Вопросы подбора мощности усилителя и акустической системы: термины и способы измерения

Как характер музыкального материала влияет на предельно допустимую мощность АС?

Динамики АС могут получать повреждения двух типов – термические и механические. Предположим, что 100-ваттный усилитель вышел из строя и начал выдавать высокочастотные колебания за пределами диапазона слышимости. Легкая звуковая катушка твитера почти сразу может выйти из строя из-за перегрева. С другой стороны, предположим, что НЧ-динамик постоянно подвергается избыточной раскачке из-за рокота проигрывателя винила, слишком высокого уровня басов, обратной связи в низкочастотной области или сочетания этих факторов. Через некоторое время движущиеся части вуфера окажутся в напряженном состоянии, способном привести к смещению оси звуковой катушки и ее износу из-за трения. В особо серьезных случаях катушка может вылететь из зазора и зависнуть над магнитной системой, как показано на рис. 2.

Динамик в нормальном состоянии

Динамик в перегруженном состоянии

К таким повреждениям может привести даже не очень высокая мощность; в случае сигнала сверхнизкой частоты достаточно всего 20-30 Вт. Общепринятые инженерные практики подразумевают применение в профессиональных системах фильтров высокой частоты для ослабления сигналов за пределами полосы пропускания системы.

Введение

Мощность звука ракеты-носителя Сатурн-5 составляет 100 000 000 Вт или 200 дБ SWL

Логарифмическая шкала и логарифмические единицы часто используется в тех случаях, когда необходимо измерить некоторую величину, изменяющуюся в большом диапазоне. Примерами таких величин являются звуковое давление, магнитуда землетрясений, световой поток, различные частотно-зависимые величины, используемые в музыке (музыкальные интервалы), антенно-фидерных устройствах, электронике и акустике. Логарифмические единицы позволяют выразить отношения величин, изменяющихся в очень большом диапазоне с помощью удобных небольших чисел примерно так, как это делается при экспоненциальной записи чисел, когда любое очень большое или очень малое число может быть представлено в краткой форме в виде мантиссы и порядка. Например, мощность звука, издаваемого при запуске ракеты-носителя Сатурн, составляла 100 000 000 Вт или 200 дБ SWL. В то же время, мощность звука очень тихого разговора составляет 0,000000001 Вт или 30 дБ SWL (измерена в децибелах относительно мощности звука 10⁻¹² ватт, см. ниже).

Правда, удобные единицы? Но, как оказывается, они удобны далеко не для всех! Можно сказать, что большинство людей, плохо разбирающихся в физике, математике и технике, не понимают логарифмических единиц, таких как децибелы. Некоторые даже считают, что логарифмические величины относятся не к современной цифровой технике, а к тем временам, когда для инженерных расчетов использовали логарифмическую линейку!

Как рассчитывается номинальная мощность акустических систем JBL Professional?

Как было отмечено, динамик АС может быть поврежден в результате перегрева звуковой катушки или избыточной раскачки в низкочастотной области. В идеале нам нужен стандартный тестовый сигнал, в котором приняты в расчет оба этих вида повреждений и в то же время применимый на практике. Он описывается стандартом Международной электротехнической комиссии (IEC) № 268-5. Это сигнал типа розовый шум с коэффициентом амплитуды нагрузки 6 дБ, фильтрованный на 12 дБ на октаву ниже 40 Гц и выше 5 кГц.

Для определения номинальной мощности на испытуемые экземпляры динамиков подается тестовый сигнал с постепенным увеличением мощности и выявляется тот ее уровень, который они способны выдерживать в течение восьми часов. Подробности процесса тестирования приведены на рис. 3.

Мы уже упоминали выше, что коэффициент амплитуды нагрузки составляет 6 дБ. Поясним это в подробностях. Коэффициент амплитуды соотносится с пик-фактором сигнала и является точной мерой пикового значения шума, связанного со средней «нагревающей способностью» сигнала для звуковой катушки. Величина 6 дБ означает, что на конкретный динамик или преобразователь подается сигнал, мощность которого в четыре раза превышает среднюю. Например, при тестировании этим методом динамика с номинальной мощностью 150 Вт на него в течение восьми часов подавался бы сигнал с мгновенной мощностью 600 Вт. Этот метод настолько хорошо отвечает реальным условиям работы динамиков, что компания JBL теперь применяет его для всех акустических систем, отказавшись от всех ранее использовавшихся показателей мощности.

[править] Ликбез

Измерять звук ваттами еще более глупо, чем фотографию мегапикселями, что не мешает 95% потребителей оценивать фотоаппараты и быдлофоны как раз таки по количеству этих самых мехопикселей. Мощность — это всего-навсего физическая крепкость акустической системы, и говорит об способности выдерживать сигналы большой амплитуды, не разрушаясь от перегрева или превышения допустимого хода подвижной системы. Единственное, для чего этот параметр нужен в бытовой акустике — согласование с мощностью усилителя. Куда более важно другое — АЧХ, размер драйвера, тип корпуса, чувствительность. Последняя как раз означает в основном, насколько громкой будет данная АС. Чувствительность отвечает за КПД, и чаще всего указывается в параметрах как уровень звукового давления по относительной шкале SPL при удалении в 1 метр и подаче на АС сигнала мощностью 1 ватт. При каждом удвоении мощности сигнала SPL будет увеличиваться на 3 db, далее несложно посчитать, что для увеличения давления на 10 db нужно десятикратно поднять мощность, на 20 db — в 100 раз, на 30 db — в тысячу. У бытовой акустики с ее низкой чувствительностью (те же S-90 около 89 db) нет шансов хоть сколько-то показать себя по параметрам громкости, будь она хоть в десять раз мощнее. В больших туровых линейных массивах параметр «мощность» очень ценится как раз в обратном направлении. Один из самых райдерных брендов на рынке концертной акустики L-ACOUSTICS как раз прославился на поприще изготовления вдвое менее мощных чем у конкуренции (значит — экономящих электричество-рабочую силу-тонны кабеля), но при этом очень чувствительных кабинетов, таких, как K-1, который при подаче на него сигнала в один ватт лупит 114 db, что недалеко от стандартов давления на дискотечном танцполе (120 db).

[править] Блоки питания

Расово верное видео, отражающее суть явления MOAR, экшн на 1:16
Более актуальна — с начала девяностых и по наши дни — другая проблема: «китайскими ваттами» славились и продолжают славиться блоки питания (а скорее их габаритные макеты один к одному, подобные ашанбайкам в этом смысле) комповых корпусов класса «сделано подешевле для развивающихся стран и желающих купить на грош пятаков, 30-50$, блок питания в комплекте». Только вот если непригодные для езды масштабные модели велосипедов тяжелее настоящих спортивных снарядов — то с блоками питания ситуация с точностью до наоборот: откровенная липа и сейчас определяется по очень малому весу, хотя в наши дни один лишь вес качество не определяет. Массовое появление этого «чуда» имело место ещё при первом появлении самосборных компьютеров в России, уже в середине девяностых, а махровым цветом сие явление расцвело при повальной смене стандарта AT на ATX, то есть в эпоху от Pentium-II до Pentium-4 включительно. И, что сука характерно, продолжается и по сей день. На этикетках блоков питания (весом 300—400 граммов, порой даже вместе с проводами, вместо положенных солидному изделию 1.5—2 и более килограммов) рисовались достаточные мощности — 300 (неплохо!), 350 (хватит!), 400 (ещё как хватит!), 450 (для 2000 года просто дохуя!) ватт, бывало и по 550. Но мало ли что там на заборе написано — на деле блок питания с трудом тянул «печатную машинку» в течение 5—7 дней или (если очень повезёт) месяцев, после чего самовыпиливался. Сей торжественный момент сопровождался громом, молнией, салютом и неприятным запахом горелого текстолита. Часто сгоревший блок питания, как герой «из последних сил» уносил за собой в адЪ большую часть комплектующих, хорошо если оставался в живых жёсткий диск с ценными документами, а иногда дело доходило и до пожара. И немудрено: помимо маленьких трансформаторов, слабых конденсаторов, наспех приколоченных радиаторов — блок был совершенно пустой: никаких тебе фильтрующих дросселей, самопал вместо диодных сборок, а вместо следящей микросхемы — обычный плавкий предохранитель, да и он часто был заменён сделанной из канцелярской булавки проволокой, а то и куском гвоздя. Отсюда малый вес и малая надёжность. Школота (и не только), сэкономившая на стоимости (и весе, ага) блока питания, неиллюзорно срала… таки да, кирпичами.

А теперь ещё и вспомните: где эти говноблоки стояли? Да-да, особенно им «везло» в идиотской модели корпуса, где БП располагался сбоку, перед хорошо греющимся процессором, и засасывал в себя тёплый воздух от оного, разогревая сам себя. Не говоря уже о том, что такие корпуса (типа Inwin A500) были напрочь лишены корпусных вентиляторов и посадочных мест под них и просто обладали крайне уёбищной архитектурой с точки зрения охлаждения абсолютно всех комплектующих — соответственно всю работу по проветриванию брал на себя несчастный, измождённый блок. Но и в быстренько их заменивших «горизонтальных» (по способу расположения блока питания в верхней части корпуса) моделях несчастные труженики «охлаждались» прямо из духовки, нагретой градусов до 50 и выше (до сих пор многие считают расположение БП сверху единственно верным решением, словно физику в школе прогуливали). Что в совокупности с убогой, не выдерживающей никакой критики схемотехникой ещё в разы ускоряло суицидальный процесс внутри милого, ненаглядного, купленного в кредит сверх последних денег компьютера. Купленного домой как правило для залезания на готичные ресурсы дабы чёртиков фиолетовых оттуда качать для оформления экрана и просто для коллекции, это же так прогрессивно было году в 2004! А потом — крах винта, пиздец всему железу, крах ОБВМ с дорогими сердцу чёртиками, скачанными (тогда, при отсутствии иных тарифов) аж по 7 рублей за мегабайт! Всё, жизнь кончена!!!

Эпический вин китайских сборщиков заключался в том, что ярлык на блоке питания Хуйсуньвчай™ печатался в стиле избирательного бюллетеня — «нужное выделить галочкой». Жлобы с интеллигентной личиной, субтильной внешностью и в очках а-ля Билл Гейтс хоть и не травили население метанолом, но действовали по тому же принципу, обрекая на смерть его дорогостоящие комплектующие. Дельцы эти скупали лёгкие как пушинки блоки оптом от 20-30 штук и более (благо в сумке можно было одной рукой нести, обходясь общественным транспортом), сводили метку бензином, рисовали её в последней клетке и с лёгкостью перепродавали эти банки из-под яги вдвое, а то и втрое дороже закупочной цены, не спекулируя так откровенно на микроэлектронике. И, как следствие, каждое лето ездили отдыхать как минимум в Венецию. Если лох начинал гнуть пальцы, возмущаясь малым весом блока — продавец валил всё на технический прогресс в микроэлектронике. И человек, не закончивший физмат или физтех, покупался на это сравнительно легко. PROFIT!!! Данному «блокотрону» способствовала тотальная неосведомлённость населения в этом вопросе из-за непомерной дороговизны модемного или помегабайтного интернета и, как следствие, из-за малого желания экспертов публиковать грамотные обзоры в связи с малой посещаемостью соответствующих интернет-ресурсов. Хотя… кое-где данная инфа появлялась, ссылки в конце данной части.

В те времена, имея в виду первую половину ноль-нулевых, встретить качественный, не облегчённый блок питания отдельно от корпуса можно было разве что в Нерезиновске, Бандитском и иных мультифора-сити, да и то объехав чуть ли не половину города. Сейчас же торговля комплектующими вышла из сумрачных сырых подвалов в цивильные супермаркеты, параллельно торгующие зомбоящиками, быдлодевайсами, говнозеркалками и даже роботами-пылесосами. Там качественные (и не очень) блоки питания лежат прямо на витрине — выбирай какой хочешь, но только мимо кассы «случайно» не пронеси.

Честный блок от Inwin всего на 250 ватт, но с чуть менее чем всеми причиндалами, присутствующими в современных блоках питания over1000 ватт, весил солидно как кирпич. Да, слабым он был по нынешним временам — но убогую системку с Целероном-4, с единственными винтом и оптическим приводом, не обиженную (1024 и более) оперативной памятью, тянул исправно, ломаясь лишь при установке дискретной видеокарты приличного по тем временам уровня (6600GT, 9800XT), да и то постепенно. Блоки же питания стандарта AT, то есть, на первых пнях и ранее, выпускались намного качественнее, и до сих пор без проблем пашут на этих раритетах, подключенных, например, к старому, но ещё очень полезному, лабораторному оборудованию. Ну и устройство у них куда проще, чем у стандарта ATX, да и основными потребителями энергии в компьютере тады были жёсткие диски да оптические приводы с дисководами (для сравнения 386DX 1.6 ватта, Pentium I 16 ватт, видеокарты до Voodoo II и Riva TNT тоже практически не грелись), а упомянутая в скобках электроника не была столь чувствительна к пульсациям и росту/падению напряжения.

Тестирование указанной категории можно найти по следующим «антикварным» ссылкам, собранным здесь, начиная с последней (в данный момент девятой) страницы, на которой указаны ссылки на самые первые испытания, имевшие место более 10 лет назад. Там и про сараи для ваших любимых железок много сказано, ага. А вот ранее упомянутая ссылка, датированная уже весной 2012 года, также будет весьма полезна и современным любителям отрываться на нанотехнологиях, но экономить на силовых элементах.

Логарифмические единицы измерения амплитуды и мощности

Мощность

. Известно, что мощность пропорциональна квадрату амплитуды. Например, электрическая мощность, определяемая выражением P = U²/R. То есть, изменение амплитуды в 10 раз сопровождается изменением мощности в 100 раз. Соотношение двух величин мощности в децибелах определяется выражением

10 log10(P₁/P₂) dB

Амплитуда

. В связи с тем, что мощность пропорциональна квадрату амплитуды, соотношение двух величин амплитуды в децибелах описывается выражением

20 log10(P₁/P₂) dB.