Юный техник, 2014 № 05

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Какая мощность нужна усилителю?

(Окончание. Начало см. в «ЮТ» № 3, 4 — 2014 г.)

Почему-то твердо укоренилось мнение, что чем больше выходная мощность УМЗЧ, тем он лучше. Речь идет обычно о десятках и сотнях ватт. Но нужно ли так много?

Давайте разбираться, и для начала проведем два очень простых эксперимента. Для первого понадобится любой портативный или переносной приемник. Поставьте его на стул, табуретку или просто держите в руке на открытом месте посреди комнаты. Установите нормальную, для долгого прослушивания, не слишком большую громкость. Запомните, как он звучит. Теперь поместите приемник в угол комнаты, в освобожденную от книг полку или в нишу мебельной стенки, желательно в угол. Вы заметите, что качество звука улучшилось, возросла отдача низких частот и общая громкость. Эксперимент очень прост, но он ясно показывает важность акустического оформления как для отдачи, так и для качества звука.

Другой эксперимент состоит в определении подводимой к динамику мощности. Понадобится вольтметр переменного тока (тестер), а еще лучше — осциллограф. Доберитесь до выводов динамика того же приемника или радиоточки (возможно, придется снять заднюю стенку).

Измерьте напряжение на динамике при той же нормальной громкости. Заодно прочитайте на этикетке сопротивление динамика. Его можно и измерить, но тогда придется отпаять один провод. Допустим, у вас получилось 100 мВ и 8 Ом. Мощность Р = U²/r = 0,01/8 = 0,00125 Вт, или 1,25 мВт. Именно столько (всего-то!) и отдает в среднем ваш УМЗЧ.

Эксперимент ясно показывает, что главное в АС не столько головка (хотя и ее параметры важны), сколько ее акустическое оформление. Абсолютно необходимо разделить звуковые потоки, излучаемые передней и задней сторонами динамика, — они противофазны (когда с одной стороны сжатие воздуха, с другой — разрежение).

Простейший способ — установить головки на отражательной доске больших размеров. Сторона доски должна иметь размер порядка половины длины звуковой волны на низшей воспроизводимой частоте.

Найти длину волны λ просто: λ = v/f, где v — скорость звука 330 м/с, f — частота. Для низшей воспроизводимой частоты 50 Гц λ = 6,6 м, размер доски получается более 3 м. Много, но что делать, физические законы отменить нельзя! Края доски можно загнуть назад, получится знакомый нам корпус радиоприемника (телевизора или АС) с открытой задней стенкой.

Головки на отражательной доске лучше размещать асимметрично, тогда пики и провалы амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) несколько выравниваются.

Устанавливать в АС несколько головок, даже разных, имеет смысл по нескольким соображениям: звуковые давления отдельных головок складываются, поэтому отдача АС возрастает при неизменной подводимой мощности. Пики и провалы на АЧХ отдельных головок не совпадают, как не совпадают и механические резонансные частоты, в результате общая частотная характеристика выравнивается.

Схему включения головок надо подобрать так, чтобы выделяющаяся на них мощность была пропорциональна паспортной. Полярность включения головок важна: при подаче на АС постоянного напряжения (например, 1,5 В от одного элемента питания) все диффузоры должны двигаться в одну сторону, что соответствует синфазному включению. Хотя бы одна головка, работающая в противофазе, резко понижает общую отдачу. Если есть возможность изготавливать АС разной конструкции, то несколько головок лучше размещать вертикально, друг над другом, тогда излучение концентрируется в горизонтальной плоскости, на уровне голов слушателей.

ВЧ-головки лучше размещать именно на этой высоте, в середине, а мощные низкочастотные — выше и ниже, поскольку направленность излучения на нижних частотах меньше. Установка колонны в угол комнаты повышает отдачу (рупорный эффект) и позволяет изготавливать лишь одну отражательную доску. В углах у потолка или пола можно попробовать установить треугольные листы фанеры или пластика — «акустические зеркала», отражающие излучение обратной стороны АС к слушателям. Подобные «звуковые колонны» неоднократно использовали любители Hi-End.

Распространено такое заблуждение: если в АС установлены 12 четырехваттных динамиков, то подавать на нее надо 48 Вт. Ничуть не бывало, подайте на эту АС 1 Вт, и она будет звучать громче, чем один четырехваттный динамик при подаче на него 4 Вт. Выигрыш в чувствительности (отдаче) оценивается как 101 gN, где N — число одинаковых динамиков в АС.

Отдача определялась как звуковое давление на расстоянии 1 м при подаче на АС мощности 0,1 Вт. Динамики для определения отдачи устанавливали на специальной калиброванной отражательной доске. Типичное значение отдачи динамиков советского времени 0,2 Па, но были и исключения.

Звуковое давление 0,2 Па соответствует громкости 80 дБ. Такую громкость динамик создает при электрической мощности 0,1 Вт. А при 1 Вт, что на 10 дБ больше, он создаст, соответственно, 90 дБ. Эта цифра и есть его чувствительность.

Но 90 дБ — это разумный предел громкости. Выходит, что мощности УМЗЧ в 1 Вт вполне достаточно? Это действительно так. Откуда же берутся цифры в десятки и сотни ватт?

Любопытно сравнить мощности, требуемые разным динамикам для получения нормальной для неутомительного прослушивания громкости в 60 дБ (см. таблицу). Предполагается, что динамики установлены на стандартной для измерений отражательной доске или в открытом корпусе значительных размеров.

Видим, что никуда не годными оказались маломощные динамики от карманных приемников (верхние строки таблицы). В то же время довольно мощные (5.8 Вт по паспорту) требуют почти в 20 раз меньшей мощности для получения той же громкости (нижние строки). Оно и понятно: для хорошей отдачи нужны сильный магнит, большой диффузор и хорошее заполнение магнитного зазора проводом звуковой катушки.

Незначительная, по современным понятиям, паспортная мощность (менее 10 Вт) смущать не должна. Раньше указывали мощность, при которой динамик может работать непрерывно, без повреждений и перегрева. Теперь в рекламных целях пишут пиковую мощность, так называемую РМРО (Peak Musical Power Output), которую динамик может выдержать лишь в течение долей секунды. Она в десятки раз выше средней.

Куда же девается мощность УМЗЧ? Понятно, что для отсутствия искажений на пиках музыкального сигнала УМЗЧ рассчитывают на РМРО, хотя, повторю, эти искажения и малозаметны. Хуже другое — очень низкий КПД, следовательно, чувствительность и отдача современных АС.

Пусть, польстившись на гладкость АЧХ и широкий диапазон, вы приобрели АС с чувствительностью 82 дБ и хотите получить громкость 92 дБ. Мощность УМЗЧ надо увеличить на 10 дБ относительно 1 Вт, или в 10 раз. Получаем 10 Вт. Далее, вы хотите получить эту громкость на расстоянии не 1 м, а 3 м. Плотность потока мощности убывает пропорционально квадрату расстояния, поэтому мощность АС надо увеличить еще в 9 раз, получаем 90 Вт. Далее, вы хотите иметь запас 5.10 дБ, чтобы гарантировать отсутствие искажений на пиках музыкальной программы. Это еще 3.10 раз. Вот и получается, что вам нужен УМЗЧ с мощностью порядка от 300 Вт до 1 кВт!

А надо ли вам это? Ведь при таких громкостях, кроме как слушать музыку, делать ничего нельзя. Но будь у вас АС с чувствительностью 102 дБ, вам бы хватило и 10 Вт, чтобы слушать концерт, а для фоновой музыки хватило бы и милливатт.

Лучшие по чувствительности и качеству АС купить вы вряд ли сможете (как, впрочем, и автор), но не исключено, что сделаете сами. В последние годы интересующийся электроакустикой народ вместо закрытых ящиков все чаще использует рупоры или большие отражательные доски. Вот, например, одна из лучших в мире конструкций класса Hi-End — Lowther Maestro Horn ценой около 1,5 млн. руб. Кто слушал эти системы, тот не забудет их никогда! В этой рупорной системе всего один динамик, но с тремя диффузорами, для НЧ, СЧ и ВЧ.

А необычная рупорная акустика фирмы Ferguson Hil изображена в начале статьи. Цена этой системы около $10 000.

Ну, а если очень захочется, то все жилище можно превратить в рупорную стереосистему. Этой шуткой мы и закончим повествование.

В. ПОЛЯКОВ, профессор

Согласитесь, необычно выглядит акустическая система Lowther Maestro Horn.