Источник: www.prosoundblog.ru
Как акустические системы влияют на выходную мощность усилителя? Как сравнить показатели мощности двух разных моделей усилителей? Почему следует избегать работы в двухомном режиме? Использование режима «моста» для получения большей мощности, и преимущества работы в биампе.
Во время конфигурирования концертной системы, вы наверняка столкнетесь с вопросом : «будут ли два усилителя с показателями мощности 1000 Вт, но от разных производителей выдавать одну и ту же выходную мощность?»
Предположим, вы подключили к усилителю параллельно несколько акустических систем: Сколько мощности производит усилитель? Больше ? Меньше? Или такое же количество? Больше или меньше мощности будет получать колонка при добавлении еще одной?
Чтобы ответить на эти и другие вопросы необходимо подробнее рассмотреть понятия мощности усилителя и нагрузки.
В этой статье мы рассмотрим несколько важных вопросов:
1. Какую нагрузку оказывают громкоговорители на выход усилителя мощности
2. Как сравнить показатели мощности двух разных моделей усилителей
3. Почему следует избегать работы в двухомном режиме.
4. Работа в «мостовом» режиме для достижения большей мощности
5. Преимущества биампинга.
Как нагрузка влияет на выходную мощность усилителя
Как видно из технических характеристик усилителя, выходная мощность усилителя увеличивается с уменьшением импеданса. Вы наверняка видели спецификацию, в которой указана мощность 400 Вт при 8-омной нагрузке, 600 Вт при 4-омной, и 800 Вт при 2-омной. Почему так происходит?
Чтобы объяснить это, давайте начнем с основ. Закон Ома гласит Сила тока = Напряжение/Сопротивление. Чем меньше сопротивление, тем больше сила тока. Так что при уменьшении импеданса увеличивается сила тока .
Пример. Когда вы воспроизводите сигнал частотой 1 кГц через усилитель мощности с небольшим уровнем громкости, он выпускает постоянное напряжение, скажем, 20 вольт. Какова сила тока при импедансе 8 Ом, 4 Ом, 2 Ом?
Сила тока = Напряжение/Сопротивление
* 20 В/8 Ом = 2,5 А
* 20 В/4 Ом = 5 А
* 20 В/2 Ом = 10 А (подразумевается, что усилитель выдает ток 10 А)
Мощность = Напряжение х Сила тока. Таким образом, получаем следующие значения мощности :
* 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
Как вы видите, мощность усилителя удваивается каждый раз, когда импеданс вдвое уменьшается. Но это при низких уровнях громкости, когда блок питания не производит большой ток.
Что же происходит при увеличении числа громкоговорителей параллельно подключенных к одному каналу усилителя?
Если вы подключите восьмиомную колонку к выходу усилителя, импеданс составляет 8 Ом. В этом примере, громкоговоритель получает 50 Вт. Теперь подключим четыре восьмиомных АС параллельно к тому же усилителю. Общий импеданс равен 2 Ом, так что усилитель выдает 200 Вт, и каждый громкоговоритель получает 50 Вт.
Таким образом, каждый громкоговоритель получает 50 Вт независимо от того сколько громкоговорителей подключили параллельно. Это означает, что SPL увеличивается каждый раз, когда вы увеличиваете число громкоговорителей нагруженных на один усилитель. Опять же мы говорим о небольших уровнях громкости, когда усилителю не приходится производить большой ток.
Представим идеальный усилитель, подключенный к сети питания с неограниченным током. Мощность этого усилителя удваивается каждый раз, когда импеданс уменьшается вдвое. Если усилитель производит 400 Вт при нагрузке 8 Ом, то при 4 Ом он может выдать 800 Вт, или 1600 Вт при двухомной нагрузке.
Этот идеальный усилитель подключен к источнику питания с постоянным напряжением, которое не зависит от того сколько тока он выдает. Этот источник питания может выдержать сотни громкоговорителей подключенных параллельно с общим импедансом, стремящимся к нулю Ом. Но настоящие источники не могут поставлять бесконечный ток. Этого не выдержит ни розетка, не выходные транзисторы – они просто расплавятся.
В реальном мире усилители мощности ограничены блоками питания. Типичный показатель мощности усилителя при нагрузке 4 Ом приблизительно в 1,5 раза больше мощности при нагрузке 8 Ом, не в 2 раза. А при нагрузке 2 Ом приблизительно в 2 раза по сравнению с 8 Омами, и никак не в 4 раза.
Для большинства усилителей указывается мощность при работе с нагрузками 4 Ом и 8 Ом. Модели hi-end уровня могут работать с 2-омной нагрузкой. Усилителю тяжелее работать с нагрузкой обладающей малым импедансом (например, 2 Ома), т.к. она потребляет больше тока, чем нагрузка с высоким импедансом (например, 8 Ом). «Тяжелая нагрузка» означает нагрузку с низким импедансом.
Усилители со слабым блоком питания при низкоомной нагрузке просто не в состоянии выработать необходимый ток. Усилители с хорошим блоком питания могут производить больше тока, и соответственно больше мощности.
Проверьте спецификацию усилителя. Там должно быть указано, сколько мощности может предоставить усилитель при разной нагрузке. Если в спецификации указаны значения для 8 Ом и 4 Ом, но нет для 2 Ом, это означает, что усилитель не может работать в 2-омном режиме длительное время. Это приведет к перегреву и выходу из строя.
Сравнение показателей мощности разных усилителей
Будут ли два усилителя с одинаковым показателем производить одинаковую мощность на самом деле? Не всегда. Определение мощности усилителя только в Ваттах неполноценно.
Полноценная оценка мощности содержит следующие факторы:
* Мощность на канал
* Количество одновременно работающих каналов
* Импеданс
* THD – суммарное значение нелинейных искажений
* Частотный диапазон
* Указана долговременная мощность или пиковая (краткосрочная) мощность
Предположим, один усилитель производит 500 Вт на канал при 0,01% THD. Другой усилитель производит 500 Вт на канал при 1% THD. Хотя оба усилителя можно назвать «500 ватным усилителями», первый будет производить больше мощности, чем второй, если оба будут работать с одним и тем же уровнем искажений.
Предположим, один усилитель выдает 500 Вт долговременной мощности, а другой 500 Вт пиковой. Первый будет чисто работать при 500 Вт долговременной мощности, второй же при этом значении будет клиповать.
Необходимо сравнивать по одинаковым параметрам. 500 Вт на одном усилителе, совсем не обязательно те же 500 Вт на другом усилителе. Сравнивайте оба усилителя с одинаковыми значением THD, при одинаковом импедансе нагрузки, и с одинаковым значением длительной мощности на таком же диапазоне частот.
Кроме того, разные производители могут по-разному измерять мощность своих изделий. Некоторые компании занижают показатели мощности усилителя, чтобы быть уверенными в том, что все произведенные изделия будут соответствовать заявленным характеристикам.
Большинство же усилителей выдают немного меньше мощности, если задействованы все каналы. Это происходит по той причине, что в этом случае блок питания на каждый канал выдает меньшее напряжение. Усилители с двумя независимыми блоками питания не имеют такой проблемы.
Избегайте работы в двухомном режиме
Хотя некоторые усилители и могут работать в двухомном режиме длительное время, лучше всего избегать этого.
Когда говорят, что импеданс громкоговорителя равен 8 или 4 Ом, то следует понимать, что это номинальный или усредненный показатель. Импеданс изменяется с частотой, поэтому восьмиомный громкоговоритель может иметь импеданс 6 Ом на определенной частоте.
Значение импеданса для четырех восьмиомных громкоговорителей подключенных в параллель на этой частоте будет равно 1,5 Ом, что практически означает короткое замыкание в усилителе. В результате перегрев и возможный выход из строя. Это одна из причин, почему не стоит работать при двухомной нагрузке.
Кроме всего, громкоговорители являются реактивной нагрузкой, а не только резистивной. Они обладают индуктивностью и емкостью. Что делает такую нагрузку для некоторых усилителей особенно тяжелой, и приводит к большему нагреву усилителя. Высококачественные модели справляются с такими нагрузками легче, чем более простые модели.
Работа усилителя с нагрузкой с низким значением импеданса приводит к нагреву усилителя, т.к. такая нагрузка потребляет больше тока. Больший ток приводит к большему рассеиванию тепла по внутреннему устройству усилителя. Высокая температура приводит к выходу из строя транзисторов, а этого нужно избегать.
При работе с нагрузкой 2 Ом, больше мощности теряется и уходит на нагрев кабеля, чем при 4-омной нагрузкой. Для снижения потерь на нагрев необходим очень толстый акустический кабель.
Как мы знаем, дэмпинг фактор = импеданс нагрузки / выходной импеданс усилителя. Следовательно, если уменьшается импеданс нагрузки, то уменьшается и дэмпинг-фактор. Это может привести к тому, что басы и большой барабан могут звучать менее упруго
Даже если заявлено, что усилитель мощности способен работать при 2-омной нагрузке с высокой мощностью, я не рекомендую подключать много громкоговорителей, чтобы задействовать эту мощность.
Рассматривайте работу в 2-омном режиме как показатель того, что усилитель способен работать с 4-омным громкоговорителем, даже если импеданс нагрузки на какой-либо частоте составит 2 Ом. Если вам нужно больше мощности, я рекомендую поставить дополнительный усилитель и громкоговорители.
Работа в мостовом режиме
Одним из путей получения большей мощности от усилителя является работа в режиме «моно-мост». При работе в этом режиме АС подключается к клемам усилителя накрест, таким образом, достигается большая мощность, чем при объединении мощностей двух каналов.
Например, 200 Вт стерео усилитель может произвести 600 Вт моносигнала в мостовом режиме. Заметьте, работа в режиме моста это не биампинг.
Внимание: убедитесь, что в спецификации к усилителю сказано о том, что усилитель может работать в режиме моста. Если нет, то вы повредите усилитель. Некоторые модели имеют специальный переключатель для этого режима.
Чтобы включить стерео усилитель в режим моста, переключите выключатель и подключите громкоговоритель к красным клеммам обоих каналов.
Следующий рисунок показывает, как это сделать. Сигналы обоих каналов имеют противоположную полярность при работе в режиме моста, так что общее напряжение, поданное на громкоговоритель вдвое больше чем напряжение с одного канала. В режиме моста на одной красной клемме сигнал с положительной полярностью, а на другой красной клемме сигнал с отрицательной полярностью. В инструкции производителя должно быть указано, какая клемма для чего.
Усилитель, работающий в режиме моста, позволяет удвоить мощность одного канала. Удвоение напряжение увеличивает вдвое силу тока на нагрузке. В теории, при удвоении напряжения удваивается ток, и в результате вы получаете четырехкратное увеличение мощности по сравнению с одним каналом в стерео режиме. На практике увеличение мощности составляет около 3 раз по той причине, что количество доступного тока ограничено.
Если усилитель работает в мостовом режиме, то вы должны использовать громкоговорители чей минимальный импеданс равен удвоенному значению импеданса нагрузки в не мостовом режиме. Например, если усилитель работает минимум с 4 Омам в стерео режиме, то нагрузка в мосту должна быть минимум 8 Ом. Избегайте использования 4-омной нагрузки при работе в мостовом режиме, если не убедились, что в спецификации к усилителю не указана такая возможность.
В этом режиме стерео усилителя превращается в моно усилитель, но при этом повышается его эффективность. Так что если в вашей системе два громкоговорителя в системе, то вам понадобится два усилителя. Вам необходимо подключить сигнал с левого канала на усилитель 1, а с правого на усилитель 2. В мостовом режиме выходной сигнал усилителя плавающий, поэтому вы не должны подключать выходную клемму усилителя к заземленному устройству. Это «закоротит» один канал и может взорвать усилитель.
Би-ампинг
Это последняя часть данной статьи. Система с одним усилителем использует один канал усилителя работающий на громкоговоритель с встроенным кроссовером.
Работа на высоких мощности кроcсовер посылает НЧ на динамик, а ВЧ на высокочастотный драйвер. В биампинговой системе, вы используете один усилитель для динамика(ов), а другой для ВЧ-драйвера(ов). Активный кроссовер посылает НЧ на один усилитель (или канал усилителя), а ВЧ на другой усилитель (или канал усилителя). Каждый канал усиливает конкретную полосу частот, а не весь диапазон сигнала. В системе же с одиночным усилением, один усилитель воспроизводит весь спектр (рисунок 3). Некоторые системы могут работать и в триампе, а некоторые туровые системы усиливают отдельно четыре и даже пять полос. Что вполне нормально для высокомощных систем.
Преимущества биампа следующие:
При перегрузке усилителя работающего на динамик происходит клиппирование, которое не оказывает никакого действия на драйвер. Так что меньше вероятность того, что драйвер сгорит от клипов усилителя. К тому же, искажение от перегрузок усилителя слышно меньше, так как динамик не может воспроизводить высокие частоты.
* Понижается интермодуляция (нелинейные искажения)
* Прямое соединение усилителя к громкоговорителю улучшает скорость реакции, особенно на низких частотах
* Биампинг понижает индуктивную и емкостную нагрузку оказываемую на усилитель мощности пассивным кросовером
* Полная мощность усилителя работающего на драйвер доступна независимо от мощности усилителя работающего на динамик.
* У активного кроссовера можно менять частоту среза, что позволяет использовать его с разными акустическими системами. Кроме того с его помощью можно управлять громкостью и полярностью различных драйверов.
* У активного кроссовера крутые спады. Это защищает громкоговорители от попадания нежелательных частот.
* Таким образом вы исключаете из тракта нелинейный пассивный НЧ кроссовер используемый в пассивных громкоговорителях. Это приводит к лучшему качеству звука.
* В таком режиме пиковая мощность больше, чем при работе с одним усилителем эквивалентной мощности.
Давайте рассмотрим последний пункт детальнее. Предположим у вас есть 800 Вт усилитель для работы в широкополосном режиме, и два усилителя мощностями 600 Вт для НЧ и 200 Вт для ВЧ при работе в биампе.
Вы получите большую громкость от биамп-системы, даже если значение общей мощности одинаково. Т.к. одновременное присутствие ВЧ и НЧ в сигнале одиночного 800-ватного усилителя на большой громкости может привести к клиппированию. В биампе же ВЧ и НЧ полосы усиливаются отдельными усилителями, каждый из которых способен пропускать сигнал без клиппирования.
Как мы видим, существует много аспектов усиления, которые следует учитывать. Чем больше вы знаете о нюансах, тем выше ваш уровень профессионализма.
Брюс Бартлет. Live Sound International. |
