Порівняння підсилювачів - чи всі характеристики однакові?
Як акустичні системи впливають на вихідну потужність підсилювача? Як порівняти показники потужності двох різних моделей підсилювачів? Чому слід уникати роботи в двухомном режимі? Використання режиму «моста» для отримання більшої потужності, і переваги роботи в біампе.
Під час конфігурування концертної системи, ви напевно зіткнетеся з питанням. «Чи будуть два підсилювача з показниками потужності 1000 Вт, але від різних виробників видавати одну і ту ж вихідну потужність?»
Припустимо, ви підключили до підсилювача паралельно кілька акустичних систем: Скільки потужності виробляє підсилювач? Більше. Менше? Або така ж кількість? Більше або менше потужності буде отримувати колонка якщо Ви додаєте інший?
Щоб відповісти на ці та інші питання необхідно докладніше розглянути поняття потужності підсилювача і навантаження.
У цій статті ми розглянемо кілька важливих питань:
1. Яке навантаження надають гучномовці на вихід підсилювача потужності
2. Як порівняти показники потужності двох різних моделей підсилювачів
3. Чому слід уникати роботи в двухомном режимі.
4. Робота в «мостовому» режимі для досягнення більшої потужності
5. Переваги біампінга.
Як навантаження впливає на вихідну потужність підсилювача
Як видно з технічних характеристик підсилювача, вихідна потужність підсилювача збільшується зі зменшенням імпедансу. Ви напевно бачили специфікацію, в якій вказана потужність 400 Вт при 8-омной навантаженні, 600 Вт при 4-омной, і 800 Вт при 2-омной. Чому так відбувається?
Щоб пояснити це, давайте почнемо з основ. Закон Ома говорить Сила струму = Напруга / Опір. Чим менше опір, тим більше сила струму. Так що при зменшенні імпедансу збільшується сила струму.
Приклад. Коли ви відтворюйте сигнал частотою 1 кГц через підсилювач потужності з невеликим рівнем гучності, він випускає постійна напруга, 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 (мається на увазі, 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 ви бачите, потужність підсилювача подвоюється кожен раз, коли імпеданс вдвічі зменшується. Але це при низьких рівнях гучності, коли блок живлення не виробляє великий струм.
Що ж відбувається при збільшенні числа гучномовців паралельно підключених до одного каналу підсилювача?
Якщо ви підключите восьміомную колонку до виходу підсилювача, опір становить 8 Ом. У цьому прикладі, гучномовець отримує 50 Вт. Тепер підключимо чотири восьміомних АС паралельно до того ж підсилювача. Загальний імпеданс дорівнює 2 Ом, так що підсилювач видає 200 Вт, і кожен гучномовець отримує 50 Вт.
Таким чином, кожен гучномовець отримує 50 Вт незалежно від того скільки гучномовців підключили паралельно. Це означає, що SPL збільшується кожен раз, коли ви збільшуєте число гучномовців навантажених на один підсилювач. Знову ж ми говоримо про невеликі рівнях гучності, коли підсилювача не доводиться виробляти великий струм.
Уявімо ідеальний підсилювач, підключений до мережі живлення з необмеженим струмом. Потужність цього підсилювача подвоюється кожен раз, 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 двухомной 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 із загальним опором, що прагнуть до нуля Ом. Але справжні джерела не можуть поставляти нескінченний струм. Цього не витримає ні розетка, що не вихідні транзистори - вони просто розплавляться.
У реальному світі підсилювачі потужності обмежені блоками харчування. Типовий показник потужності підсилювача при навантаженні 4 Ом приблизно в 1,5 рази більше потужності при навантаженні 8 Ом, не в 2 рази. А при навантаженні 2 Ом приблизно в 2 рази в порівнянні з 8 Омамі, і ніяк не в 4 рази.
Для більшості підсилювачів вказується потужність при роботі з навантаженнями 4 Ом і 8 Ом. Моделі hi-end рівня можуть працювати з 2-омной навантаженням. Підсилювача важче працювати з навантаженням володіє малим опором (наприклад, 2 Ома), тому що вона споживає більше струму, ніж навантаження з високим опором (наприклад, 8 Ом). «Важка навантаження» означає навантаження з низьким опором.
Підсилювачі зі слабким блоком живлення при низкоомной 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 повинно бути вказано, скільки потужності може надати підсилювач при різному навантаженні. Якщо в специфікації вказані значення для 8 Ом і 4 Ом, але немає для 2 Ом, це означає, що підсилювач не може працювати в 2-омном режимі тривалий час. Це призведе до перегріву і виходу з ладу.
Порівняння показників потужності різних підсилювачів
Чи будуть два підсилювача з однаковим показником виробляти однакову потужність насправді? Не завжди. Визначення потужності підсилювача тільки в Ватах неповноцінно.
Повноцінна оцінка потужності містить наступні фактори:
* Потужність на канал
* Кількість одночасно працюючих каналів
* Імпеданс
* THD - сумарне значення нелінійних спотворень
* Частотний діапазон
* Вказана довготривала потужність або пікова (короткострокова) 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 підсилювача можна назвати «500 ватним підсилювачами», перший буде виробляти більше потужності, ніж другий, якщо обидва будуть працювати з одним і тим же рівнем спотворень.
Припустимо, один підсилювач видає 500 Вт довготривалої потужності, а інший 500 Вт пікової. Перший буде чисто працювати при 500 Вт довготривалої потужності, другий же при цьому значенні буде кліповать.
Необхідно порівнювати за однаковими параметрами. 500 Вт на одному підсилювачі, зовсім не обов'язково ті ж 500 Вт на іншому підсилювачі. Порівнюйте обидва підсилювача з однаковими значенням THD, при однаковому імпедансі навантаження, і з однаковим значенням тривалої потужності на такому ж діапазоні частот.
Крім того, різні виробники можуть по-різному вимірювати потужність своїх виробів. Деякі компанії занижують показники потужності підсилювача, щоб бути впевненими в тому, що всі вироблені вироби будуть відповідати заявленим характеристикам.
Більшість же підсилювачів видають трохи менше потужності, якщо задіяні всі канали. Це відбувається з тієї причини, 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 двухомном режимі
Хоча деякі підсилювачі і можуть працювати в двухомном режимі тривалий час, найкраще уникати цього.
Коли говорять, що імпеданс гучномовця дорівнює 8 або 4 Ом, то слід розуміти, що це номінальний або усереднений показник. Імпеданс змінюється з частотою, тому восьміомний гучномовець може мати імпеданс 6 Ом на певній частоті.
Значення імпедансу для чотирьох восьміомних гучномовців підключених в паралель на цій частоті дорівнюватиме 1,5 Ом, що практично означає коротке замикання в підсилювачі. В результаті перегрів і можливий вихід з ладу. Це одна з причин, чому не варто працювати при двухомной навантаженні.
Крім усього, гучномовці є реактивним навантаженням, а не тільки резистивной. Вони володіють індуктивністю і ємністю. Що робить таке навантаження для деяких підсилювачів особливо важкої, і призводить до більшого нагрівання підсилювача. Високоякісні моделі справляються з такими навантаженнями легше, ніж більш прості моделі.
Робота підсилювача з навантаженням з низьким значенням імпедансу призводить до нагрівання підсилювача, тому що таке навантаження споживає більше струму. Більший струм призводить до більшого розсіюванню тепла за внутрішньою будовою підсилювача. Висока температура призводить до виходу з ладу транзисторів, а цього потрібно уникати.
При роботі з навантаженням 2 Ом, більше потужності втрачається і йде на нагрів кабелю, чим при 4-омной навантаженням. Для зниження втрат на нагрівання необхідний дуже товстий акустичний кабель.
Як ми знаємо, демпінгом фактор = імпеданс навантаження / вихідний імпеданс підсилювача. Отже, якщо зменшується імпеданс навантаження, то зменшується і демпінгом-фактор. Це може привести до того, що баси і великий барабан можуть звучати менш пружно
Навіть якщо заявлено, що підсилювач потужності здатний працювати при 2-омной навантаженні з високою потужністю, я не рекомендую підключати багато гучномовців, щоб задіяти цю потужність.
Розглядайте роботу в 2-омном режимі як показник того, що підсилювач здатний працювати з 4-омним гучномовцем, навіть якщо імпеданс навантаження на будь-якої частоті складе 2 Ом. Якщо вам потрібно більше потужності, я рекомендую поставити додатковий підсилювач і гучномовці.
Робота в мостовому режимі
Одним із шляхів отримання більшої потужності від підсилювача є робота в режимі «моно-міст». При роботі в цьому режимі АС підключається до клем підсилювача навхрест, таким чином, досягається велика потужність, ніж при об'єднанні потужностей двох каналів.
Наприклад, 200 Вт стерео підсилювач може призвести 600 Вт моносігнала в мостовому режимі. Зауважте, робота в режимі моста це не біампінг.
Увага: переконайтеся, що в специфікації до підсилювача сказано про те, що підсилювач може працювати в режимі моста. Якщо немає, то ви пошкодите підсилювач. Деякі моделі мають спеціальний перемикач для цього режиму.
Щоб включити стерео підсилювач в режим моста, переведіть вимикач і підключіть гучномовець до червоних клем обох каналів.
Наступний малюнок показує, як це зробити. Сигнали обох каналів мають протилежну полярність при роботі в режимі моста, так що загальне напруження, подану на гучномовець вдвічі більше ніж напруга з одного каналу. У режимі моста на одній червоної клеми сигнал з позитивною полярністю, а на інший червоної клеми 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 напруга збільшує вдвічі силу струму на навантаженні. У теорії, при подвоєнні напруги подвоюється струм, і в результаті ви отримуєте чотириразове збільшення потужності в порівнянні з одним каналом в стерео режимі. На практиці збільшення потужності становить близько 3 раз з тієї причини, що кількість доступного струму обмежена.
Якщо підсилювач працює в мостовому режимі, то ви повинні використовувати гучномовці чий мінімальний імпеданс дорівнює подвоєному значенню імпедансу навантаження в НЕ мостовому режимі. Наприклад, якщо підсилювач працює мінімум з 4 Омам в стерео режимі, то навантаження в мосту повинна бути мінімум 8 Ом. Уникайте використання 4-омной навантаження при роботі в мостовому режимі, якщо не переконалися, що в специфікації до підсилювача не зазначена така можливість.
В цьому режимі стерео підсилювача перетворюється в моно підсилювач, але при цьому підвищується його ефективність. Так що якщо у вашій системі два гучномовця в системі, то вам знадобиться два підсилювача. Вам необхідно підключити сигнал з лівого каналу на підсилювач 1, а з правого на підсилювач 2. В мостовому режимі вихідний сигнал підсилювача плаваючий, тому ви не повинні підключати вихідну клему підсилювача до заземленого пристрою. Це «закоротити» один канал і може підірвати підсилювач.
Це остання частина цієї статті. Система з одним підсилювачем використовує один канал підсилювача працює на гучномовець з вбудованим кросовером.
Робота на високих потужності кроcсовер посилає НЧ на динамік, а ВЧ на високочастотний драйвер. У біампінговой системі, ви використовуєте один підсилювач для динаміка (ів), а інший для ВЧ-драйвера (ів). Активний кросовер посилає 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 ж з одиночним посиленням, один підсилювач відтворює весь спектр (рисунок 3). Деякі системи можуть працювати і в тріампе, а деякі турові системи підсилюють окремо чотири і навіть п'ять смуг. Що цілком нормально для високопотужних систем.
Переваги біампа наступні:
При перевантаженні підсилювача працює на динамік відбувається кліппірованіе, яке не робить ніякого впливу на драйвер. Так що менше ймовірність того, що драйвер згорить від кліпів підсилювача. До того ж, спотворення від перевантажень підсилювача чути менше, так як динамік не може відтворювати високі частоти.
* Знижується інтермодуляція (нелінійні спотворення)
* Пряме з'єднання підсилювача з гучномовцем покращує швидкість реакції, особливо на низьких частотах
* Біампінг знижує індуктивну і ємнісне навантаження надається на підсилювач потужності пасивним кросовер
* Повна потужність підсилювача працює на драйвер доступна незалежно від потужності підсилювача працює на динамік.
* У активного кроссовера можна змінювати частоту зрізу, що дозволяє використовувати його з різними акустичними системами. Крім того з його допомогою можна управляти гучністю і полярністю різних драйверів.
* У активного кроссовера круті спади. Це захищає гучномовці від попадання небажаних частот.
* Таким чином ви виключаєте з тракту нелінійний пасивний НЧ кросовер використовуваний в пасивних гучномовцях. Це призводить до кращої якості звуку.
* У такому режимі пікова потужність більше, ніж при роботі з одним підсилювачем еквівалентної потужності.
Давайте розглянемо останній пункт детальніше. Припустимо у вас є 800 Вт підсилювач для роботи в широкосмуговому режимі, і два підсилювача потужності 600 Вт для НЧ і 200 Вт для ВЧ при роботі в біампе.
Ви отримаєте велику гучність від біамп-системи, навіть якщо значення загальної потужності однаково. Оскільки одночасна присутність високих і низьких тонів в сигналі одиночного 800-ватного підсилювача на високому рівні гучності може призвести до кліпування. У біампе же високих і низьких тонів смуги посилюються окремими підсилювачами, кожен з яких здатний пропускати сигнал без кліппірованія.
Як ми бачимо, існує багато аспектів посилення, які слід враховувати. Чим більше ви знаєте про нюанси, тим вище ваш рівень професіоналізму.
Брюс Бартлет. Live Sound International.