Что такое пиковая мощность

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.

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

Номинальная мощность колонок

При выборе акустической системы покупатель зачастую ориентируется на указанные производителем параметры мощности. Что означают эти величины и как их правильно подобрать, мы расскажем в нашей статье.

Что такое номинальная мощность?

Это параметр, который показывает, в каких пределах сигнала акустика может работать стабильно и с оптимальным звучанием в течение всего срока эксплуатации.

ВАЖНО. Термин как таковой характеризует не громкость звука, а надежность функционирования АС.

Номинальный показатель ограничивается нелинейными звуковыми искажениями, в их стандартном диапазоне. Такие колебания человеческое ухо не слышит, они появляются на выходе из колонок (усилителя), но отсутствуют в источнике звука. Иными словами, данная величина напрямую зависит от объема нелинейных искажений и поэтому ее реальное число значительно меньше, например, максимальной мощности аппаратуры.

Есть другое определение термина: это значение, вырабатываемое в среднем положении регулятора громкости сабвуфера.

Недобросовестные производители зачастую используют рекламный трюк: маскируют под стандартным числом другие цифры (пиковая величина и т.д). В бюджетной аппаратуре, как правило, сложно найти правильный показатель.

В России в качестве основных величин акустики используются номинальная и синусоидальная мощности. Последний параметр указывает реальное значение сигнала, при котором сохраняется длительная и стабильная работоспособность акустики. Синусоидальный показатель повсеместно вытесняет номинальные значения, он указывается в наименовании колонок и в паспортных данных.

НА ЗАМЕТКУ. Европейские стандарты вместо номинального уровня используют термин DIN, это аналог синусоидальной величины.

Что такое пиковая мощность и мощность RMS

Наряду с номинальным показателем, эти два параметра объективно характеризуют реальные возможности вашей акустической системы. Иные термины (суммарные и др.) имеют вторичное значение.

Пиковая мощность PMPO обозначает способность аппаратуры выдержать определенный звуковой предел, не получая повреждений. Действие пика с частотой 100 Гц длится при испытаниях до 1 секунды. Нелинейные искажения при расчете игнорируются.

Например, в паспорте указано 450 Вт (PMPO). Это значит, что после воздействия сигнала такой величины динамические головки сохранили полную работоспособность.

Максимальная (или предельная) мощность RMS показывает, на каком уровне сигнала система может работать в течение часа без поломок. Показатель замеряется при подаче звука частотой 1000 Гц, при этом нелинейные колебания держатся в определенных границах.

Например, в инструкции указано 20 Вт (RMS). Это значит, что колонки при этом значении способны транслировать сигнал длительное время, сохраняя работоспособность динамических головок.

Можно встретить завышенные данные RMS в паспорте к устройству. Это объясняется тем, что при испытаниях используются завышенные искажения, при которых звук превращается в набор хрипов. Такие ложные сведения остаются на совести производителя.

Надеемся, что наша статья помогла вам разобраться, что такое мощность колонок и как правильно понимать ее указанные значения.

Источник

Как мощность влияет на громкость колонок

Содержание

Содержание

Мощность акустических систем — раздолье для спекуляции цифрами. Разнообразие подходов производителей акустики к измерению этого параметра и документирования результатов заставляет подчас задуматься даже опытного аудиофила. Рассмотрим несколько популярных заблуждений на эту тему.

Миф первый. Колонки «выдают» ватты

Первым делом нужно разобраться с несколькими понятиями. Колонки бывают активные и пассивные.

Первые имеют встроенный усилитель, а для вторых он необходим в виде отдельного устройства.

Именно усилитель в обоих вариантах преобразует ток от блока питания и передаёт сигнал определённой мощности на динамики, которые в свою очередь преобразуют его в звук. Причём делают это с низким КПД, рассеивая большую часть получаемой энергии в тепло. Поэтому говорить, что колонки выдают столько-то ватт, корректно только если они активные.

В любом случае, усилитель служит поставщиком мощности (электрической), а динамик — потребителем. За редкими исключениями (их рассмотрим позже) для активной акустики указывается выходная мощность встроенного усилителя.

Например, внутри двухкомпонентной системы SVEN MC-30 установлены TAS5342R. Его номинал 100 Вт, и производитель колонок честно указывает такую выходную мощность.

При этом динамики рассчитаны на такую мощность, иначе долго такая колонка не проживёт.

С пассивной акустикой всё немного сложнее. Согласование параметров нужно обеспечивать самостоятельно. Здесь уже у каждого компонента будет “своя” мощность: у усилителя — выходная, а у колонок — потребляемая.

Дотошный акустик может заметить, что есть такая величина как звуковая мощность, но она не измеряемая, а расчётная. А вычисляется эта величина из уровня звукового давления, который и отвечает за способности колонки. Он будет подробно рассмотрен далее.

Миф второй. Громкость определяется мощностью

Начнём с того, что громкость — параметр субъективный. Если вам в разгар вечеринки захочется прибавить звука, вряд ли это понравится соседу. То есть зависит громкость от нашего основного приёмника — уха. Правильнее говорить об уровне звукового давления. Именно этот параметр часто встречается в документации на аудиоаппаратуру под именем SPL. Измеряется он в децибелах (дБ) в отличие от мощности, единица измерения которой — ватт. Децибел — величина относительная и индицирует насколько текущий уровень SPL превышает порог слышимости (0 дБ).

Мощность приходится SPL очень «дальним родственником». Как правило, это параметр, указывающий какую максимальную электрическую энергию можно направить в динамики колонки, чтобы они при этом не вышли из строя. За то, насколько эффективно эта энергия будет использоваться, отвечает другой параметр — чувствительность. Она характеризует уже динамик, а не усилитель. Измеряется как SPL на расстоянии метра от динамика, при подаче на него сигнала частотой 1 кГц и мощностью 1 Вт. Отсюда единица измерения — дБ/Вт/м.

Например, чувствительность 84 дБ/Вт/м позволит вам на одном ватте получить SPL в 84 дБ. Каждое удвоение мощности прибавит к SPL 3 дБ. Таким образом, чтобы получить внушительные для небольшого помещения 90 дБ, в такой динамик нужно «влить» 4 ватта. Если же взять более чувствительный динамик (90 дБ/Вт/м), то достаточно будет 1 Вт. Почувствуйте разницу.

Интересно, что у некоторых производителей этот параметр значится как «эффективность». Проведём следующую аналогию. Как далеко вы проедете на автомобиле на 10 литрах бензина? Зависит от расхода топлива. Также и с динамиком, который «заправляют» 10 ваттами мощности — насколько громко он заиграет? Зависит от чувствительности. В случае с 10 Вт прибавьте к её значению 10 дБ и ответ готов.

Миф третий. Существует универсальный показатель мощности

В этой области больше решает репутация производителя, который старается придерживаться стандартов измерения характеристик, а не гонится за баснословными цифрами. Вспомните магнитолы производства известных мастеров доступной бытовой электроники, на которых гордо красовались наклейки с киловаттами. Это как раз те исключения, оговоренные в мифе №1. Казалось бы, магнитола — активная акустическая система, да ещё и портативная, откуда такие цифры?

А это не мощность усилителя, а максимально возможная пиковая нагрузка на динамики, которая может длиться миллисекунды. Да, недорогой динамик возможно выдержит такой всплеск, но это ничего не имеет общего со штатным режимом работы.

Измерять мощность можно разными способами, по-разному учитывая качество звука. Ниже приведены несколько стандартизированных показателей мощности:

Представляется ассоциация с водонепроницаемостью смартфона. Поместили на пару метров в воду на несколько минут — всё работает. А если утопить метров на пять на то же время, то бесследно это для аппарата не пройдёт. Сначала могут появиться проблемы с тачскрином, при следующем погружении перезагрузится и т.д. После серии таких погружений вода постепенно выведет из строя плату. Аналогично с тестированием динамика. Кратковременно он выдержит высокую нагрузку, но при увеличении времени воздействия начнётся перегрев со всеми вытекающими последствиями.

Стоит обратить внимание на такой простой параметр как потребляемая мощность.

Миф четвёртый. RMS — «честная» мощность

Это могло быть так, если бы не маркетинг и подчас повышенный оптимизм производителей акустики. RMS — это наиболее часто встречающийся показатель мощности акустической системы. Он говорит о максимальной мощности, при подведении которой динамики могут работать определённое время и не получат повреждений. То есть при следующем тесте будут функциональны. В идеале если ещё при этом не будет превышен заданный уровень нелинейных искажений. Но это для многих производителей совсем не точно. THD свыше 10% в зависимости от частоты вызывают призвуки, хрипы, скрипы и т.п., что делает прослушивание музыки некомфортным. Зато заявленная мощность будет обеспечена.

Безусловно RMS — более значимый параметр, чем любая пиковая мощность. Но лучше если производитель указывает какие уровни THD соблюдались при проведении испытаний. В идеале, если указан также и максимальный SPL.

Миф пятый. Мощность — главный параметр при выборе акустики

Чтобы дать возможность звуку полностью раскрыться, нужна громкость, равно как и обеспечивающая её мощность. Но упомянутые искажения могут сильно испортить картину. За чистоту звука на всём диапазоне SPL отвечают другие важные параметры: АЧХ, согласованность импедансов, акустическое оформление и др. Каждый из них по-своему влияет на восприятие. Не забывайте, что и помещение, в котором расположена акустическая система, тоже играет немаловажную роль. Да и особенности музыкальных композиций тоже нужно учитывать, не зря же существуют эквалайзеры. Всё эти детали в совокупности и формируют сочный насыщенный звук.

Источник

Каталог статей и схем

Многие предлагают договориться и придерживаться какой-то одной терминологии. А чего договариваться? Я считаю, что мы, радиолюбители, должны ориентироваться в этом вопросе на Регламент Радиосвязи Международного Союза Электросвязи ( RR ITU ), членами которого (через IARU ) мы являемся. А не на ГОСТ Российской Федерации.

ГОСТом РФ пиковая мощность определяется как «выходная мощность передатчика, соответствующая максимвльной амплитуде радиочастотного сигнала», т. е. как максимальная мгновенная мощность (мощность на пике огибающей), а в RR ITU в понятие «пиковая мощность» вкладывается совсем иной смысл.

А я считаю неправильными оба эти перевода. Обычно делается дословный, почти буквальный перевод, а нужно на родном языке передавать смысл выражения или физический смысл понятия, явления. Тем более что некоторые слова в иностранном языке имеют разный технический и обычный смысл. Интернетовский переводчик другой раз выдаст такую абракадабру, что, как говориться, «ни уму, ни сердцу».

А вот как разъясняется смысл выражения «пиковая мощность» Регламентом Радиосвязи ( RR ITU ). «Peak envelope power (PEP) is the average power supplied to the antenna transmission line by a transmitter during one radio frequency cycle at the crest of the modulation envelope taken under normal operating conditions».

Сначала проанализируем выражение « at the crest of the modulation envelope ». Crest – это слово переводится как «гребень», «вершина» Обратите внимание: на ГРЕБНЕ, на ВЕРШИНЕ (т.е., на ВСЕХ пиках) модуляционной огибающей, а не на одном ПИКЕ в огибающей. А модуляционная огибающая – это модулированный радиосигнал.

Учитывая вышеизложенное, делаем перевод разъяснения RR ITU :

Под нормальным режимом, очевидно, подразумевается линейный режим. Таким образом, здесь идёт речь о максимальной эффективной выходной мощности модулированного радиосигнала.

А выражение «мощность на пике огибающей» переводится на английский язык как « power at the peak of the envelope ».

P pep = ( U эфф ) 2 / R н (1)

Таким образом, «пиковая мощность огибающей» (РЕР) – это максимальная эффективная выходная мощность модулированного радиосигнала, которая количественно приравнивается к максимальной эффективной телеграфной мощности в режиме «нажатия».

На спектрограмме (рис.1) зафиксирован реальный SSB радиосигнал в реальном времени на выходе передатчика, промодулированного звуком «а-а-а» (верхняя боковая полоса).

Спектр SSB радио c игнала может содержать сотни и тысячи промодулированных частот разной амплитуды, в зависимости от модуляционного сигнала. Токи этих частот, протекая через сопротивление нагрузки R н, образуют в нём суммарный ток, осциллограмма которого будет иметь вид, подобный как на рис.2 (для звука «а-а-а»).

А примерный вид графика мощности этого суммарного колебания (сигнала) за один период изображён на рис.3. Мощность переменного тока всегда положительна, поэтому пики мощности, соответствующие положительным и отрицательным полупериодам для напряжения и тока ( P = UI ), будут находиться в положительной области графика мощности.

Поэтому, не следует путать пиковую (максимальную) эффективную мощность (Ррер) с пиковой (максимальной) мгновенной мощностью (на пике огибающей) – Р mx : Р mx = 2 Р рер .

Более того, определения Бунина – Яйленко подробнее и, главное, полнее раскрывают физический смысл понятия пиковой мощности.

Здесь Рмакс – максимальная эффективная мощность, отдаваемая в телеграфном режиме (в режиме «нажатия»), а Мср – коэффициент модуляции, имеющий разное значение для разных видов модуляции.

Таким образом, эта формула позволяет рассчитать среднюю мощность для разных видов излучения при нормальном режиме работы (т.е., в линейном режиме).

А потом приводится определение пиковой мощности, как «…максимальная эффективная мощность ВЧ колебания, развиваемая на ПИКАХ огибающей сигнала». Заметим, не на одном пике, а на всех пиках, т.е., на вершине радиосигнала. Это и есть мощность РЕР, которая количественно приравнивается к максимальной телеграфной мощности в режиме «нажатия».

По моему, это самое полное и лучшее разъяснение пиковой мощности (РЕР) из всех встречаемых.

Нужно заметить, из формулы (2) следует, что средняя выходная мощность передатчика при работе в режиме SSB никогда не достигнет его пиковой мощности (РЕР) при нормальном режиме работы (в линейном режиме), так как пикфактор* речевого или SSB сигнала, даже подвергнутый двухстороннему ограничению (в допустимых пределах), не может быть равен пикфактору синусоиды. А максимальная мгновенная мощность SSB сигнала (на пике огибающей) не может быть больше максимальной мгновенной мощности, развиваемой на пиках синусоиды немодулированного колебания. Энергетические характеристики выходного усилителя передатчика этого не позволят.

Источник