать какие мощности рассеваются («прилетают») по полосам. Музыкальный сигнал принято делить на три диапазона: низкие частоты (НЧ), средние частоты (СЧ), высокие частоты (ВЧ). В 3-х полосной системе каждый диапазон отыгрывает отдельный динамик, в 2-полосной — НЧ/СЧ диапазоны отыгрываются одним динамиком, который называют мидбасом. Музыкальные сигналы — то есть музыка — могут быть совершенно разными, с разным тональным балансом, в каких-то очень много баса, в некоторых много звенящих звуков, есть жанры, в которых используются не музыкальные звуки, которые создают повышенную нагрузку и в СЧ и в ВЧ диапазоне. Что бы учесть все возможные варианты музыкальных сигналов при проектировании акустических систем, в звукотехнике ввели понятие — обобщенный музыкальный сигнал. Это статический шумовой сигнал, усредненный по всем жанрам. Количество верхов, середины и низов в этом сигнале перекрывает любой жанр. Если вы рассчитали систему под обобщенный сигнал, она отыграет музыку с любым тональным балансом в пределах заданной мощности. Важнейшим свойством этой средней по всем жанрам музыки является то, что для нее можно точно выяснить распределение мощности по полосам звучания. Распределение мощности по диапазонам обобщенного звукового сигнала следующее:низкие частоты: 63 — 250 Гц, 60% общей мощностисредние частоты: 250 — 5000 Гц, 30% общей мощностивысокие частоты: 5000 — 20000 Гц, 10% общей мощностиесли систем 2-полосная, на мидбас играющий в диапазоне от 63 до 5000 Гц приходится 90% мощности.Разделение на частотные диапазоны общепринятое, каноническое. Все современные 2-х и 4-х канальные усилители являются широкополосными и линейными(коэффициент усиления постоянный во всем диапазоне звучания). Поэтому в таких же пропорциях мощность усилителя распределяется по диапазонам. То есть усилитель развивает в Нч диапазоне не более 60% от своего номинала (дальше клип, грязный сигал, сгоревшая катушка), в СЧ диапазоне не более 30%, в ВЧ диапазоне — 10%.

Расчет рекомендуемой мощности

Есть несложная формула по которой можно легко посчитать минимальную рекомендуемую электрическую мощность (Вт) для помещения объемом V (м3) при выбранном уровне звука I(дБ) и времени реверберации в помещении t_r(c)

η- КПД громкоговорителя в %.

Т.к. Все мы живем в примерное одинакового размера помещениях, то для расчетов возьмем средние величины. Объем помещения примем равным 50 м3, слушать мы будем симфонический оркестр во всей его красе, так что звуковой уровень I=100дБ (максимальный), а КПД громкоговорителя возьмем 5%(среднее значение, по современным меркам). В таком случае получим P_эл=3,2/t_r

Для жилого помещения подобного объема время реверберации составляет 0,75с. Соответственно необходимая минимальная электрическая мощность вашего звукового тракта должна быть 4,2 Вт(В случае стерео по 2,1 ватта на канал).

Однако всем известно, что фирмы выпускающие как высококачественные так и массовые усилители, да и вообще любые, рекламируют их с более высокими мощностями — 50, 100 и даже 200 ватт. Разумеется эти мощностью остаются недоиспользованными в условиях комнаты, но позволяют достигать более широкой динамики воспроизведения и меньшего уровня искажений сигнала.

Усилители мощности для авто звука

Варианты подключения четырех канального усилителя с четырьмя колонками, колонками и сабвуфером, двух сабвуферов, четырех колонок и одного сабвуфера, подключение восьми колонок. Рекомендую сначала ознакомиться со статьей: подключение двух канального усилителя. Как и в статье о подключении 2-х канального усилителя, настоятельно рекомендую прокладывать питание для 4-х канального усилителя, толстыми проводами от самого аккумулятора. Также хочу напомнить про общий предохранитель, так как в большинстве случаем, четырех канальный усилитель имеет два предохранителя, а магнитола один, следует учитывать, все три предохранителя.

Усилитель

При выборе аппаратуры, следует обратить внимание на то, чтобы номинальная мощность усилителя была выше мощности колонок в 1,6 раза. Это будет наиболее приемлемым вариантом, поскольку значение данного коэффициента говорит о том, что функционирование усилителя и динамиков формирует качественное звучание на 60 и 90%  от номинальной мощности соответственно

При показателе ниже этих значений возникает эффект «Клиппинга». Это форма искажения звука, при которой происходит ограничение амплитуды звукового сигнала. Это может привести динамики в непригодное состояние.

Сила звучания аппаратуры бывает номинальной, максимальной и пиковой. Акустическая система будет воспроизводить звук без каких-либо заметных искажений, если установлена номинальная мощность. При максимальной, будут заметны некоторые погрешности в работе. Если же установить аппаратуру на пиковую силу звука, то это способно привести к потере работоспособности.