Меню

Как узнать максимальную мощность усилителя

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

Отвечаем на часто задаваемые вопросы.

Сохранить и прочитать потом —

1. Что означают такие термины, как «пиковая мощность», «мгновенная мощность», «музыкальная мощность» и «программная мощность»?

Эти термины тем или иным способом описывают изменяющуюся во времени природу музыки и необходимую для ее воспроизведения мощность электропитания. Включенная 150-ваттная лампочка создает постоянную нагрузку в 150 Вт на источник питания. А вот 150-ваттный усилитель будет отдавать акустической системе всю свою мощь только в редкие пиковые моменты. На рис. 1 изображены изменяющийся во времени музыкальный сигнал и мощность, необходимая для его воспроизведения.

Термин «пиковая мощность» на этой иллюстрации определяется как максимальная мощность, требующаяся системе в рамках указанного интервала времени. «Средняя мощность» представляет ее усредненную величину в течение этого же периода.

Следует отметить два обстоятельства: и пиковая, и средняя мощность в значительной степени зависят от характера музыкального сигнала, и их соотношение для разных музыкальных программ может сильно разниться.

В строгом смысле термин «мгновенная мощность» относится к любой краткосрочной потребности в мощности и обычно ассоциируется с ее максимальным значением, которое может потребоваться для воспроизведения музыкального сигнала. «Музыкальная мощность» и «программная мощность» не имеют строгого определения; их можно рассматривать как варианты средней мощности.

На рисунке изображена огибающая мощности музыкального сигнала по времени для типичной акустической системы, рассчитанной на использование с 300-ваттным усилителем. Обратите внимание, что большую часть времени требования по мощности остаются достаточно низкими; только хаотичные мгновенные пики требуют от системы ее выдачи в полном объеме. Отношение в децибелах, рассчитанное на основе двух пунктирных линий, называется пик-фактором сигнала. В данном случае оно составляет примерно 25 дБ, что характерно для классической музыки. Для роковых композиций значение пик-фактора лежит в диапазоне от 8 до 10 дБ.

Все акустические системы способны выдерживать намного большую мощность в кратковременном пике, чем в постоянном режиме, и правильный выбор усилителя в большой степени определяется именно этой способностью АС.

2. 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.

3. 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.

Читайте также:  Мощность обогревателя для палатки

4. Что можно сказать о неправильной эксплуатации АС в нормальном режиме? Применяются ли в подобных условиях какие-либо корректирующие коэффициенты для систем?

Да. JBL выделяет три категории способов применения АС, в которых требуется корректировка указанного для системы номинала IEC:

A. При тщательно контролируемом использовании в случаях, когда должно быть обеспечено прохождение пиковых сигналов, для системы требуется усилитель, мощность которого вдвое превышает номинал АС по IEC. Например, комплект студийных мониторов с номинальной мощностью 300 Вт будет успешно работать с усилителем с выходной мощностью 600 Вт.

Пояснение: тщательное наблюдение в данном случае необходимо. Процесс записи высококлассной музыки сегодня подразумевает наличие в сигнале всплесков высокой амплитуды. Они обычно имеют очень малую продолжительность и в силу этого не нагружают компоненты системы. Таким образом, дополнительный резерв по мощности в 3 дБ (в два раза) обеспечит более устойчивое функционирование системы и меньшую утомляемость слушателя.

B. При рутинном применении, когда в расчет должен входить постоянно высокий, но не приводящий к искажениям уровень сигнала, для системы требуется усилитель, мощность которого соответствует номиналу АС по IEC.

Пояснение: к этому случаю относится большая часть ситуаций, в которых требуется звукоусиление. Такие системы нередко неумышленно подвергаются перегрузкам или могут войти в цикл обратной связи. При использовании усилителя с такой же номинальной мощностью по IEC владелец может рассчитывать на безопасную работу системы.

C. При применении в системе с музыкальными инструментами, допускающими возможность применения искажений (перегрузки звука), требуется усилитель, мощность которого соответствует половине номинала АС по IEC.

Пояснение: большая часть рок-композиций записывается практически на максимальном уровне, близком к клиппированию, поскольку именно такой звук нравится поклонникам рока. Если усилитель, способный выдавать 300 Вт на синусоидальном сигнале без искажений, выводится в режим клиппинга, его выходная мощность может достигать 600 Вт! В таком случае понижение мощности усилителя до половины номинала IEC обеспечит безопасную работу динамиков.

Источник



Как посчитать мощность усилителя звука

  1. Как посчитать мощность усилителя звука
  2. Как измерить мощность усилителя звука

Усилители звука используются как во многих бытовых приборах, автомобилях, так и профессиональной работе звукорежиссеров. Каждое устройство усиливающее звуковые колебания, передаваемые
в нагрузку (в акустическую систему) имеет свою расчётную мощность, которая зависит от мощности радиодеталей используемых в ней.

Перед тем как узнать мощность усилителя звука нужно понимать от чего она зависит. В первую очередь, это сопротивление нагрузки, которой
служит акустическая система или звуковоспроизводящие динамики. Сопротивление их бывает 2, 4, или 8 Ом. Чем меньше эта величина тем выше
ток проходящий по цепи катушки динамика, а значит выше и мощность. Перед тем как подключать акустическую систему к усилителю звука,
необходимо знать её параметры, для того чтобы продолжительность эксплуатации была максимальной.

Особенно важно знать максимальные параметры, так как при несоответствии мощности акустики и максимально выдаваемой мощности усилителя, выход из строя звуковоспроизводящего
оборудования неизбежен.

Как измерить мощность усилителя звука

Существует два способа измерения выходной мощности усилителя звука, это выполняется с помощью следующих измерительных устройств:

  1. осциллографа;
  2. мультиметра.

Для проведения таких измерений обязательно понадобиться нагрузка, которой в стандартном применении является динамик или акустическая система. Ток без нагрузки не
появится, а значить измерить мощность не получится. В качестве динамика, в случае его отсутствия под рукой, используется проволочное сопротивление (резистор)
типа ПЭВ, мощностью от 10 до 100 Вт и величиной сопротивления от двух до 8 Ом. Не стоит обращать внимания,
что мощность нагрузки всего 100 Вт, а заявленная мощность усилителя 200 или 300 Вт, такой резистор способен кратковременно рассеивать мощность
в несколько раз превышающую номинальную.

Перед тем как подключать резистор в цепь, обязательно необходимо проверить значение его сопротивления с помощью омметра, чтобы избежать ненужной погрешности.
Если в наличии нет резистора типа ПЭВ, то используется резистор с переменным значением сопротивления типа ОПЭВ. Если величина его полного
сопротивления равна 8 Ом, то появляется возможность подключения его по следующей схеме и тем самым получить или 2, или же
4 Ома.

Читайте также:  Системная единица мощности поглощенной дозы излучения

После подключения осциллографа и нагрузки как показано на рисунке, на вход усилителя подаётся обычный слабый звуковой сигнал, который необходимо усилить.
Для более точных, лабораторных измерений рекомендуется использовать генератор синусоидального сигнала, частота которого от 100 до 200 Герц. Затем включить усилитель
и постепенно, очень плавно увеличивать громкость, поворачивая встроенный регулятор. На осциллографе появиться усиленный сигнал, амплитуда которого будет увеличиваться до максимального
значения выдаваемого усилителем. После достижения максимальной громкости и ограничения выходного сигнала по амплитуде, измеряется напряжение, которое потом подставляется в формулу:

P = (U x U) : (2 x R)

  • где P – выходная мощность усилителя в Ваттах;
  • U – выходное напряжение усилителя в Вольтах;
  • R – сопротивление нагрузки (колонки) в Омах.

На первом рисунке изображён усиленный синусоидальный сигнал, а на втором от обычного музыкального MP-3 плеера. Стрелкой указана та часть синусоиды,
которую стоит учесть при расчёте мощности. Нельзя подавать на вход усилителя для измерения мощности выходного каскада сигнал высокой частоты, если
вместо сопротивления будет использоваться многополосная акустическая система. Это приведёт к перегрузке средне частотного или высокочастотного динамика, что вызовет разрыв мембраны
или обрыв их катушки.

Теперь узнаем, как узнать мощность усилителя звука мультиметром? При отсутствии осциллографа используется обычный вольтметр, имеющийся в наличии в каждом, даже
дешевом мультиметре. Однако, для того чтобы увидеть на нём пиковую величину напряжения выходного каскада усилителя низкой частоты, соберем простейшую схему,
состоящую из диода (рассчитанного на напряжение 50 Вольт) и конденсатора (от 0,47 до 1 µF, и напряжение выше 50 В).

Согласно закона Ома, зная напряжение и сопротивление вычисляется ток, который будет равен напряжению делённому на величину сопротивления. Мощность при этом
равняется произведению напряжения и силы тока.

Как проверить мощность усилителя звука

Теперь знаем как определить мощность усилителя звука, тогда заявленные производителем характеристики легко вычислить вышеописанными методами. Часто несоответствие информации о мощности
усилителей встречается у китайского изготовителя, привлекающего покупателя высокими показателями, которые в реальности сильно занижены.

Источник

Как измерить максимальную и проверить номинальную мощность усилителя

Как измерить максимальную и проверить номинальную мощность усилителя

Современные усилители очень часто пестрят красочными надписями в 1000 Ватт или даже в 3000 Ватт. При этом имеют достаточно умеренные цены. Давайте же вместе проверим соответствуют ли заявленные характеристики реальным.

Для примера мы взяли двухканальный усилитель мощности Power Acoustik LT1920/2.

Пиковая мощность данного усилителя была указана просто фантстическая — 1920 watts.
При этом усилитель может работать как на нагрузку в 4 Ома так и 2 Ома.

Технические характеристики усилителя Power Acoustik LT1920/2

RMS мощность (RMS Power) @ 4 ohms 370 watts x 2 канала
RMS мощность (RMS Power) @ 2 ohms 440 watts x 2 канала
Мощность при мостовом подключении (Bridged RMS Power) 880 watts x 1 channel
Пиковая мощность (Peak Power Output) 1920 watts

Для начала всегда рекомендуем обратить внимание на внешнее исполнение усилителя, это уже многое даст понять о его потенциале.

Факторы указывающие на потенциальную мощность усилителя

— предохранители питания на входе усилителя. Каждый наверно знает что на сегодняшний день еще не изобрели устройства которое на выходе давало бы больше мощности чем на входе. Такое устройство могло бы питать само себя, еще и осуществлять полезную работу — вечный двигатель.
Зачастую мощность на входе надо будет еще умножить на коефициент потерь и получить более низкую мощность на выходе.

Клеммы и четыре предохранителя на 20 Ампер по питанию на входе усилитель Power Acoustik LT1920/2

В нашем случае на входе усилителя стоят 4 предохранителя по 20 (по паре предохранителей на канал).
Что по мощности составляет (20 Ампер * 4 шт) * 14 Вольт = 1120 Ватт. В принципе этого вполне достаточно для получения на выходе обещаных номинальных 880 Ватт но никогда не хватит для пиковых 1920 Ватт.

— Клеммы для проводов питания. Не забывайте что для прохождения больших токов необходимы большие сечения проводов. В нашем случае клемники установлены под более чем толстые провода, которые с легкостью обеспечат ток до 80 Ампер.

— Размер радиаторов охлаждения. Не забывайте что в процессе работы усилитель рассеивает часть тепла на силовых транзисторах. Для этого усилителю необходимы большие радиаторы (большой площади, с большими ламелями, ребрами изготовленные желательно из алюминия, а еще лучше из меди).

Читайте также:  Мощность напряжения usb порта

— вес усилителя. По весу мы можете не только определить массивность корпуса усилителя и возможность рассеивания тепла. Так же вы можете примерно оценить колличество транзисторов, мощность феромагнитных сердечников установленных в трансформаторах блоков питания усилителя, размеры электролитических конденсаторов и многое другое.
Наш усилитель имеет очень приличный вес, оно и не удивительно, задача перед ним стоит просто непосильная.

Если ваш усилитель не новый, у вас есть все шансы измерить мощность усилителя не прибегая к особым сложностям.

Все что вам необходимо, снять с него крышку и внутри обычным мультиметром измерить напряжение на выходных электролитических конденсаторах, после трансформаторов блока питания и выпрямительных диодов. Трансформаторы обычно похоже на круглые котушки с проводами, а электролитические конденсаторы обычно стоят стройными рядами прямо за ними, возвышаясь круглыми бочечками.

Тороидальный трансформаторы и конденсаторы блока питания внутри усилителя Power Acoustik LT1920/2

Напряжение питания усилителя на конденсаторах блока питания

В нашем случае на электролитических конденсаторах нашего усилителя мы намеряли напряжение 47 Вольт (напряжение питания между двумя плечами усилителя).

Для усилителей класса A/B примерную мощность на выходе можно рассчитать по формуле

где
U напряжение питания усилителя на входе (то есть сумма напряжение каждого плеча усилителя)
R — сопротивление нагрузки (в нашем случае динамика)

Итак приблизительная мощность нашего усилителя

P = 47^2 / 4 Ома = 552 Ватта
P = 47^2 / 2 Ома = 1104 Ватта

Предположим что вы не можете заглянуть внутрь усилителя или просто хотите проверить рассчитанные данные.

В первую очередь самое распространенное заблуждение, что мощность можно измерить прямо на физической нагрузке в виде динамика.

К сожалению динамик имеет индуктивную составляющую и имеет разные сопротивления на разных частотах. Поэтому нагрузка обязательно должна быть не индуктивной. К примеру это может быть пассивны элемент — резистор.

В нашем случае мы решили использовать нихромовую нить толщиной 1 мм, рассчитанную на мощность несколько киловатт. Нихромовая нить позволяет отрегулировать необходимое сопротивление и при этом имея большую толщину может без проблем рассеять в виде тепла прилагаемую мощность.

Для тестирования вам необходимо записать на диск трек с сигналом синусоидальной формы частотой 50 Гц.

Почему именно 50 Гц? потому что переменный ток в сети электропитания имеет частоту 50 Гц а измерения мы будем проводить промышленным мультиметром, который скорее всего лучше измеряет именно эту частоту.

Этапы измерения максимально мощности усилителя

— Для начала измерьте напряжение на выходе усилителя на холостом ходу. Для этого отсоедините от одного выхода усилителя нагрузку в виде динамика и подсоедените мультиметр в режиме измерения напряжения.

Напряжение на выходе усилителя на холостом ходу (без нагрузки) при полной громкости с синусоидальным сигналом на входу

Искажения при которых усилитель достиг максимальной мощности вы можете услышать в динамике второго подключенного канала. Для предотвращения повреждения динамика вы можете подключить его через сопротивление 100 Ом мощностью 5 Ватт или больше.

Для более достоверного определения максимальной мощности вы можете использовать осцилограф. Поворачивая ручку громкости на выходе усилителя по сглаживанию синусоидальной формы вы сможете заметить срезание (искажение сигнала).
Если вам не нужна сверх высокая точность, вы можете определить искажения и на слух.

На нашем усилителе, на выходе при полной громкости и холостом ходу мы получили 47 Вольт. Что соответствует напряжению питания на входе усилителя от блока питания.

— Измерьте напряжение на выходе усилителя с подключенной нагрузкой. В нашем случае это нихромовая нить сопротивлением 3,2 Ома.

Напряжение до перегрузки — чуть меньше 30 Вольт

Необходимо учитывать что под нагрузкой на выходе усилителя падает напряжение. Собственно это и говорит о его потенциале. Обратите так же внимание на напряжение на входе усилителя, если оно проседает как в нашем случае от 13,7 Вольта до 12 Вольт — это означает что вам не хватает мощности на входе. Причиной тому могут быть тонкие провода, не достаточно мощный генератор, маленький накопительный конденсатор.

Напряжение бортовой сети автомобиля 13,4 Вольта на конденсаторе питания усилителя

— Измерьте силу тока протекающую в цепи нагрузки на выходе усилителя.

Сила тока до перегрузки — чуть меньше 10 ампер

Итого на выходе 30В * 10А = 300 Вт

Не много но и не мало 300Вт * 2 канала = 600 Ватт (в нашем случае производитель заявлял 1 кВт)

Вот так просто за несколько минут мы провели все необходимые измерения и убедились в мощном потенциале нашего усилителя.

А какие показатели получились у вас? Пишите нам в комментариях.

Источник