Азы Автозвука, ... или что надо знать прежде всего.... Опции

[smt]

Здравствуйте, уважаемые посетители.

Целью данного поста служит "донести" до Всех желающих "самые простые" понятия (азы) по Автозвуку, дабы в дальнейшем исключить некоторое недопонимание со стороны друг-друга.

Пусть Вас не смущает, что некоторые примеры как установок так и расчетов рассмотрены на автомобилях Таврия. Приведенная здесь информация (сам принцип) может использоваться не только на Тавриях, но и на других автомобилях, в том числе и на Маздах.

Весь использованный материал написан и размещен "в оригинале" здесь:
]]>http://tavria.org.ua/forum/viewtopic.php?t=225]]>
Автор: Ботаник

Приношу огромную благодарность Автору (Ботанику), от своего имени, за столь хорошо написанный материал, который очень легко и приятно читать!!!

Вступление закончено......В Добрый Путь!!!

[smt]

Алпайн,поставляемый на Европу имеет надпись на коробке 4Х60MAX огромного размера,А та же модель,делаемая на штаты-маленькую скромную надпись 4Х18RMS.Микросхемы УНЧ стоят одинаковые. Вот и делайте вывод...

Все просто.

1. Смотрим на все это с одной стороны - в анфас (теоретически возможные предельные значения).

P=U*I. I=U/R. P=U^2/R. Закон Ома, который без вариантов говорит о том, что на нагрузке 4Ома и напряжении 14,4В на постоянном токе можно получить 51,84 Вт. Это у нас будет Pmax.

Типа круто, только сигнал-то усиливается переменный. Замечательно, прямоугольные импульсы - тоже переменный. Опять не то - к реальному музыкальному сигналу никакого отношения не имеет.

Берем синус, ведь, в принципе, пачкой синусов довольно точно можно аппроксимировать любой музыкальный сигнал (правда синусы не только разной частоты, но и амплитуды, но... потом об этом. ). Там, естественно, Us не равно U, а Us=U/корень.кв(2). То есть P=(U/корень.кв(2))^2/R. Упрощая выражение, получаем U^2/2*R. То есть 25,92Вт. Это у нас будет Prms.

Аллес, законы физики - выше головы не прыгнешь. Есть способы прыгать, например, вниз головой или, на крайний случай - сунув голову подмышку - ну об этом дальше, если читать не лень.

2. Смотрим на тот же хм... предмет в профиль (возможные максимальные значения на реально достижимых некриогенных процессах в микросхемах).

Берем в качестве нагрузки неиндуктивную сопроту на 4 Ома кило так в 10 весом, даем пожрать усю на вход меандр, меряем и получаем недолгое чЮдо - 50Вт/канал. Естественно, усилитель по мостовой схеме, иначе речь будет идти не о 14,4В питания, а о 7,2В. Недолгое - это в прямом смысле совсем недолгое. 100мс, если точнее. Ибо рассеять при таком изврате с микрухи надо 160-180Вт тепла, а физически из-за своих размеров и теплопроводности радиатору она отдать больше 80Вт не может. Температура корпуса (будем даже считать, что она равна температуре радиатора) при рассеивании 80Вт будет ~70 градусов. А температура усилителя внутри корпуса микросхемы будет примерно 150 градусов. Выше - низзя. Или сгорит начинка или сработает тепловая защита (в тех усилителях, где она есть).

На выходе усилителя при этом не сигнал, а полный атас, динамику уж точно кирдык придет. Да и сигнала такого не бывает в музыке. Такая ситуевина нас, понятно, не устраивает.

Хорошо, берем тот же синус. Устанавливаем верхнюю планку искажений (нам ведь сигнал усиленный нужен, а не куча электронного мусора на выходе), скажем - 1%. Получаем примерно те же 18Вт, о которых шла речь.

Уже ближе к истине, при этом сказочные 50-60Вт/канал все больше начинают напоминать известную надпись на заборе. Но окончательно они ею становятся, когда мы, понимая, что КНИ=1% - не есть хорошо, поднимаем планку до 0,1%.
Меряем мощность ...опаньки - 4 Вт от силы... И то не у всех.

Некоторые об этом пишут (хотя бы в прилагаемой инструкции), например, так: THD=0,1% (4 Ohms, 3W x 4, 1kHz). Другие даже в той же инструкции указывают примерно так: 4x18W RMS (4 Ohms) THD 1% (1kHz). Хитромудрость подобной записи еще в том, что при такой мощности это только на синусе 1кГц - КНИ=1%, а на синусе 10кГц - в разы выше. На 20кГц - на порядок выше - уж точно. Третьи - вообще не парятся и указывают отдельной строкой - минимальные искажения, а второй - максимальную мощность, что достигается только при совершенно бредовом уровне искажений. Вот у тех даже цифры RMS вплотную подбираются к надписи на заборе.

Еще один затык - клиппирование, "обрезание" максимумов сигнала. Оно наступает не только при нехватке питающего напряжения, но и зависит от КПД усилителя, а значит и от все той же рассеиваемой мощности. Так вот обычно начало клиппирования наступает при Ptot=25-50Вт, что соответствует выходной мощности опять же - 4-4,5Вт/канал.

Финиш - технологические ограничения. И это еще в лабораторных условиях при различных идеально-нереальных нюансах, о которых никто из производителей громко не кричит. Опять выше головы не прыгнешь и опять же на "хитрую понятно_что" есть "известно_что с винтом".

3. Смотрим все на тот же предмет в натуральную величину, в 3D, так сказать - как он будет использоваться в тех условиях, для которых он и предназначен.

С ходу опускаем занавес жалости над радиаторами, которые изо всех сил стараются охладить микросхему в тесной сауне в торпедо или консоли. Вопрос о том, когда выходная мощность начнет ограничиваться невозможностью дальнейшего теплового рассеивания (в современных чипах есть такая фича) - зависит от того, как эффективно охлаждается голова. Но это маловажно на самом деле. Гораздо важнее другие вещи, о которых реклама изо всех сил скромно молчит в тряпочку.

Первое - напряжение в сети нестабильно и зависит от многих условий (в том числе и от работы самой головы) даже при исправно работающем генераторе на заведенном двигателе и полностью заряженной АКБ. Кто не верит и у кого нет вольтметра - поставьте и убедитесь. Как следствие - подскакивает уровень искажений и падает мощность. Когда же питание от одной только АКБ при заглушенном двигателе - какие ж там, к чертям собачьим, 14,4В?

Второе - кто сказал, что импеданс динамика на музыкальном сигнале 4Ома? Это его сопротивление постоянному току, не более того. На самом-то деле на разных частотах - разные значения. Вблизи резонансной частоты у мидбаса, например, импеданс может подскакивать до 30-50 Ом. А это ведь столь милые сердцу басовые частоты, которыми обязательно надо похвастаться - "во как басы давят - у мафона мощща 60Вт на канал!". Ну-ну...

Ко всему прочему катушка динамика при работе нагревается и очень сильно - не зря их на каптон мотают и вентиляцию делают. Кто вспомнит, что при этом происходит с ее сопротивлением? Правильно, повышается - можно взять конфетку из вазочки.

Мало того, никто не заикается о том, что творит такой усилитель при работе на емкостную нагрузку. А он ее не любит, иногда до изжоги. Откуда она взялась? Да мало ли... Далеко ходить не надо - представляешь кроссовер без конденсаторов? Лично я - нет. А коаксиалы или компоненты без кроссовера? Аналогично. Кстати, о том, какой величины "свой кусок" кроссоверы откусывают от "огромного" пирога мощности головы - опять же - всеобщее молчание.

Еще одна веселая штука - это о слагаемых реального сигнала разной частоты и амплитуды. Не существует музыкальных записей с постоянным уровнем 0дБ, да еще простым синусом. Средний уровень записи много ниже, да еще и его динамический диапазон - под сотню дБ (впрочем, и тут врут , но 60-70 - точно есть). Соответственно даже на пиковых уровнях музыкального сигнала выходное напряжение, а, следовательно, и выходная мощность никогда не достигнут тех величин, что при синусоидальном сигнале в течение долей секунд.

То, на что вроде бы способен усь в голове и что он осилит в реальной жизни - две толстые разницы.

4. Самое простое - смотрим все на тот же... с ж...адницы. А в этом месте у головы обычно стоит предохранитель, который ограничивает потребляемую мощность. И рассчитан он на всю голову - на питание усилителя, темброблока, предусилителя, процессора, улучшайзеров, пикапа, лазера, привода диска/кассеты, моторизованной "морды", механизма загрузки, дисплейчика и его подсветки, "дельфинчиков", ЦАПов и декодеров, встроенных кроссов и обработчиков сигналов ДУ, радиотракта и т.п.

В общем, начинка головы плюс-минус мелочи для каждой модели в отдельности. Как говорится - "все ерунда, кроме пчел, пчелы - тоже ерунда, но их - много". И все это - с учетом их КПД и, естественно, с некоторым запасом для нефатальных пиков потребления. Для справки - в головах без встроенных усилителей номинал предохранителя обычно 3-4А. Но в таких головах обычно никаких "дельфинчиков" и прочей лабуды нет, т.е. столько потребляет вся голова без уся. Во всех прочих - так же, остальное едят "дельфинчики" и сам усилитель.

Берем номинал того предохранителя, что есть, вычитаем 3-4А, потом тупо делим получившееся число на 2 (КПД), потом на 4 (канала) потом умножаем на 14,4 и получаем выходную мощность на канал при которой сгорит предохранитель. Без комментариев.

Вот такая вот фигня получается. Еще одна голова, выше которой не прыгнуть.



А теперь о способах половчей постараться подпрыгнуть выше нее при неизменном и непререкаемом P=U^2/R.

1. Опускаем планку. Понижаем R. Для того разрабатываются "жаростойкие" усилители, что могут безболезненно переносить низкоомную нагрузку. Только проблемка - при обычных 4-Омных динамиках толку от такого решения - никакого. Пример - Пионер. Надпись на заборе при этом - 70Вт/канал.

2. С разбега. Повышаем U. Разными путями.

Путь первый (на костылях с пружинами и с головой подмышкой) - с помощью конденсаторов вольтдобавки, которые в идеале должны подзаряжаться при низком уровне сигнала и малой потребляемой мощности, а при повышении уровня сигнала - разряжаясь, добавлять свою крошку к напряжению питания. Ну это в идеале. А вот когда усилитель нагружен "по самое нихачю" и жрет из сети так, что напряжение проседает - когда будут заряжаться эти конденсаторы - а ХЗ. Пример - да любой производитель. Надпись на заборе - 55-60Вт/канал.

Путь второй (с подкидной доской) - используя ПН. Есть такие головы, где наличествует преобразователь напряжения. Ну, места в голове мало, серьезный трансформатор с емкостями там не разместить, так что ПН детсадовский, конечно, но "настоящий". О "суперном" подъеме напряжения и "взрослых" нагрузочных способностях речь не идет, но мощность действительно можно поднять раза в полтора или чуть больше. Все бы вроде шоколадно, только тепла при этом выделяется - мама дорогая... А радиатор больше головы не сделать. Пример - Панасоник. Надпись на заборе - 70Вт/канал.

3. Просто не забивать голову всеми этими цифрами. Ибо - некритично. Фокус в том, что в итоге усилитель работает на акустику. А та - на наш слуховой аппарат, который имеет привычку оценивать мощность (в данном случае, разумеется - громкость) не в линейной, а в логарифмической зависимости. Потому всерьез говорить о смешной разнице в мощности между усилителями разных голов - так же нелепо, как оценивать мощность двигателя примерно следующим образом:
60 л.с. - задохлик,
60.1 л.с. - мощный движок,
60.2 л.с. - ну ваще Феррари.

Совсем другое дело - "прыгать с шестом и вниз головой".
Т.е. используя внешние усилители. Там, где не существует ограничений и требований, предъявляемых к усилителям ГУ, где сурьезный БП (иногда - вообще по штуке, а то и по два на канал), двуполярное высоковольтное питание, огромные радиаторы (иногда с принудительной вентиляцией), к которым привинчены раздельные оконечные усилители на каждый канал (а то и раздельные на разные плечи канала), неслабые емкости на вторичном питании, возможность подключать нагрузку в доли Ома и т.д и т.п.

Но... на "известно_что с винтом" есть "понятно_что с закоулками". Рано или поздно наступает момент, когда энергоресурсы автомобиля уже не могут обеспечить наращивание выходной мощности усилителей. Можно, конечно, ставить целые батареи АКБ и генераторы с умопомрачительной отдачей (за такие же умопомрачительные деньги )...

Но есть и другой способ - на "понятно_что с закоулками" найти "известно_что с путеводителем" - пойти путем джедая (иногда камикадзе) - прыгать головой отдельно, ногами отдельно. То есть - разные внешние усилители. Исходим из того, что в низкочастотном диапазоне наши уши гораздо менее восприимчмвы к разного рода нюансам, в т.ч. искажениям. В то же время воспроизведение этих частот - самый энергоемкий процесс для усилителя. Ставим импульсный усилитель с повышенным КПД на СНЧ диапазон (там не нужна большая частота дискретизации) и "нормальный", гораздо менее прожорливый - на остальные диапазоны. И получаем бОльший суммарный КПД, а следовательно - бОльшую выходную мощность системы при равных с прочими вариантами условиях.

О чем это я? Да только о том, что оценивать одну лишь мощность и сравнивать по ней головы - пустое занятие. А уж если действительно нужна серьезная мощность - тем более не стОит обращать внимание на встроенные усилители головы - они же с рождения дистрофики.