Вложений: 2
Усилители (классы, основные параметры, типовые схемы подключения)
Усилитель мощности - это основной элемент звуковой системы. Это устройство получает сигнал низкого уровня от линейного выхода головного устройства и усиливает его напряжение и ток до необходимых величин, достаточных для нормальной работы динамиков. В этой главе мы расскажем Вам о том, как устроены усилители, как они классифицируются и об их месте в автомобильных аудиосистемах.
Классификация усилителей
Усилитель условно можно разделить на четыре основные части. Блок питания усилителя, блок обработки входного сигнала, драйвер и блок формирования выходного сигнала.
Блок питания - это группа электрических цепей, формирующих и регулирующих напряжение для питания различных частей усилителя. Блок обработки входного сигнала сравнивает сигнал, получаемый от предусилителя магнитолы с выходным сигналом усилителя для его корректировки, чтобы удалить искажения, возникающие при усилении. Кроме того, этот блок усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для последующего его усиления в других частях усилителя. Драйвер разделяет сигнал на два разнополярных сигнала (фазовое разделение) и усиливает его для последующей передачи в блок обработки выходного сигнала. И наконец, последняя стадия усиления - блок обработки выходного сигнала (его правильнее называть выходным каскадом или оконечником), который в основном и определяет класс усилителя. Усилители разделяются по классам в зависимости от своей эффективности (К.П.Д.) и уровня искажения выходного сигнала.
Класс А. Усилители этого класса обладают низкой эффективностью, но дают очень "чистый" сигнал. Большинство усилителей класса А имеют К.П.Д. равным 20-30%, то есть при потреблении 100 Вт от аккумулятора автомобиля он выдает сигнал на динамики мощностью всего в 20-30 Вт. Остальная мощность теряется в электрической цепи усилителя, превращаясь в тепло. Качественные усилители А класса редко применяются в автомобильных аудиосистемах, так как они обладают малой мощностью при очень высоких ценах. Ламповые усилители класса А можно встретить лишь в очень дорогих аудиосистемах уровня Hi-End.
Класс В. Эффективность усилителя этого класса почти в два раза выше эффективности усилителя класса А. Однако, искажения в выходном сигнале очень высоки, что делает этот класс усилителей неприемлемым для car audio.
Класс С. Усилители этого класса имеют К.П.Д. равным почти 75%, что делает их очень эффективными, но с увеличением К.П.Д. резко увеличиваются искажения. Эти усилители не подходят для усиления звука в Hi-Fi аудиосистемах.
Класс АВ. Большинство Hi-Fi усилителей принадлежат именно этому промежуточному классу. Они вобрали в себя возможности усилителей класса А - относительно "чистый сигнал" при относительно неплохой эффективности (немного ниже чем в классе В).
Класс D. Это самый современный класс усилителей, применяющие цифровую обработку сигнала. Усилители D класса очень компактные, что в будущем даст им преимущество на рынке автомобильных аудиосистем. В настоящее время, цифровые автомобильные усилители встречаются гораздо реже, чем популярные аналоговые усилители АВ класса.
Коэффициент гармонических искажений (THD). Звуковой сигнал состоит из множества частот и полутонов. Гармоника - это полутон первоначальной ноты (основной частоты), который отвечает за характер звучания ноты. Звуковой сигнал можно представить как сложную комбинацию колебаний точно взаимосвязанных синусоидальных волн (гармоник).
В процессе усиления, проходя через различные блоки усилителя, звуковой сигнал искажается, "обрастая" ненужными гармониками. Возросшее количество гармоник в усиленном сигнале, выраженное в процентах, и есть коэффициент гармонических искажений (Total Harmonic Distorsion). В спецификации усилителя указываются несколько коэффициентов гармоник для различных частотных диапазонов, уровней выходной мощности и сопротивлений нагрузки. Чем меньше этот коэффициент, тем выше качество усилителя.
Разделение каналов (Stereo Separation). Этот показатель характеризует уровень изолированности двух каналов усиления (правого и левого) друг от друга. Их взаимовлияние обусловлено наличием общего источника питания в усилителе. Выражается этот показатель в децибелах и характеризует уровень интенсивности левого канала относительно уровня "просочившегося" в него правого канала и наоборот. Чем выше этот показатель, тем лучше усилитель. Избежать "просачивание" можно заменой одного стерео усилителя на два отдельных моно усилителя. В классе high-end эта проблема решается установкой двух блоков питания в один стерео усилитель.
Демпфирующий фактор (Damping Factor). Для того, чтобы понять сущность демпфирующего фактора усилителя, рассмотрим поведение мембраны сабвуфера в период между импульсами. Низкочастотый импульс, посылаемый усилителем на катушку динамика заставляет его мембрану двигаться вперед. Достигнув определенной верхней точки мембрана начинает возвратное движение. Вернувшись в исходную точку мембрана не замирает сразу, а продолжает вибрировать по инерции некоторое время, что генерирует в обмотке динамика обратный электрический ток. Усилители конструируются таким образом, чтобы закорачивать обратный ток от динамика и, тем самым тормозить вибрацию мембраны в период между импульсами. Чем выше демпфирующий фактор усилителя, тем быстрее мембрана останавливается, возвращаясь назад в исходную точку после импульса.
Демпфирующий фактор усилителя определяется как отношение сопротивления динамика к сопротивлению усилителя. Чем ниже сопротивление динамика, тем ниже демпфирующий фактор.
Ламповые усилители в силу конструктивных особенностей имеют низкий демпфирующий фактор, что обуславливает "мягкий" бас в звуковой картине. Производители транзисторных усилителей стараются повысить демпфирующий фактор для репродукции "жесткого" баса, так как при желании бас можно смягчить, заключив в короб низкочастотный динамик. Ужесточить же "мягкий" бас сабвуферным коробом гораздо сложнее.
Подключение и настройка усилителей
Схема с одним двухканальным усилителем.
Вложение 103192
На рисунке показана схема подключения одного двухканального усилителя, к каждому каналу которого подключены две компонентные акустические системы (две вперед и две в заднюю часть салона). Это наиболее простая и дешевая схема усиления без применения активного кроссовера. Обратите внимание, что пара задних динамиков подключаются к основной передней паре параллельно. Параллельное подключение динамиков уменьшает их сопротивление в два раза. Если усилитель имеет полное сопротивление нагрузки равное 4 Ом, то параллельное подключение двух восьмиомных динамиков является вполне приемлемым. Главное при подсоединении динамиков, правильно рассчитать их общее сопротивление. Не следует делать его меньше, чем сопротивление нагрузки усилителя.
Схема с двумя двухканальными усилителями.
Вложение 103193
На рисунке показана схема усиления низкочастотного спектра звукового сигнала отдельно от среднего и высокочастотного диапазонов, разделенных электронным кроссовером. Так как сабвуфер имеет К.П.Д. меньший, чем высокочастотный динамик, он потребляет больше мощности от усилителя, чем последний, для создания равного звукового давления. Усиливаясь в одном усилителе, низкие частоты отбирают большую часть мощности и практически ничего не оставляют для средних и высоких частот, которые начинают плохо вырисовываться в звуковой картине. Увеличение громкости для "вытягивания" средних и высоких приводит к искажениям в области низких частот. Звуковая картина окончательно портится.
Если же усиливать низкие частоты отдельно от остальных, то мы имеем великолепную возможность сделать средние и высокие частоты достаточно громкими и яркими, не искажая низкочастотную составляющую сигнала. Звуковая картина становится четкой, а эффективность системы значительно возрастает.
К примеру, если мы имеем усилитель для сабвуфера мощностью 60 Вт, то для хорошего звука в салоне для средне- и высокочастотных динамиков доста-точен отдельный усилитель мощностью лишь в 20 Вт. Если кроссовер правильно настроен, то есть каждый усилитель получает свою порцию частотного диапазона, то потенциальный уровень звукового давле-ния (SPL) этой системы будет эквивалентен мощности 150 Вт, а не 80 Вт (60Вт + 20 Вт).
Мостовое соединение каналов усилителя (Bridge ON-OFF)
При мостовом соединении в усилителе объединяются положительный провод выхода на динамики одного канала усиления и отрицательный провод выхода на динамик второго канала усиления. Объединяя таким образом левый и правый канал мы получаем один гораздо более мощный моно канал для подключения к нему сабвуфера. Его мощность в четыре раза больше мощности одного канала до мостового режима подключения, так как мощность - есть квадрат напряжения поделенный на сопротивление, которое остается неизменным. Допустим, напряжение на выходе на одном канале равно 15 Вольт, следовательно мощность его будет равна:
15(15/4Ом) = 56.25 Вт.
При мостовом подключении напряжение объединенного канала станет равным 30 Вольт, а мощность станет равной:
30(30/4Ом)= 225 Вт.
Однако, следует помнить, что увеличение мощности не ведет к пропорциональному увеличению громкости (дБ) звука. Увеличение мощности в два раза дает увеличение уровня звукового давления всего на 3 дБ. В нашем случае, при увеличении мощности в четыре раза давление звука возрастет на 6 дБ.
Для того, чтобы правильно настроить усилитель необходимо произвести следующие действия:
1. Скрутить на усилителе регулятор усиления (gain) на минимум (минимальное усиление)
2. Поднять громкость на головном устойстве до максимального уровня, на котором еще не начались искажения.
3. На усилителе медленно поднять регулятор усиления до уровня предшевствующего искажениям (максимально "чистое" усиление).
4. Убавить громкость на головном устройстве до желаемого.
В результате этих действий мы получим максимальный уровень звукового давления (SPL), \который может выдать звуковая система.
Конденсаторы - это устройства, которые могут накапливать и отдавать электрический заряд. Ёмкость конденсаторов измеряется в Фарадах. Конденсатор емкостью 1 Ф накапливает электрический заряд, эквивалентный силе тока в 1 А, действующего 1 секунду. Заряженный конденсатор разряжается очень быстро, что делает его очень полезным для поддержания энергопитания мощных аудиосистем в автомобиле.
Усилитель во время работы может кратковременно потреблять мощность, в три раза превышающую его среднюю потребляемую мощность. В эти короткие периоды времени аккумулятор автомобиля не в состоянии обеспечить усилитель нужной силой тока, и как следствие, происходит падение напряжения в энергосистеме автомобиля, что приводит к искажению звука (глухой бас). Установка конденсатора успешно решает эту проблему. Конденсатор, быстро разряжаясь, сглаживает падение напряжения в эти короткие промежутки времени и обеспечивает усилителю ровное питание.
Конденсаторы для подобных целей выпускаются емкостью от 250,000 мФ до 2,000,000 мФ. Подбираются конденсаторы по правилу, по которому на каждые 100 Вт выходной мощности усилителя устанавливается 100,000 мФ емкости конденсатора.
Закон Вебера-Фехнера. Когда интенсивность раздражения возрастает в геометрической прогрессии, интенсивность восприятия звука растет в арифметической прогрессии.
Следует отличать объективную характеристику звука - его интенсивность от субъективного ощущения громкости. При удваивании интенсивности раздражения (мощности звука) громкость не кажется нам удвоившейся. Удвоение громкости ощущается лишь при достижении второй степени первоначального раздражения. Для измерения громкости пользуются единицами, называемыми децибелами.
n децибел = 10lg (I'/I),
где I' и I - интенсивности звуков, громкость которых отличается на n децибел.
Re: Усилители (классы, основные параметры, типовые схемы подключения)
ДЛЯ УСИЛИТЕЛЕЙ наиболее важными являются следующие характеристики:
- мощность усилителя (RMS). Самым распространенным стандартом измерения мощности среди серьезных производителей усилителей является RMS. Измерения производятся при напряжении питания 14,4 вольта и допускают искажение сигнала на уровне 1%. Обязательно указывают, на какой нагрузке производятся измерения – стандартом для автомобильной акустики является 4 Ом. Как правило, указывается мощность для каждого из каналов (например, 4х60 Вт для четырехканального усилителя, или 4х60 Вт + 1х200Вт для пятиканального усилителя, один из каналов которого обладает большей мощностью). Следует опасаться изделий, для которых производитель указывает только так называемую максимальную мощность (как правило, это неизвестные бюджетные модели), т.к. она не имеет ничего общего с их реальной мощностью – в лучшем случае, при «честном» подходе, замеряют мгновенную мощность на пике выходного напряжения усилителя.
- мощность в мостовом включении (RMS). Важной особенностью усилителей является способность мостового включения – когда два канала усилителя как бы объединяются в один. Как правило, мостовое включение используется для подачи сигнала на сабвуфер, которому, при прочих равных, всегда надо больше мощности, чем стандартным акустическим системам. Обычно, при мостовом включении, результирующая мощность «объединенного» канала приблизительно в три раза выше (иногда немного больше) мощности исходных каналов. Важно заметить, что для питания сабвуфера иногда требуется работа на нагрузку в 2 Ома. В мостовом режиме работать на нагрузку в 2 Ома смогут только те усилители, которые в стерео режиме могли работать на 1Ом.
- диапазон воспроизводимых частот. Под этим понимают тот диапазон частот, в пределах которых отклонение от номинала выходной мощности усилителя не превышает определенной величины, обычно +/-3dB.
- отношение сигнал/шум. За это отношение (измеряется обычно в dB) принимают отношение полезного сигнала на выходе усилителя к уровню шумов в этом сигнале. Для усилителей отношение сигнал/шум от 90 до 95 dB считается отличным.
- наличие фильтров ВЧ (высокочастотных) и НЧ (низкочастотных). Наличие фильтров является очень полезной функцией, имеющейся в большинстве усилителей. При включении фильтра ВЧ и настройке его на определенную частоту на выходе получаем сигнал, который как бы «обрезан» ниже заданной частоты. При использовании НЧ фильтра получаем обратную картину, т.е. выходной сигнал как бы «обрезан» выше заданной частоты. Фильтрами пользуются для выполнения следующих действий: стыковка по частоте сабвуфера с остальными акустическими системами, «обрезка» акустических систем по низкой частоте (редкая акустическая система может отыгрывать без искажений частоты ниже 60-70 Гц), стыковка по частоте компонентов акустической системы при поканальном усилении (на каждый компонент акустической системы подается сигнал от отдельного канала усилителя). При необходимости пользования при построении системы встроенными фильтрами усилителя, очень важно заранее оценить имеющиеся возможности этих встроенных фильтров (диапазон регулировки, крутизна фильтра, возможность одновременного использования, возможность полосового включения – когда с помощью фильтра «вырезается» какой-то определенный частотный диапазон, ограниченный одновременно сверху и снизу). В некоторых усилителях встречается особая разновидность фильтра ВЧ, которая называется subsonic. Он служит для «обрезки» инфранизких частот, которые не могут воспроизводиться системой (даже имеющей сабвуфер) без искажений. Subsonic может быть регулируемым или нет. Обычно, subsonic используется для «обрезки» частот с ~25Гц и ниже.
Вложений: 1
Re: Усилители (классы, основные параметры, типовые схемы подключения)
Вложение 127896
Очень часто стали задаваться вопросы про возможные подключения того или иного компонента (или системы), на рисунках изображены основные схемы подключения к четырёхканальным усилителям:
Рис1. самая распространённая схема: 4 динамика подключены к одному четырёхканальному усилителю. Каждый динамик сопротивлением 4ом. Каналы усилителя работают на нагрузку 4ом. (плюсы использования внешних усилителей уже не раз обсуждались, это меньшее количество искажений на небольшой громкости и соответственно больший уровень неискажённой громкости звука.)
Рис2. так же весьма распространённая схема: 2 динамика и сабвуфер подключены к одному четырёхканальному усилителю. Каждый динамик (включая сабвуфер) сопротивлением 4ом. НЧ динамик для такого типа подключения допускается только с одной звуковой катушкой 4ом. Фронтальные каналы усилителя работают на нагрузку 4ом, тыловые каналы усилителя включаются по мостовой схеме (где + берётся с левого канала а – с правого канала) и работают на сабвуфер. Мостовое включение позволяет снять с усилителя повышенную мощность (в зависимости от качества и тех.совершенства усилителя мощность возрастает до 4х раз) что очень важно для столь прожорливого компонента как НЧ динамик.
Рис3. Поканальное усиление, к фронтальной паре каналов подключены твитеры, к тыловой паре каналов подключены мидбасы. ВАЖНО: поканальное усиление требует наличие соответствующих фильтров (либо в усилителе, либо в головном устройстве – необходимые пределы регулировки обоих фильтров HP и LP обычно от 50-3500гц – будет вполне достаточно, встречаются и более широкие пределы регулировки, например до 7000Гц) (поканальное усиление с активной фильтрацией избавляет от необходимости применения пассивных элементов – т.е. конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов и т.д. которые отнюдь не способствуют получению чистого и не искажённого звука, так же на пассивных элементах кроссовера теряется львиная доля мощности сигнала усилителя)
Рис4. к одному четырёхканальному усилителю подключено два комплекта акустики и один сабвуфер, динамики с каждой из сторон соединены параллельно друг другу. (т.е. + с +, а – с – каждого динамика). Сабвуфер подключен так же как на Рис2. ВАЖНО: при данном подключении усилитель будет работать в тяжёлом для себя режиме, с повышенной температурой – поэтому будьте внимательны в установке – постарайтесь обеспечить хорошую вентиляцию установленному усилителю. (Удвоение числа основной акустики позволяет поднять неискаженную громкость системы)
Рис5. Один четырёхканальный усилитель работает на два сабвуфера подключенных по мостовой схеме (сабвуферы при таком типе включения необходимо применять только с одной звуковой катушкой сопротивлением 4ом). Подключение сабвуферов производиться так же как на рис.2.
Рис6. Схема поканального усиления со сдвоенным мидбасом. Необходимые требования к усилителю изложены в схеме на рис3. (Схема позволяет получить мощный мидбас, любители клубной музыки и рока – любят это называть шевелением волос на голове, поскольку твитер имеет гораздо более высокую чувствительность, то он не требует установки себя в двойном количестве при данной схеме)
Рис7. В продаже часто встречаются сабвуферы с двумя звуковыми катушками. Для работы с таким сабвуфером можно так же использовать 4х канальный усилитель (при условии равной мощности фронтальных и тыловых каналов). Одна из катушек сабвуфера подключается к фронтальной паре каналов по мостовой схеме, другая катушка сабвуфера подключается к тыловой паре каналов усилителя так же по мостовой схеме. Что позволяет подать (в зависимости от качества и тех.характеристик усилителя) в 8раз больше мощности на НЧ головку.
Это мы рассмотрели возможность использования 4х канального усилителя, всегда надо помнить что есть нестандартная акустика (например Fusion FJL-65C или некоторые твитеры) и выбраная схема подключения требует уточнения.
Вложений: 1
Re: Усилители (классы, основные параметры, типовые схемы подключения)
Мостовое включение
Подключение усилителя к громкоговорителям, при котором каналы стереоусилителя работают в режиме моноблочных усилителей мощности. Они усиливают один и тот же сигнал, но в противофазе. При этом громкоговоритель включается между двумя выходами каналов усиления.
При мостовом включении два канала усилителя объединяются в один новый канал. При традиционном включении один из проводов, идущих к динамику от усилителя - нейтральный (его потенциал по отношению к "массе" не изменяется). Другой провод ("горячий") - передает НЧ сигнал на динамик. При таком включении размах напряжения на динамике не превышает напряжения питания за вычетом напряжения насыщения выходного каскада. При мостовом включении оба провода "горячие" ("масса" отсутствует), но сигнал на одном из них должен быть инвертирован, в противном случае динамик никогда не "увидит" разность потенциалов, поскольку оба провода получат синфазный сигнал. При инвертировании одного из сигналов итоговый сигнал возрастет вдвое по сравнению с одиночным сигналом. Таким образом, если в Вашем усилителе не предусмотрен переключатель для инвертирования одного канала, Вы не можете получить мостовое включение без внешнего инвертора.
При мостовом включении обычно все параметры исходных усилителей складываются. Например, при мостовом включении усилителя 50Вт/канал на 4 Ом при К.Н.И.<0.05% Вы получите 100Вт на 8 Ом при К.Н.И. <0.10%. Следовательно, усилитель, рассчитанный на нагрузку 2(4) Ом в стереорежиме способен вынести только 4 Ом в мостовом монорежиме.
Схема подключения к колодке на усилителе:
Вложение 127899
Re: Усилители (классы, основные параметры, типовые схемы подключения)
По поводу Tri-mode. Фильтры, каких фирм посоветуете использовать в данной ситуации?(Для Soundstream серии Пикассо или Тарантула).
Re: Усилители (классы, основные параметры, типовые схемы подключения)
Три-моде - это извращение... Купите нормальный усь и не изобретайте велосипед!!!
Re: Усилители (классы, основные параметры, типовые схемы подключения)
To jaff
Для мостового включения нужна инверсия одного канала...?
Re: Усилители (классы, основные параметры, типовые схемы подключения)
"При мостовом включении оба провода "горячие" ("масса" отсутствует), но сигнал на одном из них должен быть инвертирован, в противном случае динамик никогда не "увидит" разность потенциалов, поскольку оба провода получат синфазный сигнал. При инвертировании одного из сигналов итоговый сигнал возрастет вдвое по сравнению с одиночным сигналом. Таким образом, если в Вашем усилителе не предусмотрен переключатель для инвертирования одного канала, Вы не можете получить мостовое включение без внешнего инвертора."
