ТехноТеория. Поддайте-ка еще немного ватт.

Разговор, подслушанный случайно на парковке:
— У тебя какой усилок?
— Четыре по пятьдесят Ватт.
— Слабый... вот у меня четыре по семьдесят пять! Однозначно круче!

Собственно, побудила меня к написанию этой статьи тотальная неграмотность продавцов аудиотехники, которая порой переходит все границы. В лучшем случае, люди, которые советуют вам тот или иной товар, могут прекрасно ориентироваться в функциях аппаратов, выучить наизусть показатели, приведенные в инструкциях, но, к сожалению, очень немногие представляют себе, что эти самые цифры вообще обозначают. Не говоря уж о том, чтобы разъяснить их суть покупателю (хотя советовать самый крутой девайс — это всегда пожалуйста). Конечно, всех под одну гребенку клеймить было бы неправильно, но исключения, к сожалению, встречаются реже, чем того хотелось бы.

Впрочем, это все эмоции (уж извините, накипело). Конечно же, я не призываю всем сию минуту засесть за специальную литературу и сдавать экзамены по теории электроцепей, но зная даже простые вещи, можно здорово обезопасить себя от неквалифицированных советов при покупке.
Для начала давайте посмотрим, что вообще такое мощность усилителя, и в каких попугаях ее измеряют, откуда берутся эти самые Ватты, и можетли усилитель, на котором написано „75 Вт", быть мощнее усилителя, на котором написано „100 Вт". Забегая вперед, скажу, что может. Но обо всем по порядку.

ФИЗИКА ПРОЦЕССА
Если припомнить школу, то электрическая мощность — это работа по переносу электрического заряда, совершенная в единицу времени. Такое определение, несмотря на свою точность, мало что нам дает, поэтому разовьем его дальше. Вспомним, что работа — эта мера изменения энергии, т.е. в нашем случае мощность — это мера того, сколько электрической энергии усилитель отдаст в нагрузку в единицу времени.
Если с этим более или менее понятно, то теперь определимся, отчего она зависит. В общем случае мгновенная мощность (т.е. мощность, выдаваемая усилителем в каждый отдельный момент времени) будет зависеть от двух вещей: какое напряжение усилитель создает в этот момент на нагрузке, и какой ток при этом течет через нее:

p=u x i

Но к усилителю можно подключить самые разные акустические системы, которые будут для него сложной комплексной (ударение на второй слог, это вам не комплексное удобрение, тут можно и на первый) нагрузкой. А в этом случае ток через нее и напряжение могут и не совпадать по фазе (да-да, и не говорите, что в школе вас этому не учили). Наглядно — на рис.1.

МАКСИМАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ
Но вернемся к нашим усилителям. „Стоп! — скажет внимательный читатель. — Как же мы можем получить сигнал со сногсшибательными сотнями Ватт на выходе автомобильного усилителя, питающегося от 12 Вольт, если эта мощность развивается, например, на нагрузке 4 Ом? Учитывая еще и далеко неидеальный КПД усилителя, она никакие может быть такой!" Никакой ошибки тут нет, просто любой внешний автомобильный усилитель содержит в себе блок питания. Если не вдаваться в подробности, то его задача — преобразовать 12 Вольт в 30, 50, или еще больше Вольт. Так что и схема самого усилителя питается не от 12 Вольт, а от этих самых 30,50 или сколько надо Вольт, а значит, и мощность выходного сигнала будет соответствующая.
Измеряется максимальная мощность обычно следующим образом. Увеличивают уровень сигнала до тех пор, пока на выходе не начнется его ограничение по амплитуде, что означает, что усилитель дошел до предела своих возможностей. Достигнутую на выходе мощность и принимают в качестве максимальной.
Но тут нужно упомянуть тот факт, что понятие максимальной мощности иногда может трактоваться по-разному. Одни производители под этим понятием понимают нормальную, то есть среднюю мощность, которую усилитель может выдать в принципе, а другие — пиковые значения мощности. Как пример — головные устройства. В них нет блоков питания, повышающих напряжение, однако на них частенько красуются надписи о максимальной выходной мощности, например, 40, 50 или 55 Вт на канал.
Давайте разберемся с этими цифрами подробнее. Амплитуда напряжения выходного сигнала у усилителя с 12-вольтовым питанием может быть максимум — 6 Вольт(сигнал ведь имеет две полуволны). Среднеквадратическое значение напряжения (RMS) синусоидального сигнала с такой амплитудой будет равно
0,707 x 6 = 4,242 В
Это означает, что на нагрузке 4 Ом максимально возможная мощность составит всего лишь
4,242²/4 = 4,5 Вт
Так значит надпись 50 Ватт — это ложь? Нет, конечно же, но без некоторого лукавства со стороны производителей не обошлось. Во-первых, усилители головных устройств делают мостовыми. Это означает, что на один динамик на самом деле работают сразу два усилителя (для того, чтобы организовать 4 выхода на динамики, в магнитоле делают на самом деле 8-канальный усилитель). При этом мощность на нагрузке учетверяется (почему так происходит, мы еще рассмотрим в одной из следующих статей, пока что просто поверьте на слово). Максимальная мощность синусоидального сигнала может составить порядка 18 Вт (кстати, честные производители обычно ее все же указывают в инструкции). Уже что-то. Во-вторых, встроенные в ГУ усилители, как правило, выполнены по схемам с вольтдобавкой (так называемый класс „Н"), то есть в них предусмотрен конденсатор, который заряжается в моменты, когда сигнал не слишком мощный, и отдает накопленную энергию, когда должен быть пик сигнала (не путайте с буферными конденсаторами, которые просто подпирают питание). В эти самые короткие моменты времени, когда конденсатор заряжен, усилитель и бывает способен выдать в нагрузку те самые 40 или 50 Вт. То есть, в этом случае речь уже идет не о синусоидальном сигнале, а о реальном музыкальном. Конечно, запасаемой энергии все равно будет недостаточно, чтобы усилитель абсолютно без искажений воспроизвел пик сигнала, но, как говорится, дело сделано — цифра получена, при этом, правда, скромно умалчивается о том, каким именно способом. Важно одно — эти самые указанные 45 или 50 Вт — не та максимальная мощность, которую усилитель головного устройства может выдавать продолжительное время, а максимум, который усилитель может выдать лишь в короткие промежутки времени в пиках сигнала.
Немаловажную роль при измерении играет и напряжение питания самой бортовой сети, при котором производились замеры. Если блок питания самого усилителя стабилизированный, что встречается далеко не во всех моделях, то будет лик нему подводиться 12,5 или, скажем, 14 Вольт (выключенный и заведенный двигатель), большой роли не сыграет. Но у подавляющего количества усилителей блоки питания нестабилизированные, и их мощностные показатели будут напрямую зависеть оттого, чем они питаются. То есть при большем напряжении бортовой сети усилители смогут обеспечить и больший размах напряжения выходного сигнала, а значит и мощность будет выше. Поэтому правильные производители обычно указывают напряжение питания, при котором проведены измерения.

МИНИМАЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ НАГРУЗКИ
Если размах сигнала на выходе усилителя достиг своих пределов, а мощности хочется еще, то остается второй путь ее повышения - снижать сопротивление нагрузки. Например, вместо 4-омной мы можем подключить 2-омную. При том же напряжении питания нагрузка будет вдвое меньше сопротивляться, а это значит, что через нее потечет и вдвое больший ток, то есть, мощность удвоится.
Но это в теории. На практике все будет упираться в возможности самой схемы — будут сказываться потери в элементах блока питания и самого усилителя. Да и сами элементы имеют не безграничные возможности, и рассчитаны на определенные токи, так что при явном переборе могут и сгореть. Поэтому в инструкциях обычно указывают минимальное сопротивление нагрузки — если указано, что оно, например, 4 Ом, то при подключении 2-омных акустических систем усилитель запросто может выйти из строя. Современные автомобильные усилители обычно все же рассчитаны на 2-омную нагрузку. Хорошим показателем можно считать увеличение выдаваемой мощности при переходе с 4 Ом на 2 Ом на 60-80%. А вот если при переходе на пониженное сопротивление увеличение мощности составит всего лишь 20-30%, то это значит, что усилитель работает на пределе своих возможностей по току, не обеспечивая необходимый запас.

НОМИНАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ
В общем-то, максимальная мощность неплохо характеризует мощностные возможности усилителя вообще, но, к сожалению, ничего не говорит о качестве воспроизведения. Ведь когда усилитель достигает предела своих возможностей, сигнал начинает искажаться (такое ограничение сигнала называется клиппирование). То есть, усилитель хорошо работает, только пока мощность выходного сигнала относительно невелика, а с ее увеличением резко начинает расти коэффициент нелинейных искажений, (рис. 3)

Поэтому помимо максимальной мощности важно знать и мощность, при которой искажения еще не превысят допустимой величины. Так определяется номинальная мощность усилителя. Что означает „допустимая величина искажений", к сожалению, каждый производитель понимает по-своему. Скажем, лежат на одном прилавке две модели, на обоих указано, что они имеют мощность, например, по 50 Вт на канал. Однако, для первого указано, что она развивается при искажениях 0,01%, а для второго — при 1%. Естественно, усилитель № 1 будет иметь больший потенциал, чем второй, хотя, казалось бы, на обоих указана одинаковая цифра.
Для того чтобы сравнивать величины мощностей усилителей между собой напрямую было всетаки возможно, периодически вводились стандарты ее измерения. К этому приложили руку и ГОСТ, и МЭК, и немецкий DIN. Один из последних, СЕА-2006, был опубликован в 2003 г. Ассоциацией производителей бытовой электроники (Consumer Electronics Association). В нем четко прописан пункт, касающийся измерения параметров автомобильных усилителей. Согласно этому стандарту номинальная мощность измеряется в Ваттах RMS (Rated Maximum Sinusoidal), и определяется при использовании источника питания 14,4 В, на нагрузке 4 Ом при КНИ равном 1%. Так что если на коробке с усилителем стоит логотип СЕА-2006, то можно быть уверенным, что выходная мощность измерена именно по этим критериям, даже если это особо не отмечено в описании.
Впрочем, это только один из последних принятых стандартов. В любом случае, нужно смотреть не только на сами цифры мощности как таковые, но и на то, при каких условиях она была измерена.

Источник: журнал "Тюнинг автомобилей" (при участии Car&Music), апрель 2010 . Текст Антон Николаев, Фото из разных источников.