Підсилювач потужності — це основний елемент звукової системи. Цей пристрій одержує сигнал низького рівня від лінійного виходу головного пристрою й підсилює його напруга й струм до необхідних величин , достатніх для нормальної роботи динаміків. У цій статті ми розповімо Вам про те, як улаштовані підсилювачі, як вони класифікуються й про їхнє місце в автомобільні аудиосистемах.
Класифікація підсилювачів Підсилювач умовно можна розділити на чотири основні частини: блок живлення підсилювача, блок обробки вхідного сигналу, драйвер і блок формування вихідного сигналу.
Блок живлення — це група електричних кіл, що формують і регулюючих напруга для харчування різних частин підсилювача.
Блок обробки вхідного сигналу порівнює сигнал, одержуваний від предусилителя магнітоли з вихідним сигналом підсилювача для його коректування, щоб видалити перекручування, що виникають при посиленні . Крім того, цей блок підсилює вхідний сигнал до рівня, необхідного для наступного його посилення в інших частинах підсилювача.
Драйвер розділяє сигнал на два різнополярні сигнали (фазовий поділ ) і підсилює його для наступної передачі в блок обробки вихідного сигналу.
І нарешті, остання стадія посилення — блок обробки вихідного сигналу (його вірніше називати вихідним каскадом або оконечником), який в основному й визначає клас підсилювача.
Підсилювачі розділяються по класах залежно від своєї ефективності (К. П.Д.) і рівня перекручування вихідного сигналу:
Клас А. Підсилювачі цього класу мають низьку ефективність, але дають дуже "чистий" сигнал. Більшість підсилювачів класу А мають К. П.Д. рівним 20 — 30%, тобто при споживанні 100 Вт від акумулятора автомобіля він видає сигнал на динаміки потужністю всього в 20 — 30 Вт. Інша потужність губиться в електричному колі підсилювача, перетворюючись у тепло. Якісні підсилювачі А класу рідко застосовуються в автомобільних аудиосистемах, тому що вони мають малу потужність при дуже високих цінах. Лампові підсилювачі класу А можна зустріти лише в дуже дорогих аудиосистемах рівня Hi-end.
Клас В. Ефективність підсилювача цього класу майже у два рази вище ефективності підсилювача класу А. Однак, перекручування у вихідному сигналі дуже високі, що робить цей клас підсилювачів неприйнятним для car audio.
Клас С. Підсилювачі цього класу мають К. П.Д. рівним майже 75%, що робить їхн дуже ефективними, але зі збільшенням К. П.Д. різко збільшуються перекручування. Ці підсилювачі не підходять для посилення звуку в Hi-fi аудиосистемах.
Клас АВ. Більшість Hi-fi підсилювачів належать саме цьому проміжному класу . Вони увібрали в себе можливості підсилювачів класу А — відносно "чистий сигнал" при відносно непоганій ефективності (трохи нижче чому в класі В).
Клас D. Це найсучасніший клас підсилювачів, що застосовують цифрову обробку сигналу. Підсилювачі D класу дуже компактні, що в майбутньому дасть їм перевага на ринку автомобільних аудиосистем. У цей час, цифрові автомобільні підсилювачі зустрічаються набагато рідше, чим популярні аналогові підсилювачі АВ класу.
Коефіцієнт гармонійних перекручувань (THD) Звуковий сигнал складається з безлічі частот і півтонів . Гармоніка — це півтон первісної ноти (основної частоти), який відповідає за характер звучання ноти. Звуковий сигнал можна представити як складну комбінацію коливань точно взаємозалежних синусоїдальних хвиль (гармонік).
У процесі посилення, проходячи через різні блоки підсилювача, звуковий сигналспотворюється, "обростаючи" непотрібними гармоніками. Зросла кількість гармонік у посиленому сигналі , виражене у відсотках, і є коефіцієнт гармонійних перекручувань (Total Harmonic Distorsion). У специфікації підсилювача вказуються кілька коефіцієнтів гармонік для різних частотних діапазонів, рівнів вихідної потужності й опорів навантаження. Чим менше цей коефіцієнт, тим вище якість підсилювача.
Поділ каналів (Stereo Separation) Цей показник характеризує рівень ізольованості двох каналів посилення (правого й лівого) друг від друга. Їхній взаємовплив обумовлений наявністю загального джерела харчування в підсилювачі . Виражається цей показник у децибелах і характеризує рівень інтенсивності лівого каналу щодо рівня "просочившегося" у нього правого каналу й навпаки. Чим вище цей показник, тим краще підсилювач. Уникнути "просочування" можна заміною одного стерео підсилювача на два окремі моно підсилювача. У класі high-end ця проблема вирішується установкою двох блоків живлення в один стерео підсилювач.
фактор, що демпфірує (Damping Factor) Для того, щоб зрозуміти сутність фактора , що демпфірує, підсилювача, розглянемо поводження мембрани сабвуфера в період між імпульсами. Низкочастотый імпульс, що посилає підсилювачем на котушку динаміка змушує його мембрану рухатися вперед. Досягшись певної верхньої крапки мембрана починає зворотний рух. Повернувшись у вихідну точку мембрана не завмирає відразу, а продовжує вібрувати по інерції якийсь час, що генерує в обмотці динаміка зворотний електричний струм . Підсилювачі конструюються таким чином, щоб закорачивать зворотний струм від динаміка й, тим самим гальмувати вібрацію мембрани в період між імпульсами. Чим фактор, що вище демпфірує, підсилювача, тим швидше мембрана зупиняється, вертаючись назад у вихідну точку після імпульсу.
фактор, що демпфірує, підсилювача визначається як відношення опору динаміка до опору підсилювача. Чим нижче опір динаміка, тим фактор, що нижче демпфірує.
Лампові підсилювачі в силу конструктивних особливостей мають низький фактор, що демпфірує, що спричиняється "м'який" баса у звуковій картині. Виробники транзисторних підсилювачів намагаються підвищити фактор, що демпфірує, для репродукції "твердого " баса, тому що при бажанні бас можна зм'якшити , уклавши в короб низькочастотний динамік. Посилити ж "м'який" бас сабвуферным коробом набагато складніше.
Підключення й настроювання підсилювачів Схема з використанням одного двоканального підсилювача, до кожного каналу якого підключено дві компонентні акустичні системи (дві вперед і дві в задню частину салони). Це найбільш проста й дешева схема посилення без застосування активного кроссовера. Зверніть увагу, що пари задніх динаміків підключаються до основної передньої пари паралельно. Паралельне підключення динаміків зменшує їхній опір у два рази. Якщо підсилювач має повний опір навантаження рівний 4 Ом, то паралельне підключення двох восьмиомных динаміків є цілком прийнятним. Головне при приєднанні динаміків, правильно розрахувати їхній загальний опір. Не слід робити його менше, чим опір навантаження підсилювача.
Схема з використанням двох двоканальних підсилювачів, коли посилення низькочастотного спектра звукового сигналу відбувається окремо від середнього й високочастотного діапазонів, відділених від нього електронним кроссовером. Тому що сабвуфер має К. П.Д. менший, чому високочастотний динамік, він споживає більше потужності від підсилювача, чому останній, для створення рівного звукового тиску. Підсилюючись в одному підсилювачі , низькі частоти відбирають більшу частину потужності й практично нічого не залишають для середніх і високих частот, які починають погано вимальовуватися у звуковій картині. Збільшення гучності для "витягування" середніх і високих приводить до перекручувань в області низьких частот. Звукова картина остаточно псується.
Якщо ж підсилювати низькі частоти окремо від інших , то ми маємо чудову можливість зробити середні й високі частоти досить голосними і яскравими, не спотворюючи низькочастотну складову сигналу. Звукова картина стає чіткої , а ефективність системи значно зростає.
ПРИМІРОМ , якщо ми маємо підсилювач для сабвуфера потужністю 60 Вт, те для гарного звуку в салоні для середньо- і високочастотних динаміків достатній окремий підсилювач потужністю лише в 20 Вт. Якщо кроссовер правильно настроєний , тобто кожний підсилювач одержує свою порцію частотного діапазону, те потенційний рівень звукового тиску (SPL) цієї системи буде еквівалентний потужності 150 Вт, а не 80 Вт (60Вт + 20 Вт).
Мостове з'єднання каналів підсилювача (Bridge ON-OFF) При мостовому з'єднанні в підсилювачі поєднуються позитивне проведення виходу на динаміки одного каналу посилення й негативне проведення виходу на динамік другого каналу посилення. Поєднуючи в такий спосіб лівий і правий канал ми одержуємо один набагато могутніший моно канал для підключення до нього сабвуфера. Його потужність у чотири рази більше потужності одного каналу до мостового режиму підключення, тому що потужність — є квадрат напруги поділений на опір, який залишається незмінним. Допустимо , напруга на виході на одному каналі рівно 15 Вольт , отже потужність його буде рівна:
15(15/4Ом) = 56.25 Вт.
При мостовому підключенні напруга об'єднаного каналу стане рівним 30 Вольтів , а потужність стане рівної :
30(30/4Ом)= 225 Вт.
Однак, слід пам'ятати, що збільшення потужності не веде до пропорційного збільшення гучності (дб) звуку. Збільшення потужності у два рази дає збільшення рівня звукового тиску всього на 3 дб. У нашім випадку , при збільшенні потужності в чотири рази тиск звуку зросте на 6 дб.
Для того, щоб правильно настроїти підсилювач необхідно зробити наступні дії:
1. Скрутити на підсилювачі регулятор посилення (gain) на мінімум (мінімальне посилення). 2. Підняти гучність на головному пристрої до максимального рівня, на якім ще не почалися перекручування 3. На підсилювачі повільно підняти регулятор посилення до рівня попереднього перекручуванням (максимально "чисте" посилення). 4. Зменшити гучність на головному пристрої до бажаного У результаті цих дій ми одержимо максимальний рівень звукового тиску (SPL), який може видати звукова система.
Конденсатори — це пристрою , які можуть накопичувати й віддавати електричний заряд. Ємність конденсаторів виміряється у Фарадах. Конденсатор ємністю 1 Ф накопичує електричний заряд, еквівалентний силі струму в 1 А, що діє 1 секунду. Заряджений конденсатор розряджається дуже швидко, що робить його дуже корисним для підтримки енергоживлення потужних аудиосистем в автомобілі .
Підсилювач під час роботи може короткочасно споживати потужність, у три рази перевищуючу його середню споживану потужність. У ці короткі періоди часу акумулятор автомобіля не в змозі забезпечити підсилювач потрібної силою струму , і як наслідок , відбувається спадання напруги в енергосистемі автомобіля, що приводить до перекручування звуку (глухий бас ). Установка конденсатора успішно вирішує цю проблему. Конденсатор, швидко розряджаючись, згладжує спадання напруги в ці короткі проміжки часу й забезпечує підсилювачу рівне харчування .
Конденсатори для подібних цілей випускаються ємністю від 250.000 мф до 2.000.000 мф. Підбираються конденсатори за правилом, по якім на кожні 100 Вт вихідній потужності підсилювача встановлюється 100.000 мф ємності конденсатора.
Закон Вебера- Фехнера Коли інтенсивність роздратування зростає в геометричній прогресії, інтенсивність сприйняття звуку росте в арифметичній прогресії. Слід відрізняти об'єктивну характеристику звуку — його інтенсивність від суб'єктивного відчуття гучності . При удваивании інтенсивності роздратування (потужності звуку) гучність не здається нам, що подвоївся. Подвоєння гучності відчувається лише при досягненні другого ступеня первісного роздратування . Для виміру гучності користуються одиницями, називаними децибелами.
n децибел = 10lg (I’/I),
де I’ і I — інтенсивності звуків, гучність яких відрізняється на n децибел
