Инструменты   Музыканты   Полезное   Архив MP3   stnk   cyco   LINXY   Bonus
 
Мощность и громкость усилителей

При выборе комбика и усилка мы всегда обращаем внимание на мощность. Все знают, что мощнее, значит громче. Но в целом, смысл этого параметра зачастую неясен, особенно начинающим. Попробуем разобраться во всем по порядку.

1. Как измеряется мощность?

Весьма распространенным заблуждением новичков является такое: мощность усилителя, это сколько он потребляет электроэнергии. Усилитель - не лампа накаливания, поэтому, когда мы говорим о 100-ваттном усилителе, это вовсе не значит, что он потребляет 100Вт (реально, кстати, раза в полтора-два больше), речь идет о выходной мощности. На выходе усилителя имеется некоторый электрический ток, мощность которого мы можем замерить, и эта мощность будет вполне адекватно отражать способность усилителя "качать" динамики. Надо только определиться с методикой измерения мощности и тем, что принимать за номинал максимальной мощности.

Начнем с номинала. Максимальной мощностью усилителя принято замерять при таком уровне выходного сигнала, когда поданный на вход синусоидальный сигнал на выходе воспроизводится практически без гармонических искажений, то есть если и происходит клиппинг (см. статью "Усиление и перегруз"), то на грани различимости ухом человека.

Перейдем к методике измерений. Заглянув в школьный учебник по физике, мы без труда отыщем формулу P=U*I, где U - напряжение, а I - сила тока. Очевидно, что величина силы тока имеет смысл только в том случае, когда к выходу подключена нагрузка (кабинет), через которую идет ток. Сила тока будет равна U/R, где R - сопротивление нагрузки. А формула примет окончательный вид P=U2/R.

Все бы хорошо, но ток-то у нас переменный, что возводить в квадрат? Существует понятие эффективного напряжения переменного тока -средней величины, постоянного напряжения с мощностной точки зрения адекватного переменному. В случае синусоидального тока расчет эффективного напряжения происходит следующим образом: .

Также не стоит забывать, что поскольку ток переменный, учитывать надо не омическое сопротивление нагрузки, а ее импеданс (совокупность омического, емкостного и индуктивного сопротивлений). В итоге формула получит вид: P=U2/(2Z), где U - напряжение переменного тока (пиковое значение), Z - импеданс нагрузки.

Описанный метод измерения максимальной номинальной мощности усилителя обозначается RMS (Root Mean Square). Поскольку в общем случае, мощность зависит от нагрузки принято уточнять при какой именно, например, RMS 100Вт, 8 Ом.

В принципе, гитарные усилители, поддерживающие разный импеданс нагрузки, как правило, обеспечивают в силу переключения выходных трансформаторов одинаковую мощность на любой поддерживаемый импеданс. Поэтому, указание импеданса носит несколько формальный характер ("не ту" по импедансу нагрузку категорически не рекомендуется подключать), скорее как справка какой импеданс поддерживается усилителем.

2. Какая связь между мощностью и громкостью?

Как же увеличение мощности влияет на громкость? Распространенное заблуждение - "в n раз мощнее - в n раз громче". Это не так.

Прежде всего, отметим, что громкость - понятие субъективное. Это то, как слуховой аппарат интерпретирует уровень звукового давления, поэтому мы формально можем вести речь только о связи мощности усилителя и производимым им уровнем звукового давления. Однако, есть эмпирическая связь между уровнем звукового давления и субъективным восприятием громкости. (Поскольку речь пойдет о децибелах, рекомендую тем, кто не знаком с методикой работы с этими величинами, сперва ознакомиться с материалом "Децибелы")

Итак:

Уровни громкости (дБ SPL): 0дБ - порог слышимости, 120 дБ - болевой порог (100-ваттный стек с близкого расстояния), 60 дБ - человеческая речь, примерно с расстояния в метр.

Изменения громкости (субъективное восприятие нормальным слухом): 1дБ - предел различимости изменения громкости, 3дБ - уверенно различимое изменение, 6дБ - существенное изменение, 10дБ - изменение громкости вдвое.

Как же связаны разница в максимальной мощности и разница в максимальной громкости? Очень просто: соотношение звуковых давлений в децибелах равно соотношению мощностей. Вычисляем децибелы и получаем следующее.

Если один усилитель мощнее другого в два раза, то разница в громкости составит 3дБ, если в десять раз, то 10дБ. Иными словами, чтобы удвоить громкость, нам надо увеличить мощность в целых 10 раз! 100-ваттный стек громче сопливого 10-ваттного "подкроватного" комбика всего вдвое!

Удвоение мощности приводит всего лишь заметному, но не очень существенному повышению звукового давления. То есть, важна относительная, а не абсолютная разница в мощности.

А почему же такая насыщенная шкала мощностей на рынке? Не стоит забывать, что громкость - понятие субъективное, и влияет на ее восприятие не только звуковое давление, но и тембр звука и характер его распространения.

Комбик Frontman 15 сам по себе и включенный в кабинет 4х12 - это две большие разницы, как говорится.

30-ваттный комбик при несущественной разнице в громкости может крыть схожий 20-ваттный тем, что у него уже на 8", а 10" динамик и больше кабинет, соответственно звук у него "больше".

Разница же между 50 и 100 ваттным усилителем заключается не только в 3дБ (не всегда особо нужных), но и тем, что в силу разного количества ламп, поведение их контуров мощности, влияние на звук различается. Но это отдельный разговор.

Почему считается, что ламповые усилители громче транзисторных того же номинала?

В самом деле, почему? Напомним, что метод RMS основан на измерении не при максимальном положении ручки громкости усилителя, а того, при котором достигается максимальный по уровню неискаженный сигнал. Конечно, эти положения могут совпадать, но не обязательно.

В случае транзисторного усилителя, скорее всего, будут совпадать, поскольку (см. "Усиление и перегруз") транзисторный усилитель резко входит в режим полной перегрузки, делая звук просто кошмарным. Поэтому схемотехника обычных транзисторных усилителей не позволяет довести усиление сигнала до такой степени. (А если позволяет, результат будет ужасным).

В случае ламп мы можем позволить себе перегрузку контура усиления. Планку выходного напряжения мы при этом не перепрыгнем, но громче будем все равно. Каким же образом? Очень просто. Формула мощности метода RMS годится только для синусоидального сигнала, у сигнала другой формы эффективное напряжение будет другим. И мощность будет другой при том же пиковом напряжении.

Нагляднее всего будет графическое объяснение. На Рисунке 1 - синусоида, на Рисунке 2 - несколько искаженный сигнал той же амплитуды, на Рисунке 3 - максимальная перегрузка, прямоугольный импульс той же амплитуды, что и в первых двух случаях.

Предположим, на выход подается сигнал одного из этих трех типов. Очевидно, динамики нам обеспечат такую же звуковую волну. Какая у нее будет энергия? Площадь под графиком, интеграл. Очевидно, что наибольшая энергия будет у прямоугольной волны, наименьшая у синусоиды, а несколько искаженный сигнал займет промежуточное положение. А чем больше энергия колебаний, тем больше звуковое давление, громкость.

С точки зрения формулы расчета мощности по эффективному напряжению победа прямоугольного сигнала объясняется тем, что его эффективное напряжение равно пиковому, то есть убирается из знаменателя в формуле двойка и мощность фактически удваивается. Конечно, так ламповая секция мощности не перегружает и дополнительно 3 дБ не дает, но фактически звуковое давление будет больше. К тому же краткие всплески (атака), пожалуй, могут достигнуть и предела перегрузки. Немаловажную роль играет и то, что искажение ламп добавляет в звук гармоники, которые делают его "больше", и в результате субъективно громче. Ламповый звук может быть субъективно громче аналогичного по уровню звукового давления и характеру в целом транзисторного именно за счет того, что у него более "мощная" структура.

Александр Авдуевский, 2002