Мощность усилителя и мощность динамика. В чём ОТЛИЧИЕ?

[fox proteus]

Кароче, достало! Все путают два этих понятия и делают это с настолько умным видом, что аж противно Бегло пробежался по поиску на предмет поиска правильного определения - нифига. Все с упоением рассказывают о том, что такое электрическая мощность, RMS, ещё какая-то другая... А вот о принципиальном отличии параметров мощности усилителя и динамика - ни слова. Ну или может я фигово искал? Однако, надеюсь, сей пост будет не извержением газов в водную толщу.

Давайте для начала разберёмся с простым понятием мощности, которое нам давали в школе в виде формулы P=U*I, где U - напряжение, а I - ток, проходящий через участок цепи. I по закону Ома для участка цепи можно выразить через U и R, где R - сопротивление участка цепи. Тогда получится P=U*U/R
Вот эта формула - есть определение мощности, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ участком цепи. С точки зрения изучения мощности любую цепь можно разделить на два основных участка - источник и потребитель (нагрузка). Так вот, если развивать определение, то вышеуказанная формула - есть определение мощности, потребляемой нагрузкой у источника.

Теперь давайте посчитаем, что получается. Напряжение вторичного питания усилителя, приходящегося на один канал усиления (из этого напряжения усилитель делает аудиосигнал; возьмём для пример 100-ваттный четырёхканальник) - примерно 40 Вольт. Сопротивление динамика (забьём на импедансную характеристику и посчитаем по номиналу, этого уже достаточно для понимания) - 4 Ома. Подставим цифры в формулу и ужаснёмся:
P=40*40/4=400 Ватт. Это - потребляемая мощость динамика, если его подключить напрямую к напряжению 40 Вольт. Типа как лампочку в розетку вставить. Если это будет постоянный ток, то вся эта мощность динамиков преобразуется в тепло. Если переменный -то Большая часть в тепло, меньшая часть - в перемещение воздуха, находящегося возле диффузора. Если подать на динамик не 40 вольт, а 80 вольт (сабвуферный усилитель), то он будет потреблять уже 1600 Ватт, правда недолго. А если 20 вольт (хиленький усилочек, что на пищалки можно поставить) - 100 Ватт. Так что, потребляемая мощность динамика зависит ТОЛЬКО от его сопротивления и от поданного на него напряжения.

Но представьте, что такое 400 Ватт? Хотя бы на примере лампочки. В подъезде если 200 Ватт повесить - уже офигеть, как светло будет. А если она погорит буквально две минуты, то нагреется до такого состояния, что её в руку взять невозможно будет. То же самое произойдёт и с катушкой динамика. Только вот лампочка сделана из стекла и относительно массивного металла. А динамик - из тонкой проволочки катушки и бумажного/пластикового/ещё какого-нибудь ТОНКОГО диффузора. Если его нагреть до такой степени - он тут же расплавится или в буквальном смысле сгорит. Причём, если применять/не применять(экономя) разные ухищрения, то предел ПОДАВАЕМОГО напряжения можно увеличить/уменьшить. Но, например, у мидбаса никогда не будет возможность приблизиться к постоянно поданным 40 Вольтам. И что же делать производителям? А вот что - чтобы динамики не горели, они придумали писать в инструкициях максимальную мощность, при достижении которой динамик ещё не сгорит. Другими словами, показатель максимальной мощности из инструкции к динамику - косвенное указание на то, какое максимальное напряжение можно ПОДВЕСТИ к динамику, чтобы он не сгорел. Вот и всё. ГРОМКОСТЬ динамика этот параметр НЕ характеризует! Этот параметр характеризует ТОЛЬКО живучесть катушки динамика. ВСЁ!

Теперь перейдём к источнику. В нашем случае это будет усилитель. Что такое усилитель для динамика-нагрузки? Усилитель для динамика - есть ни что иное, как источник переменного тока с постоянно меняющимся напряжением. Колебания тока и напряжения заставляют диффузор динамика двигаться вперёд-назад, перемещая воздух и создавая волну.
Задача усилителя - выдавать на выходе сигнал с высоким напряжением, повторяющий по форме сигнал с низким напряжением, поданным на вход. Причём, сигнал на выходе должен повторять форму сигнала на входе ТОЧНО, без искажения.
Усилитель имеет хитрую конструкцию, состоит из большого числа компонентов, каждый из которых рассчитан на определённую нагрузку. Все эти компоненты (в бОльшей степени это - блок питания усилителя)при проведении через них определённой мощности начинают искажать сигнал. То есть, например, если подать на вход синус 100Гц и увеличивать его амплитуду, то можно добиться появления на выходе нашего примерного четырёхканальника тех самых 40 вольт. Но, если проверить этот сигнал осциллографом, то мы увидим, что от синуса остались одни искажения. Причём, в зависимости от величины подключенной нагрузки переход сигнала от синуса к каше будет происходить при разных значениях напряжения. И что делать производителю? А вот что: находить для разных сопротивлений нагрузки разные значения напряжения на выходе, при которых сигнал начинает переходить от почти чистого синуса к какашке, возводить в квадрат и делить на сопротивление подключенной нагрузки. Это будет как раз значением максимальной мощности усилителя (при которой он ещё не сильно искажает сигнал).
Так вот, этот параметр имеет практичекски прямое отношение к громкости.

НО! Напряжение на выходе усилителя зависит от напряжения на входе усилителя. Зависимость эта выражается коэффициентом усиления. Например, наш четырёхканальник может без искажений усилить синус с размахом 3 вольта на входе до синуса с размахом 20 вольт на выходе при нагрузке 4 Ома (100Ватт неискаженной мощности). Коэффициент усиления получается равен примерно 6,7. Но мы хотим подключить к усилителю пищалку, которая имеет максимальную мощность 40 Ватт. Что нам делать? Правильно! уменьшать коэффициент усиления. Чем? Конечно же регуляторами гейнов!

Так вот, резюмируя вышесказанное, хочу дать определения максимальной мощносности для динамиков и усилителей:
1) Максимальная мощность динамика - это тот максимум, который можно ПОДВЕСТИ к динамику, не спалив его. Обычно указывается RMS (длительная мощность) и максимальная (пиковая мощность). К громкости и искажениям этот параметр отношения НЕ ИМЕЕТ!
2) Максимальная мощность усилителя - это тот максимум, что усилитель может ОТДАТЬ динамику ПРИ МИНИМАЛЬНЫХ искажениях. Этот параметр имеет отношение к громкости и искажениям.

Но это ещё не всё. Давайте продолжим А как подобрать усилитель к динамику, зная мощность динамика? Ответ - НИКАК!
Потому что:
1) у мощного усилителя можно всегда загрубить чувствительность входа, снизив коэффициент усиления
2) У хилого усилителя мощности может хватить за глаза для мощного динамика, если тот имеет высокую чувствительность.

Так как же понять, хватит ли того или иного усилителя под тот или иной динамик? К сожалению, не имея определённого эмпирического опыта - действительно никак Ну, разве что, можно применять такую грубую формулу, что для мидбасов с чувствительностью больше 86дБ хватит 60-70 Ватт на канал, а для мидбасов с меньше чувствительностью - уже не хватит. Ну и внимательно читать отзывы и перенимать чужой опыт

---

Полезные темы:

• посоветуйте усилитель и передние динамики
• Как узнать когда не хватает мощности усилителя?
• Нет мощности усилителя
• Как подобрать динамики по мощности? И что это такое "мощность"?
• Соотношение мощности усилителя и сабвуфера ??? !

[Васян]

Помнится мы как то с Митричем под пивко и Airbourne обсуждали этот вопрос и тоже сошлись на том, что мощность акустики, это мощность, которую может переварить динамик

[Matvey498]

А как подобрать усилитель к динамику, зная мощность динамика? Ответ - НИКАК!

Да нет Усилитель для динамика--электрический источник энергии.А источник по отношению к потребителю стабильно работает,когда нагружен на 70процентов (точнее 70,7 процента.) Вот собственно и все примерные ориентиры.

[Matvey498]

P=U*I,

Эта зависимость справедлива для постоянного тока...
У переменного тока вторгается ещё и косинус угла между током и напряжением и +зависимость от частоты .Индуктивность звуковой катушки непременно вызовет смещение между подаваемым напряжением и протекающим током. И то при синусоидальном сигнале.
А музыкальный сигнал условно =это набор условных синусоид разных частот и разных амплитуд.
Что бы не погрязнуть в дебрях формул,пользуйтесь правилом 0,707.

[Matvey498]

Сопротивление динамика (забьём на импедансную характеристику и посчитаем по номиналу, этого уже достаточно для понимания) -

Вот этого делать НЕЛЬЗЯ.
Если в лампочке индуктивности "ноль целых ... десятых",то в том же мидбасе уже не считаться с индуктивностью нельзя.

[Matvey498]

В чём ОТЛИЧИЕ?

Динамик не активное сопротивление ,а реактивное частотозависимое сопротивление,т.е. сложная нагрузка.

[maximus_063]

Аркадий, если все это утрировать, то можно же подбирать усилитель и аккустику по значениям номинальных мощностей(она же RMS спасибо маркетологам и продаванам)? Т.е. смотрим RMS усилителя и номинальную мощность динамика, +- будет правильно.

[Aleksey]

2) Максимальная мощность усилителя - это тот максимум, что усилитель может ОТДАТЬ динамику ПРИ МИНИМАЛЬНЫХ искажениях.

Чтобы быть более точным.
Не при минимальных, а при тех что указаны в инструкции в разделе "характеристики". Для некоторых усилителей указывают 0,1%, для других 10%.
Так что, при выборе надо это учитывать.

[orbita21]

Дополню сей труд своим.
Некоторые мысли прям совпадают дословно...

МОЩНОСТЬ ДИНАМИКОВ. ПРАВДА И ВЫМЫСЕЛ.

Помните в 90-е на китайских музыкальных центрах были яркие наклейки типа "МАХ 2450 WATT" ?
Вот это качало и долбило

Если посмотреть на заднюю крышку корпуса такого музыкального комбайна за которой находится усилитель мощности, то можно увидеть обязательную для всех электротоваров табличку с указанием вольтажа и частоты питающего напряжения, а так же потребляемой мощности. И цифра там окажется уже не такой колоссальной. Как правило - 120-150 W, как максимум - 200W. Учитываем КПД усилителя и получаем как максимум 100 Ватт на оба канала или 2х50 Вт.

Подобную картину можно наблюдать и в бюджетном сегменте автоаудио компонентов.
На коробках с динамиками за пару тысяч рублей можно видеть яркие надписи с умопомрачительными цифрами 250 Watt MAX, POWER 540W и т.д. и где-нибудь внизу маленькими буквами будет написано RMS 60 Watt.

Кажется где-то произошел обман... или введение в заблуждение потребителя.

Давайте разберемся что же такое мощность динамиков и как правильно подобрать связку фронт-усь.

В действительности, в самих динамиках НЕТ НИ ЕДИНОГО ВАТТА.
Если на динамиках написано 120 Вт, и они подключены к встроенному усилителю ГУ, то - они "выдадут" только те самые 18 Вт, которые способен дать встроенный усь.
Подключены к внешнему усилителю 2х50 Вт - выдадут 50 ватт.
Сколько способен дать усилитель - так и будут играть.

Номинальная мощность - это мощность, которую динамик способен длительное время "переваривать" без повреждения, т.е. без перегрева звуковой катушки, деформации, оплавления и т.д.
Максимальная мощность - это мощность которую динамик способен "переваривать" кратковременно без повреждения. Кратковременно в данном случае означает - 1-2 секунды. Как правило методика измерений макс.мощности подразумевает подачу на динамик мощности в течение одной секунды и затем перерыв на одну минуту. После чего цикл повторяется. Если динамик выжил в течение часа таких упражнений - мощность увеличивают. Если скончался - записывают то значение мощности, на котором он еще был жив.
Тестовым сигналом служит синусоида.

Есть и другие методики измерения. В частности, основанные на различиях в определении мощности.
Если вспомнить физику, то можно написать формулу для расчета мощности:
P = I*U или P = U^2/R
Так как тестовым сигналом является синусоида, а не постоянное напряжение. Вопрос в том, как считать подводимую мощность, ведь напряжение постоянно меняется.
Аналогом номинальной мощности является RMS мощность. RMS (root mean square) - среднеквадратичное значение. Для расчета подставляют так называемое действующее значение напряжения Umax*1.41 (корень из 2).
Максимальная мощность в таком случае окажется ровно в два раза больше, т.к. подставят не действующее значение напряжения, а пиковое (амплитудное). Для обозначения используют аббревиатуру PMPO (peak music power output).

Вот это самое PMPO и указывали на китайских колонках музыкальных центров, в народе их прозвали китайскими ваттами, а особо смекалистые придумали расшифровку аббревиатуры - Пока Молния не Пробьет Очко.

Первое и самое главное:
На параметр максимальная мощность динамиков - нет смысла смотреть.
Мощность динамиков оценивается ВСЕГДА по НОМИНАЛЬНОЙ мощности.

Как видим мощностные параметры динамиков с воспроизведением музыкального материала никак напрямую не связаны, о том как громко может звучать тот или иной динамик (или акустическая система) они нам тоже сказать не смогут. За это ответственен другой параметр, который называется - чувствительность. Но об это чуть позже, а пока вернемся к мощности.

Дабы не доверять слепо заявлениям маркетологов, а порой они больше определяют при составлении сопроводительной документации, чем инженеры-конструкторы, есть одна проверенная временем зависимость мощностных возможностей динамика от размера его звуковой катушки. Она касается не только фронтальных динамиков, но и сабвуферных и будет полезна если не всем, то многим.

Диаметр катушки:
1", мощность (RMS)до 50Вт. "держит" с искажениями до 75Вт
1,5" до 75Вт. до 90-100Вт
2" 100-120Вт до 150-200Вт
2,5" 150-200Вт до 250-300Вт
3" 250-400Вт до 450-500Вт
4" 350-500Вт до 600-650Вт
более 4" (SPL) от 650Вт и......

Итак. Как же выбрать подходящий усилитель к акустике, или наоборот - акустику к усилителю?
Очень часто встречаются вопросы типа:
"Динамики по мощности должны быть меньше или больше, чем усилитель?"
"Если у меня усь 2х100 Вт, а динамики - 80 Вт - не сожгу ли я их этим усилителем?"

Начну с последнего.
В принципе - да, сможете сжечь если захотите. Ключевые слова "если захотите". Случайно этого сделать не получится.

Дело в том, что у усилителя тоже есть свой "предел прочности". Существует определенное пороговое значение выходной мощности, после которого усилитель перестает адекватно работать и тот сигнал который мы получаем на выходе - далек от того что поступало на вход. КНИ (коэффициент нелинейных искажений) при этом начинает увеличиваться в десятки раз и переходит порог 1%, а синусоида на выходе начинает превращаться в прямоугольный сигнал. Это называется клиппинг - ограничение выходного сигнала. Вместо переменного напряжения на звуковой катушке появляются участки с постоянным напряжением, которые и начинают плавить катушку, потом - жарить, ну а потом - всё, конец...

Чем мощнее усилитель - тем дальше этот порог. И в случае, когда мощность усилителя больше мощности динамиков - вы просто раньше дойдете до физических ограничений возможностей динамика (максимальный ход диффузора), нежели до клиппа уся. Физические ограничения будут заметны на слух - стук катушки и связанные с этим искажения, призвуки. При этом громкость будет такой, что находиться в автомобиле становится достаточно проблематично. Реальные 80 Ватт RMS мощности это РЕАЛЬНО ГРОМКО, поверьте.
Сжечь динамик клиппом - гораздо легче, чем сжечь его реальным превышением тепловых возможностей на неискаженном сигнале.
Поэтому ОПАСАТЬСЯ следует НЕДОСТАТОЧНОЙ мощности, а не избыточной.
При правильной настройке мощного усилителя - ничего страшного с динамиками не случится.
При любой настройке слабого уся - можно сжечь дины решив слегка "качнуть".

В наши дни стало повсеместной практикой указание номинальной мощности усилителей при КНИ 1% (в индустрии этот параметр именуется англоязычным сокращением THD). При этом в сопроводительных документах производитель указывает THD 0,01%. Тут тоже имеет место некоторое введение в заблуждение. В случае с мощностью - не указывается при каком THD была снята эта мощность, а в случае с THD - не указывается при каком значении выходной мощности был измерен этот параметр.
Можете заглянуть в какой-нибудь тест усилителей журнала АЗ, дабы воочию убедиться:
При каких значения мощности КНИ остается в пределах десятых долей процента
При каких значениях КНИ мощность приблизительно совпадает с паспортной.
Также увидите и стандартную галку зависимости на графике КНИ-мощность, поймете - что 1% это очень много и как правило усилитель при этом находится уже на грани (или за ней).
В большинстве случаев заявленные, к примеру, 75-80 Ватт на канал - это честные 55-60 Ватт и т.д.

Второе и не менее главное:
Запас по мощности усилителя - это всегда ХОРОШО.
Чем больше разница между мощностью усилителя и номинальной мощностью динамиков:
- тем легче работать усилителю и тем лучше он контролирует динамик
- тем дальше мы находимся от значительных величин КНИ
- тем дальше мы находимся от клиппа усилителя

В следующей статье речь пойдет о сабах с двойной звуковой катушкой.

[Flatout]

Терпеливо прочитал вышенаписанное, в награду за это прошу вложить мои пять копеек.

С мощностью усилителя все более менее определено и понятно. Посмотрим, что происходит с мощностью на примере 100-Ваттного усилителя.
Неискаженная мощность 100 Вт выдается на нагрузку 4 ома при напряжении на выходе усилителя 20 Вольт.



На графике показана функция напряжения на выходе усилителя для синусоидального сигнала, мощность примерно соответствует закрашенной площади.
Если попытаемся выдать больше, к примеру 120 Вт сигнал будет ограничен напряжением питания усилителя и появятся слышимые на слух искажения.



Если наплевать на искажения и добавить еще, мощность выдаваемая усилителем может достигнуть 200Вт, в теории.



Уважающие себя производители проектируют блок питания усилителя так, чтобы практика соответствовала теории.
Однако музыкальный сигнал выглядит несколько иначе. Для примера использован фрагмент 20:46.910-20:46.940 с авторского диска Sam01 «ReJazzed».



Закрашенная площадь соответствует мощности 5-10 Вт, хотя возможности усилителя по искажениям выбраны практически полностью и добавить мощности уже нельзя.

Выводы:
а) 100-Ваттный усилитель на полной неискаженной громкости выдает в нагрузку 5-20 Вт, в зависимости от музыкального жанра, уровня и компрессирования сигнала;
б) сдуру можно выдать на-гора 200 Вт, что в 10 раз превышает обычно используемую мощность.

Теперь по динамикам.
Поскольку КПД динамика составляет не более нескольких процентов, и основная мощность перерабатывается в тепло, мощность динамика определяется его допустимым нагревом.
Мощность определяется возможностью рассеивания тепловой энергии, в первом приближении площадью катушки. Соответственно при увеличениидиаметра катушки в 2 раза ее площадь и рассеиваемая тепловая мощностьувеличивается в 4 раза. В журнале АВТОЗВУК писАли, что катушка 1 дюйм рассеивает 50 Вт. Плюс минус термостойкость материалов и конструктивное устройство охлаждения.
Такой динамик смело можно подключать к 100-Ваттному усилителю, он прекрасно переварит 5-20 Вт музыкального сигнала. Однако, если неаккуратно покрутить гейны (200 Вт) из динамика уйдет «сизый дым» а без него, как известно, ни одно электрическое устройство не работает

Выводы:
а) 40-50 Ваттный динамик может работать со 100-Ваттным усилителем;
б) 100 Ваттный усилитель может убить 200-Ваттный динамик.