Когда вы покупаете усилитель для домашней аудиосистемы или автомобиля, вы наверняка видели раздел с названием «номинальная мощность», который обычно пишется с большим шрифтом и кажется ключевым показателем качества устройства. Но что на самом деле эта цифра означает, и можно ли по ней судить о реальной мощности устройства?
Наивысшая громкость, которую может выжать усилитель, называется номинальной мощностью. Это показатель, при котором устройство может работать долгое время без перегрева и искажений звука. Представьте себе автомобиль, который может держаться на дороге часами. Это своего рода «номинальный» режим.
Нельзя полагаться только на эту цифру, потому что важно учитывать сопротивление колонок и уровень искажений, указанные в ней. Усилитель, выдающий 50 Вт на 8 Ом с малыми искажениями, часто будет надежнее и качественнее, чем устройство, выдающее 100 Вт на 4 Ом с высоким уровнем «грязи» в сигнале.
Зная, что скрывается за сухими цифрами в паспорте, вы сможете делать более осознанные выборы. Это поможет вам найти устройство, которое будет долго радовать вас чистым и мощным звуком, а не просто впечатлять вас большой цифрой на коробке.
Номинальная мощность
Номинальная мощность это мощность усилителя, которую он способен развить до достижения нелинейными искажениями заданного порога – обычно для определения номинальной мощности выбирается низкий порог оценки, составляющий доли процента. Измерения проводятся на синусоидальном сигнале частотой 1 кГц при работе на нагрузку с определенным сопротивлением – обычно 4 или 8 Ом. Нюансы заключаются в том, что, во-первых, реальный музыкальный сигнал весьма далек от тестового – к примеру, на определенных частотах сопротивление акустической системы может падать до весьма низких значений, и поведение усилителя в этом случае этот параметр никак не характеризует. Во-вторых, зависимость коэффициента нелинейных искажений от выходной мощности далеко не линейна. К примеру, в усилителях с выходными каскадами, работающими в классе АВ, при низком уровне выходной мощности, к примеру, 1Вт, КНИ может быть гораздо выше, чем при работе на номинальной мощности. Учитывая, что статистическая плотность музыкального сигнала находится в диапазоне амплитуд от 5 до 15% от пиковых значений, реальные искажения при прослушивании музыки могут быть гораздо выше порога, установленного при измерении номинальной мощности. Что же полезного можно выяснить, опираясь на этот показатель? К примеру, если известно его значение как для нагрузки 8 Ом, так и 4 Ома (совсем хорошо, если есть информация о номинальной мощности при работе на нагрузку 2 Ома), то о качестве усилителя можно судить по пропорциональности роста мощности при уменьшении сопротивления нагрузки. Если при уменьшении импеданса вдвое номинальная мощность растет также вдвое – перед нами хороший усилитель.
Максимальная мощность
Максимальная мощность — это выходная мощность усилителя, которая не ограничена коэффициентом нелинейных искажений. Другими словами, усилитель может работать на такой мощности, не вызывая смертельных последствий для себя, независимо от искажений звучания. Вы можете определить, насколько полезна эта характеристика запаса прочности для вашего устройства.
Усилители иностранного производства используют другие параметры мощности. Они называются иначе, но по сути они идентичны.
DIN Power
DIN Power по сути – аналог номинальной мощности усилителя. Это мощность, развиваемая усилителем при работе на нормированную нагрузку с коэффициентом нелинейных искажений, не превышающем определенного порога. Измерения параметра проводятся синусоидальным сигналом частотой 1 кГц в течение 10 минут – ограничение КНИ составляет 1%. Разновидность этого параметра, которая называется IHF Power, ограничивает искажения на уровне 0,1%. Другой разновидностью этой характеристики является DIN Music Power, описывающая мощность не синусоидального, а музыкального сигнала. В этом случае как правило указывают, что измерения проводились в конкретной полосе частот. Например, для усилителя можно встретить такую характеристику мощности – 150 W (8 Ω, 20 – 20000 Hz, THD 0,1%). Как отмечалось выше для номинальной мощности – этот параметр наиболее полезен из всех мощностных характеристик, приводимых для усилителей звуковой частоты. Ещё более показательным был бы график зависимости коэффициента нелинейных искажений от выходной мощности и частоты сигнала при работе на нагрузку определенного сопротивления. Но подобная информация встречается очень редко.
RMS Power
RMS (Root Mean Squared) Power – это среднеквадратичное значение мощности при нелинейных искажениях, не превышающих определенного порога. Чаще всего измерения проводятся на синусоидальном сигнале частотой 1 кГц с порогом КНИ 10%. Данный параметр был заимствован из электротехники и для аудио несет мало полезной информации, поскольку слух фиксирует амплитудные значения сигнала, а не среднеквадратичные – усреднение в данном случае вряд ли будет уместным.
PMPO
Параметр PMPO (Peak Music Power Output) близок по смыслу к максимальной мощности усилителя, но ещё менее полезен, поскольку оценивает пиковое значение мощности независимо от искажений, но на очень коротком интервале времени, как правило не превышающем 10 миллисекунд. Зато эта характеристика очень любима отделами маркетинга производителей аудиотехники, поскольку позволяет никого не обманывая написать, к примеру, на пластмассовом бумбоксе PMPO 500 W. При этом, номинальная мощность усилителя такого бумбокса при 1% КНИ не будет превышать 10 Вт.
Принимая во внимание мощность, обратите внимание на другие функции усилителя.
Частотный диапазон
Рабочий частотный диапазон нашего слуха определяет, какие звуки мы можем услышать. Границы этого диапазона очень индивидуальны и зависят от многих факторов, включая общее состояние здоровья и состояние органов слуха, а также от возраста. К сожалению, с возрастом наш частотный диапазон становится короче, что приводит к ухудшению нашего способности услышать высокочастотные звуки. Тем не менее, обычно считается, что
Большинство современных (и не только современных) усилителей звука способны работать с сигналами в гораздо более широком диапазоне. Нередки, к примеру, значения от 5 Гц до 100 кГц, а производители некоторых High End аппаратов указывают для них и вовсе запредельные границы – к примеру, от 0 Гц до 500 кГц. И здесь есть несколько существенных моментов, даже абстрагируясь от вопроса необходимости в таком протяженном диапазоне с учетом возможностей человеческого уха. Во-первых, реализовать поддержку расширенного частотного диапазона в усилителе технически намного проще, чем в акустических системах. То есть, итоговый рабочий диапазон вашей аудиосистемы будет определяться самым «узким» её звеном – то есть, колонками. Во-вторых, при анализе этого показателя нужно обязательно обращать внимание на условия измерения.
Частотный диапазон фиксируется при неравномерности АЧХ, укладывающейся в определенные рамки. Идеальный усилитель имеет абсолютно горизонтальную амплитудно-частотную характеристику в рабочем частотном диапазоне, но идеальных усилителей не существует. По этой причине рабочий частотный диапазон называют диапазоном частот, в пределах которого АЧХ не выходит за пределы определенного коридора, например, +/- 0,1 дБ или +/- 3 дБ.
К сожалению, существует большое количество случаев, когда условия измерения не указываются вовсе; в этом случае информативность рабочего частотного диапазона оказывается чрезвычайно условной.
Коэффициент гармонических искажений
Идеальный усилитель точно повторяет форму входного сигнала, увеличивая только его амплитуду. Однако в реальной жизни используются активные элементы с нелинейными свойствами, которые искажают исходную форму сигнала. В результате к чистой синусоиде на входе добавляются гармоники с частотой, кратной частоте полезного сигнала. Эти гармоники имеют небольшую амплитуду, но их смешивание с входным сигналом изменяет его исходную форму, что приводит к искажениям
Коэффициент гармонических искажений (THD – Total Harmonic Distortion) характеризует отношение суммарной мощности паразитных сигналов (дополнительных гармоник) к мощности полезного гармонического сигнала. Чаще всего измерения этого параметра проводятся на частоте 1 кГц при определенном уровне мощности, в качестве которого выбирают либо половину номинальной мощности усилителя, либо полную номинальную мощность. Возвращаясь к субъективному восприятию, чувствительность слуха к паразитным гармоникам зависит от многих факторов, среди которых их уровень по отношению к исходному сигналу, тип гармоники (чётная или нечётная), её порядок, а также громкость, на которой проходит прослушивание. Как правило, этот параметр укладывается для транзисторных усилителей в доли процента. При этом, как отмечалось выше, низкое значение этого показателя не гарантирует высокое качество звучания усилителя. Кроме того, уловить на слух разницу между КНИ 0,01% и 0,0001% практически невозможно. Если говорить о зависимости этого коэффициента от частоты сигнала, то, как правило, на краях рабочего диапазона этот показатель имеет тенденцию к росту.
Производитель указывает номинальную мощность усилителя в паспорте как «рабочую», что означает, сколько ватт он может выдавать стабильно и без искажений при нормальной нагрузке. Эта цифра не является максимальной мощностью, которую может выжать усилитель в короткое время, а является реальной, проверенной мощностью для повседневного использования. Поэтому важно сравнивать разные модели по этому показателю, потому что он лучше показывает, на что способен усил
Коэффициент интермодуляционных искажений
К примеру, исследования в области психоакустики показали, что гармонические искажения не являются основной проблемой для усилителей. Более того, даже при прослушивании музыкальных инструментов, когда обертоны сопровождают звучание основного тона, мы сталкиваемся с гармониками более высоких порядков, которые не только не портят звучание, но и часто обогащают его.
Куда большую проблему представляют интермодуляционные искажения (IMD – Inter Modulation Distortion), которые возникают при усилении мультитонового музыкального сигнала. При этом на выходе усилителя возникают паразитные компоненты с частотами, являющимися суммой или разностью частот спектра входного сигнала, а также суммой или разностью частот паразитных гармоник основного сигнала благодаря обратной связи попавших на вход усилителя. Проблема заключается в том, что такие искажения никак не соотносятся с основными тонами музыкального сигнала и легко различимы на слух.
Кроме того, нет общепринятых методов измерения величины интермодуляционных искажений, поскольку этот показатель во многом зависит от уровня входных сигналов и их частот. В результате эта характеристика практически никогда не указывается, несмотря на то, насколько она важна для оценки нелинейных свойств усилителя.
Отношение сигнал/шум
Попробуйте отключить все источники усилителя, а затем включите его и выверните ручку громкости до максимума. В большинстве случаев, прислушавшись, вы сможете различить шум, исходящий из колонок усилителя; вы также сможете услышать собственный шум усилителя, который является результатом как внешних электромагнитных наводок на детали усилителя, так и собственных шумов элементов схемы, возникающих при нагреве электронных компонентов.
Отношение сигнала к шуму, или S/N-отношение, представляет собой отношение мощности полезного гармонического сигнала к уровню собственных шумов усилителя. Эта характеристика часто превышает 100 дБ для современной транзисторной техники. В результате уровень собственных шумов усилителя в десять миллиардов раз ниже полезного сигнала. Иными словами, в этом случае собственным шумом можно просто пренебречь. Это будет справедливо как для усилителя с отношением сигнал/шум 100 дБ, так и для модели 85 дБ.
Разделение между каналами
В многоканальных усилителях разделение между каналами, также называемое разделением каналов, характеризует степень проникновения сигнала из одного канала в другой. Этот параметр иногда называют перекрестными помехами, потому что наведенный в другой канал сигнал по сути является паразитным. Этот параметр измеряется в децибелах, и чем ниже уровень, тем более объемная сцена и менее ясно расставлены виртуальные источники звука в пространстве. В большинстве случаев разделение между каналами уменьшается, когда частота сигнала увеличивается. То есть сигналы, переходящие из одного канала в другой, наиболее отчетливо проявляются в высокочастотном спектре.
Коэффициент демпфирования
Способность усилителя подавлять паразитные напряжения, возникающие из-за инерционных движений звуковой катушки в магнитном поле в динамиках акустических систем, определяется коэффициентом демпфировaния или демпфировaния, который также часто называют демпфировaнием или демпфировaнием. Эта характеристика зависит от мастерства производителей динамических головок и прогресса современных материалов, используемых для изготовления диффузоров, чтобы сделать диффузор
Коэффициент демпфирования — это отношение номинального сопротивления нагрузки к выходному сопротивлению усилителя. В самых мощных моделях усилителей выходное сопротивление может составлять тысячные доли Ома, но более массовые усилители демонстрируют значение примерно десятых долей Ома. Чем выше это отношение, тем лучше усилитель будет компенсировать колебания.
Номинальная мощность важна, но не единственный ориентир при выборе усилителя. Это больше условная цифра, показывающая возможности аппарата в лабораторных условиях, а не гарантия того, насколько громко и качественно будет играть ваша акустика.
Таким образом, не нужно беспокоиться о огромных ваттах, указанных в паспорте. Гораздо важнее смотреть на другие показатели, такие как мощность RMS, которая указывает на стабильную работу. Кроме того, необходимо учитывать чувствительность ваших колонок и размер помещения, в котором будет использоваться техника.
Однако для сравнения моделей папортные показатели полезны, но лучший судья — ваши собственные уши. Всегда слушайте усилитель вместе с вашей акустикой, чтобы оценить, насколько чисто, мощно и детализировано он звучит для вас.
