|
|
| Порівняння підсилювачів – чи характеристики однакові? |
Як акустичні системи впливають на вихідну потужність підсилювача? Як порівняти показники потужності двох різних моделей підсилювачів? Чому слід уникати роботи в двухомному режимі? Використання режиму «моста» для отримання більшої потужності та переваги роботи в бі-емпінгу.
Під час конфігурації концертної системи ви напевно зіткнетеся з питанням: «Чи видадуть два підсилювачі з показниками потужності 1000 Вт, але від різних виробників, однакову вихідну потужність?»
Припустимо, ви підключили до підсилювача паралельно кілька акустичних систем: скільки потужності виробляє підсилювач? Більше? Менше? Або таку ж кількість? Більше чи менше потужності буде отримувати колонка при додаванні ще однієї?
Щоб відповісти на ці та інші питання, необхідно детальніше розглянути поняття потужності підсилювача та навантаження.
У цій статті ми розглянемо кілька важливих питань:
1. Яке навантаження чинять гучномовці на вихід підсилювача потужності
2. Як порівняти показники потужності двох різних моделей підсилювачів
3. Чому слід уникати роботи в двухомному режимі
4. Робота в «мостовому» режимі для досягнення більшої потужності
5. Переваги бі-емпінгу
Як навантаження впливає на вихідну потужність підсилювача
Як видно з технічних характеристик підсилювача, вихідна потужність підсилювача зростає зі зменшенням імпедансу. Ви напевно бачили специфікацію, в якій зазначено потужність 400 Вт при 8-омному навантаженні, 600 Вт при 4-омному та 800 Вт при 2-омному. Чому так відбувається?
Щоб пояснити це, давайте почнемо з основ. Закон Ома говорить: Сила струму = Напруга/Опір. Чим менший опір, тим більша сила струму. Тому при зменшенні імпедансу збільшується сила струму.
Приклад. Коли ви відтворюєте сигнал частотою 1 кГц через підсилювач потужності з невеликим рівнем гучності, він видає постійну напругу, скажімо, 20 вольт. Яка сила струму при імпедансі 8 Ом, 4 Ом, 2 Ом?
Сила струму = Напруга/Опір
```
* 20 В/8 Ом = 2,5 А
* 20 В/4 Ом = 5 А
* 20 В/2 Ом = 10 А (передбачається, що підсилювач видає струм 10 А)
```
Потужність = Напруга х Сила струму. Таким чином, отримуємо такі значення потужності:
```
* 8 Ом: 20 В х 2,5 А = 50 Вт
* 4 Ом: 20 В х 5 А = 100 Вт
* 2 Ом: 20 В х 20 А = 200 Вт
```
Як бачите, потужність підсилювача подвоюється щоразу, коли імпеданс зменшується вдвічі. Але це при низьких рівнях гучності, коли блок живлення не виробляє великий струм.
Що відбувається при збільшенні кількості гучномовців, підключених паралельно до одного каналу підсилювача?
Якщо ви підключите восьмиомну колонку до виходу підсилювача, імпеданс складає 8 Ом. У цьому прикладі гучномовець отримує 50 Вт. Тепер підключимо чотири восьмиомні АС паралельно до того ж підсилювача. Загальний імпеданс дорівнює 2 Ом, тому підсилювач видає 200 Вт, і кожен гучномовець отримує 50 Вт.
Таким чином, кожен гучномовець отримує 50 Вт незалежно від того, скільки гучномовців підключено паралельно. Це означає, що SPL зростає щоразу, коли ви збільшуєте кількість гучномовців, підключених до одного підсилювача. Знову ж таки, ми говоримо про невеликі рівні гучності, коли підсилювачеві не доводиться виробляти великий струм.
Уявімо ідеальний підсилювач, підключений до джерела живлення з необмеженим струмом. Потужність цього підсилювача подвоюється щоразу, коли імпеданс зменшується вдвічі. Якщо підсилювач виробляє 400 Вт при навантаженні 8 Ом, то при 4 Ом він може видати 800 Вт, або 1600 Вт при двухомному навантаженні.
Цей ідеальний підсилювач підключений до джерела живлення з постійною напругою, яка не залежить від того, скільки струму він видає. Це джерело живлення може витримати сотні гучномовців, підключених паралельно з загальним імпедансом, що прагне до нуля Ом. Але реальні джерела не можуть постачати нескінченний струм. Цього не витримає ні розетка, ні вихідні транзистори — вони просто розплавляться.
У реальному світі підсилювачі потужності обмежені блоками живлення. Типовий показник потужності підсилювача при навантаженні 4 Ом приблизно в 1,5 рази більше потужності при навантаженні 8 Ом, а не в 2 рази. А при навантаженні 2 Ом приблизно в 2 рази порівняно з 8 Ом, і ніяк не в 4 рази.
Для більшості підсилювачів вказується потужність при роботі з навантаженням 4 Ом і 8 Ом. Моделі hi-end рівня можуть працювати з 2-омним навантаженням. Підсилювачу важче працювати з навантаженням з малим імпедансом (наприклад, 2 Ом), оскільки воно споживає більше струму, ніж навантаження з високим імпедансом (наприклад, 8 Ом). «Важке навантаження» означає навантаження з низьким імпедансом.
Підсилювачі зі слабким блоком живлення при низькоомному навантаженні просто не в змозі виробити необхідний струм. Підсилювачі з хорошим блоком живлення можуть виробляти більше струму і, відповідно, більше потужності.
Перевірте специфікацію підсилювача. Там має бути зазначено, скільки потужності може надати підсилювач при різному навантаженні. Якщо у специфікації вказані значення для 8 Ом і 4 Ом, але немає для 2 Ом, це означає, що підсилювач не може працювати у 2-омному режимі тривалий час. Це призведе до перегріву та виходу з ладу.
Порівняння показників потужності різних підсилювачів
Чи будуть два підсилювачі з однаковим показником реально видавати однакову потужність? Не завжди. Визначення потужності підсилювача тільки у Ваттах неповне.
Повноцінна оцінка потужності містить такі фактори:
```
* Потужність на канал
* Кількість одночасно працюючих каналів
* Імпеданс
* THD – сумарне значення нелінійних спотворень
* Частотний діапазон
* Вказана довготривала потужність або пікова (короткочасна) потужність
```
Припустимо, один підсилювач виробляє 500 Вт на канал при 0,01% THD. Інший підсилювач виробляє 500 Вт на канал при 1% THD. Хоча обидва підсилювачі можна назвати «500-ватними», перший вироблятиме більше потужності, ніж другий, якщо обидва працюватимуть з одним і тим же рівнем спотворень.
Припустимо, один підсилювач видає 500 Вт довготривалої потужності, а інший 500 Вт пікової. Перший працюватиме чисто при 500 Вт довготривалої потужності, другий при цьому значенні буде кліпувати.
Необхідно порівнювати за однаковими параметрами. 500 Вт на одному підсилювачі зовсім не обов’язково ті ж 500 Вт на іншому. Порівнюйте обидва підсилювачі з однаковим значенням THD, при однаковому імпедансі навантаження та з однаковим значенням довготривалої потужності на тому ж частотному діапазоні.
Крім того, різні виробники можуть по-різному вимірювати потужність своїх виробів. Деякі компанії занижують показники потужності підсилювача, щоб бути впевненими, що всі вироблені вироби відповідатимуть заявленим характеристикам.
Більшість же підсилювачів видають трохи менше потужності, якщо задіяні всі канали. Це відбувається через те, що в цьому випадку блок живлення на кожен канал видає меншу напругу. Підсилювачі з двома незалежними блоками живлення не мають такої проблеми.
Уникайте роботи в двухомному режимі
Хоча деякі підсилювачі і можуть працювати у двухомному режимі тривалий час, краще уникати цього.
Коли говорять, що імпеданс гучномовця дорівнює 8 або 4 Ом, слід розуміти, що це номінальний або усереднений показник. Імпеданс змінюється з частотою, тому восьмиомний гучномовець може мати імпеданс 6 Ом на певній частоті.
Значення імпедансу для чотирьох восьмиомних гучномовців, підключених паралельно на цій частоті, дорівнюватиме 1,5 Ом, що практично означає коротке замикання у підсилювачі. В результаті перегрів і можливий вихід з ладу. Це одна з причин, чому не варто працювати при двухомному навантаженні.
Крім того, гучномовці є реактивним навантаженням, а не тільки резистивним. Вони мають індуктивність та ємність. Це робить таке навантаження для деяких підсилювачів особливо важким і призводить до більшого нагріву підсилювача. Високоякісні моделі справляються з такими навантаженнями легше, ніж простіші моделі.
Робота підсилювача з навантаженням з низьким імпедансом призводить до нагріву підсилювача, оскільки таке навантаження споживає більше струму. Більший струм призводить до більшого розсіювання тепла по внутрішньому устрою підсилювача. Висока температура призводить до виходу з ладу транзисторів, чого слід уникати.
При роботі з навантаженням 2 Ом більше потужності втрачається та йде на нагрів кабелю, ніж при 4-омному навантаженні. Для зменшення втрат на нагрів необхідний дуже товстий акустичний кабель.
Як ми знаємо, демпінг-фактор = імпеданс навантаження / вихідний імпеданс підсилювача. Тому, якщо зменшується імпеданс навантаження, то зменшується і демпінг-фактор. Це може призвести до того, що баси та великий барабан можуть звучати менш пружно.
Навіть якщо заявлено, що підсилювач потужності здатний працювати при 2-омному навантаженні з високою потужністю, я не рекомендую підключати багато гучномовців, щоб задіяти цю потужність.
Розглядайте роботу в 2-омному режимі як показник того, що підсилювач здатний працювати з 4-омним гучномовцем, навіть якщо імпеданс навантаження на якійсь частоті становить 2 Ом. Якщо вам потрібно більше потужності, я рекомендую встановити додатковий підсилювач та гучномовці.
Робота в мостовому режимі
Одним із шляхів отримання більшої потужності від підсилювача є робота в режимі «моно-мост». При роботі в цьому режимі АС підключається до клем підсилювача навхрест, таким чином досягається більша потужність, ніж при об’єднанні потужностей двох каналів.
Наприклад, 200 Вт стерео підсилювач може виробити 600 Вт моносигналу в мостовому режимі. Зверніть увагу, робота в режимі моста — це не бі-емпінг.
Увага: переконайтеся, що в специфікації до підсилювача зазначено, що підсилювач може працювати в режимі моста. Якщо ні, то ви пошкодите підсилювач. Деякі моделі мають спеціальний перемикач для цього режиму.
Щоб увімкнути стерео підсилювач у режим моста, переключіть перемикач та підключіть гучномовець до червоних клем обох каналів.
Наступний рисунок показує, як це зробити. Сигнали обох каналів мають протилежну полярність при роботі в режимі моста, тому загальна напруга, подана на гучномовець, вдвічі більша, ніж напруга з одного каналу. У режимі моста на одній червоній клемі сигнал з позитивною полярністю, а на іншій червоній клемі сигнал з негативною полярністю. В інструкції виробника має бути зазначено, яка клема для чого.
Підсилювач, що працює в режимі моста, дозволяє подвоїти потужність одного каналу. Подвоєння напруги подвоює силу струму на навантаженні. Теоретично, при подвоєнні напруги подвоюється струм, і в результаті ви отримуєте чотириразове збільшення потужності порівняно з одним каналом у стерео режимі. На практиці збільшення потужності становить близько 3 разів через обмежену кількість доступного струму.
Якщо підсилювач працює в мостовому режимі, то потрібно використовувати гучномовці, чий мінімальний імпеданс дорівнює подвоєному значенню імпедансу навантаження в не мостовому режимі. Наприклад, якщо підсилювач працює мінімум з 4 Ом у стерео режимі, то навантаження в мосту має бути мінімум 8 Ом. Уникайте використання 4-омного навантаження при роботі в мостовому режимі, якщо не переконалися, що в специфікації підсилювача зазначена така можливість.
У цьому режимі стерео підсилювач перетворюється на моно підсилювач, але при цьому підвищується його ефективність. Тому якщо у вашій системі два гучномовці, вам знадобляться два підсилювачі. Потрібно підключити сигнал з лівого каналу на підсилювач 1, а з правого на підсилювач 2. У мостовому режимі вихідний сигнал підсилювача плаваючий, тому Вот перевод на украинский с сохранением тегов для предоставленного фрагмента:
---
не слід підключати вихідну клему підсилювача до заземленого пристрою. Це «замкне» один канал і може зруйнувати підсилювач.
Бі-емпінг
Це остання частина даної статті. Система з одним підсилювачем використовує один канал підсилювача, який працює на гучномовець із вбудованим кросовером.
При роботі на високих потужностях кросовер відправляє НЧ на динамік, а ВЧ на високочастотний драйвер. У бі-емпінговій системі ви використовуєте один підсилювач для динаміка(ів), а інший для ВЧ-драйвера(ів). Активний кросовер відправляє НЧ на один підсилювач (або канал підсилювача), а ВЧ на інший підсилювач (або канал підсилювача). Кожен канал підсилює конкретну смугу частот, а не весь діапазон сигналу. У системі з одиночним підсиленням один підсилювач відтворює весь спектр (рисунок 3). Деякі системи можуть працювати і в триемпі, а деякі турові системи підсилюють окремо чотири і навіть п’ять смуг. Це цілком нормально для високопотужних систем.
Переваги бі-емпа такі:
При перевантаженні підсилювача, що працює на динамік, відбувається кліппінг, який не впливає на драйвер. Тому менше ймовірності, що драйвер перегорить від кліпів підсилювача. До того ж спотворення від перевантажень підсилювача чути менше, оскільки динамік не може відтворювати високі частоти.
```
* Зменшується інтермодуляція (нелінійні спотворення)
* Пряме з’єднання підсилювача з гучномовцем покращує швидкість реакції, особливо на низьких частотах
* Бі-емпінг знижує індуктивне та ємнісне навантаження, яке чинить пасивний кросовер на підсилювач потужності
* Повна потужність підсилювача, що працює на драйвер, доступна незалежно від потужності підсилювача, що працює на динамік
* У активного кросовера можна змінювати частоту зрізу, що дозволяє використовувати його з різними акустичними системами. Крім того, за його допомогою можна керувати гучністю та полярністю різних драйверів
* У активного кросовера круті спади. Це захищає гучномовці від потрапляння небажаних частот
* Таким чином ви виключаєте з тракту нелінійний пасивний НЧ-кросовер, який використовується в пасивних гучномовцях. Це призводить до кращої якості звуку
* У такому режимі пікова потужність більша, ніж при роботі з одним підсилювачем еквівалентної потужності
```
Розглянемо останній пункт детальніше. Припустимо, у вас є 800 Вт підсилювач для роботи у широкосмуговому режимі та два підсилювачі потужністю 600 Вт для НЧ і 200 Вт для ВЧ при роботі в бі-емпі.
Ви отримаєте більшу гучність від бі-емп системи, навіть якщо загальна потужність однакова. Оскільки одночасна присутність ВЧ і НЧ у сигналі одиночного 800-ватного підсилювача на великій гучності може призвести до кліппінгу. У бі-емпі ж ВЧ і НЧ смуги підсилюються окремими підсилювачами, кожен з яких здатний пропускати сигнал без кліппінгу.
Як бачимо, існує багато аспектів підсилення, які слід враховувати. Чим більше ви знаєте про нюанси, тим вищий ваш рівень професіоналізму.
Брюс Бартлет. Live Sound International.
|
|
|
|
